PLC在电泵快速测试系统中的应用.pdf

5 4 FLUI D MACHI NERY Vo 1 ． 3 9， No ． 11， 2 01 l 文章编号 1 0 0 5 0 3 2 9 2 0 1 1 1 1 0 0 5 4 0 4 P L C在电泵快速测试系统中的应用 马栋棋 福建省机械科学研究院， 福建福州3 5 0 0 0 5 摘要 针对我国机电出口企业电泵 自动化 、 大规模生产 出厂检验的需要 ， 运用 P L C控制技术， 研制一种电泵快速测 试系统。系统配置各 自独立的安全性能测量装置和水泵性能测量装置， 同步测量， 数据库共享 ； 系统由电泵测试软件令 程控制电泵试验过程， 包括电泵安全性能远程快速自动测量、 数据 自动采集 、 性能判定和试验报告打印输出等； 系统通过 条码扫描器获取试验样机信息 、 启动项 目测试、 创建和标识数据库记录， 既保证了试验数据的安全性与唯一 ， 义提高 r 测试速度； 出厂检验后 自动生成产品质量档案， 实现产品条形码身份管理。经用户使用验证 ， 本系统可配置在年产 3 0万 台的电泵自动生产线的末端， 担负产品出厂检验任务。 关键词 电泵 ； P L C控制技术； 测试； 数据库； 条形码管理 中图分类号 F H 3 1 1 文献标识码 A d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 5 0 3 2 9 ． 2 0 1 1 ． 1 1 ． 0 1 1 Ap pl i c a t i o n o f PLC i n t he Fa s t Te s t Sy s t e m f o r El e c t r i c Pump MA Do n g q i F u j i a n A c a d e m y o f Me c h a n i c a l S c i e n c e s ，F u z h o u 3 5 0 0 0 5 ，C h i n a Ab s t r a c t I n v i e w o f t h e n e e d o f f a c t o r y e x a mi n a t i o n i n a u t o ma t i c p r o d u c t i o n a n d ma s s p r o d u c t i o n f o r e l e c t r o me c h a n i c a l e x p o rt e n t e r p r i s e s ，o n e k i n d o f E l e c t r i c P u mp s f a s t t e s t s y s t e m w a s d e s i g n e d b y P L C c o n t r o l t e c h n o l o g y ．I n t h e s y s t e m，t h e i n d e p e n d e n t s a f e t y p e rf o r ma n c e me a s u r e me n t d e v i c e a n d t h e p u mp p e rf o r ma n c e me a s u r e me n t d e v i c e me a s u r e s y n c h r o n o u s l y a n d s h a r e t h e d a t a ba s e．The s y s t e r n c o n t r o l s t he o v e r a l l t e s t i n g p r o c e s s by t e s t i ng s o f t wa r e，i n c l ud i n g s a f e t y d i s t a n c e f a s t a ut o ma t i c me a s u r e me n t ， a u t o ma t i c d a t a a c q u i s i t i o n，p e r f o r ma n c e v a l i d a t i o n a n d t e s t r e p o r t p r i n t o u t ，e t c ．I t o b t a i n s p r o t o t y p e i n f o r ma t i o n t h r o u g h t h e b a r c o d e s c a n n e r s ，s t a r t s u p t h e t e s t ，c r e a t e a n d l o g o d a t a b a s e r e c o r d s ．Du e t o t h i s ．t h e s y s t e m e n s u r e s t h e s e c u ri t y a n d u n i q u e n e s s o f t e s [ d a t a ，a n d a l s o i mp r o v e s t h e t e s t s p e e d ．A ft e r f a c t o r y e x a mi n a t i o n，t h e p r o d u c t q u a l i t y fi l e i s a u t o ma t i c a l l y p r o d u c e d ，t he p r o d u c t b a r c o d e i d e n t ifi c a t i o n ma n a g e me n t i s r e a l i z e d ．B y t h e v a l i d a t i o n o f u s e r s ，t h i s s y s t e m c a n b e d i s p o s e d i n t h e t e r mi n a l o f t h e a u t o ma t i c p r o d u c t i o n l i n e p r o d u c i n g 3 0 0， 0 0 0 e l e c t r i c p u mp s y e a r l y，t a k e o n t h e d u t y o f p r o d u c t f a c t o r y e x a mi n a t i o n ． Ke y wo r d s e l e c t r i c p ump s； PLC c o nt r o l t e c h n o l o g y； d a t a b a s e，t e s t ； ba r c o de ma n a g e me nt 1 引言 按照福建省泵产业技 术升级的要求 ， 根据福 建省电机产业集群主要 电泵出 口企业 的需要 ， 电 泵 自动化 、 大批量生产需配置出厂快速测试系统， 测量电泵流量、 扬程、 功率等性能参数和电气强 度、 绝缘电阻等电机安全性能参数， 并通过条形码 快速扫描和数据库管理 ， 建立产品质量档案 ， 以很 低的成本代价 ， 在 出厂检验后 自动建立产品质量 数据库进行产品身份管理， 为用户提供了充分的 质量保证 ， 树立企业质量至上的市场形象 ， 有效提 升市场竞争力 ， 打造企业铭牌。 2测试要求与技术参数 按照电泵与电机相关产品标准和试验方法标 准的要求 ， 电泵 出厂检验项 目包括流量 、 扬程 、 功 率 、 绝缘 电阻和 电气强度等共 1 4个参数 ， 具体测 试项 目及要求如表 1 所示 。系统与年产 3 0万 台 电泵 自动生产线配套 ， 担负产品出厂检验任务 ， 要 收稿 日期 2 0 1 1 0 91 0 基金项目 福建泵产业技术提升公共服务平台； 福建省I 商发展资金技术创新项目 闽经贸计财[ 2 O 1 0 ] 6 9 l号 2 0 1 1 年第3 9卷第 1 1 期 流体机械 5 5 求性能试验 1次夹线 、 1 2 0 s完成 3个工况点 最 大 、 最小和规定流量 测试并判定 ， 安规测试 1 次 夹线 、 3 0 s 完成电气强度等 5项测试并判定 单相 电泵测量泄漏电流和低压启动 ， 三相不测 ； 并要 求产品出厂全检， 在检验后 自动生成产品质量档 案 ， 实现产 品条形码身份管理 。 表 1 测试 项 目及技术参数 测试项目 测量范围 精度 流量 m ／ h 0 ． 6～ 4 0 0 ． 5级 进口压力 MP a 0 ． 1 ～ 0 ． 3 0 ． 5级 出口压力 MP a 0～1 0 ． 5级 转速 r ／ m i n 0 3 6 0 0 0 ． 2级 输入功率 C O S 0 ． 5级 功率因数 0 ． 0 0～1 ． 0 0 0 ． 5级 电气强度 0～3 0 0 0 V． 0～1 0～1 0 0 mA 3 ％ 泄漏 电流 1 ． 0 6 U N ， 0～ 2～ 2 0 mA 3 ％ 低压启动 0 ． 0 2 0～ 4 0 A 3 ％ 接地电阻 2 5 A ／ 3 0 A可选 3 ％ 绝缘 电阻 M f1 0～ 5 0 0 0 3 ％ 3 技术解决方案 分析用户的测试要求， 手工、 单项测试方案及 常规的电机安规综合测 试设备 等均不能满足要 求， 特别是样机身份识别和测试速度要求之高， 是 单台计算机和常规计算机 串口通讯无法实现 的。 考虑到电机安全性能测试与水泵性能测试的差异 性， 综合数据采集控制系统的配置和测试工位的 设置， 经反复研究， 通过方案可行性号眭价比综合 评价， 确定试验台技术方案如下 将 P L C工业控 制技术和条形码扫描技术综合运用到电泵测试的 数据采集 与控制 系统 中 一 。利用 P L C控制 器 的A ／ D 、 D ／ A模块完成数据采集与控制功能， P L C 编程和 V B编程结合构成完整 的电泵计算机辅助 测试专用软件 ； 系统配置各 自独立的 、 由上下位结 构计算机数据采集控制系统构成的水泵性能测量 系统 配工控机作为服务器 和 电泵安全性能测 量系统 配工控机作为终端机 ， 并分别配置 2个 水泵性能测试工位 和 1个 电泵安全性 能测试工 位， 电泵安全性能和水泵性能同步测量； 数据库保 存在服务器上 ， 两机并网 ； 服务器和终端机各 自独 立通过条码扫描器获取试验样机信息、 分别启动 电泵安全性能项 目测试和／ 或水泵性能项 目测试 、 创建和标识数据库记录 样机出厂编号 试验时 间 合格判定 ， 保证试验数据 的安全性 与唯一 性， 并可通过输入样机出厂编号检索试验数据并 打印输出数据报表 ； 服务器与变频电源通讯， 设置 电源输出电压 U N ， 低压启动 0 ． 8 5 U N 和泄漏 电流测试 1 ． 0 6 U N 时电压 由隔离变压器 自动调 整 ； 系统由电泵测试专用软件包全程控制电泵试 验过程 ， 包括 电泵安全性能远程快速 自动测量、 流 量 自动调节 、 试验型式 自动切换 、 数据 自动采集 、 前后台数据处理 、 性能判定和数据 图表绘制并打 印输出等。测试系统架构如图 1 所示。 P I c 可编程 控制器 安 全性能测 试1 服务器l 卜 _ 州l打印机 P L C 可编 程控制 器 安全性 能测试 低压启动l l 耐压绝 l接地泄涮悃轮流量 l I 压力 l 应转速l l 电参数 测试模块l l 测试模圳l测试模块lI变送器l l 变送 l 传感器 I I 测 试仪 簧 艨 流 量 ll ll 转 速l 启 动 电 流 ll绝 缘 电 唰 l泄 漏 电 流 l】 。虽 ll 压 力 ll {l 图 1 测试系统框示意 各参数测试应满足相关标准的要求 ， 按 照国产化、 性价比高和操作维护方便的原则配置 相应的仪器设备， 仪器设备配置详见表2 。 表 2 测试 系统仪器设 备配置表 项目 仪器设备配置 流量 涡轮流量变送器 ， D N1 5 、 2 5 、 5 0， 0 ． 5级 进口压力 压力变送器 ， 一 0 ． 1 ～ 0 ． 3 MP a ， 0 ． 5级 出口压力 压力变送 器 ， 0～1 M P a ， 0 ． 5级 转速 感应转速传感器， 0～ 3 6 0 0 r ／ mi n ， 0 ． 2级 功率因数 电参数测量模块， 0 ． 0 0～1 ． 0 0 ， 0 ． 5级 功率 电参数测量模块， U I C 0 S 中， 0 ． 5级 低压启动 低压启动测试模块 ， 5 0 0 V、 4 0 A 耐电压测量模块 ， L ／ N对机壳， 电气强度 0 3 0 0 0V， 0 ～1 0～1 0 0 mA，5 ％ 泄漏电流测量模块， L ／ N对机壳， 泄漏电流 1 ． 0 6 Ⅳ， 0 ～2～2 0mA ，5％ 绝缘电阻测量模块， I MN对机壳， 绝缘电阻 05 0 0 Mf ． 5 ％ 接地电阻测量模块， 地线对机壳， 接地电阻 2 5 A ／ 3 0 A可选 ， 5 ％ 样机识别 条码扫描器， U S B延长线 4 m 试验回路 试验管路、 水池、 电动调节阀和安装工位 电源系统 三相变频电源， 4 5 k V A， 三进三出 控制系统 P L C控制器 性能、 安规 操作系统 系统操作台 性能、 安规 软件系统 P T E S T测试软件 ， V B系统 ， 网上注册 56 F LUI D MACHI NERY Vo 1 ． 3 9， No ．1 1， 2 011 4 数据采集与控制系统 4 ． 1 安全 性 能测量 系统 在六合一电机安全性能综合测试仪的基础上 进行技术改造 ， 采用模块 化设计方 案 ， 通 过 P L C 可编程控制器进行低压启动电流等电机安规参数 的数据采集与控制， 提高测试速度与测量可靠性； 通过条形码扫描快速获取试验样机信息及测量项 目安排顺序 ； 与上位机 一终端进行通讯 ， 终端与服 务器联网共享数据 库， 电泵安全性能测试报表 由 服务器打印输 出； 测试工位与电泵 自动生产线 同 步 ， 设置测试启动／ 停止开关控制生产线动作 以保 证电泵安全性能测试 的安全性 。 安全I生 能测量系统仪器设备配置详见表 2 ， 测试系统框图详 见图 1中安全性能测试部分 ， 数 据采集与控制流程如图 2所示 。 图 2 安全性能测试流程示意 4 ． 2水泵性 能测 量 系统 运用 P L C工业控制技术 ， 通过上下位结构计 算机数据采集控制系统， 测量电泵流量、 进出口压 力 、 转速和电参数等 ， 由电泵测试软件全程控制电 泵性能试验过程 ， 包括流量 自动调节 、 试验型式 自 动切换 、 数据 自动采集 、 前后 台数据处理 、 性能判 定和数据图表绘制并打印输出等 ， 并可进行水泵 漏水 、 噪声 、 振动性能的手动判别信号输入 ， 系统 自动处理 包括记录 、 统计 、 打印 。 系统充分考虑使用的多样性和安全性 ， 兼 容 全 自动 、 人机交互和人工 3种测试模式。 1 全 自动模式 流量 自动调节 ， 数据 自动采 样 。 2 人机 交互 流量手动 调节 ， 数据 自动 采 样。 3 人工测试模式 流量手动调节 ， 人工记录 读数后输入程序进行数据处理 。 系统配置人工测试模 式的 目的 一是用最 原 始直观的方法监控系统 的有效性 ； 二是提供一种 系统一旦失效情况下的应急手段 ； 三是提供一 个 处理外部数据的窗 口。 系统由试验回路系统、 测量系统、 数据采集与 控制硬件系统和性能测试软件系统构成 。 4 ． 2 ． 1 试验回路系统 试验回路系统严格按照标准进行设计与制 作 ， 包括水泵开式试验 台管路 系统 、 试验水池 、 电 动 V型调节阀和样机安装工位等。 系统由 D N 1 5 、 D N 2 5和 D N 5 0共 3个试验 回 路组成 ， 出 口测量回路为 固定式 ， 进 、 出 口通过气 动装置与测试样机快速连接。 4 ． 2 ． 2狈 0 量系统 测量系统包括一次传感器、 二次仪表、 测量模 块 、 数据采集与控制模块等 ， 测量系统按照符合标 准要求 、 国产化 、 性价 比高和维护维修方便的原则 进行配置 ， 详见表 2 。 4 ． 2 ． 3 数据采集与控制硬件系统 流量等参数 测量仪表通过 P L C可 编程控制 器与上位机服务器连接 ， 利 用 A ／ D、 D ／ A模块和 P L C编程实现测试过程的 自动控制与测量数据 的 自动采集， 详见图 1 中电泵性能测试部分。 4 ． 2 ． 4 性能测试软件系统 软件采用标准化、 模块化 、 人性化设 计 ， 中文 操作界面 ， 中英文测试报告。 软件平台 Wi n d o w s ； 程序设计语言 V B ； 操作 界面 标准工控界面； 数据库 a c c e s s ； 数据处理 按 标准进行数据处理 、 性能判定。性能测试流程如 图 3所示 。 2 0 1 1 年第 3 9 卷第 1 l 期 流体机械 5 7 开 始 自动采 1 人工采样l I 绘抽曲线l l 打印表 设置 电泵性 能测试 流量设 置 进口标定 出口标定 转速设 置 验结 j 结束 零点修Ⅱ 工 况点调 l 堡量 些 i 条 形 码 扫 图 3 水泵性 能测 试流程 4 ． 3系统安装调试 把电泵快速测试 系统安装在用户年产 3 0万 台电泵 自动生产线 的未端 ， 分别进行 电泵安全性 能测量系统和水泵性能 测量系统 的硬件 功能检 验、 软件功能检验、 控制功能检查， 最后再进行 2 个系统之间的协同与并网操作， 系统各项功能均 正常， 达到设计要求； 对用户提供的多台不同型式 的样机分别进行试验 ， 验证 了系统从样机安装 、 各 项目测试到系统准确性、 可靠性和安全性； 性能测 试通过 与 乙方 进 行 验 证 比对 试 验 ， 达 到 G B ／ T 3 2 1 6的1 级精度， 试验数据详见表3 ， 乙方性能曲 线如 图 4所示 。其 中 ， 乙方为福建省泵类产 品质 量监督检验站， 比对样机 型号规格 为 D W43 0 ／ 0 7 5 6， 报告编号为 2 0 1 0 0 3 1 。 图4 验证／ 比对试验性能曲线 表 3 性能测试验证／ 比对试验 结果 甲方 乙方 允许误差范围 实际 测量参数 标准值 测试值 测试值 1 级 2级 误差 流量 L ／ s 1 ． 2 5 1 ． 2 5 1 1 ． 2 4 5 4 ． 5 ％ 8 ％ 0 ． 5 1 ％ 扬程 m 2 8 2 7 ． 9 3 2 7 ． 9 3 ％ 5 ％ 0 ． 6 2 ％ 效率 ％ 4 0 4 0 ． 3 1 4 0 ． 2 3 3 ％ 5 ％ 1 ． 0 7 ％ 5结语 阐述 了 P L C控制技术和条码 扫描技术 在 电 泵快速测试系统中的应用， 使得计算机数据采集 与控制技术在测试速度 、 自动化控制水平和数据 库管理等方面取得了新的突破。所研制的电泵出 厂测试系统， 经用户使用验证， 其技术方案切实可 行 ， 实现 了电泵出厂测试的全 自动、 快速 、 安全与 可靠， 出厂检验后自动生成产品质量档案， 实现了 产品条形码身份管理。系统仪器设备配置合理， 操作使用简便， 成套设备性价比较高， 能够满足电 泵大批量 、 自动化生产出厂检验的要求 ， 本技术的 推广应用对我国电泵行业的技术升级必将起到积 极的促进作用。 参考文献 [ 1 ] 段锦 良， 马俊功． P L C在液压能源系统中的应用 [ J ] ． 仪器仪表学报， 2 0 0 4 ， 2 5 s 3 6 5 6 - 6 5 8 ． [ 2 ] 赵卫东， 辛宏， 王元， 等． P L C在温度控制系统中的 应用[ J ] ． 仪器仪表学报， 2 0 0 1 ， 2 2 s 2 4 6 9 - 4 7 1 ． [ 3 ] 邓洁清， 袁宇波． 基于 P L C模块的变电站 自动化测 试仿真系统的实现及应用[ J ] ． 电力系统保护与控 制， 2 0 0 9 ， 3 7 2 4 1 5 7 - 1 6 0 ． [ 4 ] G a s u l l a ． F M， J o r d a n a B J ， P a l l a s A R ． S u b s u r f a c e R e ． s i s t i v i t y Me a s u r e me n t s Us i n g S q u a v e Wa v e f o r ms ． I EEE Tr a ns a c t i on s o n I ns t r u me n t a t i o n a nd Me a s u r e ． m e ri t ， 1 9 9 8 ， 4 7 1 7 4 - 7 7 ． [ 5 ] C i l l i e r s J J ， X i e W， N e e t h i n g S J ． E l e c t r i c a l R e s i s t anc e T o mo g r a p h y Us i n g a Bi d i r e c t i o n a l C u r r e n t o l u s e T e c h - ni q ue ．Mes u r e me n t S c i e n c e an d Te c h no l o g y， 2 0 01， 1 2 8 9 9 7 - 1 0 0 1 ． [ 6 ] Q i a o l i n g Wang ， J i n g P e n g ．A S t u d y o n t h e S y s t e m o f G r o u n d S o u r c e He a t P u m p U s e d i n Ho u s e V i l l a B a s e d o n P L C [ C ] ． T h e 2 0 1 0 I n t e r n a t i o n a l C o n f e r e n c e o n Co mp u t e r Ap p l i c a t i o n a n d S y s t e m Mo d e l i n g， 9 7 8 - 1 4 2 4 4 -72 3 7 - 6 V1 4 - 3 9 1 ． 3 9 3 ． 下转第5 3页 2 0 1 1 年第 3 9卷第 1 1 期 流体机械 5 3 及软件上采用先进 的智能控制算法 ， 不但能对机 械密封多工作和性能参数实现监测， 并对机械密 封当前的工作状态做出正确全面的分析外 ， 克服 了以往只进行单参数测量结果粗糙 的缺点 ， 而且 能够对机械密封系统在一定时间内的变化趋势做 出预测 ， 并进行相应 的控制措施 ， 克服大部分机械 密封控制系统控制效果滞后 ， 自适应能力差 的缺 点， 实现机械密封系统的自适应控制。机械密封 监控系统的设计方案制定为该系统开发奠定了基 础 。 参 考文献 F i s c h b a c h M J ．Dr y S e a l Ap p l i c a t i o n s i n C e n t r i f u g a l C o m p r e s s o r s[ J ] ．H y d r o c a r b o n P r o c e s s i n g ，1 9 8 9 ， 6 8 1 0 4 7 - 5 1 ． G o r d o n S B a n d D o n g V． U p s t r e a m P u mp i n g A Ne w C o n c e p t i n M e c h a n i c a l S e a l i n g T e c h n o l o g y [ J ] ．L u b r i c a t i o n E n g i n e e ri n g ，1 9 9 0 ， 4 6 4 2 1 3 - 2 1 7 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