WK系列电铲润滑油位的计量

 李  芬

 （太原重工股份有限公司技术中心，山西  太原  030024）

摘要：介绍了在矿用变频调速电铲上实现润滑油位计量的方法，并详述了其硬件组成、软件编程和在人机界面上的显示。

关键词：电铲；润滑油位；UL传感器；人机界面  中图分类号：TP273：TD422. 2+1

1概述

 矿用电铲主要用于露天矿的矿石开采、岩土剥离，为矿用汽车和半连续开采设备进行物料装载。电铲传统的加油方式是通过人为地从观察口目测油位来实现的，不仅油位不准确，而且费时、费力、效率低。为此在优化设计电铲的过程中，我们设计了由UL传感器+PLC模拟量输入模块十人机界面HMI组成的系统，可以直观地显示出甘油和滴油的液位，实现了自动加油和智能报警的功能。

2  润滑油位的计量

2.1硬件组成

 在WK系列电铲上实现润滑油位计量的硬件包括UL传感器、PLC模拟量输入模块SM331和人机界面HMI。

2.1.1UL传感器的原理及其选型

 UL系列超声波传感器的测量原理是利用回波波形的提取技术来测量在气体中传播的超声波脉冲的回波时间。传感器内部有PNP三极管，在传感器两端加入一定电压，超声波脉冲回波时间的长短决定三极管开关关断次数，关断次数决定其斩波电压的大小，当电阻一定，电流大小与斩波电压成正比，即超声波脉冲的回波时间决定了电流值，最终UL传感器输出的是电流信号(4 m A～20 m A)。根据油箱的高度，WK系列电铲上的油位传感器选型为“UL300”。

2.1.2模拟量输入模块的选型及其特点

 WK系列电铲上用于计量油位的模拟量输入模块(SM331)型号为“6ES7331-1KF02-OABO”，它是AI8×13位高速同步模块，有8通道组，每个通道组的测量精度均可调整，每个通道组的用户定义测量模式为电压-电流-电阻-温度，可编程诊断中断，SM331模块与CPU模块的电位关系是光电隔离，其输入之间的允许电位差为直流2V。因为UL传感器输出的是电流信号，所以在此SM331模块需要选择的测量模式为电流型。

2.1.3  人机界面HMI的选型及其功能

 WK系列电铲上选用的人机界面为SIMATICHMI精致面板，具有灵活的高分辨率显示屏，适合于恶劣环境，具有断电保护功能，当电源发生故障时，可以确保重要的数据万无一失，而没有必要额外连接不间断电源；它集成各种高端功能，可实现快速图像构建；它集成各种接口，可以轻松集成到PROFINET和PROFIBUS网络中，还集成有USB接口；它无需使用

专用电缆，标准电缆即可通过PFOFINET/以太网或USB端口进行HMI项目下载，项目传输会更为简单快捷；它可以通过网络摄像头和摄像头控件，对现场状况进行快速监控；它可以无纸化打印PDF/HTML文件，截图功能可实现信息快速记录。

2.2  硬件间的连接

2.2.1  传感器与模拟量输入模块的连接

 根据测量方法的不同，可以将电压、电流和电阻等不同类型的传感器连接到模拟量输入模块。为了减少电磁干扰，对模拟信号应使用屏蔽双绞电缆，并且模拟信号电缆的屏蔽层应该两端接地。图1为WK系列电铲UL传感器与SM331模块接线图。图1中，L+、L-两端加入电压24 VDC，27、30、32、35、37、40为SM331模块的端口，其中“27、30”为预留的备用端口。

 对于带隔离的模拟量输入模块，在CPU的M端和测量电路参考点MANA之间没有电气连接；对于不带隔离的模拟量输入模块，在CPU的M端和测量电路参考点MANA之间必须建立电气连接。由于我们选用的SM331模块是光电隔离模块，属于第一种情况。

2.2.2PLC模块与人机界面HMI的连接

 WK系列电铲PLC( S7300)与人机界面HMI之间由一根通讯电缆连接，其通讯方式为MPI通讯，通讯速率为187.5 kb/s。

2.3软件编程

2.3.1  编程法则

 软件编程中，如果访问一个变量，就必须要找到它在存储空间中的位置，这个过程就是寻址。在STEP7中，I／O信号、位存储变量、定时器、计数器、程序块、数据块等都可以通过绝对地址和符号两种方式来访问。绝对地址是由一个关键字和一个地址数据组成的，表

1为STEP7绝对地址类型。其中，I、Q、M、L有位寻址、字节寻址、字寻址和双字寻址几种方式；PI类型和PQ类型有字节寻址、字寻址和双字寻址几种方式。

 符号是绝对地址的别名，由用户自己定义，用符号寻址可以使程序的可读性更好，调试更加方便。例如用符号“Sensor_data”来代替绝对地址I0.0，可以使程序的阅读者直观地了解这是“传感器读数”的信号。

2.3.2SM331模块的软件设置

 因为SM331模块测量模式为电流型，所以在软件中需要设置，SM331模块的电流模式设置如图2所示。UL传感器的电流输入信号经SM331模块转换为二进制读数。

2.3.3计量甘油油位的程序

 以甘油为例，甘油传感器经SM331模块转换的二级制数定义为变量“PIW396”，经过编程，整定的读数存人数据块变量“DB25. DBD52”中，甘油液位的整定程序如图3所示。

2.4人机界面上的显示

 UL传感器的输入信号由SM331模块转换，经过MPI通讯传至人机界面HMI，在HMI上直接显示油位，油位读数及其存储地址在人机界面上的显示如图4所示。

 使用UL超声传感器+PLC模拟量输入模块SM331+人机界面HMI组成的系统，我们不仅可以从HMI上直接读出甘油和滴油的液位，而且通过编程可以实现在指定的液位报警，方便用户及时加油。

3应用情况

 使用UL传感器作为检测元件设计的计量润滑油位，准确精度高，省时省力，自动计量油位和智能报警不仅可以保护润滑机构，而且可以使润滑结构得到充分利用，从而保证了元器件的利用率，提高了产品的使用性能，进而大大提高了设备的生产效率。目前，该方法在南非WK-55电铲上应用良好，获得国外用户一致好评，不久一定会在WK系列电铲上广泛使用。