智能濾油測試系統的開發及應用

劉江輝，潘華磊，董春紅，王寧毅，張琳琳

（洛陽西苑車輛與動力檢驗所有限公司，河南 洛陽 471039）

傳動系在裝機前要進行磨合，以減少毛刺并發現早期故障。當前一些傳動系的磨合是先粗略加油，然后打開放油閥，同時調整加油槍的加注速度，實現傳動系加油與排油的粗略平衡，然后進行磨合，在磨合的過程中對排出的油進行粗濾，然后再加入至傳動系[1]；還有一些傳動系的磨合狀況更惡劣，在磨合之前粗略加注用油，在磨合完畢時將傳動系的油排出。對于循環過濾的狀況，加注量沒有精確控制，循環過程也是粗略的平衡，無法保證在磨合的全過程傳動系的液位都保持在工藝要求范圍內，粗略的過濾也已無法滿足新機型的要求；對于在磨合過程中沒有進行循環過濾的情況，傳動系的磨合結果更是令人擔憂。這些傳動系的磨合工藝已經越來越不適應當前精細加工制造的需求。

拖拉機傳動系不斷升級，由傳統的機械換擋，到當前的半動力換擋及全動力換擋，對傳動系的磨合提出了更高的要求：①對油品提出了更高的要求[2-3]，傳統的循環過濾系統已經無法滿足要求；②精細化控制，傳動系磨合過程中不再是粗略的循環或者不循環，當前要求依據不同機型以及不同測試階段實現不同流量的精細化控制；③測試參數增加，在不同的測試階段重點關注不同的測試參數，在相應的測試項目結束后給出對應測試結果；④測試程序可配置，機型種類多，測試項目也不完全相同，即使相同的測試項目，控制策略也不完全一樣，為了實現程序的兼容性，要求程序可以錄入任意機型并可以對每個機型配置對應的測試項目，同時還要實現每個測試項目的可編程功能；⑤智能化，當前要求加注準確、測量準確，定量化，能實時準確記錄數據，具備數據庫功能，通過掃碼槍掃碼自動選擇對應機型并自動選擇測試項目，自動下載測試參數，在對應的測試項目結束時自動調取評判條件并給出評判結果；⑥組網，系統可以接入網絡，可以將測試數據傳輸至服務器；⑦多模式需求，可以依照自動流程依次完成測試項目，也可以切換到手動模式，單項測試，以對返修后被試件進行針對性項目測試，提高測試效率。

1 測試系統的開發

1.1 整體架構

測試系統的整體架構如圖1所示。

測試系統由定量加注裝置和濾油測試一體機構成，定量加注裝置可以掛接多臺濾油測試一體機。定量加注裝置主要由交換機、可編程控制器、伺服驅動器、伺服電機等構成，用來給被試件加注油液；濾油測試一體機主要由工控機、可編程控制器、變頻器、變頻電機等構成，用于被試件油液的循環過濾及測試。測試系統通過定量加注裝置處的交換機實現數據上傳，通過互聯網將測試數據傳輸至服務器。定量加注裝置根據濾油測試一體機的加注需求調整電機轉速及油路電磁閥通斷，根據加注需求調整電機轉速，實現變頻控制，節能環保。

1.2 油路結構

油路結構如圖2所示。

被試件在磨合過程中會產生鐵屑、橡膠屑等雜物，這些物質會污染被試件內部油液。濾油測試一體機將被污染的油液吸入，經過循環過濾系統，將干凈的油液重新注入被試件。在測試過程中，濾油測試一體機從被試件吸入油液，經過測試再注入被試件。被試件磨合測試結束后通過油液回收裝置將被試件用油收集起來，用于為定量加注裝置供油。

1.3 定量加注方案

通過布置流量傳感器獲取流量信息，將獲得流量對時間積分獲得加注量。采用的硬件結構如圖3所示。

通過PLC采集流量傳感器信息，通過OPC通訊方式將PLC獲得的流量信息傳輸至工控機，通過積分的方法獲得加注量，公式如（1）所示。

式中：V——加注量；q——測得的瞬時流量。

1.4 測試系統的工作原理

測試系統的工作原理如圖4所示。主要硬件有觸摸屏電腦、PLC、伺服驅動器、變頻器、交換機等。測控系統各單元主要通過以太網進行通訊。上位機采用觸摸屏電腦（工控機），上位機程序基于虛擬儀器技術開發，下位機采用可編程控制器。通過掃碼槍獲取機型信息，上位機自動調取加注量、測試項目、測試項目的測試程序、測試參數等信息，整個測試系統協調控制，電磁閥動作，伺服系統按照預定參數執行，變頻調速系統依據設定參數動作。測試系統在測試過程中進行狀態提醒，試驗信息提示，數據記錄與存儲等。

定量加注模塊的控制邏輯如圖5所示，依據加注量需求以及生產節拍要求，變頻調速，實現節能環保。

上位機控制流程如圖6所示。通過掃碼槍掃描被試件上的編碼獲取機型信息或者手動選擇機型，程序自動調取被試件加注量、測試項目、測試項目的測試程序、測試參數、不同測試項目的結果判定條件等信息；在不同的測試階段給出不同的提示信息；在測試過程中自動記錄測試數據，繪制數據曲線并將數據記入數據庫；在各測試項目結束時，自動調取結果評判條件，給出評判結果。

1.5 軟件

測試系統的軟件結構如圖7所示，采用樹形結構及模塊化方式編程。軟件具有數據存儲、數據查詢打印、校準、工藝參數錄入及修改、狀態監視等功能。

2 測試系統

測試系統的主界面如圖8所示，包含“主界面”“狀態監視”“測試數據”以及“數據曲線”4個選項卡。其中“主界面”選項卡顯示了機型信息，提示信息、測試系統狀態、關鍵試驗參數、模式狀態切換按鈕、單項測試項目等。“狀態監視”選項卡顯示了系統的通訊狀態、濾油器的狀態、變頻器的狀態、伺服驅動器的狀態、風機的狀態以及急停按鈕的狀態等。“測試數據”選項卡以列表的形式顯示了測試過程中的關鍵參數，其中不合格的數據的背景色為紅色，便于查找和分析故障。“數據曲線”選項卡以曲線圖的形式顯示了測試過程中的關鍵參數。在該界面的“主界面”選項卡中進行自動與手動模式切換。在手動模式下，可以單項進行操作，比如，磨合、加注、系統測試、潤滑測試、離合測試以及制動測試等。

數據查詢打印界面如圖9所示，通過選擇篩選條件即可篩選出需要查詢的數據。界面分項顯示了列表形式的數據以及對應的曲線圖，還給出了測試項目的測試結果。點擊“打印報告”按鈕，即可生成Excel格式的試驗報告，可以編輯并存儲于指定文件夾中。

參數設置界面如圖10所示，該界面包含“系統設置編程”和“掃碼信息修改錄入”2個主選項卡，在“系統設置編程”主選項卡里面還包含有子選項卡。在該界面可以進行測試項目管理，測試項目編程，掃碼信息管理，修改或者錄入試驗參數，“修改”按鈕根據是否是已經錄入的參數分別顯示為“修改”或“錄入”。進入該界面之前需要權限識別，沒有權限的人員無法進入該界面。在“系統設置編程”主選項卡里進行機型管理、測試項目管理、參數的錄入及修改、測試項目的編程等。在“掃碼信息修改錄入”主選項卡里進行掃碼信息的管理。

該系統具有傳感器校準功能，相應界面如圖11所示。采用2種校準方式，對于線性度比較好的傳感器采用線性校準方法，對于線性度比較差，但是分段線性較好的傳感器采用折線方式校準，以保證系統測試精度。其中線性校準方法中通過標準儀器給定零點和另一個標準值實現校準，也可以通過手動錄入零點和系數實現校準。其中折線校準方式依據傳感器的狀況選擇多點進行校準，校準點的數量不受限制。

該系統具有參數監視功能，相應界面如圖12所示。該界面包含“遠端PLC”及“本地PLC”兩個選項卡，可以監視遠程及本地PLC輸入輸出點、模擬量輸入輸出信號的狀態，便于對設備進行維護及故障診斷。

3 測試系統的應用

目前該測試臺已經調試完成并在某拖拉機廠連續運行，調試及現場應用的照片如圖13所示。

某機型的測試數據如圖14所示。

通過與可溯源標準設備比對，該測控系統測量準確；通過與立項各指標進行對標，該測控系統滿足立項各項指標，實現了預期各項功能；連續平穩無故障運行近2個月，該測試系統運行穩定可靠；客戶對該系統進行了預驗收，項目順利通過并且客戶給出了高度的評價和一致的認可；該項目可以服務于整個農機行業傳動系底盤的磨合測試，良好的系統兼容性及延展性，可以滿足整個行業數年在該方面的測試需求，引領了當前該領域的發展。

4 結論

開發的智能化濾油測試系統，實現了精細化控制，實現了不同機型不同加注量的精確加注，不同機型在不同測試階段個性化循環流量與測試流量的精確控制以及指定時間內油液循環次數的要求；實現了測試程序可配置功能，實現了不同機型自動調用不同的測試項目，不同機型同一測試項目的不同控制策略，實現了被試件測試項目的柔性控制，良好的兼容性，為后續增加機型，改變測試項目，調整控制策略提供方便，工藝人員即可完成所有操作，不需要重新開發測試系統或者從底層改變軟件；實現了測試系統的數字智能化，通過掃碼槍掃描被試件上的編碼自動調取被試件加注量、測試項目、測試項目的測試程序、測試參數、不同測試項目的結果判定條件等信息，在不同的測試階段給出不同的提示信息，在測試過程中自動記錄測試數據，繪制數據曲線并將數據計入數據庫，在各測試項目結束時，自動調取結果評判條件，給出評判結果；實現了測試系統的可組網功能，設置組網軟硬件接口，可以通過網絡將測試數據傳輸至服務器或者工廠數據管理平臺；實現了測試系統自動模式和手動模式切換功能，可以按照預設配置程序自動執行測試項目，也可以通過模式切換，手動針對性的選擇測試項目進行測試，便于返修后對被試件進行指定項目的測試，提高測試效率；測試系統節能環保，依據加注量需求以及生產節拍要求，變頻調速。