施耐德PLC在喷油泵校验控制系统的成功应用

1. 概述
    近年来中国机动车产量和保有量迅速增长，机动车排放造成的污染问题逐渐显现出来，要使环境能够容纳更多的机动车,降低排放负荷是解决机动车污染问题的必然选择和有效手段。2004年，北京全面实行了欧II排放标准，2005年7月北京实行欧III排放标准，低排放甚至零排放汽车将成为未来汽车工业的发展方向。
    随着柴油机技术水平的提高，柴油机的使用呈上升趋势。喷油泵是柴油机的重要总成，其工作性能直接影响与其匹配的柴油机的动力性、经济性和排放，所以喷油泵的调试是柴油机的生产和维修的一个重要环节。喷油泵的调试在喷油泵试验台上进行，调试质量与喷油泵试验台所反映的油量真实性密切相关。
    目前国内喷油泵实验台大多采用单片机开发，喷油泵进油口温度控制，温度控制范围在±2℃，无法满足喷油泵欧Ⅱ排放标准的检验要求。进口实验台以博世为例，全套引进大约200万人民币左右。采用施耐德Twido PLC和ATV31变频器配合控制，触摸屏设置和监控整个校验过程，除可满足欧II排放标准喷油泵的校验要求外，也大大降低了成本，同时解决了原有实验台操作不直观、界面不友好及维护升级困难等缺点。
2. 系统描述
    系统要实现智能化的试验模式，操作简捷方便简单、界面友好美观，重要参数（转数、温度、压力、计数值）要醒目。系统安全、可靠、使用的技术，细致考虑，涉及多方位。
1) 系统框图

2) 施耐德电气元件配置表

３) 系统组成及功能
    <1>油箱
    (1) 热油箱采用电阻丝加热，通过PID功能配合热油箱温度传感器的反馈将热油箱温度控制在设置范围内。
    (2) 冷油箱采用压缩机制冷，由于压缩机不能够频繁启动，故采用前馈控制，通过冷油箱温度传感器反馈的上下限温度来开启和关闭制冷机。
    (3) 热油箱、冷油箱的加热和制冷工作前提：油泵开启，油位正常。油位报警实时在触摸屏中显示。
    (4) 热油温度、冷油温度、制冷机最小起动时间可在触摸屏中设置。
    <2>油泵
    油泵控制为外部电路完成，热油泵、冷油泵同时启停。PLC采集油泵起动信号作为控制油箱加热和制冷起动的条件。
    <3>温度和压力控制和测量
    温度通过PLC控制热油和冷油电磁阀的开启时间将油混合的方式，将回油温度控制在设置值的±0.3℃。进油压力、泵腔压力稳定并在触摸屏上显示。不同流量喷油泵的校验参数通过触摸屏一键转换。
    <4>电机控制和量油计数值设置
    电机控制采用2种不同方式，控制精度±1转/分。为防止分配泵干磨，油泵起动后方可起动电机。
    (1) 第一种方式为自动方式，即PLC和变频器通过内置的RS485接口连接，MODBUS RTU协议DRIVECOM标准进行通讯控制。可实现对电机的正转、反转、停机和20段转速的控制。每一转速可单独设置回油温度和量油次数值。大大增加了可靠性，并减少了模拟量输出的成本和接线复杂度。
    (2) 第二种方式为手动方式，即通过变频器的外部AI/DI端子通过电位器0-10V模拟量信号自由调速并控制电机正反转。对应输出为0-3200转/分。回油温度和量油计数值单独设置。
    <5>量油次数和控制
    量油计数采用霍尔开关检测，通过PLC高速计数功能计算，大大提高了精确度。开始计数时电磁铁吸合拉开挡油板，油开始进入量油杯。计数到，电磁铁释放推回挡油板。油从挡油板回流。
    <6>报警
    多种实时报警功能：油箱油位报警，霍尔开关损坏报警，制冷时间报警，油温未在控制范围内量油计数报警，变频器故障报警，急停报警。
3. 结束语
    (1)使用全套施耐德产品，如XBTG人机界面，Twido PLC，使控制系统能够更好的相互结合，实现无缝化通信。
    (2)充分利用XBTG触摸屏内部大量的内存空间来存放用户工艺参数，简化了Twido PLC的编程工作，使PLC系统更容易。
    (3)可以读取变频器内部许多参数，如电机电流，电机转速等等，用于变频器的故障报警，更好地维护保养设备。
   <7>ATV31可以实现控制与给定分开，这样可以保证系统在发生故障时及时停车。