摘 要：針對寧夏某洗煤廠振動篩軸承采用人工加脂，自動化程度低等問題，設計出一套振動篩軸承自動加脂系統(tǒng)。整個過程涉及油路系統(tǒng)的設計、控制系統(tǒng)設計和監(jiān)控系統(tǒng)設計。提出了基于西門子S7-300PLC和iFix上位機監(jiān)控軟件的軸承自動加脂系統(tǒng)。以軸承溫度作為判斷依據(jù)，決定何時加脂。經(jīng)現(xiàn)場實踐表明：此設計提高了自動化，節(jié)約了成本，效果良好，有一定的推廣作用。

關(guān)鍵詞：振動篩；軸承；加脂系統(tǒng)；PLC；iFix

1 引言

振動篩是廣泛應用于煤炭、化工、冶金、港口、水利、電力等行業(yè)的重要設備，以完成各種不同的工藝過程。在煤炭行業(yè)的選煤廠和篩選廠中，篩分作業(yè)主要應用于原煤準備和產(chǎn)品處理上，在實現(xiàn)煤炭資源的合理利用、保護環(huán)境及為煤炭企業(yè)創(chuàng)造經(jīng)濟效益等方面，發(fā)揮著重要的作用[1]。振動篩在洗煤廠使用過程中，軸承容易發(fā)熱，從而影響了振動篩的使用壽命，這也成為振動篩使用壽命的瓶頸問題，也是國內(nèi)振動篩生產(chǎn)廠家和用戶多年來普遍頭疼的問題。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，而外圈載荷呈脈動循環(huán)變化，故載荷大，容易發(fā)熱。二、洗煤廠現(xiàn)場環(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行人工注脂，工作繁重，每48小時就需要加潤滑脂一次，潤滑事故較多，零部件得不到可靠的潤滑保證而早期損壞。自動化程度稍高一點的洗煤廠，添加了軸承溫度檢測系統(tǒng)，通過監(jiān)測軸承溫度變化來確定添加潤滑油添加時間。使用專門人員來維護設備，給企業(yè)增加了成本。有些振動篩制造商為了提高產(chǎn)品聲譽，選用國外優(yōu)質(zhì)耐熱軸承，但價格不菲。洗煤廠中工序相對于復雜，振動篩一旦出現(xiàn)問題，全廠都會受到影響，這對企業(yè)的生產(chǎn)效率產(chǎn)生了很大的影響?；谝陨显颍O計出一套提高軸承潤滑系統(tǒng)的方案是很有必要的。

2 方案設計

寧夏某洗煤廠的三臺振動篩軸承由一臺加脂站加脂。由于使用二硫化鉬潤滑脂，其粘性很大，因此采用吸脂，然后壓脂的過程給振動篩軸承加脂。洗煤廠整個自動化系統(tǒng)采用S7-400作為主控制器，分布式I/O模塊ET200掛在現(xiàn)場總線PROFIBUS-DP上。軸承溫度控制系統(tǒng)以西門子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模塊對軸承溫度進行檢測，由于洗煤廠其他控制系統(tǒng)的上位機采用iFix，因此加脂系統(tǒng)也采用iFix對控制現(xiàn)場進行監(jiān)視。

3 液壓系統(tǒng)的設計

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

4 PLC硬件組態(tài)及程序設計

4.1 PLC硬件設計

S7-300系列PLC是西門子公司較新開發(fā)中型PLC，在工控領(lǐng)域應用中占有重要地位。它的軟硬件功能強大，系統(tǒng)配置方便，各種模塊安裝方便，系統(tǒng)帶有強大的 PROFIBUS現(xiàn)場總線接口及MPI 接口，可以與外部設備進行通信，一推向市場就在各行各業(yè)得到了廣泛應用。現(xiàn)在，基于S7-300的控制網(wǎng)絡技術(shù)已經(jīng)逐漸形成自己的特色，被越來越多的人所采用，其自帶的組態(tài)功能對PLC控制系統(tǒng)網(wǎng)絡的構(gòu)建具有指導意義。因此設計中選擇S7-300PLC作為主站來組建整個通訊網(wǎng)絡。因此整個系統(tǒng)使用西門子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]。整個系統(tǒng)作為一個小站點獨立出來，并采用PROFIBUS-DP聯(lián)網(wǎng)，給整個系統(tǒng)的設計帶來了很大的方便。

4.2 主控程序的設計

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對各個變量進行初始化。然后判斷系統(tǒng)壓力是否正常，如果不正常，則產(chǎn)生報警，關(guān)閉總電磁閥2，然后關(guān)閉振動篩。如果系統(tǒng)壓力正常，則打開總電磁閥2。然后檢查氣缸限位開關(guān)，其主要目的是確定潤滑脂缸中是否有潤滑脂，若已經(jīng)壓完，碰到行程開關(guān)2，則換向吸脂，當碰到行程開關(guān)1，說明吸脂完成，換向壓脂。通過現(xiàn)場采集的軸承溫度，決定是否要加注潤滑脂，并計時確定加注時間。關(guān)閉時間控制主要解決軸承加油后短時間內(nèi)溫度急劇上升問題，為了避免反復加油，潤滑過度，浪費潤滑油。

采集振動篩的溫度，調(diào)用FC105（SCALE）功能接受一個整型值（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）之間的實型值。將結(jié)果寫入OUT。這樣就把變送器的4-20mA信號轉(zhuǎn)化成對應的溫度值，溫度限制為0-150攝氏度：

在系統(tǒng)壓力正常前提下，當采集溫度值大于給定值時，接通給每個振動篩加脂的電磁閥并延時5分鐘（可通過調(diào)節(jié)時間長短來調(diào)節(jié)加油量）。針對剛加過脂出現(xiàn)的軸承溫度上升現(xiàn)象，設計了加完油后兩小時內(nèi)加脂閥不允許打開程序，從而防止了過加脂導致軸承溫度上升的問題。程序如下所示：

5 上位機監(jiān)控畫面的設計

iFix軟件是美國Intellution公司（現(xiàn)已被通用公司收購）于2000年推出的工業(yè)界第一套完全集成組件對象的自動化軟件。它以直觀的界面把所有的系統(tǒng)組件都集成在一個單獨的開發(fā)環(huán)境中，具有微軟界面風格。無論是開發(fā)程序、安全組態(tài)、數(shù)據(jù)庫訪問，都可以在這一平臺中完成，甚至直接嵌入OLE應用程序，并編輯該文檔而不離開這一平臺。該人機交互平臺特有的動畫向?qū)?，智能圖符生成向?qū)У葟姶蟮膱D形工具方便了系統(tǒng)開發(fā)，標簽組編輯器大量節(jié)省系統(tǒng)開發(fā)時間，并且內(nèi)置了易學易用的VBA 這一計算機語言系統(tǒng)，使得無論是控制系統(tǒng)的設計人員，還是應用人員都能很快上手。由于具有很好的開放性、安全性以及擴展性，成為了工業(yè)自動化領(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)上位機已經(jīng)使用iFix軟件，并通過工業(yè)以太網(wǎng)與其它主站連接。由于iFix具有很好的開放性，可以單獨設計振動篩軸承油溫監(jiān)控界面，然后把設計好的監(jiān)控界面放入現(xiàn)有系統(tǒng)iFix的PIC文件夾下，打開系統(tǒng)，刷新畫面，就可以看到新添加的畫面已經(jīng)添加進來了。然后對系統(tǒng)配置，數(shù)據(jù)庫，畫面，報警等稍作修改，便可完成對油溫控制的添加。

iFix不需要用特別的硬件來獲得數(shù)據(jù)，而是通過I/O驅(qū)動器。數(shù)據(jù)管理包括通過掃描、報警和控制程序從驅(qū)動程序映像列表中讀取數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行處理，再將數(shù)據(jù)傳送到過程數(shù)據(jù)庫以及從內(nèi)部數(shù)據(jù)庫訪問函數(shù)、讀取數(shù)據(jù)，并傳達到需要的應用中等功能，如圖4所示。iFix的I/O驅(qū)動種類齊全，由于本系統(tǒng)控制器采用西門子公司的，因此選取與之對應的I/O驅(qū)動器S7A[5]，如圖5所示。通過對S7A驅(qū)動器的組態(tài)修改，最終完成調(diào)試。

6 結(jié)論

加脂系統(tǒng)改造后，設備實現(xiàn)了自動動態(tài)潤滑，潤滑方法更加科學合理。采用自動加脂系統(tǒng)，不僅有效的解決了洗煤廠振動篩軸承因加脂不及時，或加脂過多而出現(xiàn)的軸承溫度過高，燒壞等現(xiàn)象，顯著地提高了軸承的使用壽命，提高了振動篩運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強度，由之前的48小時加脂一次，改為兩周現(xiàn)場巡檢一次。但在提高了自動化，延長了軸承壽命的同時，也存在一些問題，軸承仍屬于頻繁更換的大型器件，測溫元器件，加油管路的存在，使更換軸承變的復雜，如果采用無線傳輸方式構(gòu)建傳感器網(wǎng)絡，相信會收到更好的效果。

[參考文獻]

[1]劉芒果，劉瑞國，劉春峰.淺談煤用振動篩的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J].煤礦機械，2010，31（08）：5-7.

[2]楊小權(quán)，鄭均笛.大柳塔選煤廠實現(xiàn)多臺設備集中潤滑的實踐[J].煤炭加工與綜合利用，2004（1）：21-22.

[3]廖長初.S7-300/400PLC應用技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2012：10-139.

[4]楊樹.iFix工控組態(tài)軟件在電廠化水處理控制系統(tǒng)改造中的應用[J].四川電力技術(shù)，2006（1）：56-60.

[5]GE Fanuc International，Inc Proficy HMI/SCADA iFIX 154學生手冊.GE Fanuc自動化.2001.