WK系列電鏟潤(rùn)滑油位的計(jì)量
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李 芬
（太原重工股份有限公司技術(shù)中心，山西 太原 030024）
摘要：介紹了在礦用變頻調(diào)速電鏟上實(shí)現(xiàn)潤(rùn)滑油位計(jì)量的方法，并詳述了其硬件組成、軟件編程和在人機(jī)界面上的顯示。
關(guān)鍵詞：電鏟；潤(rùn)滑油位；UL傳感器；人機(jī)界面 中圖分類號(hào)：TP273：TD422. 2+1
1概述
礦用電鏟主要用于露天礦的礦石開采、巖土剝離，為礦用汽車和半連續(xù)開采設(shè)備進(jìn)行物料裝載。電鏟傳統(tǒng)的加油方式是通過人為地從觀察口目測(cè)油位來(lái)實(shí)現(xiàn)的，不僅油位不準(zhǔn)確，而且費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、效率低。為此在優(yōu)化設(shè)計(jì)電鏟的過程中，我們?cè)O(shè)計(jì)了由UL傳感器+PLC模擬量輸入模塊十人機(jī)界面HMI組成的系統(tǒng)，可以直觀地顯示出甘油和滴油的液位，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)加油和智能報(bào)警的功能。
2 潤(rùn)滑油位的計(jì)量
2.1硬件組成
在WK系列電鏟上實(shí)現(xiàn)潤(rùn)滑油位計(jì)量的硬件包括UL傳感器、PLC模擬量輸入模塊SM331和人機(jī)界面HMI。
2.1.1UL傳感器的原理及其選型
UL系列超聲波傳感器的測(cè)量原理是利用回波波形的提取技術(shù)來(lái)測(cè)量在氣體中傳播的超聲波脈沖的回波時(shí)間。傳感器內(nèi)部有PNP三極管，在傳感器兩端加入一定電壓，超聲波脈沖回波時(shí)間的長(zhǎng)短決定三極管開關(guān)關(guān)斷次數(shù)，關(guān)斷次數(shù)決定其斬波電壓的大小，當(dāng)電阻一定，電流大小與斬波電壓成正比，即超聲波脈沖的回波時(shí)間決定了電流值，最終UL傳感器輸出的是電流信號(hào)(4 m A～20 m A)。根據(jù)油箱的高度，WK系列電鏟上的油位傳感器選型為“UL300”。
2.1.2模擬量輸入模塊的選型及其特點(diǎn)
WK系列電鏟上用于計(jì)量油位的模擬量輸入模塊(SM331)型號(hào)為“6ES7331-1KF02-OABO”，它是AI8×13位高速同步模塊，有8通道組，每個(gè)通道組的測(cè)量精度均可調(diào)整，每個(gè)通道組的用戶定義測(cè)量模式為電壓-電流-電阻-溫度，可編程診斷中斷，SM331模塊與CPU模塊的電位關(guān)系是光電隔離，其輸入之間的允許電位差為直流2V。因?yàn)閁L傳感器輸出的是電流信號(hào)，所以在此SM331模塊需要選擇的測(cè)量模式為電流型。
2.1.3 人機(jī)界面HMI的選型及其功能
WK系列電鏟上選用的人機(jī)界面為SIMATICHMI精致面板，具有靈活的高分辨率顯示屏，適合于惡劣環(huán)境，具有斷電保護(hù)功能，當(dāng)電源發(fā)生故障時(shí)，可以確保重要的數(shù)據(jù)萬(wàn)無(wú)一失，而沒有必要額外連接不間斷電源；它集成各種高端功能，可實(shí)現(xiàn)快速圖像構(gòu)建；它集成各種接口，可以輕松集成到PROFINET和PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)中，還集成有USB接口；它無(wú)需使用
專用電纜，標(biāo)準(zhǔn)電纜即可通過PFOFINET/以太網(wǎng)或USB端口進(jìn)行HMI項(xiàng)目下載，項(xiàng)目傳輸會(huì)更為簡(jiǎn)單快捷；它可以通過網(wǎng)絡(luò)攝像頭和攝像頭控件，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)狀況進(jìn)行快速監(jiān)控；它可以無(wú)紙化打印PDF/HTML文件，截圖功能可實(shí)現(xiàn)信息快速記錄。
2.2 硬件間的連接
2.2.1 傳感器與模擬量輸入模塊的連接
根據(jù)測(cè)量方法的不同，可以將電壓、電流和電阻等不同類型的傳感器連接到模擬量輸入模塊。為了減少電磁干擾，對(duì)模擬信號(hào)應(yīng)使用屏蔽雙絞電纜，并且模擬信號(hào)電纜的屏蔽層應(yīng)該兩端接地。圖1為WK系列電鏟UL傳感器與SM331模塊接線圖。圖1中，L+、L-兩端加入電壓24 VDC，27、30、32、35、37、40為SM331模塊的端口，其中“27、30”為預(yù)留的備用端口。
對(duì)于帶隔離的模擬量輸入模塊，在CPU的M端和測(cè)量電路參考點(diǎn)MANA之間沒有電氣連接；對(duì)于不帶隔離的模擬量輸入模塊，在CPU的M端和測(cè)量電路參考點(diǎn)MANA之間必須建立電氣連接。由于我們選用的SM331模塊是光電隔離模塊，屬于第一種情況。
2.2.2PLC模塊與人機(jī)界面HMI的連接
WK系列電鏟PLC( S7300)與人機(jī)界面HMI之間由一根通訊電纜連接，其通訊方式為MPI通訊，通訊速率為187.5 kb/s。
2.3軟件編程
2.3.1 編程法則
軟件編程中，如果訪問一個(gè)變量，就必須要找到它在存儲(chǔ)空間中的位置，這個(gè)過程就是尋址。在STEP7中，I／O信號(hào)、位存儲(chǔ)變量、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、程序塊、數(shù)據(jù)塊等都可以通過絕對(duì)地址和符號(hào)兩種方式來(lái)訪問。絕對(duì)地址是由一個(gè)關(guān)鍵字和一個(gè)地址數(shù)據(jù)組成的，表
1為STEP7絕對(duì)地址類型。其中，I、Q、M、L有位尋址、字節(jié)尋址、字尋址和雙字尋址幾種方式；PI類型和PQ類型有字節(jié)尋址、字尋址和雙字尋址幾種方式。
符號(hào)是絕對(duì)地址的別名，由用戶自己定義，用符號(hào)尋址可以使程序的可讀性更好，調(diào)試更加方便。例如用符號(hào)“Sensor_data”來(lái)代替絕對(duì)地址I0.0，可以使程序的閱讀者直觀地了解這是“傳感器讀數(shù)”的信號(hào)。
2.3.2SM331模塊的軟件設(shè)置
因?yàn)镾M331模塊測(cè)量模式為電流型，所以在軟件中需要設(shè)置，SM331模塊的電流模式設(shè)置如圖2所示。UL傳感器的電流輸入信號(hào)經(jīng)SM331模塊轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制讀數(shù)。
2.3.3計(jì)量甘油油位的程序
以甘油為例，甘油傳感器經(jīng)SM331模塊轉(zhuǎn)換的二級(jí)制數(shù)定義為變量“PIW396”，經(jīng)過編程，整定的讀數(shù)存人數(shù)據(jù)塊變量“DB25. DBD52”中，甘油液位的整定程序如圖3所示。
2.4人機(jī)界面上的顯示
UL傳感器的輸入信號(hào)由SM331模塊轉(zhuǎn)換，經(jīng)過MPI通訊傳至人機(jī)界面HMI，在HMI上直接顯示油位，油位讀數(shù)及其存儲(chǔ)地址在人機(jī)界面上的顯示如圖4所示。
使用UL超聲傳感器+PLC模擬量輸入模塊SM331+人機(jī)界面HMI組成的系統(tǒng)，我們不僅可以從HMI上直接讀出甘油和滴油的液位，而且通過編程可以實(shí)現(xiàn)在指定的液位報(bào)警，方便用戶及時(shí)加油。
3應(yīng)用情況
使用UL傳感器作為檢測(cè)元件設(shè)計(jì)的計(jì)量潤(rùn)滑油位，準(zhǔn)確精度高，省時(shí)省力，自動(dòng)計(jì)量油位和智能報(bào)警不僅可以保護(hù)潤(rùn)滑機(jī)構(gòu)，而且可以使?jié)櫥Y(jié)構(gòu)得到充分利用，從而保證了元器件的利用率，提高了產(chǎn)品的使用性能，進(jìn)而大大提高了設(shè)備的生產(chǎn)效率。目前，該方法在南非WK-55電鏟上應(yīng)用良好，獲得國(guó)外用戶一致好評(píng)，不久一定會(huì)在WK系列電鏟上廣泛使用。
