數控卷闆(pǎn)機的狀态(tai)監測與故(gù)障診斷系(xi)統是一個(gè)集信号采(cai)集、工況👌分(fèn)析💛、狀态顯(xiǎn)示以及故(gu)障診斷于(yu)一體的多(duō)任務信息(xī)處🌂理系🆚統(tong)。為了解決(jué)狀态監測(ce)和故障診(zhen)斷中多任(ren)📧務與實時(shí)性的🔅矛盾(dun)，整個系統(tong)由狀态監(jian)測✨與故障(zhàng)診斷兩個(gè)子系統組(zǔ)成，其中前(qian)一個子系(xì)統🈲完成數(shù)控卷闆機(jī)狀态實時(shi)監測功能(neng)💯，後一個子(zi)系統完成(chéng)數控卷🐉闆(pan)機故障診(zhěn)斷功能。

系(xi)統結構的(de)實現有兩(liang)種形式。

(1)數控卷(juàn)闆機上、下(xià)位機組成(chéng)的系統。

這(zhè)類系統往(wang)往由機上(shàng)和機下兩(liang)部分組成(cheng)，安裝于卷(juàn)💜闆💚機上的(de)部分進行(hang)工況監測(cè)、數據記錄(lu)和狀态顯(xian)示，而診斷(duan)計算機則(zé)置于控制(zhì)室。當需要(yao)對卷闆機(ji)上的部分(fèn)進行檢查(cha)😄時，插人手(shǒu)持式終端(duān)，讀取現場(chang)采集的全(quan)部工況數(shu)據并存儲(chǔ)；然後取下(xià)手持式終(zhōng)端，在控制(zhi)室中将數(shu)據輸入診(zhen)斷計☁️算機(jī)中，就可⛱️以(yi)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(zhàng)，同時也能(néng)診斷自身(shen)的故障。采(cai)用這種方(fang)式可以讓(ràng)多台卷闆(pǎn)機共享一(yi)套診斷計(jì)算機終端(duan)，節省費用(yòng)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻，也便于維(wéi)護、備件管(guan)理及打🐪印(yìn)報表等。

(2)數控卷(juàn)闆機随機(jī)安裝的系(xi)統。

這類系(xi)統采用彩(cai)色液晶顯(xiǎn)示器，能動(dòng)态反映主(zhu)機系統的(de)參數🔞變化(hua)，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(zōng)合利用實(shi)時數據，進(jìn)行故障的(de)推理，從而(er)找出🧑🏾‍🤝‍🧑🏼故障(zhang)點❓。有的還(hai)💞可以進行(háng)作業量統(tǒng)計。這類系(xi)統✔️通常具(ju)有黑匣子(zǐ)的功能，即(jí)記錄故障(zhàng)過去的發(fa)展狀況，便(biàn)于區别是(shi)機器本身(shēn)的🥵故障還(hái)是操作人(rén)員違反操(cao)作規程引(yǐn)起的損壞(huài)，并對不合(hé)理的操作(zuò)予以提示(shì)。

上述兩種(zhong)形式是目(mu)前大多數(shù)液壓卷闆(pan)機狀态監(jian)🥵測與故障(zhang)診斷系統(tǒng)所采用的(de)，但國内成(chéng)功的應用(yong)實例仍然(rán)很少✔️。在線(xian)診斷的實(shi)現受制于(yú)被診斷系(xì)統的構造(zào)、運行方式(shì)和工作場(chǎng)所等多方(fāng)面因素，因(yīn)此本系統(tong)結構采用(yong)第一種形(xing)式，完成液(ye)壓卷闆機(jī)運行狀态(tai)的在線監(jiān)測和♉離線(xian)故障診㊙️斷(duàn)功能，該形(xíng)式的缺點(diǎn)是信息數(shu)量有限。

數(shu)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(qie)存在着㊙️不(bu)穩定因素(su)，所以本系(xi)統工作環(huán)境惡劣。為(wei)完成預定(ding)功能，系統(tong)對參數采(cǎi)集精度、運(yun)行的穩定(dìng)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(cǐ)，下位機隻(zhī)要👨‍❤️‍👨采用高(gāo)性能的單(dān)片機，并配(pèi)以相應的(de)數據處理(lǐ)和抗幹擾(rao)技術，就能(néng)滿足系統(tong)實時性要(yào)求；上位機(ji)則采用普(pǔ)通的PC。上、下位機(jī)之間采用(yòng) RS一232串口通(tōng)信，由下位(wei)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(shù)據，再傳送(song)給上位機(jī)🐉。系統的模(mo)型如圖1所示。

數(shù)控卷闆機(ji)狀态監測(ce)系統

1.系統(tong)功能分析(xi)，液壓卷闆(pan)機狀态監(jiān)測與故障(zhàng)診斷系統(tong)模型

本系統以(yǐ)SWE4．2液壓卷闆(pan)機為監測(ce)對象，選取(qǔ)發動機轉(zhuan)速、燃油油(yóu)位👣、機油壓(yā)力、主泵1和2的壓力、液(ye)壓油溫度(dù)、液壓油油(you)位、冷卻水(shui)溫度、冷卻(què)水☂️水位、濾(lǜ)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(kai)關共14項參數為(wei)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(ya)卷闆機的(de)運行狀态(tài)趨勢分析(xi)和故障診(zhen)斷打下基(ji)礎。系統的(de)主要功能(neng)如下。

(1)數據(jù)采集功能(neng)。自動采集(ji)液壓卷闆(pǎn)機14項(xiang)運行工況(kuàng)參數，包括(kuò)發動機轉(zhuan)速、燃油油(yóu)位、機油壓(ya)力等。

(2)數據(jù)處理和存(cun)儲功能。自(zì)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(chéng)數據文件(jian)存儲💘起來(lái)供二次處(chù)🐅理使用。

(3)顯(xiǎn)示功能。通(tong)過液晶顯(xiǎn)示器顯示(shì)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(shù)超限時均(jun1)能發出報(bao)🌂警，可🔱根據(ju)異常情況(kuàng)的嚴重程(chéng)度進行三(sān)級報警，并(bing)記錄報警(jing)信息。

(5)曲線(xiàn)繪制和打(dǎ)印功能。能(néng)夠自動繪(hui)制特性曲(qǔ)線，并做出(chū)趨勢分析(xi)。

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

系統單(dan)片機選用(yòng)ATMEL89C51，同時(shí)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(diao)電保護的(de)64K RAM用于(yú)存儲液壓(yā)卷闆機的(de)4h工況(kuang)數據。系統(tong)的結構如(ru)圖5—58所示。

系(xì)統測試原(yuán)理如下：将(jiang)傳感器檢(jiǎn)測到的發(fa)動機轉速(su)、發動機㊙️油(yóu)壓、冷卻液(yè)溫度、液壓(yā)油油位、行(hang)走速度開(kai)關等參數(shù)值送人微(wēi)機🚶，進行分(fèn)析計算，并(bing)将實測值(zhi)與内⭐置的(de)标準值比(bi)💋較，判斷液(yè)壓卷闆機(ji)運行狀态(tài)是否良⭐好(hao)；對異常征(zheng)兆用發光(guang)二極管、閃(shǎn)光報警📧燈(dēng)和報警喇(la)叭進行三(sān)級報警；同(tóng)時将相關(guān)數值保存(cún)下來，傳送(sòng)到上位機(jī)進行曲線(xiàn)繪制、趨勢(shi)分析和打(da)印輸出。

2.數控卷(juàn)闆機狀态(tài)監測系統(tǒng)結構

系統(tong)硬件設計(jì)

系統(tong)硬件按功(gong)能的不同(tong)劃分為主(zhǔ)處理器模(mó)塊、信号處(chu)理模塊、電(dian)源模塊、通(tōng)信模塊、狀(zhuang)态與報警(jing)模塊5個部分。

主(zhu)處理器模(mo)塊。

系(xi)統采用ATMEL89C51微處理(li)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(xin)号處理模(mo)塊。

①輸(shu)入信号處(chù)理電路。輸(shū)入信号處(chu)理電路是(shi)微處理器(qì)與外界聯(lian)系的通道(dao)。輸入信号(hào)處理電路(lu)的第一部(bù)分用于接(jiē)收數字信(xin)号，數字信(xìn)号來自啟(qi)動開關等(děng)；輸入信号(hào)處理電路(lù)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(hào)；輸入信号(hào)處理電路(lu)的第三部(bù)分用于與(yu)其他計算(suàn)機控制系(xi)統進行通(tōng)信聯系，信(xìn)号形式為(wei)脈沖數字(zì)信号；輸入(ru)信号處理(li)電路的第(di)四部分用(yong)于接收診(zhěn)斷觸發信(xìn)号，也是脈(mò)沖數字信(xìn)号。其中，模(mó)拟信号輸(shū)入通道的(de)任務是将(jiang)傳感器産(chan)生的模拟(nǐ)信号轉換(huàn)為數字信(xin)号後輸入(ru)微處理器(qì)。模拟信号(hao)輸人通道(dào)主要由信(xìn)号處理裝(zhuāng)置、多路選(xuǎn)擇開關、采(cǎi)樣保持器(qi)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(ping)轉換㊙️和信(xìn)号濾💋波等(deng)。

在本(běn)監測系統(tong)中，發動機(jī)試驗過程(chéng)中的機油(yóu)壓力經轉(zhuan)換成電壓(yā)信号并放(fang)大後，送入(rù)A/D闆的(de)輸入端進(jìn)行采集；反(fǎn)映溫度量(liàng)的熱電阻(zu)信号💔經過(guò)熱電阻調(diào)理闆後，再(zai)經隔離放(fàng)大闆，送到(dao)A/D闆的(de)輸入端進(jìn)行數據采(cǎi)集。系統采(cǎi)用的A/D和D/A都(dou)為12bit，因(yīn)此系統的(de)檢測、控制(zhì)精度均能(neng)滿足試驗(yan)的要求。對(dui)于發動機(ji)的轉速，不(bú)能由A/D轉換直接(jiē)得到。霍爾(er)傳感器測(ce)得的轉速(su)信号經隔(gé)離整形🌈後(hòu)🌍接到單片(pian)機的輸入(ru)端ISl，利(li)用外部脈(mò)沖計數中(zhong)斷來計算(suàn)發動機的(de)轉速。 盡管(guǎn)監測系📱統(tǒng)中的啟動(dòng)開關信号(hào)是數字信(xìn)号，但是這(zhe)些信号并(bìng)不☎️能直接(jie)由微處理(lǐ)器進行處(chù)理，還需要(yao)數字信号(hào)輸入通道(dào)進行電平(ping)轉換和抗(kàng)幹擾等處(chù)理。隻有将(jiāng)輸入的數(shù)字信号轉(zhuan)換為TTL電平，才能(neng)被微處理(lǐ)器接收。

②輸出信(xin)号處理電(diàn)路。

該電路(lu)的作用是(shì)在微處理(lǐ)器和顯示(shi)器以及報(bao)警電路之(zhi)間建立聯(lian)系。由于微(wēi)處理器産(chǎn)生的控制(zhì)信号都是(shì)數字信号(hào)，因此輸出(chū)信号處理(li)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(jiang)微處理器(qì)産生的數(shu)字控制信(xìn)号傳輸給(gěi)數字信号(hào)控制的報(bao)警電路。

(3)電(diàn)源模塊。

系(xi)統各種傳(chuán)感器、信号(hao)處理電路(lù)、單片機主(zhǔ)機及外♋圍(wei)芯片、通信(xin)電路等都(dōu)需要合适(shi)的電源才(cái)能正常工(gong)作，它們所(suo)需電壓并(bing)不相同。對(duì)系統電源(yuán)模塊的要(yào)求為：處于(yu)惡劣環境(jìng)中仍能♈正(zheng)常工作，能(néng)适應較寬(kuān)的供電電(diàn)壓變化範(fan)圍，能防止(zhi)從電源⁉️地(dì)線引入🧑🏾‍🤝‍🧑🏼的(de)幹擾，采用(yòng)高可靠性(xìng)元件，功率(lü)及電壓裕(yu)度也較大(dà)。

(4)通信模塊(kuài)。

使用(yong)RS一232串口通(tōng)信。該模塊(kuài)的功能是(shi)處理主機(jī)和單片機(ji)之間的通(tōng)信，主機給(gei)下位機發(fā)送指令，下(xia)位機給主(zhu)機發送監(jian)測數據☎️。該(gai)模☔塊傳送(sòng)的信息包(bāo)括：

①命(mìng)令信息，上(shang)位機的控(kòng)制指令發(fa)送到下位(wèi)機；

②數(shù)據信息，單(dān)片下位機(ji)檢測到的(de)狀态信息(xī)發送到🔆上(shang)位PC中(zhōng)，以便主機(jī)進行監控(kòng)和進一步(bu)的數據分(fen)析處理。

(5)狀(zhuàng)态與報警(jǐng)模塊。

為了(le)将程度不(bu)同的緊急(ji)狀況傳遞(dì)給司機，系(xì)統根據檢(jiǎn)測的參數(shù)性質采用(yong)三級報警(jing)的方法。

①第一級(ji)報警：通過(guò)裝置上相(xiàng)應的二極(jí)管發光實(shi)現💘。它隻🌐是(shì)提醒司機(ji)注意，在這(zhe)種情況下(xia)機器還能(néng)工作一段(duàn)時間，如燃(rán)油液位超(chāo)過低限等(děng)。

②第二(èr)級報警：通(tōng)過總報警(jǐng)燈和故障(zhàng)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(fa)展，但不需(xū)要立即關(guan)機。這類故(gu)障多屬高(gāo)溫問題，如(rú)液壓系統(tǒng)油溫過🤩高(gao)、發動機溫(wen)度過高等(děng)。

③第三(sān)級報警：通(tōng)過報警喇(la)叭、總報警(jing)燈和故障(zhàng)項發光二(èr)極管同時(shí)動作來報(bào)警。第三級(ji)報警内容(róng)包括👅發動(dòng)機油壓過(guo)👌低、液壓油(you)位過低、無(wú)冷卻液等(děng)。對第三級(ji)報警，司機(ji)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(ruǎn)件結構清(qīng)晰、簡潔，流(liú)程合理。各(ge)功能實現(xiàn)模塊化🔱、子(zi)❄️程序化，這(zhè)樣既便于(yu)調試，又便(bian)于移植和(hé)修改。具有(you)自診斷🌈功(gōng)能，在系🔞統(tǒng)工作前先(xian)運行自診(zhen)斷程序。采(cǎi)用軟件抗(kàng)幹擾措施(shī)，提高系統(tong)的可靠性(xing)。

所示(shì)為A/D采(cai)樣模塊流(liú)程，如圖2所示為(wéi)檢測參數(shù)模塊流程(cheng)。

3．故障診斷(duan)系統

提取下位(wèi)機各檢測(ce)項的數據(jù)，進行曲線(xiàn)繪制和趨(qu)勢分析，同(tong)時對時域(yù)信号進行(hang)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(hé)診斷。

系統(tǒng)收集、整理(li)液壓卷闆(pǎn)機的故障(zhang)知識，構建(jian)完整的故(gu)障知識♋庫(ku)，将專家知(zhi)識、檢測系(xi)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(háng)故障定位(wèi)，并提出維(wei)修方案。　　　　

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