一、概述

恒速恒壓泵是一種高壓柱塞泵，主要用于計量、石油和化工領域中的流體驅(qū)替、計量控制，是計量、巖芯分析實驗及相關研究工作的重要實驗裝備。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，廣泛應用于石油、科研單位試驗工作中對液體進行加壓、排液以及壓力試驗、壓力跟蹤等場合，具有恒速、恒壓兩種工作模式以及相應模式下的多種不同工作方式。處于恒速工作模式時，能給用戶連續(xù)不斷的提供恒定流速無脈沖的液體，同時自動檢測兩泵筒體內(nèi)的壓力、流量信號，并具有壓力保護功能；處于恒壓工作模式時，能保證兩個泵筒體內(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、絲杠傳動機構、齒輪傳動機構、氣動閥、儲液罐、伺服電機及驅(qū)動器等部分組成。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）單缸運行的工作原理如下：以A泵運行為例，顯示A泵各項參數(shù)，對A泵進行進退泵操作。A泵進泵，A泵出口閥打開，A泵吸口閥關閉，壓力達到保護壓力時停泵，位置達到上限位時停泵。A泵退泵，A泵出口閥關閉，A泵吸口閥打開，位置達到下限位時停泵。若A泵有壓力，退泵時A泵吸口閥要在壓力退至零時打開。進退泵可實時進行切換，B泵單缸運行同A泵。

圖2  單缸運行的工作原理

雙缸運行的工作方式是運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，兩個缸體相互配合和切換，以達到連續(xù)供液的目的。

2）雙缸串聯(lián)恒壓模式。先把兩個泵退到底，兩個泵都退泵時，兩個吸口閥都打開，兩個出口閥都關閉，任何一個泵體到底后都需等待10秒鐘，以利于液體充分吸入泵中，然后關閉吸口閥，進入準備工作狀態(tài)。以A泵先啟動為例，A泵出口閥打開并進泵，B泵實時跟蹤A泵壓力。當A泵運行至上限位時開始換泵，B泵出口閥打開，A泵出口閥關閉，由B泵提供壓力恒定的動力源。A泵退泵，當A泵中壓力減小至零時，打開A泵進口閥，繼續(xù)退泵（A泵退泵速度要大于B泵進泵速度）吸液，A泵退至下限位后停泵并等待10秒鐘，然后關閉其吸口閥。然后A泵開始跟蹤B泵壓力（要確保在完成這一過程時B泵未到上限位）。當B泵運行至離上限位時，開始換泵，過程同A泵切換到B泵一樣。這樣就進入循環(huán)換泵狀態(tài)，可達到恒壓連續(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泵先啟動為例，A泵出口閥打開并進泵，B泵實時跟蹤A泵壓力。當A泵運行至離上限位還有10mm時開始換泵，B泵出口閥打開，A泵開始減速，B泵同時加速。A泵速度為零時，B泵達到設定值，此時關閉A泵出口閥，A泵退泵，A泵壓力為零時打開A泵吸口閥（A泵退泵速度要大于B泵進泵速度）。A泵退至下限位停泵，等待10秒鐘關閉A泵吸口閥，然后A泵開始跟蹤B泵壓力（要確保在完成這一過程時B泵未到上限位）。當B泵運行至離上限位還有10mm時，開始換泵，過程同A泵切換到B泵一樣。這樣就進入循環(huán)換泵狀態(tài)，可達到恒速連續(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)架構圖

該系統(tǒng)使用IT5070T來設置泵的壓力上限值、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來進行整個系統(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PLC的PID控制伺服轉(zhuǎn)速來保證壓力恒定。4AD主要用來檢測缸內(nèi)壓力值。

四、匯川控制系統(tǒng)的優(yōu)勢

1. IS620P高低速性能優(yōu)異：

此設備伺服最低轉(zhuǎn)速只有1rpm，對伺服低速性能要求高，在轉(zhuǎn)速超過3000轉(zhuǎn)也可以穩(wěn)定運行。

2.PLC的PID算法響應快

該系統(tǒng)通過PLC的PID輸出控制伺服轉(zhuǎn)速來控制缸內(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，維護方便。