油气润滑系统供油单元的控制

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油气润滑是--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 、STM32F103ZET6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.ilj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PT100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 STM32F103ZET6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 ：201 3-06-06基金项目：北京丁属高等学校人才强教计划资助项 目(PHR 201107109)作者简介：刘雨辰(1988-)，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· 17O·· 机械研究与应用 ·2013年第4期(第26卷，总第126期) 检测与控制P11o0温度传藤器l --l 加热器STM32F103ZET6 l 电磁阀投入式液位计 L- - 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 PrI、1O0的阻值为 100 12。在0～100 区间内，PT100热敏电阻的阻值 ∞与温度呈线性关系 ：R l0o(t)100×YtAtY (1)式中：Rvr 。(t)为 t qC时 R ∞的阻值，Q；t为温度，℃； 为常数，其值为3.908×10～。供油单元的温度传感器所测的温度范围设为0～100 r℃，因此采用PT100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 LM324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 12 V，其输出的电压 与 ，o。的关系为：。 - )× 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 0c上升 1 oC时，电压的改变量最小，必须保证此改变量能被 STM32F103ZET6数模转换器识别。其次，应尽量保证在 100 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 100 12、R 1 000 n带人式(2)得： (-10-- 100 1×12 110 AR (V) (3) r n-l ～ 0 、， 、J，” 、 由式(1)，当 At1 oC时，△R 0.390 8 12，将△R带入式(3)，得 V 0.003 8 V。STM32F103ZET6数模转换器的分辨率为 12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 0.000 8 V。当温度上升 1 oC时，A/D转换器能够识别。

当所测油温为 100 时，△R即为 39 Q，计算出0.373 5 V。STM32F103ZET6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 8.032倍 ，取 8倍。

采用 LM324运算放大器对 进行放大，放大后的模拟信号输入 STM32F103ZET6的 PC4/ADC12-IN14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 Multi-siml0对温度采集电路进行模拟仿真。分别将 R 。

3 Q和 139 Q，以模拟 PT100温敏电阻随温度的变化情况，使用 Osciloscope元件 XSC1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 LM324的输 出电压也增大。

当R 为 100 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0.029 V，大于 STM32F103ZET6能够识别的最小电压变动量；当温度接近 100℃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 ITI，能够在0～85℃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 STM32F103ZET6单片机ADC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 M12 电阻分压后，再接人STM32F103ZET6单片机的 PC5/ADCI2-IN15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： ×10o0 (4)式中： 为液位高度，ITI；Vo 为投入式液位计的输出电压 ，V。

· 171·检测与控制 2013年第4期(第26卷，总第126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 WQT-T8048-070型触摸屏。PLC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 PLC的通信。中断程序作用在于检测下料长度，对 PLC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∝制系统软件结构如图3所示。

r- 1 初菇化予 至再 1 l L。。。 。。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 -H 童墼垦至王堡壁 lI - - 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 - 。。Ihl I 。 . I 。 l-。 1 III 。IIl-- ·。 ll th 0I 。 l -III 。h 。”hI··II 。 ”nil ” - Ih1. ” (上接第172页)配置程序、STM32F103ZET6A/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 Multisiml0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· 174·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。

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PLC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、噪音孝操作方便，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。