李明偉 高雅利

(洛陽(yáng)理工學(xué)院電氣系，河南 洛陽(yáng) 471023)

0 引言

目前，機(jī)械設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)通常采用稀油潤(rùn)滑和干油潤(rùn)滑。干油潤(rùn)滑主要用在高壓和較高溫度下工作的摩擦表面，也可用在具有變動(dòng)載荷、震動(dòng)和沖擊的機(jī)械裝置上。干油潤(rùn)滑系統(tǒng)具有注油方便、強(qiáng)制潤(rùn)滑、潤(rùn)滑可靠、延長(zhǎng)機(jī)械裝置的壽命及節(jié)省潤(rùn)滑脂等優(yōu)點(diǎn)，從而降低維護(hù)和保養(yǎng)成本，被廣泛應(yīng)用在礦山機(jī)械、冶金機(jī)械、工程機(jī)械、大重型機(jī)電設(shè)備及其生產(chǎn)線(xiàn)中。由于干油流動(dòng)性差，特別是在較惡劣的外部環(huán)境中，許多干油潤(rùn)滑裝置都無(wú)法正常工作，使得需要潤(rùn)滑的部位不能可靠潤(rùn)滑，機(jī)件磨損，設(shè)備壽命縮短，甚至使設(shè)備無(wú)法工作[1]。

本文根據(jù)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際潤(rùn)滑需要，利用可編程控制器和組態(tài)技術(shù)設(shè)計(jì)的通用型自動(dòng)干油潤(rùn)滑系統(tǒng)，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)逐點(diǎn)檢測(cè)，單點(diǎn)按需供油;而且還能通過(guò)上位機(jī)監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并排除故障。這不但避免了油脂的浪費(fèi)，也提高了生產(chǎn)效率。

1 自動(dòng)干油潤(rùn)滑系統(tǒng)工作原理

自動(dòng)干油潤(rùn)滑系統(tǒng)的工作原理與控制方式不同于傳統(tǒng)的單線(xiàn)式和雙線(xiàn)式潤(rùn)滑系統(tǒng)。新系統(tǒng)在每個(gè)潤(rùn)滑點(diǎn)上都加裝了控制元件與監(jiān)測(cè)元件，現(xiàn)場(chǎng)供油分配直接受上位機(jī)與現(xiàn)場(chǎng)可編程控制器的控制，供油量大小、供油循環(huán)時(shí)間都由主控系統(tǒng)來(lái)加以監(jiān)控與調(diào)節(jié)。這從根本上解決了以往潤(rùn)滑系統(tǒng)的弊端。在自動(dòng)干油潤(rùn)滑系統(tǒng)中，使用流量傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)每個(gè)潤(rùn)滑點(diǎn)的運(yùn)行狀態(tài)，并將該信號(hào)傳送至主控系統(tǒng)，由其判斷分析故障類(lèi)型[2]。

自動(dòng)干油潤(rùn)滑系統(tǒng)采用PLC作為主控單元，采用串行總線(xiàn)與上位機(jī)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行連接，供油分配受PLC的控制，流量傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)每個(gè)潤(rùn)滑點(diǎn)的運(yùn)行狀態(tài)，并準(zhǔn)確判斷故障點(diǎn)所在，便于維護(hù)與維修。設(shè)備各點(diǎn)潤(rùn)滑量可通過(guò)顯示器實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程調(diào)控。系統(tǒng)工作時(shí)，按照設(shè)定程序運(yùn)行，啟動(dòng)電動(dòng)高壓潤(rùn)滑泵，并控制電磁給油器的啟閉，潤(rùn)滑脂經(jīng)流量傳感器被輸送到各潤(rùn)滑點(diǎn)。自動(dòng)干油潤(rùn)滑系統(tǒng)配置有上位計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)潤(rùn)滑系統(tǒng)的各種信息顯示在上位機(jī)的監(jiān)控畫(huà)面中，使用戶(hù)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況一目了然，故障位置顯示形象具體[3]。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)的自動(dòng)干油潤(rùn)滑系統(tǒng)主要包括上位機(jī)、PLC、編碼解碼電路、流量傳感器以及執(zhí)行元件等，其硬件組成框圖如圖1所示。

圖1 硬件組成框圖Fig.1 Block diagram of the hardware composition

自動(dòng)干油潤(rùn)滑系統(tǒng)利用PLC作為現(xiàn)場(chǎng)控制柜的主控元件，利用安裝在現(xiàn)場(chǎng)控制柜上的觸摸屏進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)控制，通過(guò)總線(xiàn)連接的上位計(jì)算機(jī)利用組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。系統(tǒng)工作時(shí)，安裝在現(xiàn)場(chǎng)的流量傳感器將每個(gè)潤(rùn)滑點(diǎn)的工作信號(hào)傳回PLC;PLC控制兩個(gè)潤(rùn)滑泵交替工作注油給電磁給油器，利用電磁給油器給潤(rùn)滑點(diǎn)進(jìn)行潤(rùn)滑。每個(gè)電磁給油器都接有配套的流量傳感器。當(dāng)某個(gè)潤(rùn)滑點(diǎn)堵塞時(shí)，雖然該點(diǎn)電磁給油器打開(kāi)，但是該點(diǎn)的流量傳感器沒(méi)有信號(hào)，PLC據(jù)此發(fā)出潤(rùn)滑點(diǎn)堵塞報(bào)告并進(jìn)行故障處理。

大型設(shè)備的潤(rùn)滑點(diǎn)一般比較多(上百個(gè))，如果每一個(gè)潤(rùn)滑點(diǎn)都占用PLC的一個(gè)輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)，將造成系統(tǒng)硬件規(guī)模的擴(kuò)大和成本浪費(fèi)，為此我們采用編碼解碼電路對(duì)PLC的輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)進(jìn)行擴(kuò)展。根據(jù)編碼解碼原理，當(dāng)選擇8位編碼器時(shí)，只需占用PLC的8個(gè)輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)，即可以控制256個(gè)現(xiàn)場(chǎng)潤(rùn)滑點(diǎn)。工作時(shí)，安裝在潤(rùn)滑點(diǎn)的流量傳感器通過(guò)編碼解碼電路將現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)傳送給PLC;根據(jù)程序要求，通過(guò)編碼解碼電路將控制信號(hào)輸出到現(xiàn)場(chǎng)給油器，給油器按事先設(shè)定好的參數(shù)給潤(rùn)滑點(diǎn)供油[3]。

控制系統(tǒng)可進(jìn)行手動(dòng)和自動(dòng)操作。手動(dòng)運(yùn)行時(shí)，在觸摸屏的控制畫(huà)面上輸入潤(rùn)滑點(diǎn)號(hào)，然后點(diǎn)擊手動(dòng)控制即可對(duì)應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)的相應(yīng)潤(rùn)滑點(diǎn)。開(kāi)啟電動(dòng)高壓潤(rùn)滑泵后，潤(rùn)滑脂被壓注到主管道中，待管道壓力升至10 MPa時(shí)(根據(jù)管道遠(yuǎn)近，此壓力的范圍為5～30 MPa)，輸入數(shù)字來(lái)選擇現(xiàn)場(chǎng)潤(rùn)滑點(diǎn)號(hào)，對(duì)應(yīng)點(diǎn)電磁給油器得到信號(hào)，開(kāi)通油路，將潤(rùn)滑脂壓注到相應(yīng)的潤(rùn)滑部位[4]。

在自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)下，主控系統(tǒng)按照設(shè)定的程序運(yùn)行，啟動(dòng)電動(dòng)高壓潤(rùn)滑泵，并控制電磁給油器的啟閉。潤(rùn)滑脂過(guò)濾后被輸送到各潤(rùn)滑點(diǎn)的電磁給油器，按照設(shè)定好的量(可調(diào)整)自動(dòng)對(duì)每個(gè)潤(rùn)滑點(diǎn)逐點(diǎn)供油，逐點(diǎn)檢測(cè)，直至所有潤(rùn)滑點(diǎn)給油完成，進(jìn)入循環(huán)等待時(shí)間(可調(diào)整)。循環(huán)等待時(shí)間結(jié)束，自動(dòng)進(jìn)行下一次給油過(guò)程。流量傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)每點(diǎn)是否供油，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)遠(yuǎn)程顯示該點(diǎn)的潤(rùn)滑狀態(tài)，如有故障及時(shí)報(bào)警[5]。

系統(tǒng)采用S7-200系列可編程控制器作為主要控制元件，中央處理單元(CPU)選用CPU 226 CN，根據(jù)不同工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的潤(rùn)滑點(diǎn)數(shù)不同，選擇不同數(shù)量的模擬量擴(kuò)展模塊EM 231 CN和數(shù)字量擴(kuò)展模塊EM 222[6]。當(dāng)采用8位編碼解碼電路時(shí)，部分I/O分配表如表1所示。

表1 I/O分配表Tab.1 The I/O allocation

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

自動(dòng)干油潤(rùn)滑系統(tǒng)軟件包括上位機(jī)監(jiān)控程序、PLC控制程序[7]、PLC與上位機(jī)的通信程序等。

本系統(tǒng)選擇北京亞控的組態(tài)王(KingVIEW)作為上位機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控軟件。利用組態(tài)王可以根據(jù)具體工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)具體的監(jiān)控軟件。監(jiān)控畫(huà)面中包括畫(huà)面選擇、運(yùn)行記錄表、故障記錄表、系統(tǒng)參數(shù)、循環(huán)時(shí)間、時(shí)間參數(shù)、啟動(dòng)、停止、手動(dòng)、自動(dòng)等按鈕，同時(shí)在運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中也會(huì)顯示各個(gè)潤(rùn)滑點(diǎn)的供油狀態(tài)。系統(tǒng)通過(guò)上位機(jī)的監(jiān)控畫(huà)面直接對(duì)潤(rùn)滑點(diǎn)進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，監(jiān)控系統(tǒng)同時(shí)具備故障記錄查詢(xún)功能[8]。

根據(jù)自動(dòng)干油潤(rùn)滑系統(tǒng)的功能要求，PLC控制程序包括流量監(jiān)測(cè)、加油泵控制、潤(rùn)滑泵控制、編碼解碼控制等程序。在確定了PLC的I/O口分配以后，可以在S7-200的專(zhuān)用編程軟件Step7 Micro/WIN32環(huán)境下設(shè)計(jì)相應(yīng)的程序，以滿(mǎn)足工藝控制的要求[9]。

組態(tài)王與PLC的數(shù)據(jù)交換采用串行通信方式，PLC通過(guò)RS-232串行通信電纜連接到安裝組態(tài)王的計(jì)算機(jī)串口。由于上位機(jī)使用組態(tài)軟件具有與PLC的通信功能，不需要編寫(xiě)PLC和計(jì)算機(jī)的通信程序，只需要在組態(tài)軟件中進(jìn)行相應(yīng)的配置，通信即可自動(dòng)完成。在配置過(guò)程中，用戶(hù)需要選擇PLC的生產(chǎn)廠(chǎng)家、設(shè)備型號(hào)和連接方式，為設(shè)備指定一個(gè)設(shè)備名，并設(shè)定設(shè)備地址和串口。實(shí)現(xiàn)上位機(jī)(組態(tài)王)與PLC數(shù)據(jù)交換的關(guān)鍵是正確設(shè)置它的串行通信參數(shù)。設(shè)置的串行通信口通信參數(shù)如表2所示。

表2 通信參數(shù)設(shè)置表Tab.2 Settings of the communication parameters

4 系統(tǒng)特點(diǎn)

相對(duì)于傳統(tǒng)的單線(xiàn)式和雙線(xiàn)式潤(rùn)滑系統(tǒng)而言，設(shè)計(jì)的通用型自動(dòng)干油潤(rùn)滑系統(tǒng)在工作原理、元件配置等方面具有以下特點(diǎn)。

①遠(yuǎn)程監(jiān)控

組態(tài)畫(huà)面能夠真實(shí)反映每個(gè)潤(rùn)滑點(diǎn)的供油狀態(tài)，現(xiàn)場(chǎng)情況一目了然，直接顯示潤(rùn)滑點(diǎn)的位置，便于維護(hù)遠(yuǎn)程設(shè)定、調(diào)整潤(rùn)滑點(diǎn)的供油參數(shù)。

②故障查詢(xún)方便

在上位機(jī)直接顯示各故障點(diǎn)的具體位置，準(zhǔn)確判斷每個(gè)潤(rùn)滑點(diǎn)、潤(rùn)滑元件故障，系統(tǒng)自帶故障類(lèi)型數(shù)據(jù)庫(kù)。

③集成度高，擴(kuò)展方便

本系統(tǒng)通過(guò)編碼解碼控制方式，使控制系統(tǒng)在集成方面有較大程度的提高。當(dāng)需要增加潤(rùn)滑點(diǎn)時(shí)，只需增加編碼電路位數(shù)，擴(kuò)展方便。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文利用PLC和組態(tài)軟件，設(shè)計(jì)的通用型自動(dòng)干油潤(rùn)滑系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，給油量調(diào)整方便，故障點(diǎn)查找容易，維護(hù)量小，避免環(huán)境污染和油脂的浪費(fèi)，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命。該系統(tǒng)現(xiàn)已應(yīng)用于礦山機(jī)械、連鑄機(jī)和環(huán)冷機(jī)等場(chǎng)合，取得了良好的使用效果。同時(shí)，本系統(tǒng)控制方案還具有較強(qiáng)的通用性，稍加改造，即可推廣到不同應(yīng)用系統(tǒng)中[10]。

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