SMC電磁閥動作壽命試驗系統(tǒng)設(shè)計
SMC電磁閥可靠性及耐久性試驗的需要，研制實現(xiàn)了一套基于可編程控制器(PLC) 控制的電磁閥動作壽命試驗系統(tǒng)，文中對試驗系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、原理及軟硬件設(shè)計進(jìn)行了詳細(xì)闡述。實踐結(jié)果表明，該系統(tǒng)能實現(xiàn)對試驗參數(shù)的快速精確控制，具有自動化程度高、可靠性好和操作方便的特點，為開發(fā)高性能的電磁閥提供了一個高效能的測試研究平臺。
1、引言
隨著機電一體化的發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)過程的復(fù)雜性和自動化程度對設(shè)備性能的要求越來越高，電磁閥作為流體控制系統(tǒng)中最主要的元件之一，其動作時間、可靠性、壽命等指標(biāo)對系統(tǒng)的工作性能及經(jīng)濟性影響巨大，須通過試驗對電磁閥產(chǎn)品相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行準(zhǔn)確測定。電磁閥試驗是電磁閥產(chǎn)品開發(fā)及改進(jìn)過程中用于檢驗產(chǎn)品性能和質(zhì)量的有效手段，在各項試驗中需要根據(jù)試驗要求對試驗系統(tǒng)中各項參數(shù)進(jìn)行實時、精確控制，認(rèn)為如何對試驗系統(tǒng)中的各項被控參數(shù)進(jìn)行自動化快速精確控制是成功開發(fā)電磁閥試驗系統(tǒng)的關(guān)鍵。
在各項相關(guān)試驗中，電磁閥動作壽命試驗主要用于評估其工作可靠性及壽命，為進(jìn)一步改進(jìn)電磁閥設(shè)計、提高其性能提供依據(jù)，由于電磁閥動作壽命試驗周期長、強度高，其試驗系統(tǒng)須具有自動化程度高、可靠性好的特點?；诳删幊炭刂破? PLC) 這一自動控制裝置，本設(shè)計實現(xiàn)了一套高效能的電磁閥動作壽命試驗系統(tǒng)，該系統(tǒng)能實現(xiàn)對電磁閥驅(qū)動電壓\ 電流信號占空比等被控參數(shù)的快速精確控制，具有自動化程度高、可靠性好和操作方便的特點。
2、試驗系統(tǒng)流路設(shè)計
為進(jìn)行電磁閥動作壽命試驗的研究，根據(jù)試驗用電磁閥的工作條件及測試要求，建立系統(tǒng)流體回路如圖1 所示( 測試流體為空氣，被測電磁閥數(shù)目定為5 個) 。
SMC電磁閥動作壽命試驗系統(tǒng)設(shè)計-試驗系統(tǒng)流路
試驗要求被測電磁閥入口氣壓可以在0 ～0.8MPa 內(nèi)可調(diào)，為此采用空氣壓縮機配儲氣瓶方式為試驗系統(tǒng)供氣，空氣壓縮機將空氣壓縮到氣瓶中并維持氣瓶中壓力為1MPa，即，如氣瓶中壓力達(dá)到1MPa，壓縮機自動停止工作，反之，若氣瓶中壓力小于1MPa，則壓縮機自動投入工作。氣瓶出口端依次接有壓力表、過濾器、調(diào)壓閥( 自身帶壓力表) ，通過調(diào)節(jié)調(diào)壓閥調(diào)節(jié)氣瓶出口壓力，即保證被測電磁閥入口氣壓達(dá)到測試要求并一直保持，此后通過PLC 控制使被測閥在額定驅(qū)動電信號作用下逐一開關(guān)動作并連續(xù)循環(huán)，直至達(dá)到設(shè)定動作次數(shù)才停止動作( 隨后對被測電磁閥密閉性等工作性能進(jìn)行檢測) ，實現(xiàn)動作壽命試驗。
系統(tǒng)中選用高輸出壓力、高效率的且具有根據(jù)壓力變化自動停止或運行功能的靜音無油空氣壓縮機，以滿足試驗的壓力要求; 管路的連接，包括與被測閥的連接，均采用快換接頭與工程塑料軟管插接配合方式，不但耐壓性能滿足要求，且便于安裝和拆卸; 為保證流體的清潔度，不致對被測閥產(chǎn)生影響，管路入口端加裝精密空氣干燥凈化過濾器; 空氣壓縮機電機的起?？刂萍氨粶y電磁閥的驅(qū)動控制由PLC 控制實現(xiàn)( 注: 當(dāng)PLC 起動空氣壓縮機電機時，實質(zhì)是使空氣壓縮機電機電路外部控制端接通，此后由空氣壓縮機內(nèi)部裝置根據(jù)出口壓力情況決定電機是否工作; 當(dāng)PLC 停止空氣壓縮機電機工作時，實質(zhì)是使空氣壓縮機電機電路外部控制端斷開，使空氣壓縮機電機失去工作的可能) ，為方便監(jiān)控操作，將PLC 與一計算機(PC) 連接形成上下位機控制方式。
輸入信號包括空氣壓縮機電機起動停止控制信號、過載保護信號、被測電磁閥的起動停止控制信號等，考慮到可以通過編程實現(xiàn)單按鈕起停控制，及將相關(guān)保護信號串聯(lián)輸入，由此減少輸入點數(shù)提高經(jīng)濟性，綜上可以判定PLC 開關(guān)量輸入點數(shù)不能少于3 個。試驗系統(tǒng)內(nèi)需PLC 控制的對象有空氣壓縮機電機1 個、被測閥5 個，可確定PLC 開關(guān)量輸出點數(shù)不能少于6 個。
因試驗中被測電磁閥須被長期連續(xù)驅(qū)動，故要求控制用PLC 輸出部件工作壽命要長，不適合采用壽命較短的繼電器輸出型，而晶體管輸出型可靠性高，反應(yīng)速度快，不受動作次數(shù)的限制，故選擇晶體管輸出型[6]。根據(jù)以上系統(tǒng)要求，綜合性價比等因素考慮，最終選用歐姆龍PLC 產(chǎn)品ZEN 系列中的10C1DT -D -V2 ( CPU 單元) 及8E1DT( 擴展I /O 單元) ，該機型組合具有10 個開關(guān)量輸入端子、8 個開關(guān)量輸出端子( 均為晶體管輸出型) ，程序存儲器容量大小適合，系統(tǒng)要求。
輸入輸出接線
根據(jù)試驗系統(tǒng)要求，設(shè)計PLC 輸入及輸出驅(qū)動電路如圖2 所示。輸入包括空氣壓縮機電機起?？刂瓢粹oSB1、被測電磁閥起?？刂瓢粹oSB2 及一路保護信號輸入( 為空氣壓縮機電機熱繼電器的常閉觸點) ，輸出驅(qū)動了6 個固態(tài)繼電器( SSR) ，其中1 個SSR 控制空氣壓縮機電機，其他5 個SSR 控制被測電磁閥。通過SSR 間接控制負(fù)載，可以很好的保護PLC，提高試驗系統(tǒng)的可靠性。
一、動鐵芯
動鐵芯是電磁閥的核心部件之一，是一根由鐵、鎳、鈷等材料組成的細(xì)長金屬芯棒。當(dāng)電磁閥通電時，通過磁場的作用，動鐵芯會被吸引，使閥門打開或關(guān)閉，控制介質(zhì)的流通。動鐵芯的質(zhì)量和差異直接決定了電磁閥的使用壽命和穩(wěn)定性。
二、靜鐵芯
靜鐵芯是動鐵芯的搭檔，是一個由金屬材料制成的不動零部件。它的主要作用是固定動鐵芯，使其能夠始終保持穩(wěn)定的位置，確保電磁閥的正常運轉(zhuǎn)。靜鐵芯的質(zhì)量和加工精度也會對電磁閥的性能產(chǎn)生影響。
三、彈簧
彈簧是電磁閥中的重要零部件之一，它通過對動鐵芯或閥片施加彈力，保證其在不通電的情況下也能保持動態(tài)平衡，從而延長電磁閥的使用壽命。通常采用不銹鋼制作，質(zhì)量的好壞對電磁閥的使用壽命和性能影響很大。
四、密封圈
密封圈是電磁閥中的一個重要零部件，也是電磁閥最容易損壞的部分之一。它常被安裝在閥門和閥體之間，通過良好的密封性能控制介質(zhì)的流通。材質(zhì)通常為NBR、FKM等，選用應(yīng)根據(jù)介質(zhì)種類和環(huán)境條件進(jìn)行選擇。
五、閥體
閥體是電磁閥中承載其他零部件的主要部件之一，在閥門安裝和介質(zhì)流通方面起到重要作用。閥體的材質(zhì)和加工精度對電磁閥的性能、穩(wěn)定性和壽命產(chǎn)生很大影響，常見的材質(zhì)有鑄鐵、不銹鋼、銅等。
總體來說，電磁閥零部件包括動鐵芯、靜鐵芯、彈簧、密封圈、閥體等，每個零部件的功能和作用都有所不同，但它們的協(xié)同工作，共同控制介質(zhì)的流通，為我們的生產(chǎn)和生活帶來了便利。如果讀者想深入了解電磁閥及其零部件，可以參考本文提供的信息進(jìn)行學(xué)習(xí)。
