2.3.5　基于WinCC的液壓缸CAT系統

利用西門子公司的組態軟件WinCC5.1和可編程控制器S7-300配合組建液壓缸試驗臺的測控系統，應用效果較好。對于動態指標要求不高的液壓CAT系統，都可采用上述模式，這有利于縮短研發周期，提高可靠性和可維護性。

（1）液壓缸試驗臺液壓系統

圖2-63所示為按照液壓缸測試國家標準GB/T 1562設計的試驗臺液壓系統原理。該系統能完成試運行、全行程、內泄漏、外泄漏、啟動壓力特性、耐壓試驗、耐久性試驗等各出廠檢驗項目的測試。

圖2-63　液壓缸試驗臺液壓系統原理

1—加熱器；2—液位繼電器；3—油箱；4—溫度傳感器；5—空氣過濾器；6—落地式雙筒過濾器；7—冷卻器；8—冷卻水閥；9，10，15，24，26，30，31，41—截止閥；11，16—連接件；12，17—手動變量液壓泵；13，18—溢流閥；14，19—單向閥；20—比例溢流閥；21—比例放大器；22—壓力繼電器；23，32，35，36，39—過濾器；25—蓄能器；27—M型電液換向閥；28—電磁換向閥；29，33，34，37，38—壓力傳感器；40—液壓缸；42—雙單向節流閥；43—恒力收繩位移傳感器

該系統采用手動變量液壓泵12和17供油，當測試小缸時，只需啟動一臺變量泵，并將變量泵的流量調整到與被試缸所需流量相適應；當測試大缸時，采用雙泵聯合供油，提供最大流量為200L/min。溢流閥13和18安裝在兩臺液壓泵出口，作安全閥用。系統工作壓力由比例溢流閥20進行精確控制，最高可達31.5MPa，比例壓力控制便于計算機自動測試液壓缸啟動壓力特性曲線。電液換向閥27中位設計成M型，主要用于液壓泵空載啟動及工作中卸荷，左右兩位用于實現被試液壓缸運動方向的換向。電磁換向閥28用于更換被試液壓缸時，卸除A、B腔中的殘余高壓。雙單向節流閥42用于實現被試缸精確的流量調整。為了避免被試液壓缸內大量殘液污染系統，減少過濾器更換頻率，在總回油路上設置了一個落地式雙筒過濾器6。為保障系統油溫符合標準要求，設置有冷卻水閥8、冷卻器7、加熱器1和溫度傳感器4。系統還設置了5個壓力傳感器：壓力傳感器29用來檢測泵出口壓力；壓力傳感器34和37用來檢測被試液壓缸A、B腔壓力，用于耐壓試驗；壓力傳感器33和38為低壓、高精度，用來檢測被試液壓缸A、B腔啟動壓力，可提高測試精度。恒力收繩位移傳感器43用于液壓缸全行程自動檢測。

（2）液壓缸試驗臺測控系統

①測控系統硬件　常規液壓缸試驗臺由控制面板、操作臺、繼電接觸器控制柜或可編程控制器、傳感器、計算機、數據采集卡和高級語言開發的測試程序等構成測控系統。而基于組態軟件WinCC5.1的測控系統取消了控制面板、操作臺、繼電接觸器控制柜、數據采集卡、測試程序，直接用組態軟件和可編程控制器、傳感器組成，具有友好的人機接口和較高的穩定性。測控系統硬件組成框圖如圖2-64所示：所有傳感器的模擬量信號全部進入可編程控制器（PLC）的AI模塊；開關量監測信號進入PLC的DI模塊；模擬控制信號由PLC的AO模塊輸出；開關量控制信號由PLC的DO模塊輸出；PLC與計算機通過MPI接口模塊進行數據交換，實現對試驗臺的各參數進行檢測、控制和報警。檢測人員可通過由組態軟件WinCC5.1開發的人機接口（HMI）對測試系統進行干預。

圖2-64　測控系統硬件組成框圖

②測控系統軟件　軟件開發分為PLC程序和計算機程序兩部分。PLC程序采用模塊化梯形圖方式進行編寫，每個子功能模塊（FB）完成某一特定的測控功能，所有的FB由組織塊（OBI）統一調用，PLC采集到的現場數據存放在數據塊（DB10）中的相應位置，接收到的指令數據也保存在DB10中的相應位置，DB10是PLC與現場及計算機進行數據交換的中轉站，其數據根據實際情況不停刷新。計算機程序是利用組態軟件WinCC5.1進行開發的，它分為顯示區域、控制區域、報警區域、繪圖區域、操作區域等幾個部分。顯示區域主要用來實時顯示系統各運行參數；控制區域是對系統狀態進行操作的窗口，測試人員可用鼠標對電機、閥、加熱、冷卻、壓力等進行手動控制；報警區域用來對系統各運行參數進行安全監測，一旦發現異常，馬上啟動聲光報警系統，同時屏幕上顯示提示語言；繪圖區域可實時測繪液壓缸啟動壓力曲線及各運行參數的趨勢圖；操作區域是測試人員對試驗進程及數據進行控制處理的窗口。軟件系統通過西門子公司的接口卡CP561l與PLC的DB10進行實時數據交換，對HMI進行實時刷新。

組態軟件WinCC5.1已經將很多常用功能做成了ActiveX控件，在程序開發時可以直接利用這些控件，快速搭建出測試軟件系統，避免了自己編寫代碼的繁重勞動，提高了可靠性，同時也節約了時間，縮短了開發周期。

基于WinCC的液壓缸CAT系統測試精度達到B級。系統操作簡便、工作可靠。