CN104595172A - 水泵自动测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水泵自动测试系统。该测试系统采用恒压、恒流和比例三种检测模式，通过控制调压泵频率，改变流入被检泵的进口压力值，实现不同进口压力条件下水泵性能的测试。由压力传感器和流量传感器测量被检泵的入口、出口压力值和流量值，根据能量方程可以得到被检泵扬程大小，同时得出扬程和流量之间的关系。控制部分采用工控机和PLC，实现对测试装置数据的采集、分析和处理，同时控制调节阀的开度和开关阀的启停。通过该测试系统，可实现水泵在恒压、恒流和比例三种方式下的自动测试，提高了水泵参数的测试精度和测试效率，降低了系统的成本。

Description

水泵自动测试系统

技术领域

    本发明属于自动控制技术领域，涉及一种水泵自动测试系统。

背景技术

    水泵被广泛应用于工业，农业，国防建设等领域中，特别是在工业领域，水泵的性能好坏直接影响着生产的过程，生产的效率以及生产的安全，因此，对水泵进行测试具有重要的意义。

    国外一些发达国家，如美国、英国，对水泵测试的研究起步较早，水泵计算机辅助性能测试系统的使用较普遍,其测试精度、自动化程度较高。这些国家水泵性能检测和处理技术比较先进,水泵性能测试系统呈现出高集成、设备全、体积小和易操作等特点。国内的水泵测试系统技术相对落后。目前，国内大部分水泵测试系统采用半自动化形式，这种测试系统采用分立式的模拟测量仪表或数字测量仪表对水泵的各种参数进行测量。采用这种测试系统需要很多的测试人员，并且测试强度大，测试过程耗费大量的时间。由于测量仪表的测试部位相对分散，并且不能对各种测试信号集中处理，加上人为因素的影响，导致测试精度和测试效率都比较低。部分水泵测试系统采用智能测试仪器或标准化仪器与计算机组成的测试系统，这种测试系统具有较高的精度和较好的实时性，但大多存在系统庞大，接口复杂，人机交互界面差等不足，而且测试系统中被检泵进口压力值一般确定不变，只检测一定压力值下的水泵性能，无法得到被检泵在不同进口压力下的性能参数，导致被检泵存在测试盲区，从而缩小了水泵的应用范围，造成资源浪费。

    随着工业技术的发展和计算机技术的进步，当前的测试系统很难满足现代水泵测试的要求，因此急需设计一个测试精度高，系统稳定，自动化程度高，功能完善的水泵自动测试系统。

发明内容

    本发明的目的是提供一种水泵自动测试系统，可实现水泵在恒压、恒流和比例三种方式下的自动测试，提高水泵参数的测试精度和测试效率，降低系统测试的成本。

    本发明解决技术问题所采取的技术方案为：

本发明包括被检泵、调压泵、第一电动阀、第二电动阀、第三电动阀、第四电动阀、第五电动阀、第一压力传感器、第二压力传感器、第一流量传感器、第二流量传感器、第一调节阀、第二调节阀、第一手动阀、第二手动阀、放水阀、水箱、进水阀、排水阀和控制系统。

进水阀和排水阀分别连接水箱的顶端和低端，阀门采用手动阀或电动阀，测试系统采用恒压模式，恒流模式和比例模式三种方式测试被检泵，由两个并联的管路分别切换实现，通过第一手动阀所在管路使水流由水箱直接流入被检泵，当需要调节水流压力时，则由第二手动阀、调压泵、第一调节阀和第五电动阀所在的管路流入，其中第二手动阀、调压泵和第一调节阀组成流量调压系统，调压泵调节被检泵进口压力，第一调节阀对压力和流量进行小范围调节，第五电动阀选择是否需要压力条件；第一压力传感器和第二压力传感器分别被安装在被检泵的进水口和出水口，放水阀安装在被检泵的出水口并通过三通接口连接到水槽，第一流量传感器和第二流量传感器通过并联方式连接于放水阀至第二调节阀的管路上，实现不同量程流量的精确测量，第一流量传感器的前后位置分别装有第一电动阀和第二电动阀，第二流量传感器前后位置分别装有第三电动阀和第四电动阀，第二调节阀直接连接水箱，用于调节流量。

所述的控制系统包括工控机、PLC、AD模块和DA模块，PLC通过AD转换模块采集流量传感器和压力传感器测量得到的水泵性能参数，传输给工控机处理和反馈，同时通过DA转换模块输出调节信号给测试装置中的调节阀，调节阀门的开度，改变管道流量，并通过阀门驱动电路控制测试装置中各个电动阀的开启和关闭；PLC和工控机之间通过485通信协议进行数据传输；工控机采集PLC数据，对测试装置中的各个阀门进行调节和控制；调压泵和被检泵由工控机控制，两者之间通过RS485接口进行通信。

进一步说，所述的PLC选用三菱FX2N-40MT，这款PLC通过FX2N-485-BD与工控机实现通讯，PLC的编程软件为GX Developer，测试程序主要包括初始化、通讯模块、流量调节模块、压力采样模块、流量采样模块。

进一步说，所述工控机的编程软件采用NI提供的可视化图形用户界面开发软件LabVIEW。

进一步说，所述AD模块采用三菱公司的FX2N-4AD装置，DA模块采用三菱公司的FX2N-4DA装置。

进一步说，所述阀门驱动电路是通过对继电器的开、关控制，实现电流放大，驱动电动阀动作的电路。

    本发明的有益效果在于：本发明测量精度高，自动化程度好，解决了半自动化测试导致的费时费力，工作效率低，测试精度差，不能进行入口压力调节，测试模式单一等问题，同时本发明具有人机交互界面友好，操作简单，反馈及时准确，使用和管理方便等优点。

附图说明

图1是本发明控制系统原理框图；

图2是本发明测试装置结构图；

图3是本发明阀门驱动电路原理图；

图4是本发明软件LabVIEW编程流程图。

具体实施方式

    本发明是一种用于水泵性能检测的自动测试系统，配置如下：

序号	设备名称	规格	数量	单位	备注
						1	PLC	FX2N-40MT	1	台
2	模拟量输入模块	FX2N-4AD	1	个	每个模块包含4路输入
						3	模拟量输出模块	FX2N-4DA	1	个	每个模块包含4路输出
4	驱动模块	阀门驱动电路	1	个	每个模块包含8路
						5	开关电源	DC24V  2A输出	2	个	用于DA模块和AD模块及驱动电路
6	变压器	AC220V转AC24V	1	个
						7	通信硬件	FX2N-485-BD	1	个
8	编程软件	LabVIEW	1	套

以下结合附图进一步说明本发明。

参照图1所示，本系统由三个部分组成，即上位机工控机部分，下位机PLC部分和测试装置部分。上位机工控机是测试系统的核心，具有控制系统运行和停止，指示测试装置动作，监控设备运行状态，采集处理水泵各项性能数据并反馈给用户的作用。本系统中工控机采用LabVIEW编程软件编写上位机程序。下位机部分主要包括可编程控制器PLC，AD模块，DA模块和驱动电路模块。可编程控制器PLC是控制系统的重要组成部分，系统采用三菱公司生产的FX2N-40MT，用于采集来自测试装置的性能参数和对各个阀门开关量输出。测试装置中的压力传感器和流量传感器采用4-20mA电流输出测量信号，由于PLC处理的是数字信号，所以需要先通过AD转换模块把模拟信号转化为数字信号，再传输给PLC。测试装置中的调节阀用于管道流量的调节，当需要调节阀门开度时，PLC输出的数字信号也需要通过DA模块转化为4-20mA的模拟信号，作用于调节阀。当PLC控制测试装置中的电动阀时，一般开关阀的驱动电压为24V,虽然PLC的输出电压满足要求，但输出电流较小，无法满足驱动要求，所以需要一个驱动放大电路，通过该电路实现对电动阀的控制。本系统中通过RS485通信协议规范数据包传输模式，实现工控机和PLC之间的通信，两者的串口之间通过FX2N-485-BD通信硬件连接。工控机通过RS485接口与调压泵和被检泵进行通讯，采集水泵参数，控制水泵的转速和频率。对系统中的PLC控制部分和水泵还需要提供电源，考虑到干扰的影响，对被检泵和调压泵的供电与PLC控制系统的供电分开，PLC可采用220V交流供电，DA模块、AD模块和阀门驱动电路采用24V直流供电，调节阀采用24V交流供电。

图2所示为本发明的测试装置结构图。整个测试装置长5m,宽5m,高2m，其中水箱容积为2m³。进水阀和排水阀分别连接水箱的顶端和低端，用于水箱的储水和排水，阀门可采用手动阀或电动阀。测试系统采用恒压模式，恒流模式和比例模式三种方式测试被检表，由两个并联的管路切换实现。通过手动阀1所在管路可以使水直接流入被检泵，当需要调节水流压力时，则由手动阀2、调压泵、调节阀1和电动阀5所在的管路流入，其中手动阀2和后面管道中的调压泵、调节阀1组成流量调压系统，调节阀1用于三种测试模式下压力和流量的小范围调节。电动阀5选择所在的调压管路。为满足稳压条件，采用CDL32-40-2型水泵作为调压泵，最大流量Q_max =32m ³ /h，最大扬程H=46m。压力传感器1和压力传感器2分别被安装在被检泵的进水口和出水口，分别测量水流入被检泵前的压力值和流出被检泵后的压力值，根据能量方程可得被检泵的扬程值H,并且得到流量Q与扬程H的关系式及关系曲线。上位机通过RS485接口控制被检泵的转动频率，并由传感器得到被检泵的转速n和输入扭矩M，两者相乘后得到被检泵的轴功率N，由此也可得到轴功率N与流量Q之间的关系，当求得被检泵的有效功率后，进而还可以得到水泵的功率η。通过三通器件在压力传感器2后面安装了一个放水阀，用于在测试开始前和测试结束后排出管道中的剩余水流。流量传感器1和流量传感器2通过并联方式连接于管路，测量流经水泵的流量值，在流量传感器1的前后位置分别装有电动阀1和电动阀2，流量传感器2两端分别装有电动阀3和电动阀4。为满足不同流量值的精度要求，流量传感器1的流量范围为0.4-11.3m ³ /h，流速为0.4-10m/s，流量传感器2的流量范围为3.5-56 m ³ /h，流速为0.5-8m/s，两个流量传感器通过4个电动阀选择。在流量监测网的下游装有流量调节阀2，具有控制被检泵流量的作用。

测试系统采用的恒压模式指保持被检泵入口压力恒定，改变流量值检定不同流量下的被检泵性能；恒流模式指保持流量恒定，检测被检泵在不同入口压力下的性能；比例模式指保持被检泵入口压力值和流量值的比值恒定，改变任一参量都会引起另一参量相应变化，以此来检定被检泵性能。

参照图3所示，电路由24V直流电压供电，当PLC向输入端发送一个低电平时，U1芯片导通，通过电阻电路后，提供一个满足电路要求的基极电流给三极管，同时三极管也导通并实现电流放大，放大后的电流经过稳流二极管后流入继电器，继电器导通，从而阀门开启或关闭。在这个电路中，TLP521芯片是一个可控制的光电耦合器，内部由发光二极管和光敏三极管两部分组成，两者之间空气隔离，当发光二极管导通产生光照时，光敏三极管也导通，并且电流大小随着光照强度的变化而变化。通过TLP521芯片，增加了电路的安全性，放大电流信号，同时提高了抗干扰能力。

参照图4所示，本测试系统以LabVIEW作为控制系统的开发平台，用户能够通过简单、易懂、可视化的操作满足仪器测量与数据传输的控制。在该测试系统中，需要完成对流量、压力的调节和阀门的控制，以及数据采集、分析、显示、存储和查询等功能。本开发程序主要包括了用户登录，调压泵、被检泵参数设定，流量点参数设定，测试状态显示，数据存储与显示几个部分。在测试过程中，可以选择手动测试或自动测试，其中手动测试主要用于初次测试，测试方式可以根据要求选择恒压模式，恒流模式和比例模式。当调节阀开度改变后，流量值也相应改变，为得到准确的流量值，需等待一段时间，等到流量稳定后才开始测试。该开发程序通过与PLC结合，可以实现水泵的自动测试。

Claims (5)

1.水泵自动测试系统，其特征在于：包括被检泵、调压泵、第一电动阀、第二电动阀、第三电动阀、第四电动阀、第五电动阀、第一压力传感器、第二压力传感器、第一流量传感器、第二流量传感器、第一调节阀、第二调节阀、第一手动阀、第二手动阀、放水阀、水箱、进水阀、排水阀和控制系统；

进水阀和排水阀分别连接水箱的顶端和低端，阀门采用手动阀或电动阀，测试系统采用恒压模式，恒流模式和比例模式三种方式测试被检泵，由两个并联的管路分别切换实现，通过第一手动阀所在管路使水流由水箱直接流入被检泵，当需要调节水流压力时，则由第二手动阀、调压泵、第一调节阀和第五电动阀所在的管路流入，其中第二手动阀、调压泵和第一调节阀组成流量调压系统，调压泵调节被检泵进口压力，第一调节阀对压力和流量进行小范围调节，第五电动阀选择是否需要压力条件；第一压力传感器和第二压力传感器分别被安装在被检泵的进水口和出水口，放水阀安装在被检泵的出水口并通过三通接口连接到水槽，第一流量传感器和第二流量传感器通过并联方式连接于放水阀至第二调节阀的管路上，实现不同量程流量的精确测量，第一流量传感器的前后位置分别装有第一电动阀和第二电动阀，第二流量传感器前后位置分别装有第三电动阀和第四电动阀，第二调节阀直接连接水箱，用于调节流量；

    所述的控制系统包括工控机、PLC、AD模块和DA模块，PLC通过AD转换模块采集流量传感器和压力传感器测量得到的水泵性能参数，传输给工控机处理和反馈，同时通过DA转换模块输出调节信号给测试装置中的调节阀，调节阀门的开度，改变管道流量，并通过阀门驱动电路控制测试装置中各个电动阀的开启和关闭；PLC和工控机之间通过485通信协议进行数据传输；工控机采集PLC数据，对测试装置中的各个阀门进行调节和控制；调压泵和被检泵由工控机控制，两者之间通过RS485接口进行通信。

2.根据权利要求1所述的水泵自动测试系统，其特征在于：所述的PLC选用三菱FX2N-40MT，这款PLC通过FX2N-485-BD与工控机实现通讯，PLC的编程软件为GX Developer，测试程序主要包括初始化、通讯模块、流量调节模块、压力采样模块、流量采样模块。

3.根据权利要求1所述的水泵自动测试系统，其特征在于：所述工控机的编程软件采用NI提供的可视化图形用户界面开发软件LabVIEW。

4.根据权利要求1所述的水泵自动测试系统，其特征在于：所述AD模块采用三菱公司的FX2N-4AD装置，DA模块采用三菱公司的FX2N-4DA装置。

5.根据权利要求1所述的水泵自动测试系统，其特征在于：所述阀门驱动电路是通过对继电器的开、关控制，实现电流放大，驱动电动阀动作的电路。