基于PLC的高壓往復泵試驗臺研究

孟昭興　焦玉寒　王小等

摘 要：為了解決傳統泵檢測的弊端，在滿足用戶求的前提下，遵循水泵測試的國家標準，研究基于PLC和MCGS的高壓往復泵試驗臺測試系統。

關鍵詞：基于PLC和MCGS；高壓往復泵；測試系統

高壓往復泵是高壓水射流設備的主機，對系統的可靠性有很大影響[1]。而高壓往復泵的性能測試是檢驗產品質量的重要手段。由于高壓往復泵性能測試具有控制變量多、參數多的特性，傳統測試系統由于測量儀器簡單連接、無抗干擾措施導致測試精度低，系統響應慢，難以實現數據分析，需要運用現代的測試技術進行改造和完善[2]。

隨著生產檢測自動化水平的提高，高壓泵測試技術發展方向朝著測量儀器的自動控制、測量范圍寬、智能方便的網絡控制和數據共享的方向改進[3]?；?PLC 控制技術、計算機網絡技術、通訊技術和數據庫技術開發了一套功能完善、性能穩定和操作方便的可對高壓往復泵性能參數進行測試計算機采集與分析系統，來實現信號采集、傳輸與分析處理一體化和系統網絡化。

1 總體方案設計

依據國家標準GB7784-875《機動往復泵試驗方法》，通過上位測試軟件對測試系統采集的高壓往復泵的出廠性能進行檢測，采集高壓泵進出水流量、進出口壓力、電動機轉速、功率、扭矩等參數進行數據分析處理得到反映高壓泵使用性能實驗曲線。整個測試系統能夠完成實驗過程中參數的采集、存儲、試驗報表生成和試驗曲線繪制等功能[4-6]。

按照機動往復泵試驗方法的要求，高壓往復泵試驗臺的搭建主要包括硬件與軟件兩個方面。試驗臺硬件方面主要包括試驗臺的總體布局設計，壓力變送器、流量計、聲級儀、測振儀、功率儀、轉矩轉速傳感器、測溫儀的選型。測試系統需要編制的軟件主要實現測試系統控制程序、實時監控、數據分析與處理、實驗結果輸出與打印等功能。

2 硬件系統的設計

高壓往復泵綜合性能測試系統由多傳感器集成的自動測試系統。硬件設備主要包括：壓力變送器、流量計、聲級儀、測振儀、功率儀、轉矩轉速傳感器、測溫儀、數據采集模塊、工控機及顯示器。單臺超高壓往復泵試驗臺硬件系統如圖1所示。

高壓往復泵負載運轉試驗過程中，按照額定排出壓力分四個壓力等級進行試驗來確定流量、功率、泵效率、泵速與壓差的關系。通過上位機控制壓力的輸入。采用計算機控制軟件通過PID調節試驗壓力，實現對試驗過程中實時壓力和流量的平穩控制。通過傳感器、功率儀、工業噪聲檢測儀、轉速表等工業儀表測量泵的壓力、流量、轉速、功率、溫度、噪聲等性能參數。

變頻控制及數據采集系統主要由變頻器、工控機、PLC、電機等組成。在測試系統中，電動機通過西門子MM440變頻器驅動，并采集電流、電壓、功率等參數傳送到S7-300 PLC中。MM440 由 PROFIBUS模塊實現CB通訊，并通過RS485串口與西門子 S7-300PLC建立通訊。綜合考慮實際生產需求，根據所需測試高壓泵的額定功率分布范圍，在控制成本的同時，提高測試效率，高壓往復泵試驗臺設定為四套相對獨立的測試管路，且共用一個循環水箱，水箱設定容量為50m3。四套相對獨立的測試系統通過獨立的SIMATIC 300PLC采集數據，通過以太網與上位機建立通訊。以太網通訊組態如圖2所示。

3 軟件設計

系統采用STEP7 BasisV5.3編程，以MCGS6.2 組態軟件為平臺開發試驗臺測試軟件系統。如圖3所示。主要包括：測試準入界面設計、監控界面設計、數據采集、分析與管理、自動加載及測試過程的控制等。裝有組態軟件MCGS的PC機通過建立以太網與S7-300 PLC 連接進行通訊。同步進行四臺往復泵的監控，實時監控輸入壓力、輸出壓力、壓差、泵速、輸入功率、輸出功率、潤滑油溫和介質溫度，進行數據處理，得到超高壓往復泵的實時性能曲線進行打印報表輸出。

4 結論

基于 PLC 控制技術、計算機網絡技術、通訊技術和數據庫技術開發了一套功能完善、性能穩定和操作方便的可對高壓往復泵性能參數進行測試計算機采集與分析系統。實現了高壓泵性能參數的自動測試、采集、分析和處理。與傳統的測試方法相比，該測試系統采用多傳感器同步采集、自動加載系統等提高了測試過程的自動化程度測試效率和精度，使企業能夠自主進行型式檢驗，抽樣檢驗和出廠檢驗，提高出廠產品的質量水平，并且可以共享硬件資源降低成本，擴展測試系統和提高測試效率和精度。

參考文獻：

[1]薛勝雄.高壓水射流技術工程[M].合肥：合肥工業大學出版社，2006：15-18.

[2]楊森.機動往復泵綜合性能自動測試系統的設計和實現[J].科技信息，2011，21：34-35.

[3]陳清華，關維娟，李松.往復泵性能參數計算機采集與分析系統的設計[J].工礦自動化，2005，01：30-32.

[4]中國國家標準GB/T7784-2006《機動往復泵實驗方法》[S].

[5]馮平法，徐道春，陸冠玉，周西杰，李雪偉.乳化液泵綜合性能自動測試系統設計與實現[J].器儀表學報，2007，12：2218-2221.

[6]萬汶靈.基于PLC的螺桿泵試驗臺測試系統研究[D].蘭州理工大學，2012.

作者簡介：孟昭興（1990-），男，山東聊城人，研究方向：機電一體化技術。