智能模塊化潤滑脂壽命試驗機設計與實現

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

潤滑脂壽命試驗機是石油化工行業廣泛使用的測量儀器。它是把潤滑脂樣品置入專用軸承，由電動機拖動，在特定的溫度、軸向壓力和轉速條件下，按照一定的時間周期循環運行和停止，當電動機扭矩（電流）的達到一定數值時，表示潤滑脂品質變差，根據累計運行時間即可測得潤滑脂的壽命。參考軸承潤滑脂試驗國家標準，本設計以可編程控制器為核心，實現數據采集以及運行控制，觸摸屏為人機交互界面，方便數據設置和系統工作狀態的顯示，微型打印機自動打印測量結果，實現了潤滑脂樣品加入和參數設置之后，系統全自動運行，無需人員值守。

1 試驗機系統結構

試驗機總體結構如圖1所示。潤滑脂樣品加入試驗軸承，與試驗軸承一起放置在軸承總成當中，位于加熱腔內，由軸承加載裝置對軸承施加一定的軸向壓力。直流電動機拖動軸承總成旋轉，模擬潤滑脂的實際工況。控制器實時的監控系統運行，采集加熱腔溫度、軸承溫度、電動機工作電流、轉速等參數，在運行周期內自動控制加熱腔溫度恒定，按照用戶設定的運行-停止周期自動控制系統的運行，試驗結果顯示在觸摸屏，并自動完成打印輸出。

2 電氣控制系統方案

控制系統基于組態靈活、性能可靠的Modbus協議，結構如圖2所示。選用昆侖通態TPC1062KS觸摸屏，連接PLC和熱敏微型打印機。選用臺達DVP16ES200R可編程控制器，集成3個通信口，方便連接編程設備、觸摸屏以及RS485控制模塊。3個通信口均支持Modbus協議，提供Modbus操作功能指令，編程簡單。使用臺達模擬量輸入模塊和直流電流變送器測量直流電動機工作電流，由于直流電機（功率230W，220V，1.4A）為永磁電機，測量電動機工作電流相當于測量扭矩。本系統溫度參數有軸溫和腔溫兩個，其中軸溫用于監視，加熱室內腔溫度需要控制為恒定值，選用K型熱電偶、臺達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現加熱腔溫度恒定。溫控模塊DTE10T具有R485接口，支持Modbus協議，具備智能溫度PID控制功能，與PLC接口簡單，并且簡化控制器編程。選用支持Modbus協議和RS485接口的D/A模塊，模擬量控制可控硅直流電機調速電源實現電動機轉速調整。電動機轉速測量選用支持Modbus協議和RS485接口的一體化智能轉速變送器。

3 硬件組態

3.1 觸摸屏與PLC、打印機

觸摸屏與臺達DVP16ES200R的通信，使用觸摸屏的RS485接口與PLC的COM2接口進行連接。由于臺達COM2通信口采用默認設置:9600,7，E(奇校驗)，1，ASCII,因此，觸摸屏通用串口父設備1（對應觸摸屏RS485口）的設置必須與PLC的COM2口的默認設置一致。觸摸屏通訊口設置使用昆侖通態組態軟件MCGS嵌入版。PLC通訊口設置需要使用指令。

觸摸屏使用集成的RS232接口連接煒煌熱敏打印機，微型打印機掛在觸摸屏串口父設備0下，用戶需要安裝由昆侖通態提供的打印機驅動程序。由于微型打印機通信接口采用默認設置:9600,8,N(無校驗),1，因此，通用串口父設備0（對應觸摸屏的RS232口）的設置必須與打印機串口的通信格式保持一致。

3.2 PLC與功能模塊

臺達ES2可編程控制器擴展4通道A/D轉換器測量來自直流電流變送器4-20mA電動機電流信號（扭矩），測量結果保存在系統指定的數據寄存器，無需專門指令，僅使用MOVE指令即可得到測量結果，有利于簡化編程。

使用RS485通信電纜，PLC使用COM3接口連接溫度控制、D/A、轉速測量模塊，遵守相同的通訊格式，設定為:9600,8，N(無校驗)，1，RTU。各功能模塊的通信格式設置使用標配設置軟件或使用模塊本身的功能。如臺達4通道溫控模塊DTE10T的相關設置使用其標配的DTE-CHS軟件。

3.3 電動機與傳感器

電動機自帶光電碼盤，輸出信號連接到轉速測量模塊。溫度傳感器使用K型針式熱電偶，也可使用Pt100，使用溫控模塊設置軟件即可設置。

4 軟件組態

4.1 觸摸屏組態

觸摸屏主要完成加熱室溫度、電動機電流/轉速、系統運行周期和打印機打印內容的設置和顯示。主畫面和電動機參數設置畫面如圖2、圖3所示。系統報警組態主要有通信狀態、腔溫/軸溫異常、PLC及功能模塊故障等。各畫面均有幫助功能，指導用戶操作。

圖3中，電動機動作電流根據空載電流和負載電流計算得到，電動機與試驗軸承總成斷開連接時測量空載電流。連接電動機與試驗軸承總成，使用軸承加載裝置對軸承施加一定的軸向壓力，此時測量的電流即為負載電流。動作電流的計算依據潤滑脂樣品的要求。

4.2 PLC組態

PLC編程調試使用臺達WPLSoft軟件。系統運行的主要參數如加熱腔溫度、動作電流、轉速、運行_停止周期時間等設定值保存在PLC掉電保持寄存器區域，試驗機停機再運行時，不需要重新設置所有的運行參數。

主控程序完成參數設置和試驗機按照用戶設定的運行、停止周期循環運行。在運行周期，電動機按照設定的轉速旋轉，溫控模塊控制加熱腔溫度保持恒定，PLC實時測量電動機工作電流，當工作電流超過動作電流時，系統停止運行，顯示和打印累計的運行時間。在停止周期，功能模塊停止運行，PLC監視系統時間，直到停止周期結束，自動進入運行周期，以此不斷循環，直到發生動作為止。系統運行、停止周期循環的程序流程圖如圖5所示。

5 結語

試驗機已制成樣機，從測試的結果來看，性能可靠，運行穩定。使用功能模塊完成系統參數采集與控制，減輕控制器負荷，便于維護和功能擴展。

[1]臺達ES/ES2/EH2/SS/SX系列可編程控制器用戶手冊.

[2]昆侖通態組態軟件用戶手冊.