Styrning av hydraulisk ventilprovkrets
123
0
0
Full text
(2) Styrning av hydraulisk ventilprovkrets av Ronny Hagman. Examensarbete MMK 2008:x {avdnr} KTH Industriell teknik och management Maskinkonstruktion SE-100 44 STOCKHOLM.
(3) Examensarbete MMK 2012:x {avdnr} Styrning av Hydraulisk Ventilprovkrets. Ronny Hagman Godkänt. 2012-mån-dag. Examinator. Handledare. Mats Hansson. Bengt O. Eriksson. Uppdragsgivare. Kontaktperson. Cargotec AB. Lena Bäckman. Sammanfattning Den här rapporten redogör för det examensarbete som utfördes på Cargotec ABs utvecklingslaboratorium i Hudiksvall våren 2012. Cargotec AB är en världsledande leverantör av lasthanteringslösningar för lokal transport, terminaler, hamnar, distributionscenter och fartyg. I Hudiksvall tillverkas lastbilskranar för hantering av timmer och styckegods. Hudrauliska ventiler utgör en viktig del av de system de ingår i och deras egenskaper, både statiska och dynamiska, har en enorm betydelse för systemet som helhet. Det är därför viktigt att kunna identifiera egenskaperna hos de ventiler som används. För att tillgodose detta behov finns en provkrets för ventiler på Cargotecs utvecklingslaboratorium i Hudiksvall. Provkretsens styrsytem var baserat på teknik från 1980-talet som inte uppfyllde de önskemål som fanns och var dessutom i stort behov av renovering. Förutom önskemål om utökad funktionalitet fanns även hårda krav på styrsystemets noggrannhet. Under examensarbetet har ett nytt styrsystem utvecklats och installerats till provkretsen. Bytet av styrsystem omfattade både hård- och mjukvara. En simuleringsmodell av provkretsen utvecklades för att möjliggöra enkel vidareutveckling av styrsystemet. Det system som utvecklades är tillräckligt kraftfullt för att tillgodose samtliga önskemål som fanns. Det har även god potential att tillgodose framtida behov..
(4) Master of Science Thesis MMK 2012:x {avdnr} Control of Test Circuit for Hydraulic Valves. Ronny Hagman Approved. Examiner. Supervisor. 2012-month-day. Mats Hansson. Bengt o. Eriksson. Commissioner. Contact person. Cargotec AB. Lena Bäckman. Abstract This report presents the master's thesis performed at Cargotec Ltd's development laboratory in Hudiksvall, Sweden during the spring of 2012. Cargotec Ltd is a world leading manufacturer of cargo handling solutions for local transport, terminals, ports, distribution centers and ships. In Hudiksvall Cargotec manufactures truck cranes for handling timber and other cargo. Hydraulic valves constitute an important part of the system they are incorporated in and their properties, both static and dynamic, have a great impact on the system as a whole. Therefore it is important to be able to identify the properties of the valves used. To meet this need there was a test circuit for hydraulic valves at Cargotec's development laboratory in Hudiksvall. The test circuits control system was built on technology from the 1980:ies that did not meet the current demands on functionality. Furthermore the control system was in great need of restoration. Apart from the demands on increased functionality there were also requirements on the systems control performance. A new control system was developed and installed during the thesis. The upgrade of the control system included both hardware and software. Also a simulation model of the test circuit was derived in order to provide a convenient way of further enhancing the control algortihms. The system developed during this theses was powerful enough to not only meet the current requirements but also to be a great support in developing the next generation of cargo handling solutions..
(5) Inneh˚ all. 1 Inledning 1.1 Avgr¨ansning och Problembeskrivning . 1.2 Syfte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.3 Liknande problem och litteraturstudie 1.3.1 Studiebes¨ok . . . . . . . . . . . 1.4 Tillv¨agag˚ angss¨att . . . . . . . . . . . . 1.4.1 Problem och sv˚ arigheter . . . . 2 Systembeskrivning 2.1 Provkretsens hydrauliska uppbyggnad 2.1.1 Givare . . . . . . . . . . . . . 2.2 Provkretsens elektriska uppbyggnad . 2.3 Noggrannhet och m¨atfel . . . . . . . 2.3.1 M¨atkortens uppl¨osning . . . . 2.3.2 Fel vid sp¨anningsm¨atning . . 2.3.3 Fel vid str¨omm¨atning . . . . .. . . . . . . .. . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . .. 3 3 4 5 5 5 6. . . . . . . .. 7 7 10 10 12 12 12 13. 3 Modellering 16 3.1 Pumpmodell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 3.2 Hydrauliska ledningar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 3.3 Pilotstyrd o¨vertrycksventil med elektriskt st¨allbart o¨ppningstryck 19 3.4 Oljeviskositet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 3.5 Provkretsmodell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 3.5.1 Simulering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 4 Styrprogram Styrprogram . . . . . . . . . . . . 4.1 Funktionsbeskrivning . . . . 4.1.1 Anv¨andargr¨ansnitt . 4.1.2 Diagnostik . . . . . . 4.1.3 Rampgeneratorer . . 4.1.4 ”Stora pumpen” . . 4.1.5 ’Lilla pumpen” . . . 4.1.6 Temperaturreglering 4.1.7 Dataloggning . . . . 4.2 Uppbyggnad . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .. 30 30 30 30 30 33 36 37 37 37 38 1.
(6) 5 Resultat. 40. 6 Framtida arbete och diskussion 6.1 Regulatorf¨orslag . . . . . . . . . . . 6.1.1 PID-˚ aterkoppling . . . . . . 6.1.2 Modellbaserad ˚ aterkoppling 6.2 Vidareutveckling av reglersystemet. 41 41 41 41 42. Bilagor 1 Kravspecifikation 2 Lilla pumpen 3 Stora pumpen 4 Stora pumpen - datablad 5 Pumpstyrenhet 6 Proportionalf¨ orst¨ arkare 7 Styrdator 8 M¨ atkort 9 Anslutningskort 10 M¨ atmotst˚ and 11 KB1 12 Olja 13 Ber¨ akningsparametrar 14 Fortsatt arbete. 2. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . ..
(7) 1. Inledning. Hydrauliska system ¨ar vanliga inom industrin och p˚ atr¨affas i allt fr˚ an flygplan till entreprenadmaskiner och pappersbruk. Hydrauliska system har m˚ anga f¨ordelar ¨over mekaniska och elektriska system. Bland dessa f¨ordelar kan n¨amnas h¨ogt effekt/vikt f¨orh˚ allande och god styrbarhet (se (Rabie, 2009, Rabie(2009))). Hydrauliska ventiler utg¨or en viktig del av alla hydrauliska system och finns i m˚ anga utf¨oranden f¨or olika ¨andam˚ al. Ventilernas statiska och dynamiska egenskaper ¨ar avg¨orande f¨or systemet som helhet. N¨ar det st¨alls krav p˚ a noggrann styrning av ett hydrauliskt system ¨ar det d¨arf¨or n¨odv¨andigt att kunna identifiera viktiga parametrar hos de ventiler som anv¨ands. Cargotec AB ¨ar en v¨arldsledande leverant¨or av lasthanteringsl¨osningar f¨or lokal transport, terminaler, hamnar, distributionscenter och fartyg. Cargotec i Hudiksvall utvecklar och tillverkar hydrauliskt drivna skogs- och styckegodskranar till lastbilar. P˚ a Cargotecs utvecklingslaboratorium i Hudiksvall finns en provkrets f¨or provning av oljehydrauliska ventiler. Den styrdes av ett DOS-baserat system som byggdes 1988 som var ganska slitet och op˚ alitligt. M˚ anga funktioner fungerade endast ibland och mycket beh¨ovdes styras manuellt. D˚ a dokumentationen om systemets h˚ ardvara tappats bort och kompetensen att programmera systemet inte l¨angre fanns var det ¨aven om¨ojligt att bygga ut systemet med nya funktioner. Cargotec ¨onskade d¨arf¨or att provkretsen med tillh¨orande styrsystem skulle renoveras, moderniseras, i viss m˚ an automatiseras och byggas ut med ett antal nya funktioner.. 1.1. Avgr¨ ansning och Problembeskrivning. Provkresten utgj¨ors i huvudsak av tv˚ a pumpar och tv˚ a provb¨ankar. Provb¨ankarna m¨ojligg¨or godtycklig anslutning av provobjekt (ventiler) till n˚ agon eller b˚ ada pumparna. Ett typiskt ventilprov utf¨ors genom att ansluta provobjektet p˚ a ¨onskat vis f¨or att sedan reglera oljefl¨odet genom ventilen till en viss niv˚ a. D¨arefter m¨ats tryckfallet ¨over ventilen. Alternativt justeras tryckfallet till en viss niv˚ a och oljefl¨odet m¨ats. Det finns m˚ anga ¨onskem˚ al om hur provkretsen ska f¨or¨andras (se Bilaga 1), l˚ angt mycket mer ¨an vad som kan rymmas inom ett examensarbete. D¨arf¨or har det h¨ar arbetet begr¨ansats till att omfatta utvecklingen av ett nytt styrsystem och byte av all styrelektronik. Tv˚ a stora utmaningar med att utveckla styrsystemet till ventilprovkretsen identifierades: 3.
(8) 1. Aktuellt process¨arv¨arde f˚ ar helst inte avvika mer a¨n ±1, 5% fr˚ an inst¨allt b¨orv¨arde. Systemet ska vara stabilt och inga sj¨alvsv¨angningar f˚ ar ¨ f¨orekomma. Oversl¨angar vid stegsvar ¨ar ocks˚ a otill˚ atna. 2. Ventilprovkretsen anv¨ands f¨or att prova m˚ anga olika typer av ventiler med v¨aldigt olika karakt¨aristik. Med andra ord ¨ar inte alla komponenter i provkretsen k¨anda. Att uppfylla dessa krav f¨or alla typer av ventiler och inkopplingsm¨ojligheter f¨or b˚ ade tryck- och fl¨odereglering hade inneburit ett arbete som om¨ojligen kunnat rymmas inom ett examensarbete. D¨arf¨or avgr¨ansades detta projekt till att endast uppfylla kraven f¨or fl¨odereglering av ett inkopplingsalternativ.. 1.2. Syfte. Syftet med denna rapport ¨ar att redog¨ora f¨or det examensarbete som utf¨ordes av undertecknad p˚ a Cargotecs utvecklingslaboratorium i Hudiksvall under v˚ aren och f¨orsommaren 2012. Rapporten har utformats f¨or att ge l¨asaren en redog¨orelse f¨or det arbete som genomf¨ordes, hur det utf¨ordes, vilka problem och sv˚ arigheter som uppstod och resultatet av arbetet. Syftet med arbetet var att utveckla och implementera ett styrsystem f¨or ventilprovkretsen som uppfyllde kraven som beskrivs i Kapitel 1.1.. 4.
(9) 1.3. Liknande problem och litteraturstudie. F¨or att bilda en f¨orst˚ aelse f¨or de komponenter som utgjorde provkretsen och f¨or att f˚ a id´eer om hur styrsystemet kunde utformas f¨or att m¨ota kraven i Bilaga 1 genomf¨ordes en litteraturstudie och tre studiebes¨ok. Litteraturstudien fokuserades p˚ a modellering av och egenskaper hos de hydrauliska komponenter som utgjorde provkretsen. Detta f¨or att kunna ta fram en simuleringsmodell av provkretsen och anv¨anda den f¨or regulatorsyntes. Med litteraturstudien som grund framtogs den simuleringsmodell av ventilprovkretsen som presenteras i Kapitel 3.. 1.3.1. Studiebes¨ ok. De tre studiebes¨oken gjordes hos Sunfab AB i Hudiksvall (tillverkare av hydraulpumpar och -motorer), Stora Ensos pappersbruk i Borl¨ange och Outokumpus st˚ alverk i Avesta. Sunfab har en j¨amf¨orelsevis stor, egenutvecklad, provanl¨aggning f¨or hydraulmotorer. Stora Ensos och Outokumpus ventilprovkretsar ¨ar utvecklade f¨or provning av ventiler som ¨ar vanliga inom processindustrin. Gemensamt f¨or alla tre provutrustningar ¨ar att de i grunden fungerar p˚ a samma s¨att; ett provobjekt ansluts och olja pumpas genom det varp˚ a man m¨ater intressanta parametrar. Samtliga utrustningar a¨r direktstyrda, det vill s¨aga ingen ˚ aterkopplad reglering av fl¨ode eller tryck utf¨ors. Stora Ensos och Outokumpus provkretsar ¨ar av lite enklare utf¨orande och n¨astan helt automatiserade d˚ a de endast anv¨ands f¨or att prova en typ av ventiler och utf¨ora en typ av prov. Sunfabs provkrets har problem med stora avvikelser mellan b¨or- och a grund av olinj¨arheter hos prov¨arv¨arden vid vissa typer av prov. Detta p˚ utrustningen och provobjeten. Dessutom var deras provkrets ben¨agen att hamna i sj¨alvsv¨angning vid prov av sm˚ a pumpar. Sammanfattningsvis verkar det som att n˚ agon form av ˚ aterkopplad styrning av dessa typer av utrustningar a¨r v¨aldigt ovanlig. Provutrustningarna som studerades f¨orlitar sig p˚ a manuell justering av styrsignaler f¨or att uppn˚ a aterkopplad eller modellbaserad styr¨onskade v¨arden ist¨allet f¨or att anv¨anda ˚ ning.. 1.4. Tillv¨ agag˚ angss¨ att. F¨or att tillgodose de krav och ¨onskem˚ al som fanns p˚ a systemet byttes den befintliga styrelektroniken ut. Ett LabVIEW-baserat styrsystem utvecklades till provkretsen och en simuleringsmodell av provkretsen framtogs f¨or att underl¨atta fortsatt utveckling av styrsystemet. Ett LabVIEW-baserat system med h˚ ardvara fr˚ an National Instruments valdes av tv˚ a anledningar: 5.
(10) • Cargotec har begr¨ansat sig till att endast anv¨anda Siemens S7- eller LabVIEW-system i sina utrustningar f¨or att minimera antalet olika systemtyper som m˚ aste underh˚ allas. Genom att endast anv¨anda tv˚ a systemtyper begr¨ansas kompetensbehovet hos personalen. • Ett Siemens S7-system anv¨ands till att styra annan provutrustning p˚ a laboratoriet men det systemets prestanda anses otillr¨acklig. Det var fr¨amst av ekonomiska sk¨al som ett egenutvecklat styrsystem f¨oredrogs framf¨or ett ink¨opt. Budgeten f¨or detta examensarbete var 170 tkr inklusive f¨orfattarens ers¨attning. Kostnaden f¨or ett externt utvecklat styrsystem uppgick till minst 200 tkr exklusive kostnader f¨or installation och montage. Ut¨over den rena kostnadsm¨assiga f¨ordelen med att utveckla ett eget system ¨ar det inom Cargotec mycket l¨attare att f˚ a investeringsans¨okningar beviljade om man bygger vidare p˚ a den utrustning som finns ¨an om man k¨oper ny utrustning. Ett egenutvecklat system bidrar ¨aven till att h˚ alla kunskapen om systemet inom f¨oretaget. P˚ a s˚ a vis slipper man k¨opa in tj¨anster f¨or vidareutveckling och underh˚ all av systemet.. 1.4.1. Problem och sv˚ arigheter. Bristen p˚ a dokumentation om systemet gjorde bytet av styrsystem m¨odosamt och mycket tid a¨gnades ˚ at att f¨ors¨oka f¨orst˚ a funktionen hos de delsystem som skulle beh˚ allas intakta. Konstruktionen av det nya styrsystemets h˚ ardvara tog mycket l¨angre tid ¨an ber¨aknat eftersom gr¨anssnittet mot de delsystem som skulle beh˚ allas var ok¨ant. Det var sv˚ arare ¨an v¨antat att modellera systemet. Det tog ¨aven ganska l˚ ang tid att f˚ a med all funktionalitet i och bra struktur p˚ a systemets mjukvara.. 6.
(11) 2. Systembeskrivning. I detta kapitel redog¨ors f¨or ventilprovkretsens h˚ ardvaruutformning. Kapitlet a¨r uppdelat i tre avsnitt d¨ar det f¨orsta beskriver kretsens hydrauliska h˚ ardvara och det andra den elektriska h˚ ardvaran. Det tredje avsnittet behandlar noggranhet och m¨atfel i kretsen.. 2.1. Provkretsens hydrauliska uppbyggnad. Figur 2.1 visar ett hydrauliskt schema ¨over ventilprovb¨ankens uppbyggnad. Huvudkomponenterna i provkretsen ¨ar de tv˚ a pumpar som ˚ aterfinns l¨angst ner till v¨anster i Figur 2.1. Den v¨anstra be¨amns ”lilla pumpen” och den h¨ogra ”stora pumpen”. Ben¨amningarna ”lilla” och ”stora” syftar till pumparnas fl¨odekapacitet. Den ”lilla pumpen” ¨ar av ok¨ant fabrikat och kapacitet. De data som kunde identifieras presenteras i Bilaga 2. ”Lilla pumpen” anv¨ands fr¨amst f¨or ˚ astadkomma pilottryck i vissa typer av provade ventiler och f¨or vissa typer av prov d¨ar endast sm˚ a fl¨oden erfodras. ”Stora pumpen” anv¨ands till i stort sett alla typer av prov. En sammanst¨allning av pumpens egenskaper och dess drivmotor ˚ aterfinns i Bilaga 3. Ett detaljerat datablad och manual till pumpen finns i Bilaga 4. B˚ ade pumparna ¨ar av variabel deplacementtyp och f¨orsedda med filter, tryck- och fl¨odegivare och ¨overtrycksventiler enligt Figur 2.1. ”Stora pumpens” deplacement regleras med hj¨alp av en proportionalventil. F¨or att kunna avl¨asa ”stora pumpens” aktuella deplacementet ¨ar pumpen f¨orsedd med en linj¨arpositionsgivare (LVDT) som indirekt m¨ater styrplattsvinkeln. Den ”lilla pumpens” deplacement regleras med en elektrisk 3-fas-motor. F¨or avl¨asning av aktuellt deplacement ¨ar den ”lilla pumpen” f¨orsedd med en vridpotentiometer som indirekt indikerar styrplattsvinkeln. F¨or temperaturreglering av oljan finns en cirkulationspump, en v¨armev¨axlare, tv˚ a v¨armepatroner och en oljetemperaturgivare monterad i tanken. Inga m¨arkdata kunde identifieras p˚ a ovan n¨amnda komponenter. Temperaturregleringskretsen visas l¨angst ner till h¨oger i Figur 2.1. Tanken rymmer en oljevolym av 250[L] och ¨ar f¨orsedd med en niv˚ agivare. F¨or anslutning av provobjekt till ”stora” och ”lilla pumpen” anv¨ands tv˚ a provb¨ankar ben¨amnda ”Provb¨ank 1” och ”Provb¨ank 2”. Provb¨ankarna ¨ar anslutna till ”lilla” och ”stora” pumpen via r¨or f¨orsedda med fyra manuella avst¨angningskranar. Kranarna anv¨ands f¨or att st¨alla oljefl¨odet till n˚ agon av b¨ankarna. 7.
(12) Provb¨ankarna a¨r f¨orsedda med o¨ppna tankar f¨or uppsamling av utspilld olja och pumpar f¨or att ˚ aterf¨ora olja till tanken. Provb¨ank 1 ¨ar f¨orsedd med tre tryckgivare, en manuell strypventil monterad i matarledningen fr˚ an ”stora pumpen” och en elektriskt st¨allbar ¨ovetrycksventil monterad i en av returled¨ ningarna. Overtrycksventilen anv¨ands f¨or att ˚ astadkomma ett ¨onskat tryck i returledningen som a¨r en n¨odv¨andighet vissa typer av prov. Provb¨ank 2 var i betydligt enklare utf¨orande ¨an provb¨ank 1 och anv¨ands mest som verktygshylla. Provb¨ankarna och tillh¨orande komponenter ¨ar markerade i ¨ovre halvan av Figur 2.1.. 8.
(13) 9. M. M. Pumprum. Provbänk 1. M. Ans.bl.. Provbänk 2. M. Figur 2.1: Hydrauliskt schema ¨over ventilprovkretsen. F¨orutom de komponenter som visas ¨ar tanken f¨orsedd med oljeniv˚ a- och -temperaturgivare.. M. Anslutningsblock.
(14) 2.1.1. Givare. Fl¨odegivaren till ”lilla pumpen” har ett m¨atomr˚ ade p˚ a 0-40[l/min]. M¨atomr˚ adet f¨or givaren till den ”stora pumpen” ¨ar ±150[l/min]. B˚ ada givarnas utsignaler ¨ar i omr˚ adet 0-20[mA]. B˚ ada givarnas noggranhet ¨ar ok¨and. Samtliga tryckgivare i provkretsen har m¨atomr˚ aden p˚ a 0-400[Bar] eller 0600[Bar] och utsignaler i omr˚ adena 0-5[V] eller 0-10[V]. Givarnas noggranhet varierar mellan 0,1 och 1%. Givarelementet i tanktemperaturgivaren ¨ar ett pt100-element. En signalomvandlare av ok¨ant fabrikat anv¨ands f¨or att omvandla givarelementets resistans till en signal i 4-20[mA]-omr˚ adet motsvarande en temperatur av ◦ 0-100[ C]. Tankniv˚ agivaren ¨ar av ok¨and typ och fabrikat. Dess utsignal ¨ar i omr˚ adet 0-20[mA].. 2.2. Provkretsens elektriska uppbyggnad. Proportionalventilen f¨or reglering av fl¨ode fr˚ an den ”stora pumpen” drivs av en pumpstyrenhet rekommenderad och utvecklad av pumptillverkaren. Datablad f¨or styenheten ˚ aterfinns i Bilaga 5. Mottycksventilen och ¨overtrycksventilerna till pumparna drivs av tv˚ a str¨omf¨orst¨arkare. Datablad p˚ a str¨omf¨orst¨arkarna ˚ aterfinns i Bilaga 6. Varje str¨omf¨orst¨arkare kan driva tv˚ a proportionalventiler vilket ger en extra anslutning. Den extra anslutningen kan l¨ampligtvis anv¨andas f¨or att styra provobjektet. F¨or start av pumpar, v¨armare och v¨armev¨axlare anv¨ands rel¨aer och kontaktorer enligt Bilaga 11. Provkretsen ¨ar f¨orsedd med en man¨overpanel (se Figur 2.2) f¨or manuell styrning av b¨anken. F¨or styrning av provkretsen och m¨atning anv¨ands en PC (se Bilaga 7) och tv˚ a stycken m¨atkort (DAQ, Data Acquisition Unit) fr˚ an National Instruments (NI). Kortfattade data f¨or m¨atkorten ˚ aterfinns i Bilaga 8. F¨or att ansluta m¨atkorten till man¨overpanelen och kretsens st¨alldon och givare anv¨andes tre likadana anslutningskort. Mekaniska ritningar och elektriska kopplingsscheman p˚ a anslutningskortet finns i Bilaga 9.. 10.
(15) Figur 2.2: Man¨overpanelen som anv¨ands f¨or manuell styrning av provkretsen. Man¨overpanelen ¨ar bland annat f¨orsedd med potentiometrar f¨or att ge analoga b¨orv¨arden till provkretsen och vippstr¨ombrytare f¨or digitala b¨orv¨arden.. 11.
(16) 2.3. Noggrannhet och m¨ atfel. Detta kapitel ¨agnas ˚ at att g¨ora en grundl¨aggande uppskattning av de st¨orsta m¨atfel som uppkommer vid m¨atning av str¨om- och sp¨anningsignaler fr˚ an givare i provkretsen. Analysen tar h¨ansyn till nogrannhet hos m¨atkorten och p˚ a vilket vis givarna a¨r anslutna. Dynamiska effekter och f¨orlopp har f¨orsummats.. 2.3.1. M¨ atkortens uppl¨ osning. AD-omvandlarna p˚ a m¨atkorten har en uppl¨osning p˚ a 16-bitar (se Bilaga 8). M¨atomr˚ adet som anv¨ands vid alla typer av m¨atningar omfattar 0-10V. Det resulterar i en uppl¨osning p˚ a u=. 10 ≈ 160 [µV] 216. (2.1). .. 2.3.2. Fel vid sp¨ anningsm¨ atning. Givare med sp¨anningssignal ansluts till m¨atkorten enligt den princip som visas i Figur 2.3. Eftersom flera givare delar jordledare uppkommer en sp¨anningsskillnad. +24V. Givare Rl. DAQ Iz. Um. Us. Zi Rl. Ig. Figur 2.3: Principen f¨or anslutning av givare med sp¨anningsignal. Givarens utsignal, Us , den uppm¨atta signalen Um , str¨ommen i jordledaren, Ig , str¨ommen genom m¨atkortet Iz , ledarresistansen Rl och m¨atkortets impedans, Iz , ¨ar markerade i figuren. Resistansen Rl innefattar den totala resistansen mellan givare och m¨atkort (ledningens och alla kontaktpunkters sammanlagda resistans. 12.
(17) mellan den faktiska givarsignalen Us och den uppm¨atta sp¨anningen Um . Detta sp¨anningsfall betecknas Ug och uppkommer p˚ a grund av str¨ommen och resistansen i jordledaren. Ug ber¨aknas som Ug = Rl · Ig. (2.2). . Str¨ommen genom m¨atkortet, Iz , kan f¨orsummas d˚ a Zi >> Rl vilket leder till att Um − Us − Ug = 0. (2.3). . Betraktande av Ekvation (2.2) och (2.3) ger resultatet att Um ¨overskattar den egentliga signalen Us med Ug . Som mest delar sex givare p˚ a en och samma jordledare. Givarnas str¨omf¨orbrukning uppg˚ ar till cirka 25 [mA] vardera och den totala ledningsresistansen Rl uppskattas till 2 Ω. Ug uppg˚ ar s˚ aledes till maximalt Ug = 2 · 6 ·. 25 = 0, 3[V] 1000. (2.4). . Detta m¨atfel kan inte f¨orsummas utan m¨atutrustningen m˚ aste kalibreras s˚ a att felet kompenseras.. 2.3.3. Fel vid str¨ omm¨ atning. F¨or att m¨ojligg¨ora avl¨asningar av givarsignaler i omr˚ adet 0 − 20 mA anv¨ands ett m¨atmotst˚ and enligt principen i Figur 2.4. Genom att m¨ata sp¨anningsfallet o¨ver motst˚ andet kan str¨omsignalen m¨atas som en sp¨anningssignal. Den uppm¨atta sp¨anningen Uut [V] f¨orh˚ aller sig idealt till signalstr¨ommen Ig [A] och m¨atmotst˚ andets resistans Rm [Ω] som Uut = Ig · Rm. (2.5). Denna metod ger upphov till m¨atfel ut¨over de som upptr¨ader vid m¨atning av sp¨anningssignaler eftersom motst˚ andets resistans varierar p˚ a grund av avvikelser i tillverkningen och omgivningens temperatur. Ut¨over det uppkommmer a¨ven ett m¨atfel p˚ a grund av att m¨atmotst˚ andet parallellkopplas med m¨atutrustningens inimpedans. Motst˚ andets nominella resistans Rm valdes med hj¨alp av Ekvation (2.5) s˚ a att en str¨omsignal, Is , i omr˚ adet 0-20 mA motsvarar en sp¨anningssignal, Us , i omr˚ adet 0-10 V Rm =. 10V Us = = 500Ω Is 0, 020A. . Enligt datablad (se Bilaga 10) varierar motst˚ andets nominella resistans vid 25◦ C maximalt n = ±0, 1% (2.6) 13.
(18) . Resistansens variation med temperaturen uppg˚ ar till maximalt 10 ppm/◦ C. Vid maximal str¨omsignal utvecklas v¨armeeffekt uppg˚ aende till Pv = U · I = Rm · I 2 = 500Ω · 0, 0202 A = 0, 2W . Denna v¨armeeffekt ger upphov till en temperatur¨okning hos motst˚ andet ◦ p˚ a cirka 30 C ¨over omgivningens temperatur. Omgivningstemperaturen d¨ar motst˚ andet monterades uppskattas till maximalt 45◦ C. Detta ger upphov till en temperatur¨okning hos motst˚ andet ¨over 25◦ C uppg˚ aende till 50◦ C vilket resulterar i en resistansf¨or¨andring p˚ a T = 50◦ C · 10ppm/◦ C = 0, 05%.. (2.7). . Ing˚ angsimpedansen, Zi , hos m¨ath˚ ardvaran uppg˚ ar enligt Bilaga 8 till minst 10 GΩ. Parallellkoppling av denna med m¨atmotst˚ andet resulterar i en total kretsimpedans, sett fr˚ an givaren, p˚ a Ztot =. Rm · Zi = 500 − 2, 5 · 10−5 Ω Rm + Zi. , en avvikelse fr˚ an den nominella m¨atresistansen Rm p˚ a Z = 1 −. Ztot = 0, 05ppm Rm. (2.8). +24V. Givare DAQ. Ig Iz Im. Uut Rm. Zi. Figur 2.4: Principen f¨or m¨atning av str¨omsignal med hj¨alp av ett m¨atmotst˚ and. Figuren visar ¨aven hur m¨atmotst˚ andet ¨ar parallellkopplat med m¨atkortets inimpedans. 14.
(19) Genom att summera felen i ekvation (2.6), (2.7) och (2.8) erh˚ alls det maximala m¨atfel som uppkommer p˚ a grund av variation av m¨atmotst˚ andets resistans och m¨ath˚ ardvarans inimpedans, m = n + T + Z = 0, 15%. (2.9). .. 15.
(20) 3. Modellering. I detta kapitel redog¨ors f¨or de ber¨akningsmodller som anv¨andes f¨or att simulera ventilprovkretsen. F¨orst behandlas modeller f¨or de olika komponenterna i kretsen, det vill s¨aga modeller f¨or en axialkolvpump, pilotstyrd ¨overtrycksventil, hydrauliska ledningar och f¨or hydrauloljan. Sist presenteras en komplett modell f¨or en del av ventilprovkretsen.. 3.1. Pumpmodell. En axialkolvpump med variabelt deplacement kan enligt (Rabie, 2009, Rabie(2009)) beskrivas som Qp =. Pp Vg · ω − kl · µ. dQR. (3.1). d¨ar m3 Qp s 3 m Vg rad rad ω s Pp [P a] 1 kl m3 N ·s µ m2 . - pumpfl¨odet - pumpens geometriska volym - pumpaxelns rotationshastighet - pumptrycket - geometriberoende f¨orlustresistans - oljans dynamiska viskositet. och dQR ¨ar en dimensionsl¨os funktion som beskrev hur pumpfl¨odet varierar med tiden p˚ a grund av pumpens utformning. F¨or den ideella fl¨odesvariationen a¨r 2 dQR = 1 + δQ | sin (ωp t)| − π 16. (3.2).
(21) d¨ar δQ anger amplituden och ωp frekvensen p˚ a fl¨odevariationen. Enligt (Watton, 2007, Watton(2007)) ¨ar π π tan n 2n π π tan δQ = 2n 4n δQ =. n j¨amn. (3.3). n udda. (3.4). d¨ar n ¨ar antalet kolvar i pumpen och ωp = 2π · n · r. (3.5). d¨ar r ¨ar pumpens varvtal i [varv/s]. Pumpens dynamik Pumpfl¨odets och -tryckets dynamik best¨ams av systemet i ¨ovrigt och av dynamiken hos pumpens deplacement, Vg . Vg s dynamik beror av pumpens utformning, proportionalventilen som drar styrplattan och av pumpstyrenheten. Baserat p˚ a datablad (se Bilaga 4) approximeras Vg (s) =. K Up (s) s+α. (3.6). d¨ar Up (s) a¨r sp¨anningen till pumpstyreneheten. Konstanterna K och α approximerades med hj¨alp av databladet och deras v¨arden ˚ aterfinns i Bilaga 13.. 3.2. Hydrauliska ledningar. Enligt (Rabie, 2009, Rabie(2009)) ger en hydraulisk ledning ett system f¨orluster, fr¨amst lokala f¨orluster och friktionsf¨orluster, men ocks˚ a o¨kad tr¨oghet och kapacitans. Lokala f¨orluster ¨ar propotionella mot oljans densitet och kvadraten av fl¨odeshastigheten. Lokala f¨orluster uppkommer bland annat av pl¨otsliga f¨or¨andringar av ledningens tv¨arsnittsarea och kr¨okningar av ledningen. Lokala f¨orluster beskrivs som ρv 2 ∆P = ξ 2. (3.7). d¨ar ∆P [P a] ξ [−] hmi v s kg ρ m3. - Tryckfallet - F¨orlustkoefficient - Fl¨odeshastigheten - oljans densitet. 17.
(22) . Som exempel a¨r ξ ≈ 1.25 f¨or en 90◦ r¨orb¨oj. Friktionsf¨orluster ¨ar direkt proportionella mot fl¨odet och beror av ledningarnas form och ytj¨amnhet. De beskrivs som ∆P = RQ. (3.8). d¨ar m3 - ledningsfl¨odet Q s . och f¨or en cirkul¨ar ledning vid lamin¨art fl¨ode R=. 128µL πD4. (3.9). med µ [P s · s] - oljans dynamiska viskositet L[m] - ledningens l¨angd D[m] - ledningens diameter . Oljans massa ger systemet en tr¨oghet d˚ a det kr¨avs energi f¨or att accelerera oljan. Detta p˚ averkar systemets dynamiska egenskaper genom att ∆P = I d¨ar tr¨ogheten I. kg m4. dQ dt. (3.10). ges av. 4ρL (3.11) πD4 . Oljan ¨ar ¨aven kompressibel och ledningens v¨aggar inte helt styva vilket ger systemet kapacitans enligt I=. dPL (3.12) dt d¨ar Q0 ¨ar fl¨odet in i ledningen, QL fl¨odet ut ur ledningen, PL trycket efter ledningen och πD2 L 1 5D C= + (3.13) 4 β 4Eh Q0 − QL = C. ledningens kapacitans. I uttrycket f¨or C ¨ar β[P a] − oljans kompressibilitet E[P a] − ledningsv¨aggens E-modul h[m] − ledningsv¨aggens tjocklek . Om ekvation (3.8), (3.10) och (3.12) kombineras och Laplace-transform till¨ampas erh˚ alls f¨oljande relation mellan Q0 , QL , P0 och PL P0 ICs2 + RCs + 1 Is + R PL = (3.14) Q0 Cs 1 QL . 18.
(23) 3.3. Pilotstyrd ¨ overtrycksventil med elektriskt st¨ allbart ¨ oppningstryck. F¨or att f˚ a b¨attre f¨orst˚ aelse f¨or dynamiken hos en pilotstyrd ¨overtrycksventil utvecklades den generella modell som visas i Figur 3.1. Modellen ¨ar base-. C2, A2. Q2. x. Px, V2 dx. Qc. mx. Fs. 2φx. Cc, Ac. Pc. Vc. Qx. P1 my. Qrv, Pr. Till tank. V1 φy y. Q1. Ps. C1, a1. dy Qs. Figur 3.1: En principskiss ¨over den ¨overtrycksventil som modellerades. Ventilen a¨r en pilotstyrd o¨vertrycksventil med eletrikst st¨allbart o¨ppnignstryck. ¨ Oppningstrycket kan varieras med hj¨alp av den solenoid som ¨ar ansluten till pilotventilens poppet. Huvudpoppeten ¨ar ritad i r¨ott och pilotpoppeten i bl˚ att. De tjockare strecken indikerar en pl¨otslig area¨andring. De flesta parametrar som anv¨ands i ber¨akningarna ¨ar utsatta i figuren. Tryck betecknas med P , fl¨oden med Q, volymer med V , areor med a, ¨oppningskoefficienter med C, massor med m och vinklar med φ. Pilot- och huvudpoppetens f¨orskjutningar fr˚ an sina st¨angda l¨agen betecknas med x respektive y. Solenoidkraften som verkar p˚ a pilotpoppeten betecknas Fs . rad p˚ a principerna i (Watton, 2007, Watton(2007)) och den modell som togs fram i (Dasgupta, 2005, Dasgupta(2005)). Fl¨odesreaktionskrafter och 19.
(24) oljans massa f¨orsummas. Alla fl¨oden behandlas som lamin¨ara och samtliga ¨oppningskoefficienter betraktas som konstanta. Oljekompressibiliteten hos oljem¨angderna V1 , V2 och Vc beaktas men f¨orsummas hos fl¨odet Qrv . Ventilens v¨aggar antas vara helt styva. Storheter deriverade med aveseende p˚ a tiden noterades med ”prick”-notation, till exempel dx = x˙ dt . Ventilfj¨adrarna antas vara helt linj¨ara och modelleras enligt Hookes Lag. De grundl¨aggande samband som anv¨ands i ber¨akningarna ¨ar fl¨ode genom ett cirkelformat annulus, kraftj¨amvikt och fl¨odekontinuitet. Samtliga f¨orskjutningsriktningar f¨or poppetarna och samband mellan tryck och fl¨oden i modellen nedan definieras enligt Figur 3.1. Med ovanst˚ aende f¨orenklingar kan det totala fl¨odet genom ventilen, Qs , beskrivas som Qs = Qrv + Q1. (3.15). . Huvudventilfl¨odet Qrv ges av r Qrv = sgn (Ps − Pr ) · Cy · ay (y). 2p |Ps − Pr | + Ay (y) · y˙ ρ. (3.16). d¨ar h 3i Qrv ms Ps [P a] Pr [P a] Cy [−] kg ρ m3 y [m]. -. ventilfl¨ode systemtryck returledningstryck ¨oppningskoefficient oljedensitet ventilpoppetens f¨orskjutning fr˚ an ventils¨atet. . ay (y) ¨ar en funktion som beskriver ventilens ¨oppningsarea och sgn ¨ar teckenfunktionen enligt −1 x < 0 sgn (x) = 0 (3.17) x=0 1 x>0 . Fl¨odet Q1 kan beskrivas med hj¨alp av systemtrycket och pilottrycket Px enligt r 2p Q1 = sgn (Ps − Px ) · C1 · a1 |Ps − Px | (3.18) ρ d¨ar Px [P a] C1 [−] a1 [m2 ] 20. -. Pilottryck o¨ppningskoefficient annulusarea.
(25) och fl¨odet Q2 ges av r. 2p |P1 − Px | ρ. Q2 = sgn (P1 − Px ) · C2 · a2. (3.19). d¨ar C2 [−] a2 [m2 ]. - ¨oppningskoefficient - annulusarea. . Kammarfl¨odet Qc ges som r Qc = sgn (Pc − P x) · Cc · ac. 2p |Pc − P x| ρ. (3.20). d¨ar Cc [−] ac [m2 ]. - ¨oppningskoefficient - annulusarea. . Pilotfl¨odet Qx uttrycks som r Qx = sgn (Px − Pr ) · Cx · ax (x). 2p |Px − Pr | + Ax (x) · x˙ ρ. (3.21). d¨ar Cx [−] x [m]. - ¨oppningskoefficient - ventilpoppetens f¨orskjutning fr˚ an ventils¨atet. och ax (x) ¨ar en funktion som beskriver ventilens ¨oppningsarea. Ax (x) ¨ar en funktion som beskriver den tv¨arsnittsarea som pilottrycket verkar p˚ a f¨or att f¨orskjuta poppeten i x-riktningen. Samband f¨or oljans kompressibilitet enligt Ekvation (3.12) ger f¨oljande samband f¨or trycken P1 , Pc och Px 2 ˙1 dP = Q1C−Q v1 A y−Q ˙ yc c ˙c = dP Cvc c −Qp dP˙ x = Q2 +Q Cv2. (3.22). d¨ar CV 1 , CV c och CV 2 ¨ar oljans kapacitans hos oljevolymerna V1 , Vc repsektive V2 . De ber¨aknas enligt Ekvation (3.13). Ayc ¨ar huvudpoppetens tv¨arsnittsarea mot ¨oppningen Ac . Kraftj¨amvikt i positiv y-riktning f¨or huvudpoppeten ger (Ps − Pc ) · Ay (y) = Fy0 + ky y + By y˙ + my y¨. (3.23). d¨ar Fy0 [N ] ky [N/m] By [N s/m] my [kg]. -. ventilfj¨aderns f¨orsp¨anningskraft ventilfj¨aderns fj¨aderkonstant poppetens visk¨osa d¨ampningskoefficient poppetens massa 21.
(26) . Ay (y) a¨r en funktion som beskriver den area som tryckskillnaden (Ps − Pc ) verkar p˚ a f¨or att f¨orskjuta poppeten i y-riktningen. P˚ a samma s¨att ger kraftj¨amvikt f¨or pilotpoppeten (Pp ) · Ax (x) = Fx0 + kx x + Bx x˙ + mx y¨ + Fs. (3.24). d¨ar Fs [N ] Fx0 [N ] kx [N/m] Bx [N s/m] mx [kg]. -. solenoidkraft ventilfj¨aderns f¨orsp¨anningskraft ventilfj¨aderns fj¨aderkonstant poppetens visk¨osa d¨ampningskoefficient poppetens massa. . Kraften Fs beror av solenoidens utformning och sp¨anningen ¨over den, Uv . Fs modelleras som en andra ordningens funktion av insp¨annignen enligt Fs (s) = Ks. ωns 2 2 s2 + 2ζs ωns + ωns. (3.25). d¨ar Ks [N/V ] ωns [rad/s] ζn [−]. - solenoidens kraft/sp¨anningsf¨orh˚ allande - solenoidens egenfrekvens - d¨ampningsfaktor. . Funktionerna ax (x), Ax (x), ay (y) och Ay (y) ¨ar direkt beroende av respektive poppets geometri. Pilotpoppeten antas vara koniskt formad och ha ett cylindrirskt s¨ate varp˚ a ax (x) och Ax (x) erh˚ alls ur (Rabie, 2009, Rabie(2009)) som ax (x) = πx sin(φx )(dx − x sin(φx ) cos(φx )). (3.26). och Ax (x) =. πx (dx − 2x sin(φx ) cos(φx ))2 4. dx [m] φx [rad]. - s¨atets diameter - halva konans toppvinkel. (3.27). d¨ar. . ay (y) och Ay (y) erh˚ alls ur (Watton, 2007, Watton(2007)) som ay (y) = πdy y sin(φy ). (3.28). och Ay (y) = π. d2y 4. d¨ar dy [m] φy [rad] . 22. - s¨atets diameter - halva konans toppvinkel. (3.29).
(27) 3.4. Oljeviskositet. F¨orh˚ allandet mellan oljans kinematiska och dynamiska viskositet erh˚ alls ur (Rabie, 2009, Rabie(2009)) som µ=ν·ρ. (3.30). d¨ar ν ¨ar oljans kinematiska viskositet i [m2 /s]. Den kinematiska viskositeten a datablad (se Bilaga 12) f¨or oljan ¨ar starkt temperaturberoende. Baserat p˚ kan oljans kinematiska viskositet approximeras som ett sj¨atte ordningens polynom enligt ν(T ) = k6 · T 6 + k5 · T 5 + k4 · T 4 + k3 · T 3 + k2 · T 2 + k1 · T + k0. (3.31). d¨ar T ¨ar oljans temperatur i [◦ C]. En j¨amf¨orelse av de avl¨asta v¨ardena fr˚ an databladet och de uppskattade fr˚ an polynomet visas i Figur 3.2. Polynomets konstanter och de utf¨orda ber¨akningarna presenteras i Bilaga 12. Denna vis-4. 6. x 10. Datablad Polynom 5. Viskositet [m 2/s]. 4. 3. 2. 1. 0 -20. 0. 20. 40 60 Temperatur [ºC]. 80. 100. 120. Figur 3.2: Oljans kinematiska viskositet som funktion av temperaturen. Den svarta kurvan visar de v¨arden som l¨astes fr˚ an databladet och den r¨oda de som uppskattats med hj¨alp av polynomet. kositetsmodell avviker i medeltal 8, 5% fr˚ an de avl¨asta v¨ardena i databladet f¨or det studerade temperaturomr˚ adet.. 23.
(28) 3.5. Provkretsmodell. Modellerna ovan anv¨andes f¨or att bygga en simuleringsmodell av den del av ventilprovkretsen som visadess i Figur 3.3. Modellen innefattar den ”stora pumpen”, dess o¨vertrycksventil, ett provobjekt och mottrycksventilen. Den manuella strypventilen antas vara helt ¨oppen. En schematisk skiss av den mo-. Provobjekt. M. Figur 3.3: Hydrauliskt shcema ¨over den del av ventilprovkretsen som modellerades. dellerade kretsen med inf¨orda beteckningar visas i Figur 3.4. Styrsignalerna till kretsen ¨ar sp¨anningen till pumpen, Up , ¨overtrycksventilen, Uprv och till mottrycksventilen, Umv . Provobjektet modelleras som en linj¨ar fl¨oderesistans enligt Ekvation 3.8, pumpen enligt Ekvation (3.1) och ledningarna enligt Ek¨ vation (3.14). Overtrycksventilen och mottrycksventilen antas vara identiska och modelleras enligt Kapitel 3.3. Trycket i tanken f¨orsummas. Med hj¨alp av Figur 3.4 erh˚ alls att fl¨odena Qp , Qrv och Q0 f¨orh˚ aller sig till varandra enligt Qp = Qrv + Q0. (3.32). . Med hj¨alp av Ekvation (3.7) kan trycket P0 relateras till pumptrycket Pp och fl¨odet Qp enligt ρ P0 = Pp − ξp (Qp · Kξ )2 2 24. (3.33).
(29) Pv R. P2 ξ2. ξ1 Q1, P1. Pmv mv. RIC. P3. Q0 ξ3. Qrv. P0. Prv. P4. ξp RIC. Qp, Pp. Qt, P5. ξt. Figur 3.4: Schematisk skiss av den modellerade delen av ventilprovkretsen. Tryck betecknas med P , fl¨oden med Q och koefficienter f¨or lokala f¨orluster ¨ med ξ. Overtrycksventilen betecknas som P rv och mottrycksventilen som mv. RIC avser en hydraulisk ledning och provobjektet ben¨amns R. d¨ar Kξ ¨ar en konstant som relaterar fl¨odet till str¨omningshastigheten enligt Kξ =. 4 πD2. (3.34). d¨ar D ¨ar r¨orens innerdiameter i [m]. P˚ a samma s¨att erh˚ alls ρ Pv =P1 − ξ1 (Q1 · Kξ )2 2 ρ Pmv =P2 − ξ2 (Q1 · Kξ )2 2 ρ P4 =P3 − ξ3 (Q1 · Kξ )2 2 ρ p5 =ξt (Qt · Kξ )2 2. (3.35) (3.36) (3.37) (3.38). P0 , Q0 , P1 och Q1 relateras till varandra med Ekvation (3.14) och p˚ a samma s¨att relateras P4 , Q1 , P5 och Qt . Ekvation (3.8) ger P2 = Pv − R · Q1. (3.39). . Modellen i Kapitel 3.3 ger sambanden mellan P0 och Qrv och mellan P3 −P4 och Q1 . 25.
(30) 3.5.1. Simulering. Modellens ekvationer st¨alldes upp i och l¨ostes med hj¨alp av MATLAB Simulink. V¨ardena p˚ a de parametrar som anv¨andes presenteras i Bilaga 13. Tv˚ a simuleringar genomf¨ordes med olika styrsignaler. I den f¨orsta simuleringen var Uprv = 10V, Umv = 1V och Up ett steg fr˚ an 4V till 7.6V vid tiden t = 0, 6s. Resultatet av simuleringen visas i Figur 3.5 och Figur 3.6. Eftersom ¨ovetrycksventilen ¨ar helt st¨angd (Qrv =0). 140 Qp Q0 Qrv Q1. 120. Flöde [l/min]. 100. 80. 60. 40. 20. 0 0.4. 0.5. 0.6. 0.7. 0.8 Tid [s]. 0.9. 1. 1.1. 1.2. Figur 3.5: Stegsvar f¨or det simulerade systemet d˚ a Uprv = 10V, Umv = 1V och Up ett steg fr˚ an 4V till 7.6V vid tiden t = 0, 6s. Figuren visar fyra intressanta fl¨oden. ¨ar Q0 = Qp . Effekterna av oljans tr¨oghet och kompressibilitet tydliggj¨ors d˚ a det finns en f¨ordr¨ojning mellan f¨or¨andringen av Q0 och Q1 . Oljans kompressibilitet bidrar ¨aven till att d¨ampa ut pumpens fl¨odesvariationer varp˚ a ett j¨amnt oljefl¨ode str¨ommar genom provobjektet. P˚ a samma s¨att d¨ampadas tryckvariationer ut. I den andra simuleringen var Up = 7V, Umv = 1V och Uprv ett steg fr˚ an 10V till 5.5V vid tiden t = 0, 6s. Resultatet av simuleringen visas i Figur 3.7 och Figur 3.8. Denna simulering visar systemets beteende d˚ a ¨ovetrycksventilen ¨oppnades. Det transienta f¨orlopp som f¨oljde ¨ar ett resultat av dynamiken hos ¨ovetrycksventilen och oljans tr¨oghet och kompressibilitet. Precis som i den f¨orsta simuleringen bidrar oljans egenskaper till att j¨amna ut 26.
(31) 500 P0 Pv Pm P3. 450. 400. 350. Tryck [Bar]. 300. 250. 200. 150. 100. 50. 0 0.4. 0.5. 0.6. 0.7. 0.8 Tid [s]. 0.9. 1. 1.1. 1.2. Figur 3.6: Stegsvar f¨or det simulerade systemet d˚ a Uprv = 10V, Umv = 1V och Up ett steg fr˚ an 4V till 7.6V vid tiden t = 0, 6s. Figuren visar fyra intressanta tryck. fl¨odet genom provobjektet trots stora variationer av Q0 . Simuleringen visar ocks˚ a hur betydande inverkan ¨overtrycksventilens dynamik har.. 27.
(32) 140 Qp Q0 Qrv Q1. 120. Flöde [l/min]. 100. 80. 60. 40. 20. 0 0.4. 0.5. 0.6. 0.7. 0.8 Tid [s]. 0.9. 1. 1.1. 1.2. Figur 3.7: Stegsvar f¨or det simulerade systemet d˚ a Up = 7V, Umv = 1V och Uprv ett steg fr˚ an 10V till 5.5V vid tiden t = 0, 6s. Figuren visar fyra intressanta fl¨oden.. 28.
(33) 500 P0 Pv Pm P3. 450. 400. 350. Tryck [Bar]. 300. 250. 200. 150. 100. 50. 0 0.4. 0.5. 0.6. 0.7. 0.8 Tid [s]. 0.9. 1. 1.1. 1.2. Figur 3.8: Stegsvar f¨or det simulerade systemet d˚ a Up = 7V, Umv = 1V och Uprv ett steg fr˚ an 10V till 5.5V vid tiden t = 0, 6s. Figuren visar fyra intressanta tryck.. 29.
(34) 4. Styrprogram. I enlighet med Bilaga 1 utvecklades ett program i LabVIEW f¨or styrning av b¨anken. Styrprogrammet har funktionalitet f¨or styrning av mottrycksventilen, ”stora” och ”lilla pumpen” med tillh¨orande ¨overtrycksventiler och en extra ventil. Programmet kan a¨ven logga samtliga analoga signaler och det finns funktionalitet f¨or temperaturreglering av oljan.. 4.1. Funktionsbeskrivning. Detta kapitel beskriver funktionaliteten hos styrprogrammets olika delar.. 4.1.1. Anv¨ andargr¨ ansnitt. Styrprogrammets grafiska anv¨andargr¨anssnitt (GUI) inneh˚ aller alla kontroller som beh¨ovs f¨or att styra provkretsen. GUIt ¨ar uppdelat i fyra flikar: ”Styrpanel”, ”Rampinst¨allningar”, ”Loggningsinst¨allningar” och ”Styrsignaler”. Figur 4.1 och Figur 4.2 visar hur fliken ”Styrpanel” ser ut och Figur 4.4 visar fliken ”Rampinst¨allningar”. Fliken ”Styrsignaler” inneh˚ aller endast en graf med de analoga styrsignaler som programmet skapar. Fliken ¨ar endast avsedd f¨or utveckling av styrprogrammet och anv¨ands f¨or att se om styrsignalerna verkar korrekta med avseende p˚ a anv¨andarens inst¨allningar. De ¨ovriga flikarna med tillh¨orande kontroller beskrivs i kapitlen nedan.. 4.1.2. Diagnostik. En felkontroll finns implementerad i styrprogrammet f¨or att uppt¨acka mjukoch h˚ ardvarufel i provkretsen. Mjukvarufelen som kontrolleras ¨ar de som genereras av de inbyggda funktionerna i LabVIEW. Dessa betraktades som s¨arskilt allvarliga och styrprogrammet avslutas d˚ a ett s˚ adant intr¨affar. H˚ ardvarufelen som kontrolleras och vilka felkoder de tilldelats beskrivs i Tabell 4.1. Dessa fel betraktas som mindre allvarliga och anv¨andaren informeras om det intr¨affade felet med hj¨alp av kontrollen markerad med rosa i Figur 4.1. 30.
(35) Figur 4.1: V¨anstra halvan av styrprogrammets a¨nv¨andargr¨ansnitt (GUI), flik ”Styrpanel”. Kontrollerna f¨or styrning av ’stora’ och ’lilla pumpen’ ¨ar markerade med bl˚ att, temperaturreglering i r¨ott, mottrycksventilen och den extra ventilen i gr¨ont, start och ˚ aterst¨allning av rampgeneratorer i gult och loggning av data inom orange. Kontrollen markerad med rosa anv¨ands f¨or att informera anv¨andaren om fel som uppkommit under programmets exekvering.. 31.
(36) Figur 4.2: H¨ogra halvan av styrprogrammets ¨anv¨andargr¨ansnitt (GUI), flik ”Styrpanel”. H¨ar finns tv˚ a grafer f¨or att se alla intressanta b¨or- och ¨arv¨arden i provkretsen.. 32.
(37) Tabell 4.1: Felkoder och beskrivningar av h˚ ardvarufel som kontrollerades av styrprogrammet. Felkod. 4.1.3. Beskrivning. 5000. N¨odstopp aktiverad. 5101. Motorskydd f¨or ”stora pumpen” utl¨ost. 5102. Inget kontaktorsvar fr˚ an ”stora pumpen”s kontaktor. 5103. Motorskydd f¨or hj¨alppumpen utl¨ost. 5104. Inget kontaktorsvar fr˚ an hj¨alppumpens kontaktor. 5201. Motorskydd f¨or ”lilla pumpen” utl¨ost. 5202. Inget kontaktorsvar fr˚ an ”lilla pumpens” kontaktor. 5301. Status fr˚ an proportionalf¨orst¨arkare 1 inte OK. 5302. Status fr˚ an proportionalf¨orst¨arkare 2 inte OK. 5501. ¨ Overhettningsskydd f¨or v¨armare 1 utl¨ost. 5502. ¨ Overhettningsskydd f¨or v¨armare 2 utl¨ost. Rampgeneratorer. De flesta b¨orv¨arden till olika delar av provkretsen som vanligtvis ges manuellt fr˚ an man¨overpanelen eller anv¨andargr¨anssnittet kan ¨aven h¨amtas fr˚ an en rampgenerator. Rampgeneratorn genererar en referenskurva med hj¨alp av de sex parametrarna stigtid, ts , h˚ alltid, th , falltid, tf , startniv˚ a, ms , h˚ allniv˚ a, mh och slutniv˚ a, mf . Den genererade referenskurvan rr (t) beskrivs som ms ks · t + ms rr (t) = mh kf · t + mh m f. t ≤ t0 t0 < t ≤ t1 t1 < t ≤ t2 t2 < t ≤ t3 t3 < t. (4.1). 33.
(38) d¨ar t0 t1 t2 t3. =den tid d˚ a rampgenereringen startades =t0 + ts =t1 + th =t2 + tf. och konstanterna ks och kf l¨oses med hj¨alp av de ¨ovriga parametrarna f¨or att ge en linj¨ar ¨overg˚ ang mellan niv˚ aerna. En typisk referenskurva och dess sexparametrar visas i Figur 4.3.. Nivå. rr(t). Hållnivå. Startnivå. Slutnivå tid Stigtid. Hålltid. Falltid. Figur 4.3: En illustration av referenskurvan som genereras av rampgeneratorerna. Alla kontroller f¨or att st¨alla in de sex parametrarna finns i GUIts flik ”Rampinst¨allningar” som visas i Figur 4.4. Kontrollerna f¨or att starta och ˚ aterst¨alla rampgeneratorerna ¨ar markerade med gult i Figur 4.1.. 34.
(39) Figur 4.4: V¨anstra halvan av styrprogrammets ¨anv¨andargr¨ansnitt (GUI), flik ”Rampinst¨allningar”. H¨ar finns alla n¨odv¨andiga kontroller f¨or att justera de sex parametrar som h¨or till varje rampgenerator. Den h¨ogra halvan av denna flik ¨ar tom och klipptes bort f¨or att spara plats.. 35.
(40) 4.1.4. ”Stora pumpen”. B¨orv¨arden f¨or tryck och fl¨ode f¨or ”stora pumpen” kan h¨amtas manuellt fr˚ an man¨overpanelen, manuellt fr˚ an kontrollerna i anv¨andargr¨anssnittet eller fr˚ an en rampgenerator. F¨or att g¨ora styrningen av fl¨odet mer intiutiv finns det m¨ojlighet att kompensera styrsignalen till pumpstyrenheten f¨or pumpens interna l¨ackage. Kompenseringen g¨ors f¨or ett statiskt driftfall med hj¨alp av Ekvation (3.1) och Ekvation (3.6) enligt Up = α. Qr +. Pp kl µ. wK. d¨ar Qr a¨r det o¨nskade fl¨odet. Trycket Pp h¨amtas fr˚ an tryckgivaren vid pumpen och viskositeten µ ber¨aknas enligt Ekvation (3.30) och Ekvation (3.31). ¨ Oljedensiteten antas vara konstant och h¨amtas ur Bilaga 12. Ovriga parametrar antas ocks˚ a vara konstanta och presenteras i Bilaga 13. F¨or att minska slitage p˚ a pumpens drivmotor och f¨or att s¨akerst¨alla en mjuk start av pumpen till¨ampas enFörenklat startsekvens enligt Figur 4.5. N¨ar schema. Start. Pump avstängd. OK att starta pumpen. Nödstopp/Allvarligt fel inträffar. Starta pump. Användaren vill stänga av pumpen. Startförlopp avslutat. Körning av pump. Figur 4.5: Fl¨odeschema f¨or ’stora’ och ’lilla pumpens’ startsekvens. anv¨andaren beg¨ar start av ’stora pumpen’ startas b˚ ade den och hj¨alppumpen. 36.
(41) Styrsignalerna till pumpens o¨vertrycksventil och till pumpstyrenheten s¨atts till noll under fem sekunder. Detta f¨or att ge drivmotorn tid att uppn˚ a sitt tomg˚ angsvarvtal med minimal last, pumpen tid att stabilisera sig internt och hj¨alppumpen tid att bygga upp erfoderligt styrtryck. Denna startsekvens kan inte avbrytas av anv¨andaren annat ¨an genom att aktivera n¨odstoppen. Sekvensen avbryts automatiskt om styrprogrammet uppt¨acker ett allvarligt fel. Anv¨andargr¨ansnittet f¨or att styra den ”stora pumpen” ¨ar markerat med bl˚ att i Figur 4.1.. 4.1.5. ’Lilla pumpen”. P˚ a samma s¨att som f¨or ”stora pumpen” kan b¨orv¨arden f¨or tryck och fl¨ode f¨or ”lilla pumpen” h¨amtas manuellt fr˚ an man¨overpanelen, manuellt fr˚ an kontrollerna i anv¨andargr¨anssnittet eller fr˚ an en rampgenerator. F¨or att minimera slitaget p˚ a pumpen ¨ar samma typ av startsekvens som f¨or ”stora pumpen” ¨aven implementerad f¨or den ”lilla pumpen”. Fl¨oderegleringen av lilla pumpen g¨ors genom att j¨amf¨ora b¨orv¨ardet f¨or deplacement med det aktuella deplacementet (via pumpens potentiometer) och d¨arefter ¨oka eller minska deplacementet. Inst¨allningen anses avslutad d˚ a skillnaden mellan det ¨onskade v¨ardet och det faktiska understiger 0, 1V. Anv¨andargr¨ansnittet f¨or att styra den ”lilla pumpen” ¨ar markerat med bl˚ att i Figur 4.1.. 4.1.6. Temperaturreglering. Vid aktivering av temperaturreglering av oljan startas cirkulationspumpen och b˚ ada v¨armarna eller kylvattenventilen beroende p˚ a oljans temperatur. En enkel termostatreglering ¨ar implementerad enligt V¨armare aktiverade d˚ a T < Tr − h Kylvattenventil aktiverad d˚ a T > Tr + h d¨ar T ¨ar oljetemperaturen, Tr ¨ar den ¨onskade oljetemperaturen och h hysteresen. Samtliga parametrar anges i ◦ C. Anv¨andaren kan kontrollera aktivering av temperaturregleringen, o¨nskad oljetemperatur och hysteres med hj¨alp av kontrollerna inom den r¨oda rutan i Figur 4.1.. 4.1.7. Dataloggning. F¨or att tillgodose ¨onskem˚ alet om m¨ojlighet att logga data finns en grundl¨aggande loggningsfunktion implementerad. Loggningen startas antingen manuellet eller samtidigt som n˚ agon av pumparna beroende p˚ a anv¨andarens inst¨allningar. Samtliga analoga in- och utsignaler loggas och sparas i en fil som anv¨andaren v¨aljer. 37.
(42) Fliken ”Loggningsinst¨allningar” inneh˚ aller en kontroll f¨or justering av samplingsintervallet. Det ¨ar m¨ojligt att logga data med som mest 1kHz samplingsfrekvens. Samplingsfrekvensens begr¨ansning ¨ar satt av mjukvarans utformning. M¨atkorten till˚ ater en samplingsfrekvens p˚ a n¨armare 250 kHz (se Bilaga 8) men d˚ a kr¨avs mer avancerad mjukvara. Kontrollerna markerade med orange i Figur 4.1 anv¨ands f¨or att v¨alja fil och f¨or att p˚ ab¨orja loggningen.. 4.2. Uppbyggnad. Styrpgrogrammet ¨ar uppbyggt i tre exekveringssteg. Det f¨orsta ¨ar ett initieringssteg som g¨or n¨odv¨andiga inst¨allningar f¨or styrning av provkretsen och initiering av m¨atkorten. Det andra ¨ar huvudprogrammet som utf¨or styrningen av provkretsen. Styrprogrammet arbetar i det andra steget tills anv¨andaren avslutar programmet eller ett allvarligt fel intr¨affar. Det tredje och sista steget ¨ar ett avslutningssteg d¨ar samtliga utsignaler nollst¨alls och allokerade resurser frig¨ors. Huvudprogrammet best˚ ar av ˚ atta loopar som exekveras parallellt. Varje loop ansvarar f¨or en del av programmet. Dessa delar ¨ar • sampling av analoga och digitala insignaler. • St¨alla analoga och digitala utg˚ angar. • Utf¨ora felkontroll och hantera fel. Denna funktion avbryter programmet vid behov. • Ber¨akna styrsignaler f¨or ”stora pumpen”, ”lilla pumpen”, mottrycksventilen och den extra ventilen. Detta innefattar alla analoga och digitala signaler som ber¨or dessa delar. • Ber¨akna styrsignaler f¨or oljetemperaturregleringen; b˚ ade analoga och digitala. • Hantera loggningen av data. • Uppdatera anv¨andargr¨anssnittet. • Generera b¨orv¨arden. F¨or att skicka information mellan looparna anv¨ands ˚ atta k¨oer. Dessa k¨oer inneh˚ aller • analoga b¨orv¨arden, till exempel ¨onskad oljetemperatur eller fl¨ode fr˚ an ”stora pumpen”. • Digitala b¨orv¨arden, till exempel starta ”lilla pumpen”. • Analoga ¨arv¨arden, till exempel tryck vid ”stora pumpen” eller aktuellt v¨arde p˚ a man¨overpanelens f¨orsta potentiometer. 38.
(43) • Digitala a¨rv¨arden, till exempel n¨odstoppsindikering eller utl¨ost motorskydd. • Analoga styrsignaler, till exempel signalen till ”stora pumpens” styrenhet eller till proportionalf¨ors¨arkaren till ”lilla pumpens” ¨overtrycksventil. • Digitala styrsignaler, till exempel aktivera v¨armare 1. • Ber¨akningsparametrar som ”stora pumpens” f¨orlustkonstant eller oljans densitet. • Registrerade fel. Alla fel och varningar som p˚ atr¨affas under programmets k¨orning lagras i den h¨ar k¨on. Funktionen f¨or att l¨asa analoga och digitala insignaler h¨amtar de aktuella v¨ardena fr˚ an m¨atkorten och placerar dem i respektive k¨o f¨or ¨arv¨arden. Funktionen f¨or att generera b¨orv¨arden tar hand om att placera ¨onskade b¨orv¨arden i respektive k¨o f¨or b¨orv¨arden. V¨ardena kommer antingen fr˚ an man¨overpanelen (fr˚ an ¨arv¨ardek¨on), fr˚ an kontrollerna p˚ a fliken ”styrpanel” eller fr˚ an en rampgenerator beroende p˚ a anv¨andarens inst¨allningar. Funktionerna f¨or temperaturreglering och ber¨akning av styrsignaler anv¨and er v¨arden fr˚ an b¨or- och ¨ar-v¨ardek¨oerna och k¨on med ber¨akningsparametrar f¨or att best¨amma styrsignaler och l¨agga dessa i respektive styrsignalk¨o. Funktionen f¨or att st¨alla utg˚ angar skickadar v¨ardena i styrsignalk¨oerna till m¨atkorten. Funktionen f¨or att utf¨ora felkontroll l¨aser alla fel och varningar som finns i k¨on f¨or fel. Dessa skrivs ut till anv¨andaren och om ett fel som ¨ar klassat som allvarligt p˚ atr¨affas avslutas programmet.. 39.
(44) 5. Resultat. Under detta examensarbete utvecklades h˚ ard- och mjukvara till ett nytt styrsystem f¨or ventilprovkretsen. Installationen av det nya styrsystemet p˚ ab¨orjades och var s˚ a gott som avslutad vid examensarbetets slut. Det arbete som ˚ aterstod f¨or att f¨ardigst¨alla installationen presenteras i Kapitel 6. Det utvecklade styrsystemet har god potential att utvecklas till ett h¨ogpresterande m¨at- och styrsystem som v¨al m¨oter de krav som kan st¨allas p˚ a en ventilprovkrets under 2010-talet.. 40.
(45) 6. Framtida arbete och diskussion. D˚ a den h¨ar rapporten skrevs ˚ aterstod ett antal ˚ atg¨arder som beh¨ovde g¨oras innan provkretsen kunde tas i drift. Dessa presenteras tillsammans med f¨orslag p˚ a enklare f¨orb¨attringar av provkretsens h˚ ardvara och styrprogram i Bilaga 14. Vidare ¨agnas detta kapitel ˚ at att ge f¨orslag p˚ a hur styrningen av provkretsen kan utformas f¨or att ge ett stabilt styrsystem som uppfyller ¨onskningarna i Bilaga 1.. 6.1. Regulatorfo ¨rslag. I detta kapitel presenteras f¨orslag p˚ a regulatorer och strategier som skulle kunna anv¨andas f¨or att uppn˚ a ¨onskem˚ alen om noggrannhet. F¨orslagen avser den del av provkretsen som modelleras i Kapitel 3. En gemensam sv˚ arighet f¨or alla regulatortyper ¨ar att mjukvaran exekveras i Windows-milj¨o. Det inneb¨ar att exekveringsfrekvensen inte kan best¨ammas exakt vilket st¨aller st¨orre krav p˚ a stabilitet hos regleralgoritmerna. Den utvecklade simuleringsmodellen kan med f¨ordel anv¨andas f¨or att utv¨ardera olika regulatortyper innan de testas i provkretsen. Det kr¨avs dock att ett antal m¨atningar g¨ors s˚ a att modellen kan anpassas till provkretsen. Om simuleringsmodellen anv¨ands b¨or ¨aven en tidsdiskretiserad analys av den regulator som v¨aljs utf¨oras.. 6.1.1. PID-˚ aterkoppling. En PID-regulator skulle med f¨ordel kunna anv¨andas f¨or att uppn˚ a h¨ogre noggrannhet hos styrsystemet oavsett om man vill reglera f¨ode eller tryck. Det kommer dock troligtvis vara sv˚ art att hitta parametrar som ger en stabil regulator som klarar att kompensera f¨or transienta f¨orlopp ¨over hela kretsens arbetsomr˚ ade. Speciellt med tanke p˚ a att provobjektets karakteristik inte a¨r k¨and.. 6.1.2. Modellbaserad ˚ aterkoppling. Ett avsev¨art b¨attre alternativ till PID-reglering ¨ar att ist¨allet anv¨anda n˚ agon form av modellbaserad reglering i kaskad med en PID-regulator. D˚ a kan PID41.
(46) regulatorn var mer ”aggresiv” d˚ a den endast beh¨over ta hand om skillnaden mellan det faktiska processv¨ardet och modellens uppskattning. En sv˚ arighet med detta ¨ar att provobjketet ¨ar ok¨ant. Det kan l¨osas d˚ a trycket P0 , Pv , P2 och fl¨odet Q0 i Figur 3.4 kan m¨atas med de inbyggda givarna i provkretsen. P˚ a s˚ a vis kan fl¨odet Q1 uppskattas och med hj¨alp av Pv och P2 kan provobjektets momentana resistans best¨ammas. N¨ar v¨al en uppskattning av provobjektets beteende inf¨orts i modellen finns tre strategier f¨or styrning av provkretsen. Oavsett vilken som v¨aljs kr¨avs att f¨orenklade modeller av o¨vretrycksventilen och mottrycksventilen utvecklas d˚ a den modell som presenterades i Kapitel 3.3 ¨ar f¨or prestandakr¨avande f¨or att anv¨andas i en regulator. 1. Det kanske enklaste s¨attet att styra provkretsen ¨ar att l˚ ata ¨overtrycksventilen vara helt st¨angd och endast styra tryck eller fl¨ode med hj¨alp av pumpen. Den h¨ar metoden skulle ge en relativt enkel modell av kretsen vilket g¨or den l¨amplig att anv¨anda i en regleralgortim. 2. D˚ a ¨overtrycksventilen har uppsattningsvis en sj¨attedel av stigtiden (fr˚ an min- till maxv¨arde) skulle anv¨andandet av den f¨or b˚ ade tryck och fl¨odereglering ge ett mycket snabbare system ¨an i det f¨orsta f¨orslaget. F¨or att minimera komplexiteten hos systemet f˚ ar pumpen arbeta med konstant deplacement. Detta kr¨aver dock en noggrann men fortfarande enkel modell av ¨overtrycksventilens dynamik. Dessutom blir modellen av kretsen p˚ atagligt mer avancerad ¨aven om pumpen f˚ ar arbeta med konstant deplacement. 3. I den tredje och sista varianten anv¨ands b˚ ade pumpen och ¨overtrycksventilen samtidigt f¨or styrning av tryck och fl¨ode. Det h¨ar alternativet kr¨aver dock n˚ agon form av MIMO-regulator och regleringen av systemet som helhet blir mycket avancerad.. 6.2. Vidareutveckling av reglersystemet. Vill man utveckla reglersystemet ut¨over de f¨orslag som st˚ ar ovan ges h¨ar n˚ agra f¨orslag p˚ a funktioner som skulle kunna l¨aggas till. Dessa f¨orslag inriktar sig mot avancerad reglerteknik och kanske kan utf¨oras som framtida examensarbeten. • F¨or att kunna g¨ora mer avancerade analyser av provobjket skulle funktionalitet f¨or frekvensanalys byggas in. Det skulle kr¨avas att en sinusformad styrsignal genereras och att algoritmer f¨or analys av frekvenssvaret implementeras. P˚ a samma s¨att skulle analyser av stegsvar kunna genomf¨oras. • Det skulle vara m¨ojligt att implementera sj¨alvl¨arande algoritmer f¨or att kompensera f¨or slitage av komponenterna i styrsystemet, till exempel pumpens f¨orlustkonstant. 42.
(47) • Sj¨alvl¨arande algoritmer skulle eventuellt kunna anv¨andas f¨or att identifiera egenskaperna hos provobjektet och generara f¨orenklade simuleringsmodeller.. 43.
(48) Litteraturf¨ orteckning M. Galal Rabie. Fluid Power Engineering. The McGraw-Hill Companies, Inc, 2009 ISBN 978-0-07-162606-4 John Watton. Modelling, Monitoring and Diagnostic Techniques for Fluid Power Systems. Springer-Verlag London Limited 2007 ISBN 1-84628-3736. ISBN 978-1-84628-373-4. e-ISBN 978-1-84628-374-1 K. Dasgupta, J. Watton Dynamic analysis of proportional solenoid controlled piloted relief valve by bondgraph Simulation Modelling Practice and Theory 13 (2005) 21-38 ELSEVIER, www.elsevier.com /locate /simpat Science Direct, www.sciencedirect.com. 44.
(49) 1. Kravspecifikation.
(50) Kravspecifikation för ventilprovbänk Styrning -. Bänken ska styras med hjälp av LabVIEW och NI-hårdvara.. -. Flöde ska kunna regleras till önskat värde.. -. Tryck ska kunna regleras till önskat värde.. -. Mottryck ska kunna regleras till önskat värde.. -. Faktiskt värde bör inte avvika mer än 1,5 % från inställt värde vid stationär drift ("steady state").. -. Det ska finnas möjlighet att styra bänken manuellt.. Mätning -. Flöde ska kunna mätas och loggas.. -. Tryck ska kunna mätas och loggas.. -. Mottryck ska kunna mätas och loggas.. -. Oljetemperatur ska kunna mätas och loggas.. -. Tryck och flöde ska mätas med samplingsintervall på 10-20 ms.. -. Loggad data ska kunna sparas på ett sätt som gör det enkelt att använda i annan mjukvara som MATLAB och Excel.. -. Det ska finnas möjlighet att enkelt ansluta extra temperatur-, tryck- och flödesgivare. Man ska kunna ansluta minst 4 tryck-, 1 flöde- och 1 temperaturgivare. Systemet ska kunna hantera givarsignaler från 0-10V, -5 – +5V och 4 – 20 mA.. Användargränssnitt -. Systemet ska ha ett intuitivt användargränsnitt.. -. Gränssnittet ska vara lättanvänt.. -. Gränsnittet ska kunna återge inställda börvärden.. -. Gränssnittet ska kunna återge (helst i realtidsgraf) aktuella processvärden som tryck, mottryck, flöde och temperatur.. Dokumentation Systemet ska vara väldokumenterat..
(51) -. Det ska finnas ritningar över systemets elektronik (kopplingscheman).. -. Det ska finnas ritningar systemets hydraulik.. -. Det ska finnas flödesdiagram och beskrivningar över systemets mjukvara.. -. Komponentbeteckningar och datablad över ingående komponenter ska finnas.. Övrigt -. Vid start av systemet ska pumparna vara inställda på 0-flöde.. Önskemål för ventilprovbänk Styrning -. Det ska finnas möjlighet att ansluta och styra externa strypventiler.. -. Det ska finnas möjlighet att köra förutbestämda cykler/ramper med tryck och flöde.. -. Oljetemperaturen ska kunna regleras.. -. Spilloljepumpar ska styras automatiskt (kräver mätning av spilloljenivån i bänken).. Mätning -. Oljenivån i tanken ska kunna mätas.. -. Tryckgivare ska finnas inbyggda i varje anslutning i bänken.. -. Flödesgivare ska finnas inbyggda i varje anslutning i bänken.. Pumpar Det ska finnas två variabla pumpar. En större för provning och en mindre för pilottryck/flöden. ”Stora” pumpen: -. Tryck upp till 450 bar (minst 400). -. Flöde upp till 100 l/min. -. Effektbehov: max 75 l/min vid 430 bar. ”Lilla” pumpen: -. Tryck upp till minst 450 bar. -. Effektbehov: 15 l/min vid 450 bar.
(52) Övrigt -. Möjlighet att enkelt fästa ventilblock i bänken.. -. Sorterad uppsättning av kopplingar och adaptrar.. -. Plug-In (WEO) kopplingar?. -. Extern mätutrustning ska kunna kopplas in på ett enkelt sätt.. -. Galler som hindrar verktyg att fall ner i spilloljeutrymmet..
(53) 2. Lilla pumpen. Tabell 2.1 visar de data som ˚ aterfunnits p˚ a ”lilla pumpen” och dess drivmotor. Pumpen var av variabel deplacementtyp Fl¨ode (max). 40. [l/min]. Arbetstryck. 400-420. Drivmotor. ASEA, 23 kW. [Bar]. Tabell 2.1: Grundl¨aggande data p˚ a ”lilla pumpen” och dess drivmotor. Fl¨oderegleringen gjordes av en elektrisk 3-fasmotor. Fl¨odet ¨okades genom att k¨ora motorn ˚ at ena h˚ allet och minskades genom att k¨ora den ˚ at det andra. En potentiometer monterad p˚ a pumpen gav m¨ojlighet att indirekt m¨ata aktuellt deplacement..
(54) 3. Stora pumpen. Grundl¨aggande data p˚ a ”stora pumpen” och dess drivmotor finns i Tabell 3.1 respektive Tabell 3.2. Pumpen var ¨aven f¨orsedd med en styrtryckspump vars data presenteras i Tabell 3.3. Observera att styrtryckspumpens kapacitet inte ¨overensst¨ammer med rekommendationerna i databladet till stora pumpen.. Tillverkare. Parker-Hannifin Corporation. Typbeteckning. PV092R1K1T1NWPV. Varvtal (max). 2300. [varv/min]. 92. [cm3 /varv]. Deplacement (max) Arbetstryck (normal drift). 350. [Bar]. Arbetstryck (med f¨orkortad livsl¨angd). 420. [Bar]. Tabell 3.1: Grundl¨aggande data p˚ a ”stora pumpen”.. Tillverkare. ASEA. Typbeteckning. MBM 280 S. M¨arkeffekt. 75. [kW]. M¨arksp¨anning. 380. [V]. M¨arkstr¨om. 140. [A]. Varvtal. 1470. [varv/min]. Tabell 3.2: Grundl¨aggande data p˚ a ”stora pumpens” drivmotor..
(55) Fl¨ode. 7. Tryck. 40. [l/min] [Bar]. Rekommenderat fl¨ode (fr˚ an datablad). 20-40. [l/min]. Rekommenderat tryck (fr˚ an datablad). 20-30. [Bar]. Drivmotor. ABB, 1,1 [kW]. Tabell 3.3: Grundl¨aggande data p˚ a ”stora pumpens” styrtryckspump och dess drivmotor..
(56) 4. Stora pumpen - datablad. Nedan f¨oljer n˚ agra utvalda sidor ur manualen (Parker Catalogue HY113243/UK, 2002) till stora pumpen..
(57) Axial Piston Pump Series PV Variable Displacement. Catalogue HY11-3243/UK August 2002.
(58) Axial piston pump Series PV. Catalogue HY11-3243/UK. Characteristics Technical data [cm3/rev]. Displacement. from 16 to 270. Operating pressures. [bar] [bar] [bar] [bar] [bar]. Outlet. [min-1]. Minimum speed Mounting interface. nominal pressure pN 350 1). max. pressure pmax. 420 drain port 2. 2). Inlet min. 0.8 (absolute) max. 16 300 min-1 4-hole flange ISO 3019/2. Pump with standard pressure comp.. Pump with horse power comp.. Combination PV/PV. Combination PV/gear pump. optional ISO 3019/1, SAE Installation 1) 2). drain port as high as possible. peak pressure only peak pressure only, special version up to 20bar available. Pump combinations See pages 26–27. Selection table. 1). Model. Max. displacement in cm3/rev. Output flow in l/min at 1500 min-1. Input horse power in kW at 1500 min-1 and 350 bar. PV016. 16. 24. 15.5. PV020. 20. 30. 19.5. PV023. 23. 34.5. 22.5. PV032. 32. 48. 31. PV040. 40. 60. 39. PV046. 46. 69. 45. PV063. 63. 94.5. 61.5. Max speed in min-1. 1). Weight in kg. 3000. 19. 2800. 30. 2800. PV080. 80. 120. 78. 2500. PV092. 92. 138. 89.5. 2300. PV140. 140. 210. 136. 2400. 90. PV180. 180. 270. 175. 2200. 90. PV270. 270. 405. 263. 1800. 172. The maximum speed ratings are shown for an inlet pressure of 1 bar (absolute) and for a fluid viscosity of ν = 30 mm²/s.. PI PVplus UK.PM6.5 RH. 5. Parker Hannifin GmbH Hydraulic Controls Division Kaarst, Germany. 60.
(59) Axial piston pump Series PV. Catalogue HY11-3243/UK. Ordering Code. PV Variation 2nd Threads Axial piston Size pump and pump variable displacement displacement high pressure Rotation Mounting version code Thru drive Code 016 020 023 032 040 046 063 080 092 140 180 270. Code. 1). Rotation. R. clockwise. L. counter clockwise. 1. standard. 9. reduced displacement adjusted 2). V. FPM. E. EPR. 1. single pump, no 2nd pump and coupling. 2. PV140 or PV180 mounted. 3. PV or PVM pump mounted. 4. gear pump series PGP mounted. 5. PAV/PAF up to 6.3 cm³/rev mounted. 6. PAV10 or PAF8-10 mounted. Specify 2nd pump with full model code. Shaft. 4-hole flange SAE 4-hole flange ISO 4-hole flange 3019/1 4-hole flange metr. ISO 4-hole flange 3019/2 4-hole flange. cylindric, key splined, SAE cylindric, key splined, SAE cylindric, key splined, DIN 5480. Y8) A B C9) D10) E11) G12) H J K9) L10) M11). codes F and G only for PV140/180, see dimension sheet. 1 3 46) 7 8. Port 4). single pump prepared for thru drive. with adaptor for 2nd pump. for order specify displacement. Code. Thru drive option no adaptor for 2nd pump. T. Mounting interface. 6). NBR. 2nd pump option7). Code. D E F3) G3) K L. 5). Seals. N. Code. 7). Code. 4). Code. when looked on shaft. Variation. 3). see opposite page. Seals. 1). Code. 2). not required for order. Displacement 16 cm³/U 20 cm³/U 23 cm³/U 32 cm³/U 40 cm³/U 46 cm³/U 63 cm³/U 80 cm³/U 92 cm³/U 140 cm³/U 180 cm³/U 270 cm³/U. pump compensator Design series:. Compensator. Threads5). 8). only only 10) only 11) only 12) only 9). BSPP metric UNF UNC BSPP metr. M14 ISO 6149 UNC ISO 6149 metric1). SAE AA, Ø 50.8mm SAE A, Ø 82.55mm SAE B, Ø 101.6mm SAE C, Ø 127mm SAE D, Ø 152.4mm SAE E, Ø 165.1mm metric, Ø 63mm metric, Ø 80mm metric, Ø 100mm metric, Ø 125mm metric, Ø 160mm metric, Ø 200mm. for for for for for. PV016 - PV023 PV032 and larger PV063 and larger PV270 PV016 - PV092. drain, gauge and flushing ports all mounting and connecting threads for PV063-PV180 only: pressure port 1 1/4" with 4 x M14 instead of 4 x M12. PI PVplus UK.PM6.5 RH. 6. Parker Hannifin GmbH Hydraulic Controls Division Kaarst, Germany.
(60) Axial piston pump Series PV. Catalogue HY11-3243/UK. Ordering Code. PV Compensator. Pump Compensator Design series: not required for order. Standard pressure compensator Compensator option No compensator 10 - 140 bar, spindle + lock nut 40 - 210 bar, spindle + lock nut 70 - 350 bar, spindle + lock nut Remote compensator options Remote pressure compensator Variation R, for quick unload valve Load-Sensing compensator Two valve load-sensing compensator Variations for remote compensator C external pressure pilot 13) 1 NG6/D03 interface top side P Pilot valve PVAC1P*M* mounted Proportional pilot valve type D DSAE1007P07KLAF mounted L Pilot valve with DIN lock mounted Z Accessory mounted 14). F F F F. R S F T. Displacement. B C D E G H K M S T U W Y Z 2 3. x x x x x x. x x x x x x. x x x x x x x. x x x x x x. x x x x x x x. x x x x x x x. 3 4 5.5 7.5 11 15 18.5 22 30 37 45 55 75 90 110 132. Proportional pilot valve DSAE1007P07KLAF mounted. P. Z. Variation R, accessories mounted. 14). R. Remote pressure comp. NG6 interface. G. Variation R, Pressure sensor and proportional pilot valve mounted for pressure resp. horse power control. S. Remote pressure comp., NG6 interface top side, for quick unload valve. T. Variation S, pressure sensor and proportional pilot valve mounted for pressure resp. horse power control. Remote pressure comp., NG6 interface top P side, for preload and quick unload manifold. Compensator option. 016 032 063 Nom. HP [kW] 023 046 092 140 180 270 at 1500 min-1. D. F W. Horse power compensator Code. V. Electrohydraulic compensator Compensator option Pilot pressure supply Standard (internal), no shuttle valve With shuttle valve, comp. horizontal Function Proportional displacement control Variation Standard, no pressure compensation. Code. Code 0 0 1 F D S F H S F W S. Nom. torque [Nm]. E. 19.5 26 36 49 71 97 120 142 195 240 290 355 485 585 715 850. Variation P, pressure sensor and proportional pilot valve mounted for pressure resp. horse power control. Function L. x. x. x. x. x. x. Horse power compensator Horse power compensator and load-sensing. C. x. x. x. x. x. x. A. x. x. x. x. x. x. NG6 interface top side. B. x. x. x. x. x. x. no pressure compensation. C. x. x. x. x. x. x. adjustable pressure compensation. D. x. x. x. x. x. x. Proportional pilot valve DSAE1007P07KLAF mounted. Z. x. x. x. x. x. x. Accessories mounted 2). Variation. 13) 14). not for two-valve-compensator Accessories not included, please specify on order with full model code.. PI PVplus UK.PM6.5 RH. 7. Parker Hannifin GmbH Hydraulic Controls Division Kaarst, Germany.
Related documents
När vi spelat halva koden stannar Erik åter upp, jag väntar och gör efter en minut avslut, byter trumstock och byter hand.. Efter halva koden slutar han
I enlighet med studiens syfte diskuterar vi sex rektorers uppfattningar om betydelsen om fysisk aktivitet för elever på gymnasiesärskolans individuella program och hur rektorerna
Detta för att Idun allt bättre och personligare skall kunna stå sin läsekrets till tjänst, vara till nytta och glädje.. Säg oss vad Ni tycker bäst om i Idun, ;säg oss vad
Samtidigt som Algo får ny energi börjar havet ändra sig, vattnet blir renare och det börjar dyka upp små varelser från havsbotten.. De ser lättade ut och gör piruetter i det
Verket är smått surrealistiskt och det väcker frågor om på vilka sätt de olika rummen i lådorna hänger ihop, varför det inte sitter några runt filten på picknicken, vad
63 Greg Garrard, “Conciliation and Consilience: Climate Change in Barbara Kingsolver’s Flight Behaviour” i Zapf, Hubert (red), Handbook of Ecocriticism and Cultural Ecology,
För att underlätta för företagen när det gäller att initiera projekt för att underlätta nybildande av företag och på olika sätt stärka de befintliga företag har kommunen
Välj en bred teknisk utbildning som ger dig många olika jobbmöjligheter, och som också gör det möjligt att läsa vidare på högskola eller universitet.. Välj bågon av de
