杜文娟 劉愛(ài)軍 牟紅霞(中國(guó)石油管道大連輸油氣分公司，遼寧 大連 116000)

潤(rùn)滑脂壽命試驗(yàn)機(jī)是石油化工行業(yè)廣泛使用的測(cè)量?jī)x器。它是把潤(rùn)滑脂樣品置入專用軸承，由電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，在特定的溫度、軸向壓力和轉(zhuǎn)速條件下，按照一定的時(shí)間周期循環(huán)運(yùn)行和停止，當(dāng)電動(dòng)機(jī)扭矩（電流）的達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，表示潤(rùn)滑脂品質(zhì)變差，根據(jù)累計(jì)運(yùn)行時(shí)間即可測(cè)得潤(rùn)滑脂的壽命。參考軸承潤(rùn)滑脂試驗(yàn)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，本設(shè)計(jì)以可編程控制器為核心，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集以及運(yùn)行控制，觸摸屏為人機(jī)交互界面，方便數(shù)據(jù)設(shè)置和系統(tǒng)工作狀態(tài)的顯示，微型打印機(jī)自動(dòng)打印測(cè)量結(jié)果，實(shí)現(xiàn)了潤(rùn)滑脂樣品加入和參數(shù)設(shè)置之后，系統(tǒng)全自動(dòng)運(yùn)行，無(wú)需人員值守。

1 試驗(yàn)機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

試驗(yàn)機(jī)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。潤(rùn)滑脂樣品加入試驗(yàn)軸承，與試驗(yàn)軸承一起放置在軸承總成當(dāng)中，位于加熱腔內(nèi)，由軸承加載裝置對(duì)軸承施加一定的軸向壓力。直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)軸承總成旋轉(zhuǎn)，模擬潤(rùn)滑脂的實(shí)際工況。控制器實(shí)時(shí)的監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行，采集加熱腔溫度、軸承溫度、電動(dòng)機(jī)工作電流、轉(zhuǎn)速等參數(shù)，在運(yùn)行周期內(nèi)自動(dòng)控制加熱腔溫度恒定，按照用戶設(shè)定的運(yùn)行-停止周期自動(dòng)控制系統(tǒng)的運(yùn)行，試驗(yàn)結(jié)果顯示在觸摸屏，并自動(dòng)完成打印輸出。

2 電氣控制系統(tǒng)方案

控制系統(tǒng)基于組態(tài)靈活、性能可靠的Modbus協(xié)議，結(jié)構(gòu)如圖2所示。選用昆侖通態(tài)TPC1062KS觸摸屏，連接PLC和熱敏微型打印機(jī)。選用臺(tái)達(dá)DVP16ES200R可編程控制器，集成3個(gè)通信口，方便連接編程設(shè)備、觸摸屏以及RS485控制模塊。3個(gè)通信口均支持Modbus協(xié)議，提供Modbus操作功能指令，編程簡(jiǎn)單。使用臺(tái)達(dá)模擬量輸入模塊和直流電流變送器測(cè)量直流電動(dòng)機(jī)工作電流，由于直流電機(jī)（功率230W，220V，1.4A）為永磁電機(jī)，測(cè)量電動(dòng)機(jī)工作電流相當(dāng)于測(cè)量扭矩。本系統(tǒng)溫度參數(shù)有軸溫和腔溫兩個(gè)，其中軸溫用于監(jiān)視，加熱室內(nèi)腔溫度需要控制為恒定值，選用K型熱電偶、臺(tái)達(dá)4通道溫控模塊DTE10T和電壓脈沖輸出模塊DTE20V（固體繼電器控制專用）控制石英管加熱器實(shí)現(xiàn)加熱腔溫度恒定。溫控模塊DTE10T具有R485接口，支持Modbus協(xié)議，具備智能溫度PID控制功能，與PLC接口簡(jiǎn)單，并且簡(jiǎn)化控制器編程。選用支持Modbus協(xié)議和RS485接口的D/A模塊，模擬量控制可控硅直流電機(jī)調(diào)速電源實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)整。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量選用支持Modbus協(xié)議和RS485接口的一體化智能轉(zhuǎn)速變送器。

3 硬件組態(tài)

3.1 觸摸屏與PLC、打印機(jī)

觸摸屏與臺(tái)達(dá)DVP16ES200R的通信，使用觸摸屏的RS485接口與PLC的COM2接口進(jìn)行連接。由于臺(tái)達(dá)COM2通信口采用默認(rèn)設(shè)置:9600,7，E(奇校驗(yàn))，1，ASCII,因此，觸摸屏通用串口父設(shè)備1（對(duì)應(yīng)觸摸屏RS485口）的設(shè)置必須與PLC的COM2口的默認(rèn)設(shè)置一致。觸摸屏通訊口設(shè)置使用昆侖通態(tài)組態(tài)軟件MCGS嵌入版。PLC通訊口設(shè)置需要使用指令。

觸摸屏使用集成的RS232接口連接煒煌熱敏打印機(jī)，微型打印機(jī)掛在觸摸屏串口父設(shè)備0下，用戶需要安裝由昆侖通態(tài)提供的打印機(jī)驅(qū)動(dòng)程序。由于微型打印機(jī)通信接口采用默認(rèn)設(shè)置:9600,8,N(無(wú)校驗(yàn)),1，因此，通用串口父設(shè)備0（對(duì)應(yīng)觸摸屏的RS232口）的設(shè)置必須與打印機(jī)串口的通信格式保持一致。

3.2 PLC與功能模塊

臺(tái)達(dá)ES2可編程控制器擴(kuò)展4通道A/D轉(zhuǎn)換器測(cè)量來(lái)自直流電流變送器4-20mA電動(dòng)機(jī)電流信號(hào)（扭矩），測(cè)量結(jié)果保存在系統(tǒng)指定的數(shù)據(jù)寄存器，無(wú)需專門指令，僅使用MOVE指令即可得到測(cè)量結(jié)果，有利于簡(jiǎn)化編程。

使用RS485通信電纜，PLC使用COM3接口連接溫度控制、D/A、轉(zhuǎn)速測(cè)量模塊，遵守相同的通訊格式，設(shè)定為:9600,8，N(無(wú)校驗(yàn))，1，RTU。各功能模塊的通信格式設(shè)置使用標(biāo)配設(shè)置軟件或使用模塊本身的功能。如臺(tái)達(dá)4通道溫控模塊DTE10T的相關(guān)設(shè)置使用其標(biāo)配的DTE-CHS軟件。

3.3 電動(dòng)機(jī)與傳感器

電動(dòng)機(jī)自帶光電碼盤，輸出信號(hào)連接到轉(zhuǎn)速測(cè)量模塊。溫度傳感器使用K型針式熱電偶，也可使用Pt100，使用溫控模塊設(shè)置軟件即可設(shè)置。

4 軟件組態(tài)

4.1 觸摸屏組態(tài)

觸摸屏主要完成加熱室溫度、電動(dòng)機(jī)電流/轉(zhuǎn)速、系統(tǒng)運(yùn)行周期和打印機(jī)打印內(nèi)容的設(shè)置和顯示。主畫(huà)面和電動(dòng)機(jī)參數(shù)設(shè)置畫(huà)面如圖2、圖3所示。系統(tǒng)報(bào)警組態(tài)主要有通信狀態(tài)、腔溫/軸溫異常、PLC及功能模塊故障等。各畫(huà)面均有幫助功能，指導(dǎo)用戶操作。

圖3中，電動(dòng)機(jī)動(dòng)作電流根據(jù)空載電流和負(fù)載電流計(jì)算得到，電動(dòng)機(jī)與試驗(yàn)軸承總成斷開(kāi)連接時(shí)測(cè)量空載電流。連接電動(dòng)機(jī)與試驗(yàn)軸承總成，使用軸承加載裝置對(duì)軸承施加一定的軸向壓力，此時(shí)測(cè)量的電流即為負(fù)載電流。動(dòng)作電流的計(jì)算依據(jù)潤(rùn)滑脂樣品的要求。

4.2 PLC組態(tài)

PLC編程調(diào)試使用臺(tái)達(dá)WPLSoft軟件。系統(tǒng)運(yùn)行的主要參數(shù)如加熱腔溫度、動(dòng)作電流、轉(zhuǎn)速、運(yùn)行_停止周期時(shí)間等設(shè)定值保存在PLC掉電保持寄存器區(qū)域，試驗(yàn)機(jī)停機(jī)再運(yùn)行時(shí)，不需要重新設(shè)置所有的運(yùn)行參數(shù)。

主控程序完成參數(shù)設(shè)置和試驗(yàn)機(jī)按照用戶設(shè)定的運(yùn)行、停止周期循環(huán)運(yùn)行。在運(yùn)行周期，電動(dòng)機(jī)按照設(shè)定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，溫控模塊控制加熱腔溫度保持恒定，PLC實(shí)時(shí)測(cè)量電動(dòng)機(jī)工作電流，當(dāng)工作電流超過(guò)動(dòng)作電流時(shí)，系統(tǒng)停止運(yùn)行，顯示和打印累計(jì)的運(yùn)行時(shí)間。在停止周期，功能模塊停止運(yùn)行，PLC監(jiān)視系統(tǒng)時(shí)間，直到停止周期結(jié)束，自動(dòng)進(jìn)入運(yùn)行周期，以此不斷循環(huán)，直到發(fā)生動(dòng)作為止。系統(tǒng)運(yùn)行、停止周期循環(huán)的程序流程圖如圖5所示。

5 結(jié)語(yǔ)

試驗(yàn)機(jī)已制成樣機(jī)，從測(cè)試的結(jié)果來(lái)看，性能可靠，運(yùn)行穩(wěn)定。使用功能模塊完成系統(tǒng)參數(shù)采集與控制，減輕控制器負(fù)荷，便于維護(hù)和功能擴(kuò)展。

[1]臺(tái)達(dá)ES/ES2/EH2/SS/SX系列可編程控制器用戶手冊(cè).

[2]昆侖通態(tài)組態(tài)軟件用戶手冊(cè).