尹福剛，姜子洋，謝忠明，劉晶，徐克彬

(瓦房店軸承集團有限責任公司 技術中心，遼寧 瓦房店 116300)

疲勞壽命及其可靠性是軸承最重要的性能，受到各軸承生產企業(yè)及主機用戶的廣泛關注。隨著科技的迅猛發(fā)展，軸承壽命試驗機控制系統(tǒng)也與時俱進，并呈現(xiàn)出自動化、智能化、個性化的發(fā)展趨勢。新開發(fā)的軸承壽命試驗機均不同程度地采用了自動化技術，而智能化是自動化的進一步發(fā)展，可以根據標準設定轉速、載荷等參數(shù)以滿足試驗要求，達到多、快、好、省的效果。因此，基于計算機測控技術和計算機網絡開發(fā)了全自動軸承試驗監(jiān)控系統(tǒng)。

1 整體布局

全自動軸承試驗監(jiān)控系統(tǒng)由上位機、數(shù)據庫服務器、下位機、無線網絡組成，整體架構如圖1所示。各試驗機通過無線網絡連接，下位機檢測振動、溫度、載荷、轉速等參數(shù)，并實現(xiàn)載荷和轉速的閉環(huán)控制；上位機載入試驗方案控制試驗機進行全自動試驗，通過網絡在控制室內進行監(jiān)控，并可實現(xiàn)自動變載變速、記錄、報警、停機等功能。

圖1 系統(tǒng)架構示意圖

如圖2所示，基于TCP/IP協(xié)議，將下位機、上位機、服務器以及參與控制的計算機網絡通過無線網卡、無線路由等器件聯(lián)網，通過無線聯(lián)網實現(xiàn)控制室全方位自動控制，并可通過網絡查看各試驗機的當前及歷史試驗情況[1]。

圖2 通信系統(tǒng)示意圖

2 上位機

在控制室的上位機中選取1臺作為數(shù)據庫服務器，其他作為控制用上位機，數(shù)量可根據實際需求配置，所有功能依靠軟件開發(fā)實現(xiàn)。主要具有如下功能：

1)自動制定并載入試驗方案，控制試驗機按照設定方案運行；還可手動點擊軟件控制按鈕控制試驗機動作，以便于調試。

2)實時獲取下位機檢測數(shù)據，實時監(jiān)控振動、溫度、載荷、轉速等參數(shù)，可顯示各試驗軸承的振動波形，溫度曲線等。

3)實時監(jiān)控試驗機運行狀態(tài)，并根據狀態(tài)發(fā)出相應控制指令。

4)設定各下位機檢測標準和報警門限。

5)數(shù)據庫系統(tǒng)提供數(shù)據存儲、查詢、維護等功能。

6)可對任意一臺下位機進行遠程完全控制。

3 下位機

下位機系統(tǒng)如圖3所示，由工業(yè)計算機、A/D采集卡、D/A控制卡、I/O控制卡、無線網卡、高速同步振動信號采集卡、振動傳感器、溫度傳感器、轉速傳感器、變頻器、載荷控制系統(tǒng)組成[2]，可實現(xiàn)如下功能：

1)按照上位機設定的方案自動變載、變速運行，自動進行通信、報警、停止等動作。

2)振動加速度檢測，實時顯示動態(tài)波形、振動有效值、峰值、峰值因子、峭度。

3)溫度檢測，實時顯示曲線、測量值。

圖3 下位機系統(tǒng)架構

4)具有斷點繼續(xù)功能，試驗機異常停止再開機可以從斷點繼續(xù)試驗，完整保存試驗數(shù)據。

5)轉速、壓力閉環(huán)控制。

6)可查看振動、溫度趨勢圖。

7)支持上位機遠程控制，也支持本機操作。

4 轉速及載荷控制

4.1 轉速控制

轉速采用變頻調速閉環(huán)控制方法，如圖4所示，計算機通過D/A控制卡向變頻器輸出模擬量(4～20 mA)，控制變頻電動機的轉速，測速系統(tǒng)通過A/D采集卡向計算機回饋實時轉速，計算機通過回饋轉速調整輸出模擬量，以此形成轉速閉環(huán)控制系統(tǒng)。

圖4 轉速閉環(huán)控制流程

4.2 載荷控制

如圖5所示，采用比例調壓閥、壓力傳感器實現(xiàn)載荷的閉環(huán)控制，保證載荷穩(wěn)定可調。計算機通過D/A控制卡向比例調壓閥輸出模擬量(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采集卡向計算機回饋實時載荷，計算機通過回饋載荷調整輸出模擬量，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 軟件實現(xiàn)

系統(tǒng)中的軟件使用VB編寫，主要包括上位機監(jiān)控、下位機測控、網絡通信和數(shù)據庫系統(tǒng)程序，整個系統(tǒng)由以上各程序貫穿，各部分的具體功能如下：

1)上位機監(jiān)控系統(tǒng)程序。方案編制、載入，各門限及參數(shù)設定，每臺下位機的實時波形和數(shù)據顯示，數(shù)據統(tǒng)計，發(fā)送下位機指令并接收下位機狀態(tài)信號。

2)下位機測控系統(tǒng)程序。按照試驗方案中的載荷譜和轉速譜自動變載變速，檢測振動、溫度、轉速、載荷，發(fā)送數(shù)據和狀態(tài)信號，提供自動和手動運行模式等。

3)網絡通信系統(tǒng)程序。按照通信協(xié)議使整個網絡中的節(jié)點進行通信，傳遞數(shù)據和指令信號。

4)數(shù)據庫系統(tǒng)程序。存儲試驗方案和試驗數(shù)據，為上、下位機傳遞數(shù)據，提供查詢、刪除、備份、恢復等數(shù)據操作功能。

6 結束語

通過全自動軸承試驗監(jiān)控系統(tǒng)的研發(fā)，將所有試驗機聯(lián)網集中監(jiān)控，提高了軸承實驗室的檢測、試驗能力，實現(xiàn)了軸承試驗的自動化及智能化，對后續(xù)高端軸承檢測試驗平臺的開發(fā)有一定的借鑒作用。