一、概述

恒速恒壓泵是一種高壓柱塞泵，主要用于計(jì)量、石油和化工領(lǐng)域中的流體驅(qū)替、計(jì)量控制，是計(jì)量、巖芯分析實(shí)驗(yàn)及相關(guān)研究工作的重要實(shí)驗(yàn)裝備。是一種為科研和小型生產(chǎn)裝置提供高精度的流體和壓力源的智能型儀器，廣泛應(yīng)用于石油、科研單位試驗(yàn)工作中對(duì)液體進(jìn)行加壓、排液以及壓力試驗(yàn)、壓力跟蹤等場(chǎng)合，具有恒速、恒壓兩種工作模式以及相應(yīng)模式下的多種不同工作方式。處于恒速工作模式時(shí)，能給用戶連續(xù)不斷的提供恒定流速無(wú)脈沖的液體，同時(shí)自動(dòng)檢測(cè)兩泵筒體內(nèi)的壓力、流量信號(hào)，并具有壓力保護(hù)功能；處于恒壓工作模式時(shí)，能保證兩個(gè)泵筒體內(nèi)的壓力恒定，可以為用戶提供壓力恒定的液體動(dòng)力源。

圖1 恒速恒壓泵

二、生產(chǎn)工藝

恒速恒壓泵主要由高壓柱塞泵泵體、絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、氣動(dòng)閥、儲(chǔ)液罐、伺服電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器等部分組成。恒速恒壓泵分為單泵和雙泵，本文主要講述雙泵。恒速恒壓雙缸泵主要分為單缸運(yùn)行、雙缸串聯(lián)和雙缸并聯(lián)三種工作模式，每一種工作模式可分為恒流和恒壓兩種工作方式。

1）單缸運(yùn)行的工作原理如下：以A泵運(yùn)行為例，顯示A泵各項(xiàng)參數(shù)，對(duì)A泵進(jìn)行進(jìn)退泵操作。A泵進(jìn)泵，A泵出口閥打開(kāi)，A泵吸口閥關(guān)閉，壓力達(dá)到保護(hù)壓力時(shí)停泵，位置達(dá)到上限位時(shí)停泵。A泵退泵，A泵出口閥關(guān)閉，A泵吸口閥打開(kāi)，位置達(dá)到下限位時(shí)停泵。若A泵有壓力，退泵時(shí)A泵吸口閥要在壓力退至零時(shí)打開(kāi)。進(jìn)退泵可實(shí)時(shí)進(jìn)行切換，B泵單缸運(yùn)行同A泵。

圖2  單缸運(yùn)行的工作原理

雙缸運(yùn)行的工作方式是運(yùn)用最多也是最重要形式，即雙缸串聯(lián)恒壓和雙缸串聯(lián)恒流，兩個(gè)缸體相互配合和切換，以達(dá)到連續(xù)供液的目的。

2）雙缸串聯(lián)恒壓模式。先把兩個(gè)泵退到底，兩個(gè)泵都退泵時(shí)，兩個(gè)吸口閥都打開(kāi)，兩個(gè)出口閥都關(guān)閉，任何一個(gè)泵體到底后都需等待10秒鐘，以利于液體充分吸入泵中，然后關(guān)閉吸口閥，進(jìn)入準(zhǔn)備工作狀態(tài)。以A泵先啟動(dòng)為例，A泵出口閥打開(kāi)并進(jìn)泵，B泵實(shí)時(shí)跟蹤A泵壓力。當(dāng)A泵運(yùn)行至上限位時(shí)開(kāi)始換泵，B泵出口閥打開(kāi)，A泵出口閥關(guān)閉，由B泵提供壓力恒定的動(dòng)力源。A泵退泵，當(dāng)A泵中壓力減小至零時(shí)，打開(kāi)A泵進(jìn)口閥，繼續(xù)退泵（A泵退泵速度要大于B泵進(jìn)泵速度）吸液，A泵退至下限位后停泵并等待10秒鐘，然后關(guān)閉其吸口閥。然后A泵開(kāi)始跟蹤B泵壓力（要確保在完成這一過(guò)程時(shí)B泵未到上限位）。當(dāng)B泵運(yùn)行至離上限位時(shí)，開(kāi)始換泵，過(guò)程同A泵切換到B泵一樣。這樣就進(jìn)入循環(huán)換泵狀態(tài)，可達(dá)到恒壓連續(xù)出液的目的；

圖3 雙缸串聯(lián)恒壓模式

3）雙缸串聯(lián)恒流模式。以A泵先啟動(dòng)為例，A泵出口閥打開(kāi)并進(jìn)泵，B泵實(shí)時(shí)跟蹤A泵壓力。當(dāng)A泵運(yùn)行至離上限位還有10mm時(shí)開(kāi)始換泵，B泵出口閥打開(kāi)，A泵開(kāi)始減速，B泵同時(shí)加速。A泵速度為零時(shí)，B泵達(dá)到設(shè)定值，此時(shí)關(guān)閉A泵出口閥，A泵退泵，A泵壓力為零時(shí)打開(kāi)A泵吸口閥（A泵退泵速度要大于B泵進(jìn)泵速度）。A泵退至下限位停泵，等待10秒鐘關(guān)閉A泵吸口閥，然后A泵開(kāi)始跟蹤B泵壓力（要確保在完成這一過(guò)程時(shí)B泵未到上限位）。當(dāng)B泵運(yùn)行至離上限位還有10mm時(shí)，開(kāi)始換泵，過(guò)程同A泵切換到B泵一樣。這樣就進(jìn)入循環(huán)換泵狀態(tài)，可達(dá)到恒速連續(xù)出液的目的。

三、基于匯川綜合產(chǎn)品的控制系統(tǒng)方案

圖4 匯川控制系統(tǒng)架構(gòu)圖

該系統(tǒng)使用IT5070T來(lái)設(shè)置泵的壓力上限值、吸液速度、排液速度、工作模式選擇，并顯示流量及壓力等參數(shù)。采用H2U-1616MT-XP來(lái)進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)的控制，恒速模式主要是保證流量恒定即保證伺服轉(zhuǎn)速恒定，恒壓模式主要是通過(guò)PLC的PID控制伺服轉(zhuǎn)速來(lái)保證壓力恒定。4AD主要用來(lái)檢測(cè)缸內(nèi)壓力值。

四、匯川控制系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

1. IS620P高低速性能優(yōu)異：

此設(shè)備伺服最低轉(zhuǎn)速只有1rpm，對(duì)伺服低速性能要求高，在轉(zhuǎn)速超過(guò)3000轉(zhuǎn)也可以穩(wěn)定運(yùn)行。

2.PLC的PID算法響應(yīng)快

該系統(tǒng)通過(guò)PLC的PID輸出控制伺服轉(zhuǎn)速來(lái)控制缸內(nèi)壓力穩(wěn)定，壓力跟蹤誤差小于0.01MPa。

3.全系列匯川產(chǎn)品，兼容性好，維護(hù)方便。