基于PC的齿轮泵实验台设计

任磊，黄克英，贺治飞

(航空工业西安航空计算技术研究所，陕西西安，710068)

0 前言

齿轮泵作为液压系统常用的动力装置广泛的应用于工业等领域，其外特性对于齿轮泵的选用具有重要的意义。齿轮泵的外特性虽然可以根据其结构参数进行计算，但计算得到的结果往往和实际还是有偏差，因此利用实验台测量齿轮泵实际特性具有重要的意义。

传统齿轮泵性能实验台自动程度低、操作困难。随着计算机测控技术的发展，利用计算机进行测量、控制的技术已经变得非常成熟。本文针对传统实验台存在的问题，利用计算机测控技术设计了一台自动化程度高、操作简单的齿轮泵实验台。

1 管路设计

实验台设计首先需要进行液压管路的设计，在进行管路系统设计之前首先给出设计指标，液压管路系统的技术指标为：

油泵进口压力：0.02MPa；

油泵进口油温：-10℃～60℃；

油泵出口压力：0MPa～12MPa；

油泵出口流量：O.01kg/s～0.195kg/s。

根据试验条件，选用开式实验台[1]。燃油从油箱流出，经过粗油滤、进油阀到齿轮泵的进口，因为需要测量齿轮泵进口的压力，所以在进油阀和齿轮泵进口之间安装压力变送器1测量齿轮泵的进口压力。齿轮泵由变频器控制的异步电机驱动，异步电机的转速通过变频器进行控制。在齿轮泵出口处安装压力变送器2，测量泵的出口压力。在压力变送器2后设置溢流阀和手动节流阀1，其出口直接通向油箱。当管路压力大于20MPa时，溢流阀开启，为管路提供过载保护。然后燃油经过精油滤至齿轮泵出口的压力调节阀，压力调节阀可以选择手动调节或自动调节。手动调节方案：关闭截止阀，通过改变手动节流阀2的开度调节压力。自动调节方案：关闭手动节流阀2，打开截止阀，通过电脑端上位机软件来调节电动节流阀的开度调节压力。在压力调节装置之后的主油路中安装体积流量计，用来测量实验过程中整个管路的流量，然后燃油将通过回油滤回到油箱。在整个管路系统的最低位设置放油阀，在需要时可以将管路的液压油通过此阀排出。整个实验台管路设计中主要设备的选用表1所示，液压油路图如图1所示。

图1 燃油泵特性实验台油路图

表1 液压设备选型

2 硬件电路设计

齿轮泵采用异步电机进行驱动，异步电机选择晟昌SVM-75，其部分参数为：最高转速为18000r/min、功率5.5KW，选用OPD EXP V系列变频器控制电机转速。在配置好变频器的参数后需要通过一个开关量来控制变频器的启动与停止，可选用研华PCI-1730U数字IO板卡实现对电机的启停的控制。

为了控制实验台齿轮泵出口的开度本文采用了华德液压生产的2RFE10二通比例调速阀，该阀配有VT5004BS20型控制器可以控制比例调速阀开度并输出位置信号。由于VT5004BS20型控制器需要单独的供电模块进行供电，所以图2中电源1仅为该控制器供电。为了使用计算机控制阀的开度并获取位置信号，需要进行模拟信号的输出和模拟信号的输入，因此选用研华PCI-1721模拟输入板卡和PCI-1713模拟输入板卡。

实验台中的温度、压力、温度等物理量使用上润公司的160×80系列智能仪表进行处理与显示，该仪表不但可以进行实时显示还可以利用MODBUS协议组网通讯。由于实验台使用的智能仪表、变频器使用RS-485标准，为了能和工控机的RS-232标准进行通讯选择研华ADAM4520模块进行通讯转换。

为了放置信号采集卡、电磁阀控制器等模块，设计了一个信号调理箱将上述模块放入其中。对于采集卡中没有用到的通道引入到调理箱面板上，方便以后扩展。整个系统的硬件设计如图2所示。

图2 硬件连接图

3 软件设计

上位机测控软件采用Labwindows/cvi进行开发[3]，软件需要实现的功能包含：读取仪表组数据并显示，控制电磁阀，控制电机启停，运行中数据存储。为了实现这些功能前面板使用到的部分控件及控件的属性如下表2所示。电动节流阀在初始化之后需处于全开状态，所以将Dial控件的初值设定为100，代表开度为100%。

表2 前面板控件属性

在设计好前面板后，点击Code->Generate->All Code即可生成代码。在生成的代码中已经包含了main函数和各回调函数，在main函数DisplayPanel语句之后还需要进行初始。初始化过程首先停止了计时器，接着配置串口号、数据位等参数，然后调用研华库函数DRV_DeviceOpen来打开设备，最后设置各板卡通道、增益等参数。

初始化结束后系统等待开始按键按下，开始按键按下后首先获取Dial控件值将阀门设置到最大位置，完成后创建存储文件，最后将系统运行标志位置一、打开系统运行指示灯、启动定时器计时。

在启动了定时器后，系统开始在定时器的节拍的控制下周期的触发定时器回调函数。定时回调函数中首先检获取控制阀开度的dail控件的值，然后利用这个值去设置阀的开度。阀开度反馈除以最大值并乘以一百折算到和dail控件同一范围内，方便后期的处理与计算。

4 总结

该测试系统使用LabWindows／CVI作为软件开发环境，使用工控机、数据采集卡、比例流量阀控制器等作为硬件，详细进行了管路设计、电气硬件设计、以及上位软件设计。该系统自动化程度高、运行稳定，降低了操作人员的操作难度。