數控卷闆機(jī)的狀态監測(cè)與故障診斷(duan)系統是一個(gè)集信号采集(jí)💃、工況⁉️分析、狀(zhuang)态顯示以及(ji)故障診斷于(yu)一體的多任(ren)務信息處理(lǐ)系🌂統。為了解(jiě)🔅決狀态監測(cè)和故障診斷(duàn)中多任務與(yu)實時性的⛱️矛(mao)盾，整個系統(tong)由狀态監測(cè)與故障診🐅斷(duan)兩個子系統(tǒng)組成，其中前(qián)一個子系統(tǒng)💛完成數控卷(juan)闆機狀态實(shi)時監測功能(néng)，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(kong)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(jī)🏃上的❤️部分進(jin)行工況監測(ce)、數據記錄和(hé)狀态顯示，而(er)診✍️斷計算機(ji)則置于控制(zhi)室。當需要對(dui)卷闆機上的(de)部分進行檢(jian)查💁時，插人❤️手(shou)持式🍓終端，讀(dú)取現場采集(jí)的全部工況(kuang)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(zhen)斷計算機中(zhōng)，就可以診斷(duan)液壓系統、動(dong)力系統、機構(gòu)和裝置系統(tong)、附屬🈲系統等(děng)各部分的故(gu)障，同時也能(néng)診斷自身的(de)故障。采用這(zhe)種方式可以(yǐ)讓多台卷闆(pan)機共享一套(tao)診斷計算機(jī)終端，節省費(fei)用，也便于維(wei)護、備件管理(lǐ)及打🍉印報表(biao)等。

(2)數控(kòng)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(dong)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(zong)指示；還能利(lì)用經驗知識(shi)，綜合利用實(shí)時數據，進行(hang)故障的推理(lǐ)，從而找出‼️故(gu)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(kuang)，便于區别是(shì)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(suo)采用的，但國(guó)内成功的應(yīng)用實例仍然(rán)很少。在線診(zhěn)斷的實現受(shou)制于被診斷(duàn)系統的構✍️造(zao)、運行方式和(he)🛀🏻工作場所等(děng)多方面因素(su)，因此本系統(tong)結構采用第(di)一種形式，完(wan)成液壓卷闆(pan)機👉運行狀态(tai)的在線監測(ce)和離線故障(zhang)診斷功能，該(gāi)形式的缺點(diǎn)是信💁息數量(liàng)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(qie)存在着不穩(wěn)定因素，所以(yǐ)本系統工作(zuò)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(dìng)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(xia)🧡位機隻要采(cai)用高性📞能的(de)單片機，并配(pei)以相應的數(shù)據處理和抗(kàng)幹擾技術，就(jiu)能滿足系統(tǒng)實時性要求(qiú)；上✂️位機則采(cǎi)用普通的PC。上、下位機(jī)之間采用 RS一232串(chuàn)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(nao)讀取該數據(ju)，再傳送給上(shang)💔位🚶機♈。系統的(de)模型如圖1所示。

數控(kòng)卷闆機狀态(tai)監測系統

1.系(xì)統功能分析(xī)，液壓卷闆機(jī)狀态監測與(yu)故障診斷系(xi)🏃‍♂️統模型

本系統以SWE4．2液壓(yā)卷闆機為監(jiān)測對象，選取(qǔ)發動機轉速(sù)、燃油油🚶‍♀️位、機(ji)油壓力、主泵(beng)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(dòng)❄️開關和行走(zou)速度開🌈關共(gong)14項參數(shù)為檢測項目(mù)，通過對這些(xie)參數的自動(dong)監測和工況(kuang)分析，為液壓(ya)卷闆機的運(yùn)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(shù)據采集功能(néng)。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(sù)、燃油油位、機(jī)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(dang)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(xiàn)時均能發出(chū)報警，可根據(jù)異常情況的(de)嚴重程度進(jin)行三級報警(jing)，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(yi)232串口向(xiang)上位機傳送(song)所采集的數(shu)據信息。

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

系統測試原(yuan)理如下：将傳(chuán)感器檢測到(dào)的發動機轉(zhuǎn)速、發🔅動♊機油(you)壓、冷卻液溫(wen)度、液壓油油(yóu)位、行走速度(du)開關等參數(shu)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(jiao)，判斷液壓卷(juàn)⭕闆機運行狀(zhuang)态是否良好(hǎo)；對異常征兆(zhào)用發光二極(jí)管、閃光報警(jing)燈和報警喇(la)叭進行三級(jí)💋報警；同時将(jiāng)相關數值保(bao)存下來，傳送(sòng)到上位機進(jin)行曲線繪制(zhì)、趨勢分🚶析和(he)打印輸出。

2.數控卷闆(pǎn)機狀态監測(ce)系統結構

系(xì)統硬件設計(jì)

系統硬(ying)件按功能的(de)不同劃分為(wei)主處理器模(mo)塊、信号處理(li)模塊、電源模(mo)塊、通信模塊(kuai)、狀态與報警(jǐng)模塊5個(ge)部分。

主處理(lǐ)器模塊。

系統采用ATMEL89C51微處理器(qi)，擴充帶掉電(dian)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(yóu)EPROM、RAM、I/O、掉電保護(hù)以及液晶顯(xiǎn)示驅動組成(chéng)。

信号處理模(mó)塊。

①輸入(rù)信号處理電(dian)路。輸入信号(hao)處理電路是(shì)微處理器與(yu)外界聯系的(de)通道。輸入信(xìn)号處理電路(lù)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(lǐ)電路的第二(er)部分用于接(jie)收和轉換各(gè)種傳感器輸(shu)入的模拟信(xìn)号；輸入信号(hào)處理電路的(de)第三部分用(yong)于與其他計(ji)算機控制系(xi)統進行通信(xìn)聯系，信号形(xíng)式為脈沖數(shu)字信号；輸入(ru)信号處理電(diàn)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(chuan)感器産生的(de)模拟信号轉(zhuǎn)換為數字信(xìn)号後輸入微(wei)處理器。模拟(ni)信号輸人通(tōng)道主要由信(xìn)号處理裝置(zhi)、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(biao)度變換、電平(ping)轉🆚換🔅和信号(hao)💃濾波等。

在本監測系(xì)統中，發動機(jī)試驗過程中(zhōng)的機油壓力(lì)經轉換💜成電(diàn)壓信号并放(fàng)大後，送入A/D闆的輸入(rù)端進行采集(jí)；反映溫度量(liang)的熱電阻信(xin)号經過熱電(dian)阻調理闆後(hòu)，再經隔離放(fang)大闆，送到A/D闆的輸入(rù)端進行數據(jù)采集。系統采(cǎi)用的A/D和(he)D/A都為12bit，因此系統(tong)的檢測、控制(zhi)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(zhuǎn)換直接得到(dao)。霍爾傳感器(qì)測得的轉速(su)信号經隔離(lí)整形後🌈接到(dào)單片機的輸(shū)入端ISl，利(lì)用外部脈沖(chòng)計數中斷來(lái)計算發動機(ji)的轉速。 盡管(guan)監測系🧡統中(zhōng)的啟動開關(guān)信号是數字(zì)信号，但是🌈這(zhe)些信号并不(bu)能直🏃‍♀️接由微(wei)處理器進行(háng)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(chu)理。隻有将輸(shu)入的數字信(xìn)号轉換為TTL電平，才能(néng)被微處理器(qì)接收。

②輸(shu)出信号處理(li)電路。

該電路(lù)的作用是在(zai)微處理器和(hé)顯示器以及(ji)報警電路之(zhi)間建立聯系(xì)。由于微處理(li)器産生的控(kòng)制信号都是(shì)數字信号，因(yin)此輸出信号(hào)處理電路為(wei)數字信号輸(shū)出通道。數字(zì)信号輸出通(tōng)道的作用是(shì)将微處理器(qi)産生的數字(zì)控制信号傳(chuán)輸給數字信(xìn)号控制的報(bào)警電路。

(3)電源模(mó)塊。

系統各種(zhǒng)傳感器、信号(hao)處理電路、單(dan)片機主機及(ji)外圍芯☔片、通(tong)信電路等都(dou)需要合适的(de)電源才能正(zheng)常💋工作，它們(men)🌈所需電壓并(bing)不相同。對系(xì)統電源模塊(kuài)的要求為：處(chù)于惡劣環境(jìng)中仍能正常(cháng)工作，能适應(yīng)較寬的供電(diàn)電壓變化範(fàn)圍，能防止從(cong)電源地線引(yin)入的幹擾，采(cai)用高可靠性(xing)元件，功率及(ji)電壓裕度也(ye)較💘大。

(4)通信模塊(kuài)。

使用RS一232串(chuan)口通信。該模(mó)塊的功能是(shi)處理主機和(hé)單片機之間(jiān)的通信，主機(jī)給下位機發(fā)送指令，下位(wei)機給主機發(fa)送監測數據(jù)。該模塊傳⭕送(sòng)的信息包括(kuò)：

①命令信(xin)息，上位機的(de)控制指令發(fā)送到下位機(ji)；

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(zhì)采用三級報(bào)警的方法。

①第一級報(bào)警：通過裝置(zhì)上相應的二(er)極管發光實(shi)現。它隻是提(tí)🚶醒司機注意(yì)，在這種情況(kuàng)下機器還能(néng)工作一段時(shí)間，如燃油液(ye)位✨超過低限(xian)等。

②第二(èr)級報警：通過(guo)總報警燈和(hé)故障項發光(guang)二極管同時(shi)發光⚽報🆚警。這(zhè)種報警要求(qiú)司機密切關(guān)注故障的發(fa)展，但🔞不需要(yào)立即關機。這(zhè)類故障多屬(shu)高溫問題，如(ru)液壓系統📱油(yóu)溫過高、發動(dong)機溫度過高(gao)等。

③第三(san)級報警：通過(guò)報警喇叭、總(zong)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(dòng)機油壓過低(di)、液☁️壓油位過(guo)低、無冷卻液(ye)等。對第三級(ji)報警，司機應(yīng)立即關機檢(jiǎn)查并修理。

數(shu)控卷闆機系(xì)統軟件要求(qiu)如下：

軟件結(jie)構清晰、簡潔(jié)，流程合理。各(gè)功能實現模(mó)塊化、子程🚶序(xù)💚化，這樣既便(bian)于調試，又便(biàn)于移植和修(xiū)改。具有自診(zhen)斷💯功能，在系(xì)✔️統工作前先(xian)運行自診斷(duàn)程序。采用軟(ruǎn)件抗幹擾措(cuo)施🧡，提高系♉統(tǒng)的可👄靠性。

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

3．故障診斷(duan)系統

提(tí)取下位機各(gè)檢測項的數(shu)據，進行曲線(xiàn)繪制和趨勢(shi)分析🆚，同時✨對(duì)時域信号進(jìn)行FFT變換(huàn)，利用頻譜分(fen)析的方法，對(dui)液壓卷闆機(ji)系統進行故(gu)障檢測和診(zhen)斷。

系統收集(ji)、整理液壓卷(juàn)闆機的故障(zhàng)知識，構建完(wán)整的故障🚶‍♀️知(zhī)識庫，将專家(jiā)知識、檢測系(xì)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(ding)的推理機制(zhì)進行故障定(dìng)位，并提出維(wei)修方案。　　　　

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