检测隔膜泵冲次应用浅谈

摘 要 隔膜泵作为容积泵的一种，凭借其工作压力高、物料适应性强、连续运转率高、易于维护等特点，在矿山企业及化工企业得到了大范围的应用，在我国经济发展的驱动下，上述行业的不断扩张，也将为隔膜泵产业带来巨大的发展空间。

关键词 隔膜泵；脉冲

中图分类号：TH323 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）15-0106-01

隔膜泵的主要工作原理是通过主电机驱动曲轴转动，最终带动活塞进行做功，作为隔膜泵动力端扭矩输出部件，曲轴的转动情况成为隔膜泵动力部分最为重要的检测对象，对于隔膜泵曲轴冲次进行准确检测，并据此计算曲轴的运转角速度、相位等参数等关键运转参数，将对于改善隔膜泵的运转效果起到以下关键作用。

对主电机速度的闭环：隔膜泵主电机通过减速机与曲轴连接，主电机的转动速度与曲轴的转动速度呈简单的比例关系，因此，准确的检测曲轴的运转冲次，可以明确的反映出主电机的运转速度，并通过逻辑控制设备对主电机速度控制进行闭环控制，由于曲轴的转动对于设备控制更为直接可靠，提高隔膜泵主电机转速控制精度，同时，由于曲轴的转速反馈，使主电机节省了编码器的使用，降低了生产成本。

对相位同步的指导：由于隔膜泵的机械结构特性，隔膜泵的工作流量与工作压力随着曲轴的转动呈周期性变化，对工作管路造成一定的影响，隔膜泵曲轴运转冲次的检测可实现对多台隔膜泵相位控制，当多台隔膜泵在同一管路体系中协同工作时，控制不同的隔膜泵压力波峰与压力波谷进行弥补，最终达到保护管路工艺的作用。

除此之外，对隔膜泵曲轴运转冲次的检测，还有助于实现对隔膜泵容积效率的计算，以此判断是否出现卡阀等现象，对于排除管路故障等有着重要的指导意义，同时，准确的曲轴运转冲次检测对于DCS系统的记录以及调速等也提供了准确的检测信息。

1 隔膜泵冲次检测的硬件结构

为实现对隔膜泵曲轴运转冲次的准确检测，一个精准的曲轴周期触发装置及曲轴周期触发装置相应的信号采集器材，在此主要采用接近开关在曲轴固定相位位置实现对隔膜泵曲轴运转的周期及相位的检测。

接近开关：接近开关是一种无需与运动部件进行直接机械接触，而可以准确检测机械部件位置的电器元件，当被测物体进入接近开关的感应区域时，不需要通过直接接触或者施加任何正压力即可实现开关信号反馈，此时，通过PLC对所反馈的开关信号进行采集并处理，可以实现对现场运转状态的判定及控制。在众多接近开关中，电容式接近开关因其对安装换就要求低、无需特种维护等设备优点在工业场合中取得了广泛的应用，在隔膜泵曲轴冲次检测中，也是采用电容式接近开关实现对曲轴的运动分析。

曲轴周期转动触发装置：曲轴在转动过程中，需在转动过程中不断触发接近开关信号，因此，应具有随着曲轴转动周期性变化的特点，其机械形态为齿盘结构，在齿盘的四周等角度的分布触发脚，触发脚随着曲轴的转动而周期性的靠近与远离接近开关。

2 隔膜泵冲次检测的逻辑方案

在接近开关触发信号时，会产生连续的脉冲信号，因齿盘触发脚具有一定的体积，同时，接近开关的检测范围也具有一定宽度，因此，脉冲信号会具有一定的时间长度，为了准确的检测两次信号之间的时间间隔，应通过程序检测单次信号的上升沿时间，并计算两次上升沿的时间间隔，如图1。

图1

从图中可以看出，在两次脉冲上升沿间隔t时间，由于曲轴转速的变化，每两个脉冲之间的间隔时间t也不尽相同，并且脉冲宽度也各有区别。

此信号进入PLC，可通过PLC的定时器功能进行检测，此处以西门子PLC 6SE7-313-6CF03-0AB0订货号PLC为例，通过程序中的S_PEXT定时器可以实现两次上升沿信号的时间间隔检测，如图2。

图2

在本图所示梯形图程序中，定时器T0能够准确的将I0.0两次上升沿的间隔时间检测出来，但值得注意的是在DB1.DBW0中存入的数字并非是直接是两次I0.0上升沿的间隔时间，而应该是采用9秒定时上限剩余的时间，其单位为10ms，因此欲得到两次上升沿的直接间隔时间应采用以下公式：

DB2.DBW0=900-DB1.DBW0

单位为10 ms，由此可见，此时，已将两次脉冲上升沿的间隔时间存入了2号DB块的第0个字中。

在实际的应用中，由于单次脉冲间隔的测量会导致实际检测误差增大，故而应该采用多次脉冲间隔检测，并且对多次检测结果求得平均值，以增加测量结果的正确性，这就需要对多次测量结果进行存储。

在多次脉冲统计的程序中，新的检测数据被存储在DB块内，并且将旧的检测数据删除，如下所示。

DB2.DBW0 最近1次脉冲间隔时间

DB2.DBW2 最近2次脉冲间隔时间

………………

DB2.DBW2n 最近n次脉冲间隔时间

在PLC每次检测到脉冲时，通过数据赋值指令将DB2内的内容按顺序下移，最终实现数据的先入先出结构，最终实现了n次脉冲间隔时间的统计，同时，在进行数据移动的同时，对DB2内的数据进行平均数计算，将得到近n次脉冲间隔的平均时间，如公式：

MD0=（DB2.DBW0+ DB2.DBW2+……+ DB2.DBW2n）/n

在本公式中，由于采用了除法计算，因此产生的数据结果应该为real形，因此，可将其存入双字中，并且根据两个触发脚转动的时间间隔通过频率与冲次公式可以计算出隔膜泵每分钟的冲次。

3 总结

上叙述部分介绍了隔膜泵冲次检测的基本原理以及程序编写的基础思想，在上诉程序思想的基础上还可以进行发挥，最终实现更多的程序功能，例如可以通过变量的可变性实现n的自变，以便改善程序统计精度，同时，可以通过最小二乘法等统计学公式计算出脉冲时间的变化程度，进一步得出曲轴的转速稳定性等关键参数。

综上所述，隔膜泵冲次检测在隔膜泵的控制系统中起到了重要的作用，准确的检测并对所测数据进行合理计算可以实现对隔膜泵运转状态的监控及调制。

参考文献

[1]凌学勤，张伟.大型隔膜泵橡胶隔膜的有限元分析[J].中国机械工程，2011（15）.

作者简介

孙长明（1979-），男，汉族，辽宁鞍山人，工程师，本科，研究方向：工业自动化。