西门子CPU模块6ES7517-3UP00-0AB0

  高压气瓶疲劳试验是指气瓶在试验装置中按照一定的循环波形以完成规定的压力循环次数的一种检测手段。这对于保证气瓶反复充装、长期可靠使用具有重要意义，是气瓶型式试验的一项重要内容。根据GB《气瓶疲劳试验方法》，试验装置必须能够在规定的范围内调节和控制循环压力、循环频率以及通过控制装置连续进行压力循环的功能；同时为了使试验台方便使用，需要系统能够对气瓶内的压力、压力循环次数、温度等参数进行实时设置及监控，因此开发一套完善的测控系统是必要的。

    1 疲劳试验系统原理

    气瓶疲劳试验采用液压加载方式。系统要求的额定压力为50MPa，额定流量为50L/min。为此笔者采用液压加载方式，其系统原理如图1所示。此系统有如下特点：

    (1)由于系统的试验压力高，在气瓶卸压过程中(高压从50MPa～0)能量会大量损失。为此本测试台采用液气式蓄能器13进行部分能量回收，其方法是：在气瓶卸压时，首先打开通往液气式蓄能器的油路通道(即阀7通电)，使部分高压油储存在液气式蓄能器13中，然后关闭液气式蓄能器13的油路通道，接着打开卸油通道(即阀8通电)使气瓶的剩余压力油卸荷，从而达到了回收能量的目的。

    图1 系统原理图

    (2)为了使系统的试验压力达到所规定的要求(额定压力50MPa)，常规的液压泵加压形式难以达到，为此本系统采用增压缸6进行加压以达到所要求的压力。

    (3)为了实现系统所规定的试验频率(压力循环大于6次/min小于或等于12次/min)，试验台采用液气蓄能器13及液压泵1联合向气瓶供油，这样既利用了上次循环回收的压力油又可快速地向气瓶充油，使系统的装机容量下降，对企业节能降耗有较大好处。

    2 测控系统的硬件结构

    测控系统的硬件组成如下：上位机选用IPC进行过程监控、数据采集和处理；下位机选用三菱FXlN—PLC，测试系统的自动控制全部由PLC来完成；IPC与PLC的通讯采用专用通讯’模块FXlN-RS-232BD；PLC通过FX-4AD模块采集压力等信号。

    3 压力波形控制

    本系统属高压气瓶疲劳测试系统。试验开始时，先启动泵1进行初级压力加压，然后再启动泵2，初级压力通过增压缸达到要求的压力。气瓶疲劳试验的核心内容是对测试气瓶压力循环的控制与实现。一个压力循环过程由加压-上限保压-降压(包括能量回收)一下限保压组成。气瓶加压时，关闭阀8、9，打开阀7，蓄能器13(储存了上一循环回收的高压油)及增压缸先后向气瓶注油以实现气瓶的持续加压。在加压过程中，PLC通过FX-4AD模块采集气瓶压力并与设定的上限压力设定值进行对比，直到达到压力设定值，，这时关闭阀7、8、9，停止加压，同时使加压油泵卸荷，气瓶开始进行保压。保压结束后，打开阀7，气瓶中的高压油通过阀7回收到蓄能器13中以进行能量回收。能量回收结束后，关闭阀7，打开阀8，气瓶进行卸压。卸压到下限压力设定值P。并进行下限保压。此时，一个循环周期完成，开始下一个周期的压力循环。

    GB《气瓶疲劳试验方法》中要求，压力波形循环曲线应为基本相同的近似正弦或梯形波，且具有上下保压时间相对应的上、下平台。在本系统中，上限压力设定值、上保压时间以及下保压时间都是在测控系统中设定的(设定方法见第4部分)。通过调节溢流阀15进行下限压力设定，调节比例泵2来调节系统流量以此控制压力的上升波形，调节节流阀14来控制压力下降波形。图2为现场试验的压力波形曲线，其波形曲线为近似梯形波，符合国标要求。

    图2 计算机测控系统主界面

  0、引 言

    对单片机、工控机进行位置控制来说，采用可靠性高，程序编辑、修改和调试便捷的可编程逻辑控制器(PLC)以及定位模块集成进行位置控制，无须花太多的精力放在硬件处理上，采用积木式结构便可很快形成控制系统。
   
    定位模块FX2N-1PG是三菱PLC功能模块之一 ，可单轴控制，脉冲输出大可达100 KB／s。针对定位控制的特点，该模块具有完善的控制参数设定，如定位目标跟踪、运行速度、爬行速度、加减速时间等。这些参数都可通过PLC的FROM／TO指令设定。除高速响应输出外，还有常用的输入控制，如正反限位开关、STOP、DOG(回参考点开关信号)、PG0(参考点信号)等。此外，还内置了许多软控制位，如返回原点、向前、向后等。对这些特定的功能，只要通过设置特定的缓冲单元已定义的位就可实现。
   
    1、系统组成

    图1是采用FX2N-1PG定位模块的位置控制系统组成。其中：滑台的定位控制由交流伺服电机通过滚珠丝杠来带动，滑台的正反向运动由电机的正反转控制，滑台移动的速度由电机的转速决定。伺服电机由MR-J2S伺服装置驱动，MRJ2S接受FX2N-1PG定位模块发出的正向或反向位置脉冲信号；FX2N-1 PG和FX2N-32MT通过数据线连接，进行数据通信。位置和速度数据由触摸屏F930GOT通过RS422输入。
   
    伺服电机末端的光电编码器将丝杠的角位移和电机转速以脉冲的形式反馈至MR-J2S的CN2口，在MR-J2S中完成位置控制和速度控制。整个位置控制系统实际上是位置半闭环的伺服系统。

图1 控制系统组成

    2、系统接口

    图2是位置控制系统的接口示意图。

图2 系统接口

    端口定义如下：

    x0——正限位，接近开关SQO.0输入；
    x1——负限位，接近开关SQ1.0输入；
    x2——伺服准备好输入信号，来自MR-J2S伺服驱动SV RDY输出；
    x3——伺服报警输入，来自MR-J2S伺服报警ALM输出；
    x4——紧停开关输入；
    X5——伺服结束信号输入，来自MR-J2S伺服驱动INP输出；
    Y0——紧停输出；
    Yl——伺服ON；
    Y2——复位输出；
    Y3——伺服正限位输出；
    Y4——伺服负限位输出；
    Y5——伺服停止输出。
   
    回参考点接近开关SQ2.0与定位模块FX2N-1PG的DOG相接，FX2N．1PG的正向FP和反向RP脉冲输出口分别与MR J2S的PP和NP口相接，其余连线按标准连接。

3、程序编制

    位置控制PLC程序由FX-PCS／WIN-C编程软件实现。程序由定位模块初始设定、参数计算、位置编辑及执行、伺服状态指示和报警等部分组成。
   
    3.1 定位模块初始化设定
   
    在全行程位移x上，定位模块初始化设定完成手动速度高值设定、回参考点速度和接近速度设定、加减速时间设定、标志和状态显示设定等。其中，回参考点如图3所示。

图3 回参考点示意图

    回参考点功能启动后，滑块先以v1速度快速向参考点方向运动，碰到减速开关SQ2.0产生DOG信号，伺服电机转速迅速降低，滑块以v2接近速度慢速移动。当增量式光电编码器产生一转脉冲(零标志)时，电机停止，滑块所停位置即为参考点位置。回参考点PLC梯形图如图4所示。

图4 回参考点PLC梯形图

    3.2 定位位置和速度设定

    在这一部分中，主要完成定位位置和速度设定，并在每一定位点执行任务。图5为定位控制和任务执行示意图。

图5 定位控制和任务执行

    滑块先以速度v1移至位置1，在位置1执行任务A，完成后，再以速度 ：移至位置2，执行任务B。依次类推，直到整个工序完成。相应的PLC梯形图如图6所示。

图6 定位位置和速度设定的PLC梯形图

    4、结语

    利用PLC定位模块可充分体现控制系统灵活、可靠性高的特点，与数字式交流伺服系统可组成高精度的位置控制系统。在给出的PLC程序基础上，根据不同的工艺要求，充分利用PLC的I／O，将每一定位点上所要完成的任务嵌套在定位程序中，充分发挥PLC顺序控制的功能。本位置控制装置在上海电机学院投入实验、实训已近3年，运行可靠，定位正确，扩展灵活，设备调试现场感强。另外，本装置若采用二轴定位模块，可实现平面定位的功能，以满足平面定位的控制要求。