轴承试验机网络单元及其应用

1、轴承2010年3期46-48CN41-1148/THBearing2010,No.3轴承试验机网络单元及其应用郭绍鹏,李荣德(洛阳轴研科技股份有限公司试验技术开发部,河南洛阳471039)摘要:以C8051F005芯片作为单元核心,外围配上扩展电路,构成网络单元,能够实现AD采样,DA输出,数字输入、输出,485通信等多种功能。介绍了该模块的工作原理及其在轴承试验机中的应用。关键词:滚动轴承;试验机;多功能模块;网络测控中图分类号:TH133.33文献标志码:B文章编号:1000-3762(2010)03-0046-03随着网络技术日新月异的发展,网络测控技术也由简单的远端数据传输发展到现在的

2、群测群控,网络测控产品多种各样,其通常作为下位机进行现场信号的测控。电动机或液压、,轴承试验机测控系统以“A/D卡+D/A卡+I/O卡+RS485卡”结构实现。这种结构的优点是通信速度高,直观,调试方便;缺点是成本高,控制线多、长,信号易被干扰,系统越大开发生产周期越长、工作量大、网络化困难。基于此,介绍了一种Silabs公司推出的以C8051F005型单片机作为单可编程振荡器为216、,适于2.1下位机以网络测试单元作为轴承试验机网络测试系统下位机为目标。单元以C8051F005单片机为核心,测试轴承温度、振动、载荷等试验参数,并通过二线制RS485通信方式将数据传输到上位机,同时接收上位机

3、指令执行动作控制及载荷调节等。温度、振动、载荷等参数在0+5V,+1+5V或-5+5V的模拟电压信号由IN0IN7通道输入,经电阻衰减网络进入C8051F005进行A/D转换;0+24V转速脉冲信号经光耦隔离后经C8051F005多功能端口P0口P0.2位进行转速测元核心的多功能模块,其非常适合在轴承试验机上作为信号采集、A/D输出及与上位机通信的功能单元使用。1C8051F005芯片介绍C8051F005单片机原理如图1所示,其性能指试;电动机工作状态检测等开关量脉冲信号经光耦隔离后经P3口进行识别;类似润滑电动机、加载电动机的启停、加热器启停等信号控制,则由C8051F005的P1口通过继

4、电器J0J7实现;载荷标为:12位ADC8路单端或4路差分输入,最大采样速度为100kHz;一个可编程放大器,增益为16,8,4,2,1,0.5;内置温度传感器(3);两个12位DAC;21个矢量中断源;4字节宽I/O端口;所有口线均耐5V电压,可同时使用硬件SMBus(I2CTM兼容)、SPITM及UART串口;可编程的16位计数器/定时器阵列有5个捕捉/比较模块;调节由C8051F005自带的两个数模转换器(DAC)输出控制比例放大器由比例阀实现。网络测试单元需3组供电电源,+5V/3A电源经AS1117稳压器稳压后,提供+3.3VDC供C8051F005及外围低压器件使用;+24V电源经

5、LM7812稳压器稳压到+12V,+12V经ICL7660S器件进行DC-DC变换为-12V,此12V电源作为信号放大精确的VDD监视器和欠压检测器片内JTAG调试和边界扫描,片内调试电路提供全速、非侵入式的在系统调试(不需仿真器),支持断点,单步,观察点,堆栈监视器,观察/修改存储器和寄存器;内部收稿日期:2009-08-10;修回日期:2009-11-02电源使用;+5V/3A电源连同另一路+5V/1A电源用于信号光电隔离供电及JTAG逻辑接口编程及仿真时使用。另外,网络测试单元与上位机信息交换通过SP3485芯片和6N137高速光耦实现。郭绍鹏等:轴承试验机网络单元及其应用47图1C80

6、51F005单片机原理图2.2上位机(1)采用DC-DC变换及降压稳压措施,供信上位机为控制中心,对执行机构(网络单元)进行控制,网络单元和上位机通过485通信方式相互交换数据,实现测控功能。数据转换方法是在单片机中建立公共地址区,在该地址区存放单片机A/D采样数据、数字输入、输出数据、D/A输出数据、脉冲计数数据,各项数据的流向如图2所示。号变换、信号隔离电路使用,以提高系统稳定性。(2)稳压器件选用低压差型AS1117器件,减少发热,使模块小型化并安装在铝材壳体内,提高散热效果和热稳定性。(3)进线端增加电抗器,用电容滤波方式为运放提供干净电源,减少电源污染。(4)采取脉冲输入信号电路通过

7、光耦与CPU隔离、控制驱动电路通过继电器与CPU部分隔离;使主机与壳体接触良好,并确保接地良好;RC滤波和软件滤波联合使用;PCB板布置电磁屏蔽1层等措施,加强信号抗干扰能力,提高测控准确性。图2数据流向图3实际应用试验中,通过控制试验机转速、轴向力和径向力大小对轴承的使用工况进行模拟,一套工装上可安装4套轴承,同时进行试验。其中,轴承转速、驱动电动机电流、轴向力、径向力、振动为整机2.3可靠性由于设备需在恶劣的环境下长期工作,可靠性尤为重要。为提高试验机的安全性和抗干扰能力,本单元中采取的措施有:48轴承2010.3#的测试参数,14轴承温度是4套轴承外圈测试点的温度。网络单元的功能是将现场

8、模拟信号(如轴向力,振动,温度等)转换成数字信号发给计算机,再将上位机传来的数字信号转换成DA输出,施加给现场执行部件,执行部件(包括变频器,液压比例阀等)将电压值转换成频率、压力输出到转速/(rmin-1)8001200120012001200电气元件,达到对试验工况的模拟控制。表1为轴承试验机对T60-120轴承的试验数据,试验条件:转速3000r/min,轴向力为60kN,径向力为150kN,加速、加载过程控制在30s以内。由试验数据可以看出,静态误差小于1%FS,动态误差小于2%FS,完全满足试验要求。振动/(ms-2)6.06.76.56.86.61#轴承温度/31.442.851.

9、052.952.82#轴承温度/32.544.855.155.755.63#轴承温度/32.745.055.756.356.44#轴承温度/32.243.652.853.753.4表1试验记录时间00:00:1500:30:1501:00:1501:30:1502:00:15电流/A14.114.013.813.713.8轴向力/N径向力/N29.461.660.861.161.269.8151.1151.8149.2149.64结束语以C8051F005计算机,取。,上位机可以是计算机、PLC、触摸屏等具有异步串行RS485通信功能的设备,现场信号可以是一切具,还可以选择其他,如可以实现高速

10、AD采样速率,100M以太网通信速率的高性能单板机,其采样精度高,单元内部直接可以进行数字滤波,实时反应快,可满足更高的工业环境要求,但其开发难度与开发成本也相应地提高,可以根据需要进行合适的开发。参考文献:1林国荣.电磁干扰及控制M.北京:电子工业出版有标准05VDC或420mA输出的传感器、标准数字输入输出接口或标准脉冲信号。网络单元在其中起中介作用,整个过程中单元只负责采样、输出和传送,并不参与数据整理和计算,计算决策权完全由上位机控制。网络单元可以应用在工业、冶金、锻造等多种对测控信号在精度和控制时序上要求不是很高的环境,其成本低,可靠性高,2社,2003.2韦巍.智能控制技术M.北京:机械工业出版社,2002.(编辑:李超强)(季刊)是我国轴承行业唯一介绍国外轴承技术及发展动态的专国外轴承技术业杂志,内容新颖、全面,信息量大,涵盖滚动轴承的基础理论研究、产品设计与应用、加工工艺与装备、测试技术与测量