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机电工程学院
毕业设计外文资料翻译

设计题目:Z3550组合钻床动力滑台液压传动系统设计
译文题目： 实时压力监测以及无传感器液压系统控制

学生姓名: 秦艳芳
学 号： 20074050429
专业班级： 机制F0706
指导教师： 刘春波

正文：外文资料译文 附 件:外文资料原文
指导教师评语：

签名： 年 月 日
实时压力监测以及无传感器液压系统的控制

彭天抒 斯特拉瑟.克雷格 温鹏
甘肃省科技厅计算中心
中国甘肃省兰州市730030
邮箱:pts22＠
南昆士兰大学工程与测绘学院
图文巴，昆士兰4350，澳大利亚
邮箱：wen@usq。edu。au

摘要：在传统的液压系统中，压力传感器通常用来实现反馈控制。但是，在许多工业应用情况中需要压力反馈但媒介具有腐蚀性和/或危险，此时传感器会变得相当昂贵。本研究提供出一个抽水系统的控制，它可以在没有压力传感器的情况下达到预期的压力。而控制系统本身，开发友好的用户界面与以太网合作运行.
关键词：系统可靠性；总线适配器协议；压力传感器；以太网网络与WEB服务器接口

1 简介

有很多的泵在几乎所有工业和工程方面被运用，范围广泛至从饲料到反应堆,化学工程中的蒸馏塔和在土木工程及环境工程中用来抽水的泵。 有各种各样的抽水设备可以使用,包括在大小，类型和施工材料方面 ［6,8］。研究促进了泵送技术的进步，它有可能在相当大的比例的工程和工业部门中创造巨大的效益。
目前，在工业领域专为抽水系统的控制所设计的产品似乎比较短缺。这一点 在液压系统持续压力的应用中尤为明显。目前的行业标准是与多个单位和压力变送器反馈执行这一进程。 图1演示了目前如何在液压泵系统中实现压力控制。特别要注意的是压力变送器 与控制器和变速驱动器的配合使用。
该研究的宗旨是希望找到一个切实可行的解决办法去在那些具有强腐蚀性或危险介质的抽水应用中实现压力反馈.在目前,泵行业中的这一独特方面似乎并没有被充分解决.虽然压力变送器可用于那些危险的或具有腐蚀性的介质，但是这一部分的成本是相当昂贵的.

图1：现有的压力控制系统

此外，在这样的恶劣条件下更换或标定压力变送器组件是困难的，也不符合成本效益。
目前负责此项研究的机构研究显示，在无传感器水泵控制范围内的主要进展主要在医疗领域，如人工心脏和血液泵中得以应用。其目标是在人体内消除外来压力变送机组件［7，9］。
本研究建议开发一个抽水控制器，它能够在没有压力变送器和控制器的情况下保持液压系统内恒定不变的压力.这项承诺的主要目的是确保该控制器没有身体与介质的直接接触。从而消除了泵的压力控制元件中的压力变送器，这样就减少了一个组件。在完成这些功能时,实时监控，配置和控制系统软件也正在开发.

2 研究方法

本研究建议取消泵压力控制器中的压力传感器，以实现流程的高效[5].图2代表了所建议的压力控制系统,其所有的压力控制器都是在变速驱动器本身内执行，Web服务器是一个简单的远程用户界面。

图2:插图压力控制系统的拟议

2.1系统配置
一些特定设备的完成将在下最后的测试产品结果中列出，从图3中可以看出. 泵的出口与一个液体水箱相连构成了一个闭环系统。压力变送器与变速驱动器相连接，然后变速驱动器再监测压力，速度和电机电流读数.图4显示了实际测试设备使用实时压力监测和无传感器液压系统控制的照片.

图3：闭环测试系统的图

图4：闭环测试系统和测试系统中的泵,压力变送器和变速驱动器

2。2系统组件
以下是这个项目已经利用到的组件。每个项目根据其对研究目的的适用性都经过了精心的选择。
抽水系统主要由一个供应端或吸收端，一个抽水机及排放端或输出端组成[8］。离心泵被称为压力发生器，因为它的旋转元件能够将能源传输给流体[2,8]。事实是，离心泵是一种最广泛使用的转移液体泵，它也具有良好的控制压力的能力，相较于其他泵来说它很安静，具有相对较低的运行和维护费用，可以占用最小的面积来创建一个统一的非脉动流［2，3]。
基于上述这些原因，所选择的泵的类型是一个带由一个大小合适的鼠笼式异步电动机驱动的带有径向叶轮的离心泵.
这种类型的叶轮泵在外壳内有一个单向的旋转轴。其头部的速度转化为蜗壳上压力的变化,指示液体从外围叶轮流向泵［1]。
变速驱动器调节电动马达的转速时通过调整马达的功率进行的。变速驱动器在传统的泵系统中保持恒定压力是通过接收从压力变送器发出的信号,以及与从压力变送器所获得的反馈相对应的电机的输出[4］.变速驱动器与传统的恒压控制方法相比有很多优点，而恒压控制正是这项研究所考虑的一部分。最重要的是，变速驱动器对小差异而作出调整可以大大提高它的价值[5]。
这个项目所选择的Web服务器是在以太网到串行转换中起主要作用的装置。随着现在科技的进步,从远端在以太网络中使用Web浏览器与这些设备进行交互,这一点是很可能实现的［11].
安装在以太网转换器/ Web服务器串行中的创立导轨被选中。该装置可以被编程为为变速驱动器系统执行计算和控制功能,也可被视为一个从变速驱动器到现实世界的HMI（人机界面）.

2.3规划与实施
变速驱动器具有的用户编程软件是运用名为Vysta的程序设计语言所开发的。变速驱动器内部具有30个寄存器，可用于用户在用Vysta编写应用程序中使用。牙周膜微硬盘精英系列，主要是电机控制器。因此， 任何用Vysta编制的程序不能干预他们控制电机的能力【10】.
变速驱动器的规划涉及利用由程序设计专线电子所编写和提供的三个软件。第一个软件用的是Vysta，这是提供的平台编写应用程序的控制所用的实际语言。
下一个被用到的软件是程序设计语言传动2。7版.这个软件是利用在变速驱动器中下载Vysta编译方案.而这需要在各项测试阶段在整个项目都要完成.
最后一个需要用到的软件是程序设计语言传动版本3。它是在在Vysta程序中设置并写入一些变量,以达到该项目的最终结果。
为了开发用户的界面，不同类型的WEB服务器都要进行调查。美国创立被选中.这是24伏直流供电，有能力沟通从以太网到RS – 232，RS — 422或RS 485中的任一个。使用这种设备的别的好处是，任何一个有权访问他们的局域网或广域网的组织内的人都可以查看并调整参数，同时不会产生远程软件和网页浏览器的费用。

3测试与评估

一个用Vysta写入的程序，降低驱动器的速度，然后以最大速度运行，再减小其速度.重复这样做，一个压力，速度和电机电流在一个开放头和一个封闭的关系头系统就可以得到了.

3.1打开头系统测试
图5说明了在一个开放的头系统中，当泵的转速从0％到100%变化时电机电流和压力的变化，反之亦然.从中可以看出在约155千帕的压力下马达全速时电机的电流是3。75安培。这表明,在开压头系统中电机的电流与速度和压力是成线性比例的。

图5：泵出口阀门全开时泵转速在0％—100％内变化时压力和电机电流的变化图

3。2闭合头系统测试
图6表明，电机的电流下降到约3安培事压力增大到200千帕左右。这些数据表明,在系统内部有压力的限制.一旦压力接近约165 kPa时，电机电流开始下降，直到最小电流接近或保持在大约3安培时。随着马达的压力高于165 kPa，电流将保持在3安培左右.

图6：泵出口阀门全闭时泵转速在0%—100%内变化时压力和电机电流的变化图

3.3固定速度测试
经过初步打开和关闭头部试验，进一步测试是必要的，以便更好地理解系统的压力，泵的转速和电机电流的关系。

图7:泵速度为30%，40％，50％和60％时的压力和电机电流

图8：泵速度在70％，80%,90％和100%时的压力和电机电流

进行了许多试验后可以发现，泵的速度为30％时或更高时离心泵开始移动流体，测试的结果在较低的速度时是不相关的.很明显的一点是，当电机转速低于60%时，通过改变电机电流来控制泵系统的压力是几乎不可能的。
从迄今所取得的成果中可以很容易的知道,在一个无压力传感器的泵系统中控制压力所需的控制运算需要此系统运行在一个已知的能够约匹配系统所需压力的速度上。在这一点上, 由于测试数据揭示了随着系统压力的增大，电机实际电流降低，此信息可以被用来作为一个可用于更精确地调节泵的速度以更密切地控制所需压力设定值的反馈信息.

3。4带有压力传感器并采用拟议算法的闭环系统测试
一个传统的利用压力变送器的系统的闭环控制是通过利用有输出的变速驱动器的内部的P标识功能，如图9所示.（一）可以看出,压力控制大约在所需的设置值65 kPa。在传统系统中可以看出用于闭环系统压力控制算法的最佳设定值是65 kPa，控制它是可能的。
在图9中也可以看出这一点。（二）设定点压力控制已经实现，而且压力的波动幅度不大.这主要是因为必须通过最为原始的手段手动扳动泵的出口阀使其由开放到关闭，反之亦然。

图9:有压力变送器反馈的闭环系统压力

4结论

该项目提出了一种新的方法来实现无传感器液压系统的压力控制，并制定了友好的用户界面去监测，控制和配置实时互联网系统。我们可以比较一下常规压力控制系统和所拟议的控制策略. 在获得的数据的基础上，我们可以看到该控制策略效果很好， 但是其性能并不比传统的更好。改善建议策略,以达到更好的精度和平滑回应等进一步的工作是必需的。

参考文献
1.澳大利亚泵制造商协有限公司主编.澳大利亚泵技术手册 (第三版) 堪培拉：APMA有限公司，1987
2. Darby， R.主编。化学工程流体力学 (第二版) 纽约:马塞尔德克尔公司，2001
3。 Davidson, G。主编。离心泵:并行与系列操作。匹兹堡大学工程学院,2002
4.五星电动机公司主编。在热泵系统上使用变频驱动器.五星电动机——电动机控制驱动器圣安东尼奥，2005
5。欧洲水利协会及美国的能源部工业技术方案.变速抽水-—成功应用的指南针
6。 Karassik， I.， Krutzsch, W。, Fraser， W。, Messina, J。主编。泵手册 （第二版） 纽约： 麦格劳— 希尔出版社,1986
7. Minghua, F。， Longya, X.主编。电动马达，循环系统和旋转血泵的计算机交互建模 (第一卷46) 利平科特威廉姆斯公司和威尔金斯公司，2000年
8。 Nelik， L。主编.离心泵和回转泵的应用基础。 博卡拉顿：CRC出版社,1999
9. Trinkl， J。, Mesana， T., Havlik， P。， Mitsui, N., Demunck， J., Dion, I。, Candelon, B。 Monties,J.主编。无压力传感器的脉动回转泵控制.电子版数据库（第一卷37），1991
10.Vysta虚拟自动化编程平台2.0版，帮助文件：程序设计语言专线电子.新西兰:纳皮尔，2002
11。网络串行设备。 加利福尼亚州：创立公司，尔湾，2002本文为互联网收集，请勿用作商业用途个人收集整理，勿做商业用途

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