浅论压榨机轴承温度的自动监控

摘要    本文介绍一种用于制糖厂压榨机轴承温度的自动监控系统。文中主要阐述了温度监测部分，自动润滑降温机构及MCS-51系列单片机为核心的处理控制器。

关键词     压榨机  自动监控  单片机

前  言

甘蔗制糖是对生产过程的时间和连续性要求较高的化工生产。但在生产过程中由于设备不安全运行而造成停车的事故时有发生，直接给制糖厂造成经济损失。据我厂近年来的安全生产资料统计表明，由于数量较多的重负荷压榨机轴承没有温度自动监控，不能及时润滑降温而导致的机械故障时间累计20小时以上，使全年安全率下1%，经济损失约12万元。

为加快我厂生产技术改造步伐，经过反复论证，我们设计了一套以MCS-51系列单片机8031为核心的轴承温度监控和控制装置。利用该装置实现对压榨机各轴承运行状态进行实时监测和及时润滑维护，从而避免了轴承过热而引起的部件损坏和停车停产事故的发生，大大提高了安全生产率，具有明显的经济效益。

电路结构设计

由于在生产现场监控，对装置的稳定性和可靠要求较高，因此，希望力求电路结构简单，安装牢固。按照这一设计原则，我们采用的电路结构如图1所示。

图1

1、主要部件选择

1.1、 8031芯片是功能较强、价格低廉的单片处理器，内部包含128个字节的RAM，4个8位并行I／O口，2个16位定时计数器和5个中断源，一个全双I串行口，21个专用寄存器，并且具有位操功能，是适合于一般中小规模测控系统的较理想的处理器芯片。

1.2、程序存贮器和数据存贮器分别选用2764和6264。由于两者均有8K字节容量，除足以满足本系统需求外，还留一定的存贮空间以便扩展。顺便指出，静态数据存贮器6264的RD信号不能直接与8031的RD相连，其原因是6264的存取时间为20ns，当8031的RD与PSEN相“与”后作为6264的RD输入才可满足时序上的需要。否则，将会使读取操作失效。

1.3、模数转换器件选用通道数为16的芯片ADC0816，其通道号是地址A₀～A₃作为ADDA～ADDD的选择信号确定的。

1.4、如图1所示，由于要求装置具有显示、报警、控制输出等功能，我们选用8255芯片作为I／O扩散芯片。8255有2个8位并行接口P_A和P_B，还有两个4位端口Pc。Pc口具有位控操作功能，可以方便地用作开关控制信号的输出端口。

2、地址分配

程序存贮器2764和数据存贮器6264的存贮空间复用000H～1FFFH，分别用PSEN和RD、WR选通。8255可编程序并行口的地址为TFFCH～TFFFH₀ADC0816的地址为BFFFH，16个模拟输入通道，由A₀～A₃径译码选择。

系统工作原理

1、温度传感器和变送器

由于轴承温度的安全范围在-25～＋150℃，实际运行中温度变化不可高于150℃。我们选用了Cu50热电阻作为传感器， 温度特性如附表所示。此热敏元件安装在轴承的固定部件上，直接反映轴承的温度值。我们选用DBW-200温度变送器，将温度变化转为相应的电流变化，其转换范围为4～20mA，然后用0.5KΩ的精密电阻将电流转换为电压值，其简图示于图2。

图2

附表  分度号：C_U(S_O)    R₀：50Ω

2、数据采集和处理

ADC0816在8031的控制下，将16路温度的模拟量分别转换为数字信号，其工作过程如下：

2.1、由A₀～A₃作为通道选择ADDA～ADDD，用以确定IN₀～INS₁₅中任一通道被选中。

2.2、P_2.7和WR或非输出锁存地址ALE，同时启动（START）、ADC、0816进行模数转换。

2.3、ADC、0816R的转换结束信号作为8031的INT₁输入信号。8031响应中断，读入径变换的数字信号。

为了消除干扰，提高监测控制的准确性，每个轴承的温度值是由一个数据经处理后来确定的。由于精度要求不高，我们根据统计理论，仅进行了粗差剔除和取算术平均值的方法进行处理，就可以满足要求。

3、显示、报警油泵驱动

本装置的显示、报警及油示驱动分别按在可编程并行接口8255的I/O口上。对8255进行初始化就可以确定相应的工作方式。

显示部分采用了共阴7段发光显示器LED作动态显示轴承编号和温度值。为提供适当的驱动电流。用两片集电极开路反相门7406作LED的字符码驱动器，每一路可提供20mA的驱动电流。用3片75452作为位选驱动。其吸收电流可达300mA，保证显示器有足够的亮度。

报警电路使用PB2130压电发声器能产生3KHz左右的蜂鸣振荡音响。该蜂鸣器约需10mA的驱动电流。当8255的P_B6输出高电平时开始报警，回到低电平时停止。P_B6的电平由预先设置的轴承温度的上限值与实测温度比较而定。

在轴承温度过高，除发出报警信号外，还要立即打开油泵进行润滑降温。由于油泵电机JO-4-2需高电压、大电流驱动，我们设计了如图1所示的隔离驱动电路。控制信号, 经75425与充电耦合器TIL113相接，作为第一级隔离驱动。光耦TIL113的输出信号控制双向可控硅的导通及断开，即控制了接触器线圈的端电压220V～的断通。接触器的断通又控制了油泵电机电源电压338V～的断通，从而构成第二级隔离驱动。当8255的P_B7为高电平时，油泵开始运行，P_B7变为低电平时停止。

当轴承温度超过临界时，报警和油泵电机同时启动，其中报警时间为15秒，油泵电机运行20分钟。

如果报警信号出现较频繁，就可能出现异常，需要人工检修处理。

该装置的系统程序可粗略地划分为几个模块：初始化程度、数据采集和处理、报警、润滑油泵驱动程度程序等。主系统程序的简化流程图见图3。

系统程序流程图  

所有模块均采用MCS-51系列单片机汇编语言编制。由于该指令系统具有较强的算术运算能力，如单指令乘、除法语句和操作指令等，给程序设计带来很大的方便。整个程序仅占1K多存空间，留有充分的扩展余地。

结束语

本文所阐述的轴承温度自动监控，不仅具有准确、可靠和智能化等特点，而且投资少，其社会效益和经济效益是明显的；另外，我们在设计时选用了8K容量的程序存储器2764和数据存储器6264以及ADC0816都留有较大的扩展余地，只要增加少量的多路开关器件（如CD4051）和相应的传感器，就可以实现其它工业生产过程的自动监测和控制。

参考文献

[1]何立民  单片机应用系统设计  北京  北京航空大学出版社，1990：103-200

[2]何希庆  单片机原理实验实例  山东  山东大学出版社，1989：60-80