CN101210645A - 分布式自动润滑系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种分布式自动润滑系统，包含有上位HMI人机界面、控制器、转换适配器、现场补油机和通讯系统，上位HMI人机界面由工控机或一体化工作站、系统软件、应用程序构成，控制器由可编程控制器PLC构成，转换适配器设置在控制器与各现场补油机之间，现场补油机的本体上配置有可重复使用的储油杯，直接设置在各润滑点的工作现场，在上位HMI人机界面的控制下以恒定的压力、定时、定量地进行自动补油、既不会破坏轴承室的油封，也不会降低油脂品质，可避免漏油和润滑效果差的情况。通过上位HMI人机界面设定并调整每个现场补油机的工作周期等参数，监视每个现场补油机、相关工作轴承以及整个润滑系统的运行状态，有利于确保良好润滑工作状态。

Description

分布式自动润滑系统

技术领域

本发明涉及轴承保养技术领域，特别是一种便于远距离、定时、定量提供润滑油、并能远距离监控各润滑点工作状态的分布式自动润滑系统。

背景技术

在滚动轴承的日常工作中，每天都要消耗并需要补充一定量的干油润滑油脂，所以能否按照实际消耗情况及时补充相应的润滑油脂成为滚动轴承润滑保养的核心。因而补脂周期、补脂量及所补油脂的质量便成为滚动轴承润滑保养中的三大要点。目前常用的滚动轴承的补脂方式主要有集中补脂和人工补脂两种。集中补脂实际上是一个由储油器中心、给油泵、管路、分配器和控制系统等组成的集中补脂系统，在控制系统的控制下，定时地将储油器中的润滑油脂通过管路、分配器和各加油点加到轴承里面。其缺陷是：

①由于储油器中心离各润滑点的距离不等，容易形成距离近的轴承加脂过量、距离远的轴承加脂不足的局面，因而各润滑点的加脂量不均；

②由于油脂管路通常较长，所需注脂的压力也相对较大，使距离较近轴承上的油封往往会因压力过大而被损坏，致使油脂因无法滞留在轴承室内储存而发生漏油现象，造成油脂浪费和污染环境的不良状况；

③由于大部分润滑点离储油器中心距离较远，使油脂在管路里的行走时间较长，有的甚至会超过一年，致使到达各润滑点的油脂质量严重下降，影响润滑效果；

④在压力大的情况下远距离输油，容易发生油皂分离现象、引发管路堵塞情况，必须定期酸洗管路、以确保油路畅通，因而日常维护保养的工作量较大。

人工补脂是用油枪或油泵车，按照预定的补脂周期(如几周或几月)，手工给各润滑点加油。其缺点是：凭经验加油，加油量不易控制；对有毒有害及人手无法触及的润滑点无法实施人工加油操作；费时、费力又脏又累，不符合环保和经济性要求。而且，采用人工补脂方式补油的大部分工作轴承，在一个润滑补脂周期中，60％时间处于过润滑(前期)或欠润滑(后期)的不良润滑状态中，因而总体效果较差。

由上可见，对于滚动轴承的润滑保养最理想与科学的方式应该是补充与消耗能够互相平衡。而现有传统的集中补脂系统只能满足补脂周期的要求，对于补脂量和油脂质量则难以保证；人工补脂方式只能满足油脂质量要求，对于补脂周期和补脂量则难以保证。更为重要的是，生产现场的补油点多而且分散，无论是传统的集中补脂或是人工补脂方式，由于技术上的制约，都无法实时监控各补油点尤其是关键点的润滑状态，导致轴承意外损坏，并常常因此停产、给企业带来巨大经济损失。这在日益重视生产设备状态管理的今天，是一个迫切亟待解决的重要问题。

发明内容

本发明的目的是要提供一种能同时兼顾滚动轴承润滑保养中的补脂周期、补脂量及所补油脂质量三大要点，对各润滑点的轴承工作状态具有实时自动检测和信息反馈功能的分布式自动润滑系统。

本发明的分布式自动润滑系统主要由上位HMI人机界面、控制器、转换适配器、现场补油机和通讯系统等五大部分组成。其中：

1.上位HMI人机界面

上位HMI人机界面主要由工控机或一体化工作站、系统软件、应用程序构成，是分布式自动润滑系统的监控中心，其主要功能如下：

(1)HMI人机界面的操作授权及权限管理；

(2)显示分布式自动润滑系统的工艺、结构及各润滑点布置图；

(3)显示相关工作轴承以及整个润滑系统的工作状态；

(4)监控每个现场补油机的工作状态，包括实际设定周期、最后一次补油时间、各次补油时间数据的下拉式列表、已补油次数、剩余油脂量的百分数、故障报警及故障报警时间数据的下拉式列表；

(5)每个现场补油机的启动、停止、复位操作及相关信息显示；

(6)设定并调整每个现场补油机的工作周期参数。

工作时，使用者可以通过上位HMI人机界面设定并调整每个现场补油机的工作周期等参数，监视每个现场补油机、相关工作轴承以及整个润滑系统的运行状态，及时发现工作异常情况、并报警，便于相关人员采取必要措施，以确保整个系统处于良好润滑工作状态。

2、控制器

控制器设置在上位HMI人机界面与转换适配器之间，主体由可编程控制器PLC组成、采用梯型图或功能图编程、与上位HMI人机界面之间采用工业以太网或现场总线进行通讯连接，与转换适配器之间采用点对点直接连接，其任务是接收上位HMI人机界面的命令，并通过转换适配器控制各个现场补油机每次启动、停止、复位等操作，并将实际的工作结果和现场补油机的状态信息发送回上位HMI人机界面。

3、转换适配器

转换适配器是设置在控制器与各现场补油机之间的接口，它将来自控制器一侧的各种不同的电气信号，如交流220V、110V，或直流220V、110V、48V、36V、24V和各种控制信息等转换成带有时序特征的现场补油机用工作信号；同时，转换适配器解析来自现场补油机一侧的同步信号中的时序特征信息，其中包含现场补油机的状态信息，转换成相应的数据返回给PLC控制器。

4、现场补油机

现场补油机由本体和可重复使用的储油杯二部分组成。本体由外壳、动力驱动腔和控制腔组成，其中：外壳呈圆杯状、边沿上设置有装配内螺纹；动力驱动腔内设置有驱动电机、齿轮传动机构、传动螺杆和金属推板，驱动电机主轴上设置有与齿轮传动机构中的输入齿轮相啮合的主动齿轮，齿轮传动机构中的输出齿轮与传动螺杆上的从动齿轮相啮合，金属推板固定设置在传动螺杆的顶端部上；控制腔内设置有输入输出接口、嵌入式CPU控制板、电机电流检测器。储油杯由杯壳、杯底、活塞和油腔组成，其中：杯壳外径与本体外壳相符，在杯体的边沿上设置有与本体外壳边沿上的内螺纹相匹配的外螺纹，杯底上设置有出油口，腔内设置有活塞，油腔位于活塞下方与杯底之间。此外，所述活塞上设置有限位环和中间支承环、其外径与储油杯的油腔内径相符、端面形状与储油杯的杯底形状相符；在储油杯杯壳内壁的近边沿处设置有活塞限位件。所述的嵌入式CPU控制板中主要设置有CPU中央处理器、产生嵌入式CPU控制板时钟脉冲的晶振器、接收来自转换适配器的时序电压信号并反馈同步信号的输入输出接口、驱动电机转动的电机驱动接口、控制驱动电机正反转的电机驱动控制电路、检测驱动电机工作电流的电机电流检测电路、用于读写CPU的程序和数据的程序读写口、同步信号输出电路及降压电路。工作时，输入输出接口接收来自转换适配器的时序电压信号，其中一路直接送给电机驱动接口，此时驱动电机处于等待工作状态；另一路经降压电路后启动嵌入式CPU控制板开始工作，在CPU中央处理器的控制下按照预先编制好的程序控制驱动电机正转或反转，电机电流检测电路同步工作、检测驱动电机的工作电流；在嵌入式CPU控制板一个周期工作期间，通过同步信号输出电路向转换适配器保持输出高电平信号，直到工作周期结束。

5、通讯系统

通讯系统由工业以太网、现场总线或点对点直接连接电缆构成，上位HMI人机界面和控制器之间的通讯采用工业以太网或现场总线连接，控制器与转换适配器之间、转换适配器与现场补油机之间采用现场总线点对点直接连接。

工作时，由上位HMI人机界面发出工作指令，经现场总线传送至嵌入式CPU控制板，向现场补油机发出启动工作信号，驱动电机接通电源、主轴正向转动、其上的主动齿轮同步转动，经齿轮传动机构驱使传动螺杆转动、对金属推板产生足够大的下推力，推动储油杯中的活塞向下位移，将其中的润滑油脂经出油口挤出、加入到与轴承室液路相通的补油口中；当储油杯中的油被加完、活塞被推到杯底时受阻、停止下移，此时在金属推板上产生过大的反推力驱使驱动电机的工作电流远高于正常工作值，电机电流检测器检测到、并发出过流工作信息，于是嵌入式CPU控制板控制驱动电机作反向转动，带动传动螺杆和金属推板回退、直到金属推板和储油杯内的活塞完全脱离接触为止，并同时经输入输出接口经现场总线或工业以太网向上位HMI人机界面发出工作信号、以执行更换储油杯的操作；当发生油路堵塞、加油不畅情况时，同样会使活塞处受阻、停止向下状态，使驱动电机的工作电流加大、高于正常工作值，由嵌入式CPU控制板控制驱动电机作反向转动、带动传动螺杆和金属推板回退，同时经输入输出接口向上位HMI人机界面发出信号、进行提示性报警；当输油管路漏油或金属推板脱离活塞空转时，电机电流检测器检测到驱动电机的工作电流低于正常工作值，表明系统检测到金属推板空转的异常情况，经输入输出接口向上位HMI人机界面发出信号、进行提示性报警，以便进行及时检修。

在进行具体实施时，依据工艺要求和润滑点的数量多少配置上位HMI人机界面、配置PLC控制器、PLC控制器的输入输出(I/O)点以及现场补油机。通常对应每一个润滑点设置一台现场补油机和一个转换适配器(每个转换适配器对应PLC的一对输出/输入点，输出点用于控制现场补油机工作时序，输入点用于接收现场补油机同步信号端口的时序)；对于现场补油机，既可以通过螺纹装配的方法直接安装在各轴承加油口上，也可以在各轴承加油口附近设置固定架并增设输油管路，使管路的一端与各轴承加油口管路相连，另一端与现场补油机固定架上的出油口管路相连的方式；上位HMI人机界面与控制器、转换适配器、现场补油机之间的通讯系统通过敷设动力电缆、控制电缆或通讯电缆的方式加以电气连接；然后编制PLC的工作程序，使现场补油机执行每次补油作业时，首先由上位HMI发出“开始”工作指令，驱使控制器和转换适配器在“开始”时刻给现场补油机提供一个带时序的工作电压，然后在嵌入式CPU控制板的控制下通过同步信号端口给转换适配器发出一个高电平信号，驱动电机进入正常工作状态，并以额定电流工作，现场补油机即执行补油操作，并在补油操作结束前一直保持同步信号端口的高电平状态；当一次补油作业完成时，嵌入式CPU控制板通过同步信号端口给转换适配器发出一个低电平信号，此时转换适配器在收到该所述的低电平信号后，即发出切断现场补油机的工作电压的信号，结束正常的一次补油作业，直到下次开始，周而复始。在此过程中，使用者可以通过HMI人机界面监视各润滑点和整个系统工作轴承的润滑状态，也可以在现场通过现场补油机上的报警指示灯监视各点的润滑工作状态，尤其是对关键点和关键生产设备的润滑状态进行实时监控。当某些现场补油机的油加完时，可以在上位HMI人机界面上发现、并停止这些现场补油机的工作，在工作人员更换上充满油脂的储油杯后复位、重新启动现场补油机按照设定的程序进行补油作业。

基于上述构思的本发明分布式自动润滑系统，由于现场补油机直接设置在各润滑点的加油口上或润滑点附近的工作现场，以恒定的压力定时、定量地进行自动补油、既不会破坏轴承室的油封，也不会降低油脂品质，可有效避免发生漏油和润滑效果差的情况，完全可以满足轴承润滑保养中对补脂周期、补脂量和油脂质量的三大要求，而且，其实时监控和信息反馈和报警功能，有利于及时发现和纠正非正常工作状态，确保各轴承始终处于良好的润滑工作状态，尤其是对关键生产设备或关键点的润滑状态的远距离监视和受控管理，可大大减少甚至杜绝由于轴承的意外损坏而导致的非常停产、浪费油脂情况的发生。综上所述，使用本发明的分布式自动润滑系统，对于提高生产效率、避免浪费、节省人力、物力和财力及降低劳动强度等方面具有极明显的积极效果，具有显著的技术先进性、极佳的实用性和经济性，拥有广阔的市场应用前景。

附图说明

图1是本发明实施例的总体结构示意图；

图2是本发明实施例中转换适配器的接口示意图；

图3是本发明实施例中现场补油机的结构示意图；

图4是现场补油机中嵌入式CPU控制板的电气框图。

图中：

1.上位HMI人机界面2.控制器3.转换适配器4.现场补油机

5.通讯系统6.本体7.储油杯8.外壳

9.动力驱动腔10.控制腔11.内螺纹12.驱动电机

13.齿轮传动机构14.传动螺杆15.限位套16.金属推板

17.从动齿轮18.输入输出接口19.嵌入式CPU控制板

20.电机电流检测器21.杯壳22.杯底23.活塞24.油腔

25.外螺纹26.出油口27.限位环28.中间支承环29.限位件

30.CPU中央处理器31.晶振器32.电机驱动接口33.电机驱动控制电路

34.电机电流检测电路35.程序读写口36.同步信号输出电路

37.降压电路

具体实施方式

下面结合附图和典型实施例对本发明作进一步描述。

在图1和图2中，本发明的分布式自动润滑系统主要由上位HMI人机界面1、控制器2、转换适配器3、现场补油机4和通讯系统5组成。其中：上位HMI人机界面1主要由工控机或一体化工作站、系统软件、应用程序构成；控制器2设置在上位HMI人机界面1与转换适配器3之间、主体由可编程控制器PLC组成、与上位HMI人机界面1之间采用工业以太网或现场总线进行通讯连接，与转换适配器3之间由现场总线点对点直接连接；转换适配器3设置在控制器2与各现场补油机4之间由现场总线点对点直接连接。

在图3中，现场补油机4由本体6和储油杯7装配组合而成，本体6由外壳8、动力驱动腔9和控制腔10组成，其中：外壳8呈圆杯状、边沿上设置有装配内螺纹11；动力驱动腔9内设置有驱动电机12、齿轮传动机构13、传动螺杆14及其限位套15和金属推板16，在驱动电机12的主轴上设置有与齿轮传动机构13中的输入齿轮相啮合的主动齿轮，齿轮传动机构13中的输出齿轮与传动螺杆上的从动齿轮17相啮合，金属推板16固定设置在传动螺杆14的顶端部上；控制腔内设置有输入输出接口18、嵌入式CPU控制板19、电机电流检测器20；储油杯7由杯壳21、杯底22、活塞23和油腔24组成，在杯壳的边沿上设置有与本体6的外壳8边沿上的内螺纹11装配相符的外螺纹25，杯底22上设置有出油口26，腔内设置有活塞23，油腔24位于活塞23的下方与杯底22之间。此外，所述的活塞23上设置有限位环27和中间支承环28、其外径与储油杯7上油腔24的内径相符、端面27的形状与储油杯7的杯底22的形状相符；在储油杯7上杯壳21腔壁的近边沿处设置有活塞限位件29。

在图4中，现场补油机4中嵌入式CPU控制板19中主要设置有CPU中央处理器30、产生嵌入式CPU控制板19时钟脉冲的晶振器31、接收来自转换适配器的时序电压信号并反馈同步信号的输入输出接口18、驱动电机转动的电机驱动接口32、控制驱动电机12正反转的电机驱动控制电路33、检测驱动电机12工作电流的电机电流检测电路34、用于读写CPU的程序和数据的程序读写口35、同步信号输出电路36及降压电路37。工作时，输入输出接口18接收来自转换适配器3的时序电压信号，其中一路直接送给电机驱动接口32，此时驱动电机12处于等待工作状态；另一路经降压电路37后启动嵌入式CPU控制板19开始工作，在CPU中央处理器30的控制下按照预先编制好的程序控制驱动电机12正转或反转，电机电流检测电路34同步工作、检测驱动电机12的工作电流；在嵌入式CPU控制板19一个周期工作期间，通过同步信号输出电路36向转换适配器3保持输出高电平信号，直到工作周期结束。

Claims (4)

1.一种分布式自动润滑系统，其特征在于由上位HMI人机界面(1)、控制器(2)、转换适配器(3)、现场补油机(4)和通讯系统(5)组成，其中：

a.所述的上位HMI人机界面(1)由工控机或一体化工作站、系统软件、应用程序构成，包含有(1)HMI人机界面的操作授权及权限管理，(2)显示分布式自动润滑系统的工艺、结构及各润滑点布置图，(3)显示相关工作轴承以及整个润滑系统的工作状态，(4)监控每个现场补油机的工作状态，(5)每个现场补油机的启动、停止、复位操作及相关信息显示，(6)设定并调整每个现场补油机的工作周期参数的功能；

b.所述的控制器(2)主体由PLC可编程控制器构成、采用梯型图或功能图进行编程、与上位HMI人机界面(1)之间采用工业以太网或现场总线进行通讯连接，其任务是接收上位HMI人机界面(1)的命令，并通过转换适配器(3)控制各个现场补油机(4)每次启动、停止、复位操作，并将实际的工作结果和现场补油机(4)的工作状态信息发送回上位HMI人机界面(1)；

c.所述的转换适配器(3)设置在控制器(2)与各现场补油机(4)之间，其任务是将来自控制器(2)一侧的各种不同的电气信号，如交流220V、110V，或直流220V、110V、48V、36V、24V和各种控制信息转换成带有时序特征的现场补油机(4)用信号，解析来自现场补油机(4)一侧同步信号中的时序特征信息，其中包含现场补油机(4)的状态信息，转换成相应的数据信号返回给控制器(2)；

d.所述的现场补油机(4)由本体(6)和储油杯(7)构成，本体(6)包含有外壳(8)、动力驱动腔(9)和控制腔(10)，外壳(8)呈圆杯状、边沿上设置有装配内螺纹(11)，动力驱动腔(9)内设置有驱动电机(12)、齿轮传动机构(13)、传动螺杆(14)及其限位套(15)和金属推板(16)，在驱动电机(12)的主轴上设置有主动齿轮，齿轮传动机构(13)中的输入齿轮与主动齿轮相啮合、输出齿轮与传动螺杆(14)上的从动齿轮(17)相啮合，金属推板(16)固定设置在传动螺杆(14)的顶端部上，控制腔(10)内设置有输入输出接口(18)、嵌入式CPU控制板(19)、电机电流检测器(20)，储油杯(7)由杯壳(21)、杯底(22)、活塞(23)和油腔(24)组成，杯壳(21)外径与本体(6)的外壳(8)相符，在杯壳(21)的边沿上设置有与本体(6)的外壳(8)边沿上的内螺纹(11)装配相符的外螺纹(25)，杯底(22)上设置有出油口(26)，腔内设置有活塞(23)，油腔(24)位于活塞(23)下方与杯底(22)之间，活塞(23)上设置有限位环(27)和中间支承环(28)，在储油杯(7)的杯壳(21)内壁近边沿处设置有活塞限位件(29)；

e.所述的现场补油机(4)中的嵌入式CPU控制板(19)中设置有CPU中央处理器(30)、产生嵌入式CPU控制板(19)时钟脉冲的晶振器(31)、接收来自转换适配器的时序电压信号并反馈同步信号的输入输出接口(18)、驱动电机转动的电机驱动接口(32)、控制驱动电机(12)正反转的电机驱动控制电路(33)、检测驱动电机(12)工作电流的电机电流检测电路(34)、用于读写CPU的程序和数据的程序读写口(35)、同步信号输出电路(36)及降压电路(37)。

f.所述的通讯系统(5)由工业以太网、现场总线或点对点直接连接电缆构成，上位HMI人机界面(1)和控制器(2)之间的通讯采用工业以太网或现场总线连接，控制器(2)与转换适配器(3)之间、转换适配器(3)与现场补油机(4)之间采用现场总线点对点直接连接。

2.根据权利要求1所述的分布式自动润滑系统，其特征在于所述的储油杯(7)可重复使用。

3.根据权利要求1所述的分布式自动润滑系统，其特征在于所述的活塞(23)的外径与储油杯(7)上油腔(24)的内径相符。

4.根据权利要求1所述的分布式自动润滑系统，其特征在于所述的活塞(23)的端面形状与储油杯(7)的杯底(22)形状相符。

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