LabVIEW軟件在電液比例閥測(cè)試系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

彭 婧，孫希科，李勝利，李若冰

（廊坊燕京職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系 河北 廊坊 065200）

1 引言

近年來(lái)，隨著工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，電液比例技術(shù)的應(yīng)用日益廣泛。跟普通閥和伺服閥相比，比例閥具有性價(jià)比高、耐污染、工作可靠、靈活性和快速性等優(yōu)點(diǎn)。目前，多數(shù)比例閥的頻寬達(dá)到5 Hz～25 Hz，滯環(huán)在1%～7%；高性能的比例閥頻寬可以達(dá)到30 Hz～40 Hz，靜態(tài)指標(biāo)等都接近伺服閥的數(shù)值[1]。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB8104-87《流量控制閥試驗(yàn)方法》、GB8105-87《壓力控制閥試驗(yàn)方法》、GB8106-87《方向控制閥試驗(yàn)方法》中比例閥的試驗(yàn)項(xiàng)目在以前的液壓試驗(yàn)臺(tái)上無(wú)法完成[2]。因此，設(shè)計(jì)完成一種電液比例控制閥綜合性能試驗(yàn)臺(tái)具有重要意義。

由于計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)的發(fā)展，測(cè)試技術(shù)和計(jì)算機(jī)更好地結(jié)合，計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試技術(shù)取得了進(jìn)步。液壓CAT（Computer Aided Test）發(fā)展跟隨計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)的步伐，虛擬儀器取得了更廣泛的應(yīng)用，與數(shù)據(jù)采集、測(cè)控、信息傳遞和通信相結(jié)合，使軟件化的儀器得到了普及[3]。

2 電液比例閥液壓試驗(yàn)系統(tǒng)

液壓系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)方法，原理見(jiàn)圖1。采用雙泵供油的方式主供油模塊選擇高壓柱塞泵，先導(dǎo)供油采用低壓葉片泵，這樣能減少動(dòng)力消耗，回路效率高。加載模塊采用溢流閥和4個(gè)單向閥組成橋式回路模擬負(fù)載，溢流閥模擬負(fù)載具有壓力調(diào)節(jié)穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，更準(zhǔn)確地模擬各種負(fù)載。

圖1 比例閥測(cè)試系統(tǒng)液壓原理圖

3 電液比例閥測(cè)試產(chǎn)品及各項(xiàng)指標(biāo)

3.1 測(cè)試產(chǎn)品范圍

（1）比例方向閥：A.4WRA-2X系列：電磁比例換向閥；B.4WRE-2X系列；電磁比例換向閥（帶電反饋）。

（2）比例壓力閥：A.DBET-5X系列：直動(dòng)式比例溢流閥；B.(Z)DBE6-1X系列：先導(dǎo)式比例溢流閥；C.3DREP6-2X系列：直動(dòng)式比例減壓閥。

（3）比例流量閥：A.2FRE6-20系列：二通比例調(diào)速閥；B.2FRE1016-40系列：二通比例調(diào)速閥。

3.2 各種閥具體測(cè)試試驗(yàn)內(nèi)容

（1）比例溢流閥測(cè)試內(nèi)容：A：耐壓試驗(yàn)；B：壓力偏移和壓力振擺試驗(yàn)；C：穩(wěn)態(tài)壓力控制特性（壓力-電信號(hào)）試驗(yàn)；D：穩(wěn)態(tài)負(fù)載（等壓力）特性（壓力-流量）試驗(yàn)；E：輸入電信號(hào)階躍響應(yīng)特性試驗(yàn)；F：負(fù)載流量階躍響應(yīng)特性試驗(yàn)。

（2）比例減壓閥的測(cè)試內(nèi)容：A：耐壓試驗(yàn)；B：壓力偏移和壓力振擺試驗(yàn)；C：穩(wěn)態(tài)壓力控制特性（壓力-電信號(hào)）試驗(yàn)；D：穩(wěn)態(tài)負(fù)載（等壓力）特性（壓力-流量）試驗(yàn)；E：輸入電信號(hào)階躍響應(yīng)特性試驗(yàn)；F：負(fù)載流量階躍響應(yīng)特性試驗(yàn)[4]。

（3）比例方向閥的測(cè)試內(nèi)容：A：耐壓試驗(yàn)；B：穩(wěn)態(tài)流量控制特性（流量-電信號(hào)）試驗(yàn)；C：內(nèi)泄漏量試驗(yàn)；D：輸入電信號(hào)階躍響應(yīng)特性試驗(yàn)；E：輸出流量-閥壓降特性試驗(yàn)。

（4）比例調(diào)速閥測(cè)試內(nèi)容：A：耐壓試驗(yàn)；B：穩(wěn)態(tài)流量控制特性；C：穩(wěn)態(tài)負(fù)載特性；D：內(nèi)泄漏量試驗(yàn)；E：輸入電信號(hào)階躍響應(yīng)特性試驗(yàn)；F：負(fù)載壓力階躍響應(yīng)特性試驗(yàn)。

4 測(cè)試系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

試驗(yàn)臺(tái)測(cè)控系統(tǒng)由工控機(jī)、物理量采集、信號(hào)調(diào)理、PLC控制器、觸摸屏和鍵盤等部件組成。軟件是虛擬儀器（Virtual Instument;VI）的核心，虛擬儀器硬件確立以后，它的功能主要是通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)的，軟件在虛擬儀器中具有重要的地位。軟件通過(guò)CAN盒、控制器驅(qū)動(dòng)閥的通斷，電流、壓力等信號(hào)經(jīng)過(guò)傳感器轉(zhuǎn)化為模擬量信號(hào)，再利用數(shù)據(jù)采集A/D通道輸入計(jì)算機(jī)。

比例閥試驗(yàn)系統(tǒng)測(cè)控軟件的設(shè)計(jì)一般遵循以下原則[5]：（1）以測(cè)試和控制一體化當(dāng)作設(shè)計(jì)核心；（2）人－機(jī)界面始終保持一致且便于使用；（3）輸入、輸出數(shù)值盡可能貼近實(shí)際，有較好的容錯(cuò)能力；（4）應(yīng)有實(shí)時(shí)工況的監(jiān)控和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理功能；（5）為遠(yuǎn)程測(cè)控預(yù)留必備的網(wǎng)絡(luò)端口。

4.1 LabVIEW編寫程序界面

電磁閥驅(qū)動(dòng)軟件應(yīng)用Delphi編寫，通過(guò)按鈕控制測(cè)試閥的通電/斷電，有效地避開(kāi)機(jī)械操作帶來(lái)的電流振蕩和延遲，提高測(cè)試的準(zhǔn)確性[6]。顯示界面用LabVIEW軟件編寫，LabVIEW是目前應(yīng)用較廣的圖形化軟件，基于G語(yǔ)言的虛擬儀器開(kāi)發(fā)工具，平臺(tái)編寫程序便捷，控件多樣，程序以圖框形式顯示清晰[7]。軟件系統(tǒng)應(yīng)用LabVIEW8.0作為測(cè)試系統(tǒng)的平臺(tái)，前面板窗口和程序框圖窗口上另外提供了工具選板、控件選板和函數(shù)選板，試驗(yàn)臺(tái)顯示界面見(jiàn)圖2。

圖2 試驗(yàn)臺(tái)顯示界面圖

按照“數(shù)據(jù)采集-分析-表達(dá)”的步驟進(jìn)行軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)，測(cè)試程序中，穩(wěn)態(tài)特性、階躍響應(yīng)特性、穩(wěn)態(tài)負(fù)載特性、頻率響應(yīng)特性等各測(cè)試指標(biāo)都進(jìn)行了模塊化，做成Sub VI，能夠被Main VI調(diào)用。

打開(kāi)程序時(shí)，LabVIEW軟件只打開(kāi)前面板，所有的開(kāi)關(guān)置于初始狀態(tài)。執(zhí)行信號(hào)采集命令開(kāi)始采集壓力、流量、轉(zhuǎn)速等模擬量信號(hào)，反應(yīng)到軟件中即給定f(x)函數(shù)，設(shè)置正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)，電機(jī)啟動(dòng)，指示燈會(huì)變亮。

4.2 比例流量閥階躍特性

本文以比例流量閥為例，測(cè)試階躍響應(yīng)特性。閥口完全關(guān)閉時(shí)，給定被試閥一階躍信號(hào)，最終壓力從起跳點(diǎn)到穩(wěn)定值的90%所用時(shí)間，即響應(yīng)時(shí)間。測(cè)試中設(shè)置壓力為7 MPa，電流信號(hào)是0～0.8 A。為使結(jié)果可靠，一次測(cè)試連續(xù)進(jìn)行6次測(cè)量數(shù)值，取平均記錄結(jié)果。經(jīng)過(guò)多次測(cè)試，被試元件階躍響應(yīng)時(shí)間為35 ms左右。與樣本數(shù)據(jù)相比，結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 階躍特性曲線

4.3 流量閥壓降試驗(yàn)

給流量閥給定一個(gè)額定電流，閥口完全打開(kāi)。然后在低流量階段啟動(dòng)主泵，通過(guò)轉(zhuǎn)速進(jìn)而調(diào)節(jié)流量，當(dāng)流量超過(guò)60 L/min，開(kāi)始改變轉(zhuǎn)速。實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)總流量的逐步增多，在此過(guò)程中記錄不同流量下的比例閥的壓力變化數(shù)據(jù)，見(jiàn)圖4。

圖4 流量-壓降特性曲線

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)大量試驗(yàn)結(jié)果分析可知，該測(cè)試系統(tǒng)完全滿足試驗(yàn)要求，且具有重復(fù)精度高、可靠性高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。實(shí)踐證明，系統(tǒng)實(shí)用性強(qiáng)，基本滿足3類比例閥的性能試驗(yàn)。計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試（CAT）技術(shù)為比例閥性能測(cè)試提供了廣闊的發(fā)展前景，虛擬儀器為當(dāng)前測(cè)試領(lǐng)域的方向，LabVIEW軟件是功能強(qiáng)大的開(kāi)發(fā)平臺(tái)，使得液壓測(cè)試技術(shù)發(fā)展更迅速。