大惯量变频液压复合调速及其测控系统研究

　　0前言

　　大惯量变频液压复合调速系统是变频液压调速技术和旁路节流调速相结合的一种复合调速方式。其中变频液压调速技术是利用变频电机调节定量泵的工作转速从而调节定量泵的输出流量,和传统的变量泵容积调速相比,电机始终处在高效率的工作状态,因而节能效果好,调速系统具有更好的控制性能,降低了变量泵的成本,提高了系统的可靠性。但是,其低速性能受到电机和液压泵的低速稳定性能的影响。所以本系统把节流调速和变频液压技术有机结合起来,以解决变频液压容积调速在大惯量、低转速、变负载系统中的应用问题。

　　本文将分析大惯量变频液压容积节流调速系统的原理,PLC控制系统的结构及以LabviEW为平台,开发研究基于虚拟仪器技术的实验测试系统,并进行实验分析。

　　1液压系统工作原理

　　大惯量变频液压复合调速系统如图1所示,该系统主要由驱动部分、液压容积节流调速系统和加载系统3大部分组成。驱动部分由变频器1和变频电机2组成;液压容积节流调速系统主要包括由主泵3、电磁换向阀9、液压马达12、流量传感器6、背压阀7及冷却器8组成的开式液压回路及由比例调速阀4组成的旁路节流调速回路;加载系统由加载泵巧实现对调速系统的加载,负载大小由比例溢流阀19来控制,补油泵25给加载泵补油。

　　由于液压泵具有最低稳定转速,当液压泵的转速低于其最低稳定转速时,液压泵输出流量和压力就不稳,所以变频液压容积调速必须在液压泵的最低稳定转速和最高转速之间变化才能获得很好的调速性能。但是,由于本系统属于大惯量、低转速、变负载系统,对液压马达的低速稳定性要求较高。所以,系统在主油泵3的出口处增加了由比例调速阀4组成的旁路节流调速回路以解决液压马达低速稳定性问题。在低速时,把液压泵的转速调到其最低稳定转速,通过比例调速阀4调节马达的速度。高速时,比例调速阀完全关闭,通过变频器及变频电机调节液压泵的转速来调节液压马达的速度,从而实现变频液压容积调速和比例调速阀旁路节流调速相结合的复合控制,提高了液压马达的低速调速性能。

　　2PLC控制系统结构

　　大惯量变频液压复合调速系统的过程控制由西门子S7一200PLC及若干模拟量扩展模块实现。控制系统结构如图2所示,系统的数字量输人为控制电机启停和设置系统工作方式的各类选择开关和按钮开关,而系统的模拟量输人除了调节电位器之外,还将转速扭矩传感器输出的马达转速信号引入模拟量输入端,目的是为了实现整个系统的闭环控制。PLC输出的数字量信号控制各继电器的通断,以实现相应电机和阀的控制,另外系统工作状态指示灯和变频器的启动信号也通过数字量输出端口控制;PLC输出的模拟量信号分别控制比例调速阀放大器、比例溢流阀放大器和变频器的频率指令输人端,用于实现旁路调速、负载调整和变频调速。