蔣興宇，徐承韜，宋禹輝，龐寶麟，趙明陽，高 陽，鄧雅琪

(沈陽化工大學(xué) 信息工程學(xué)院， 遼寧 沈陽 110142)

電磁閥作為一種重要的工業(yè)控制執(zhí)行器件，其性能指標直接影響所在系統(tǒng)的工作性能，需要通過一系列試驗對電磁閥產(chǎn)品相關(guān)指標進行精確的測定[1-2].其中電磁閥動作壽命試驗主要用于評估其工作可靠性及耐久性.由于該試驗強度高，周期長，其試驗系統(tǒng)要求自動化程度高，可靠性強.本文針對某型電磁閥產(chǎn)品，研制了一套基于工業(yè)個人計算機(IPC)控制的電磁閥工作壽命試驗系統(tǒng).該試驗系統(tǒng)能實現(xiàn)對電磁閥驅(qū)動信號的快速精確控制，具有操作方便、自動化程度高和可靠性好的特點.

1 試驗系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

試驗系統(tǒng)試驗對象為某型比例電磁閥，專為某用戶研制開發(fā)，用于汽車燃油供給系統(tǒng)中起比例控制作用.該閥通徑為1.6 mm，額定最大控制電壓為12 V，全開最大燃油流量不小于75 L/min(在工作壓力范圍內(nèi))，開通、關(guān)斷反應(yīng)時間均小于15 ms(在工作壓力范圍內(nèi)測得).該比例電磁閥為常閉型閥，在汽車燃油供給系統(tǒng)內(nèi)工作狀態(tài)為：不需供油時該閥閉合，需供油時該閥根據(jù)所加控制電信號成比例調(diào)節(jié)開度來控制供油量.盡管該閥不是開關(guān)閥，工作狀態(tài)是比例調(diào)節(jié)而不是頻繁開閉，但根據(jù)用戶要求，需要在保持頻繁開閉、頻繁(開通時)加載最大控制電信號及使用空氣代替燃油作為流體這些極限狀態(tài)下，或比實際工況更為苛刻的條件下，對該閥的密封性及電氣部件的耐用性做耐久性實驗，即動作壽命試驗.該型電磁閥實驗室內(nèi)動作壽命試驗系統(tǒng)的設(shè)計，主要依據(jù)用戶要求，但同時也參考了相關(guān)國家標準及行業(yè)標準，如《JBT7352—2010 工業(yè)過程控制系統(tǒng)用電磁閥》、《QC/T673—2007汽車用液化石油氣電磁閥》等.

根據(jù)以上被測電磁閥的參數(shù)指標及試驗測試要求，設(shè)計該型電磁閥實驗室內(nèi)動作壽命試驗系統(tǒng)流體回路，如圖1所示.應(yīng)用戶要求對該型閥先進行少量的抽樣試驗，將同時進行試驗的被測閥數(shù)目定為5個.

根據(jù)該型電磁閥性能參數(shù)，確定試驗過程中被測電磁閥入口氣壓在0～0.8 MPa可調(diào)，為此，采用空氣壓縮機(以下簡稱空壓機)配儲氣瓶方式為試驗系統(tǒng)供氣，空壓機將空氣壓縮到氣瓶中并維持氣瓶中壓力為0.8 MPa以上.氣瓶出口端依次接有壓力表、過濾器、減壓閥、壓力表，通過調(diào)節(jié)減壓閥控制氣瓶出口壓力，保證被測閥入口氣壓達到測試要求并一直保持.此后通過IPC控制使被測閥在額定驅(qū)動電信號作用下逐一開關(guān)動作，并連續(xù)循環(huán)，直至達到設(shè)定動作次數(shù)，停止動作.隨后對被測閥氣密性等工作性能進行檢測，實現(xiàn)動作壽命試驗.

圖1 試驗系統(tǒng)流路

試驗系統(tǒng)中選用高輸出壓力的靜音無油空氣壓縮機，以滿足試驗的壓力要求，并避免對流體的污染及減小噪聲；采用工程塑料軟管與快速接頭插接配合方式實現(xiàn)管路的連接及管路與被測閥的連接，在滿足耐壓性能要求前提下使安裝和拆卸變得方便；在管路入口端加裝空氣干燥凈化過濾器，以保證流體的清潔，防止對被測閥產(chǎn)生影響；由IPC實現(xiàn)對空壓機電機的控制及被測閥的驅(qū)動控制.

2 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 硬件選擇

試驗系統(tǒng)內(nèi)控制對象包括1個空氣壓縮機電機、5個被測閥，IPC通過板卡輸出的信號有空壓機電機控制信號、被測電磁閥控制信號等，輸入的信號有過載保護信號等，因此，確定IPC板卡的開關(guān)量輸出路數(shù)不能少于6個，輸入路數(shù)不能少于1個.因此，可選擇阿爾泰DAM-P3013型數(shù)據(jù)采集卡.主機選用裝有l(wèi)abview軟件的工控機，在環(huán)境條件允許的情況下也可使用普通PC機.

試驗過程中被測閥須長期連續(xù)動作，對試驗系統(tǒng)中相應(yīng)的驅(qū)動部件具有工作壽命長、可靠性高的性能要求.綜合性價比等因素，最終選用輸出驅(qū)動部件為固態(tài)繼電器(SSR)，分別選用D4810A型及D0810型.D4810A型輸入控制電壓范圍為3～32 VDC，輸出電壓范圍為4～480 VAC，D0810-24U型輸入控制電壓范圍為2～24 VDC，輸出電壓范圍為2～70 VDC，兩種固態(tài)繼電器輸入均符合系統(tǒng)選用的數(shù)據(jù)采集卡的開關(guān)量輸出電壓范圍，輸出也分別符合空壓機電機和被測電磁閥的電壓范圍.D0810型固態(tài)繼電器開通時間小于0.05 ms，關(guān)斷時間小于0.1 ms，均遠小于被測閥反應(yīng)時間，能滿足對被測閥的快速驅(qū)動要求，并且工作壽命方面也滿足測試要求(同時也會定期檢查、更換固態(tài)繼電器，以保證試驗系統(tǒng)的正常運行).

2.2 輸入輸出聯(lián)接

根據(jù)試驗系統(tǒng)要求，設(shè)計控制系統(tǒng)硬件電路如圖2所示.空壓機電機的起?？刂坪捅粶y電磁閥的起?？刂菩盘栐贗PC監(jiān)控界面上輸入，IPC通過數(shù)據(jù)采集卡輸出控制6個SSR，其中1個SSR控制空壓機電機，其他5個控制被測閥.通過SSR實現(xiàn)間接控制負載，可以很好地保護IPC數(shù)據(jù)采集卡，提高試驗系統(tǒng)的可靠性.

圖2 IPC輸入輸出連接示意圖

空壓機電機電源電路中串連有熱繼電器FR保護觸點、熔斷器FU，能夠分別實現(xiàn)過載保護和短路保護.電路中還串有壓力控制觸點KP，其可根據(jù)氣瓶出口壓力情況自動開閉，從而控制空壓機電機工作狀態(tài).因電磁閥線圈通電后具有電感性質(zhì)，屬于感性負載，所以，在每個被測閥線圈的兩端反并聯(lián)一個二極管，以提供泄放回路，保護電磁閥線圈.另外，在設(shè)計中還考慮了試驗系統(tǒng)電氣部分的防護問題，使電氣部分能夠防積塵、防濺水.使用固態(tài)繼電器、設(shè)置多種保護措施及IPC本身具有的高穩(wěn)定性，使該試驗系統(tǒng)具有較高的可靠性，能夠長期安全運行.

3 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

根據(jù)試驗要求，試驗系統(tǒng)軟件采用labview進行編程.使用順序控制設(shè)計編程方法設(shè)計控制程序，利用數(shù)據(jù)采集卡輸出開關(guān)量信號控制不同的固態(tài)繼電器的開啟與停止.系統(tǒng)控制程序主要有主程序和初始化子程序兩部分.主程序的功能是實現(xiàn)對空壓機電機的控制及對被測閥的控制；初始化子程序的功能是設(shè)置初始值及進行初始化操作，如設(shè)置電磁閥試驗動作次數(shù)值、電磁閥驅(qū)動電流電壓信號導(dǎo)通時間值、關(guān)斷時間值等.

空壓機電機的控制流程如圖3所示.當運行系統(tǒng)程序并首次點擊監(jiān)控界面中“空氣壓縮機電機開啟/關(guān)閉”按鈕(此時為啟動功能)，如果無過載保護動作信號產(chǎn)生，則空壓機電機開始工作，在工作過程中若發(fā)現(xiàn)過載保護動作信號，或者電磁閥動作試驗次數(shù)達到設(shè)定值，或者再次點擊 “空氣壓縮機電機開啟/關(guān)閉”按鈕(此時為停止功能)，則空壓機電機停止工作.

圖3 空壓機電機的控制流程

被測閥的控制流程如圖4所示.當運行系統(tǒng)程序并首次點擊監(jiān)控界面中的“被測電磁閥開啟/關(guān)閉”按鈕(此時為啟動功能)，如過載保護功能沒有動作，則閥1開啟并計時，計時到閥1關(guān)閉并延時，繼而閥2、閥3、閥4、閥5逐一動作，所有被測閥均動作一次后計數(shù)器值加1，之后連續(xù)循環(huán)，若過載保護功能動作，或電磁閥動作次數(shù)達到設(shè)定值或是再次點擊 “被測電磁閥開啟/關(guān)閉”按鈕(此時為停止功能)，則所有電磁閥停止工作.

圖4 被測閥的控制流程

系統(tǒng)監(jiān)控界面采用labview進行設(shè)計，利用labview具有的圖形化設(shè)計形式[3-4]，設(shè)計人性化的前面板操作界面.并且根據(jù)系統(tǒng)要求編程，產(chǎn)生不同的開關(guān)量信號，在不同的操作情況下通過數(shù)據(jù)采集卡輸出開關(guān)量信號，實現(xiàn)對不同固態(tài)繼電器的實時控制，從而實時控制空壓機電機和多路電磁閥的開啟與關(guān)閉，而且還可以人為選擇自動或手動控制(其手動控制可分別對單個被測電磁閥進行檢測試驗).在參數(shù)設(shè)定界面，可以靈活地設(shè)定或更改電磁閥試驗動作次數(shù)、電磁閥工作時間、間隔等待時間等初始值，此外系統(tǒng)還設(shè)計具有信息自動存儲記錄功能，以防止意外斷電時信息的丟失，如試驗動作次數(shù)的自動存儲記錄、報警(歷史)信息的自動存儲記錄等.這些使該試驗系統(tǒng)具有良好的人機界面，方便人員操作，并使試驗系統(tǒng)具有較高的可靠性及自動化程度[5-7].部分控制界面如圖5所示.

圖5 監(jiān)控界面

4 結(jié)束語

(1) 電磁閥動作壽命試驗系統(tǒng)制做完成后，已進行了長時間的耐久試驗.試驗結(jié)果表明：試

驗系統(tǒng)整體工作性能良好，具有操作簡便、運行穩(wěn)定可靠和自動化程度高等特點，試驗過程不需專人值守，較好地實現(xiàn)了預(yù)期設(shè)計目的.

(2) 試驗系統(tǒng)基于IPC控制，在Labview軟件平臺下開發(fā)出的控制系統(tǒng)，具有信號采集容易、穩(wěn)定性較強、性價比高、通訊及控制的實時性好、程序的可擴展性及通用性強的特點，具有較好的工程實際應(yīng)用價值.

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