液壓脹接機(jī)的控制系統(tǒng)構(gòu)成見(jiàn)圖3。它是以S7-200可編程控制器(CPU224)為核心構(gòu)成的控制系統(tǒng)。S7-200是西門子公司生產(chǎn)的結(jié)構(gòu)緊湊、擴(kuò)展方便、指令功能豐富、適合于小規(guī)模系統(tǒng)的可編程控制器。來(lái)自高壓壓力傳感器的橋路測(cè)量信號(hào)經(jīng)調(diào)理放大后由EM231模塊完成A/D轉(zhuǎn)換。EM231模塊分辨率為12位,A/D轉(zhuǎn)換的時(shí)間小于250微秒,對(duì)從DC至工頻的干擾電壓具有40db的抗共模干擾能力,工作十分可靠。S7-200PLC系統(tǒng)軟件還具有對(duì)模擬輸入量選擇軟件濾波的功能,測(cè)量的抗干擾能力強(qiáng)。用戶控制程序?qū)y(cè)量過(guò)程中的壓力殘差進(jìn)行了自動(dòng)補(bǔ)償,使壓力測(cè)量精確可靠。
液壓脹管機(jī)由于在脹接過(guò)程中壓力是決定脹接質(zhì)量的主要因素,而且壓力的變化屬于比較緩慢的類型,因此我們選擇采用“均值控制圖法”作為壓力故障診斷的算法。
均值控制圖法通過(guò)壓力樣本均值的變化趨勢(shì),作為判斷所控制的狀態(tài)參數(shù)變化是否正常的依據(jù)。它的原理可以用圖4表達(dá):圖中的折線表示過(guò)程參數(shù)的采樣值的統(tǒng)計(jì)量,根據(jù)參數(shù)的均值變化特點(diǎn),設(shè)計(jì)3條具有統(tǒng)計(jì)推斷意義的直線,中線代表參數(shù)采樣值分布中心,上線和下線代表允許參數(shù)值波動(dòng)的上限值和下限值,作為診斷過(guò)程狀態(tài)是否正常的依據(jù)。
通過(guò)分析和實(shí)際使用經(jīng)驗(yàn)總結(jié),脹接系統(tǒng)產(chǎn)生壓力故障的因素主要有3類:
①壓力傳感器故障,如傳感器測(cè)量橋開路、短路或應(yīng)變片異常等。
②液壓系統(tǒng)故障,如液壓電機(jī)、液壓泵故障,液壓缸密封泄漏等。
③脹接頭的液袋破損。分析壓力異常的原因、發(fā)生的時(shí)間以及壓力的正常范圍,可以歸納出表1所示的故障分析表,作為故障診斷及顯示的依據(jù)
壓力故障的診斷在PLC每次采樣壓力信號(hào)后進(jìn)行。(參見(jiàn)圖5脹接控制流程)在從0～t4的一個(gè)脹接周期中,根據(jù)壓力變化的規(guī)則,在不同時(shí)段里設(shè)置了相應(yīng)的診斷控制值,它們?cè)趫D2中是一條細(xì)折線。除了t1～t4這個(gè)時(shí)段以外,為了簡(jiǎn)化處理方法,控制值多取一恒定值,例如在0～t1中,液袋正處于彈性形變,因此壓力測(cè)量值增長(zhǎng)很小
在t3～t4時(shí)段,由于液壓系統(tǒng)快速泄壓,壓力迅速降到接近于零,因此忽略下降過(guò)程,只診斷是否已達(dá)到正常泄壓的效果。而在t1～t2時(shí)段中,脹接管內(nèi)壁處于塑性變化中,該段通過(guò)升壓速率值,定時(shí)地判斷升壓是否落在控制值范圍以內(nèi)。不同的脹接管徑和管材具有不同的脹接時(shí)間和壓力控制值,這些都由樣品試驗(yàn)來(lái)確定其參數(shù)值?！ ?/span>
當(dāng)診斷程序發(fā)現(xiàn)故障時(shí),PLC立即作出停止脹接反應(yīng),并顯示故障原因。故障顯示由TD200模塊完成。TD-200是和S7-200PLC配套的顯示模塊,它不僅可以實(shí)時(shí)顯示動(dòng)態(tài)壓力測(cè)量值,也能在PLC控制下輸出報(bào)警語(yǔ)句多達(dá)數(shù)拾條。已漢化的TD-200作為系統(tǒng)的顯示器直觀而且可靠。S7-200PLC無(wú)論容量和內(nèi)存都較小,因此診斷僅限于在液壓源正常的基礎(chǔ)上進(jìn)行,雖然不能完成全部的故障診斷,但在不增加硬件投資的情況下,對(duì)壓力傳感器,增壓缸和脹接器等經(jīng)常容易產(chǎn)生故障的部件實(shí)現(xiàn)了診斷,對(duì)提高脹接的質(zhì)量和可靠性非常有意義。
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