离心泵测试系统的设计与实现（唐山学院毕业论文）

离心泵测试系统的设计与实现（唐山学院毕业论文） 唐山学院 离心泵测试系统的设计与实现 引言 离心泵的使用范围很广，在农田排灌、城市和工业排水、原子能发电、舰艇的喷水推进、火箭的燃料供给等方面都有很重要的应用。尤其在石油和化工工业中应用更为广泛，比如在输油管路、泵站、海上平台的应用，故离心泵被称为输油管线的心脏。 据现场调查，海上平台小型泵(离心泵)数量大、类型多、维修频繁。泵在长期工作中，受到不同程度的损坏，部分性能已经达不到原设计的，如果不断更换新泵，必将大大增加使用成本，所以必须进行维修。各种离心泵经过维修或更换配件后，能否达到原设计能力(其性能参数是否满足使用要求，除按标准维修外，还应作性能试验，以检测维修效果从而判定泵的维修质量。同时，为了泵工作和运行的需要，在新出厂或维修后出厂的泵，都必须随泵配有性能标准。对于缺乏原始设计资料的泵，则需要通过试验来测定其性能。对新设计的泵需要进行型式试验确定其性能是否满足设计要求。因此，需要设计泵试验系统。该试验系统就是针对维修离心泵进行性能检测而设计的，同时兼顾到新泵的型式试验和出厂检验的要求。其通过对泵性能参数的采集、计算来判定离心泵的性能是否恢复到工作要求，从而确定维修泵的工作参数。 由于维修泵的型号较多，因此，需要建立应用范困较大的泵试验系统，满足不同型号维修泵的性能试验，作为泵维修质量评定和验收的依据。该试验系统通过自动采集流量、出口压力、消耗电流等参数，经过计算机处理，按照有关国家标准，给出有关的离心泵的性能标准和检测。试验人员可以根据这些性能标准和测试结果来判定该试验离心泵的性能情况。达到使用要求的离心泵则可以继续使用，达不到的则不能继续使用，进行再维修或考虑更换新泵。 3 第一章离心泵系统的工艺与传感选型 1.1小流量离心泵测试装置 小流量离心泵测试装置主要完成直八增压泵RLB-5、直九增压泵RLB-12、卡型机输油泵三种离心泵的测试，测试内容及条件如1所示。 表1小流量离心泵测试装置测试内容及条件 离心泵型号 供电电压 测试流量 出口压力 电流 19V 700L/h ?35KPa ?4.2A 27V 700L/h ?60KPa ?5.0A 直八增压泵RLB-5 27V 225L/h ?82.5KPa ?5.0A 27V 0L/h ?87.5KPa ?5.0A 30V 0L/h ?125KPa ?5.0A 直九增压泵27V 780 L/h ?60KPa ?3.0A RLB-12 卡型机输油泵 27V 750 L/h ?78.4KPa ?3.9A 根据三种离心泵的流量测试条件，流量传感器选用涡轮流量传感器，通径为10mm，流量范围200,1200L/h，型号为LWGY-10A，可以涵盖所有测试点的流量测试。 16P-DN20，阀座通过调整调节阀的阀门开度使流量条件满足，调节阀选用ZDYP-直径20mm，通过调整调节阀的开度改变燃油泵的流量。 对于流量为0的测试点，通过调整调节阀开度很难达到条件，也就是调节阀关不严有泄露，所以采用电动球阀使管路截止，达到流量为0的测试条件。电动球阀选型:KLD20SB3S，DN15，材质316不锈钢，电源电压AC220V，耐压1.0Mpa。 根据三种离心泵的出口压力标准，选择压力变送器，压力变送器采用电容式变送器，测试精度高，性能稳定。压力变送器选用E+H公司的PMC系列压力变送器，量程 4 为0-250KPa，精度0.2%; 消耗电流的测试采用分流器，分流器选型为10A/75mV，选用带变送输出的数显表进行电流的采集与变送，数显表型号为WP-LEDA-C602NT(10A/75mV)，4-20mA变送输出，送至可编程控制器系统。 小流量离心泵测试装置中，离心泵的供电电源有DC19V、DC27V、DC30V三种电压，系统采用三个开关电源，分别是DC19V开关电源、DC27V开关电源、DC30V开关电源，作为燃油泵的供电电源，控制系统根据测试条件自动切换至相应的电源电压。 1.2中流量离心泵测试装置 中流量离心泵测试装置主要完成运八燃油泵LB-22、运八燃油泵LB-21、歼十燃油泵LB-4、教九燃油泵RLB-54四种离心泵的测试，测试内容及条件如表2所示。 表2中流量离心泵测试装置测试内容及条件 离心泵型工作状态 供电电压 测试流量 出口压力 电流 号 值班1 DC 27V 4000L/h ?39KPa ?11A 值班2 DC 27V 0L/h ?67KPa 无要求 额定1 DC 27V 4000L/h ?83KPa ?18A 运八LB-22 额定2 DC 27V 0L/h ?127KPa 无要求 加强1 DC 27V 2000L/h ?123KPa ?22A 加强2 DC 27V 0L/h ?177KPa 无要求 运八LB-21 DC 27V 4000 L/h ?59KPa ?11.5A 歼十LB-4 DC 27V 2100L/h ?68KPa ?7A 三相交流1500??60KPa 教九 115V,400H70kg/h RLB-54 z 根据四种离心泵的流量测试条件，流量传感器选用涡轮流量传感器，通径为25mm，流量范围1000,10000L/h，型号为LWGY-25B，可以涵盖所有测试点的流量测试。 通过调整调节阀的阀门开度使流量条件满足，调节阀选用ZDYP-16P-DN25，阀座 5 直径25mm，通过调整调节阀的开度改变燃油泵的流量。 对于流量为0的测试点，通过调整调节阀开度很难达到条件，也就是调节阀关不严有泄露，所以采用电动球阀使管路截止，达到流量为0的测试条件。电动球阀选型:KLD100SB3S，QJ1-10B-DN25，材质316不锈钢，电源电压AC220V，耐压1.0Mpa 根据四种离心泵的出口压力标准，选择压力变送器，压力变送器采用电容式压力变送器，测试精度高，性能稳定。压力变送器选用E+H公司的PMC系列压力变送器，量程为0-250KPa，精度0.2% 直流泵消耗电流的测试采用分流器，分流器选型为50A/75mV，选用带变送输出的数显表进行电流的采集与变送，数显表型号为WP-LEDA-C602NT(50A/75mV)，4-20mA变送输出，送至可编程控制器系统。 中频交流泵消耗电流的测试采用中频电流表，中频电流表选型为ZW1620A，输入量程为0-20A，4-20mA变送输出，送至可编程控制器系统。 中流量离心泵测试装置中，离心泵的供电电源有DC27V和中频交流电源两种，系统中采用DC27输出的开关电源提供直流DC27V，采用中频电源提供离心泵电源，中频电源为三相四线制，AC115V，400Hz。 中流量测试装置中离心泵LB22具有额定、值班和加强三种工作方式，通过程序自动控制接触器切换工作方式，完成测试内容。 1.3大流量离心泵测试装置 大流量离心泵测试装置主要完成轰六燃油泵LB-25、教九燃油泵LB-7A、教九燃油泵RLB-29A、教九燃油泵RLB-38、歼十燃油泵RLB-16A、歼十燃油泵RLB-18、J11B燃油泵RLB-31、J11B燃油泵RLB-32、歼轰七燃油泵RLB-11、歼轰七燃油泵FRB-111十种离心泵的测试，测试内容及条件如表3所示。 表3大流量离心泵测试装置测试内容及条件 离心泵型工作状供电电压 测试流量 出口压力 电流 负压 号 态 值班1 14000L/h 24.5,?20A 轰六LB-25 DC 27V 44.1Kpa 无 值班2 0L/h ?78.5KPa ?20A 6 额定1 14000L/h 78.5,?36A 93.2Kpa 额定2 0L/h ?142.2KPa 无要 求 加强1 7000L/h ?142.2KPa ?40A 测试点19000L/h ?60KPa ?38A 1 教九LB-7A DC 27V 无 测试点0L/h ?60KPa ?38A 2 H=0 23000L/h ?P?60KPa H0 教九 H=2000DC 27V 5000,?P?70KPa P?进RLB-29A m 5250L/h -21.33Kpa H=0 ?10000 L/h ?P??38A H=0 58.8KPa 教九 DC 27V RLB-38 H=2072?4000 L/h ?P?68.8Pa ?38A P?进 m -20.58Kpa H=0 三相交流17000L/h ?120KPa ?13A H0 歼十 115V,400HH=110012000L/h ?P?130KPa ?13A P=-66Kpa 进RLB-16A 0m z H=0 三相交流17000L/h ?127KPa ?11A H=0 歼十 115V,400HH=110012000L/h ?P?138KPa ?13A P=-66Kpa 进RLB-18 0m z 测试点12000L/h ?70KPa ?33A 1 J11B DC 27V 无 RLB-31 测试点0L/h ?130KPa ?33A 2 J11B 测试点三相交流12000L/h 68.6,?4A 无 RLB-32 1 115V,400H130KPa 7 测试点z 0L/h 88.2,?4A 2 130KPa 测试点三相交流16000L/h ?98KPa ?10A 1 115V,400H歼轰七 无 RLB-11 测试点z 0L/h ?196KPa ?10A 2 测试点32000L/h ?100KPa ?17A 1 测试点24000L/h ?100KPa ?17A 三相交流 歼轰七 2 115V,400H无 FRB-111 测试点8000L/h 实测 ?17A z 3 测试点0L/h 实测 ?17A 4 根据十种离心泵的流量测试条件，流量传感器选用涡轮流量传感器，通径为50mm，流量范围4000,40000L/h，型号为LWGY-50A，可以涵盖所有测试点的流量测试。 通过调整调节阀的阀门开度使流量条件满足，调节阀选用ZDYP-16P-DN50，阀座直径50mm，通过调整调节阀的开度改变燃油泵的流量。 对于流量为0的测试点，通过调整调节阀开度很难达到条件，也就是调节阀关不严有泄露，所以采用电动球阀使管路截止，达到流量为0的测试条件。电动球阀选型:KLD400B3S，QJ1-16B-DN50，材质316不锈钢，电源电压AC220V，耐压1.6Mpa。 根据十种离心泵的出口压力标准，选择压力变送器，压力变送器采用电容式变送器，测试精度高，性能稳定。压力变送器选用E+H公司的PMC系列压力变送器，量程为0-250KPa，精度0.2%。 消耗电流的测试采用分流器，分流器选型为50A/75mV，选用带变送输出的数显表进行电流的采集与变送，数显表型号为WP-LEDA-C602NT(50A/75mV)，4-20mA变送输出，送至可编程控制器系统。 中频交流泵消耗电流的测试采用中频电流表，中频电流表选型为ZW1620A，输入 8 量程为0-20A，4-20mA变送输出，送至可编程控制器系统。 大流量离心泵测试装置中，离心泵的供电电源有DC27V和中频交流电源两种，系统中采用DC27输出的开关电源提供直流DC27V，采用中频电源提供离心泵电源，中频电源为三相四线制，AC115V，400Hz。 大流量测试装置中离心泵LB25具有额定、值班和加强三种工作方式，通过程序自动控制接触器切换工作方式，完成测试内容。 大流量离心泵测试装置中，有的离心泵需要测试一定飞行高度下的性能数据，为此通过向油箱提供连续可调的负压来模拟飞机飞行高度，真空压力通过真空泵和真空电气比例阀实现，真空比例阀选用CKD公司的EV2100V，真空调整范围为-10.1KPa,-91.2Kpa，完全可以满足离心泵高空环境的模拟。 1.4教八RLB-26测试装置 由于RLB-26需要测试正飞和倒飞两种情况，并且RLB-26又有双叶轮，需要测试双叶轮和单独测试上下叶轮的情况，每个测试点测试液面不同，结构复杂，所以单独设置一个测试装置。测试内容及条件如表4所示 表4教八RLB-26测试装置测试内容及条件 离心泵型工作状态 供电电压 测试流量 出口压力 电流 号 正飞下叶DC 27V 1550L/h ?60KPa ?20A 轮 正飞双叶DC 27V 2000L/h ?140KPa ?20A 教八轮 RLB-26 正飞双叶DC 27V 0 L/h ?150KPa ?20A 轮 倒飞上叶DC 27V 1550L/h ?110KPa ?20A 轮 根据教八燃油泵的流量测试条件，流量传感器选用涡轮流量传感器，通径为20mm，流量范围800,8000L/h，型号为LWGY-20B，可以涵盖所有测试点的流量测试。 通过调整调节阀的阀门开度使流量条件满足，调节阀选用ZDYP-16P-DN25，阀座 9 直径25mm，通过调整调节阀的开度改变燃油泵的流量。 对于流量为0的测试点，通过调整调节阀开度很难达到条件，也就是调节阀关不严有泄露，所以采用电动球阀使管路截止，达到流量为0的测试条件。电动球阀选型:KLD100SB3S，QJ1-10B-DN25，材质316不锈钢，电源电压AC220V，耐压1.0Mpa; 根据教八燃油泵的出口压力标准，选择压力变送器，压力变送器采用电容式变送器，测试精度高，性能稳定。压力变送器选用E+H公司的PMC系列压力变送器，量程为0-250KPa，精度0.2%。 消耗电流的测试采用分流器，分流器选型为50A/75mV，选用带变送输出的数显表进行电流的采集与变送，数显表型号为WP-LEDA-C602NT(50A/75mV)，4-20mA变送输出，送至可编程控制器系统。 关于燃油泵正飞下叶轮、正飞双叶轮、倒飞上叶轮测试点需要油面没过相应的叶轮，所以需要进行液面控制，通过在相应的液面安装液位开关，并通过进油阀和放油阀进行控制，进油阀和放油阀通径比较小，而油箱液面很大，因此到达相应液面时候关闭进油阀或放油阀，阀门关闭延时造成的液面变化可以忽略不计。在此，正飞下叶轮液位开关、正飞双叶轮液位开关、倒飞上叶轮液位开关选用LS-7，6型外部安装型。 1.5转输泵测试装置 由于转输泵测试对转输泵吸油口有要求，并且又有正转和反转两种情况，涉及到管路的换向问题，结构相对复杂所以单独设置一个测试装置，主要完成直八转输泵RCB-2和直九转输泵RXB-4的性能测试，测试内容及条件如表5所示 表5转输泵测试装置测试内容及条件 旋转方测试流量 出口压力 电流 离心泵型号 供电电压 向 正转 DC16V 300L/h ?20KPa ?4.5A 正转 DC 24V 500L/h ?20KPa ?5.0A 直八转输泵正转 DC 27V ?500L/h 30Kpa 无要求 RCB-2 反转 DC 16V 300L/h ?20KPa ?4.5A 反转 DC 24V 500L/h ?20KPa ?5.0A 反转 DC 27V ?500L/h 30Kpa 无要求 10 直九转输泵正转 DC 27V 350 L/h ?8KPa ?3.2A RXB-4 反转 DC 27V 350 L/h ?8KPa ?3.2A 根据两种燃油泵的流量测试条件，流量传感器选用涡轮流量传感器，通径为10mm，流量范围200,1200L/h，型号为LWGY-10A，可以涵盖所有测试点的流量测试。 通过调整调节阀的阀门开度使流量条件满足，调节阀选用ZDYP-16P-DN20，阀座直径20mm，通过调整调节阀的开度改变燃油泵的流量。 根据两种离心泵的出口压力标准，选择压力变送器压力变送器采用电容式变送器，测试精度高，性能稳定。压力变送器选用E+H公司的PMC系列压力变送器，量程为0-100KPa，精度0.2%。 消耗电流的测试采用分流器，分流器选型为10A/75mV，选用带变送输出的数显表进行电流的采集与变送，数显表型号为WP-LEDA-C602NT(10A/75mV)，4-20mA变送输出，送至可编程控制器系统。 转输泵测试装置中，离心泵的供电电源有DC16V、DC24V、DC27V三种电压，系统采用三个开关电源，分别是DC19V开关电源、DC27V开关电源、DC30V开关电源，作为燃油泵的供电电源，控制系统根据测试条件自动切换至相应的电源电压。 转输泵安装完毕之后，可以自动实现转输泵的正转反转测试，转输泵旋转换向时，管路也相应换向，转输泵换向由通道方式不同确定，管路换向由两个电动三通球阀实现，电动球阀型号为:KLD20SB3S，DN15，卧式三通，材质316不锈钢，电源电压AC220V，耐压1.0Mpa。 11 第二章控制系统的模块和功能 2.1三菱FX3GA-60MR FX3GA-60MR-CM是继电器，将简便应用概念凝聚一身的一体机，优越的性价比最适合小规模控制，拥有可保存大量注释的大容量存储器，超过30000点的数据寄存器，60kHz的高速信号处理，以及更简单的3轴定位方式。与此同时，FX3GA具备了灵活且丰富的扩展功能，适用于不同行业的应用控制。它可安装功能扩展板进行使用，最多可连接4台适配器，温度控制和模拟量输入输出也非常简单，无需编程只需适配器即可，还可4ch同时通信。 与之前的一些型号相比,FX3GA的特长在于，其充实的网络通信、保密性、以及三菱电机高品质的保证，得到了用户的一致青睐。FX3GA只需链接相应设备，Ethernet?、MODBUS?、CC-Link等网络通信都可实现，还适用于与温度调节器和驱动器、图像检测设备等的应用。其保密性的强化，对程序的保护采用了OEM密码、客户密码和GX Works2认证保护。 FX3GA-60MR-CM FX3GA-60MT-CM输入36点/输出24点 2.1.1 FX3GA硬件结构 12 2.1.2输入输出口编址 1)输入口编址 2)输出口编址 13 2.2模拟量模块 2.2.1 FX2N-4AD 三菱FX2n-4AD是三菱电机公司推出的一款FX2n系列PLC模拟量输入模块，有CH1~CH4四个通道，每个通道都可进行AD转换，分辩率为12位，采集信号电压为-10V~+10V，分辩率5mV。电流输入时，为4~20mA或-20~20mA，分辩率20uA。FX2n-4AD内部有32个16位的缓冲寄存器(BMF)，用于与主机交换数据。FX2n-4AD占用FX2n扩展总线的8个点，耗电为5V，30mA。FX2N常用的模拟量输入模块有FX2N-2AD、FX2N-4AD、FX2N-8AD模拟量输入模块和温度传感器输入模块 1)接线图 14 (1)模拟输入通过双绞屏蔽电缆来接收。电缆应远离电缆线或其他可能产生电器干扰的电线。 (2)如果有电压波动，或在外部接线中有电器干扰，接一个平波电容器。(0.1uF到0.47uF,25V) (3)若果是用电流接入，请短接V+和I+端子。 2)输入特性曲线 3)缓冲存储器(BFM)分配 BFM 内容 *#0 通道初始化缺省设定值为H0000 *#1 通道1 平均值取样次数缺省值为8 *#2 通道2 *#3 通道3 *#4 通道4 #5 通道1 平均值 #6 通道2 #7 通道3 #8 通道4 15 #9 通道1 当前值 #10 通道2 #11 通道3 #12 通道4 #13-19 保留 *#20 复位到缺省设定值缺省值为0 *#21 禁止调整偏移、增益值，缺省值为0(1为允许调整) *#22 偏移、增益调整 b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0 G4 O4 G3 O3 G2 O2 G1 O1 *#23 偏移量缺省值为0 *#24 增益值缺省值为5000 #25-28 保留 #29 错误状态 #30 识别码K2010 #31 禁用 2.2.2 FX2N-4DA 三菱FX2N-4DA有4个输出通道。提供了12位高精度分辨率的数字输入。转换速度为2.1ms/4通道，使用的通道数变化不会改变转换速度。输出的形式可为电压，也可为电流。其选择取决于接线不同。电压输出时，两个模拟输出通道输出信号为0,10V DC，0,5V DC;电流输出时为4,20mA DC。分辨率为2.5mV(0,10V DC)和4uA(4,20mA)。数字到模拟的转换特性可进行调整。本模块需占用8个I/O点。适用于FX1N、FX2N、FX2N子系列。其他的性能与FX2N-2DA相似。 可编程控制器基本单元与FX2N-4DA之间的数据通讯也是由FROM/TO指令来执行的。读写操作是对FX2N-4DA的缓冲寄存器BFM进行操作的，缓冲器区由32个16位的寄存器组成，编号为BFM,0,,31。 1)接线图 (1)对于模拟量输出使用双绞屏蔽电缆，电缆 16 线应该远离电源线。 (2)输出电缆在负载端使用单点接地。 2)输出特性曲线 3)缓冲存储器(BFM)分配 BFM 内容 *#0 输出模式选择，出厂设置H0000 #1 输出数据通道CH1、CH2、CH3、CH4 #2 #3 #4 17 #5 数据保持模式，出厂设置H0000 #6~#7 保留 *#8 CH1、CH2偏移/增设定命令，出厂设置H0000 *#9 CH3、CH4偏移/增设定命令，出厂设置H0000 #10 偏移数据CH1 #11 增益数据CH1 #12 偏移数据CH2 #13 增益数据CH2 #14 偏移数据CH3 #15 增益数据CH3 #16 偏移数据CH4 #17 增益数据CH4 #18-#19 保留 #20 初始化，初始值=0 #21 禁止调整I/O特性(初始值=1) #22~#28 保留 #29 错误状态 #30 K3020识别码 #31 保留 2.2.3 FX2N-2DA FX2N系列中有关模拟量的特殊功能模块有:FX2N-2AD(2路模拟量输入)、 FX2N-4AD(4路模拟量输入)、FX2N-2DA(2路模拟量输出)、FX2N-4DA(4路模拟量输出)、 FX2N-4AD-PT(4路热电阻直接输入)、FX2N-4AD-TC(4路热电偶直接输入)、FX2N-2DA(2 路模拟量输出)、FX2N-4DA(4路模拟量输出)、FX2N-2LC(2路温度PID控制模块)等。 1)接线图 18 (1)当电压输出存在波动或者有大量噪声时，在 输出端连接0.1uF到0.47uF 25V DC电容。 (2)对于电压输出，将IOUT和COM短接。 2)输出特性曲线 3)缓冲存储器(BFM)分配 BFM编号 b15到b8 b7到b3 b2 b1 b0 #0到#15 保留 #16 保留 输出数据的当前值(8位数据) 19 D/A低8通道1的通道2的 位 #17 保留 D/A转换D/A转换 开始 开始 数据保持 #18或更大 保留 BFM#16:存放由BFM#17(数字值)指定通道的D/A转换数据。D/A数据以进制形式出现，并以低8位和高4位两部分顺序进行存放和转换。 BFM#17:b0:通过将1变成0，通道2的D/A转换开始。 b1:通过将1变成0，通道1的D/A转换开始。 b2:通过将1变成0，D/A转换的低8位数据保持。 2.3选择功能 PLC程序完成数据采集、数据处理、控制输出等功能，采用GX-Developer开发软件编写。采用模块化程序设计，不同的功能模块采用子程序实现，层次清晰，程序可读性和可维护性高 燃油离心泵种类繁多，供电电源、流量及安装形式都不同，为了实现燃油离心泵测试，试验台可测试小流量离心泵测试装置、中流量离心泵测试装置、大流量离心泵测试装置，鉴于教八离心泵和直升机转输泵的特殊测试方式，设置了教八离心泵测试装置和转输泵测试装置燃油泵,测试系统分为手动和自动二种方式。手动方式时,PL C不再控制测试系统,主要用于试验台调试和维修。自动测试是一种高效的工作方式,一般用于正常的工作测试,由PLC控制自动完成。自动测试时,按下电源按钮,压力、流量、电压等显示仪开始指示并自检,选定油泵后,测试应能自动进行,直到结束。在试验中,如要中止测试,可按中止按钮,使控制系统回到初始状态,并返回测试选择状态。 2.4显示、判断和打印功能 数据采集处理模块主要完成模拟量数据的读取、转换，根据模拟量信号的上限、下限、量程以及A/D输入模块参数，计算出实际的压力、电流等。模拟量输入信号有12个， 20 每个模拟量信号的转换算法相同，为此编写了一段转换程序，所有模拟量输入信号转换共用，通过PLC内部变址寄存器进行参数的传递，缩短了程序长度，提高了系统的实时性。 控制输出模块主要完成模拟量数据的输出，根据模拟量输出模块的参数，对输出之前的数字量进行处理，调整至模拟量输出模块量程之内，经过D/A模块之后将数字量变换成4-20mA的模拟量去控制调节阀开度及真空比例阀的真空度。 手动操作功能模块主要完成手动方式下的离心泵电压选择、离心泵启停、电动球阀开关、电磁阀开关等功能，并可以手动调整调节阀的开度及真空比例阀的真空度。 在自动工作方式下，有小流量装置测试模块、中流量装置测试模块、大流量装置测试模块、教八离心泵装置测试模块、转输泵装置测试模块等五个功能模块，分别实现相应离心泵的自动测试过程，每个功能测试模块都有一个程序模块，每个程序模块可以完成多个离心泵的自动测试过程。 系统压力、流量由相应的传感器采集,由PLC、数显表和触摸屏对测试过程进行实时监测,并将采集到测试结果在触摸屏上显示。同时,电压、电流等辅助测试参数也一同显示。PLC对采集到的参数与标准预设值进行比较,应做出是否合格的判断,按压打印按钮后,测试结果由打印机打出,留作技术档案。 2.5保护功能 包括系统压力过载保护和电流过载保护。该功能应体现在控制系统硬件和软件上,当试验发生过载时,L立即使油泵停电,保护测试系统 21 第三章控制系统硬件设计 3.1 PLC系统设计 根据离心泵测试装置中的信号形式及数量进行PLC系统的选型，经统计系统控制规模由FX系列PLC即可实现，FX系列PLC如图1所示，系统选用FX3GA-60MR作为控制器，该控制器集成了36点开关量输入和24点开 关量输出。 下面分别对开关量输入通道、开关量输出通道、 模拟量输入通道和模拟量输出通道进行设计。 图1 FX系列PLC 3.1.1 PLC应用系统开发流程 程序调试 明确系统控制要求 确定输入/输出设备,并为 其分配合适的I/O端口 安装控制系统线路并 进行现场调试 绘制系统控制线路图 系统投入运行 编写PLC控制程序 PLC应用开发流程图 3.1.2开关量输入通道设计 离心泵测试装置中开关量输入信号有30个，主要包括按钮、旋钮、液位开关等，脉冲量输入信号有5个，是流量传感器的信号。由于FX3GA-60MR本身集成36点的开关量输入，其中X0,X7可以作为高速输入点接受流量传感器的脉冲信号，地址分配表如表6所示。 表6开关量输入地址分配表 输入点 功能 位号 输入点 功能 位号 X0 小流量增压泵流量信号 FT01 X22 大流量离心泵出口截AN12 22 止阀 X1 中流量离心泵流量信号 FT02 X23 RLB-26启动/停止 AN13 RLB-26离心泵出口截X2 大流量离心泵流量信号 FT03 X24 AN14 止阀 教八RLB-26离心泵流量 X3 FT04 X25 正飞进油阀 AN15 信号 X4 直升机转输泵流量信号 FT05 X26 倒飞出油阀 AN16 小流量离心泵电压选择 X5 S03-1 X27 手动/自动 S02 1 小流量离心泵电压选择 X6 S03-2 X30 转输泵电压选择1 AS01-1 2 X7 小流量离心泵启动 AN01 X31 转输泵电压选择2 AS01-2 小流量离心泵出口截止 X10 AN02 X32 转输泵管路换向阀 AAN01 阀 X11 中流量离心泵值班 AN03 X33 转输泵正转 AAN02 X12 中流量离心泵额定 AN04 X34 转输泵反转 AAN03 X13 中流量离心泵加强 AN05 X35 真空泵启动/停止 AAN04 中流量交流泵启动/停 X14 AN06 X36 真空排空阀门 AAN05 止 中流量离心泵出口截止 X15 AN07 X37 真空压力开关 YS01 阀 X16 大流量离心泵值班 AN08 X40 正飞下叶轮液位开关 LS01 X17 大流量离心泵额定 AN09 X41 正飞双叶轮液位开关 LS02 X20 大流量离心泵加强 AN10 X42 倒飞上叶轮液位开关 LS03 X21 大流量交流泵启/停止 AN11 X43 备用 3.1.3开关量输出通道设计 离心泵测试装置中开关量输出信号有32个，主要包括接触器、继电器、电动球阀开关、电磁阀等，由于FX3FA-60MR本身集成24点的开关量输出，所以增加了 23 FX2n-16EYR，具有16点输出扩展单元，地址分配表如表7所示。 表7开关量输出地址分配表 输出点 功能 位号 输出点 功能 位号 Y0 真空泵接触器 AKM02 Y24 大流量泵值班接触器 KM13 Y1 RLB-26启动接触器 KM12 Y25 大流量泵额定接触器 KM14 Y2 Y26 大流量泵加强接触器 KM15 大流量交流泵启动接Y3 Y27 KM16 触器 FX2N-16EYR Y4 真空比例阀开 CV06 Y5 真空排空阀 SV01 Y30 小流量泵出口阀开 QV01 Y6 正飞进油阀开 SV02 Y31 小流量泵出口阀关 QV01 Y7 倒飞出油阀开 SV03 Y32 中流量泵出口阀开 QV02 Y10 16V电源接触器 KM02 Y33 中流量泵出口阀关 QV02 Y11 19V电源接触器 KM03 Y34 大流量泵出口阀开 QV03 Y12 24V电源接触器 KM04 Y35 大流量泵出口阀关 QV03 Y13 30V电源接触器 KM05 Y36 RLB-26出口阀开 QV04 Y14 27V电源接触器 KM06 Y37 RLB-26出口阀关 QV04 转输泵管路换向阀1Y15 小流量增压泵接触器 KM07 Y40 QV05 正向 转输泵管路换向阀2Y16 转输泵正转接触器 AKM03 Y41 QV06 正向 转输泵管路换向阀1Y17 转输泵反转接触器 AKM04 Y42 QV05 反向 转输泵管路换向阀2Y20 中流量泵值班接触器 KM08 Y43 QV06 反向 Y21 中流量泵额定接触器 KM09 Y44 Y22 中流量泵加强接触器 KM10 Y45 Y23 中流量交流泵启动接KM11 Y46 24 触器 Y47 3.1.4模拟量输入通道设计 离心泵测试装置中模拟量输入信号有12个，主要包括压力变送器信号、直流电流、直流电压等，模拟量输出信号有6个，主要包括调节阀控制信号、真空比例阀控制信号。FX2n-4AD是PLC系统的模拟量输入模块，1块能够完成4路模拟量的输入;FX2n-4DA是PLC系统的模拟量输出模块，1块能完成4路模拟量输出;FX2n-2DA是PLC系统的模拟量输出模块，1块能完成2路模拟量输出。根据系统中模拟量的数量，考虑到系统规模和经济性，选用3块FX2n-4AD、1块FX2n-4DA和1块FX2n-2DA完成模拟量信号的输入和输出。地址分配表如表8所示。 表8模拟量输入/输出分配表 输入点 功能 位号 输出点 功能 位号 4AD1,1 小流量离心泵出口压力 PT01 4DA1-1 小流量离心泵调节阀 CV01 4AD1,2 中流量离心泵出口压力 PT02 4DA1-2 中流量离心泵调节阀 CV02 4AD1,3 大流量离心泵出口压力 PT03 4DA1-3 大流量离心泵调节阀 CV03 教八RLB-26离心泵出口教八RLB-26离心泵调4AD1,4 PT04 4DA1-4 CV04 压力 节阀 4AD2-1 转输泵出口压力 PT05 2DA2-1 转输泵出口调节阀 CV05 CV06- 4AD2-2 真空压力 2DA2-2 负压控制阀 CV06 FV 4AD2-3 小流量离心泵直流电流 DI01 4AD2-4 中流量离心泵直流电流 DI02 4AD3-1 大流量离心泵直流电流 DI03 4AD3-2 RLB-26直流电流 DI04 4AD3-3 转输泵直流电流 DI05 4AD3-4 中频电流 AI01 25 3.2离心泵供电电源设计 离心泵测试装置中离心泵电源有多种类型，直流 有DC16V、DC19V、DC24V、DC27V、DC30V，交流中频 电源为AC115V，400Hz。 直流电源中DC16V、DC19V、DC24V、DC30V为小青岛科技大学毕业设计 功率的开关电源，功率为200,350W，选用明纬公司 的NES系列开关电源，NES系列开关电源外形如图12 摘要所示。DC27V开关电源为大功率的，功率为2400W， 选用明纬公司的RSP-2400-27V，其外形如图13所示。 离心泵测试系统用于完成直升机、歼击机、轰炸机、教练机、运输机等机型燃油其中根据系统中离心泵的功率及电源形式，离心泵电源选型如下: 离心泵的性能测试。并利用PLC技术设计了该装置的控制系统，阐述了控制系统的组(1)直流电源 成、工作原理及设计方法。在某点的流量、某点飞行高度及某一供电电压下，检测离DC16V:NES-200-15，调整至16V，200W; 心泵的出口压力及消耗电流，并根据离心泵的性能标准，自动判定离心泵性能是否合DC19V:NES-350-24，调整至19V，350W; 格。对同一型号的离心泵，可以实现多点流量、多点飞行高度及多种工作电压等多个DC24V:NES-350-24，24V输出，350W; 测试点的自动连续测试，能记录并打印测试结果。DC27V:RSP-2400-27V，27V输出，88A; 关键词:飞机，离心泵，PLC，性能测试DC30V:NES-350-27，调整至30V，350W。 (2)交流电源 图3 RSP系列直流开关电源 三相四线制，AC115V，400Hz，30KW中频电源。 3.3传感器和执行器 离心泵测试装置中的传感器主要有流量传感器、压力传感器、电流传感器、电压传感器等。 流量传感器用于测试离心泵流量，根据离心泵的流量范围来选择合适的流量传感器，流量传感器采用涡轮流量传感器，将流量变换成与流量成正比的脉冲频率信号，脉冲频率信号接入PLC的高速输入点，通过PLC程序来实现流量的测量。 压力传感器用于测量离心泵出口压力，根据离心泵出口压力来选择合适的压力变送器，压力变送器采用扩散硅型压力变送器，4-20mA输出，接至PLC系统的模拟量输入模块，通过PLC程序实现压力数据的采集。 电流传感器用于测量离心泵电流，直流采用分流器，分流器输出信号0-75mV， 26 接入数字电流表，数字电流表显示电流并变送输出4-20mA至PLC系统的模拟量输入模块，通过PLC程序实现离心泵直流电流数据的采集。中频电流采用中频电流表测量显示，并变送输出4-20mA至PLC系统的模拟量输入模块，通过PLC程序实现离心泵交流电流数据的采集。 离心泵测试装置中的执行器主要是电动调节阀和负压比例控制阀，PLC系统通过模拟量输出模块输出4-20mA的电流，来控制电动调节开度和电气比例阀的输出压力，实现离心泵测试的流量条件和飞行高度条件。 3.4组成框图 下图是该系统的组成框图,PLC控制系统由触摸屏、PLC、D/A数模转换器、A/D模数转换器、、压力变送器、流量传感器、开关电源、接触器和断路器等组成。 控制系统框图 试验台以PLC和触摸屏为核心,对试验台工作状态进行自动控制和调节。能够完成燃油泵的自动测试,能够对自动测试部分的工作进行实时显示和打印。由于采用了触摸屏作为输入、输出和显示设备,从而使得操作简单、方便和易于掌握 3.5防爆 燃油是一种易燃和挥发性的液压介质。在室内,当燃油在空气中的比例达到一定值时,在静电和电火花的作用下,就会引起失火,甚至燃爆。因此,为了保证测控系统的安全、可靠、连续运行,我们将试验台的防爆、防静电贯穿于整个设计始终。系统元件均采用有防爆功能的优质元件,电缆都使用屏蔽线,强电插头、插座和灯具均采用防爆型。 27 第四章控制系统软件设计 4.1 CAXA电子图软件 4.1.1概述 CAXA电子图板又称EB，即Electronic Board(电子图板)，是北京北航海尔软件有限公司开发的一种适用于通用绘图和设计的计算机辅助设计软件。它易学易用、操作简便、功能齐全、标注智能化，适合于所有二维机械工程图纸的绘制，如装配图或零件图设计、装配图拆画零件图、零件图组织装配图、电气图纸设计等等。 4.1.2具有特点 中文全程在线帮助:图标和全中文菜单结合。系统状态、提示及帮助信息均为中文。使用者在需要时，只需按下热键，即可获得详细的帮助信息。 全面采用国标设计:按照最新国标提供图框、标题栏、明细表、文字标注、尺寸标注以及工程标注，已通过国家机械CAD标准化审查。 操作简单，易学易用:CAXA电子图板具有全面的鼠标拖动绘图功能，采用动态导航定位，既符合画法几何原理，又使操作直观灵活;图纸比例与图形设计无关，使设计者节省了大量的比例换算时间。另外，还具备undo/redo(取消/重复)功能，使绘图更加灵活自如。 通用的数据接口:通过DXF接口、HPGL接口和DWG接口可与其它CAD软件进行图纸数据交换，可以利用用户在其它CAD系统上所做的工作 智能化的工程标注:系统智能判断尺寸类型，自动完成所有标注。尺寸公差数值可以按国标偏差代号和公差等级自动查询标出。提供坐标标注、倒角标注、引出说明、粗糙度、基准代号、形位公差、焊接符号和剖切位置符号等工程标注。 轻松的剖面线绘制:对任意复杂的封闭区域，用鼠标点域内任意一点，系统自动完成剖面线填充。多种剖面图案可供选择。 方便的明细表与零件序号联动:进行零件序号标注时，可自动生成明细表，并且将标准件的数据自动填写到明细表中，如在中间插入序号，则其后的零件序号和明细表会自动进行排序;若对明细表进行操作，则零件序号也会相应的变动。用户可自性设计 28 明细表格式，并可随时修改明细表内容。 种类齐全的参量国标图库:国标图库中的图符可以设置成六个视图，且六个视图之间保持联动。提取图符时既可按照图库中设定的系列标准数据提取，也可给定非标准的数据;提出图符以后还可以进行图符再修改，图符上所有的标注尺寸、文字、剖面线以及工程标注可以同时随图符提出，并根据给定的尺寸进行变化;提取的图符还能实现自动消隐，十分有利于装配图的绘制。 全开放的用户建库手段:用户无需懂得编程，只需要把图形绘制出来，标上尺寸，即可建立用户自己的参量图库。 先进的局部参数化设计:可对任意复杂的零件图或装配图进行编辑修改，在欠约束或过约束的情况下都能给出合理的结果，用户在设计产品时，只需将精力集中在产品的构思上而不必关心具体的尺寸细节，产品设计定形之后，选取要修改的图形部分，输入准确的尺寸值，系统则根据输入的尺寸值自动修改图形，并且保持几何约束关系的不变，对于复杂的二维图形的修改局部参数化设计更具优势。 通用的数据接口:通过DXF接口、HPGL接口和DWG接口可与其它CAD软件进行图纸数据交换，可以利用用户在其它CAD系统上所做的工作 全面支持市场上流行的打印机和绘图仪:绘图输出提供拼图功能，使得用户能够用小号图纸输出大号图形，使用普通的打印机也能输出零号图纸。 29 4.2原理图 30 4.3 GX-Developer软件 4.2.1简介 GX Developer是三菱PLC的编程软件。适用于Q、QnU、QS、QnA、AnS、AnA、FX等全系列可编程控制器。支持梯形图、指令表、SFC、ST及FB、Label语言程序设计，网络参数设定，可进行程序的线上更改、监控及调试，具有异地读写PLC程序功能。 1.软件的共通化GX Developer能够制作Q系列，QnA系列，A系列(包括运动控制(SCPU)),FX系列的数据,能够转换成GPPQ,GPPA格式的文档。此外，选择FX系列的情况下，还能变换成FXGP(DOS),FXGP(WIN)格式的文档。 2.利用Windows的优越性，使操作性飞跃上升能够将Excel,Word等作成的说明数据进行复制，粘贴，并有效利用。 3.程序的标准化 31 (1)标号编程用标号编程制作可编程控制器程序的话，就不需要认识软元件的号码而能够根据标示制作成标准程序。用标号编程做成的程序能够依据汇编从而作为实际的程序来使用。 (2)功能块(以下，略称作FB)FB是以提高顺序程序的开发效率为目的而开发的一种功能。把开发顺序程序时反复使用的顺序程序回路块零件化，使得顺序程序的开发变得容易。此外，零件化后，能够防止将其运用到别的顺序程序时的顺序输入错误。 (3)宏只要在任意的回路模式上加上名字(宏定义名)登录(宏登录)到文档，然后输入简单的命令就能够读出登录过的回路模式，变更软元件就能够灵活利用了。 4.能够简单设定和其他站点的链接由于连接对象的指定被图形化而构筑成复杂的系统的情况下也能够简单的设定。 5.能够用各种方法和可编程控制器CPU连接 (1)经由串行通讯口 (2)经由USB (3)经由MELSECNET/10(H)计算机插板 (4)经由MELSECNET(?)计算机插板 (5)经由CC-Link计算机插板 (6)经由Ethernet计算机插板 (7)经由CPU计算机插板 (8)经由AF计算机插板 6.丰富的调试功能 32 (1)由于运用了梯形图逻辑测试功能，能够更加简单的进行调试作业。(a)没有必要再和可编程控制器连接。(b)没有必要制作条使用的顺序程序。 (2)在帮助中有CPU错误，特殊继电器/特殊寄存器的说明，所以对于在线中发生错误，或者是程序制作中想知道特殊继电器/特殊寄存器的内容的情况下提供非常大的便利。。 (3)数据制作中发生错误况时，会显示是什么原因或是显示消息，所以数据制作的时间能够大幅度缩短。 4.2.1创建工程 33 4.4软件功能框图 离心泵测试装置PLC程序 手控小数大中教转 动八据流制流流输 操离量泵量量采输 心作出装装装装集 泵置置功置置处模 测理测测测测能块 试试试模试试模 模模模块模模块 块块块块块 PLC软件功能框图 4.5流程图和梯形图 1)流程图 34 2)梯形图 35 第五章 结论 (1)采用PLC控制的国产运输机燃油离心泵测试系统,将PLC和触摸屏技术融合在一起,实现了机、电、液先进传动、控制和测试一体化,提高了测试系统的自动化程度,简化了工作程序,减轻了劳动强度,进而提高了测试工作效率。测试台同时具 有隔离防爆功能,安全性高,军事效益显著。 (2)以触摸屏作为人机交互信息界面,功能齐全,试验数据的实时显示明确,动画演示和测试结果生成直观,使测试过程具有可观性。 (3)该测试台还具有控制灵活、操作方便等优点,实用性和维修性完全达到了设计要求,能完成对某型飞机燃油泵的平时维护和定期测试工作。在进行必要的加、改装后就可以满足对其它机种燃油系统燃油离心泵的测试要求,所以具有很大的推广应用价值 36