洗煤廠振動篩軸承自動加脂系統設計

摘 要：針對寧夏某洗煤廠振動篩軸承采用人工加脂，自動化程度低等問題，設計出一套振動篩軸承自動加脂系統。整個過程涉及油路系統的設計、控制系統設計和監控系統設計。提出了基于西門子S7-300PLC和iFix上位機監控軟件的軸承自動加脂系統。以軸承溫度作為判斷依據，決定何時加脂。經現場實踐表明：此設計提高了自動化，節約了成本，效果良好，有一定的推廣作用。

關鍵詞：振動篩；軸承；加脂系統；PLC；iFix

1 引言

振動篩是廣泛應用于煤炭、化工、冶金、港口、水利、電力等行業的重要設備，以完成各種不同的工藝過程。在煤炭行業的選煤廠和篩選廠中，篩分作業主要應用于原煤準備和產品處理上，在實現煤炭資源的合理利用、保護環境及為煤炭企業創造經濟效益等方面，發揮著重要的作用[1]。振動篩在洗煤廠使用過程中，軸承容易發熱，從而影響了振動篩的使用壽命，這也成為振動篩使用壽命的瓶頸問題，也是國內振動篩生產廠家和用戶多年來普遍頭疼的問題。究其原因可能有以下兩種：一、軸承內圈承受恒定的離心力，而外圈載荷呈脈動循環變化，故載荷大，容易發熱。二、洗煤廠現場環境惡劣，空氣中粉塵多，環境潮濕。

以往的解決方案是洗煤廠進行人工注脂，工作繁重，每48小時就需要加潤滑脂一次，潤滑事故較多，零部件得不到可靠的潤滑保證而早期損壞。自動化程度稍高一點的洗煤廠，添加了軸承溫度檢測系統，通過監測軸承溫度變化來確定添加潤滑油添加時間。使用專門人員來維護設備，給企業增加了成本。有些振動篩制造商為了提高產品聲譽，選用國外優質耐熱軸承，但價格不菲。洗煤廠中工序相對于復雜，振動篩一旦出現問題，全廠都會受到影響，這對企業的生產效率產生了很大的影響。基于以上原因，設計出一套提高軸承潤滑系統的方案是很有必要的。

2 方案設計

寧夏某洗煤廠的三臺振動篩軸承由一臺加脂站加脂。由于使用二硫化鉬潤滑脂，其粘性很大，因此采用吸脂，然后壓脂的過程給振動篩軸承加脂。洗煤廠整個自動化系統采用S7-400作為主控制器，分布式I/O模塊ET200掛在現場總線PROFIBUS-DP上。軸承溫度控制系統以西門子S7-300系列PLC作為控制器，如圖1所示，使用模擬量輸入模塊SM331模塊對軸承溫度進行檢測，由于洗煤廠其他控制系統的上位機采用iFix，因此加脂系統也采用iFix對控制現場進行監視。

3 液壓系統的設計

壓縮后的空氣通過氣源調節裝置后，如圖2所示，由兩位四通電磁換向閥啟動氣缸定量泵，電磁閥1的方向決定氣缸定量泵是吸取潤滑脂，還是擠壓潤滑脂，當電磁閥1位置如圖所示時，潤滑油脂就通過電磁閥3、電磁閥4和電磁閥5分別注入三臺振動篩的潤滑部位。當油路發生堵塞時，壓力繼電器動作，通過 PLC給出油路堵塞信號，電磁閥2動作，關閉氣壓源，氣缸定量泵停止工作[2]。四臺篩機根據運行時間及工作狀況，既可同時加脂，也可分別加脂。手動發用于應急處理，如停電，或者電磁閥失靈等情況。

4 PLC硬件組態及程序設計

4.1 PLC硬件設計

S7-300系列PLC是西門子公司較新開發中型PLC，在工控領域應用中占有重要地位。它的軟硬件功能強大，系統配置方便，各種模塊安裝方便，系統帶有強大的 PROFIBUS現場總線接口及MPI 接口，可以與外部設備進行通信，一推向市場就在各行各業得到了廣泛應用。現在，基于S7-300的控制網絡技術已經逐漸形成自己的特色，被越來越多的人所采用，其自帶的組態功能對PLC控制系統網絡的構建具有指導意義。因此設計中選擇S7-300PLC作為主站來組建整個通訊網絡。因此整個系統使用西門子S7-300系列PLC，使用315-2 DP型CPU，AI8x12Bit、DI16xDC24V、DI16xDC24V模塊作為I/O輸入輸出模塊[3]。整個系統作為一個小站點獨立出來，并采用PROFIBUS-DP聯網，給整個系統的設計帶來了很大的方便。

4.2 主控程序的設計

根據控制系統的工作原理，控制系統流程圖如圖3所示。PLC上電后，首先調用OB100對各個變量進行初始化。然后判斷系統壓力是否正常，如果不正常，則產生報警，關閉總電磁閥2，然后關閉振動篩。如果系統壓力正常，則打開總電磁閥2。然后檢查氣缸限位開關，其主要目的是確定潤滑脂缸中是否有潤滑脂，若已經壓完，碰到行程開關2，則換向吸脂，當碰到行程開關1，說明吸脂完成，換向壓脂。通過現場采集的軸承溫度，決定是否要加注潤滑脂，并計時確定加注時間。關閉時間控制主要解決軸承加油后短時間內溫度急劇上升問題，為了避免反復加油，潤滑過度，浪費潤滑油。

采集振動篩的溫度，調用FC105（SCALE）功能接受一個整型值（IN），并將其轉換為以工程單位表示的介于下限和上限（LO_LIM和HI_LIM）之間的實型值。將結果寫入OUT。這樣就把變送器的4-20mA信號轉化成對應的溫度值，溫度限制為0-150攝氏度：

在系統壓力正常前提下，當采集溫度值大于給定值時，接通給每個振動篩加脂的電磁閥并延時5分鐘（可通過調節時間長短來調節加油量）。針對剛加過脂出現的軸承溫度上升現象，設計了加完油后兩小時內加脂閥不允許打開程序，從而防止了過加脂導致軸承溫度上升的問題。程序如下所示：

5 上位機監控畫面的設計

iFix軟件是美國Intellution公司（現已被通用公司收購）于2000年推出的工業界第一套完全集成組件對象的自動化軟件。它以直觀的界面把所有的系統組件都集成在一個單獨的開發環境中，具有微軟界面風格。無論是開發程序、安全組態、數據庫訪問，都可以在這一平臺中完成，甚至直接嵌入OLE應用程序，并編輯該文檔而不離開這一平臺。該人機交互平臺特有的動畫向導，智能圖符生成向導等強大的圖形工具方便了系統開發，標簽組編輯器大量節省系統開發時間，并且內置了易學易用的VBA 這一計算機語言系統，使得無論是控制系統的設計人員，還是應用人員都能很快上手。由于具有很好的開放性、安全性以及擴展性，成為了工業自動化領域最流行的工控組態軟件之一[4]。

本洗煤廠其它控制系統上位機已經使用iFix軟件，并通過工業以太網與其它主站連接。由于iFix具有很好的開放性，可以單獨設計振動篩軸承油溫監控界面，然后把設計好的監控界面放入現有系統iFix的PIC文件夾下，打開系統，刷新畫面，就可以看到新添加的畫面已經添加進來了。然后對系統配置，數據庫，畫面，報警等稍作修改，便可完成對油溫控制的添加。

iFix不需要用特別的硬件來獲得數據，而是通過I/O驅動器。數據管理包括通過掃描、報警和控制程序從驅動程序映像列表中讀取數據，對數據進行處理，再將數據傳送到過程數據庫以及從內部數據庫訪問函數、讀取數據，并傳達到需要的應用中等功能，如圖4所示。iFix的I/O驅動種類齊全，由于本系統控制器采用西門子公司的，因此選取與之對應的I/O驅動器S7A[5]，如圖5所示。通過對S7A驅動器的組態修改，最終完成調試。

6 結論

加脂系統改造后，設備實現了自動動態潤滑，潤滑方法更加科學合理。采用自動加脂系統，不僅有效的解決了洗煤廠振動篩軸承因加脂不及時，或加脂過多而出現的軸承溫度過高，燒壞等現象，顯著地提高了軸承的使用壽命，提高了振動篩運行的安全性和可靠性，為洗煤廠節約了成本。而且降低了工人的勞動強度，由之前的48小時加脂一次，改為兩周現場巡檢一次。但在提高了自動化，延長了軸承壽命的同時，也存在一些問題，軸承仍屬于頻繁更換的大型器件，測溫元器件，加油管路的存在，使更換軸承變的復雜，如果采用無線傳輸方式構建傳感器網絡，相信會收到更好的效果。

[參考文獻]

[1]劉芒果，劉瑞國，劉春峰.淺談煤用振動篩的現狀和發展趨勢[J].煤礦機械，2010，31（08）：5-7.

[2]楊小權，鄭均笛.大柳塔選煤廠實現多臺設備集中潤滑的實踐[J].煤炭加工與綜合利用，2004（1）：21-22.

[3]廖長初.S7-300/400PLC應用技術[M].北京：機械工業出版社，2012：10-139.

[4]楊樹.iFix工控組態軟件在電廠化水處理控制系統改造中的應用[J].四川電力技術，2006（1）：56-60.

[5]GE Fanuc International，Inc Proficy HMI/SCADA iFIX 154學生手冊.GE Fanuc自動化.2001.