摘 要：針對(duì)寧夏某洗煤廠振動(dòng)篩軸承采用人工加脂，自動(dòng)化程度低等問(wèn)題，設(shè)計(jì)出一套振動(dòng)篩軸承自動(dòng)加脂系統(tǒng)。整個(gè)過(guò)程涉及油路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)。提出了基于西門(mén)子S7-300PLC和iFix上位機(jī)監(jiān)控軟件的軸承自動(dòng)加脂系統(tǒng)。以軸承溫度作為判斷依據(jù)，決定何時(shí)加脂。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐表明：此設(shè)計(jì)提高了自動(dòng)化，節(jié)約了成本，效果良好，有一定的推廣作用。

關(guān)鍵詞：振動(dòng)篩；軸承；加脂系統(tǒng)；PLC；iFix

1 引言

振動(dòng)篩是廣泛應(yīng)用于煤炭、化工、冶金、港口、水利、電力等行業(yè)的重要設(shè)備，以完成各種不同的工藝過(guò)程。在煤炭行業(yè)的選煤廠和篩選廠中，篩分作業(yè)主要應(yīng)用于原煤準(zhǔn)備和產(chǎn)品處理上，在實(shí)現(xiàn)煤炭資源的合理利用、保護(hù)環(huán)境及為煤炭企業(yè)創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益等方面，發(fā)揮著重要的作用[1]。振動(dòng)篩在洗煤廠使用過(guò)程中，軸承容易發(fā)熱，從而影響了振動(dòng)篩的使用壽命，這也成為振動(dòng)篩使用壽命的瓶頸問(wèn)題，也是國(guó)內(nèi)振動(dòng)篩生產(chǎn)廠家和用戶多年來(lái)普遍頭疼的問(wèn)題。究其原因可能有以下兩種：一、軸承內(nèi)圈承受恒定的離心力，而外圈載荷呈脈動(dòng)循環(huán)變化，故載荷大，容易發(fā)熱。二、洗煤廠現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣，空氣中粉塵多，環(huán)境潮濕。

以往的解決方案是洗煤廠進(jìn)行人工注脂，工作繁重，每48小時(shí)就需要加潤(rùn)滑脂一次，潤(rùn)滑事故較多，零部件得不到可靠的潤(rùn)滑保證而早期損壞。自動(dòng)化程度稍高一點(diǎn)的洗煤廠，添加了軸承溫度檢測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)監(jiān)測(cè)軸承溫度變化來(lái)確定添加潤(rùn)滑油添加時(shí)間。使用專門(mén)人員來(lái)維護(hù)設(shè)備，給企業(yè)增加了成本。有些振動(dòng)篩制造商為了提高產(chǎn)品聲譽(yù)，選用國(guó)外優(yōu)質(zhì)耐熱軸承，但價(jià)格不菲。洗煤廠中工序相對(duì)于復(fù)雜，振動(dòng)篩一旦出現(xiàn)問(wèn)題，全廠都會(huì)受到影響，這對(duì)企業(yè)的生產(chǎn)效率產(chǎn)生了很大的影響?；谝陨显颍O(shè)計(jì)出一套提高軸承潤(rùn)滑系統(tǒng)的方案是很有必要的。

2 方案設(shè)計(jì)

寧夏某洗煤廠的三臺(tái)振動(dòng)篩軸承由一臺(tái)加脂站加脂。由于使用二硫化鉬潤(rùn)滑脂，其粘性很大，因此采用吸脂，然后壓脂的過(guò)程給振動(dòng)篩軸承加脂。洗煤廠整個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)采用S7-400作為主控制器，分布式I/O模塊ET200掛在現(xiàn)場(chǎng)總線PROFIBUS-DP上。軸承溫度控制系統(tǒng)以西門(mén)子S7-300系列PLC作為控制器，如圖1所示，使用模擬量輸入模塊SM331模塊對(duì)軸承溫度進(jìn)行檢測(cè)，由于洗煤廠其他控制系統(tǒng)的上位機(jī)采用iFix，因此加脂系統(tǒng)也采用iFix對(duì)控制現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)視。

3 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

壓縮后的空氣通過(guò)氣源調(diào)節(jié)裝置后，如圖2所示，由兩位四通電磁換向閥啟動(dòng)氣缸定量泵，電磁閥1的方向決定氣缸定量泵是吸取潤(rùn)滑脂，還是擠壓潤(rùn)滑脂，當(dāng)電磁閥1位置如圖所示時(shí)，潤(rùn)滑油脂就通過(guò)電磁閥3、電磁閥4和電磁閥5分別注入三臺(tái)振動(dòng)篩的潤(rùn)滑部位。當(dāng)油路發(fā)生堵塞時(shí)，壓力繼電器動(dòng)作，通過(guò) PLC給出油路堵塞信號(hào)，電磁閥2動(dòng)作，關(guān)閉氣壓源，氣缸定量泵停止工作[2]。四臺(tái)篩機(jī)根據(jù)運(yùn)行時(shí)間及工作狀況，既可同時(shí)加脂，也可分別加脂。手動(dòng)發(fā)用于應(yīng)急處理，如停電，或者電磁閥失靈等情況。

4 PLC硬件組態(tài)及程序設(shè)計(jì)

4.1 PLC硬件設(shè)計(jì)

S7-300系列PLC是西門(mén)子公司較新開(kāi)發(fā)中型PLC，在工控領(lǐng)域應(yīng)用中占有重要地位。它的軟硬件功能強(qiáng)大，系統(tǒng)配置方便，各種模塊安裝方便，系統(tǒng)帶有強(qiáng)大的 PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線接口及MPI 接口，可以與外部設(shè)備進(jìn)行通信，一推向市場(chǎng)就在各行各業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。現(xiàn)在，基于S7-300的控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)逐漸形成自己的特色，被越來(lái)越多的人所采用，其自帶的組態(tài)功能對(duì)PLC控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建具有指導(dǎo)意義。因此設(shè)計(jì)中選擇S7-300PLC作為主站來(lái)組建整個(gè)通訊網(wǎng)絡(luò)。因此整個(gè)系統(tǒng)使用西門(mén)子S7-300系列PLC，使用315-2 DP型CPU，AI8x12Bit、DI16xDC24V、DI16xDC24V模塊作為I/O輸入輸出模塊[3]。整個(gè)系統(tǒng)作為一個(gè)小站點(diǎn)獨(dú)立出來(lái)，并采用PROFIBUS-DP聯(lián)網(wǎng)，給整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)帶來(lái)了很大的方便。

4.2 主控程序的設(shè)計(jì)

根據(jù)控制系統(tǒng)的工作原理，控制系統(tǒng)流程圖如圖3所示。PLC上電后，首先調(diào)用OB100對(duì)各個(gè)變量進(jìn)行初始化。然后判斷系統(tǒng)壓力是否正常，如果不正常，則產(chǎn)生報(bào)警，關(guān)閉總電磁閥2，然后關(guān)閉振動(dòng)篩。如果系統(tǒng)壓力正常，則打開(kāi)總電磁閥2。然后檢查氣缸限位開(kāi)關(guān)，其主要目的是確定潤(rùn)滑脂缸中是否有潤(rùn)滑脂，若已經(jīng)壓完，碰到行程開(kāi)關(guān)2，則換向吸脂，當(dāng)碰到行程開(kāi)關(guān)1，說(shuō)明吸脂完成，換向壓脂。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)采集的軸承溫度，決定是否要加注潤(rùn)滑脂，并計(jì)時(shí)確定加注時(shí)間。關(guān)閉時(shí)間控制主要解決軸承加油后短時(shí)間內(nèi)溫度急劇上升問(wèn)題，為了避免反復(fù)加油，潤(rùn)滑過(guò)度，浪費(fèi)潤(rùn)滑油。

采集振動(dòng)篩的溫度，調(diào)用FC105（SCALE）功能接受一個(gè)整型值（IN），并將其轉(zhuǎn)換為以工程單位表示的介于下限和上限（LO_LIM和HI_LIM）之間的實(shí)型值。將結(jié)果寫(xiě)入OUT。這樣就把變送器的4-20mA信號(hào)轉(zhuǎn)化成對(duì)應(yīng)的溫度值，溫度限制為0-150攝氏度：

在系統(tǒng)壓力正常前提下，當(dāng)采集溫度值大于給定值時(shí)，接通給每個(gè)振動(dòng)篩加脂的電磁閥并延時(shí)5分鐘（可通過(guò)調(diào)節(jié)時(shí)間長(zhǎng)短來(lái)調(diào)節(jié)加油量）。針對(duì)剛加過(guò)脂出現(xiàn)的軸承溫度上升現(xiàn)象，設(shè)計(jì)了加完油后兩小時(shí)內(nèi)加脂閥不允許打開(kāi)程序，從而防止了過(guò)加脂導(dǎo)致軸承溫度上升的問(wèn)題。程序如下所示：

5 上位機(jī)監(jiān)控畫(huà)面的設(shè)計(jì)

iFix軟件是美國(guó)Intellution公司（現(xiàn)已被通用公司收購(gòu)）于2000年推出的工業(yè)界第一套完全集成組件對(duì)象的自動(dòng)化軟件。它以直觀的界面把所有的系統(tǒng)組件都集成在一個(gè)單獨(dú)的開(kāi)發(fā)環(huán)境中，具有微軟界面風(fēng)格。無(wú)論是開(kāi)發(fā)程序、安全組態(tài)、數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)，都可以在這一平臺(tái)中完成，甚至直接嵌入OLE應(yīng)用程序，并編輯該文檔而不離開(kāi)這一平臺(tái)。該人機(jī)交互平臺(tái)特有的動(dòng)畫(huà)向?qū)?，智能圖符生成向?qū)У葟?qiáng)大的圖形工具方便了系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，標(biāo)簽組編輯器大量節(jié)省系統(tǒng)開(kāi)發(fā)時(shí)間，并且內(nèi)置了易學(xué)易用的VBA 這一計(jì)算機(jī)語(yǔ)言系統(tǒng)，使得無(wú)論是控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)人員，還是應(yīng)用人員都能很快上手。由于具有很好的開(kāi)放性、安全性以及擴(kuò)展性，成為了工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域最流行的工控組態(tài)軟件之一[4]。

本洗煤廠其它控制系統(tǒng)上位機(jī)已經(jīng)使用iFix軟件，并通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)與其它主站連接。由于iFix具有很好的開(kāi)放性，可以單獨(dú)設(shè)計(jì)振動(dòng)篩軸承油溫監(jiān)控界面，然后把設(shè)計(jì)好的監(jiān)控界面放入現(xiàn)有系統(tǒng)iFix的PIC文件夾下，打開(kāi)系統(tǒng)，刷新畫(huà)面，就可以看到新添加的畫(huà)面已經(jīng)添加進(jìn)來(lái)了。然后對(duì)系統(tǒng)配置，數(shù)據(jù)庫(kù)，畫(huà)面，報(bào)警等稍作修改，便可完成對(duì)油溫控制的添加。

iFix不需要用特別的硬件來(lái)獲得數(shù)據(jù)，而是通過(guò)I/O驅(qū)動(dòng)器。數(shù)據(jù)管理包括通過(guò)掃描、報(bào)警和控制程序從驅(qū)動(dòng)程序映像列表中讀取數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，再將數(shù)據(jù)傳送到過(guò)程數(shù)據(jù)庫(kù)以及從內(nèi)部數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)函數(shù)、讀取數(shù)據(jù)，并傳達(dá)到需要的應(yīng)用中等功能，如圖4所示。iFix的I/O驅(qū)動(dòng)種類齊全，由于本系統(tǒng)控制器采用西門(mén)子公司的，因此選取與之對(duì)應(yīng)的I/O驅(qū)動(dòng)器S7A[5]，如圖5所示。通過(guò)對(duì)S7A驅(qū)動(dòng)器的組態(tài)修改，最終完成調(diào)試。

6 結(jié)論

加脂系統(tǒng)改造后，設(shè)備實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)動(dòng)態(tài)潤(rùn)滑，潤(rùn)滑方法更加科學(xué)合理。采用自動(dòng)加脂系統(tǒng)，不僅有效的解決了洗煤廠振動(dòng)篩軸承因加脂不及時(shí)，或加脂過(guò)多而出現(xiàn)的軸承溫度過(guò)高，燒壞等現(xiàn)象，顯著地提高了軸承的使用壽命，提高了振動(dòng)篩運(yùn)行的安全性和可靠性，為洗煤廠節(jié)約了成本。而且降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，由之前的48小時(shí)加脂一次，改為兩周現(xiàn)場(chǎng)巡檢一次。但在提高了自動(dòng)化，延長(zhǎng)了軸承壽命的同時(shí)，也存在一些問(wèn)題，軸承仍屬于頻繁更換的大型器件，測(cè)溫元器件，加油管路的存在，使更換軸承變的復(fù)雜，如果采用無(wú)線傳輸方式構(gòu)建傳感器網(wǎng)絡(luò)，相信會(huì)收到更好的效果。

[參考文獻(xiàn)]

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