基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的軸承試驗(yàn)監(jiān)控系統(tǒng)

尹福剛，姜子洋，謝忠明，劉晶，徐克彬

(瓦房店軸承集團(tuán)有限責(zé)任公司 技術(shù)中心，遼寧 瓦房店 116300)

疲勞壽命及其可靠性是軸承最重要的性能，受到各軸承生產(chǎn)企業(yè)及主機(jī)用戶的廣泛關(guān)注。隨著科技的迅猛發(fā)展，軸承壽命試驗(yàn)機(jī)控制系統(tǒng)也與時(shí)俱進(jìn)，并呈現(xiàn)出自動(dòng)化、智能化、個(gè)性化的發(fā)展趨勢。新開發(fā)的軸承壽命試驗(yàn)機(jī)均不同程度地采用了自動(dòng)化技術(shù)，而智能化是自動(dòng)化的進(jìn)一步發(fā)展，可以根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定轉(zhuǎn)速、載荷等參數(shù)以滿足試驗(yàn)要求，達(dá)到多、快、好、省的效果。因此，基于計(jì)算機(jī)測控技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)開發(fā)了全自動(dòng)軸承試驗(yàn)監(jiān)控系統(tǒng)。

1 整體布局

全自動(dòng)軸承試驗(yàn)監(jiān)控系統(tǒng)由上位機(jī)、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、下位機(jī)、無線網(wǎng)絡(luò)組成，整體架構(gòu)如圖1所示。各試驗(yàn)機(jī)通過無線網(wǎng)絡(luò)連接，下位機(jī)檢測振動(dòng)、溫度、載荷、轉(zhuǎn)速等參數(shù)，并實(shí)現(xiàn)載荷和轉(zhuǎn)速的閉環(huán)控制；上位機(jī)載入試驗(yàn)方案控制試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行全自動(dòng)試驗(yàn)，通過網(wǎng)絡(luò)在控制室內(nèi)進(jìn)行監(jiān)控，并可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)變載變速、記錄、報(bào)警、停機(jī)等功能。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)示意圖

如圖2所示，基于TCP/IP協(xié)議，將下位機(jī)、上位機(jī)、服務(wù)器以及參與控制的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通過無線網(wǎng)卡、無線路由等器件聯(lián)網(wǎng)，通過無線聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)控制室全方位自動(dòng)控制，并可通過網(wǎng)絡(luò)查看各試驗(yàn)機(jī)的當(dāng)前及歷史試驗(yàn)情況[1]。

圖2 通信系統(tǒng)示意圖

2 上位機(jī)

在控制室的上位機(jī)中選取1臺作為數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，其他作為控制用上位機(jī)，數(shù)量可根據(jù)實(shí)際需求配置，所有功能依靠軟件開發(fā)實(shí)現(xiàn)。主要具有如下功能：

1)自動(dòng)制定并載入試驗(yàn)方案，控制試驗(yàn)機(jī)按照設(shè)定方案運(yùn)行；還可手動(dòng)點(diǎn)擊軟件控制按鈕控制試驗(yàn)機(jī)動(dòng)作，以便于調(diào)試。

2)實(shí)時(shí)獲取下位機(jī)檢測數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)監(jiān)控振動(dòng)、溫度、載荷、轉(zhuǎn)速等參數(shù)，可顯示各試驗(yàn)軸承的振動(dòng)波形，溫度曲線等。

3)實(shí)時(shí)監(jiān)控試驗(yàn)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，并根據(jù)狀態(tài)發(fā)出相應(yīng)控制指令。

4)設(shè)定各下位機(jī)檢測標(biāo)準(zhǔn)和報(bào)警門限。

5)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)存儲、查詢、維護(hù)等功能。

6)可對任意一臺下位機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程完全控制。

3 下位機(jī)

下位機(jī)系統(tǒng)如圖3所示，由工業(yè)計(jì)算機(jī)、A/D采集卡、D/A控制卡、I/O控制卡、無線網(wǎng)卡、高速同步振動(dòng)信號采集卡、振動(dòng)傳感器、溫度傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、變頻器、載荷控制系統(tǒng)組成[2]，可實(shí)現(xiàn)如下功能：

1)按照上位機(jī)設(shè)定的方案自動(dòng)變載、變速運(yùn)行，自動(dòng)進(jìn)行通信、報(bào)警、停止等動(dòng)作。

2)振動(dòng)加速度檢測，實(shí)時(shí)顯示動(dòng)態(tài)波形、振動(dòng)有效值、峰值、峰值因子、峭度。

3)溫度檢測，實(shí)時(shí)顯示曲線、測量值。

圖3 下位機(jī)系統(tǒng)架構(gòu)

4)具有斷點(diǎn)繼續(xù)功能，試驗(yàn)機(jī)異常停止再開機(jī)可以從斷點(diǎn)繼續(xù)試驗(yàn)，完整保存試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

5)轉(zhuǎn)速、壓力閉環(huán)控制。

6)可查看振動(dòng)、溫度趨勢圖。

7)支持上位機(jī)遠(yuǎn)程控制，也支持本機(jī)操作。

4 轉(zhuǎn)速及載荷控制

4.1 轉(zhuǎn)速控制

轉(zhuǎn)速采用變頻調(diào)速閉環(huán)控制方法，如圖4所示，計(jì)算機(jī)通過D/A控制卡向變頻器輸出模擬量(4～20 mA)，控制變頻電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，測速系統(tǒng)通過A/D采集卡向計(jì)算機(jī)回饋實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速，計(jì)算機(jī)通過回饋轉(zhuǎn)速調(diào)整輸出模擬量，以此形成轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制系統(tǒng)。

圖4 轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制流程

4.2 載荷控制

如圖5所示，采用比例調(diào)壓閥、壓力傳感器實(shí)現(xiàn)載荷的閉環(huán)控制，保證載荷穩(wěn)定可調(diào)。計(jì)算機(jī)通過D/A控制卡向比例調(diào)壓閥輸出模擬量(4～20 mA)，控制液壓油缸輸出壓力，液壓泵站上的壓力傳感器通過A/D采集卡向計(jì)算機(jī)回饋實(shí)時(shí)載荷，計(jì)算機(jī)通過回饋載荷調(diào)整輸出模擬量，以此形成載荷閉環(huán)控制系統(tǒng)。

圖5 載荷閉環(huán)控制流程

5 軟件實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)中的軟件使用VB編寫，主要包括上位機(jī)監(jiān)控、下位機(jī)測控、網(wǎng)絡(luò)通信和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)程序，整個(gè)系統(tǒng)由以上各程序貫穿，各部分的具體功能如下：

1)上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)程序。方案編制、載入，各門限及參數(shù)設(shè)定，每臺下位機(jī)的實(shí)時(shí)波形和數(shù)據(jù)顯示，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，發(fā)送下位機(jī)指令并接收下位機(jī)狀態(tài)信號。

2)下位機(jī)測控系統(tǒng)程序。按照試驗(yàn)方案中的載荷譜和轉(zhuǎn)速譜自動(dòng)變載變速，檢測振動(dòng)、溫度、轉(zhuǎn)速、載荷，發(fā)送數(shù)據(jù)和狀態(tài)信號，提供自動(dòng)和手動(dòng)運(yùn)行模式等。

3)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)程序。按照通信協(xié)議使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，傳遞數(shù)據(jù)和指令信號。

4)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)程序。存儲試驗(yàn)方案和試驗(yàn)數(shù)據(jù)，為上、下位機(jī)傳遞數(shù)據(jù)，提供查詢、刪除、備份、恢復(fù)等數(shù)據(jù)操作功能。

6 結(jié)束語

通過全自動(dòng)軸承試驗(yàn)監(jiān)控系統(tǒng)的研發(fā)，將所有試驗(yàn)機(jī)聯(lián)網(wǎng)集中監(jiān)控，提高了軸承實(shí)驗(yàn)室的檢測、試驗(yàn)?zāi)芰?，?shí)現(xiàn)了軸承試驗(yàn)的自動(dòng)化及智能化，對后續(xù)高端軸承檢測試驗(yàn)平臺的開發(fā)有一定的借鑒作用。