楊藝偉，裘科名，張 璟，莊益孌，徐洪海

（1.紹興市上虞區(qū)計量測試所，浙江 紹興 312300；2.紹興市上虞區(qū)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗所，浙江 紹興 312300）

基于PLC的葉輪超速試驗自動控制系統(tǒng)的研發(fā)

楊藝偉1，裘科名2，張 璟2，莊益孌2，徐洪海2

（1.紹興市上虞區(qū)計量測試所，浙江 紹興 312300；2.紹興市上虞區(qū)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗所，浙江 紹興 312300）

葉輪超速試驗是風機性能檢測的重要試驗之一，可以對風機的制造質(zhì)量水平、葉輪的強度和剛度進行參考和評定。針對國家風機行業(yè)標準要求，結(jié)合自身實驗室條件，開發(fā)了一款具有真空系統(tǒng)的自動控制檢測裝置，整個系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，分為主體系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)通過上位機與下位機的設(shè)置完成系統(tǒng)控制，具有較好的實際意義和應用價值。

葉輪超速試驗；控制系統(tǒng)；主體系統(tǒng)；PLC

傳統(tǒng)的葉輪超速試驗臺多為手動操作，這就造成了控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性偏差，甚至有些試驗數(shù)據(jù)不能及時采集，從而造成不能完整有效地記錄試驗結(jié)果。針對以上的這些缺點，結(jié)合實驗室實際需要，研發(fā)一款具有自動控制系統(tǒng)計算機的葉輪超速試驗臺具有其現(xiàn)實意義。

1 試驗臺概述

超速試驗是利用高速旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的強大離心力，在超速試驗件工作轉(zhuǎn)速不小于1.1倍的試驗轉(zhuǎn)速下對高速旋轉(zhuǎn)工件預加負載，以檢查工件是否安全可靠的一種近代先進的科學負載[1]。對高速旋轉(zhuǎn)工件進行超速試驗就成為確保高速大應力旋轉(zhuǎn)工件安全可靠的唯一手段，因此超速試驗機就成為高速旋轉(zhuǎn)機械生產(chǎn)企業(yè)必不可少的檢測試驗設(shè)備。

控制系統(tǒng)采用上位機與下位機相結(jié)合的控制策略，上位機采用工業(yè)控制計算機，可對設(shè)備進行智能監(jiān)控和遠程操作，保證設(shè)備的高效不間斷運行。下位機采用PLC控制，可靠性強、抗干擾能力強，可實現(xiàn)故障自診斷和智能控制，可在控制過程中完成數(shù)據(jù)采集及處理，根據(jù)編程程序完成順序控制，提供故障報警和故障分析完成對系統(tǒng)的保護。

2 主體系統(tǒng)

主體系統(tǒng)部分針對風機葉輪直徑較大的特點采用上立式結(jié)構(gòu)設(shè)計，主要由底板、支承裙座、試驗腔體、試驗腔蓋、連接軸、防爆保護層等組成，采用變頻器配合直流電機可實現(xiàn)0～5 000 r/min范圍內(nèi)的無級變速，同時安裝同軸數(shù)字編碼器用于實時檢測并反饋轉(zhuǎn)速，主軸采用帶橡膠阻尼減振的連接軸系結(jié)構(gòu)，采用帶橡膠圈的連接軸系結(jié)構(gòu)增大了主軸系統(tǒng)的阻尼，有助于使超速試驗機順利通過臨界轉(zhuǎn)速，同時又抑制了工件掉塊等引起的振動，保證超速試驗機穩(wěn)定、高效運行。

此外，在試驗腔體內(nèi)安裝振動傳感器用于實時反饋振動值，并根據(jù)試驗要求可設(shè)定的最大振動值完成自我保護和自動停車；安裝熱電偶傳感器，及時監(jiān)測腔體內(nèi)溫度防止過熱；試驗腔體內(nèi)設(shè)置防爆保護層，防止散落工件損壞試驗設(shè)備。

3 控制系統(tǒng)

根據(jù)設(shè)計要求，將控制系統(tǒng)分為上位機與下位機，上位機主要用于接收下位機的采集信號，完成基本參數(shù)設(shè)置與數(shù)據(jù)處理，同時對整個系統(tǒng)進行監(jiān)測，提供系統(tǒng)保護和故障監(jiān)測；下位機主要用于采集溫度、壓力、轉(zhuǎn)速、真空度、振動等數(shù)據(jù)信號，并完成與上位機的通訊，提供就地保護和電氣、輔助設(shè)備的啟停。控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖如圖1所示。

圖1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖

系統(tǒng)通過與異步電動機相連的編碼器獲取輸出轉(zhuǎn)速后，通過RS232總線將轉(zhuǎn)速信號傳遞給PLC，完成對系統(tǒng)轉(zhuǎn)速的控制；與此同時，通過安裝在主軸的振動傳感器獲取振動信號并傳送給PLC，根據(jù)獲取的振動與轉(zhuǎn)速信號，結(jié)合超速試驗中要求的試驗條件，完成試驗所需設(shè)置。PLC可通過實時的轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)，通過變頻器調(diào)節(jié)控制電壓獲取目標轉(zhuǎn)速。在開始試驗之前，可通過PLC完成對電氣設(shè)備和輔助設(shè)備的開啟及結(jié)束試驗后對設(shè)備的關(guān)閉。同時，PLC與工控機通過現(xiàn)場總線連接完成上位機與下位機的通訊，及時反饋系統(tǒng)運行狀態(tài)中的參數(shù)，完成上位機的指令操作。上位機具有友好的人機互助界面，可進行參數(shù)設(shè)置，可實現(xiàn)遠程人機操作，還可對數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)分析和存儲。此外，還可設(shè)置系統(tǒng)保護裝置，實現(xiàn)緊急停車，保護試驗設(shè)備。PLC是超速試驗機控制系統(tǒng)的核心，負責執(zhí)行上位機的命令，完成真空泵和主機設(shè)備的啟停，輸入信號的采集，電機轉(zhuǎn)速的控制以及系統(tǒng)故障識別，完成與轉(zhuǎn)速儀表、溫度儀表、振動傳感器、真空表等通信，增加控制的穩(wěn)定性，快速、高質(zhì)量地完成控制過程。在下位機的設(shè)計中，增加了西門子的SIMATICHMI顯示界面，可在現(xiàn)場界面上顯示過程數(shù)據(jù)，通過畫面上的輸入域修改系統(tǒng)的參數(shù)，實現(xiàn)電氣系統(tǒng)的啟停，顯示報警等功能，其特點主要是具有標準化的硬件接口和通信協(xié)議，可與西門子PLC配合迅速完成數(shù)據(jù)通訊，實現(xiàn)控制響應。

4 真空系統(tǒng)

結(jié)合風機行業(yè)測試標準要求，采用真空系統(tǒng)，在真空泵吸氣口與試驗腔出氣口之間設(shè)置電動閥門，試驗腔內(nèi)的空氣經(jīng)由此閥吸入真空泵后排出，真空泵停止工作時電動閥門關(guān)閉，防止空氣反沖入試驗腔內(nèi)，維持試驗腔內(nèi)的真空度，同時在試驗腔體出氣口的連接管道處設(shè)置真空壓力變送器，傳送到人機互助界面顯示實時真空度。

5 結(jié)論

葉輪超速試驗自動控制系統(tǒng)采用計算機控制，實現(xiàn)了自動控制與遠程控制，同時結(jié)合試驗要求，采用真空系統(tǒng)保證腔體的真空度，更加真實、有效地反映出葉輪的剛度、強度以及振動情況，為企業(yè)提供了葉輪的精準檢測數(shù)據(jù)，同時還可以為葉輪的最優(yōu)化設(shè)計提供參考資料，為市場提供優(yōu)質(zhì)的風機產(chǎn)品零部件。

［1］重慶通用工業(yè)（集團）有限責任公司.JB/T 6445—2005工業(yè)通風機葉輪超速試驗［S］.北京：機械工業(yè)出版社，2005.

［2］王燕偉，吳榮仁，何慶，等.葉輪高速旋轉(zhuǎn)試驗臺自動控制系統(tǒng)開發(fā)［J］.機械工程師，2008（02）.

TP273

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.21.113

2095－6835（2017）21－0113－02

〔編輯：劉曉芳〕