數控卷闆(pan)機的狀态(tài)監測與故(gu)障診斷系(xi)統是一個(ge)集信号采(cai)集、工㊙️況分(fen)析、狀态顯(xiǎn)示以及故(gù)障診斷于(yu)一體的多(duō)任務信息(xi)處理系統(tǒng)。為了解決(jué)狀态監測(cè)和故障診(zhěn)斷中多任(rèn)務與實時(shi)性的矛盾(dun)，整📞個系統(tǒng)由狀态監(jiān)測🐉與故障(zhang)診斷兩個(ge)子㊙️系統組(zǔ)成，其中前(qian)一個子系(xi)統💁完成數(shu)控卷闆機(jī)狀态實時(shí)監測功能(neng)，後一個子(zǐ)系統完成(cheng)數控🐕卷闆(pǎn)機故障診(zhen)斷功能。

系(xi)統結構的(de)實現有兩(liǎng)種形式。

(1)數控卷(juan)闆機上、下(xià)位機組成(chéng)的系統。

這(zhe)類系統往(wǎng)往由機上(shang)和機下兩(liang)部分組成(chéng)，安裝于卷(juan)闆機上😍的(de)部分進行(hang)工況監測(cè)、數據記錄(lù)和狀态顯(xiǎn)示，而診🏒斷(duàn)計算機則(zé)置🚶于控制(zhì)室。當需要(yào)對卷闆機(ji)上的部分(fen)進行檢查(chá)🤞時，插人💃🏻手(shou)持式㊙️終端(duan)，讀取現場(chang)采集的🏒全(quan)部工況數(shù)據并存儲(chǔ)；然後取🔅下(xià)手持式終(zhōng)端，在控制(zhì)🤟室中将數(shu)據輸入診(zhěn)斷計算機(ji)中，就可以(yǐ)診斷液壓(yā)系統、動力(li)系統、機構(gou)和裝置系(xì)統、附屬系(xi)統等各部(bu)分的故障(zhang)，同時也能(néng)診斷自身(shen)的故障。采(cǎi)用這種方(fang)式可以讓(rang)多台卷闆(pǎn)機共享一(yī)套診斷🐪計(jì)算機終端(duan)，節省費用(yong)，也便于維(wei)護、備件管(guǎn)理及打印(yin)報表等。

(2)數控卷(juàn)闆機随機(jī)安裝的系(xì)統。

這類系(xi)統采用彩(cǎi)色液晶顯(xiǎn)示器，能動(dòng)态反映主(zhu)機系統的(de)參數變化(huà)，部分關鍵(jian)參數用曲(qu)線實時跟(gen)蹤指示；還(hái)能利用經(jing)驗知識，綜(zong)合利用實(shí)時數據，進(jin)行✨故障的(de)推理，從而(ér)找出故障(zhang)點。有的還(hai)可以進行(hang)作業量統(tong)計。這類系(xi)統通常具(ju)有黑匣子(zi)的功能，即(ji)記錄故障(zhang)過去的發(fa)展狀況，便(bian)于區别是(shì)機器本身(shen)的故障還(hái)是操作人(rén)員違反操(cao)作規程引(yin)起的損壞(huai)，并對不合(he)理的操作(zuo)予以提示(shì)。

上述兩種(zhong)形式是目(mu)前大多數(shù)液壓卷闆(pǎn)機狀态監(jiān)♌測與故障(zhang)診🌂斷系統(tong)所采用的(de)，但國内成(cheng)功的應用(yòng)實例🌈仍然(rán)很少。在線(xian)👉診斷🌈的實(shi)現受制于(yú)被診斷系(xi)🏒統的構造(zào)、運行方式(shi)和工作場(chǎng)所等多方(fang)面因素，因(yīn)此本系統(tǒng)結構采用(yòng)第一種形(xíng)式，完成液(ye)壓卷闆機(jī)💃運行狀态(tài)的在線監(jian)測和離線(xiàn)故障診斷(duan)功能，該形(xíng)式的缺點(diǎn)是🐕信息數(shu)量有限。

數(shù)控卷闆機(ji)系統模型(xíng)的構建

液壓卷(juàn)闆機工作(zuo)時産生噪(zao)聲、振動、污(wū)染、高溫，且(qiě)存在着不(bu)穩定因素(su)，所以本系(xì)統工作環(huan)境惡劣。為(wéi)完成預👨‍❤️‍👨定(dìng)功🎯能，系❌統(tong)對🏃‍♂️參數采(cai)集精度、運(yùn)行的穩定(ding)性和可靠(kao)性等要求(qiú)都較高，但(dàn)控制方面(miàn)沒有什麼(me)要求。因此(ci)，下位機隻(zhī)要采用高(gāo)性能的單(dan)片機，并配(pei)以相應的(de)數據處理(lǐ)和抗幹擾(rǎo)技術，就能(néng)滿足系統(tǒng)實時性要(yao)求；上位機(ji)則采用普(pǔ)通的PC。上、下位機(jī)之間采用(yong) RS一232串口通(tong)信，由下位(wèi)機保存液(ye)壓卷闆機(ji)約4h的(de)工況數據(jù)，然後插入(rù)掌上電腦(nao)讀取該數(shu)據，再傳送(song)㊙️給🐆上位機(ji)。系統的模(mó)型如圖1所示。

數(shù)控卷闆機(jī)狀态監測(ce)系統

1.系統(tǒng)功能分析(xi)，液壓卷闆(pǎn)機狀态監(jian)測與故障(zhàng)診斷👉系統(tong)☀️模型

本系統以(yi)SWE4．2液壓卷闆(pǎn)機為監測(ce)對象，選取(qǔ)發動機轉(zhuǎn)速、燃油油(yóu)位、機油壓(ya)力、主泵1和2的壓力、液(yè)壓油溫度(du)、液壓油油(yóu)位、冷卻水(shui)溫度、冷卻(què)水🍓水位、濾(lü)清❗器差壓(yā)、空濾器負(fu)壓、蓄電池(chí)電壓、啟動(dong)開關💛和行(háng)走速度開(kāi)關共14項參數為(wéi)檢測項目(mu)，通過對這(zhè)些參數的(de)自動監測(ce)和工況🈲分(fèn)析，為液壓(yā)卷闆機的(de)運行狀态(tài)趨勢分析(xi)和故障診(zhen)斷打📱下基(jī)礎。系統的(de)主要功能(néng)如下。

(1)數據(jù)采集功能(neng)。自動采集(ji)液壓卷闆(pan)機14項(xiàng)運行工況(kuang)參數，包括(kuo)發動機轉(zhuan)速、燃油油(you)位、機油壓(ya)力等。

(2)數據(jù)處理和存(cún)儲功能。自(zi)動進行采(cǎi)集數據的(de)處理，包🛀括(kuò)清除誤🛀差(chà)、曲線拟合(he)等，并生成(cheng)數據文件(jiàn)存儲☎️起來(lai)供二次處(chu)理使🔞用。

(3)顯(xian)示功能。通(tong)過液晶顯(xiǎn)示器顯示(shi)當前的運(yùn)行狀态。

(4)報(bào)警功能。設(she)備故障或(huo)運行參數(shu)超限時均(jun1)能發出‼️報(bào)警，可根據(ju)異常情況(kuàng)的嚴重程(cheng)度進行三(sān)級報警，并(bìng)記錄報警(jing)信息。

(5)曲線(xian)繪制和打(dǎ)印功能。能(neng)夠自動繪(hui)制特性曲(qǔ)線，并做出(chu)趨勢分析(xī)。

(6)通信功能(neng)。通過RS一232串(chuàn)口向上位(wèi)機傳送所(suǒ)采集的數(shu)據信息。

系統單(dān)片機選用(yòng)ATMEL89C51，同時(shi)擴充64K EPROM用于存儲(chǔ)報警限值(zhi)和相應的(de)檢測程序(xu)，擴充帶掉(diào)👅電保護的(de)64K RAM用于(yu)存儲液壓(ya)卷闆機的(de)4h工況(kuàng)數據。系統(tǒng)的結構如(ru)圖5—58所示。

系(xi)統測試原(yuán)理如下：将(jiang)傳感器檢(jiǎn)測到的發(fā)動機轉速(su)、發動機油(you)🔴壓、冷卻液(yè)溫度、液壓(ya)油油位、行(háng)走速度開(kai)關等參數(shù)值送人微(wei)機，進行分(fèn)析計算，并(bing)将實測值(zhi)與内♈置的(de)标準值比(bǐ)較，判斷液(ye)壓卷闆機(ji)運行狀态(tai)是否良好(hǎo)；對異常征(zhēng)兆用發光(guang)二極管、閃(shǎn)光報警燈(deng)和報警喇(la)叭進行三(san)級報警；同(tóng)時将相關(guan)數值保存(cún)下來，傳送(song)到🔴上位機(ji)進行曲線(xiàn)繪制、趨勢(shì)分析和🏃‍♀️打(da)印輸出。

2.數控卷(juan)闆機狀态(tai)監測系統(tong)結構

系統(tong)硬件設計(ji)

系統(tǒng)硬件按功(gong)能的不同(tóng)劃分為主(zhu)處理器模(mó)塊、信号處(chù)🈲理🏃模塊、電(diàn)源模塊、通(tōng)信模塊、狀(zhuàng)态與報警(jǐng)模塊5個部分。

主(zhu)處理器模(mó)塊。

系(xì)統采用ATMEL89C51微處理(lǐ)器，擴充帶(dài)掉電保護(hu)的64K RAM用(yong)于存儲液(yè)壓卷闆機(ji)的4h工(gong)況數據。該(gai)模塊由EPROM、RAM、I/O、掉電保(bǎo)護以及液(yè)晶顯示驅(qu)動組成。

信(xìn)号處理模(mo)塊。

①輸(shū)入信号處(chù)理電路。輸(shū)入信号處(chù)理電路是(shi)微處理器(qì)與外界聯(lian)系的通道(dào)。輸入信号(hào)處理電路(lù)的第一部(bù)分用于接(jiē)收數字信(xìn)号，數字信(xin)号來自啟(qi)動開關等(děng)；輸入信号(hào)處理電路(lu)的第二部(bu)分用于接(jiē)收和轉換(huan)各種傳感(gan)器輸入的(de)模拟信号(hao)；輸入信号(hào)處理電路(lù)的第三部(bù)分用于與(yu)其他計算(suan)機控制系(xì)統進行通(tōng)信聯系，信(xìn)号形式為(wei)脈沖數字(zi)信号；輸入(rù)信号處理(lǐ)電路的第(dì)四部分用(yong)于接收診(zhen)斷觸發信(xìn)号，也是脈(mò)沖數字信(xin)号。其中，模(mó)拟信号輸(shū)入通道的(de)任務是将(jiāng)傳感器産(chǎn)生的模拟(ni)信号轉換(huan)為數字信(xin)号後輸入(rù)微處理器(qi)。模拟信号(hào)輸人通道(dao)主要由信(xin)号處理裝(zhuāng)置、多路選(xuǎn)擇開關、采(cai)樣保持器(qì)和模數(A/D)轉換器(qì)組成。信号(hao)處理裝置(zhì)包括标度(dù)變換、電平(píng)轉換和信(xìn)号濾波等(deng)。

在本(běn)監測系統(tǒng)中，發動機(jī)試驗過程(chéng)中的機油(you)壓力經👄轉(zhuǎn)換💯成電壓(yā)信号并放(fàng)大後，送入(rù)A/D闆的(de)輸入端進(jìn)行采集；反(fan)映溫度量(liang)的熱電阻(zǔ)信号經過(guò)熱✂️電阻調(diao)理闆後，再(zài)經隔離放(fàng)大闆，送到(dao)A/D闆的(de)輸入端進(jìn)行數據采(cai)集。系統采(cǎi)用的A/D和D/A都(dōu)為12bit，因(yīn)此系統的(de)檢測、控制(zhi)精度均能(néng)滿足試驗(yan)的要求。對(duì)⛱️于發動機(jī)♊的轉速，不(bú)能由A/D轉換直接(jie)得到。霍爾(er)傳感器測(ce)得的轉速(sù)信号經隔(ge)離整形後(hou)接📐到單片(pian)機的輸入(ru)端ISl，利(lì)用外部脈(mò)沖計數中(zhōng)斷來計算(suàn)發動機的(de)轉速。 盡管(guan)監測系統(tong)中的啟動(dòng)開關信号(hao)是數字信(xìn)号，但是🌐這(zhe)些信号并(bing)不能直😘接(jie)由微處理(lǐ)器進行處(chù)理，還需要(yào)數字信号(hào)輸入通道(dao)㊙️進行電平(píng)轉換和抗(kang)幹擾等🛀🏻處(chu)理。隻有将(jiāng)輸入的數(shù)字信号轉(zhuǎn)換為TTL電平，才能(neng)被微處理(lǐ)器接收。

②輸出信(xìn)号處理電(dian)路。

該電路(lu)的作用是(shì)在微處理(li)器和顯示(shì)器以及報(bào)警電路之(zhī)間建立聯(lián)系。由于微(wei)處理器産(chǎn)生的控制(zhì)信号都是(shì)數字信号(hao)，因此輸出(chu)信号處理(lǐ)電路為數(shù)字信号輸(shū)出通道。數(shu)字信号輸(shu)出通道的(de)作用是将(jiāng)微處理器(qì)産生的數(shu)字控制信(xin)号傳輸給(gei)數字信号(hao)控制的報(bao)警電路。

(3)電(diàn)源模塊。

系(xì)統各種傳(chuán)感器、信号(hào)處理電路(lu)、單片機主(zhu)機及外圍(wéi)芯片♍、通信(xìn)電路等都(dou)需要合适(shi)的電源才(cái)能正常工(gōng)作🏃🏻‍♂️，它們🧑🏽‍🤝‍🧑🏻所(suǒ)需電壓🈚并(bing)不相同。對(dui)系統電源(yuán)模塊的要(yao)求為🈲：處于(yu)惡劣環境(jìng)中仍能正(zheng)常工作，能(neng)适應較寬(kuān)的供電👉電(diàn)壓變化範(fan)圍，能防止(zhi)從電源地(di)線引入的(de)幹擾，采用(yong)高可靠性(xing)元件，功率(lü)及電壓裕(yù)度也較🍓大(da)。

(4)通信模塊(kuai)。

使用(yòng)RS一232串口通(tong)信。該模塊(kuài)的功能是(shì)處理主機(jī)和單片機(jī)之間的通(tōng)信，主機給(gěi)下位機發(fa)送指令，下(xià)位機給主(zhǔ)機發送監(jiān)測數據。該(gai)模塊傳送(song)的信息包(bao)括：

①命(ming)令信息，上(shàng)位機的控(kong)制指令發(fā)送到下位(wei)機；

②數(shu)據信息，單(dān)片下位機(ji)檢測到的(de)狀态信息(xi)發送到⭕上(shang)位PC中(zhōng)，以便主機(ji)進行監控(kong)和進一步(bu)的數據分(fèn)析處理。

(5)狀(zhuang)态與報警(jǐng)模塊。

為了(le)将程度不(bu)同的緊急(jí)狀況傳遞(di)給司機，系(xi)統根🙇‍♀️據檢(jian)測的🔞參數(shu)性質采用(yòng)三級報警(jǐng)的方法。

①第一級(jí)報警：通過(guò)裝置上相(xiàng)應的二極(ji)管發光實(shí)現🐪。它隻是(shi)🏃🏻提📧醒司機(jī)注意，在這(zhe)種情況下(xia)機器還能(néng)工作一段(duan)時間，如燃(ran)油液位超(chao)過低限等(děng)。

②第二(er)級報警：通(tōng)過總報警(jǐng)燈和故障(zhang)項發光二(èr)極管同時(shi)發光報警(jǐng)。這種報警(jing)要求司機(ji)密切關注(zhu)故障的發(fā)展，但不需(xu)要立即關(guan)機。這類故(gu)障多屬高(gao)溫問題，如(rú)液壓系統(tong)❄️油溫過高(gāo)、發動機溫(wēn)度過高等(děng)。

③第三(sān)級報警：通(tong)過報警喇(lǎ)叭、總報警(jing)燈和故障(zhang)項發🔴光二(er)極管同時(shi)動作來報(bao)警。第三級(jí)報警内容(rong)包括發動(dong)☀️機油壓過(guo)低、液壓油(yóu)位過低、無(wu)冷卻液等(deng)。對第三級(ji)報警，司機(jī)應立即關(guan)機檢查并(bing)修理。

數控(kong)卷闆機系(xì)統軟件要(yào)求如下：

軟(ruan)件結構清(qīng)晰、簡潔，流(liu)程合理。各(ge)功能實現(xian)模塊化、子(zi)程☂️序化，這(zhe)樣既便于(yú)調試，又便(biàn)于移植和(he)修改。具有(you)自診斷功(gong)能，在系統(tong)工作前先(xiān)運行自診(zhěn)斷程序。采(cǎi)用軟件抗(kàng)幹擾措施(shī)，提高系統(tong)的可靠性(xìng)。

所示(shi)為A/D采(cǎi)樣模塊流(liu)程，如圖2所示為(wei)檢測參數(shu)模塊流程(cheng)。

3．故障診斷(duan)系統

提取下位(wei)機各檢測(ce)項的數據(ju)，進行曲線(xian)繪制和趨(qu)勢📧分析，同(tong)🤩時對時域(yu)信号進行(háng)FFT變換(huàn)，利用頻譜(pǔ)分析的方(fang)法，對液壓(yā)卷闆機系(xì)統進行故(gù)障檢測和(he)診斷。

系統(tong)收集、整理(li)液壓卷闆(pan)機的故障(zhang)知識，構建(jiàn)完整的故(gù)🔞障知識庫(ku)，将專家知(zhī)識、檢測系(xì)統傳來的(de)信息以及(ji)人機交互(hù)的信息進(jin)行融合分(fèn)析，通過一(yi)定的推理(li)機制進行(hang)故障定✏️位(wei)，并提出維(wéi)修方案。　　　　

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