2.3.5　基于WinCC的液压缸CAT系统

利用西门子公司的组态软件WinCC5.1和可编程控制器S7-300配合组建液压缸试验台的测控系统，应用效果较好。对于动态指标要求不高的液压CAT系统，都可采用上述模式，这有利于缩短研发周期，提高可靠性和可维护性。

（1）液压缸试验台液压系统

图2-63所示为按照液压缸测试国家标准GB/T 1562设计的试验台液压系统原理。该系统能完成试运行、全行程、内泄漏、外泄漏、启动压力特性、耐压试验、耐久性试验等各出厂检验项目的测试。

图2-63　液压缸试验台液压系统原理

1—加热器；2—液位继电器；3—油箱；4—温度传感器；5—空气过滤器；6—落地式双筒过滤器；7—冷却器；8—冷却水阀；9，10，15，24，26，30，31，41—截止阀；11，16—连接件；12，17—手动变量液压泵；13，18—溢流阀；14，19—单向阀；20—比例溢流阀；21—比例放大器；22—压力继电器；23，32，35，36，39—过滤器；25—蓄能器；27—M型电液换向阀；28—电磁换向阀；29，33，34，37，38—压力传感器；40—液压缸；42—双单向节流阀；43—恒力收绳位移传感器

该系统采用手动变量液压泵12和17供油，当测试小缸时，只需启动一台变量泵，并将变量泵的流量调整到与被试缸所需流量相适应；当测试大缸时，采用双泵联合供油，提供最大流量为200L/min。溢流阀13和18安装在两台液压泵出口，作安全阀用。系统工作压力由比例溢流阀20进行精确控制，最高可达31.5MPa，比例压力控制便于计算机自动测试液压缸启动压力特性曲线。电液换向阀27中位设计成M型，主要用于液压泵空载启动及工作中卸荷，左右两位用于实现被试液压缸运动方向的换向。电磁换向阀28用于更换被试液压缸时，卸除A、B腔中的残余高压。双单向节流阀42用于实现被试缸精确的流量调整。为了避免被试液压缸内大量残液污染系统，减少过滤器更换频率，在总回油路上设置了一个落地式双筒过滤器6。为保障系统油温符合标准要求，设置有冷却水阀8、冷却器7、加热器1和温度传感器4。系统还设置了5个压力传感器：压力传感器29用来检测泵出口压力；压力传感器34和37用来检测被试液压缸A、B腔压力，用于耐压试验；压力传感器33和38为低压、高精度，用来检测被试液压缸A、B腔启动压力，可提高测试精度。恒力收绳位移传感器43用于液压缸全行程自动检测。

（2）液压缸试验台测控系统

①测控系统硬件　常规液压缸试验台由控制面板、操作台、继电接触器控制柜或可编程控制器、传感器、计算机、数据采集卡和高级语言开发的测试程序等构成测控系统。而基于组态软件WinCC5.1的测控系统取消了控制面板、操作台、继电接触器控制柜、数据采集卡、测试程序，直接用组态软件和可编程控制器、传感器组成，具有友好的人机接口和较高的稳定性。测控系统硬件组成框图如图2-64所示：所有传感器的模拟量信号全部进入可编程控制器（PLC）的AI模块；开关量监测信号进入PLC的DI模块；模拟控制信号由PLC的AO模块输出；开关量控制信号由PLC的DO模块输出；PLC与计算机通过MPI接口模块进行数据交换，实现对试验台的各参数进行检测、控制和报警。检测人员可通过由组态软件WinCC5.1开发的人机接口（HMI）对测试系统进行干预。

图2-64　测控系统硬件组成框图

②测控系统软件　软件开发分为PLC程序和计算机程序两部分。PLC程序采用模块化梯形图方式进行编写，每个子功能模块（FB）完成某一特定的测控功能，所有的FB由组织块（OBI）统一调用，PLC采集到的现场数据存放在数据块（DB10）中的相应位置，接收到的指令数据也保存在DB10中的相应位置，DB10是PLC与现场及计算机进行数据交换的中转站，其数据根据实际情况不停刷新。计算机程序是利用组态软件WinCC5.1进行开发的，它分为显示区域、控制区域、报警区域、绘图区域、操作区域等几个部分。显示区域主要用来实时显示系统各运行参数；控制区域是对系统状态进行操作的窗口，测试人员可用鼠标对电机、阀、加热、冷却、压力等进行手动控制；报警区域用来对系统各运行参数进行安全监测，一旦发现异常，马上启动声光报警系统，同时屏幕上显示提示语言；绘图区域可实时测绘液压缸启动压力曲线及各运行参数的趋势图；操作区域是测试人员对试验进程及数据进行控制处理的窗口。软件系统通过西门子公司的接口卡CP561l与PLC的DB10进行实时数据交换，对HMI进行实时刷新。

组态软件WinCC5.1已经将很多常用功能做成了ActiveX控件，在程序开发时可以直接利用这些控件，快速搭建出测试软件系统，避免了自己编写代码的繁重劳动，提高了可靠性，同时也节约了时间，缩短了开发周期。

基于WinCC的液压缸CAT系统测试精度达到B级。系统操作简便、工作可靠。