數控卷闆(pan)機的狀态(tài)監測與故(gu)障診斷系(xì)統是一個(ge)集信号采(cai)集、工況分(fen)析、狀态顯(xian)示以及故(gù)障診斷于(yú)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(zhěn)斷中多任(rèn)🔞務與實時(shi)性的矛盾(dùn)，整個系統(tong)由狀态監(jiān)測與故障(zhàng)診斷兩個(ge)子系統組(zǔ)成，其中前(qián)一個子系(xì)統完成數(shu)控卷🛀🏻闆機(ji)狀态實時(shi)監測功能(neng)，後一個子(zǐ)系統完成(chéng)數控卷闆(pǎn)機故障診(zhěn)斷🚩功能。

系(xì)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(cheng)的系統。

這(zhe)類系統往(wang)往由機上(shang)和機下兩(liǎng)部分組成(chéng)，安裝于卷(juàn)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(zhi)室。當需要(yao)對卷闆機(jī)上的✌️部分(fen)進行檢查(chá)時，插人手(shǒu)持式終端(duān)，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(zhong)端，在控制(zhi)室中将數(shu)據輸入診(zhěn)斷計算機(ji)中，就可以(yǐ)診斷液壓(ya)系統、動力(lì)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(neng)診斷自身(shen)的故障。采(cǎi)用這種方(fang)式可以讓(ràng)多台卷闆(pan)機共享一(yi)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(xi)統。

這類系(xì)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(gēn)蹤指示；還(hái)能利用經(jing)驗知識☂️，綜(zōng)合利用實(shi)時數據，進(jin)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(ji)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(cāo)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(zhǒng)形式是目(mu)前大多數(shu)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(xì)統的構造(zao)、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(yong)第一種形(xíng)式，完成液(ye)壓卷闆機(ji)運行狀态(tai)的在線監(jian)測和🈲離線(xiàn)故障診斷(duan)功能，該形(xing)🔆式的缺點(dian)是信息數(shu)量有限。

數(shu)控卷闆機(jī)系統模型(xíng)的構建

液壓卷(juan)闆機工作(zuò)時産生噪(zao)聲、振動、污(wu)染、高溫，且(qiě)存在着❄️不(bú)穩定因素(su)，所以本系(xì)統工作環(huan)境惡劣。為(wei)完成預定(ding)功♉能，系統(tǒng)對參數采(cǎi)集精度、運(yun)行的穩定(dìng)性和可靠(kao)性等要求(qiu)都較高，但(dàn)控制方面(mian)沒有什麼(me)要求。因此(cǐ)，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(rao)技術，就能(néng)⛷️滿足系統(tong)實💜時性要(yao)求；上位🏃‍♀️機(ji)則采用普(pǔ)通的PC。上、下位機(ji)之間采用(yòng) RS一232串口通(tōng)信，由下位(wèi)機保存液(ye)壓卷闆機(jī)約4h的(de)工況數據(ju)，然後插入(rù)掌上電腦(nao)讀取該數(shu)據，再傳送(sòng)給上📧位機(jī)。系統的模(mo)型如圖1所示。

數(shu)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(pan)機狀态監(jian)測與故障(zhàng)診斷系統(tǒng)模型

本系統以(yǐ)SWE4．2液壓卷闆(pan)機為監測(cè)對象，選取(qu)發動機轉(zhuan)速、燃油油(yóu)✉️位、機油壓(ya)力、主泵1和2的壓力、液(ye)壓油溫度(du)、液壓油油(you)位、冷卻水(shuǐ)溫度、冷卻(què)水水位、濾(lü)🐕清器差壓(yā)、空濾器負(fù)壓、蓄電池(chi)電壓、啟動(dòng)開關💞和行(háng)走速度開(kāi)關共14項參數為(wei)檢測項目(mu)，通過對這(zhe)些參數的(de)自動監測(cè)和💰工況分(fen)析，為液壓(yā)卷闆機的(de)運行狀态(tài)趨勢分析(xi)和故障診(zhěn)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(néng)。自動采集(jí)液壓卷闆(pǎn)機14項(xiàng)運行工況(kuàng)參數，包括(kuo)發動機轉(zhuan)速、燃油油(you)位、機油壓(yā)力♊等。

(2)數據(jù)處理和存(cún)儲功能。自(zì)動進行采(cai)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(jiàn)存儲起來(lái)供二☎️次處(chu)🌈理使用。

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

(4)報(bao)警功能。設(she)備故障或(huo)運行參數(shu)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(xian)繪制和打(da)印功能。能(néng)夠自動繪(hui)制特性曲(qǔ)線，并做出(chu)趨勢分析(xi)。

(6)通信功能(neng)。通過RS一232串(chuan)口向上位(wei)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(zhí)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(yā)卷闆機的(de)4h工況(kuàng)數據。系統(tong)的結構如(rú)圖5—58所示。

系(xi)統測試原(yuán)理如下：将(jiang)傳感器檢(jian)測到的發(fā)動機轉速(su)、發💰動♍機油(you)壓、冷卻液(ye)溫度、液壓(ya)油油位、行(hang)走速度開(kāi)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(bi)較，判斷液(ye)壓卷闆機(jī)運行狀态(tai)是否良好(hao)；對異常✊征(zheng)兆用發㊙️光(guang)二極管📱、閃(shan)光報警燈(dēng)和報警喇(la)叭進行三(san)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(dǎ)印輸出。

2.數控卷(juàn)闆機狀态(tai)監測系統(tong)結構

系統(tǒng)硬件設計(ji)

系統(tong)硬件按功(gōng)能的不同(tong)劃分為主(zhu)處理器模(mo)塊、信号處(chù)🌈理模塊、電(dian)源模塊、通(tōng)信模塊、狀(zhuàng)态與報警(jing)模塊5個部分。

主(zhǔ)處理器模(mó)塊。

系(xì)統采用ATMEL89C51微處理(li)器，擴充帶(dai)掉電保護(hù)的64K RAM用(yong)于存儲液(yè)壓卷闆機(jī)的4h工(gōng)況數據。該(gai)模塊由EPROM、RAM、I/O、掉電保(bao)護以及液(yè)晶顯示驅(qū)動組成。

信(xìn)号處理模(mó)塊。

①輸(shu)入信号處(chu)理電路。輸(shū)入信号處(chu)理電路是(shi)微處理器(qì)與外界聯(lián)系的通道(dao)。輸入信号(hao)處理電路(lù)的第一部(bù)分用于接(jie)收數字信(xin)号，數字信(xin)号來自啟(qǐ)動開關等(deng)；輸入信号(hào)處理電路(lu)的第二部(bù)分用于接(jiē)收和轉換(huàn)各種傳感(gǎn)器輸入的(de)模拟信号(hào)；輸入信号(hao)處理電路(lu)的第三部(bù)分用于與(yǔ)其他計算(suan)機控制系(xì)統進行通(tōng)信聯系，信(xin)号形式為(wei)脈沖數字(zi)信号；輸入(ru)信号處理(li)電路的第(di)四部分用(yong)于接收診(zhen)斷觸發信(xìn)号，也是脈(mo)沖數字信(xìn)号。其中，模(mó)拟信号輸(shu)入通道的(de)任務是将(jiang)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(qì)。模拟信号(hào)輸人通道(dao)主要由信(xin)号處理裝(zhuang)置、多路選(xuan)擇開關、采(cai)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(du)變換、電平(píng)轉換和信(xin)✨号濾波等(deng)。

在本(běn)監測系統(tǒng)中，發動機(ji)試驗過程(chéng)中的機油(you)壓力經轉(zhuan)換‼️成電壓(yā)信号并放(fang)大後，送入(ru)A/D闆的(de)輸入端進(jin)行采集；反(fǎn)映溫度量(liàng)的熱電阻(zǔ)信号經♈過(guo)🚩熱電阻調(diào)理闆後，再(zài)經隔離放(fang)大闆，送到(dao)A/D闆的(de)輸入端進(jin)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(zhi)精度均能(néng)滿足試驗(yàn)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(ěr)傳感器測(ce)得的轉速(su)信号經隔(ge)離整形後(hòu)☔接♍到單片(pian)機的輸入(ru)端ISl，利(lì)用外部脈(mo)沖計數中(zhong)斷來計算(suan)發動機的(de)轉速。 盡管(guǎn)監測🚩系🈲統(tong)中的啟動(dong)開關信号(hào)是數字信(xin)号，但是這(zhe)些信号并(bing)不能直接(jie)由微處理(lǐ)器進行處(chu)理，還需要(yào)數字信号(hào)輸入通道(dào)進行電平(ping)轉換和抗(kang)幹擾等處(chu)理。隻有🏃🏻‍♂️将(jiāng)輸入的數(shu)字信号轉(zhuan)換為TTL電平，才能(néng)被微處理(lǐ)器接收。

②輸出信(xìn)号處理電(diàn)路。

該電路(lù)的作用是(shì)在微處理(li)器和顯示(shi)器以及報(bao)警電路之(zhi)間建立聯(lián)系。由于微(wēi)處理器産(chǎn)生的控制(zhì)信号都是(shi)數字信号(hao)，因此輸出(chū)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(qi)産生的數(shù)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(dian)源模塊。

系(xì)統各種傳(chuan)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(shì)的電源才(cai)能正常工(gōng)作🚩，它們所(suo)需電壓并(bìng)不相同。對(duì)系統電源(yuán)模塊的要(yào)求為：處于(yú)惡劣環境(jing)中仍能正(zhèng)常工作，能(neng)适應較💯寬(kuān)的供電電(dian)壓變化✔️範(fan)圍，能防止(zhi)從電源地(dì)線引入的(de)幹擾，采用(yong)高可靠性(xìng)元件，功率(lü)及電壓裕(yu)度也較大(da)。

(4)通信模塊(kuai)。

使用(yòng)RS一232串口通(tōng)信。該模塊(kuài)的功能是(shi)處理主機(ji)和單片機(jī)之間的通(tong)信，主機給(gei)下位機發(fā)送指令，下(xià)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(shàng)位機的控(kòng)制指令發(fā)送到下位(wèi)機；

②數(shù)據信息，單(dan)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(ji)進行監控(kòng)和進一步(bu)的數據分(fen)析處理。

(5)狀(zhuang)态與報警(jing)模塊。

為了(le)将程度不(bu)同的緊急(jí)狀況傳遞(di)給司機，系(xì)統根據檢(jiǎn)測的☎️參👌數(shu)性質采用(yong)三級報警(jǐng)的方法。

①第一級(jí)報警：通過(guo)裝置上相(xiang)應的二極(ji)管發光實(shí)現。它隻🔞是(shi)㊙️提醒司機(jī)注意，在這(zhè)種情況下(xià)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(èr)級報警：通(tong)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(jī)密切關注(zhu)故障的發(fa)展，但不需(xū)要立即關(guān)機。這類故(gù)障多屬高(gao)溫問題，如(ru)液壓系統(tong)油溫過高(gāo)、發動機溫(wēn)度過高等(deng)。

③第三(sān)級報警：通(tong)過報警喇(la)叭、總報警(jǐng)燈和故障(zhàng)項發光二(er)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(guò)低、液壓油(you)🔆位過低、無(wú)冷卻液等(děng)。對第三級(ji)報警，司機(jī)📞應立即關(guan)機檢查并(bing)修理。

數控(kòng)卷闆機系(xì)統軟件要(yào)求如下：

軟(ruan)件結構清(qīng)晰、簡潔，流(liú)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(yǒu)自診斷功(gōng)能，在系♊統(tong)工作前先(xian)運行自診(zhen)斷程序。采(cǎi)用軟件抗(kang)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(liu)程，如圖2所示為(wei)檢測參數(shu)模塊流程(cheng)。

3．故障診斷(duàn)系統

提取下位(wèi)機各檢測(cè)項的數據(jù)，進行曲線(xian)繪制和趨(qū)勢分析，同(tóng)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(ya)卷闆機系(xì)統進行故(gu)障檢測和(he)診斷。

系統(tǒng)收集、整理(li)液壓卷闆(pǎn)機的故障(zhàng)知識，構建(jiàn)完整的故(gu)障知識庫(ku)，将專家知(zhi)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(fen)析，通過一(yi)定的推理(lǐ)機制進行(háng)🚶故障定位(wei)，并提出維(wei)修💜方案。　　　　

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