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计算机控制试压泵控制系统
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计算机控制试压泵气液综合测试系

来源:鸿源机械     作者:鸿源    时间:2015-07-07 10:10:38

计算机控制试压泵气液综合测试系统

计算机控制试压泵气液综合测试系统

气液压综合测试装置由气液压测试装置、集中工控装置、试验测试工作台、实时监控系统和数字应变测试装置组成。
(1)气液压测试装置:该装置主要包括气压测试系统和高压液压测试系统及常规液压系统组成,高压泵,必要的阀门以及由泵到产品测试间的管路系统组成。所选择的气压增压泵、液压增压泵、阀门、管路系统应能满足气压35MPa,液压200MPa及常规液压50MPa的要求。
(2)集中工控装置:操作控制台可实现手动和自动两种模式。其自动部分可以按照测试规范要求设定参数并输入程序,实现升压、保压、降压全过程的自动操作,并通过计算机系统描绘测试曲线,自动打印测试全过程的时间、压力数据,作为质量原始记录,可保证其正确性和完整性。操作台设有手动模式,在计算机操作系统出现故障时,仍能够正常使用,保证试验。
(3)试验测试工作台:为提高产品测试的有效性,保护产品在测试过程中不受意外损坏,确保测试可靠,需要设计制造一个工作平台,该工作平台一方面要确保产品安全可靠安装,一方面要实现加注和泄放液体介质的合理性。
(4)实时监控系统:气、液压强度测试过程中,产品必须放置在密闭的防爆的测试间内。真实观察产品在测试过程中的形貌变化,特别是产品在爆破瞬间对起爆源的位置及失效过程的监视、测试。
(5)数字应变测试装置:测试壳体在内压作用下,其结构的变形情况对使用性能有一定的影响,测试其应力应变数值可以为设计师系统在完善结构设计方面提供依据。
2技术指标
·气压:0~35MPa;
·液压:0~200MPa;0~50MPa;
·控制精度:±3%;(每个压力点)
·系统测试精度:±0.5%;
·采样频率:10k;(每秒采样次数)
·要求气液压系统能够实现自动控制、数字化测试。
3.系统的描述
本设备为气液压综合测试系统,由气液压测试装置、集中工控装置、试验测试工作台、实时监控系统及数字应变测试装置组成。
该设备由微机控制系统、控制柜两部分组成。设备管路安装遵循横平竖直原则,布局合理,油电分离,全部管路采用不锈钢管连接,美观耐用。控制柜是设备的核心部分,采用集中控制,数字化测量,最上层采用单片机全闭环控制系统,实现整个系统全闭环控制。中间是关键元器件:电磁阀、压力表、压力传感器等。最下层是压力系统,由高压加压泵、阀、管路组成,主要完成系统的总加压(微机与单片机压力控制单元上下两级组成控制系统,上位机主要完成图形处理、数据处理、数据管理,下位机根据上位机的指令按照压力速率,控制水压系统实现目标压力)。其特点如下:
(1)系统采用模块化设计,方便简洁、检修维护。
(2)采用进口的高质量元器件,经过长期使用证明,能够保证系统的使用寿命,提高精度。
(3)气动增压泵控制,能够提供通气保压,实现压力平稳无波动。
(4)选用的阀门、管件耐压等级高于使用压力2倍,并设有安全阀,保证系统及使用者的安全。
(5)操作界面人性化,可以任意设定压力值、保压时间等试验参数。
(6)连接采用锥面无焊连接方式,密封可靠且可反复拆卸。
(7)成熟的系统、闭环的控制方式,保证系统的使用安全、可靠、高精度要求。
(8)电气组件采用进口元器件,从控制原理和电气组件的质量上保证了试验机的精度和稳定性。
(9)专用测试软件成熟稳定无缺陷,可实时显示各路试压曲线,各试验数据可保存并回放,可以自动生成试验报告并打印,可与office办公软件兼容,可编程试验报告,让用户可依据自己的特点设计编排。
(10)本机具有掉电保护功能,停电后系统自动卸压,中止试验,最大限度保证操作人员和设备的安全。
二、设备组成:
该套装置主要分为以下七个系统:
(1)气压测试系统:对被测试件进行气密封或爆破试验。
(2)200MPa液压测试系统:对被测试件进行高压液压试验。
(3)50MPa测试系统:对被测试件进行常规液压试验。
(4)集中工控装置:计算机系统集中控制实时显示试验压力曲线。
(5)试验测试台:确保被测体的测验安全可靠。
(6)实时监控系统:产品在爆破瞬间对起爆过程的监视、测试。
(7)数字应变测试装置:测试其应力应变数值可以为设计师系统在完善结构设计方面提供依据。
1、气压测试系统:
(1)系统原理介绍
 
(2)系统技术参数
   a)工作压力:系统耐压:35MPa
b)爆破压力:30MPa;
c)工作介质:氮气/空气;
d)冲破时间:100ms以内(理论计算值);
e)测试精度:≤0.1%F.S;
f)传感器固有频率:≥15k;
g)采样频率:≥10k;
h)控制精度:+2%(每个压力点)
i)试件容积:≤10L
j)控制方式:计算机集中控制
k)供电要求:220VAC  1.5kw(不含高、低压空压机需求)
l)供气要求:7bar@2标方/min、350bar
m)保压流程:升压-保压-升压-保压-降压-保压-降压-保压-降压至0-结束
n)爆破(冲破)流程:升压-保压-升压直至工件爆破(冲破)为止,或设备极限-结束
(3)气压系统特点介绍
a)采用美国sc气动增压泵,长期使用证明质量更可靠。
b)气驱增压泵,采用压力平衡原理,对实现自动保压期间自动补压;控制驱动气压流量来更好控制泵的工作频率从而达到压力、流量的控制,在系统压力升压至设定压力附近,降低升压速率,保证系统精度控制在+2%(每个压力点)以内且可以防止过冲。
c)所有部件均安装于一个整体封闭箱体中,控制面板于箱体顶部,结构简易,连接防振,安全可靠。
d)手动阀门/电磁阀两种控制,手动阀门可直接切断增压器空气排气管路,电磁阀更快速切断增压器空气驱动气管路,使气动泵立刻停机。
e)卸压系统,自动和手动两套阀门控制,保障系统安全可靠。
f)系统所有连接高压管件均为进口产品 ,High pressure连接方式,无需焊接,连接方便,防振,安全可靠。
g)闭环数字压力监控系统,在加压过程中,在增压系统出口设置高压压力传感器—→输出信号—→计算机反馈信号,压力超过设定上限值时报警,压力超过设定上上限值时—→驱动空气入口电磁阀切断,增压器停机;当压力低于设定下限值时报警,并自动开机补压(或选择不补压)。
h)如果要做常规保压试验,关闭储气罐的截止阀,启动增压泵即可;做瞬间爆破试验,通过四根连接4个100L储气罐的管路大口径截止阀(节流口0.5英寸),打开气动球阀瞬间冲破试件;
i)理论计算:储气罐压力35MPa(保证供应连续,瞬时无压降),试件内0MPa,温度20度,管道通径1”,系统压力可以在约100ms以内将压力增加到30MPa-即爆破压力,达到冲破压力后压力容器内的压力减小0.75MPa,保证了系统供气的连续和维持一个大的压差来提高冲破的速度。
j)系统进行保压试验时,通过比例阀设定系统的压力,根据程序加压降压。
k)增压系统输出压力=75×驱动气压;驱动空气的流量要求:7bar@2标方/min。
(1)气动增压泵介绍:
性能曲线图如下
气动增压泵外型及安装尺寸:
2、200MPa液压测试系统:
(1)系统原理介绍
(2)系统技术参数
a)工作压力:最大200Mpa(精确控制压力范围35-200MPa);
b)爆破压力:180MPa;
c)升压时间要求:一分钟达到180MPa;
d)工作介质:水;
e)测试精度:≤0.1%F.S;
f)传感器固有频率:≥15k;
g)采样频率:≥10k;
h)控制精度:+2%(每个压力点)
i)试件容积:≤10L
j)控制方式:计算机集中控制
k)供电要求:220VAC  1.5kw(不含高、低压空压机需求)
l)供气要求:7bar@3标方/min、350bar
m)保压流程:升压-保压-升压-保压-降压-保压-降压-保压-降压至0-结束
n)爆破(冲破)流程:升压-保压-升压直至工件爆破(冲破)为止,或设备极限-结束
(3)气压系统特点介绍
a)    采用大流量电动泵和美国sc高压气动增压泵,气动泵可通过比例阀控制反馈压力控制,电动泵利用变频器调速设定升压速率,根据设定的压力、容积进行自动判断选择不同的泵开启和调节工作的频率来打压(大流量泵加压到设定压力附件再利用小流量泵进行加压),保证系统的精度控制在设定值的+2%(每个压力点)和高的(180/min)升压速率。
b)    适合不同压力等级和容积都能够保证升压速率和控制精度。
c)    气驱增压泵,采用压力平衡原理,对实现自动保压期间自动补压。(或选择不补压)
d)    所有部件均安装于一个整体封闭箱体中,控制面板于箱体顶部,结构简易,连接防振,安全可靠。
e)    手动阀门/电磁阀两种控制,手动阀门可直接切断增压器空气排气管路,电磁阀更快速切断增压器空气驱动气管路,使气动泵立刻停机。
f)    卸压系统,自动和手动两套阀门控制,保障系统安全可靠。
g)    系统所有连接高压管件均为进口产品,High pressure连接方式,无需焊接,连接方便,防振,安全可靠。
h)闭环数字压力监控系统,在加压过程中,在增压系统出口设置高压压力传感器—→输出信号—→计算机反馈信号,压力超过设定上限值时报警,压力超过设定上上限值时—→驱动空气入口电磁阀切断,增压器停机;当压力低于设定下限值时报警,并自动开机补压。(或选择不补压)
i)系统进行保压试验时,通过比例阀设定系统的压力,根据程序加压,系统再达到压力后的保压过程,可根据客户需求选择是否需要实时补压。
j)系统降压通过节流阀调节降压速率,靠传感器反馈检测压力值,控制卸压阀是否降压。
系统增压泵的介绍:
气动增压泵的优点:压力控制可无级调节,输出压力、流量可控性好;可实现长期自动补压要求且不消耗大量的能源;气动驱动更安全。
系统所使用的泵流量图:
 
3、50MPa液压测试系统:
(1)系统原理介绍
2)系统技术参数
a)    工作压力:最大50Mpa;
b)    爆破压力:35MPa;
c)    升压速率:10L/min
d)    工作介质:水;
e)    测试精度:≤0.1%F.S;
f)    传感器固有频率:≥15k;
g)    采样频率:≥10k;
h)    控制精度:+2%(每个压力点)
i)    试件容积:≤250L
j)    控制方式:计算机集中控制
k)    供电要求:380VAC  35kw(不含高、低压空压机需求)
l)    保压流程:升压-保压-升压-保压-降压-保压-降压-保压-降压至0-结束
m)    爆破(冲破)流程:升压-保压-升压直至工件爆破(冲破)为止,或设备极限-结束
3)液压系统特点介绍
a)采用电动试压泵,通过蓄能器稳压吸收压力脉冲,保证系统压力平稳。
b)通过变频器调节泵的工作频率且高低压、大流量小流量泵配合使用,控制流量,保证系统升压稳定且不超压。
c)系统可以通过预设定压力、测试容器体积自动选择大流量泵进行预充,降压力迅速提高至系统设定压力的90%组左右,再通过高压小流量泵进行增压,保证系统的精度控制在+2%(每个压力点)以内。
d)所有部件均安装于一个整体封闭箱体中,控制面板于箱体顶部,结构简易,连接防振,安全可靠。
e)手动阀门/电磁阀两种控制,手动阀门可直接切断增压器空气排气管路,电磁阀更快速切断增压器空气驱动气管路,使气动泵立刻停机。
f)卸压系统,自动和手动两套阀门控制,保障系统安全可靠。
g)系统所有连接高压管件均为进口产品 ,High pressure连接方式,无需焊接,连接方便,防振,安全可靠。
h)闭环数字压力监控系统,在加压过程中,在增压系统出口设置高压压力传感器—→输出信号—→计算机反馈信号,压力超过设定上限值时报警,压力超过设定上上限值时—→驱动空气入口电磁阀切断,停机;当压力低于设定下限值时报警,并自动开机补压。(或选择不补压)
i)系统进行保压试验时,通过比例阀设定系统的压力,根据程序加压,系统再达到压力后的保压过程,可根据客户需求选择是否需要实时补压。
j)系统降压通过节流阀调节降压速率,靠传感器反馈检测压力值,控制卸压阀是否降压。
系统泵的介绍:
50Mpa电动试压泵、流量600L/h,功率7.5kw
       63Mpa电动试压泵、流量44L/h、功率1.5kw
4、计算机集中控制系统及软件介绍
控制系统为基于电脑的控制,增加了系统的灵活性,将控制、人机界面、数据处理、通讯等功能集成在一台PC中的解决方案,减少了plc、 cpu 处理的信息量,提高处理性能,提高整体的运行速度,扩充了整体的存储量和数据的处理量。
自动控制由电脑来发出指令,通过plc来控制系统中的阀门,通过传感器实时反馈,来控制压力,整个过程实现闭环控制。电脑和plc通过串口通信,实现各种参数的设定和数据的处理均在电脑中完成,利用电脑的强大的数据处理功能,保证plc的运行速度。实验完成后可以按照客户需求来生成实验报告,完成打印储存等功能。
系统主要组件:德国西门子PLC及电气元件,台湾研华原装工控机,专用控制软件。
 
5、实时监控系统设计方案
   本设备实时监控系统采用 美国Vision Research公司(VRI)Phantomv9.1高速摄像机与工控式硬盘录像机结合,可实现真实观察产品在测试过程中的形貌变化,特别是产品在爆破瞬间对起爆源的位置及失效过程的监视、测试。
(1)设计思想
本方案是在充分理解客户需求的基础上,考虑了智能化系统和监控系统的特点,并结合我公司多年以来在从事试压设备监控系统工程中所积累的经验,根据“智能、先进、可靠、合理、严密、经济、完善”的设计思想,以求达到先进性、实用性、可靠性、可扩展性、易维护性的要求设计而成。系统的设计和施工方案均严格遵循有关国际和国家标准进行,在硬件的配置上也都采用标准结构,以使系统具有开放性、可扩充性。
(2)设计依据
GB50198—94 民用闭路监视电视系统工程技术规范
GB/J115—87 工业电视系统工程设计规范
GB/T16677-96 报警图像信号有线传输装置
GA/T74-94 安全防范行业标准
GA/T70-94 公共安全行业标准
GA/T74—94 安全防范工程费用概预算编制办法
JGJ/T 16-92 民用建筑电气设计规范
IEC/TC64接地防雷设计规范标准。
(3)系统特点
为了使实时监控要求达到一个新的标准,本方案采用了目前最先进的美国Vision Research公司(VRI)Phantomv9.1高速摄像机与数字硬盘录像监控系统。在设计中为了保证本套数字化录像监控系统达到技术先进、安全可靠、性能稳定、质量优良、经济实用的要求,设计中我们将遵循以下原则:

a)先进性

充分依靠我们的技术优势,采用国际最先进的数字化视频压缩、解压、存储技术,使该系统在相当长的时间内与科技发展相适应,并使系统具有强大的发展潜力。

b)可靠性

所有采用的技术与产品,都是已经被证明为成熟的而且面向工程是稳定的。在工程方案的设计中也必须考虑工程中所可能遇到的各种情况,避开造成不稳定性的可能。

c)实用性和便利性

在满足使用环境和使用者功能要求的基础上,采用实用的方案,特别是功能操作方法力求简便,软件界面力求友好,数据处理,管理模式均采用模快化,特别方便相关管理人员使用。

d)标准化和结构化

该系统是一个整体综合的智能化系统,在系统设计中着重技术的标准化和器材的结构化、模块化。从整体系统的完善上也体现了标准化的思想,在与气液压综合测试装置系统的其它功能配套中力求简单、快捷、准确度高、成功率高、工程效率高。

(4)            显示系统

本方案采用1台19〞液晶彩色监视器进行图像显示。

(5) 控制系统

本设计方案共安装2支高速摄像机,均采用固定监控,本系统采用矩阵控制键盘对云台、镜头进行相应动作的控制。

(6) 录像系统

本方案选用1台2路数字硬盘录像机(预留4路)对所有图像进行试验实时不间断录像,录象资料保存两周(可根据需求增加),方便稽查。
6、数字应变测试系统:
(1)智能动态应变仪原理图(详见图纸)
(2)A/D采集部分
a)根据客户要求,每路采集速率在5K, 3路Χ5K=180K,选择大于2倍的A/D采集卡,留出设计余量。所以使用400K的采样频率。
b)系统要求满足最大50MP压力, 应变电阻变化范围大,采用16位的A/D采集,测量精度与范围。
c)采用A/D缓存,可实时保留采集数据以利于与计算机通信。

(3)放大部分(36个通道)

a)放大器的速率保证满足动态5K测量。
b)增益控制调整电路用于定量调整A/D与放大电路量化关系。 并用于系统校正标定用。
c)配合电阻应变片组成桥路,调整电路本身产生的初值(偏差)。

(4)应变桥路

应变测量选择高稳定性电路
应变数据采集装置技术方案
使用USB接口或1394口与工控机通信可选
 该套设备采用USB接口或1394口,建议该系统用1394口:
a)速度快,USB接口的传输率一般可达到12mbit/s比串口快100倍,而1394比USB接口快十倍以上,可以非常可靠的解决该系统的数据采集。
b)连接灵活,1394口允许独立工作,为系统编写的软件可以自行启动,无需用户干预。
(5)A/D采集系统
A/D采集是指将模拟信号转换成计算机可以识别的数字信号。
由于应变测量要求:运用在容器压力测试上的时候,电阻片变化范围大,采用16位精度可完成系统测量精度。
每通道要求5k采集速率,36通道共36X5=180k速率,为可靠完成测试,此方案采用400k采集卡,远远高于要求的一倍以上。从设计上留出较大的余量。更好的完成同步采集。
由DSP控制器统一控制,协调A/D数据缓存增益控制及各通道的采集过程,是最为完善的设计方安。
此A/D采集系统均使用国外进口芯片,使本采集系统的工作更加可靠,耐用。
(6)放大电路
本系统放大电路采用高精度、高速放大器,每路主放大电路使用美国A/D公司仪表放大器AD620,最大速度为800K.
此放大电路将微弱的模拟信号放大,并通过5K滤波器选通,设计先进,各部分芯片也均采用国外公司产品,可达到高精度、高稳定性的放大系统。
(7)应变桥路
应变片的测量属于高精度测量系统,分辨率1个微应变(指单位元素变化量的10-6 的量化概念)。本系统的设计人是有几十年测试和仪器设计经验。
首先保证电源的稳定性,采用开关电源与模拟电路相结合的混用电源系统,很好的解决了抗干扰及纹波小的矛盾。
每通道采用多级稳压,电源设计为对称性强的系统,同时桥压与系统相隔离。正因为设计人丰富的应变测量经验才保证了此设备可靠、稳定的工作。
(8)软件功能:
    应力应变测量时,输入桥路方式、应变计电阻、导线电阻、应变计灵敏度系数,软件完成对测量结果的自动修正。输入被测试件材料的弹性模量和泊松比,软件将完成应力及两片直角、三片45°直角、60°等边三角形、伞形、扇形等应变花主应力及方向的计算。
    输入传感器的输出灵敏度,软件完成被测物理量单位量纲的归一化,直接显示被测物理量的大小。
    具有手动触发、定时触发、信号触发等触发模式,有连续记录、记忆示波器等采样方式。
    同时显示任意通道采集数据及曲线(包括采集数据的实时曲线及各种实时处理后的数据、曲线)。
    软件实时性好,采样过程中可以动态开设或关闭窗口,动态切换或增减显示通道,动态设置其显示方式。
    将任意两通道的测量数据定义为x轴和y轴,边采样边绘制成曲线,完成x-y记录仪(滞回曲线)的功能。
    具有良好的可移植性、可扩充性和可升级性,提供了与office软件的接口功能:将数据文件转换成文本文件(.txt文件),Excel表格文件(.xls文件)、Access数据库文件(.mdb文件),及与功能强大的分析处理软件Matlab的数据格式转换功能。
    具有丰富的分析处理功能,能进行时域及频域的处理,所有处理功能都可供在线事后分析使用,其中时域分析包括计算最大值、最小值、平均值、均方差、曲线拟合等,频域分析包括幅值谱计算、功率谱计算、相关计算、相干分析、传函分析。
(9)可随时根据用户要求增加或减少软件功能。