數控卷闆機(jī)的狀态監測(ce)與故障診斷(duàn)系統是一個(ge)集信号采集(ji)、工況分析、狀(zhuàng)🔴态顯示以及(ji)故障診斷于(yu)一體的多任(ren)務信息處☂️理(li)系♍統。為了解(jiě)決狀态監測(cè)和故障診斷(duàn)中多任務與(yǔ)實時性的矛(máo)盾，整📱個系統(tong)由狀态監測(cè)與故障診⛷️斷(duan)兩個子系統(tong)組成，其中前(qián)一個子系統(tong)完成數控卷(juàn)闆機狀态實(shí)時監測功能(neng)，後一個子系(xi)❤️統完成數控(kong)卷闆機故障(zhàng)診斷功能。

系(xi)統結構的實(shí)現有兩種形(xíng)式。

(1)數控(kòng)卷闆機上、下(xia)位機組成的(de)系統。

這類系(xì)統往往由機(jī)上和機下兩(liǎng)部分組成，安(ān)裝于卷闆機(ji)上的💜部分進(jìn)行工況監測(ce)、數據記錄和(hé)狀态顯示，而(er)診☀️斷計算機(jī)則置于控制(zhi)室。當需要對(duì)卷闆機上的(de)㊙️部分進行檢(jiǎn)查時，插人👌手(shǒu)持式終端，讀(dú)取現場采集(ji)的全部工況(kuàng)數據并存儲(chǔ)；然後取下手(shou)持式❄️終端，在(zai)控制🧡室中将(jiāng)數據輸入診(zhěn)斷計算機中(zhong)，就可以診斷(duan)液壓系統、動(dong)力系統、機構(gou)和裝置系統(tong)、附屬🔴系統等(děng)各部分的故(gù)障，同時也能(néng)診斷自身的(de)故障🔞。采用這(zhè)種方式可以(yǐ)讓多台卷闆(pan)機共🌈享一套(tào)診斷計算機(jī)終㊙️端，節省費(fei)用，也便于維(wéi)護、備件管理(li)及打💰印報表(biao)等。

(2)數控(kong)卷闆機随機(ji)安裝的系統(tong)。

這類系統采(cai)用彩色液晶(jing)顯示器，能動(dòng)态反映主機(ji)系統的❄️參🐉數(shu)變化，部分關(guān)鍵參數用曲(qǔ)線實時跟蹤(zōng)指示；還能利(li)用經驗知識(shí)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻，綜合利用實(shí)時數據，進行(háng)故障的🐉推理(li)，從而找出故(gù)障點。有的還(hái)可以進行作(zuò)業量統計👣。這(zhe)類系統🔆通常(chang)具有黑匣子(zi)的🧑🏾‍🤝‍🧑🏼功能，即記(jì)㊙️錄故障過去(qù)的發展狀況(kuàng)，便于區别是(shi)機器本身的(de)故障還是操(cao)作💃人員違反(fan)操作規程引(yǐn)起的損壞，并(bìng)對不合理的(de)操作🐪予以提(tí)示。

上述兩種(zhong)形式是目前(qián)大多數液壓(yā)卷闆機狀态(tai)監測與故障(zhang)⛹🏻‍♀️診斷系統所(suǒ)采用的，但國(guó)内成功的應(yīng)用實例仍然(ran)很少。在線診(zhěn)斷的實現受(shòu)制于被診斷(duan)系統的構造(zao)、運行方式和(hé)🏃‍♀️工作場所等(deng)多方面因素(su)，因此本系統(tǒng)結構采用第(di)一種形式，完(wan)成液壓卷闆(pǎn)機🧡運行狀态(tài)的在線監測(ce)和離線故障(zhàng)診斷功能，該(gai)形㊙️式的缺點(diǎn)是信🏃‍♂️息數量(liang)有限。

數控卷(juàn)闆機系統模(mó)型的構建

液壓卷闆(pan)機工作時産(chan)生噪聲、振動(dòng)、污染、高溫，且(qiě)存在着不💛穩(wen)定因素，所以(yǐ)本系統工作(zuo)環境惡劣。為(wéi)完成預定功(gong)能，系統對🤩參(can)數采集精度(du)、運行的穩定(ding)性和可靠性(xìng)等要求都較(jiao)高，但控✉️制方(fang)面⛹🏻‍♀️沒有什麼(me)要求。因此，下(xià)位機隻要采(cai)用高性能的(de)單片🔅機，并配(pèi)以🥵相應的數(shu)據處理和抗(kàng)幹擾技術，就(jiu)能滿足系統(tǒng)實☁️時性要求(qiu)；上位機則采(cai)用普通的PC。上、下位機(ji)之間采用 RS一232串(chuan)口通信，由下(xià)位機保存液(yè)壓卷闆機約(yuē)4h的工況(kuàng)數據，然後插(chā)入掌上電腦(nǎo)讀取該數據(jù)，再傳送給上(shang)位☔機。系統的(de)模型如圖1所示。

數控(kong)卷闆機狀态(tai)監測系統

1.系(xì)統功能分析(xi)，液壓卷闆機(ji)狀态監測與(yǔ)故障診斷系(xi)🍉統模型

本系統以SWE4．2液壓(yā)卷闆機為監(jian)測對象，選取(qu)發動機轉速(sù)、燃油油🐉位、機(ji)油♉壓力、主泵(bèng)1和2的壓力、液壓(ya)油溫度、液壓(yā)油油位、冷卻(què)水溫度、冷卻(què)♌水❓水位、濾清(qing)器差壓、空濾(lü)器負壓、蓄電(diàn)池電壓、啟動(dong)開關和行走(zǒu)速度開關共(gong)14項參數(shù)為檢測項目(mu)，通過對這些(xiē)參數的自動(dong)監測和工況(kuang)分析，為液壓(yā)卷闆機的運(yun)行狀态趨勢(shì)分析和故障(zhàng)診斷打下基(jī)礎。系🔆統的主(zhǔ)要功能如下(xia)。

(1)數(shu)據采集功能(neng)。自動采集液(ye)壓卷闆機14項運行工(gōng)況參數，包括(kuò)發動機轉速(su)、燃油油位、機(ji)油壓👄力等。

(2)數據(ju)處理和存儲(chǔ)功能。自動進(jin)行采集數據(ju)的處理，包括(kuo)清除誤差、曲(qu)線拟合等，并(bìng)生成數據文(wen)件存儲🔱起來(lái)供二次處理(lǐ)使🈲用。

(3)顯示功能(neng)。通過液晶顯(xiǎn)示器顯示當(dāng)前的運行狀(zhuang)态。

(4)報警功能。設(shè)備故障或運(yùn)行參數超限(xian)時均能發出(chū)🌏報警，可🌈根據(ju)🌂異常情況的(de)嚴重程度進(jìn)行三級報警(jǐng)，并記⭐錄報警(jing)信息。

(5)曲線繪制(zhì)和打印功能(neng)。能夠自動繪(hui)制特性曲線(xiàn)，并做出趨勢(shì)分析。

(6)通信功能(neng)。通過RS一(yī)232串口向(xiàng)上位機傳送(sòng)所采集的數(shù)據信息。

系統單片機(ji)選用ATMEL89C51，同(tong)時擴充64K EPROM用于存儲報(bao)警限值和相(xiàng)應的檢測程(chéng)序，擴充帶掉(diao)電保護的64K RAM用于存儲(chu)液壓卷闆機(ji)的4h工況(kuàng)數據。系統的(de)結構如圖5—58所示(shì)。

系統測試原(yuán)理如下：将傳(chuán)感器檢測到(dao)的發動機轉(zhuǎn)速、發動機油(you)壓、冷卻液溫(wēn)度、液壓油油(you)位、行走速度(du)👅開關等參數(shù)值送人🌈微機(ji)，進行分析計(ji)算，并将實測(ce)值與内置的(de)标準值比較(jiào)，判斷液壓卷(juàn)闆機運行狀(zhuang)态是否良💯好(hao)；對異常👄征兆(zhào)用發光二極(ji)管、閃光報警(jing)燈和報警喇(lǎ)叭進行三級(ji)報警；同時将(jiang)相關數值保(bǎo)存下來，傳送(song)到上位機進(jìn)行曲☎️線繪制(zhì)、趨勢分析和(he)✨打印輸出。

2.數控卷闆(pan)機狀态監測(ce)系統結構

系(xì)統硬件設計(ji)

系統硬(yìng)件按功能的(de)不同劃分為(wei)主處理器模(mó)塊、信号處理(lǐ)模塊、電源模(mó)塊、通信模塊(kuai)、狀态與報警(jing)模塊5個(gè)部分。

主處理(li)器模塊。

系統采用ATMEL89C51微處理器(qì)，擴充帶掉電(diàn)保護的64K RAM用于存儲液(yè)壓卷闆機的(de)4h工況數(shù)據。該模塊由(you)EPROM、RAM、I/O、掉電保護(hù)以及液晶顯(xian)示驅動組成(cheng)。

信号處理模(mó)塊。

①輸入(ru)信号處理電(dian)路。輸入信号(hao)處理電路是(shì)微處理器與(yǔ)外界聯系的(de)通道。輸入信(xìn)号處理電路(lu)的第一部分(fen)用于接收數(shù)字信号，數字(zì)信号來自啟(qi)動開關等；輸(shu)入信号處理(li)電路的第二(er)部分用于接(jie)收和轉換各(ge)種傳感器輸(shu)入的模拟信(xin)号；輸入信号(hào)處理電路的(de)第三部分用(yòng)于與其他計(ji)算機控制系(xì)統進行通信(xin)聯系，信号形(xíng)式為脈沖數(shù)字信号；輸入(rù)信号處理電(dian)路的第四部(bù)分用于接收(shou)診斷觸發信(xìn)号，也是脈沖(chòng)數字信号。其(qí)中，模拟信号(hao)輸入通道的(de)任務是将傳(chuán)感器産生的(de)模拟信号轉(zhuan)換為數字信(xìn)号後輸入微(wēi)處理器。模拟(ni)信号輸人通(tōng)道主要由信(xìn)号處理裝置(zhì)、多路選擇開(kāi)關、采樣保持(chí)器和模數(A/D)轉換器組(zu)成。信号處理(li)裝置包括标(biāo)度變換、電平(ping)轉換和😄信号(hào)濾波等。

在本監測系(xi)統中，發動機(ji)試驗過程中(zhōng)的機油壓力(li)經❓轉換成電(diàn)壓信号并放(fàng)大後，送入A/D闆的輸入(ru)端進行采集(jí)；反映溫度量(liang)的熱電阻信(xìn)号☂️經過熱電(diàn)阻調理闆後(hòu)，再經隔離放(fang)大闆，送到A/D闆的輸入(ru)端進行數據(ju)采集。系統采(cǎi)用的A/D和(he)D/A都為12bit，因此系統(tǒng)的檢測、控制(zhì)精度均能滿(mǎn)足試驗的要(yào)求。對于🌈發動(dong)機的轉速，不(bú)能由A/D轉(zhuan)換直接得到(dào)。霍爾傳感器(qì)測得的轉速(sù)信号經隔離(li)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻整形後☁️接🈲到(dao)單片機的輸(shu)入端ISl，利(lì)用外部脈沖(chòng)計數中斷來(lai)計算發動機(jī)的轉速。 盡管(guǎn)監測系統🈲中(zhong)的啟動開關(guan)信号是數字(zì)信号，但是這(zhe)些信号⛹🏻‍♀️并不(bú)能直⛷️接由微(wēi)處理器進行(hang)處理，還需要(yao)數字🐉信号輸(shu)💞入通道進行(háng)電平轉換和(hé)抗幹擾等處(chù)理。隻有将輸(shū)入的數字信(xin)号轉換為TTL電平，才能(neng)被微處理器(qi)接收。

②輸(shu)出信号處理(li)電路。

該電路(lu)的作用是在(zài)微處理器和(he)顯示器以及(ji)報警電路之(zhī)間建立聯系(xì)。由于微處理(lǐ)器産生的控(kong)制信号都是(shì)數字信号，因(yīn)此輸出信号(hào)處理電路為(wéi)數字信号輸(shu)出通道。數字(zì)信号輸出通(tong)道的作用是(shì)将微處理器(qì)産生的數字(zi)控制信号傳(chuán)輸給數字信(xin)号控制的報(bao)警電路。

(3)電源模(mo)塊。

系統各種(zhǒng)傳感器、信号(hào)處理電路、單(dan)片機主機及(jí)外圍芯片、通(tōng)信電路等都(dou)需要合适的(de)電源才能正(zhèng)常工作，它們(men)所需電壓🔱并(bing)不相同。對系(xi)統電源模塊(kuai)的❗要求為：處(chu)于惡劣環境(jìng)中仍能🐕正常(cháng)工⛱️作，能适應(yīng)較寬的供電(dian)電壓變化範(fàn)圍，能防止從(cóng)電源🍉地線引(yǐn)入的幹擾，采(cai)用高可靠性(xing)元件，功率及(jí)電壓裕度也(ye)較大。

(4)通信模塊(kuài)。

使用RS一232串(chuàn)口通信。該模(mó)塊的功能是(shi)處理主機和(hé)單片機之間(jian)的通信🔞，主機(ji)給下位機發(fa)送指令，下位(wèi)機給主機發(fa)送監測數據(jù)。該模🤟塊傳送(song)的信息包括(kuo)：

①命令信(xìn)息，上位機的(de)控制指令發(fa)送到下位機(jī)；

②數據信(xin)息，單片下位(wèi)機檢測到的(de)狀态信息發(fa)送到上位PC中，以便主(zhu)機進行監控(kong)和進一步的(de)數據分析處(chu)理。

(5)狀态與報警(jǐng)模塊。

為了将(jiāng)程度不同的(de)緊急狀況傳(chuan)遞給司機，系(xi)統根據檢💚測(cè)的參數性質(zhi)采用三級報(bào)警的方法。

①第一級報(bao)警：通過裝置(zhì)上相應的二(èr)極管發光實(shí)現。它隻是✏️提(tí)醒司機注意(yi)，在這種情況(kuang)下機器還能(neng)工作一段時(shí)間，如燃油📐液(ye)位超過低限(xiàn)等。

②第二(er)級報警：通過(guo)總報警燈和(hé)故障項發光(guāng)二極管同時(shi)發光報警。這(zhe)種報警要求(qiu)司機密切關(guan)注故障的發(fa)展，但不需要(yao)立🏃即關機。這(zhè)類故障多屬(shǔ)高溫問題，如(rú)液🐇壓系統油(you)溫過高、發動(dong)機溫度過高(gao)等。

③第三(sān)級報警：通過(guo)報警喇叭、總(zǒng)報警燈和故(gu)障項發光二(er)極管同時動(dong)作來報警。第(dì)三級報警内(nei)容包括✔️發動(dong)機油壓過低(dī)、液壓油位過(guo)低、無冷卻液(yè)等。對第三級(ji)報🏒警，司機應(ying)立即關機檢(jian)查并修理。

數(shù)控卷闆機系(xì)統軟件要求(qiu)如下：

軟件結(jié)構清晰、簡潔(jié)，流程合理。各(gè)功能實現模(mo)塊化、子程序(xu)化，這樣既便(bian)于調試，又便(biàn)于移植和修(xiu)改。具有自診(zhen)斷👄功能，在系(xì)統工作前先(xian)運行自診斷(duan)程序。采用軟(ruan)♈件抗幹擾措(cuò)施⛹🏻‍♀️，提高系統(tǒng)的可靠性。

所示為A/D采樣模塊(kuai)流程，如圖2所示為檢(jian)測參數模塊(kuài)流程。

3．故障診斷(duan)系統

提(tí)取下位機各(ge)檢測項的數(shù)據，進行曲線(xian)繪制和趨⛷️勢(shì)分析🔞，同時對(dui)時域信号進(jin)行FFT變換(huan)，利用頻譜分(fen)析的方法，對(duì)液壓卷闆機(ji)系統進行故(gù)障檢測和診(zhěn)斷。

系統收集(jí)、整理液壓卷(juan)闆機的故障(zhang)知識，構建完(wán)整的故障知(zhi)識庫，将專家(jia)知識、檢測系(xi)統傳來的信(xìn)息🈲以及人機(ji)交互的信息(xi)進行融合分(fèn)析，通過一定(dìng)的推理機制(zhi)進行👌故障定(ding)💃位，并提出維(wei)修方案。　　　　

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