油气润滑系统供油单元的控制.pdf

检测与控制 2 0 1 3 第4 期 第2 6 卷， 总 第1 2 6 期 机械 研究 与应用 油气润滑 系统供油单元的控 制 刘雨 辰 ， 孙 启 国 ， 吕洪波 北方X - 业大学 机 电X - 程学院 ， 北京1 0 0 1 4 4 摘要 油气润滑是一种应用气液两相流进行润滑的新兴润滑技术， 具有节能、 环保、 耗油量少、 运行成本低、 维护简便 易行等优点 供油单元是油气润滑系统的重要组成部分， 对润滑效果有很大影响 设计了供油单元的控制电路和控 制程序并采用 M u h i s i ml 0对温度信 号采 集电路进行 了模拟仿真 ， 实现 了供 油单元 自动检测温度 、 液位 ， 并 能够加热、 自 动补油和报警等功能 ， 降低 了供 油单元的制造成本与运行功耗 ， 提 高了系统集成度。 关键词 油气润滑； 供油单元 ； 单 片机控制 中图分类号 T l { 1 2 文献标 志码 A 文章编号 1 0 0 7 4 4 1 4 2 0 1 3 0 4 0 1 7 0 0 3 Co n t r ol o f t h e Oi l S upp l y Uni t o f Oi l -Ai r Lub r i c a t i o n S y s t e m L I U Y u c h e n ， S U N Q i - g u o ， L V H o n g - b o C o l l e g e E l e c t r o m e c h a n i c a l e n g i n e e r i n g， N o r t h C h i n a U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ， B e ij i n g 1 0 0 1 4 4 ， C h i n a Abs t r ac tOi l a i r l u br i c a t i o n i s a k i nd o f e me r g i n g l u b r i c a t i o n t e c hn o l o g y wi t h a dv a n t a g e s，s u c h a s e n e r g y c o ns e r v a t i o n，e nv i r o n me nt a l p r o t e ‘ t i on a n d l o we r o i l c o n s u mpt i on a n d o pe r a t i o n c o s t ．Oi l s u pp l y u ni t h a s a g r e a t e f f e c t o n t he pr o pe y o f t he o i l -a i r l ub r i c a t i o n a n d b e c o me s a n i mpo r t a n t c o mpo s i t i o n o f t h e o i l -a i r l ub r i c a t i o n s y s t e m．The c i r c ui t a n d p r o g r a m a r e d e s i g n e d t o c o n t r o l t h e o i l s u p p l y u n i t a n d t h e c o n t r o l c i r c u i t a n d p a r a me t e r s o f t h e c o mp o n e n t a r e v e r i f i e d b y t h e s i mu l a t i o n u s i n g Mu l t i s i ml 0 i n t h i s t he s i s ．Au t o ma t i c mo ni t o r i n g o f t he t e mp e r a t ur e a nd l i q u i d l e v e l a n d t h e f a ul t a l a r m a r e r e a l i z e d i n t h i s un i t wi t h a l o we r c o s t a nd t h e e n e r g y c o n s ump t i o n，a n d a h i g he r i n t e g r a t i o n ． Ke y wo r d s o i l a i r l u b r i c a t i o n s y s t e m；o i l s u p p l y u n i t ；MCU c o n t r o l s y s t e m 1 引 言 油气润滑是一 一 种应用气液两相流进行润滑的新 兴润滑技术 ， 具有 节能 、 环保 、 耗油量少 、 运行成本低 、 维护简便易行等优点 。供油单元是油气润滑系统 的重要组成部分 ， 对润滑效果有很大影响。传统的供 油单元结构简单 ， 采用 由分立器件构成的电路进行控 制 ， 技术落后 、 能耗高。笔者对油气润滑系统及其供 油单元的工作原理进行了分析 ， 根据油气润滑系统的 工作特点 ， 设计 了以单片机作为控制器的油气润滑系 统供油单元的控制电路与控制程序。 2 油气润滑 系统供油单元概 述 笔者设计油气润滑系统供油单元采用双油箱结 构。下层油箱为主油箱 ， 容积较小 ， 加热润滑油并 向 油气润滑系统供油。上层油箱为副油箱 ， 容积较大 ， 主要作用为大量储存润滑油。上下油箱之间有 电磁 阀和管路相连接 ， 当主油箱 内液位低于设定值时 ， 电 磁阀打开， 副油箱给主油箱补充润滑油 ， 补充完毕之 后电磁阀关闭， 主油箱开始加热润滑油并准备向设备 供油。供油单元的原理 图如图 1 所示 。 3 油气 润滑系统控 制电路 的设计 笔者设计 的供油单元的硬件主要 由、 加热器 、 电 磁阀、 报警器 、 S T M 3 2 F 1 0 3 Z E T 6单片机温度传感器和 液位传感器等组成， 其原理如图 2所示。 1 ． 液他传惑 2 ． i llj 热器 3 ． 溺艘汁 l摊 污 5啦油过滤嚣 6 ． 油泉 7 ． I ji{ { 过滤器 图 1 供油 单元原理 P T 1 0 0温度传感器安装于主油箱顶部 ， 导热的金 属杆深入到油箱的中心部位检测温度 。投入 式液位 计置 于油箱 底部 ， 其信 号线 通过 顶部 的孔 伸 出与 单 片机相连接 。传感器 的模拟信 号经信号 调理 电 路 和放大 电路 处理 ， 再 通过单 片机 自身 的 A ／ D转 换器转 换成 数 字信 号输 入 S T M3 2 F 1 0 3 Z E T 6单 片 机 ， 单 片机通过驱动 电路控 制加热器 、 电磁 阀和报 警灯的启停 。 收稿 日期 2 0 1 3 0 6 0 6 基金项 目 北京 『 }丁 属高等学校 人才强教计划资助项 目 P HR 2 0 1 1 0 7 1 0 9 作者简介 刘雨辰 1 9 8 8 一 ， 男， 北京人 ， 硕士研究生 ， 研究方向 油气润滑系统的设计 与研究 1 7O 机械研究与应 用 2 0 1 3 年 第4 期 第2 6 卷， 总 第1 2 6 期 检测与控制 P 1 1 o 0 温 度 传 藤器l _ _ l 加热 器 S T M 3 2 F 1 0 3 Z E T 6 l 电 磁阀 投 入 式 液 位 计 L 一 一 j 报 警器 图2 油气润滑系统供油单元原理图 在 0℃时， 铂热电阻 P r I 、 1 O 0的阻值为 1 0 0 12。在 0～1 0 0 区间内， P T 1 0 0热敏电阻的阻值 ∞ 与温 度呈线性关系 R l 0 o t 1 0 0Y tA t Y 1 式中 R v r 。 。 t 为 t q C时 R ∞的阻值 ， Q； t为温 度 ， ℃ ； 为常数 ， 其值为 3 ． 9 0 8 1 0 ～。供油单元的温 度传感器所测的温度范围设 为 0～1 0 0 r℃， 因此采用 P T 1 0 0温度传感器便 于数据的采集 与处理 。 温度信号采集电路如图 3所示 ， 由 R 、 R 、 R ， 与 R ∞ 构成直流电桥 ， 使用 3个 L M3 2 4构成放大电路 ， 将电桥的输出电压进行放大。直流 电桥 的电桥 电压 为 1 2 V， 其输出的电压 与 ，o 。 的关系为 。 【 _ 一 2 V 2 供油单元温度传感器信号采集电路的电压放大 倍数 的选取 ， 主要 遵循两个原 则。首先 ， 当温度从 0 c c 上升 1 o C时， 电压的改变量最小 ， 必须保证此改变 量能被 S T M3 2 F 1 0 3 Z E T 6数模转换器识别 。其次 ， 应 尽量保证在 1 0 0 时， 电路输出电压等于单片机的数 模转换器的最大输入电压 ， 以提高转换的精确度。 将 R 1 0 0 12、 R 1 0 0 0 n带人式 2 得 一1 0 一 1 0 0 0 1 1 21 1 1 1 0 0 A R } V 3 r n l 一一 ～0 、 V ，、 J ， ” 、 、 由式 1 ， 当 A t1 o C时， △ R 0 ． 3 9 0 8 12， 将 △R带入式 3 ， 得 V 0 ． 0 0 3 8 V。S T M3 2 F 1 0 3 Z E T 6 数模转换器的分辨率为 1 2位 ， A ／ D转换器的量程为 0～ 3 ． 3 V。A ／ D计算 出转换器能够识别的最小 电压 的变动量为 0 ． 0 0 0 8 V 。当温度上升 1 o C时 ， A ／ D转 换器能够识别 。 当所测油温为 1 0 0 时， △R 即为 3 9 Q， 计算 出 0 ． 3 7 3 5 V。S T M 3 2 F 1 0 3 Z E T 6数模转换器引脚 的输入 电压的最大值 为 3 V， 计算 出放 大倍 数为 8 ． 0 3 2倍 ， 取 8倍。 采用 L M 3 2 4运算放大器对 进行放大， 放大后 的模 拟 信 号输 入 S T M3 2 F 1 0 3 Z E T 6的 P C 4 ／ A D C 1 2 一 I N1 4引脚 ， 由数模转换器转换为模拟量。 为了模拟 实 际中 电路工作 的情 况 ， 使用 Mu l t i s i ml 0对温度采集电路进行模拟仿真。分别将 R 。 。 的阻值设置为 1 0 0 Q、 1 0 0 ． 3 Q、 1 1 0 Q、 1 1 9 ． 5 Q、 1 2 9 ． 3 Q和 1 3 9 Q， 以模拟 P T 1 0 0温敏 电阻随温度的变化 情况 ， 使用 O s c i l l o s c o p e元 件 X S C 1显 示 电路 的输 出 结果 ， 如表 3所示。 图 3 温度信号采集 电路 表 3电压输 出结果 结果表明， 随着 尺 。 。 阻值的上升， 直流电桥的输 出电压增大 ， 集成 运放 L M3 2 4的输 出电压 也增 大。 当 R 为 1 0 0 Q 时， 由于电桥桥臂 的电阻相等， 电桥 的输出电压为 0 V， 放大电路的输 出电压也为 0 V； 当 温度从 0℃上升 1℃时 ， 放大电路的输出电压上升约 0 ． 0 2 9 V， 大于 S T M 3 2 F 1 0 3 Z E T 6能够识别 的最小电压 变动量 ； 当温度接近 1 0 0℃时 ， 电路的输 出电压接近 3 V 。放大电路的输出电压与 尺 。。 。 阻值的阻值关系 与式 3 基本相符 ， 且当 尺 ， ∞阻值保持不变时 ， 放大 电路的电压较为稳定 ， 证明了温度信号采集电路的设 计的合理性。 所选用的投入式液位计为不锈钢全密封封装 ， 测 量范围 0～1 IT I ， 能够在 0～ 8 5℃的区间内正常工作 ， 具有安装方便 、 耐腐蚀 、 测量精度高 、 不易损坏 、 稳定 性好等优点 。其 电气连接 电缆 为防腐导气 电缆 ， 输 出电压为 0～5 V， 超出了 S T M3 2 F 1 0 3 Z E T 6单片机 A D C引脚的输入电压范 围， 因此须将投入式液位计 输 出的 电压 经 两 个 1 M 12 电 阻 分 压 后 ， 再 接 人 S T M3 2 F 1 0 3 Z E T 6单 片机的 P C 5 ／ A D C I 2 一 I N 1 5引脚 ， 由单片机的A ／ D转换器转换为数字信号。投入式液 位计的输出电压与液位之间的关系为 1 0 o 0 4 式 中 为液位高度 ， IT I ； V o 为投入式液位计 的输 出 电压 ， V。 1 71 检测与控制 2 0 1 3 年 第4 期 第2 6 卷， 总 第1 2 6 期 机械研究与应用 制程序和触摸屏界面显示程序 。触 摸屏 选用 WQ T T 8 0 4 8 0 7 0型触摸屏。P L C控制程序由系统初始化 子程序 、 实时参数显示子程序 、 触摸屏通信程序 ， 异常 中断程序 ， 工作模式转换等组成。 图 2 系统控制回路 初始化程序的作用在于设置触摸屏的显示方式 ， 设置通信参数 ， 系统复位 ， 为后面的程序做准备 。实 时显示子程序作用在于显示切割速度 、 进给速度及下 料长度等。通信程序作用在于实现触摸屏与 P L C的 通信。中断程序作用在于检测下料长度， 对 P L C的 输入输出进行数据处理， 与预先设定数据 比较 。工作 模式转换作用在于实现手 动和 自动的灵活转换 。控 制系统软件结构如图 3所示 。 r _ _ 1 初 菇 化 予 至 再 1 l L。 。 。。。 。 。。 ‘ 。 。。 。。 ‘ 。。 。。 。 。。 。。 。一 H童 墼 垦至 王 堡壁 l I H 墨 堂 堑 堡 壁 l } L_ - { 二 亟巫困 图 3 控制系统软件结构图 3 液压系统设计 液压系统主要 由升降油缸 、 钳 口夹紧油缸 、 送料 ⋯l ⋯ - 。 。 I h l I 。 ‘ ． I 。 l -。 ’ | 1 “ I _ I I 。 I I l -一 ’ 。 l l t ⋯h “ 0 I ⋯。 _ l -⋯I I I ‘ 。 h 。 ” h I ⋯I I ‘ 。 ” n i l ⋯ ” 一 I h 1 ． ” ⋯ ’ ‘ 上接第1 7 2页 配置程序 、 S T M3 2 F 1 0 3 Z E T 6 A ／ D转换程序 、 温度 和液 位的控制程序等。实现了供油单元自动检测温度、 液 位 ， 并能够加热、 自动补油和报警等功能， 降低了供油 单元 的制造成本与运行功耗 ， 提高了系统集成度 。 2 采用 Mu l t i s i ml 0对温度信号采集 电路进行 了模拟仿真， 验证了控制电路设计与元器件参数的正 确性 1 7 4 夹紧油缸和送料油缸组成。升降油缸 主要是实现锯 架 的快速上升和工作进给动作 ， 在无杆腔接人的锯床 专用调速阀实现锯床进给速度 的 自适应调整。钳 口 夹紧油缸主要是实现在锯切过程 中工件的夹紧动作。 送料夹紧油缸主要是配合送料油缸 ， 实现松开与夹紧 动作。送料油缸主要是配合光栅尺 ， 实现送料长度 的 精确定位 ； 完成送料夹 紧油缸 的前进、 后退动 作_ 3 J 。 其原理如图4所示 。 升降油 缶 I 钳 口夹 紧油缶 工 送料夹紧油靛 送料浊缸 图4 液压系统 4结语 以P L C作为带锯床控制系统的核心部件， 结合 触摸屏的应用， 使系统工作可靠、 噪音小、 操作方便， 满足了带锯床控制系统的要求。实践证明 ， 该控制系 统的设计是可行的。 参考文献 [ 1 ] 梁应选 全自动金属带锯床液压系统的设计[ J ] ． 液压与气动 2 0 0 8 5 5 9 6 0 ． [ 2 ] 张伟林 ， 牛小方 ， 刘 慧． 电气控 制与 P L C综合应 用技术 [ M] 北京 人民邮电出版社 ， 2 0 0 9 ． [ 3 ] 路甬祥． 液压气动技术手册[ M] ． 北京 机械工业出版社 ， 2 0 0 2 ． 参考文献 [ 1 ] 从恒斌 ， 吴建荣． 油气润滑系统在 热轧平整机 中的应用 [ J ] ． 液 压与气动 ， 2 0 0 5 1 2 3 2 3 5 ． [ 2 ] G e r t N ． H e l l e s ． P T I O 0 铂电阻温度变送器[ J ] ． 世界电子元器件 ， 2 0 0 3 8 6 4 6 5 ． [ 3 ] 张利平． 液压站设计与使用[ M] ． 北京 海洋出版社， 2 0 0 4 ．