智能濾油測試系統(tǒng)的開發(fā)及應(yīng)用

劉江輝，潘華磊，董春紅，王寧毅，張琳琳

（洛陽西苑車輛與動(dòng)力檢驗(yàn)所有限公司，河南 洛陽 471039）

傳動(dòng)系在裝機(jī)前要進(jìn)行磨合，以減少毛刺并發(fā)現(xiàn)早期故障。當(dāng)前一些傳動(dòng)系的磨合是先粗略加油，然后打開放油閥，同時(shí)調(diào)整加油槍的加注速度，實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)系加油與排油的粗略平衡，然后進(jìn)行磨合，在磨合的過程中對排出的油進(jìn)行粗濾，然后再加入至傳動(dòng)系[1]；還有一些傳動(dòng)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(shí)將傳動(dòng)系的油排出。對于循環(huán)過濾的狀況，加注量沒有精確控制，循環(huán)過程也是粗略的平衡，無法保證在磨合的全過程傳動(dòng)系的液位都保持在工藝要求范圍內(nèi)，粗略的過濾也已無法滿足新機(jī)型的要求；對于在磨合過程中沒有進(jìn)行循環(huán)過濾的情況，傳動(dòng)系的磨合結(jié)果更是令人擔(dān)憂。這些傳動(dòng)系的磨合工藝已經(jīng)越來越不適應(yīng)當(dāng)前精細(xì)加工制造的需求。

拖拉機(jī)傳動(dòng)系不斷升級，由傳統(tǒng)的機(jī)械換擋，到當(dāng)前的半動(dòng)力換擋及全動(dòng)力換擋，對傳動(dòng)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(tǒng)的循環(huán)過濾系統(tǒng)已經(jīng)無法滿足要求；②精細(xì)化控制，傳動(dòng)系磨合過程中不再是粗略的循環(huán)或者不循環(huán)，當(dāng)前要求依據(jù)不同機(jī)型以及不同測試階段實(shí)現(xiàn)不同流量的精細(xì)化控制；③測試參數(shù)增加，在不同的測試階段重點(diǎn)關(guān)注不同的測試參數(shù)，在相應(yīng)的測試項(xiàng)目結(jié)束后給出對應(yīng)測試結(jié)果；④測試程序可配置，機(jī)型種類多，測試項(xiàng)目也不完全相同，即使相同的測試項(xiàng)目，控制策略也不完全一樣，為了實(shí)現(xiàn)程序的兼容性，要求程序可以錄入任意機(jī)型并可以對每個(gè)機(jī)型配置對應(yīng)的測試項(xiàng)目，同時(shí)還要實(shí)現(xiàn)每個(gè)測試項(xiàng)目的可編程功能；⑤智能化，當(dāng)前要求加注準(zhǔn)確、測量準(zhǔn)確，定量化，能實(shí)時(shí)準(zhǔn)確記錄數(shù)據(jù)，具備數(shù)據(jù)庫功能，通過掃碼槍掃碼自動(dòng)選擇對應(yīng)機(jī)型并自動(dòng)選擇測試項(xiàng)目，自動(dòng)下載測試參數(shù)，在對應(yīng)的測試項(xiàng)目結(jié)束時(shí)自動(dòng)調(diào)取評判條件并給出評判結(jié)果；⑥組網(wǎng)，系統(tǒng)可以接入網(wǎng)絡(luò)，可以將測試數(shù)據(jù)傳輸至服務(wù)器；⑦多模式需求，可以依照自動(dòng)流程依次完成測試項(xiàng)目，也可以切換到手動(dòng)模式，單項(xiàng)測試，以對返修后被試件進(jìn)行針對性項(xiàng)目測試，提高測試效率。

1 測試系統(tǒng)的開發(fā)

1.1 整體架構(gòu)

測試系統(tǒng)的整體架構(gòu)如圖1所示。

測試系統(tǒng)由定量加注裝置和濾油測試一體機(jī)構(gòu)成，定量加注裝置可以掛接多臺(tái)濾油測試一體機(jī)。定量加注裝置主要由交換機(jī)、可編程控制器、伺服驅(qū)動(dòng)器、伺服電機(jī)等構(gòu)成，用來給被試件加注油液；濾油測試一體機(jī)主要由工控機(jī)、可編程控制器、變頻器、變頻電機(jī)等構(gòu)成，用于被試件油液的循環(huán)過濾及測試。測試系統(tǒng)通過定量加注裝置處的交換機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳，通過互聯(lián)網(wǎng)將測試數(shù)據(jù)傳輸至服務(wù)器。定量加注裝置根據(jù)濾油測試一體機(jī)的加注需求調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速及油路電磁閥通斷，根據(jù)加注需求調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)變頻控制，節(jié)能環(huán)保。

1.2 油路結(jié)構(gòu)

油路結(jié)構(gòu)如圖2所示。

被試件在磨合過程中會(huì)產(chǎn)生鐵屑、橡膠屑等雜物，這些物質(zhì)會(huì)污染被試件內(nèi)部油液。濾油測試一體機(jī)將被污染的油液吸入，經(jīng)過循環(huán)過濾系統(tǒng)，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(jī)從被試件吸入油液，經(jīng)過測試再注入被試件。被試件磨合測試結(jié)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(shí)間積分獲得加注量。采用的硬件結(jié)構(gòu)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(jī)，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(shí)流量。

1.4 測試系統(tǒng)的工作原理

測試系統(tǒng)的工作原理如圖4所示。主要硬件有觸摸屏電腦、PLC、伺服驅(qū)動(dòng)器、變頻器、交換機(jī)等。測控系統(tǒng)各單元主要通過以太網(wǎng)進(jìn)行通訊。上位機(jī)采用觸摸屏電腦（工控機(jī)），上位機(jī)程序基于虛擬儀器技術(shù)開發(fā)，下位機(jī)采用可編程控制器。通過掃碼槍獲取機(jī)型信息，上位機(jī)自動(dòng)調(diào)取加注量、測試項(xiàng)目、測試項(xiàng)目的測試程序、測試參數(shù)等信息，整個(gè)測試系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制，電磁閥動(dòng)作，伺服系統(tǒng)按照預(yù)定參數(shù)執(zhí)行，變頻調(diào)速系統(tǒng)依據(jù)設(shè)定參數(shù)動(dòng)作。測試系統(tǒng)在測試過程中進(jìn)行狀態(tài)提醒，試驗(yàn)信息提示，數(shù)據(jù)記錄與存儲(chǔ)等。

定量加注模塊的控制邏輯如圖5所示，依據(jù)加注量需求以及生產(chǎn)節(jié)拍要求，變頻調(diào)速，實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保。

上位機(jī)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(jī)型信息或者手動(dòng)選擇機(jī)型，程序自動(dòng)調(diào)取被試件加注量、測試項(xiàng)目、測試項(xiàng)目的測試程序、測試參數(shù)、不同測試項(xiàng)目的結(jié)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(dòng)記錄測試數(shù)據(jù)，繪制數(shù)據(jù)曲線并將數(shù)據(jù)記入數(shù)據(jù)庫；在各測試項(xiàng)目結(jié)束時(shí)，自動(dòng)調(diào)取結(jié)果評判條件，給出評判結(jié)果。

1.5 軟件

測試系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)如圖7所示，采用樹形結(jié)構(gòu)及模塊化方式編程。軟件具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)查詢打印、校準(zhǔn)、工藝參數(shù)錄入及修改、狀態(tài)監(jiān)視等功能。

2 測試系統(tǒng)

測試系統(tǒng)的主界面如圖8所示，包含“主界面”“狀態(tài)監(jiān)視”“測試數(shù)據(jù)”以及“數(shù)據(jù)曲線”4個(gè)選項(xiàng)卡。其中“主界面”選項(xiàng)卡顯示了機(jī)型信息，提示信息、測試系統(tǒng)狀態(tài)、關(guān)鍵試驗(yàn)參數(shù)、模式狀態(tài)切換按鈕、單項(xiàng)測試項(xiàng)目等。“狀態(tài)監(jiān)視”選項(xiàng)卡顯示了系統(tǒng)的通訊狀態(tài)、濾油器的狀態(tài)、變頻器的狀態(tài)、伺服驅(qū)動(dòng)器的狀態(tài)、風(fēng)機(jī)的狀態(tài)以及急停按鈕的狀態(tài)等?！皽y試數(shù)據(jù)”選項(xiàng)卡以列表的形式顯示了測試過程中的關(guān)鍵參數(shù)，其中不合格的數(shù)據(jù)的背景色為紅色，便于查找和分析故障。“數(shù)據(jù)曲線”選項(xiàng)卡以曲線圖的形式顯示了測試過程中的關(guān)鍵參數(shù)。在該界面的“主界面”選項(xiàng)卡中進(jìn)行自動(dòng)與手動(dòng)模式切換。在手動(dòng)模式下，可以單項(xiàng)進(jìn)行操作，比如，磨合、加注、系統(tǒng)測試、潤滑測試、離合測試以及制動(dòng)測試等。

數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)。界面分項(xiàng)顯示了列表形式的數(shù)據(jù)以及對應(yīng)的曲線圖，還給出了測試項(xiàng)目的測試結(jié)果。點(diǎn)擊“打印報(bào)告”按鈕，即可生成Excel格式的試驗(yàn)報(bào)告，可以編輯并存儲(chǔ)于指定文件夾中。

參數(shù)設(shè)置界面如圖10所示，該界面包含“系統(tǒng)設(shè)置編程”和“掃碼信息修改錄入”2個(gè)主選項(xiàng)卡，在“系統(tǒng)設(shè)置編程”主選項(xiàng)卡里面還包含有子選項(xiàng)卡。在該界面可以進(jìn)行測試項(xiàng)目管理，測試項(xiàng)目編程，掃碼信息管理，修改或者錄入試驗(yàn)參數(shù)，“修改”按鈕根據(jù)是否是已經(jīng)錄入的參數(shù)分別顯示為“修改”或“錄入”。進(jìn)入該界面之前需要權(quán)限識別，沒有權(quán)限的人員無法進(jìn)入該界面。在“系統(tǒng)設(shè)置編程”主選項(xiàng)卡里進(jìn)行機(jī)型管理、測試項(xiàng)目管理、參數(shù)的錄入及修改、測試項(xiàng)目的編程等。在“掃碼信息修改錄入”主選項(xiàng)卡里進(jìn)行掃碼信息的管理。

該系統(tǒng)具有傳感器校準(zhǔn)功能，相應(yīng)界面如圖11所示。采用2種校準(zhǔn)方式，對于線性度比較好的傳感器采用線性校準(zhǔn)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(zhǔn)，以保證系統(tǒng)測試精度。其中線性校準(zhǔn)方法中通過標(biāo)準(zhǔn)儀器給定零點(diǎn)和另一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)值實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)，也可以通過手動(dòng)錄入零點(diǎn)和系數(shù)實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)。其中折線校準(zhǔn)方式依據(jù)傳感器的狀況選擇多點(diǎn)進(jìn)行校準(zhǔn)，校準(zhǔn)點(diǎn)的數(shù)量不受限制。

該系統(tǒng)具有參數(shù)監(jiān)視功能，相應(yīng)界面如圖12所示。該界面包含“遠(yuǎn)端PLC”及“本地PLC”兩個(gè)選項(xiàng)卡，可以監(jiān)視遠(yuǎn)程及本地PLC輸入輸出點(diǎn)、模擬量輸入輸出信號的狀態(tài)，便于對設(shè)備進(jìn)行維護(hù)及故障診斷。

3 測試系統(tǒng)的應(yīng)用

目前該測試臺(tái)已經(jīng)調(diào)試完成并在某拖拉機(jī)廠連續(xù)運(yùn)行，調(diào)試及現(xiàn)場應(yīng)用的照片如圖13所示。

某機(jī)型的測試數(shù)據(jù)如圖14所示。

通過與可溯源標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備比對，該測控系統(tǒng)測量準(zhǔn)確；通過與立項(xiàng)各指標(biāo)進(jìn)行對標(biāo)，該測控系統(tǒng)滿足立項(xiàng)各項(xiàng)指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期各項(xiàng)功能；連續(xù)平穩(wěn)無故障運(yùn)行近2個(gè)月，該測試系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠；客戶對該系統(tǒng)進(jìn)行了預(yù)驗(yàn)收，項(xiàng)目順利通過并且客戶給出了高度的評價(jià)和一致的認(rèn)可；該項(xiàng)目可以服務(wù)于整個(gè)農(nóng)機(jī)行業(yè)傳動(dòng)系底盤的磨合測試，良好的系統(tǒng)兼容性及延展性，可以滿足整個(gè)行業(yè)數(shù)年在該方面的測試需求，引領(lǐng)了當(dāng)前該領(lǐng)域的發(fā)展。

4 結(jié)論

開發(fā)的智能化濾油測試系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了精細(xì)化控制，實(shí)現(xiàn)了不同機(jī)型不同加注量的精確加注，不同機(jī)型在不同測試階段個(gè)性化循環(huán)流量與測試流量的精確控制以及指定時(shí)間內(nèi)油液循環(huán)次數(shù)的要求；實(shí)現(xiàn)了測試程序可配置功能，實(shí)現(xiàn)了不同機(jī)型自動(dòng)調(diào)用不同的測試項(xiàng)目，不同機(jī)型同一測試項(xiàng)目的不同控制策略，實(shí)現(xiàn)了被試件測試項(xiàng)目的柔性控制，良好的兼容性，為后續(xù)增加機(jī)型，改變測試項(xiàng)目，調(diào)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(fā)測試系統(tǒng)或者從底層改變軟件；實(shí)現(xiàn)了測試系統(tǒng)的數(shù)字智能化，通過掃碼槍掃描被試件上的編碼自動(dòng)調(diào)取被試件加注量、測試項(xiàng)目、測試項(xiàng)目的測試程序、測試參數(shù)、不同測試項(xiàng)目的結(jié)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(dòng)記錄測試數(shù)據(jù)，繪制數(shù)據(jù)曲線并將數(shù)據(jù)計(jì)入數(shù)據(jù)庫，在各測試項(xiàng)目結(jié)束時(shí)，自動(dòng)調(diào)取結(jié)果評判條件，給出評判結(jié)果；實(shí)現(xiàn)了測試系統(tǒng)的可組網(wǎng)功能，設(shè)置組網(wǎng)軟硬件接口，可以通過網(wǎng)絡(luò)將測試數(shù)據(jù)傳輸至服務(wù)器或者工廠數(shù)據(jù)管理平臺(tái)；實(shí)現(xiàn)了測試系統(tǒng)自動(dòng)模式和手動(dòng)模式切換功能，可以按照預(yù)設(shè)配置程序自動(dòng)執(zhí)行測試項(xiàng)目，也可以通過模式切換，手動(dòng)針對性的選擇測試項(xiàng)目進(jìn)行測試，便于返修后對被試件進(jìn)行指定項(xiàng)目的測試，提高測試效率；測試系統(tǒng)節(jié)能環(huán)保，依據(jù)加注量需求以及生產(chǎn)節(jié)拍要求，變頻調(diào)速。