智能模塊化潤(rùn)滑脂壽命試驗(yàn)機(jī)設(shè)計(jì)分析

韓笑

摘要：潤(rùn)滑脂壽命試驗(yàn)機(jī)為實(shí)現(xiàn)智能化運(yùn)行，需要借助編程控制器并將觸摸屏作為系統(tǒng)的人機(jī)交互界面，有效收集、控制各功能模塊的具體參數(shù)。本文將對(duì)潤(rùn)滑脂壽命試驗(yàn)機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)、設(shè)計(jì)方案、軟件設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，以期實(shí)現(xiàn)潤(rùn)滑脂壽命試驗(yàn)機(jī)的智能化運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：潤(rùn)滑脂;試驗(yàn)機(jī);功能模塊

引言：智能模塊化潤(rùn)滑脂壽命試驗(yàn)機(jī)能夠在特定參數(shù)條件下進(jìn)行自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，增強(qiáng)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)效率，提高工作效率，降低人員成本。基于此，探究智能模塊化潤(rùn)滑脂壽命試驗(yàn)機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)有著重要意義。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在機(jī)械制造業(yè)，潤(rùn)滑脂壽命試驗(yàn)機(jī)是最為常見(jiàn)、運(yùn)用最為廣泛的測(cè)量?jī)x器。技術(shù)人員將潤(rùn)滑紙樣品放入壽命試驗(yàn)機(jī)的專用軸承裝，在特定的轉(zhuǎn)速、軸向壓力、溫度條件下，由電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)樣品依照給定的周期、時(shí)間循環(huán)，對(duì)潤(rùn)滑脂樣品進(jìn)行。若電動(dòng)機(jī)的扭矩處于特定數(shù)值時(shí)，表明壽命試驗(yàn)裝置中的潤(rùn)滑脂樣品的品質(zhì)變差;通過(guò)計(jì)算電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行時(shí)間，能夠得到潤(rùn)滑脂樣品的具體壽命數(shù)據(jù)。在設(shè)計(jì)潤(rùn)滑脂壽命試驗(yàn)機(jī)時(shí)，需要結(jié)合國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)收集相應(yīng)數(shù)據(jù)，控制電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行;在設(shè)置人機(jī)交互界面時(shí)，需要采用觸摸屏技術(shù)，提升系統(tǒng)工作狀態(tài)、數(shù)據(jù)設(shè)置的顯示力度。同時(shí)，技術(shù)人員還可以借助微型打印機(jī)將潤(rùn)滑脂試驗(yàn)過(guò)程中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)參數(shù)、測(cè)量結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)打印，確保在加入潤(rùn)滑脂樣品后，潤(rùn)滑脂壽命試驗(yàn)機(jī)能夠在特定參數(shù)條件下進(jìn)行自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，增強(qiáng)機(jī)械效率，提高工作效率，降低人員成本。

潤(rùn)滑脂壽命試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)包括軸溫傳感器、軸承加載裝置、控制器、溫度傳感器、加熱腔、直流電動(dòng)機(jī)、試驗(yàn)軸承總成基座、試驗(yàn)軸承總成、石英加熱管。在具體的設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)潤(rùn)滑紙樣品加入儀器后，會(huì)同試驗(yàn)軸承同時(shí)進(jìn)入試驗(yàn)機(jī)的軸承總成中。在試驗(yàn)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，試驗(yàn)機(jī)的軸承加載裝置會(huì)產(chǎn)生軸向壓力。直流電動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，會(huì)持續(xù)旋轉(zhuǎn)軸承總成，通過(guò)加熱腔、軸承總成、試驗(yàn)軸承的相互作用，模擬實(shí)際工況。試驗(yàn)機(jī)的控制器會(huì)對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，收集電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、電流、軸承溫度、加熱腔溫度的數(shù)據(jù)參數(shù)，保障試驗(yàn)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的加熱腔始終處于恒定的溫度狀態(tài)，根據(jù)用戶的實(shí)際設(shè)定情況，把控試驗(yàn)機(jī)的運(yùn)行狀況。在試驗(yàn)過(guò)程中，將各類數(shù)據(jù)信息、測(cè)量結(jié)果通過(guò)人機(jī)交互界面展現(xiàn)給技術(shù)操作人員并將各數(shù)據(jù)參數(shù)自動(dòng)打印輸出。

2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

壽命試驗(yàn)裝置的直流電機(jī)是永磁性電機(jī)，其扭矩為工作電流;通過(guò)電氣控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)潤(rùn)滑脂壽命試驗(yàn)機(jī)的智能化運(yùn)行，需要完善腔溫、軸溫的測(cè)溫功能。通過(guò)測(cè)定試驗(yàn)裝置的軸溫，對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)視，確保系統(tǒng)加熱腔內(nèi)的溫度始終恒定。技術(shù)人員可使用臺(tái)達(dá)四通道的溫控模塊、熱電偶、電壓脈沖輸出模塊對(duì)試驗(yàn)機(jī)的石英加熱器進(jìn)行控制，進(jìn)而確保溫度恒定。臺(tái)達(dá)四通道溫控模塊具有PID控制功能且支持modbus協(xié)議，能夠直接連接plc，接入簡(jiǎn)化編程系統(tǒng)。與此同時(shí)，技術(shù)人員還可以借助DA模塊，控制試驗(yàn)機(jī)直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)調(diào)整電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的智能需求。在選用電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置時(shí)，技術(shù)人員應(yīng)優(yōu)先考慮支持RS458接口與modbus協(xié)議的智能變送轉(zhuǎn)速器。

3 硬件設(shè)計(jì)

3.1觸摸屏

在設(shè)計(jì)智能模塊化潤(rùn)滑脂壽命試驗(yàn)機(jī)時(shí)，將plc、com2接口與觸摸屏RS485接口連接，由于com2通信接口使用默認(rèn)設(shè)置模式;因此，系統(tǒng)的觸摸屏設(shè)置需要與其默認(rèn)設(shè)置保持一致。同時(shí)，使用昆侖通態(tài)MCGS嵌入板設(shè)置觸摸屏的通訊接口，確保相應(yīng)的指令能夠完成plc通訊口設(shè)置。

潤(rùn)滑脂壽命試驗(yàn)裝置的觸摸屏與打印機(jī)通過(guò)集成RS232接口相連，微型打印機(jī)通過(guò)串口設(shè)備連接在觸摸屏下方;用戶在使用試驗(yàn)裝置時(shí)，需要借助昆侖通態(tài)組態(tài)驅(qū)動(dòng)程序驅(qū)動(dòng)打印機(jī)。此外，由于微型打印機(jī)需要使用默認(rèn)設(shè)置處理通信接口，在設(shè)置通用串口設(shè)備時(shí)，仍需確保其與打印機(jī)串口保持一致。

3.2PLC

控制系統(tǒng)的編程控制器借助四通道擴(kuò)展轉(zhuǎn)換器，對(duì)從直流電流輸送變送器傳出的試驗(yàn)機(jī)電動(dòng)機(jī)的工作電流進(jìn)行測(cè)量，并將具體的測(cè)量結(jié)果存儲(chǔ)于系統(tǒng)數(shù)據(jù)寄存器當(dāng)中。臺(tái)達(dá)四通道溫控模塊具有PID控制功能且支持modbus協(xié)議，能夠直接連接plc，接入簡(jiǎn)化編程系統(tǒng);技術(shù)人員還可以借助DA模塊，控制試驗(yàn)機(jī)直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度。操作人員在操作儀器測(cè)量設(shè)備時(shí)，不需要依靠專門(mén)的指令，只需借助move指令便可獲取測(cè)量結(jié)果，這也進(jìn)一步使得電氣控制系統(tǒng)的編程方案簡(jiǎn)化。

試驗(yàn)裝置的智能模塊借助RS485通信電纜、com3接口與plc相連，控制設(shè)備溫度;在相同的通訊格式下，對(duì)模塊轉(zhuǎn)速進(jìn)行測(cè)量;依照具體的校驗(yàn)參數(shù)設(shè)置試驗(yàn)裝置各功能模塊具體的通信格式時(shí)，需要借助模塊功能以及標(biāo)配軟件功能。比如，使用標(biāo)配軟件CTS-DHS設(shè)置四通道溫控模塊[1]。

3.3電動(dòng)機(jī)

潤(rùn)滑脂壽命試驗(yàn)裝置的電動(dòng)機(jī)配備了光電碼盤(pán)，能夠與轉(zhuǎn)速測(cè)量模塊直接相連并輸出工作信號(hào)。試驗(yàn)裝置的溫度傳感器借助k型熱電偶、pt100實(shí)現(xiàn)溫度傳感功能，操作人員也可以借助溫控模塊對(duì)軟件系統(tǒng)進(jìn)行。設(shè)置。

4軟件設(shè)計(jì)

4.1觸摸屏組態(tài)

系統(tǒng)設(shè)備的觸摸屏主要負(fù)責(zé)顯示系統(tǒng)運(yùn)行周期、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、工作電流、加熱腔溫度、打印機(jī)內(nèi)容。觸摸屏的主畫(huà)面主要顯示重點(diǎn)數(shù)據(jù)信息。功能模塊故障、plc故障、軸溫異常、腔溫異常、通信狀態(tài)會(huì)通過(guò)觸摸屏系統(tǒng)的報(bào)警組態(tài)反映給技術(shù)人員。當(dāng)潤(rùn)滑紙樣品加入儀器后，會(huì)同試驗(yàn)軸承同時(shí)進(jìn)入試驗(yàn)機(jī)的軸承總成中。在試驗(yàn)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，試驗(yàn)機(jī)的軸承加載裝置會(huì)產(chǎn)生軸向壓力。直流電動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，通過(guò)加熱腔、軸承總成、試驗(yàn)軸承的相互作用，模擬實(shí)際工況。觸摸屏?xí)?duì)上述過(guò)程的參數(shù)進(jìn)行顯示，其各顯示畫(huà)面均有明確的幫助提示，指導(dǎo)用戶正常進(jìn)行操作。觸摸屏能夠結(jié)合潤(rùn)滑脂壽命試驗(yàn)裝置的負(fù)載電流空載電流狀態(tài)計(jì)算得到電動(dòng)機(jī)的工作電流。在對(duì)空載電流進(jìn)行測(cè)量時(shí)，需要斷開(kāi)試驗(yàn)軸承總成與電動(dòng)機(jī)的連接裝置;將試驗(yàn)軸承總成與電動(dòng)機(jī)進(jìn)行連接時(shí)，需要通過(guò)系統(tǒng)的軸承加載裝置向潤(rùn)滑脂壽命試驗(yàn)裝置的軸承施加軸向壓力，技術(shù)人員可以在此時(shí)測(cè)量系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)電流得到負(fù)載電流。在計(jì)算電動(dòng)機(jī)工作電流時(shí)，技術(shù)還需注意結(jié)合潤(rùn)滑脂樣品的實(shí)際要求[2]。

4.2PLC組態(tài)

智能化控制系統(tǒng)中的plc編程需要借助泰達(dá)軟件wplsoft進(jìn)行調(diào)試;plc寄存器能夠有效存儲(chǔ)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)下的各類重要參數(shù)，包括運(yùn)行停止時(shí)間、周期、轉(zhuǎn)速、工作電流、加熱器溫度等。若潤(rùn)滑脂壽命試驗(yàn)裝置在停機(jī)后再次進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)，不需要通過(guò)plc編程調(diào)試系統(tǒng)重新對(duì)各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。

操作人員可以借助主控程序設(shè)置各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)，并根據(jù)用戶的具體設(shè)定值，調(diào)節(jié)壽命試驗(yàn)裝置的運(yùn)行停、止參數(shù)。試驗(yàn)機(jī)的工作原理為：技術(shù)人員將潤(rùn)滑紙樣品放入壽命試驗(yàn)機(jī)的專用軸承裝，在特定的轉(zhuǎn)速、軸向壓力、溫度條件下，由電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)樣品依照給定的周期、時(shí)間循環(huán)，對(duì)潤(rùn)滑脂樣品進(jìn)行。若電動(dòng)機(jī)的扭矩處于特定數(shù)值時(shí)，表明壽命試驗(yàn)裝置中的潤(rùn)滑脂樣品的品質(zhì)變差;通過(guò)計(jì)算電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行時(shí)間，能夠得到潤(rùn)滑脂樣品的具體壽命數(shù)據(jù)。基于此，在具體的系統(tǒng)運(yùn)行周期內(nèi)，試驗(yàn)裝置的電動(dòng)機(jī)會(huì)根據(jù)操作人員給定的轉(zhuǎn)速進(jìn)行實(shí)時(shí)旋轉(zhuǎn)，并確保加熱腔溫度在溫控模塊的控制下始終保持恒定。技術(shù)人員在借助plc對(duì)電動(dòng)機(jī)工作電流進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量時(shí)，若動(dòng)作電流小于工作電流，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)停運(yùn)，并借助觸摸屏向外界顯示運(yùn)行時(shí)間;一旦系統(tǒng)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，各項(xiàng)功能模塊也相繼停運(yùn);此時(shí)，技術(shù)人員需要借助plc對(duì)各系統(tǒng)的時(shí)間數(shù)值進(jìn)行監(jiān)控，直到各功能模塊兒再次投入正常運(yùn)轉(zhuǎn)。上述工序不斷循環(huán)往復(fù)，直到出現(xiàn)動(dòng)作為止，其具體流程為：系統(tǒng)啟動(dòng)，yes，讀取電流溫度參數(shù)，no，等待觸摸屏命令;工作電流是否大于動(dòng)作電流，yes，停止運(yùn)行、輸出結(jié)果，no，運(yùn)行周期結(jié)束、重新讀取溫度電流參數(shù);運(yùn)行周期是否結(jié)束，yes，暫停系統(tǒng)運(yùn)行;停止周期是否結(jié)束，yes，重新讀取溫度電流參數(shù)，no，再次暫停系統(tǒng)運(yùn)行;如此即為運(yùn)行停止的循環(huán)流程。

結(jié)論：綜上所述，經(jīng)過(guò)上述步驟得到的智能模塊化潤(rùn)滑脂壽命試驗(yàn)樣機(jī)具有較高的可靠性，能夠安全穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。該系統(tǒng)能夠借助各類功能模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)各項(xiàng)系統(tǒng)參數(shù)的有效控制、收集，在一定程度上減輕系統(tǒng)控制器的運(yùn)轉(zhuǎn)負(fù)荷，有利于后續(xù)的維護(hù)工作，便于技術(shù)人員擴(kuò)展系統(tǒng)功能。

參考文獻(xiàn)：

[1]高宇航.風(fēng)力發(fā)電機(jī)變槳距軸承潤(rùn)滑脂的研制[J].合成潤(rùn)滑材料，2020，47（1）：1-5.

[2]陳俊杰，秋雨豪.空氣處理機(jī)組中風(fēng)機(jī)軸承潤(rùn)滑脂壽命估算[J].制冷與空調(diào)，2017，17（1）：31-34.