智能集中润滑系统的研究与开发.pdf

第 5期 2 0 1 0年 5 月 工矿 自 动化 I nd us t r y a nd M i n e Au t oma t i o n NO ． 5 M a y 2 01 0 文章编号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 1 0 0 5 0 0 0 8 ～0 5 智能集中润滑系统的研究与开发 王 莉 ， 苏 波 河南理工大学电气工程与自动化学院 ， 河南 焦作4 5 4 0 0 0 摘 要 针对传 统的 单线式 、 双线式润 滑 系统 因设计 不合 理 而容 易导致 润 滑故 障的 问题 ， 提 出了一种 智 能 集中润滑系统的设计方案， 介绍 了系统的总体结构， 研究了油压、 流量和温度参数的检测方法， 并提 出了可靠 的数字化检测方案， 详细讨论了供油终端的设计。该智能集 中润滑系统采用分布式结构， 具有远程控制功 能 ， 可 实现 逐点供 油和逐 点检 测 ， 已成功 应用 于工业现场 ， 可 以实现精 确的定 时定量 润滑 。 关键 词 润 滑 系统 ；智能控 制 ； 供 油终 端 ；油压检测 ；流量检测 ；温度 检测 ； 远程控 制 中图分类号 T P 2 1 6 文献标识码 B Re s e a r c h o f I nt e l l i g e nt Ce n t r a l i z e d Lu br i c a t i o n Sy s t e m a n d I t s De v e l o p me nt W ANG Li ． SU Bo Sc ho o l o f El e c t r i c a l En g i ne e r i n g a n d Aut o mat i o n o f He n a n Po l yt e c hn i c Uni v e r s i t y J i a o z u o 4 5 4 0 0 0，Ch i n a Ab s t r a c t I n v i e w o f t h e p r ob l e ms t h a t l u br i c a t i ng f a i l u r e f r e qu e n t l y t o ok p l a c e i n t r a d i t i o n a l s i n gl e s t r a nd a n d d o ub l e s t r a nd l u b r i c a t i o n s y s t e m be c a us e o f t h e i r un r e a s o na bl e d e s i g n， a d e s i g n s c h e me o f i n t e l l i g e n t c e n t r a l i z e d l u b r i c a t i o n s y s t e m wa s p u t f o r wa r d． Ge n e r a l s t r u c t u r e o f t h e s y s t e m wa s i n t r o d u c e d ， d e t e c t i on m e t h od s o f o i l pr e s s u r e， f l ow a n d t e mpe r a t ur e p a r a me t e r we r e s t u di e d， a n d r e l i a bl e d i g i t a l de t e c t i o n me t ho d s we r e p r o po s e d． De s i gn of t h e l ub r i c a t i n g t e r mi na l wa s di s c us s e d i n d e t a i l s． The i nt e l l i g e n t c e n t r a l i z e d l u br i c a t i o n s y s t e m a d o p t s di s t r i b ut e d s t r u c t ur e ，h a s r e mo t e c o n t r o l f u nc t i o n，a nd c a n a c hi e v e p o i n t b y p o i nt l ub r i c a t i on a nd d e t e c t i o n．Th e s ys t e m ha s b e e n s u c c e s s f ul l y a pp l i e d i n i nd us t r i a l f i e l ds a nd c a n r e a l i z e a c c u r a t e t i mi n g a n d q ua nt i t a t i v e l u br i c a t i o n． Ke y wo r d s l u b r i c a t i o n s y s t e m，i n t e l l i g e n t c o n t r o l ，l u b r i c a t i n g t e r mi n a l ，o i l p r e s s u r e d e t e c t i o n，f l o w de t e c t i on，t e mpe r a t u r e de t e c t i on，r e m o t e c o n t r ol 收稿 日期 2 0 1 0 0 1 0 5 基金资助 河南理工大学青年基金项 目 Q 2 o o 8 3 4 作者 简 介 王 莉 1 9 7 5一 ， 女 ， 河 南 焦 作 人 ， 讲 师， 硕 士 ， 2 0 0 3年毕业于河南理工大学控制理论与控制工程专业 ， 现主要从事 工业过程计算机控制方面的研究工作 ， 已发表文章多篇 ， 其 中 I S TP 收录 3 篇 。E ma i l wa n g l i h p u ． e d u ． c n 0引言 摩擦消耗人类一次能源的 1 ／ 3 ， 约有 7 O 的机 械设备损坏是 由于各种形 式的磨损 引起 的， 中 国 每年因机械磨损所损耗 的材料价值高达几百亿元。 需要 的参数 ， 系统就 会 通 过浏 览器 为 用 户输 出准确 的计算结果和合适的设备型号， 给工程设计人员提 供了便捷的计算方法和丰富的设备数据参考， 有效 地提高了工程设计计算的效率。 参考文献 E l i 李定明． 浅谈煤 矿井 下供电 的计算 机辅助设 计软件 需 要处理 的问题E J ] ． 煤炭工程 ， 2 0 0 3 2 7 - 8 ． [ 2 ] 冯锋 ， 丁志义 ， 马希荣． 基 于 AS P技术 的 WE B页面 设计 E J ] ． 宁夏 大 学学 报 自然 科 学版 ， 2 0 0 0 ， 2 l 4 33 2 33 3． [ 3 ] 李文才 ， 田 中雨 ， 刘 跃 军． AS P动 态 网站 开发 [ M] ． 北京 清华大学出版社 ， 2 0 0 8 ． [ 4 3 顾永辉 ， 范廷 瓒． 煤 矿电 工手册 [ M] ． 北 京 煤炭 工业 出版社 ， 1 9 9 7 ． [ 5 ] 李虎伟． 矿 山供 电技术 I- M] ． 徐 州 中国矿业大 学出版 社 ， 2 0 0 7 ． 2 0 1 0年第 5 期 王 莉等 智能集中润滑 系统的研 究与开发 9 ‘ 润滑具有降低摩擦 系数 、 降低温度和防止腐蚀等作 用 。在 冶 金行 业 中 ， 为 了保 证 高 炉 、 烧 结 机 、 轧 钢 机 等大 型机械设 备 的正 常 运 行 和延 长 使 用 寿命 ， 均 要 配置专门的润滑系统。中国已成为仅次于美国的世 界第二润滑油消费大国。但是 ， 实际投入使用的润 滑系统 由于润滑设计不合理、 润滑管理不善导致 润 滑故 障频 发 、 润滑材 料 消耗量 大 、 环 境污 染严 重等 问 题 ， 与“ 合 理润 滑” 的要 求 差距 太 大 。润 滑 方 式经 历 了从 单独 分散 润滑 到集 中润滑 的发 展过 程 。单 独分 散 润滑也 称为 手动 润 滑 ， 即 由人 工 定 期 向润 滑点 添 加润滑油或润滑脂 ， 具有一定的灵活性， 但是效率太 低 。在润 滑点较 多 、 环 境 温 度 高或 者 工 人 不 易接 近 润滑 点 的情 况 下 ， 手 动润 滑存在 较大 的 困难 ， 则必 须 采用 集 中润 滑 。集 中 润 滑 方 式 包 括 单 线 式 和 双 线 式。在单线式润滑中， 配置 了一根供油主管道 ， 油泵 送来的润滑剂依次推动分配器活塞 移动 ， 同时依次 向各润滑点供油。润滑系统 中如有一处受堵， 分配 器活塞将不能动作， 整个润滑系统就会全线停止工 作， 需要排除故障后才能恢复正常工作。在双线式 润滑中， 配置 了 2根供油主管道 ， 依次轮流工作。油 泵 送来 的润 滑剂 可 以直 接 进 入各 分 配 器 ， 推 动 活 塞 后 向润滑点供油 ， 阻力小 的润 滑点首先得到供油 。 当一处或多处润滑点受堵后， 润滑系统仍能继续工 作 ， 但受堵润滑点不易被发现， 容易造成缺油E 1 2 ] 。 在传统的集中润滑系统 中， 还不能满足随时随地为 任 何润滑 点精 确 定 时或 定量 润滑 的要求 。为 了解 决以上问题 ， 笔者提 出了一种智能集 中润滑系统 的 设计方案 ， 综合应用计算机控制技术、 通信技术和现 代检测技术实现集中润滑系统的智能化 ， 达到按需 供油 、 相互独立 、 集中监控 、 易于扩展的要求 。 1系统 总体结构 通 过 对 现有 集 中润 滑 系 统存 在 问题 的分 析 ， 确 定 了智能集中润滑系统 的总体设计 目标 ， 主要包括 以下几个方面 1 系统采用分布式控制结构 ， 各润 滑点独立工作 ， 润滑点数量 不受 限制且易于扩展 ； 2 系统具有远程控制功能， 通信线路布线方便， 传 输 距离远 ； 3 可 通 过 上位 机 设 置 各 润 滑 点 的 润 滑 周期、 润滑时长、 润滑油量 、 温度报警上下限等参数 ； 4 上 位机 可 实 时动 态 监 测 各 润 滑点 的工 作 状 况 ， 具有报警 、 记录、 查询等功能， 还可将故障信息通过 短消息模块报告给相关人员 ； 5 可在现场通过人 机接口设定润滑点编号和工作参数 ， 具有手动控制 功能， 便于调试和维护。 根据系统总体设计 目标设计的智能集中润滑系 统的总体结构如图 1 所示 ， 系统由远程监控主机、 主 控制 柜、 供 油终端 、 自动加油 系统、 高压 润滑泵等 组成 。 故 故 齿轮润滑 轮带润滑 轴 承润滑 图 1 智能集 中润滑系统 的总体结构 远程监控主机与 主控制柜之 间可通过光纤 、 网 线 、 电话线 、 无线电波等方式连接。远程监控主机上 运行组态控制软件 ， 具有参数设置、 实时监控 、 动态 显示 、 故 障处理 、 记 录查 询等 功能 。图 2为开发 的某 钢厂 高炉 智能集 中润 滑 系 统 的监 控 主 机 画 面 ， 菜单 操作方便 ， 可以实时动态显示润滑系统的工作情况。 另外 ， 远程监控主机扩展有短消息模块， 可将系统故 障以短消息的方式发送给工作人员 ， 也可以响应 以 短消息方式发送来 的故障查询指令。 图 2 栗 钢 J 高 炉 智 能 集 中润 滑 系 统 的监 控 主 机 圆 面 主控制柜采用西门子 P L C作为控制器 ， 全面协 调系统各部分的动作 。主控制柜与供油终端之间通 过 R S 4 8 5 总线构成分 布式网络。主控制柜根据远 程监控 主机 的计 划对 各个 润滑 点进行 定 时或定 量润 滑， 同时采集各个点 的工作状态上传至远程监控主 机。主控制柜还配有触摸屏 ， 具有 中文文本显示和 调 节功 能 ， 触 摸屏 主菜 单 画面如 图 3 所 示 ， 可 以实 现 1 O 工矿 自动化 2 0 1 0年 5月 参数设置、 状态查询 按点或按区间 。 图 3 主控制柜触摸屏主菜单圆面 供 油终端 负责 4 ～ 1 0个继 电器 的开 关控 制 ， 继 电器与供油电磁阀或油泵相连。供油终端接收并执 行主控制柜发出的控制与数据采集命令 ， 同时负责 采集现场的温度、 流量 、 压力等信息。供油终端设置 有数码显示屏和键盘接 口， 用于设定供油终端的箱 号和润滑点编号， 可现场显示各个润滑点的工作状 况 ， 还可在检修状态下对各个电磁阀进行手动控制。 自动加 油系统 与油脂加 油车相 连 ， 储量 大 、 压力 高 ， 可以为分布在不同车间的高压润滑泵远程补给 润滑油或油脂 。2台电动高压润滑泵 其 中一台备 用 受主控制柜 的控制， 油压信号要 反馈 至主控制 柜 ， 只有当油压正常时才能开始润滑。润滑剂通过 供油终端内的供油 电磁阀后到达各个润滑点， 为齿 轮 、 轮带、 轴承等机械部件润滑。集 中润滑系统结构 简单、 易于扩展 ， 各个供油终端互不影响， 可以真正 实现逐点供油与逐点检测[ 3 ] 。 2 油压 、 流量 、 温 度信号 的检测 与分析 在智能集 中润滑系统 中， 为了确保每一个润滑 点 得到可 靠 、 精确 的润滑 ， 需要对油 压 、 流量 、 温度参 数 进行检 测 。 检测油压信号是为了保证润滑过程中油压处于 合理范围之内， 以确保润滑效果。主控制柜发 出润 滑指令前， 先开启一台润滑泵， 如果油压波动很大或 油 压上不 去 ， 说 明润 滑 系统 不正 常 ， 润 滑无 法启 动 ， 实现了控制上的联锁。在润滑过程 中， 如果系统油 压下降到低于工作压力， 主控制柜启动备用油泵 ， 同 时发出示警信号， 值班人员根据示警信号立即进行 检查并采取措施消除故障。待系统油压 正常后， 主 控制柜关停备用泵。备用油泵启动后， 如果系统油 压仍继续下降， 则主控制柜关停所有油泵并停止润 滑 ， 同时发出事故警报信号 。如果系统油压超过正 常工作压力一定限度， 主控制柜发出高压信号， 值班 人 员应立 即检查并 消除故 障 。传统 润滑 系统通过 在 油路上安装油压继电器来实现联锁控制 ， 可靠性差。 在该智能润滑系统 中安装有压力传感器 ， 传感器输 出标准直流信号， 该信号由供油终端采集并处理， 主 控制柜可以远程读取油压数据。 检测流量信号是为了实现精确的定量润滑。在 传统 润滑 系统 中， 润 滑量通 过时长进 行控制 ， 由于油 压 波动 、 油 路不畅等 因素 的影响 ， 经 常造成 润滑过量 或润滑不足 。在智能润滑系统中， 终端控制柜中装 有油量传感器， 结构如图 4所示 。传感器输 出开关 量信号 高低电平 ， 当有润滑油流过时 ， 带动传感器 内的机械装置转动 ， 每转动半圈传感器输出的电平 信号将改变一次 。油量传感器没有计量功能 ， 由单 片机检测脉冲信号进行计量 ， 一般 4个脉冲对应的 油量为 1 mL左右 。在干油润滑 系统中， 为 了提高 供油和检测 的可靠性 ， 在主油路上并联安装 了3 个 油量传感器， 当某一路传感器因堵塞而暂时卡死时， 油脂可经由其它传感器到达润滑点。当对某一润滑 点 供油 时 ， 供油量 为 3个 油量 传感 器 计量 之 和 。通 过对油量传感器输出的脉冲信号进行分析， 可以判 断出系统是否存在堵管或者漏油故障。如果某个供 油终端所管理的润滑点均处于关闭状态， 而油量传 感器的累计流量超过一定值 一般取 5个 时， 可 以 断定该供油终端存在漏油故障； 如果有润滑点打开， 而油量在规定时间内没有达到设定值 ， 则可判定该 供油终端存在堵塞故障l_ 4 ] 。 图 4 油量检测方 法不意 图 在干油润滑系统 中， 润滑脂 的工作温度是反映 其工作特性 的重要指标之一 ， 需要对其温度进行在 线监控。受润滑点结构空间和工作条件的限制， 要 直接检测润滑脂温度是非常困难的， 一般采用壳体 温度进行测算 ] 。为 了简化测温系统结构 ， 壳体温 度 的 采 集 采 用 一 线 式 智 能 数 字 温 度 传 感 器 DS 1 8 B 2 0来完 成 。多个 D S 1 8 B 2 0可 以并 联 挂 接 在 2根电缆 上， 安装方便， 节 省导线。供油终端 通过 1 路I ／ O口便可以检测所有测温点温度。温度传感 器 安装 时可通过 人机 接 口实现 编 号登 记 ， 当某 一 温 度 传感器 出现故 障 时供 油终 端 可 以给 出其 编 号 ， 便 于值班人 员进行更 换 。 2 0 1 0年第 5期 王 莉等 智能集 中润滑系统的研究与开发 3 供 油终 端设计 在油 路 和传 输 线 路正 常 的情 况 下 ， 系 统 性 能很 大程度上取决于供油终端能否正常可靠工作 ， 因此 5 V A0 V cc A l E0C A2 I ／ o A3 ADDRE S S A4 DA T A OUT A5 CS A6 REF A7 R E F A 8 A 1 O GND A 9 5V W DI l 呈 垒 3 KE Y CL K 3 AD _C L K 4 AD I N 5 AD _OUT 6 ， AD _CS 7 v W DXH 8 RST 9 RXD 1 O TXD I1 KEY I NT 1 2 1 3 1 4 1 5 ENTXT 1 6 1 7 XTAL2 】 8 X1_AL1 1 9 2 0 供油终端的研究与开发是整个智能集 中润滑系统的 关键。供油终端由控制电路板 、 电磁给油阀、 流量传 感 器等 构成 。控 制 电路 板 以单 片机 为核心构 成嵌 入 式 系统 ， 单 片机 系统硬 件 电路如 图 5 所 示 。 P1 ． 0 Vc c P1 ． 1 P0． 0 P1 2 P0 1 P1 ． 3 PO 2 P1 _ 4 PO 3 P1 5 PO 4 P1 ． 6 P 0 5 P1 ． 7 P O ．6 RS T P D P O ．7 P3． 0， RxD EA ， P P 3 ． 1 ／ Ix D AL E ， P R OG P 3 ．2 ／ l NT O P S E N P 3 ．3 ／ I NT1 P 2 ．7 P3． 4 ／ TO P2 6 P3． 5 ／ T1 P2． 5 P3． 6 ／ W R P2． 4 P 3 7 ／ RD P 2 ．3 XT AL 2 P 2 ．2 X1 A Ll P2． 1 GND P 2 O 5V A 5 V 5 V 图 5 控制电路板单 片机系统硬件 电路 单 片机 选用 宏 晶公 司生产 的 S TC 8 9 C 5 8 R D ， 内含 3 2 KB F L AS H 程序 存储 器 ， 支 持在 线编 程 ， 最 高 时 钟 频 率 可 达 8 O MHz 。 看 门 狗 电 路 采 用 MA X8 1 3 L芯片， 外接有手动复位按钮和 系统工作 指示 灯 ， 系统复 位时 指示 灯 会熄 灭 。A／ D转 换 芯片 采 用 T I公 司 生 产 的 1 2 位 串 行 模 数 转 换 器 T L C 1 5 4 3 ， 具有 1 1 路 输入 能力 。为 了存储 供 油终端 编号 、 温度传感器编号等信息， 需要 E E P R OM 数据 存 储 器 。 虽 然 S T C 8 9 C 5 8 R D 内 置 有1 6 KB E E P R 0M 空 间 ， 但 是 为 了避 免 由 于 单 片 机 升 级 或 更换而造成系统设定参数丢失 ， 另外扩展 了 2 4 C 3 2 数据存储器。R S 4 8 5接 口电路采用 6 5 L B C 1 8 4 P芯 片， 为了提高抗干扰能力， 单片机控制 口通过光耦与 6 5 L B C 1 8 4 P相连 ， 6 5 L B C1 8 4 P的 A、 B端 各 串 2 0 Q 电阻后 与 总线相 连 。输 入 、 输 出接 口电路 如 图 6所 示 ， 主要输入 、 输 出端 口包 括 3路 压力 信号输入 、 3 路流量信号输入、 1路数字温度信号输入 、 RS 4 8 5 通信接 口、 显示与键盘接口和 1 O 路继电器输 出。显 示 与键 盘 电路 另 外 制板 ， 采 用 B C 7 2 8 1 B芯 片 实 现 ， 通过扁 平线 与单 片机控 制板 的 J P 1接 口相 连 。为 了 增 大输 出驱 动 能力 和可 靠 性 ， 采 用 T L P 5 2 1光 耦 和 UL N2 8 0 3实 现 。如 要 打 开 1号 电 给 油 电 磁 阀 ， S TC 8 9 C 5 8 R D 的 P 2 ． 3 OUT1 输 出低 电平 ， 光 耦 导 通 ， UL N2 8 O 3的 01 J D1 变 为低 电平 ， 继 电器 得 电动作 ， 同 时 电磁 阀 指 示 灯 亮 。电 源 采 用 5 V、 1 2 V开 关 电源 ， 输 出不 共地 。 4 结 语 智能集 中润滑系统采用分布式系统结构 ， 分油 方式 更 加科学 ， 可 以 实现 远 距 离 分 散润 滑 点 的集 中 润 滑 。油压 、 流量 、 温 度 信 号 实现 了智能 检 测 ， 可 以 实现定时定量的精确润滑， 克服了传统单 、 双线式分 配器润滑系统的诸多弊端。该智能集中润滑系统已 成功 应 用 于烧 结 机 、 篦 冷 机 、 振 动筛 、 轧 钢 机 、 连 铸 机 、 摇床 、 环冷机、 重载板式机 、 连铸机等大型机械设 备的润滑， 润滑效果相比传统方式有了明显提升。 w n 叫叫叫叫叫叫叫 叫 加一 一 一 ”一 一 一 一 ”一 驼一 一 如一 一勰一 ”一 一 一 一 玛一 一 第 5期 2 0 1 0年 5 月 工矿 自 动化 I nd us t r y a nd Mi n e Au t oma t i o n NO ． 5 M a y 2 0 1 0 文章 编号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 1 0 0 5 --0 0 1 2 --0 4 变频恒压供气监控系统的设计 王祖迅， 田 兵 ， 李 涛， 李 勇， 尚 辉 煤炭科学研究总院重庆研究院测控技术分院， 重庆4 0 0 0 3 7 摘要 介绍 了一种基 于 S 7 2 0 0系列 P L C和 A TV7 1系列 变频 器 的 变频 恒 压供 气监 控 系统 的设 计 方 案， 阐述 了系统的组成、 系统功能、 工作原理和 系统上位机组态软件的设计。该系统运行稳定可靠， 已在某矿 成 功应 用。 关键 词 瓦斯 电厂 ； 恒压供 气； P L C；变频 器 中图分 类号 T D 7 1 2 ． 6 7 文献标 识码 B 收稿 日期 2 0 0 9 1 2 2 6 作者简 介 王祖 迅 1 9 8 2一 ， 男 ， 云 南 邱 北人 ， 助 理工 程 师 ， 2 0 0 5年毕业于西安科技大学 ， 现在煤炭科学研究总院重庆研究 院测 控技术研 究分 院从 事 瓦斯抽 放及 利用 方 面的研 究 工作 。E - ma i l wa n g z w x u n y a h o o ． c o m． c n 0 引言 随着我国煤矿瓦斯气体利用技术的不断发展和 完善 ， 瓦斯发电厂和瓦斯民用气站的建立越来越多， 在实现节能减排的同时又增加了企业的经济效益 。 参考文献 1- 1 ] [ 2 ] 流量传 感器 3 路 CON3 直流电源 GNDI2 l 12 一k148 接 D S 1 8 B 2 0 键盘接口 5V P 1 Cl 1 2V k 1 O U r 1 2 N l E 1 1 5 l ， 4 7 0 ， I 2 O2 5 v P 2 C2 L 2V 3 I 3 O3 OU T2 R1 _2 4 N2 E2 1 3 4 I 4 O4 4 7 0 ， 5V P 3 C3 1 2v 5 I 5 o5 O UT3 6 N3 E 4 l 1 6 4 7 0 I 6 O6 5v P 4 C 4 1 2V 7 I 7 O7 O UT4 8 9 8 N 4 E 4 I 8 O8 T L P 5 2 1 4 G NDI 2 GND C 1 号电磁 阀 V C ON2 电源 Ds L E D UL N2 8 0 3 图 6 输入 、 输 出接 口电路 [ 3 ] 江业泰 ， 罗祯伟 ， 姜海军． Z D R H 系列 智能集 中润滑 系 赵汉武， 杨佳 ， 王东锋． 基于微控 制器 的新 型集 中润 滑系统J- j ] ． 机 电产品开发与创新 ， 2 0 0 9 3 1 5 3 1 5 4 ． 毛胜辉 ， 宁广庆。 大型机械设备智能控制润 滑的计算 机 系统研究[ J ] ． 科技信息 ， 2 0 0 8 2 5 8 1 ， 3 9 ． [ 4 ] [ 5 ] 统 在韶 钢宽板 厂 的应用 [ J ] ． 润滑 与密封 ， 2 0 0 8 1 1 11 4 1 1 5． 苏波 ， 王莉． 润滑系统油量检测方法研究 [ J ] ． 仪 器 与仪表学报 ， 2 0 0 8 4 ． 何庆 中， 郭 天石 ， 刘 晓叙 ， 等． 基于脂工作温度 的脂 自动 润滑系统研究[ J ] ． 润滑 与密封 ， 2 0 0 6 1 1 1 7 1 1 9 ．