基于单片机的牙轮钻机智能润滑控制系统

蒋利兵

(长沙矿山研究院有限责任公司， 湖南 长沙 410012 )

基于单片机的牙轮钻机智能润滑控制系统

蒋利兵

(长沙矿山研究院有限责任公司， 湖南 长沙 410012 )

为了解决牙轮钻机润滑中逻辑控制的问题，提出了一种牙轮钻机新型润滑控制系统，该系统以STC89C52单片机为核心，能有效控制设备干油润滑和稀油润滑的启停、润滑压力检测、低油位检测、润滑故障报警等，并在LCD屏上实时显示系统的运行及监控数据，使得润滑系统更加稳定可靠，进一步保证了设备各机械转动部件得到充分可靠的润滑，使润滑系统能根据现场实际情况灵活选择润滑工作模式以及润滑参数。

牙轮钻机；润滑系统；单片机；抗干扰措施

0 概 述

润滑是牙轮钻机工作时很重要的环节，如果润滑不到位，钻机的各个机械磨损部件很容易损坏，影响设备生产效率，增加维护劳动量及运行成本。目前国内生产的YZ-35、YZ-55等系列牙轮钻机上配备的润滑控制系统，普遍采用简单的JS系列晶体管时间继电器和普通继电器完成简单的逻辑控制，特别难以实现对于稀油润滑工作逻辑较强的控制要求，因此，也不能监视润滑系统的各类故障和运行情况，在使用中受到限制，达不到更高的控制要求。利用单片机技术，可完成很强的程序逻辑运算，实现更复杂逻辑运算，达到更精确的时间控制，实现智能化数字润滑系统。

1 系统硬件设计及其功能

系统主要由单片机、LCD显示屏、I2C总线数据存储器、系统设置、信号检测输入以及输出控制模块组成，见图1。

图1 系统组成

采用单片机为核心的控制系统，对各种输入信号根据要求在内部进行高速运算处理后再将处理后的信号输出，控制执行机构动作。单片机的工作是由软件来控制，控制系统的功能完全由软件决定的。输入检测信号传感器的触点上均经过继电器隔离输入，以防止外围危险电源引入导致损坏单片机，确保润滑系统工作稳定可靠。采用LCD显示屏监控显示润滑周期、润滑时间、润滑故障以及润滑系统当前工作状态，润滑系统数据显示采用英文或英文字母缩写组合，直观的向工作人员显示各类数据信息，以便于工作人了解显示代码的意思和功能。可通过按键设置系统参数以及工作模式，其中，系统润滑周期可设置成1～255 min，润滑时间可设置成1～15 min，并将设置的各类参数数据保存在存储器24C02I2C总线中，实现数据永久保存。

润滑控制系统有3种工作模式的，可根据需要选择其中1种工作模式工作，并具有低油位、润滑故障等保护功能。

2 主要控制原理

润滑系统根据设定的工作模式循环地对设备进行润滑工作，润滑定时采用倒计时定时方法。当润滑周期到达时，单片机输出一个润滑信号，通过继电器控制气泵电磁阀的通断来控制润滑泵的工作，工作中，单片机对润滑油压开关信号进行实时采样检测，直到润滑结束，如果检测到有压力信号，并判断润滑成功，接着下一轮润滑周期定时。如果没有检测到压力信号，则判断润滑失败，此时在LCD屏显示故障代码以及输出润滑报警指示。

系统运行模式可设置Mode为1,2,3三种润滑模式。

(1) Mode=1时，润滑系统按设定的润滑时间输出润滑控制，直到润滑时间结束后停止输出控制信号，进行下一轮润滑周期定时。

(2) Mode=2时，润滑系统按设定的润滑时间输出润滑控制，润滑工作期间，若检测到润滑油压达到设定压力时，系统停止润滑输出控制，并进行下一轮润滑周期定时。

(3) Mode=3时，润滑按设定的润滑时间输出润滑控制，润滑工作期间，若有检测到润滑压力时，停止润滑输出控制，并延时10 s等待油压泄压，继续输出润滑控制，这样循环工作，直到润滑结束。

当油压或油位开关损坏时，而又不能影响设备正常润滑的需求时，可根据现场实际需要，将低油位检测、润滑压力检测可设置成关闭，当有低油位、润滑压力故障报警时，润滑系统仍然按设定的润滑参数，对设备进行循环周期润滑，并且在LCD屏上显示故障代码以及有故障报警输出指示。

润滑系统在非编程模式时，无论润滑系统当前处于任何状态，如故障、缺油锁定等状态下，按下强制润滑按键，可立即实现润滑工作。因此在调试或者润滑报警时，强制润滑可方便工作人员对设备进行必要的润滑控制。

3 系统抗干扰措施

自动润滑控制系统在牙轮钻机上运行时，由于工作环境及其恶劣，难免会有多种干扰因素，对润滑系统造成错误的输入信号，将影响润滑系统的正常运行。抑制干扰、提高信噪比，对润滑系统运行的稳定性具有极其重要意义。为保证系统稳定运行，减少各种来自环境的干扰，综合运用了软硬件抗干扰技术，提高润滑系统的稳定性。

(1) 采用继电器隔离。单片机的输入输出I/O口，通过DC12V微型继电器进行隔离，以使单片机的输入输出接口完全与外界强电隔离，以防止单片机因强电的导入烧坏单片机，单片机输入输出控制口先经PNP晶体管8550放大驱动，然后再驱动继电器。由于继电器线圈属于感性负载，因此继电器线圈两端并联一个续流二极管，以保护晶体管的使用寿命。为了使继电器能正常工作，晶体管基极加上一个10 K上拉电阻，以提高继电器工作的可靠性。

(2) 软件抗干扰。软件抗干扰是为了消除润滑系统在按键输入设定系统参数或者采集外界信号输入的波动，以提高信号采集判断的准确性，消除因瞬间的干扰信号输入，造成单片机判断错误的输入信号，导致润滑系统误动作。软件消抖方法采用信号输入延时扫描，单片机检测到有信号输入时，此时延时5～10 ms，再次对输入信号进行检测，若检测到信号为同一信号，即为真信号，由单片机判断有信号输入，并执行相应输入信号的功能，若延时后未检测到信号或不为同一信号，那么由单片机判断本次输入信号为干扰信号，单片机舍弃本次输入信号的采集，并不作任何响应，完成一次信号采集过程。

4 结 论

采用单片机为核心，对牙轮钻机设备各转动部件进行润滑控制，其运行稳定可靠，有强大的程序逻辑运算功能，能实现逻辑复杂的逻辑控制，弥补传统简单润滑控制系统的不足，能根据设备情况对润滑控制要求实现精确控制，以让设备的润滑达到更佳状态，从而减少机械磨损，提高设备运行稳定性。

[1]瓮嘉明,周成虎，杜大军，等.单片机典型系统设计与制作实力解析[M].北京：电子工业出版社，2014.

[2]李江全，魏中岩，姚 帅，等.单片机通讯与控制应用编程实例[M].北京：中国电力出版社，2012.

[3]汪 洋，刘明富.YZ-35牙轮钻机链条自动润滑系统的设计[J].采矿技术，2011(5)：56￣57.

[4]陈新军，刘明光.基于单片机的煤矿瓦斯自动检测系统[J].采矿技术，2007(1):75￣76，79.

[5]关子节.润滑油与设备故障诊断技术[M].北京：中国石化出版社,2007.

2014￣09￣22)

蒋利兵(1986-)，男，湖南永州人，助理工程师，从事自动化控制系统的研究设计,Email：jianglb1014@163.com。