智能滤油测试系统的开发及应用

刘江辉，潘华磊，董春红，王宁毅，张琳琳

（洛阳西苑车辆与动力检验所有限公司，河南 洛阳 471039）

传动系在装机前要进行磨合，以减少毛刺并发现早期故障。当前一些传动系的磨合是先粗略加油，然后打开放油阀，同时调整加油枪的加注速度，实现传动系加油与排油的粗略平衡，然后进行磨合，在磨合的过程中对排出的油进行粗滤，然后再加入至传动系[1]；还有一些传动系的磨合状况更恶劣，在磨合之前粗略加注用油，在磨合完毕时将传动系的油排出。对于循环过滤的状况，加注量没有精确控制，循环过程也是粗略的平衡，无法保证在磨合的全过程传动系的液位都保持在工艺要求范围内，粗略的过滤也已无法满足新机型的要求；对于在磨合过程中没有进行循环过滤的情况，传动系的磨合结果更是令人担忧。这些传动系的磨合工艺已经越来越不适应当前精细加工制造的需求。

拖拉机传动系不断升级，由传统的机械换挡，到当前的半动力换挡及全动力换挡，对传动系的磨合提出了更高的要求：①对油品提出了更高的要求[2-3]，传统的循环过滤系统已经无法满足要求；②精细化控制，传动系磨合过程中不再是粗略的循环或者不循环，当前要求依据不同机型以及不同测试阶段实现不同流量的精细化控制；③测试参数增加，在不同的测试阶段重点关注不同的测试参数，在相应的测试项目结束后给出对应测试结果；④测试程序可配置，机型种类多，测试项目也不完全相同，即使相同的测试项目，控制策略也不完全一样，为了实现程序的兼容性，要求程序可以录入任意机型并可以对每个机型配置对应的测试项目，同时还要实现每个测试项目的可编程功能；⑤智能化，当前要求加注准确、测量准确，定量化，能实时准确记录数据，具备数据库功能，通过扫码枪扫码自动选择对应机型并自动选择测试项目，自动下载测试参数，在对应的测试项目结束时自动调取评判条件并给出评判结果；⑥组网，系统可以接入网络，可以将测试数据传输至服务器；⑦多模式需求，可以依照自动流程依次完成测试项目，也可以切换到手动模式，单项测试，以对返修后被试件进行针对性项目测试，提高测试效率。

1 测试系统的开发

1.1 整体架构

测试系统的整体架构如图1所示。

测试系统由定量加注装置和滤油测试一体机构成，定量加注装置可以挂接多台滤油测试一体机。定量加注装置主要由交换机、可编程控制器、伺服驱动器、伺服电机等构成，用来给被试件加注油液；滤油测试一体机主要由工控机、可编程控制器、变频器、变频电机等构成，用于被试件油液的循环过滤及测试。测试系统通过定量加注装置处的交换机实现数据上传，通过互联网将测试数据传输至服务器。定量加注装置根据滤油测试一体机的加注需求调整电机转速及油路电磁阀通断，根据加注需求调整电机转速，实现变频控制，节能环保。

1.2 油路结构

油路结构如图2所示。

被试件在磨合过程中会产生铁屑、橡胶屑等杂物，这些物质会污染被试件内部油液。滤油测试一体机将被污染的油液吸入，经过循环过滤系统，将干净的油液重新注入被试件。在测试过程中，滤油测试一体机从被试件吸入油液，经过测试再注入被试件。被试件磨合测试结束后通过油液回收装置将被试件用油收集起来，用于为定量加注装置供油。

1.3 定量加注方案

通过布置流量传感器获取流量信息，将获得流量对时间积分获得加注量。采用的硬件结构如图3所示。

通过PLC采集流量传感器信息，通过OPC通讯方式将PLC获得的流量信息传输至工控机，通过积分的方法获得加注量，公式如（1）所示。

式中：V——加注量；q——测得的瞬时流量。

1.4 测试系统的工作原理

测试系统的工作原理如图4所示。主要硬件有触摸屏电脑、PLC、伺服驱动器、变频器、交换机等。测控系统各单元主要通过以太网进行通讯。上位机采用触摸屏电脑（工控机），上位机程序基于虚拟仪器技术开发，下位机采用可编程控制器。通过扫码枪获取机型信息，上位机自动调取加注量、测试项目、测试项目的测试程序、测试参数等信息，整个测试系统协调控制，电磁阀动作，伺服系统按照预定参数执行，变频调速系统依据设定参数动作。测试系统在测试过程中进行状态提醒，试验信息提示，数据记录与存储等。

定量加注模块的控制逻辑如图5所示，依据加注量需求以及生产节拍要求，变频调速，实现节能环保。

上位机控制流程如图6所示。通过扫码枪扫描被试件上的编码获取机型信息或者手动选择机型，程序自动调取被试件加注量、测试项目、测试项目的测试程序、测试参数、不同测试项目的结果判定条件等信息；在不同的测试阶段给出不同的提示信息；在测试过程中自动记录测试数据，绘制数据曲线并将数据记入数据库；在各测试项目结束时，自动调取结果评判条件，给出评判结果。

1.5 软件

测试系统的软件结构如图7所示，采用树形结构及模块化方式编程。软件具有数据存储、数据查询打印、校准、工艺参数录入及修改、状态监视等功能。

2 测试系统

测试系统的主界面如图8所示，包含“主界面”“状态监视”“测试数据”以及“数据曲线”4个选项卡。其中“主界面”选项卡显示了机型信息，提示信息、测试系统状态、关键试验参数、模式状态切换按钮、单项测试项目等。“状态监视”选项卡显示了系统的通讯状态、滤油器的状态、变频器的状态、伺服驱动器的状态、风机的状态以及急停按钮的状态等。“测试数据”选项卡以列表的形式显示了测试过程中的关键参数，其中不合格的数据的背景色为红色，便于查找和分析故障。“数据曲线”选项卡以曲线图的形式显示了测试过程中的关键参数。在该界面的“主界面”选项卡中进行自动与手动模式切换。在手动模式下，可以单项进行操作，比如，磨合、加注、系统测试、润滑测试、离合测试以及制动测试等。

数据查询打印界面如图9所示，通过选择筛选条件即可筛选出需要查询的数据。界面分项显示了列表形式的数据以及对应的曲线图，还给出了测试项目的测试结果。点击“打印报告”按钮，即可生成Excel格式的试验报告，可以编辑并存储于指定文件夹中。

参数设置界面如图10所示，该界面包含“系统设置编程”和“扫码信息修改录入”2个主选项卡，在“系统设置编程”主选项卡里面还包含有子选项卡。在该界面可以进行测试项目管理，测试项目编程，扫码信息管理，修改或者录入试验参数，“修改”按钮根据是否是已经录入的参数分别显示为“修改”或“录入”。进入该界面之前需要权限识别，没有权限的人员无法进入该界面。在“系统设置编程”主选项卡里进行机型管理、测试项目管理、参数的录入及修改、测试项目的编程等。在“扫码信息修改录入”主选项卡里进行扫码信息的管理。

该系统具有传感器校准功能，相应界面如图11所示。采用2种校准方式，对于线性度比较好的传感器采用线性校准方法，对于线性度比较差，但是分段线性较好的传感器采用折线方式校准，以保证系统测试精度。其中线性校准方法中通过标准仪器给定零点和另一个标准值实现校准，也可以通过手动录入零点和系数实现校准。其中折线校准方式依据传感器的状况选择多点进行校准，校准点的数量不受限制。

该系统具有参数监视功能，相应界面如图12所示。该界面包含“远端PLC”及“本地PLC”两个选项卡，可以监视远程及本地PLC输入输出点、模拟量输入输出信号的状态，便于对设备进行维护及故障诊断。

3 测试系统的应用

目前该测试台已经调试完成并在某拖拉机厂连续运行，调试及现场应用的照片如图13所示。

某机型的测试数据如图14所示。

通过与可溯源标准设备比对，该测控系统测量准确；通过与立项各指标进行对标，该测控系统满足立项各项指标，实现了预期各项功能；连续平稳无故障运行近2个月，该测试系统运行稳定可靠；客户对该系统进行了预验收，项目顺利通过并且客户给出了高度的评价和一致的认可；该项目可以服务于整个农机行业传动系底盘的磨合测试，良好的系统兼容性及延展性，可以满足整个行业数年在该方面的测试需求，引领了当前该领域的发展。

4 结论

开发的智能化滤油测试系统，实现了精细化控制，实现了不同机型不同加注量的精确加注，不同机型在不同测试阶段个性化循环流量与测试流量的精确控制以及指定时间内油液循环次数的要求；实现了测试程序可配置功能，实现了不同机型自动调用不同的测试项目，不同机型同一测试项目的不同控制策略，实现了被试件测试项目的柔性控制，良好的兼容性，为后续增加机型，改变测试项目，调整控制策略提供方便，工艺人员即可完成所有操作，不需要重新开发测试系统或者从底层改变软件；实现了测试系统的数字智能化，通过扫码枪扫描被试件上的编码自动调取被试件加注量、测试项目、测试项目的测试程序、测试参数、不同测试项目的结果判定条件等信息，在不同的测试阶段给出不同的提示信息，在测试过程中自动记录测试数据，绘制数据曲线并将数据计入数据库，在各测试项目结束时，自动调取结果评判条件，给出评判结果；实现了测试系统的可组网功能，设置组网软硬件接口，可以通过网络将测试数据传输至服务器或者工厂数据管理平台；实现了测试系统自动模式和手动模式切换功能，可以按照预设配置程序自动执行测试项目，也可以通过模式切换，手动针对性的选择测试项目进行测试，便于返修后对被试件进行指定项目的测试，提高测试效率；测试系统节能环保，依据加注量需求以及生产节拍要求，变频调速。