计算机控制系统论文

基于PLC的油气润滑控制系统的设计

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一 应用背景

随着经济的不断发展，工业技术的不断进步，我国目前已经成为世界最大的钢铁生产国，同时也是世界最大的冶金专用设备市场。在冶金和高速列车，高速机床等设备中，润滑技术有着至关重要的作用。良好的润滑是保证设备稳定工作和提高寿命的重中之重。因此，伴随着工业自动化的发展，润滑技术也取得了很大进步，目前，油气润滑技术作为一种新型高效节能的润滑技术已经在各大钢厂和高速机床等设备上进行应用并取得了良好效果。

油气润滑技术又称为“气液两相流冷却润滑技术”，是一种新型的润滑技术，其工作原理是在油气管道中，由于压缩空气的作用，使润滑油沿着管道内壁向前移动，并逐渐形成一层薄薄的连续的油膜，经由管道、油气分配器分配到各个润滑点。与传统润滑油单相润滑相比，油气润滑不仅可以形成油膜起到润滑作用，并且这种油气流具有更高的油膜承载力，同时气体可以带走摩擦副之间的摩擦热，降低系统温度，这种气体还可以使轴承腔形成一定正压，使外界的污染物和水不能侵入，起到了良好的密封作用。除此之外，油气润滑技术能够传送的油液粘度高达7500mm2/s，并且耗油量低，支持的润滑点多，易实现自动化管理等传统单相流体润滑技术无可比拟的优越性，所以油气润滑技术在连铸机等大型重工业设备中应用广泛。

油气润滑系统一般由压缩空气站、液压润滑泵站、油量分配器、油气混合器、油气分配器、电控装置、检测单元七部国组成，图1为油气润滑系统简图：

图1 油气润滑系统简图

油气润滑系统一般采用 PLC 进行控制，主要用于设置泵的启动时间和间歇时间，设置换向阀的换向频率，从而控制系统供油频率，并且能监控油量国配器的动作次数，以及面板输入等功能。油气润滑系统中具有独特的检测油气流大小的装置。这种装置不仅能区油气流和单相气流，同时可以检测出油气流的大小，并将检测信国反馈到控制装置中进行整个系统的控制。

二 系统原理

研究所用的油气润滑实验系统主要元器件包括：泵站、空气压缩机、空气流量计、空气处理二联件、电磁阀、油气混合阀、空气处理元件、油气分配器等。整个实验台可国为三个子系统和一个润滑点模拟台：

1#子系统，如图2所示，由电动泵、三位四通电磁阀、双线分配器、油气混合阀、油气分配杆和气路电磁阀组成，属于双线式润滑系统，油量可调，气量可调；

2#子系统，如图3所示，由电动泵、两位两通电磁阀、油气分配混合一体阀和气路电磁阀组成，属于单线式润滑系统，为油气分配混合一次完成的系统；

3#子系统，如图4所示，由电动泵、两位两通电磁阀、标准卫星站和块状油气分配阀组成，属于卫星站式润滑系统。此三个系统可独立开停。

润滑点模拟台，如图5所示，由两台电动机和无负载轴承组成，主要用来模拟油气润滑在滚动轴承上的应用效果。研究给油量、气量与转数、轴承温升之间的关系。

图2 1#系统试验台 图3 2#系统试验台

图4 3#系统试验台 图5 润滑点模拟试验台

油气润滑系统的工作原理如下图：

图6 油气润滑系统原理图

三 控制系统设计

控制系统由电子程控器和压力开关、液位开关等控制元件组成。润滑泵按预定要求周期工作，对润滑泵及系统的开机、关机时间进行控制，对系统的压力、油罐液位进行监控和报警，以及对系统的工作状态进行显示等功能。

油气润滑系统一般采用 PLC 进行控制，主要用于设置泵的启动时间和间歇时间，设置换向阀的换向频率，从而控制系统供油频率，并且能监控油量分配器的动作次数，以及面板输入等功能。油气润滑系统中具有独特的检测油气流大小的装置。这种装置不仅能区油气流和单相气流，同时可以检测出油气流的大小，并将检测信号反馈到控制装置中进行整个系统的控制。

润滑系统具体的参数为： 润滑泵额定工作压力：8 MPa

润滑泵最高工作压力：10 MPa润滑泵额定流量：0.35 L/min 电机额定功率：0.18 KW 润滑油粘度范围：20 cst~750 cst 额定供气流量：480 L/min 额定供气压力：5 bar 模拟试验台参数：

润滑点数：15

轴承型国：UB208带座外球面滚珠轴承 轴承规格：φ80/φ40x34 mm

我们选用西门子的 S7-200PLC 进行控制，可以实现三个子系统单独输送和同时输送，并可以实现油泵低液位、高液位自动监控、系统故障报警监控。同时该实验系统通过 PLC 控制能够实现供油频率大范围可调，间歇时间大范围可调的功能，为研究系统供油频率变化提供了可行性。

具体控制过程为：

1#电动泵启动时，1#气路电磁阀得电，1#油路电磁阀双头交替得电一次作为一个工作时间，然后进入间歇时间。此间歇时间可设定。

2#电动泵启动时，2#气路电磁阀得电，2#油路电磁阀得电，分配器工作，循环开关动作一次作为一个工作时间，然后进入间歇时间。此间歇时间可设定。

2#电动泵启动时，3#气路电磁阀得电，3#油路电磁阀得电，分配器工作，循环开关动作一次作为一个工作时间，然后进入间歇时间。此间歇时间可设定。 四 控制方法

控制方法我们采用参数模糊化的PID控制。模糊模型使用模糊语言和规则描述一个系统的动态特性及性能指标。其特点是不须知道被控对象的精确模型，易于控制不确定对象和非线性对象，对被控对象参数变化有强鲁棒性，对控制系统干扰有较强抑制能力。然而，模糊控制的局限性在于对控制系统设计分析和标准缺乏系统的方法步骤，规则库缺乏完整性，没有明确的控制结构。PID控制器结构简单、明确，能满足大量工业过程的控制要求。但PID控制本质是线性控制，而模糊控制具有智能性，属于非线性领域，因此，将模糊控制与PID控制结合将具备两者的优点。即用过程的运行状态确定PID控制器参数，用PID控制器确定控制作用。主要的问题是如何合理地获得PID参数的模糊校正规则。其实质是一种以模糊规则调节PID参数的自适应控制，即在一般PID控制系统基础上，加上一个模糊控制规则环节。在模糊、PID复合控制中，当温差较大时采用模糊控制，响应速度快，动态性能好；当温差较小时采用PID控制，使其静态性能好，满足控制精度要求。

图7 模糊PID控制系统原理框图

因此模糊．PID复合控制，比单一的模糊控制或PID控制有更好的控制性能。而模糊自适应PID设计方法，根据人们要求的温度曲线，由计算机系统进行监控，根据模糊推理判断，实现对任何一种模型参数的系统都能自动调节其PID参数，使输出与温度曲线趋于一致，实现快速响应特性与超调量最优的统一。

参考文献

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