SMC電磁閥動作壽命試驗系統(tǒng)設(shè)計

SMC電磁閥可靠性及耐久性試驗的需要，研制實現(xiàn)了一套基于可編程控制器(PLC) 控制的電磁閥動作壽命試驗系統(tǒng)，文中對試驗系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、原理及軟硬件設(shè)計進(jìn)行了詳細(xì)闡述。實踐結(jié)果表明，該系統(tǒng)能實現(xiàn)對試驗參數(shù)的快速控制，具有自動化程度高、可靠性好和操作方便的特點，為開發(fā)高性能的電磁閥提供了一個高效能的測試研究平臺。

1、引言

　　隨著機(jī)電一體化的發(fā)展，工業(yè)過程的復(fù)雜性和自動化程度對設(shè)備性能的要求越來越高，電磁閥作為流體控制系統(tǒng)中主要的元件之一，其動作時間、可靠性、壽命等指標(biāo)對系統(tǒng)的工作性能及經(jīng)濟(jì)性影響巨大，須通過試驗對電磁閥產(chǎn)品相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行準(zhǔn)確測定。電磁閥試驗是電磁閥產(chǎn)品開發(fā)及改進(jìn)過程中用于檢驗產(chǎn)品性能和質(zhì)量的有效手段，在各項試驗中需要根據(jù)試驗要求對試驗系統(tǒng)中各項參數(shù)進(jìn)行實時、控制。

　　SMC電磁閥在各項相關(guān)試驗中，電磁閥動作壽命試驗主要用于評估其工作可靠性及壽命，為進(jìn)一步改進(jìn)電磁閥設(shè)計、提高其性能提供依據(jù)，由于電磁閥動作壽命試驗周期長、強度高，其試驗系統(tǒng)須具有自動化程度高、可靠性好的特點。基于可編程控制器( PLC) 這一自動控制裝置，本設(shè)計實現(xiàn)了一套高效能的電磁閥動作壽命試驗系統(tǒng)，該系統(tǒng)能實現(xiàn)對電磁閥驅(qū)動電壓 電流信號占空比等被控參數(shù)的快速控制，具有自動化程度高、可靠性好和操作方便的特點。

2、試驗系統(tǒng)流路設(shè)計

　　為進(jìn)行SMC電磁閥動作壽命試驗的研究，根據(jù)試驗用電磁閥的工作條件及測試要求，建立系統(tǒng)流體回路如圖1 所示( 測試流體為空氣，被測電磁閥數(shù)目定為5 個) 。

電磁閥動作壽命試驗系統(tǒng)設(shè)計-試驗系統(tǒng)流路

SMC電磁閥入口氣壓可以在0 ～0.8MPa 內(nèi)可調(diào)，為此采用空氣壓縮機(jī)配儲氣瓶方式為試驗系統(tǒng)供氣，空氣壓縮機(jī)將空氣壓縮到氣瓶中并維持氣瓶中壓力為1MPa，即，如氣瓶中壓力達(dá)到1MPa，壓縮機(jī)自動停止工作，反之，若氣瓶中壓力小于1MPa，則壓縮機(jī)自動投入工作。氣瓶出口端依次接有壓力表、過濾器、調(diào)壓閥( 自身帶壓力表) ，通過調(diào)節(jié)調(diào)壓閥調(diào)節(jié)氣瓶出口壓力，即被測電磁閥入口氣壓達(dá)到測試要求并一直保持，此后通過PLC 控制使被測閥在額定驅(qū)動電信號作用下逐一開關(guān)動作并連續(xù)循環(huán)，直至達(dá)到設(shè)定動作次數(shù)才停止動作( 隨后對被測電磁閥密閉性等工作性能進(jìn)行檢測) ，實現(xiàn)動作壽命試驗。

　　系統(tǒng)中選用高輸出壓力、高效率的且具有根據(jù)壓力變化自動停止或運行功能的靜音無油空氣壓縮機(jī)，以滿足試驗的壓力要求; 管路的連接，包括與被測閥的連接，均采用快換接頭與工程塑料軟管插接配合方式，不但耐壓性能滿足要求，且便于安裝和拆卸; 為流體的清潔度，不致對被測閥產(chǎn)生影響，管路入口端加裝空氣干燥凈化過濾器; 空氣壓縮機(jī)電機(jī)的起停控制及被測電磁閥的驅(qū)動控制由PLC 控制實現(xiàn)( 注: 當(dāng)PLC 起動空氣壓縮機(jī)電機(jī)時，實質(zhì)是使空氣壓縮機(jī)電機(jī)電路外部控制端接通，此后由空氣壓縮機(jī)內(nèi)部裝置根據(jù)出口壓力情況決定電機(jī)是否工作; 當(dāng)PLC 停止空氣壓縮機(jī)電機(jī)工作時，實質(zhì)是使空氣壓縮機(jī)電機(jī)電路外部控制端斷開，使空氣壓縮機(jī)電機(jī)失去工作的可能) ，為方便監(jiān)控操作，將PLC 與一計算機(jī)(PC) 連接形成上下位機(jī)控制方式。

　　 的輸入信號包括空氣壓縮機(jī)電機(jī)起動停止控制信號、過載保護(hù)信號、被測電磁閥的起動停止控制信號等，考慮到可以通過編程實現(xiàn)單按鈕起停控制，及將相關(guān)保護(hù)信號串聯(lián)輸入，由此減少輸入點數(shù)提高經(jīng)濟(jì)性，綜上可以判定PLC 開關(guān)量輸入點數(shù)不能少于3 個。試驗系統(tǒng)內(nèi)需PLC 控制的對象有空氣壓縮機(jī)電機(jī)1 個、被測閥5 個，可確定PLC 開關(guān)量輸出點數(shù)不能少于6 個。

　　因試驗中被測SMC電磁閥須被長期連續(xù)驅(qū)動，故要求控制用PLC 輸出部件工作壽命要長，不適合采用壽命較短的繼電器輸出型，而晶體管輸出型可靠性高，反應(yīng)速度快，不受動作次數(shù)的限制，故選擇晶體管輸出型[6]。根據(jù)以上系統(tǒng)要求，綜合等因素考慮，終選用歐姆龍PLC 產(chǎn)品ZEN 系列中的10C1DT -D -V2 ( CPU 單元) 及8E1DT( 擴(kuò)展I /O 單元) ，該機(jī)型組合具有10 個開關(guān)量輸入端子、8 個開關(guān)量輸出端子( 均為晶體管輸出型) ，程序存儲器容量大小適合，完全滿足系統(tǒng)要求。

輸入輸出接線

　　根據(jù)試驗系統(tǒng)要求，設(shè)計SMC電磁閥及輸出驅(qū)動電路如所示。輸入包括空氣壓縮機(jī)電機(jī)起停控制按鈕SB1、被測電磁閥起停控制按鈕SB2 及一路保護(hù)信號輸入( 為空氣壓縮機(jī)電機(jī)熱繼電器的常閉觸點) ，輸出驅(qū)動了6 個固態(tài)繼電器( SSR) ，其中1 個SSR 控制空氣壓縮機(jī)電機(jī)，其他5 個SSR 控制被測電磁閥。通過SSR 間接控制負(fù)載，可以很好的保護(hù)PLC，提高試驗系統(tǒng)的可靠性。