集成干泵测试台控制方法

摘要

本发明涉及集成干泵测试台控制方法，该控制系统由流量控制单元、温度控制单元、压力控制单元及待测泵检测单元组成。该系统的主要特点是可实现一种控制量单独控制或多种控制量同时控制，通过对温度、流量、真空度、转速的控制，可以模拟干泵在带负载情况下的性能。所测数据均集成到PLC中分析处理，所有阀门均为电控阀门，系统可以全面实现自动化。

权利要求

1.集成干泵测试台控制方法，其特征在于包括以下步骤：首先为两个真空室提供本底真空条件，当两个真空室的真空度达到要求后，关闭两个真空获得设备；获得本底真空后，开启两个真空室之间的某一管路电磁阀门A、以及第二平衡室与第一真空室之间的某一路管路电磁阀门B；进气后，第一真空室的真空度会随着进气与待测泵抽气而发生变化，通过控制电磁阀门A、电磁阀门B中至少一个阀门的开度使真空度保持不变；同时，对温度控制；

流量控制：第一平衡室、第二平衡室之间管道的各流量计将测得流量值传输到可编程序控制器PLC，PLC将流量值与设定值进行比较，通过控制相应管道的电磁阀开度来控制流量大小；

真空度控制：气体进入第一真空室，绝压变送器将真空度测量值反馈给PLC，PLC把此时真空度测量值与设定值进行比较，通过调节真空获得设备与第一真空室之间的阀实现定压；

温度控制：通过加热装置对气体进行加热，热电偶将采集的数据传送到PLC中，与设定数据比对，通过比例‑积分‑微分控制器PID实现温度控制；

待测泵检测：通过变频器控制变频电机改变转速，用于检测待测泵在不同转速下的抽气性能。

2.如权利要求1所述的集成干泵测试台控制方法，在真空室之前设置了四条不同直径的管道，供大小不同的流量通过且每条管道上都设置了开度可调节的阀门。

3.如权利要求1所述的集成干泵测试台控制方法，在第一平衡室、第二平衡室之间设置

6路不同量程的流量计，根据设定流量值选择开通对应量程的流量计通道。

4.如权利要求1所述的集成干泵测试台控制方法，在第一真空室上安装4个不同量程的绝压变送器，PLC根据实际真空度对相应量程的绝压变送器实施开指令。

5.如权利要求1所述的集成干泵测试台控制方法，在流量计前后均设置了平衡室用于稳定气流，以免对流量计造成冲击。

6.如权利要求1中所述的集成干泵测试台控制方法，采用多只热电偶采集温度，经温度变送器处理后输送到PLC，PLC内部进行数据比对并根据相应的PID算法输出控制要求，增加铠装加热丝的温度或者开启水冷装置。

7.如权利要求1中所述的集成干泵测试台控制方法，在真空室出口与待测泵入口的管道上设置了加热保温装置。

8.如权利要求1中所述的集成干泵测试台控制方法，采用变频控制，实现电机转速从个位级到万位级转每分RPM范围内的调节，用于监测和调节电流、功率的实验条件。

9.如权利要求1中所述的集成干泵测试台控制方法，在真空室上设置安全阀门，当真空室内压力达到设定危险值时，PLC根据薄膜规反馈的数值对阀门实施开指令。

10.如权利要求1中所述的集成干泵测试台控制方法，用于对不同型号的待测泵进行监控。

说明书

集成干泵测试台控制方法

技术领域

[0001] 本发明涉及真空设备控制领域，是一种真空干泵测试台的控制方法。

背景技术

[0002] 近年来,真空干泵的发展迎来了井喷式增长时期。与此同时,由于干泵应用环境苛刻,真空干泵制造企业也面临着巨大的挑战。国产真空干泵产品质量良莠不齐,成为限制国
内干泵产业化的瓶颈。为提高干泵的质量及产出率，能在干泵设计阶段或设计完成阶段对
干泵的性能进行测试监控，故设计干泵测试台对其进行性能检测。现有的干泵测试系统测
试过程全靠人工，程序繁琐、效率低下，检测精度容易受人为影响,而且存在人员和设备安
全隐患。

发明内容

[0003] 本发明所要解决的问题是实现待测泵在多种状态下的性能测试，并且可以对待测泵进行多方位检测，实现全自动化，保证安全性。

[0004] 本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：采用“三定一调”的测试方法，通过控制流量、真空度、温度、转速任意三个量保持不变，研究变量对干泵抽气性能的影响。

[0005] 集成干泵测试台控制方法，包括以下步骤：

[0006] 首先为两个真空室提供本底真空条件，当两个真空室的真空度达到要求后，关闭两个真空获得设备；获得本底真空后，开启两个真空室之间的某一管路电磁阀门A、以及第
二平衡室与第一真空室之间的某一路管路电磁阀门B；进气后，第一真空室的真空度会随着
进气与待测泵抽气而发生变化，通过控制电磁阀门A、电磁阀门B中至少一个阀门的开度使
真空度保持不变；同时，对温度控制；

[0007] 流量控制：第一平衡室、第二平衡室之间管道的各流量计将测得流量值传输到可编程序控制器PLC，PLC将流量值与设定值进行比较，通过控制相应管道的电磁阀开度来控
制流量大小；

[0008] 真空度控制：气体进入第一真空室，绝压变送器将真空度测量值反馈给PLC，PLC把此时真空度测量值与设定值进行比较，通过调节真空获得设备与第一真空室之间的阀实现
定压；

[0009] 温度控制：通过加热装置对气体进行加热，热电偶将采集的数据传送到PLC中，与设定数据比对，通过比例‑积分‑微分控制器PID实现温度控制；

[0010] 待测泵检测：通过变频器控制变频电机改变转速，用于检测待测泵在不同转速下的抽气性能。

[0011] 在真空室之前设置了四条不同粗细的管道，供大小不同的流量通过且每条管道上都设置了开度可调节的阀门。

[0012] 在第一平衡室、第二平衡室之间设置6路不同量程的流量计，根据设定流量值选择开通对应量程的流量计通道。

[0013] 在第一真空室上安装4个不同量程的绝压变送器，PLC根据实际真空度对相应量程的绝压变送器实施开指令。

[0014] 在流量计前后均设置了平衡室用于稳定气流，以免对流量计造成冲击。

[0015] 采用多只热电偶采集温度，经温度变送器处理后输送到PLC，PLC内部进行数据比对并根据相应的PID算法输出控制要求，增加铠装加热丝的温度或者开启水冷装置。

[0016] 在真空室出口与待测泵入口的管道上设置了加热保温装置。

[0017] 采用变频控制，实现电机转速从个位级到万位级转每分RPM范围内的调节，用于监测和调节电流、功率的实验条件。

[0018] 在真空室上设置安全阀门，当真空室内压力达到设定危险值时，PLC根据薄膜规反馈的数值对阀门实施开指令。

[0019] 集成干泵测试台控制方法，用于对不同型号的待测泵进行监控。

[0020] 本发明具有以下有益效果及优点：

[0021] 由工控机、触摸屏以及PLC组成的人机界面可以随时监测系统详情。该系统通过组态软件将工控机、PLC、触摸屏关联起来，触摸屏做为工控机的输入和显示单元，系统的运行
界面以及变量数据设置界面均在触摸屏上实现，工控机负责收集整个系统的数据并形成数
据曲线，以便实验分析。

[0022] 该系统可以全面实现自动化，所有阀门均为电控阀门。

[0023] 该系统考虑到影响干泵运转性能的因素有温度、压力、流量、转速，可以做到在三个量不变的条件下，改变其中一个变量来观察这个变量对干泵性能的影响。

附图说明

[0024] 图1为本发明的硬件结构示意图。

[0025] 图2为本发明的控制原理图。

具体实施方式

[0026] 下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。

[0027] 本实用新型涉及一种干泵集成测试台的控制系统，系统由PLC作为控制主体，由流量控制单元、温度控制单元、压力控制单元及待测泵检测单元作为控制客体，上位机作为控
制媒体。该系统的主要特点是可实现一种控制量单独控制或多种控制量同时控制，可实现
待测泵在不同压力、温度、流量、转速下的带负载情况下抽气性能且整个系统可实现全自动
化。

[0028] 集成干泵测试台控制系统，包括气瓶、第一平衡室、第二平衡室、第一真空室，第二真空室；

[0029] 所述气瓶、第一平衡室、第二平衡室、第一真空室顺序连接，第一真空室与待测泵的入口连接，第二真空室与待测泵的出口连接。

[0030] 所述气瓶中装有压缩气体。

[0031] 所述第一平衡室、第二平衡室之间通过多条直径不同的管道连接，每条管道上安装电控阀和流量计，所述电控阀和流量计与PLC连接。

[0032] 所述第二平衡室出口通过管路与第一真空室入口连接。

[0033] 所述第一平衡室的体积大于第二平衡室。

[0034] 所述第一真空室，第二真空室分别设有绝压变送器，绝压变送器与PLC连接。

[0035] 所述第一真空室，第二真空室分别配有真空获得设备。

[0036] 在第一大真空室上设置热电偶测温。第一真空室内部有加热装置，所述加热装置为加热丝；外部设置流通冷水的水管，用于降温。

[0037] 集成干泵测试台控制方法，包括以下步骤：

[0038] 首先为真空室提供本底真空条件，当真空度达到要求后，关闭真空获得设备。启动系统，流量进入真空室与可调泵抽气都会使真空度发生变化，通过控制进气速度使真空度
保持不变。对温度的控制与以上过程同时发生。

[0039] 流量控制单元，第一平衡室、第二平衡室之间管道的各流量计将测得流量值传输到PLC，PLC将流量值与设定值进行比较，通过控制同管道的电磁阀开度来控制流量值大小；

[0040] 真空度控制单元，气体进入第一真空室，绝压变送器将真空度测量值反馈给PLC，PLC把此时真空度测量值与设定值进行比较，通过调节真空获得设备与第一真空室之间的
阀实现定压；

[0041] 温度控制单元，通过加热装置对气体进行加热，热电偶将采集的数据传送到PLC中，与设定数据比对，通过PID实现温度控制。

[0042] 待测泵检测单元，通过变频器控制变频电机改变转速，检测待测泵在不同转速下的抽气性能。

[0043] 控制系统由工控机、触摸屏以及PLC组成的人机界面监控运转情况。该系统可实现一种控制量单独控制或多种控制量同时控制，使待测泵可以在不同物理环境下运转。传感
器所测数据全部集成到PLC中，通过调节电动阀门达到控制目的，实现全自动化。该系统设
有自动报警装置以及安全阀门，很大程度上保证了工作人员的安全。

[0044] 在流量控制过程中，考虑了流导的影响，在真空室之前设置了四条不同粗细的管道，供大小不同的流量通过且每条管道上都设置了开度可调节的阀门。

[0045] 流量控制单元，为精准的测量不同大小的流量值，设计了6路不同量程的流量计并联。根据设定流量值选择开通对应量程的流量计通道。

[0046] 压力控制单元，在第一真空室上设计安装4个不同量程的压力变送器，PLC根据实际真空度对相应量程的压力变送器实施开指令。

[0047] 为精准的控制流量的大小，提高流量计测量的准确度，在流量计前后均设置了平衡室稳定气流，以免对流量计造成冲击。

[0048] 温度控制单元，采用多只热电偶采集温度，经温度变送器处理后输送到PLC，PLC内部进行数据比对并根据相应的PID算法输出控制要求，增加铠装加热丝的温度或者开启水
冷装置。

[0049] 温度控制单元，因为温度有滞后效应，而且热量容易散失，故在真空室出口与待测泵入口的管道上设置了加热保温装置。

[0050] 采用变频控制，实现电机转速从个位级到万位级RPM范围内的调节，在高精度高速齿轮、轴承、联轴器的配合下，监测和调节电流、功率等实验条件。

[0051] 真空度控制单元，在真空室上设置安全阀门，当真空室内压力达到设定危险值时，PLC根据薄膜规反馈的数值对阀门实施开指令。

[0052] 该系统可以对不同型号的待测泵进行监控。

[0053] 如图1所示，一种干泵集成测试台的控制系统由流量单元、真空度单元、温度单元、待测泵单元组成。结构如下：气瓶→大平衡室→六路不同量程的流量计并联(每路流量计前
后安装阀门)→小平衡室→四条粗细不同的管道并联(每条管道上有阀门)→大真空室→待
测泵→小真空室，大小真空室分别配有真空获得设备，分子泵与涡旋泵或螺杆泵，根据需要
达到的真空度大小选择。

[0054] 流量单元，气瓶中装有压缩气体，为防止气体对流量计冲击导致精度误差，在流量计前后连接混气室稳压。流量单元，为减小管道流导的影响，在大真空室设置4条粗细不同
的管道，每条管道上安装电控阀，当通过流量是小流量时，开启粗管道阀门。通过大流量时，
开启细管道阀门。管道上的电控阀门均可以控制开度。

[0055] 真空度单元，用真空设备为大、小真空室提供本底真空。真空度的大小主要通过调节真空室与主泵之间的插板阀的开度达到控制要求。

[0056] 如图2所示，可实现多种控制量同时控制，本系统主要对温度、流量及真空度进行控制。在系统启动之前，先为真空室提供本底真空条件，当真空度达到要求后，关闭真空获
得设备。启动系统，流量进入真空室与可调泵抽气都会使真空度发生变化变化，通过控制进
气速度使真空度保持不变。对温度的控制与以上过程同时发生。

[0057] 该系统可以对不同转子型线、不同转子类型的待测泵进行监控。

[0058] 在大真空室上取8个点安装热电偶测温，多区域测温后再控制，提高控温精准度。

[0059] 温度单元，真空室内部有加热装置，外部有水冷管降温装置。为提高温度控制速度，在大真空室内壁与中心位置都安装加热丝。

[0060] 对温度的控制，因为温度有滞后效应，而且热量容易散失，故在真空室出口与待测泵入口的管道上设置了加热保温装置。

[0061] 采用变频控制，通过更换不同型号的电机实现转速十几到几万RPM范围内的调节，可观察在不同转速下干泵的抽气性能。

[0062] 为保证安全，将安全阀门设置在真空室上，当真空室内压力达到危险值时，PLC根据薄膜规反馈的数值对阀门实施开指令，排除安全隐患。

[0063] 定流量，在打开气瓶之前，干泵机组对真空室抽真空，抽到设定值。气体从气瓶出来，为防止气流对流量计造成冲击作用，需在流量计前加平衡室稳流。

[0064] 经过平衡室稳定压强，为控制平衡室内的压强高于一个大气压，平衡室上的绝压变送器将测得的压力值标准电压信号的形式传送给PLC的模拟量输入模块，PLC通过控制可
调阀的开度来实现平衡室1内压力的控制。以免对流量计造成冲击破坏。

[0065] 在上位机中设置流量值，上位机通过通讯的方式将指令传送到PLC的输入模块中，保存在工作数据储存区。PLC根据输入流量值选择合适流量范围的流量计。

[0066] 流量计将所测得的流量大小以标准信号的形式传输到PLC的模拟量输入模块，PLC将流量计的值与上位机命令值进行比较，通过控制流量计前的调节阀来控制流量的大小。

[0067] 流量计在标准气压下测量准确度较高，过在流量计前后各设置了平衡室，所以在气流流经各流量计后，设置平衡室2，并控制其压力为一个大气压。平衡室2上设有绝压变送
器，绝压变送器将测得的压力值标准电压信号的形式传送给PLC的模拟量输入模块，PLC内
部进行数据对比，当压力小于一个大气压时，说明平衡室的进气速度小于出气速度，这时
PLC输出模块输出标准电信号作用在阀门控制器上，通过减小开度减缓进气速度。当平衡室
的压强大于一个大气压时，说明平衡室的进气速度大于出气速度，通过加大开度增快进气
速度。

[0068] 考虑到管道流导对平衡室2定压的影响，选择多条不同粗细的管道并联。当所需流量较大时，选择较粗管道；当所需流量较小时，选择较细管道。

[0069] 定真空度，根据在上位机上设定的真空度值，对真空室进行抽真空。上位机对PLC下指令，PLC接到相关命令后对真空室与预抽泵之间的电磁阀下达开命令。真空室上的压力
变送器对真空度进行测量，输出标准电信号反馈给PLC的输入模块。由于在抽真空过程中，
压力变化较大，需要不同量程的压力变送器，所以PLC需要根据压力值的变化启动不同量程
的压力变送器。

[0070] 该数值与主泵的启动真空度数值进行比较，当真空度达到主泵的抽气能力范围内，PLC对真空室与主泵之间的电磁挡板阀、主泵与预抽泵之间的电磁阀实施开命令，对真
空室与预抽泵之间的电磁阀实施关命令，在主泵的启动回路中串入PLC开关信号，并启动主
泵抽真空。

[0071] 最后实时真空度与设定值进行比较，当误差量在一个设定范围时，PLC输出模块对分子泵以主泵之间的电动蝶阀输出控制信号，减小开度来得到精准的真空度。

[0072] 定温度，对真空室的气体进行加热，拟采用铠装加热丝。需要在电控柜上打开电源开关，使用K型热电偶对真空室进行温度测量，热电偶通过与温度变送器相连，输出模拟量
信号，PLC就可以通过模拟量模块接受信号并换算出温度值。PLC将收集到的温度与设定值
进行对比，当真空室内温度比设定值高时，PLC对冷却水管阀门实施打开指令，并降低加热
丝的加热功率，等到温度稍有下降后，关闭管路阀门。

[0073] 温度有滞后效应，真空室出口与待测泵入口之间还有一段管道的距离，被加热的气体在通过管道之后热量会受到损失，故在真空室出口与待测泵入口的管道上也设置加热
装置，确保控制的精准度。

[0074] 拟采用K型热电偶对真空室进行多点侧温，热电偶盘旋在真空室上。K型热电偶通过接口法兰安放在真空室内部，PLC对热电偶采集到的数据进行PID算法计算。PLC将计算之
后的数据传到上位机，这样就可以供操作者随时查看温度。