蔣利兵

(長沙礦山研究院有限責(zé)任公司， 湖南 長沙 410012 )

基于單片機(jī)的牙輪鉆機(jī)智能潤滑控制系統(tǒng)

蔣利兵

(長沙礦山研究院有限責(zé)任公司， 湖南 長沙 410012 )

為了解決牙輪鉆機(jī)潤滑中邏輯控制的問題，提出了一種牙輪鉆機(jī)新型潤滑控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)以STC89C52單片機(jī)為核心，能有效控制設(shè)備干油潤滑和稀油潤滑的啟停、潤滑壓力檢測、低油位檢測、潤滑故障報(bào)警等，并在LCD屏上實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)的運(yùn)行及監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，使得潤滑系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠，進(jìn)一步保證了設(shè)備各機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)部件得到充分可靠的潤滑，使?jié)櫥到y(tǒng)能根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況靈活選擇潤滑工作模式以及潤滑參數(shù)。

牙輪鉆機(jī)；潤滑系統(tǒng)；單片機(jī)；抗干擾措施

0 概 述

潤滑是牙輪鉆機(jī)工作時(shí)很重要的環(huán)節(jié)，如果潤滑不到位，鉆機(jī)的各個(gè)機(jī)械磨損部件很容易損壞，影響設(shè)備生產(chǎn)效率，增加維護(hù)勞動(dòng)量及運(yùn)行成本。目前國內(nèi)生產(chǎn)的YZ-35、YZ-55等系列牙輪鉆機(jī)上配備的潤滑控制系統(tǒng)，普遍采用簡單的JS系列晶體管時(shí)間繼電器和普通繼電器完成簡單的邏輯控制，特別難以實(shí)現(xiàn)對于稀油潤滑工作邏輯較強(qiáng)的控制要求，因此，也不能監(jiān)視潤滑系統(tǒng)的各類故障和運(yùn)行情況，在使用中受到限制，達(dá)不到更高的控制要求。利用單片機(jī)技術(shù)，可完成很強(qiáng)的程序邏輯運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜邏輯運(yùn)算，達(dá)到更精確的時(shí)間控制，實(shí)現(xiàn)智能化數(shù)字潤滑系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)及其功能

系統(tǒng)主要由單片機(jī)、LCD顯示屏、I2C總線數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、系統(tǒng)設(shè)置、信號(hào)檢測輸入以及輸出控制模塊組成，見圖1。

圖1 系統(tǒng)組成

采用單片機(jī)為核心的控制系統(tǒng)，對各種輸入信號(hào)根據(jù)要求在內(nèi)部進(jìn)行高速運(yùn)算處理后再將處理后的信號(hào)輸出，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作。單片機(jī)的工作是由軟件來控制，控制系統(tǒng)的功能完全由軟件決定的。輸入檢測信號(hào)傳感器的觸點(diǎn)上均經(jīng)過繼電器隔離輸入，以防止外圍危險(xiǎn)電源引入導(dǎo)致?lián)p壞單片機(jī)，確保潤滑系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠。采用LCD顯示屏監(jiān)控顯示潤滑周期、潤滑時(shí)間、潤滑故障以及潤滑系統(tǒng)當(dāng)前工作狀態(tài)，潤滑系統(tǒng)數(shù)據(jù)顯示采用英文或英文字母縮寫組合，直觀的向工作人員顯示各類數(shù)據(jù)信息，以便于工作人了解顯示代碼的意思和功能?？赏ㄟ^按鍵設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)以及工作模式，其中，系統(tǒng)潤滑周期可設(shè)置成1～255 min，潤滑時(shí)間可設(shè)置成1～15 min，并將設(shè)置的各類參數(shù)數(shù)據(jù)保存在存儲(chǔ)器24C02I2C總線中，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)永久保存。

潤滑控制系統(tǒng)有3種工作模式的，可根據(jù)需要選擇其中1種工作模式工作，并具有低油位、潤滑故障等保護(hù)功能。

2 主要控制原理

潤滑系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定的工作模式循環(huán)地對設(shè)備進(jìn)行潤滑工作，潤滑定時(shí)采用倒計(jì)時(shí)定時(shí)方法。當(dāng)潤滑周期到達(dá)時(shí)，單片機(jī)輸出一個(gè)潤滑信號(hào)，通過繼電器控制氣泵電磁閥的通斷來控制潤滑泵的工作，工作中，單片機(jī)對潤滑油壓開關(guān)信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣檢測，直到潤滑結(jié)束，如果檢測到有壓力信號(hào)，并判斷潤滑成功，接著下一輪潤滑周期定時(shí)。如果沒有檢測到壓力信號(hào)，則判斷潤滑失敗，此時(shí)在LCD屏顯示故障代碼以及輸出潤滑報(bào)警指示。

系統(tǒng)運(yùn)行模式可設(shè)置Mode為1,2,3三種潤滑模式。

(1) Mode=1時(shí)，潤滑系統(tǒng)按設(shè)定的潤滑時(shí)間輸出潤滑控制，直到潤滑時(shí)間結(jié)束后停止輸出控制信號(hào)，進(jìn)行下一輪潤滑周期定時(shí)。

(2) Mode=2時(shí)，潤滑系統(tǒng)按設(shè)定的潤滑時(shí)間輸出潤滑控制，潤滑工作期間，若檢測到潤滑油壓達(dá)到設(shè)定壓力時(shí)，系統(tǒng)停止?jié)櫥敵隹刂疲⑦M(jìn)行下一輪潤滑周期定時(shí)。

(3) Mode=3時(shí)，潤滑按設(shè)定的潤滑時(shí)間輸出潤滑控制，潤滑工作期間，若有檢測到潤滑壓力時(shí)，停止?jié)櫥敵隹刂?，并延時(shí)10 s等待油壓泄壓，繼續(xù)輸出潤滑控制，這樣循環(huán)工作，直到潤滑結(jié)束。

當(dāng)油壓或油位開關(guān)損壞時(shí)，而又不能影響設(shè)備正常潤滑的需求時(shí)，可根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際需要，將低油位檢測、潤滑壓力檢測可設(shè)置成關(guān)閉，當(dāng)有低油位、潤滑壓力故障報(bào)警時(shí)，潤滑系統(tǒng)仍然按設(shè)定的潤滑參數(shù)，對設(shè)備進(jìn)行循環(huán)周期潤滑，并且在LCD屏上顯示故障代碼以及有故障報(bào)警輸出指示。

潤滑系統(tǒng)在非編程模式時(shí)，無論潤滑系統(tǒng)當(dāng)前處于任何狀態(tài)，如故障、缺油鎖定等狀態(tài)下，按下強(qiáng)制潤滑按鍵，可立即實(shí)現(xiàn)潤滑工作。因此在調(diào)試或者潤滑報(bào)警時(shí)，強(qiáng)制潤滑可方便工作人員對設(shè)備進(jìn)行必要的潤滑控制。

3 系統(tǒng)抗干擾措施

自動(dòng)潤滑控制系統(tǒng)在牙輪鉆機(jī)上運(yùn)行時(shí)，由于工作環(huán)境及其惡劣，難免會(huì)有多種干擾因素，對潤滑系統(tǒng)造成錯(cuò)誤的輸入信號(hào)，將影響潤滑系統(tǒng)的正常運(yùn)行。抑制干擾、提高信噪比，對潤滑系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性具有極其重要意義。為保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，減少各種來自環(huán)境的干擾，綜合運(yùn)用了軟硬件抗干擾技術(shù)，提高潤滑系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

(1) 采用繼電器隔離。單片機(jī)的輸入輸出I/O口，通過DC12V微型繼電器進(jìn)行隔離，以使單片機(jī)的輸入輸出接口完全與外界強(qiáng)電隔離，以防止單片機(jī)因強(qiáng)電的導(dǎo)入燒壞單片機(jī)，單片機(jī)輸入輸出控制口先經(jīng)PNP晶體管8550放大驅(qū)動(dòng)，然后再驅(qū)動(dòng)繼電器。由于繼電器線圈屬于感性負(fù)載，因此繼電器線圈兩端并聯(lián)一個(gè)續(xù)流二極管，以保護(hù)晶體管的使用壽命。為了使繼電器能正常工作，晶體管基極加上一個(gè)10 K上拉電阻，以提高繼電器工作的可靠性。

(2) 軟件抗干擾。軟件抗干擾是為了消除潤滑系統(tǒng)在按鍵輸入設(shè)定系統(tǒng)參數(shù)或者采集外界信號(hào)輸入的波動(dòng)，以提高信號(hào)采集判斷的準(zhǔn)確性，消除因瞬間的干擾信號(hào)輸入，造成單片機(jī)判斷錯(cuò)誤的輸入信號(hào)，導(dǎo)致潤滑系統(tǒng)誤動(dòng)作。軟件消抖方法采用信號(hào)輸入延時(shí)掃描，單片機(jī)檢測到有信號(hào)輸入時(shí)，此時(shí)延時(shí)5～10 ms，再次對輸入信號(hào)進(jìn)行檢測，若檢測到信號(hào)為同一信號(hào)，即為真信號(hào)，由單片機(jī)判斷有信號(hào)輸入，并執(zhí)行相應(yīng)輸入信號(hào)的功能，若延時(shí)后未檢測到信號(hào)或不為同一信號(hào)，那么由單片機(jī)判斷本次輸入信號(hào)為干擾信號(hào)，單片機(jī)舍棄本次輸入信號(hào)的采集，并不作任何響應(yīng)，完成一次信號(hào)采集過程。

4 結(jié) 論

采用單片機(jī)為核心，對牙輪鉆機(jī)設(shè)備各轉(zhuǎn)動(dòng)部件進(jìn)行潤滑控制，其運(yùn)行穩(wěn)定可靠，有強(qiáng)大的程序邏輯運(yùn)算功能，能實(shí)現(xiàn)邏輯復(fù)雜的邏輯控制，彌補(bǔ)傳統(tǒng)簡單潤滑控制系統(tǒng)的不足，能根據(jù)設(shè)備情況對潤滑控制要求實(shí)現(xiàn)精確控制，以讓設(shè)備的潤滑達(dá)到更佳狀態(tài)，從而減少機(jī)械磨損，提高設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性。

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2014￣09￣22)

蔣利兵(1986-)，男，湖南永州人，助理工程師，從事自動(dòng)化控制系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì),Email：jianglb1014@163.com。