電磁閥動(dòng)作壽命試驗系統設計

　　針對某型號電磁閥可靠性及耐久性試驗的需要，研制實(shí)現了一套基于可編程控制器(PLC) 控制的電磁閥動(dòng)作壽命試驗系統，文中對試驗系統結構、原理及軟硬件設計進(jìn)行了詳細闡述。實(shí)踐結果表明，該系統能實(shí)現對試驗參數的快速精確控制，具有自動(dòng)化程度高、可靠性好和操作方便的特點(diǎn)，為開(kāi)發(fā)高性能的電磁閥提供了一個(gè)高效能的測試研究平臺。

1、引言

　　隨著(zhù)機電一體化的發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的復雜性和自動(dòng)化程度對設備性能的要求越來(lái)越高，電磁閥作為流體控制系統中最主要的元件之一，其動(dòng)作時(shí)間、可靠性、壽命等指標對系統的工作性能及經(jīng)濟性影響巨大，須通過(guò)試驗對電磁閥產(chǎn)品相關(guān)指標進(jìn)行準確測定。電磁閥試驗是電磁閥產(chǎn)品開(kāi)發(fā)及改進(jìn)過(guò)程中用于檢驗產(chǎn)品性能和質(zhì)量的有效手段，在各項試驗中需要根據試驗要求對試驗系統中各項參數進(jìn)行實(shí)時(shí)、精確控制，真空技術(shù)網(wǎng)(http://likelearn.cn/)認為如何對試驗系統中的各項被控參數進(jìn)行自動(dòng)化快速精確控制是成功開(kāi)發(fā)電磁閥試驗系統的關(guān)鍵。

　　在各項相關(guān)試驗中，電磁閥動(dòng)作壽命試驗主要用于評估其工作可靠性及壽命，為進(jìn)一步改進(jìn)電磁閥設計、提高其性能提供依據，由于電磁閥動(dòng)作壽命試驗周期長(cháng)、強度高，其試驗系統須具有自動(dòng)化程度高、可靠性好的特點(diǎn)�；�于可編程控制器( PLC) 這一自動(dòng)控制裝置，本設計實(shí)現了一套高效能的電磁閥動(dòng)作壽命試驗系統，該系統能實(shí)現對電磁閥驅動(dòng)電壓\ 電流信號占空比等被控參數的快速精確控制，具有自動(dòng)化程度高、可靠性好和操作方便的特點(diǎn)。

2、試驗系統流路設計

　　為進(jìn)行電磁閥動(dòng)作壽命試驗的研究，根據試驗用電磁閥的工作條件及測試要求，建立系統流體回路如圖1 所示( 測試流體為空氣，被測電磁閥數目定為5 個(gè)) 。

圖1 試驗系統流路

　　試驗要求被測電磁閥入口氣壓可以在0 ～0.8MPa 內可調，為此采用空氣壓縮機配儲氣瓶方式為試驗系統供氣，空氣壓縮機將空氣壓縮到氣瓶中并維持氣瓶中壓力為1MPa，即，如氣瓶中壓力達到1MPa，壓縮機自動(dòng)停止工作，反之，若氣瓶中壓力小于1MPa，則壓縮機自動(dòng)投入工作。氣瓶出口端依次接有壓力表、過(guò)濾器、調壓閥( 自身帶壓力表) ，通過(guò)調節調壓閥調節氣瓶出口壓力，即保證被測電磁閥入口氣壓達到測試要求并一直保持，此后通過(guò)PLC 控制使被測閥在額定驅動(dòng)電信號作用下逐一開(kāi)關(guān)動(dòng)作并連續循環(huán)，直至達到設定動(dòng)作次數才停止動(dòng)作( 隨后對被測電磁閥密閉性等工作性能進(jìn)行檢測) ，實(shí)現動(dòng)作壽命試驗。

　　系統中選用高輸出壓力、高效率的且具有根據壓力變化自動(dòng)停止或運行功能的靜音無(wú)油空氣壓縮機，以滿(mǎn)足試驗的壓力要求; 管路的連接，包括與被測閥的連接，均采用快換接頭與工程塑料軟管插接配合方式，不但耐壓性能滿(mǎn)足要求，且便于安裝和拆卸; 為保證流體的清潔度，不致對被測閥產(chǎn)生影響，管路入口端加裝精密空氣干燥凈化過(guò)濾器; 空氣壓縮機電機的起�？刂萍氨粶y電磁閥的驅動(dòng)控制由PLC 控制實(shí)現( 注: 當PLC 起動(dòng)空氣壓縮機電機時(shí)，實(shí)質(zhì)是使空氣壓縮機電機電路外部控制端接通，此后由空氣壓縮機內部裝置根據出口壓力情況決定電機是否工作; 當PLC 停止空氣壓縮機電機工作時(shí)，實(shí)質(zhì)是使空氣壓縮機電機電路外部控制端斷開(kāi)，使空氣壓縮機電機失去工作的可能) ，為方便監控操作，將PLC 與一計算機(PC) 連接形成上下位機控制方式。

3、PLC 硬件設計

3.1、PLC 選型

　　PLC 的輸入信號包括空氣壓縮機電機起動(dòng)停止控制信號、過(guò)載保護信號、被測電磁閥的起動(dòng)停止控制信號等，考慮到可以通過(guò)編程實(shí)現單按鈕起�？刂�，及將相關(guān)保護信號串聯(lián)輸入，由此減少輸入點(diǎn)數提高經(jīng)濟性，綜上可以判定PLC 開(kāi)關(guān)量輸入點(diǎn)數不能少于3 個(gè)。試驗系統內需PLC 控制的對象有空氣壓縮機電機1 個(gè)、被測閥5 個(gè)，可確定PLC 開(kāi)關(guān)量輸出點(diǎn)數不能少于6 個(gè)。

　　因試驗中被測電磁閥須被長(cháng)期連續驅動(dòng)，故要求控制用PLC 輸出部件工作壽命要長(cháng)，不適合采用壽命較短的繼電器輸出型，而晶體管輸出型可靠性高，反應速度快，不受動(dòng)作次數的限制，故選擇晶體管輸出型[6]。根據以上系統要求，綜合性?xún)r(jià)比等因素考慮，最終選用歐姆龍PLC 產(chǎn)品ZEN 系列中的10C1DT -D -V2 ( CPU 單元) 及8E1DT( 擴展I /O 單元) ，該機型組合具有10 個(gè)開(kāi)關(guān)量輸入端子、8 個(gè)開(kāi)關(guān)量輸出端子( 均為晶體管輸出型) ，程序存儲器容量大小適合，完全滿(mǎn)足系統要求。

3.2、輸入輸出接線(xiàn)

　　根據試驗系統要求，設計PLC 輸入及輸出驅動(dòng)電路如圖2 所示。輸入包括空氣壓縮機電機起�？刂瓢粹oSB1、被測電磁閥起�？刂瓢粹oSB2 及一路保護信號輸入( 為空氣壓縮機電機熱繼電器的常閉觸點(diǎn)) ，輸出驅動(dòng)了6 個(gè)固態(tài)繼電器( SSR) ，其中1 個(gè)SSR 控制空氣壓縮機電機，其他5 個(gè)SSR 控制被測電磁閥。通過(guò)SSR 間接控制負載，可以很好的保護PLC，提高試驗系統的可靠性。

圖2 PLC外部接線(xiàn)