數控卷闆機(ji)的狀态監測(ce)與故障診斷(duan)系統是一個(gè)集信号采集(ji)、工況分🌏析、狀(zhuàng)态顯示以及(jí)故障診斷于(yu)一體的多任(rèn)務信息處理(li)系統。為了解(jiě)決狀态監測(ce)和故障診斷(duàn)中多任💞務與(yu)實時性的👌矛(mao)盾，整個系統(tǒng)🌈由狀态監測(cè)與故障診斷(duàn)兩個子系統(tong)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(kòng)卷🌈闆機故障(zhang)診斷功能。

系(xì)統結構的實(shi)現有兩種形(xíng)式。

(1)數控(kòng)卷闆機上、下(xià)位機組成的(de)系統。

這類系(xi)統往往由機(jī)上和機下兩(liang)部分組成，安(an)裝于卷闆機(ji)上的部分進(jìn)行工況監測(cè)、數據記錄和(hé)狀态顯示，而(ér)診🌍斷計算機(ji)🈲則置于控制(zhi)室。當需要對(duì)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(chu)；然後取下手(shǒu)持式🈲終端，在(zài)控制室中将(jiang)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(gòu)和裝置系統(tong)♻️、附屬系統等(deng)各🌂部分的故(gù)障，同🏃‍♀️時也能(neng)診斷自身的(de)故障。采🤞用這(zhe)種方式可以(yi)讓多台卷闆(pan)機共享一套(tao)診斷計算機(ji)終端，節省費(fèi)用，也便于維(wei)護、備件管理(lǐ)及打♻️印報表(biao)等。

(2)數控(kong)卷闆機随機(ji)安裝的系統(tǒng)。

這類系統采(cǎi)用彩色液晶(jing)顯示器，能動(dòng)态反映主機(ji)系❗統的參🔞數(shù)變化，部分關(guān)鍵參數用曲(qu)線實時跟蹤(zong)指示；還能利(lì)用經驗知識(shi)，綜合利用實(shi)時數據，進行(hang)故障的推理(lǐ)，從而找出故(gù)障點。有的還(hai)可以進行作(zuò)業量統計。這(zhè)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(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(bing)對不合理的(de)操作予以提(ti)示。

上述兩種(zhǒng)形式是目前(qián)大多數液壓(ya)卷闆機狀态(tài)監測🔞與故障(zhang)診斷系統所(suo)采用的，但國(guo)内成功的應(ying)用☂️實例仍然(rán)很少。在線診(zhen)斷的實現受(shou)制于被診斷(duan)系☀️統的構造(zào)、運行方式和(he)工作場所等(deng)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(tài)的在線監測(cè)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(pǎn)機工作時産(chǎn)生噪聲、振動(dong)、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(wei)完成預♻️定功(gōng)能，系統對參(cān)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(fāng)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(pei)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(cǎi)用普通的PC。上、下位機(ji)之間采用 RS一232串(chuan)口通信，由下(xia)位機保存液(yè)壓卷闆機約(yuē)4h的工況(kuang)數據，然後插(cha)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(xi)統功能分析(xi)，液壓卷闆機(jī)狀态監測與(yu)故障診斷系(xì)統模型

本系統以SWE4．2液壓(ya)卷闆機為監(jian)測對象，選取(qǔ)發動機轉速(sù)、燃油油位🈲、機(jī)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(que)水溫度、冷卻(què)水水位、濾清(qīng)🏃🏻‍♂️器差壓、空濾(lü)器負壓、蓄電(dian)池電壓、啟動(dòng)開關和行走(zou)速度開關共(gòng)14項參數(shu)為檢測項目(mu)，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(zhu)要功能如下(xià)。

(1)數(shu)據采集功能(néng)。自動采集液(yè)壓卷闆機14項運行工(gong)況參數，包括(kuo)發動機轉速(su)、燃油油位、機(ji)油壓力🤟等。

(2)數據(jù)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(li)使用。

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

(4)報警功能。設(she)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(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(néng)。能夠自動繪(hui)制特性曲線(xian)，并做出趨勢(shì)分析。

(6)通信功能(neng)。通過RS一(yī)232串口向(xiang)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(tóng)時擴充64K EPROM用于存儲報(bao)警限值和相(xiang)應的檢測程(cheng)序，擴充帶掉(diào)電保護的64K RAM用于存儲(chǔ)液壓卷闆機(jī)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(yuán)理如下：将傳(chuan)感器檢測到(dao)的發動機轉(zhuan)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(shu)值送人微機(ji)，進行分析計(ji)算，并将實測(cè)值與内置的(de)标❤️準值比較(jiao)，判斷液壓卷(juan)♋闆機運行狀(zhuàng)态是否良好(hao)；對異常🔴征兆(zhào)用發光二極(jí)管😄、閃光報警(jing)燈和報警喇(lǎ)叭進行三級(ji)報警；同時将(jiāng)相關數值保(bao)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(xi)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(mo)塊、信号處理(lǐ)模塊、電源模(mó)塊、通信模塊(kuài)、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(hu)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(hào)處理電路是(shi)微處理器與(yǔ)外界聯系的(de)通道。輸入信(xin)号處理電路(lu)的第一部分(fen)用于接收數(shu)字信号，數字(zi)信号來自啟(qǐ)動開關等；輸(shū)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(jì)算機控制系(xi)統進行通信(xin)聯系，信号形(xíng)式為脈沖數(shù)字信号；輸入(ru)信号處理電(dian)路的第四部(bu)分用于接收(shou)診斷觸發信(xìn)号，也是脈沖(chòng)數字信号。其(qi)中，模拟信号(hào)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(xin)号後輸入微(wēi)處理器。模拟(nǐ)信号輸人通(tong)道主要由信(xìn)号處理裝置(zhì)、多路選擇開(kāi)關、采樣保持(chi)器和模數(A/D)轉換器組(zǔ)成。信号處理(li)裝置包括标(biao)度變換、電平(píng)轉🔴換和信号(hao)濾波等。

在本監測系(xì)統中，發動機(ji)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(liàng)的熱電阻信(xìn)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(ju)采集。系統采(cai)用的A/D和(hé)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(yao)求。對于發動(dòng)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(sù)信号經隔離(li)整形後接到(dào)單片機的輸(shu)入端ISl，利(lì)用外部脈沖(chong)計數中斷來(lái)計算發動機(jī)的轉速。 盡管(guǎn)監💋測系統中(zhōng)的啟動開關(guan)信号是數字(zì)信号，但是這(zhè)些信号并不(bu)能直⭕接由✌️微(wēi)處理器進行(hang)處理，還需要(yao)數字㊙️信号輸(shū)入通道進行(háng)電平轉換和(he)抗幹擾等處(chù)理。隻有❓将輸(shu)入的數字信(xìn)号轉換為TTL電平，才能(neng)被微處理器(qì)接收。

②輸(shū)出信号處理(li)電路。

該電路(lu)的作用是在(zai)微處理器和(he)顯示器以及(jí)報警電路之(zhī)間建立聯系(xi)。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(hao)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(shi)将微處理器(qì)産生的數字(zi)控制信号傳(chuan)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(hào)處理電路、單(dān)片機主機及(jí)外圍芯片、通(tōng)信電路等都(dōu)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(xì)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(ying)較寬的供電(dian)電壓變化範(fan)圍，能防止從(cong)電源💋地線引(yǐn)入的幹擾，采(cai)用高可靠性(xìng)元件，功率及(ji)電壓裕度也(yě)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(jian)的通🐆信，主機(ji)給下位機發(fā)送指令，下位(wei)機給主機發(fā)送監測✂️數據(ju)。該模塊傳💋送(song)的信息包括(kuò)：

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

②數據信(xìn)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(zhǔ)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(chuán)遞給司機，系(xi)統根據檢測(cè)的參數性質(zhì)采用三級報(bao)警的方法。

①第一級報(bào)警：通過裝置(zhì)上相應的二(èr)極管發光實(shi)現🏃‍♂️。它隻是提(ti)醒司機注意(yì)，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(xian)等。

②第二(er)級報警：通過(guo)總報警燈和(he)故障項發光(guāng)二極管同時(shi)發光報警。這(zhe)種報警要求(qiú)司機密切關(guan)注故障🔞的發(fā)😍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(dòng)機溫度過高(gao)等。

③第三(sān)級報警：通過(guò)報警喇叭、總(zǒng)報警燈和故(gù)障項發光二(èr)🈲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(dī)、液壓油🛀🏻位過(guò)低、無冷卻液(ye)等。對第三級(ji)報警，司機應(yīng)立即關機檢(jian)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(jie)，流程合理。各(ge)功能實現模(mo)塊化、子程序(xu)化🥵，這🌐樣既便(bian)于調試，又便(bian)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(ruǎn)件抗幹擾措(cuò)施💃，提高系統(tong)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(kuai)流程。

3．故障診斷(duàn)系統

提(tí)取下位機各(gè)檢測項的數(shù)據，進行曲線(xiàn)繪制和趨😘勢(shi)分析，同時對(dui)時域信号進(jìn)行FFT變換(huàn)，利用頻譜分(fen)析的方法，對(duì)液壓卷闆機(jī)系統進行故(gu)🈲障檢👨‍❤️‍👨測📱和診(zhěn)斷。

系統收集(ji)、整理液壓卷(juàn)闆機的故障(zhang)知識，構建完(wán)整的故障🛀知(zhi)㊙️識⭐庫，将專家(jiā)知識、檢測系(xi)統傳來的信(xìn)息以及人機(jī)交互😍的信息(xī)進♋行融合分(fen)析，通過一定(ding)的推理機制(zhì)進行故障定(ding)位，并提出維(wéi)修方案。　　　　

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