摘要：为解决我公司进口混砂车特设液压系统控制系统的稳定性，针对该设备存在的液压系统控制器高故障率、维修成本昂贵的情况，对全车电路及液压系统进行分析研究，在对液压系统控制器的电控系统深入了解的基础上，决定对现有电控系统进行深度改造，弃用现有的核心控制器，改用其他符合要求的OEM
厂家产品，达到提高提高控制系统稳定性，大幅降低维修成本的目的。
关键词：EMM620控制器；PHOENIX CONTACT PWM变送器；PHOENIX CONTACT 电流变送器；PHOENIX CONTACT数显表；PVG比例阀组；Danfoss 90系列液压泵；4-20MA电流控制电磁阀
一、故障现象及原因分析
该混砂车投用12年，液压控制系统故障频发，主要是由于线路故障以及EMM620液压控制器故障造成的，线路故障通过更换线束，重新连接紧固接线端子已得到有效整改，但EMM620液压控制器的高故障率问题迟迟没有得到解决，且新控制器性能不稳定容易损坏，该控制器价格昂贵，维修成本极高。长期以来严重影响该混砂车的使用，造成极大的施工风险。该控制器的缺陷为以下几方面：
1.1.使用时间不长，平均寿命仅为1年。
1.2.性能不稳定，个别控制器需要多次通断电才能起动。
1.3.显示处于通电状态后无法显示排量或无法输出控制信号。
二、液压系统、防冻液加热系统结构及工作原理
1、美国SS公司原厂EMM620控制器功能及工作原理：
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图1：EMM620控制器液压泵控制系统电路原理图
图1所示为一典型的EMM620控制器系统线路图，主要组成部分为供电线、信号输入、控制信号输出三大部分，1号端子连接电源正极、2号及6号端子连接电源负极，5号端子接收电位器滑动触点产生的0-5V之间的电压信号，8号端子为排量传感器的电源线，9号端子采集排量传感器产生的频率方波信号，10号端子为排量传感器的负极。13号端子及14号端子均为信号输出端子，区别在于13号端子输出6-9V的电压占空比信号，用于控制Danfoss pvg比例阀组，14号端子输出4-20MA的电流信号，用于控制Danfoss 90系列液压泵。控制器通电后5号端子采集到0-5V的电压信号，根据对应的电压值输出4-20MA或者6-9V的pwm电压信号，比例阀或液压泵驱动液压马达工作，马达驱动叶片泵工作在流量计内产生流量，传感器将涡轮旋产生的频率信号输送给控制器，控制器根据预先设定好的参数计算并显示排量数值。
2、Sauer Danfoss闭式循环液压泵及电控系统工作原理
混砂车上配置的四台闭式循环液压泵均为SAUER DANFOSS 90系列的液压泵，Danfoss T90系列轴向柱塞闭式泵将输入能转换成液压能。输入轴将旋转力传递至缸体。泵前部及后部有轴承支撑输入轴。输入轴与缸体通过花键连接。在轴前部伸出泵壳体部分有唇型轴封防止泄油。缸体带有9个往复运动柱塞，每个柱塞与黄铜滑靴通过球铰相连。固定间隙式回程压板使滑靴与变量斜盘接触。滑靴在有角度的斜盘上绕主轴旋转时，推动柱塞在缸体中往复运动。斜盘角度控制泵入系统的液压油流量。伺服控制活塞推动斜盘换位。机器操作者通过泵控制机构调节伺服控制活塞两侧压力，进而实现泵排量设定。90系列液压泵所使用的KVEB电控排量控制系统是一个两阶的电液泵冲程控制系统，他通过机械反馈的方式实现泵斜盘角度的控制，第一阶为先导阀控制，产生与所施加的电流信号成比例的压差，第二阶利用先导阀产生的压差驱动滑阀移动，滑阀的移动将压力油输送至泵伺服液缸内，伺服缸内的活塞运动改变斜盘角度并以此控制泵的排量。电控比例电磁阀为单线圈，电阻为650Ω，电磁阀最小开启电流为4MA左右，最大开启电流为20MA左右，先导阀输出的液压油压力与所电磁阀所施加电流值成正比。
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图:2：闭式循环柱塞泵结构图
3、Danfoss pvg比例阀组的工作原理
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图3：pvg比例阀组结构示意图
PVG是片式多路阀，1组阀组最多可装配12个工作联。通过PVE，可控制PVG阀组的1个工作联或同时控制多个工作联。工作联A/B口的流量控制可由下列组合方式加以控制。
? 通过PVE先导油控制阀芯位移。
通过指定的工作模块，PVG阀组将泵油量分配至相应的执行机构，这由控制阀芯 (PVBS)位移实现。压力油通过PVP(比例阀泵侧模块)、PVSK、中间进油联或其他系统接口进入PVG，通过P油路进入PVB(比例阀工作模块)及通过T油路回油箱。同时，PVP/PVSK为PVE提供先导油(Pp)以驱动阀芯(PVBS)。当复位弹簧保持阀芯在中位时，P-A/B是封死的。PVBS朝PVE方向移动时，如上图所示，打开了P到A，及B到T的连接通道，这是通过推动PVM或控制PVE而实现的。通过先导油(Pp)作用在PVBS的右端，同时左端泄油，实现PVE驱动阀芯。
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图4：先导液压系统框图
先导液压系统驱动阀芯进而打开工作油口通道。先导液压系统的核心是控制作用在阀芯两端的先导油压(Pp)的电磁阀桥。它包括四个电磁阀，上边两个是常闭(NC), 下边两个是常开(NO)。电控系统特性：PVE由小电流的电压信号控制 ? 阀芯位移与控制电压(U)呈比例关系 ? 通过供电针脚(UBAT 或者UDC)为PVE供电.? US /UDC 比值是驱动信号，对PVEU来说，是特定范围的电压? 若US 针脚悬空则US = ?UDC.
4、PHOENIX CONTACT PWM变送器结构及工作原理
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图5：Pwm变送器电气原理图
端子功能定义：1 信号输入端子；2 信号接地端子；3 24V电源供电；4 电源接地；5 输出信号电源；6 信号输出；7 24V电源供电；8 电源接地；RL负载电阻
按照上图所示的方法完成电路搭建后，假设5号端子电压为值为Us，当1号端子接收0-5V之间的电压信号后，会在5号端子输出5%-95%Us的pwm占空比信号。该信号可用于控制Danfoss的pvg比例阀组。
5、PHOENIX CONTACT电流变送器结构及工作原理
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图6：电流变送器电气原理图
端子功能定义：1 信号输入端子；2 信号接地端子；3 24V电源供电；4 电源接地；5 电流信号+；6 电流信号-；7 24V电源供电；8 电源接地；
按照上图所示的方法完成电路搭建后，当1号端子接收0-5V之间的电压信号后，会从5号端子输出4-20MA正极电流信号，电流通过6号端子回流回控制器，实现电流闭环控制。该信号可用于控制Danfoss的使用KN系列电磁阀的90系列液压泵。
根据功能选择开关选择所需的输入输出信号类型，例如输入信号为0-5V电压信号，输出信号为4-20MA电流信号，则需将DIP S2的1、2号开关，S1的1号开关打开。
6、PHOENIX CONTACT数显速率表的结构原理
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图7：数显表电路图
端子功能定义：1 供电电源正；2 供电电源负；3 信号输入A；4 信号输入B；5 重置；6 控制信号输出；
该数显表可接收最大30V电压的频率信号，通过设定不同的参数可实现混砂车干添、液添、排量、输砂速度的显示功能。
三、混砂车液压控制系统总体改进方案
针对我公司SS MC-100桶混砂车存在的上述问题，通过对该设备特设液压电控系统的研究分析，认为上述液压系统控制器高故障率、维修成本昂贵的情况可以解决，并制定了如下方案：即分离特设部分液压电控系统和数据采集系统：
（1）使用PHOENIX CONTACT PWM隔离变送器实现对Danfoss pvg比例阀组的控制功能，使用松下电阻和bourns电位器搭建2.5V-3.75V的信号输入电路，使用12V电源为输出信号的供电电源，将输出pwm信号的占空比控制在50%-75%之间；
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图8：分压电路示意图
（2）使用PHOENIX CONTACT 电流隔离变送器实现对Danfoss 90系列液压泵控制功能：
（3）使用PHOENIX CONTACT 数显表实现对特设所有排量数据的显示功能，将控制器和显示器集成安装到现有的控制面板上，使用原车的电位器作为控制器信号输入源，以最小的成本完成全套控制、显示系统的改造。
四、改进效果分析
通过对混砂车特设液压电控和数显系统的改造，成功将电控和数显系统进行分离，大幅提高了控制器及显示器的使用寿命，有效解决了液压系统控制器高故障率、维修成本昂贵的问题，通过成本测算，改进后的显示控制系统所需的材料费用仅为原车电控系统成本的1/4。实现了质量安全和效益的双赢。
参考文献
1、液压工程师技术手册.高殿荣.化学工业出版社.2015.
2、液压气动系统PLC控制入门与提高.黄志坚.化学工业出版社.2019.
3、智能液压气动元件及控制系统 液压与气动技术.黄志坚.化学工业出版社.2018.
4、萨奥丹弗斯4系列液压泵用户使用手册.www.Danfoss.Com.