低温轴承试验测控系统的制作方法

本申请属于测控技术领域，具体涉及一种低温轴承试验测控系统。

背景技术：

低温轴承试验是对轴承的使用环境进行模拟试验，获得数据，从而对低温轴承的性能和可靠性进行分析。常规的轴承试验包括对试验产品的转速控制、加载荷控制，采用温度变送器、压力变送器等对试验的温度、压力等参数进行测量和记录，根据测量数据结果对该低温轴承的性能进行分析。现有低温轴承试验测控软件更新迭代缓慢，硬件陈旧、老化，甚至需要人为参与控制，且需要同时实现转速控制、加载荷控制、数据测量记录等，各种控制直接或间接的相互关联。控制交互越多，程序越复杂，加之设备老化，软件版本陈旧，严重影响程序的可读性、维护性以及程序的响应速度，严重时可能出现错误，从而降低低温轴承试验结果的准确性和安全性。

技术实现要素：

为至少在一定程度上克服相关技术中存在的问题，本申请提供了一种低温轴承试验测控系统。

根据本申请实施例，本申请提供了一种低温轴承试验测控系统，其包括数据采集组件、labview软件平台、plc、变频器、电机和齿轮箱；

所述数据采集组件与labview软件平台和plc连接，其用于采集低温轴承试验工艺系统的试验参数并发送给所述labview软件平台和plc；

所述labview软件平台对接收到的试验参数进行数据处理、存储和显示，所述labview软件平台还用于人机交互；

所述labview软件平台与plc连接，所述plc通过所述变频器与所述电机连接，所述电机通过所述齿轮箱与低温轴承试验工艺系统中的试验器连接；所述labview软件平台将处理后的试验参数发送给所述plc，所述plc用于对低温轴承试验工艺系统的转速、压力、温度和流量进行独立控制。

上述低温轴承试验测控系统中还包括触摸屏，所述触摸屏与plc连接。

上述低温轴承试验测控系统中，所述数据采集组件包括数据采集卡、第一温度变送器、压力变送器、质量流量计、力传感器、流量计、第二温度变送器和第三温度变送器；

所述第一温度变送器通过温度二次仪表与所述数据采集卡和plc连接，其用于检测待测试验产品的温度；

所述压力变送器通过压力二次仪表与所述数据采集卡和plc连接，其用于检测试验器内部的压力、管路上的压力和储罐内的压力；

所述质量流量计通过质量流量二次仪表与所述数据采集卡和plc连接，其用于检测经过待测试验产品的介质的流量；

所述力传感器通过力二次仪表与所述数据采集卡和plc连接，其用于检测施加在轴承上的拉力或压力；

所述流量计与plc连接，其用于检测经过所述齿轮箱的供油量；

所述第二温度变送器与plc连接，其用于检测所述齿轮箱用润滑油的温度；

所述第三温度变送器与plc连接，其用于检测所述力传感器所在使用环境的温度。

进一步地，所述数据采集组件还包括振动传感器，所述振动传感器通过振动二次仪表与所述数据采集卡和plc连接，其用于检测试验器三个方向的振动情况以及齿轮箱三个方向的振动情况。

上述低温轴承试验测控系统中，所述labview软件平台中设置有数据处理模块、数据存储模块和人机交互界面；

所述数据处理模块对接收到的信号进行转换，转换成模拟量信号；

所述数据存储模块将数据存储成tdms数据格式的文件；

所述人机交互界面用于显示测控系统中当前的检测值和设备状态。

进一步地，所述plc中设置有主控模块、初始化子模块、通讯子模块、转速控制子模块、储罐压力控制子模块、流量控制子模块、试验器压力控制子模块、轴承载荷控制子模块、温度控制子模块、连锁和互锁控制子模块、报警子模块以及急停控制子模块，所述主控模块负责程序的执行和控制子模块的调用，采用顺序控制；根据判断条件，调用不同的控制子模块，控制子模块的程序执行完成后，返回主控模块继续执行。

更进一步地，所述plc中还设置有选择模块，所述选择模块用于选择从labview软件平台获取各传感器的检测数据或者从所述数据组件获取检测数据；所述labview软件平台优先将获取的各传感器的检测数据发送给所述plc。

更进一步地，所述转速控制子模块的控制过程为：

设定电机的转速；

通过电机上的编码器获取电机的实际转速；

将电机的实际转速与电机的设定转速作差；

将转速差值作为pid算法的输入，通过pid算法调节变频器的输出频率和电压，以调节电机的实际转速，直至电机的实际转速与电机的设定转速的误差达到变频器的控制精度。

更进一步地，所述储罐压力控制子模块的控制过程为：

设定储罐的压力；

通过压力变送器获取储罐内的实际压力；

将储罐内的实际压力与储罐的设定压力进行比较，如果储罐内的实际压力小于储罐的设定压力，则控制打开储罐上的增压阀，关闭储罐上的放空阀；如果储罐内的实际压力大于或等于储罐的设定压力，则控制打开储罐上的放空阀，关闭储罐上的增压阀。

更进一步地，所述流量控制子模块的控制过程为：

设定进入试验器内部的低温介质的流量值；

通过流量计；获取进入试验器内部的低温介质的流量实际值；

将进入试验器内部的低温介质的流量设定值与流量实际值作差；

将流量差值作为pid算法的输入，通过pid算法控制试验器输入管路上调节阀的开度，直到流量差值满足预设的控制要求时，保持当前的流量实际值输出。

更进一步地，所述试验器压力控制子模块的控制过程为：

设定试验器内部的压力；

通过压力变送器；获取试验器内部的实际压力；

将试验器内部的实际压力与试验器内部的设定压力进行比较，如果试验器内部的实际压力小于试验器内部的设定压力，则控制打开储罐上的增压阀，关闭储罐上的放空阀；如果试验器内部的实际压力大于或等于试验器内部的设定压力，则控制打开储罐上的放空阀，关闭储罐上的增压阀。

更进一步地，所述轴承载荷控制子模块的控制过程为：

设定施加在试验产品上的载荷力；

通过力传感器获取试验产品上的实际载荷力；

将试验产品上的实际载荷力与试验产品上的设定载荷力作差；

将载荷力差值作为pid算法的输入，通过pid算法调整减压调节阀的开度，以调整试验产品上所施加的载荷力，直至载荷力差值达到减压调节阀的控制精度，保持当前的实际载荷力输出。

更进一步地，所述温度控制子模块的控制过程包括：

根据力传感器的温度使用范围，设定力传感器的温度使用值；

通过第三温度变送器；获取力传感器；的温度实际使用值；

将力传感器的温度实际使用值与力传感器的温度设定使用值进行比较，如果力传感器的温度实际使用值小于力传感器的温度设定使用值，则控制加热带启动加热；如果力传感器的温度实际使用值大于或等于力传感器的温度设定使用值，则控制加热带停止加热。

更进一步地，所述温度控制子模块的控制过程还包括：

设定齿轮箱中润滑油的温度范围；

通过第二温度变送器获取齿轮箱中润滑油的实际温度；

将齿轮箱中润滑油的实际温度与齿轮箱中润滑油的设定温度范围进行比较，如果齿轮箱中润滑油的实际温度小于齿轮箱中润滑油的设定温度范围中的温度最小值，则控制启动齿轮箱中设置的加热棒启动加热；如果轮箱中润滑油的实际温度大于齿轮箱中润滑油的设定温度范围中的温度最大值，则控制齿轮箱处设置的热交换器启动冷却，以降低油温。

根据本申请的上述具体实施方式可知，至少具有以下有益效果：本申请提供的低温轴承试验测控系统利用labview软件平台对采集到的数据进行处理、存储和显示，并能够进行人机交互，将plc作为整个测控系统的核心，负责程序的存储、判断、调用和执行等，从而自动实现对试验产品的转速控制、加载荷控制，plc中的程序采用模块化、集成化设计，结构清晰，可读性和可维护性强；响应速度快、测量精度和准确性高、控制精度高；操作简单，易于掌握。

本申请提供的低温轴承试验测控系统的数据采集组件中通过设置二次仪表，能够在labview软件平台出现故障时，plc直接从二次仪表获取检测数据，仍然能够构成完整的闭环控制回路，从而进一步保证测控系统的安全性和可靠性；触摸屏作为labview软件平台的冗余设计，也能够进一步保证测控系统的安全性和可靠性。

应了解的是，上述一般描述及以下具体实施方式仅为示例性及阐释性的，其并不能限制本申请所欲主张的范围。

附图说明

下面的所附附图是本申请的说明书的一部分，其示出了本申请的实施例，所附附图与说明书的描述一起用来说明本申请的原理。

图1为本申请实施例提供的一种基于labview的密封组件密封试验测控系统的结构示意图。

附图说明：

1、数据采集组件；

11、数据采集卡；

12、第一温度变送器；121、温度二次仪表；

13、压力变送器；131、压力二次仪表；

14、质量流量计；141、质量流量二次仪表；

15、振动传感器；151、振动二次仪表；

16、力传感器；161、力二次仪表；

17、流量计；18、第二温度变送器；19、第三温度变送器；

2、labview软件平台；3、plc；4、变频器；5、电机；6、齿轮箱；7、低温轴承试验工艺系统；8、触摸屏。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面将以附图及详细叙述清楚说明本申请所揭示内容的精神，任何所属技术领域技术人员在了解本申请内容的实施例后，当可由本申请内容所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本申请内容的精神与范围。

本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，但并不作为对本申请的限定。另外，在附图及实施方式中所使用相同或类似标号的元件/构件是用来代表相同或类似部分。

关于本文中所使用的“第一”、“第二”、…等，并非特别指称次序或顺位的意思，也非用以限定本申请，其仅为了区别以相同技术用语描述的元件或操作。

关于本文中所使用的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本创作。

关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。

关于本文中所使用的“及/或”，包括所述事物的任一或全部组合。

关于本文中的“多个”包括“两个”及“两个以上”；关于本文中的“多组”包括“两组”及“两组以上”。

关于本文中所使用的用语“大致”、“约”等，用以修饰任何可以细微变化的数量或误差，但这些微变化或误差并不会改变其本质。一般而言，此类用语所修饰的细微变化或误差的范围在部分实施例中可为20％，在部分实施例中可为10％，在部分实施例中可为5％或是其他数值。本领域技术人员应当了解，前述提及的数值可依实际需求而调整，并不以此为限。

某些用以描述本申请的用词将于下或在此说明书的别处讨论，以提供本领域技术人员在有关本申请的描述上额外的引导。

如图1所示，本申请提供给了一种低温轴承试验测控系统，其包括数据采集组件1、labview软件平台2、plc3、变频器4、电机5和齿轮箱6。

其中，数据采集组件1与labview软件平台2和plc3连接，其用于采集低温轴承试验工艺系统7的温度、压力和流量等试验参数，并将采集到的试验参数发送给labview软件平台2和plc3。

labview软件平台2对接收到的试验参数进行数据处理、存储和显示，labview软件平台2还用于人机交互。例如，labview软件平台2用于显示当前系统的试验参数、设备状态以及实时和历史数据曲线，以便于操作人员及时了解系统的运行情况；操作人员通过labview软件平台2还可以进行采样率、温度阈值、压力阈值等参数的设定。

labview软件平台2与plc3连接，plc3通过变频器4与电机5连接，电机5通过齿轮箱6与低温轴承试验工艺系统7中的试验器连接。labview软件平台2将处理后的试验参数发送给plc3，plc3用于对低温轴承试验工艺系统7的转速、压力、温度和流量进行独立控制。

低温轴承试验工艺系统7包括储罐和试验器，储罐内存储有液氮或压缩空气等介质，试验器上放置有试验产品，通过调整储罐的压力间接调整试验器的内部压力。低温轴承试验工艺系统7为试验产品提供试验工况。可以理解的是，通过调节电机5的转速，能够改变试验器的转速范围。

plc3与电机5连接，用于获取电机5的冷却系统的运行状态、停止状态和报警状态信息等；plc3与齿轮箱6连接，用于获取齿轮箱6的润滑系统的运行状态、停止状态和报警状态信息等。

在本实施例中，本申请低温轴承试验测控系统还包括触摸屏8，触摸屏8与plc3连接。具体地，plc3通过以太网通讯协议与触摸屏8进行通讯连接。通过触摸屏8可以向plc3中手动输入齿轮箱6的润滑系统中油泵、电机5以及电机5的冷却系统的启停信号，还可以手动设置变频器4的转速等。plc3获取的齿轮箱6的润滑系统和电机5的冷却系统的运行状态、停止状态和报警状态信息，以及变频器4的输出电压和频率、电机5的电压和转速、齿轮箱6的轴承温度等均可以通过触摸屏8进行现场显示。

通过设置触摸屏8，可以对设备的状态和参数进行显示和控制。当labview软件平台2出现故障时，可以通过触摸屏8显示设备的状态和参数等，也可以通过触摸屏8进行人为控制。触摸屏8的设置能够提高本申请低温轴承试验测控系统的冗余能力，增加本申请低温轴承试验测控系统的可靠性。

在一个具体的实施例中，数据采集组件1包括数据采集卡11、第一温度变送器12、压力变送器13、质量流量计14、振动传感器15、力传感器16、流量计17、第二温度变送器18和第三温度变送器19。

其中，第一温度变送器12通过温度二次仪表121与数据采集卡11和plc3连接，其用于检测待测试验产品如轴承的温度。

压力变送器13通过压力二次仪表131与数据采集卡11和plc3连接，其用于检测试验器内部的压力、管路上的压力和储罐内的压力。

质量流量计14通过质量流量二次仪表141与数据采集卡11和plc3连接，其用于检测经过待测试验产品的介质的流量

振动传感器15通过振动二次仪表151与数据采集卡11和plc3连接，其用于检测试验器三个方向的振动情况以及齿轮箱6三个方向的振动情况。

力传感器16通过力二次仪表161与数据采集卡11和plc3连接，其用于检测施加在轴承上的拉力或压力。

流量计17与plc3连接，其用于检测经过齿轮箱6的供油量。

第二温度变送器18与plc3连接，其用于检测齿轮箱6用润滑油的温度。第三温度变送器19与plc3连接，其用于检测力传感器16所在使用环境的温度。

在本实施例中，温度二次仪表121、压力二次仪表131、质量流量二次仪表141、振动二次仪表151和力二次仪表161作为冗余设计，当labview软件平台2出现故障时，plc3可以切换至从各二次仪表获取各传感器检测到的数据，这样仍可以构成一个闭环控制回路，仍能保证本申请低温轴承试验测控系统的安全性和可靠性。

在一个具体的实施例中，labview软件平台2作为人机交互软件平台兼具数据处理、存储和人机交互等功能。labview软件平台2中设置有数据处理模块、数据存储模块和人机交互界面。

其中，数据处理模块对接收到的信号进行转换，转换成模拟量信号，并以数值显示。数据处理模块采用事件结构，编写成消息事件，利用队列处理事件的方式来调用消息事件，能够大大减少cpu的占用率，提高处理效率。

数据存储模块将数据存储成tdms数据格式的文件，此格式文件是一种二进制记录文件，兼顾高度、易读取和方便等多种优势，能够在ni的各种数据分析或其他挖掘软件直接无缝交互，也能够提供一系列api函数供其他程序调用。

人机交互界面用于显示测控系统中当前的检测值和设备状态，便于人员操作，其具有参数设定和显示、设备状态显示、实时和历史数据显示以及与plc3和数据采集卡11的通讯。

在一个具体的实施例中，plc3作为测控系统的控制核心，负责程序的存储、逻辑判断、执行和控制。plc3中设置有主控模块、初始化子模块、通讯子模块、转速控制子模块、储罐压力控制子模块、流量控制子模块、试验器压力控制子模块、轴承载荷控制子模块、温度控制子模块、连锁和互锁控制子模块、报警子模块以及急停控制子模块等。

主控模块负责程序的执行和控制子模块的调用，采用顺序控制，其过程为：根据判断条件，调用不同的子模块，子模块的程序执行完成后，返回主控模块继续执行。

主控模块中还设置有选择模块，选择模块用于选择从labview软件平台2获取各传感器的检测数据或者从各二次仪表获取各传感器的检测数据。plc3优先从labview软件平台2获取各传感器的检测数据。当labview软件平台2出现故障时，plc3选择从各二次仪表获取各传感器的检测数据。

初始化子模块在plc3上电后，执行一次数据复位、归零或设定初始值。

通讯子模块利用rs485通讯协议与变频器4进行数据读写等操作。

转速控制子模块通过变频器4调节电机5转速的方式来改变齿轮箱6的转速，其中，齿轮箱6的转速等于电机5转速乘以齿轮箱6的增速比，其具体控制过程为：

设定电机5的转速。

通过电机5上的编码器获取电机5的实际转速。

将电机5的实际转速与电机5的设定转速作差。

将转速差值作为pid算法的输入，通过pid算法调节变频器4的输出频率和电压，从而调节电机5的实际转速，直至电机5的实际转速与电机5的设定转速的误差达到变频器4的控制精度。

储罐压力控制子模块控制储罐的压力保持恒定，从而为流量控制提供保障。储罐压力控制子模块的控制过程为：

设定储罐的压力。

通过压力变送器13获取储罐内的实际压力。

将储罐内的实际压力与储罐的设定压力进行比较，如果储罐内的实际压力小于储罐的设定压力，则控制打开储罐上的增压阀，关闭储罐上的放空阀；如果储罐内的实际压力大于或等于储罐的设定压力，则控制打开储罐上的放空阀，关闭储罐上的增压阀。

流量控制子模块通过改变试验器输入管路上调节阀的开度调整进入试验器内部的低温介质的流量，其具体控制过程为：

设定进入试验器内部的低温介质的流量值。

通过流量计17获取进入试验器内部的低温介质的流量实际值。

将进入试验器内部的低温介质的流量设定值与流量实际值作差。

将流量差值作为pid算法的输入，通过pid算法控制试验器输入管路上调节阀的开度，直到流量差值满足预设的控制要求时，保持当前的流量实际值输出。

试验器压力控制子模块利用储罐上的增压阀和放空阀对试验器的内部压力进行调整，其具体控制过程为：

设定试验器内部的压力。

通过压力变送器13获取试验器内部的实际压力。

将试验器内部的实际压力与试验器内部的设定压力进行比较，如果试验器内部的实际压力小于试验器内部的设定压力，则控制打开储罐上的增压阀，关闭储罐上的放空阀；如果试验器内部的实际压力大于或等于试验器内部的设定压力，则控制打开储罐上的放空阀，关闭储罐上的增压阀。

轴承载荷控制子模块通过调整减压调节阀的开度调整试验产品上的载荷量，其中，试验产品通过力传感器16与气缸的活塞杆连接，力传感器16用于检测施加在试验产品上的拉力或压力；气缸与气源连接的管路上设置有减压调节阀。轴承载荷控制子模块的具体控制过程为：

设定施加在试验产品上的载荷力。

通过力传感器16获取试验产品上的实际载荷力。

将试验产品上的实际载荷力与试验产品上的设定载荷力作差。

将载荷力差值作为pid算法的输入，通过pid算法调整减压调节阀的开度，从而调整试验产品上所施加的载荷力，直至载荷力差值达到减压调节阀的控制精度，保持当前的实际载荷力输出。

温度控制子模块通过控制力传感器16上设置的加热带启动加热或停止加热从而保证力传感器16的使用温度，避免低温环境造成力传感器16的损坏；其具体控制过程为：

根据力传感器16的温度使用范围，设定力传感器16的温度使用值。

通过第三温度变送器19获取力传感器16的温度实际使用值。

将力传感器16的温度实际使用值与力传感器16的温度设定使用值进行比较，如果力传感器16的温度实际使用值小于力传感器16的温度设定使用值，则控制加热带启动加热；如果力传感器16的温度实际使用值大于或等于力传感器16的温度设定使用值，则控制加热带停止加热。

温度控制子模块还用于对齿轮箱6中的润滑油的温度进行控制，其具体控制过程为：

设定齿轮箱6中润滑油的温度范围。

通过第二温度变送器18获取齿轮箱6中润滑油的实际温度。

将齿轮箱6中润滑油的实际温度与齿轮箱6中润滑油的设定温度范围进行比较，如果齿轮箱6中润滑油的实际温度小于齿轮箱6中润滑油的设定温度范围中的温度最小值，则控制启动齿轮箱6中设置的加热棒启动加热，以降低润滑油的粘度；齿轮箱6运转预设时间后，如果轮箱中润滑油的实际温度大于齿轮箱6中润滑油的设定温度范围中的温度最大值，则控制齿轮箱6处设置的热交换器启动冷却，以降低油温，提高润滑油的粘度。

急停控制子模块用于出现异常情况时，操作人员能够在现场进行急停控制，其具体包括停止变频器4、电机5和齿轮箱6。其中，异常情况可以为变频器4的功率突增而超过预设的功率阈值，或者，齿轮箱6中轴承的温度突然升高而超过预设的温度阈值，或者，试验器内部的出现异常声音等。

急停模块的工作过程为：

读取功率、温度和振动等参数。

对读取的参数进行换算、比较等处理。

判断参数或状态是否异常，如果是，则终止试验。

报警子模块根据设备的运行状态或参数是否处于异常状态进行报警提示或停机，其具体控制过程为：

设定异常条件，例如，参数异常范围、设备超载等，当参数或设备处于异常状态时，进行报警提示或直接停机。

连锁控制子模块通过预设软件和硬件的启停顺序，降低由运行顺序引起的设备故障或者损坏，从而提高工作效率。连锁控制子模块的工作过程为：

按照实际工况要求，预设各设备和控制子模块的启停顺序。

读取各设备的参数和状态。

根据读取的各设备的参数和状态，判断各设备是否按照预设的启停顺序运行，如果是，则继续运行；否则，停止。

另外，当两种以上控制子模块的控制过程相互影响时，只允许其中一中控制子模块的运行。

例如，齿轮箱6的润滑冷却控制中，启动时，先启动回油泵再启动供油泵；停止时，先关闭供油泵再关闭回油泵；散热风机需要先于电机5启动等；储罐的压力控制和流量控制与试验器的压力控制是互斥的，只能运行其一，其他控制可以并行进行。

本申请提供的低温轴承试验测控系统的程序采用模块化、集成化设计，结构清晰，可读性和可维护性强；响应速度快、测量精度和准确性高、控制精度高；操作简单，易于掌握；可靠性、稳定性和安全性高，适用于低温(液氮)、常温(压缩空气、氮气)等试验条件。

以上所述仅为本申请示意性的具体实施方式，在不脱离本申请的构思和原则的前提下，任何本领域的技术人员所做出的等同变化与修改，均应属于本申请保护的范围。