數控卷闆(pǎn)機的狀态(tài)監測與故(gu)障診斷系(xi)統是一個(gè)集信号采(cǎi)集、工況分(fèn)♋析、狀态顯(xian)示以及故(gu)障診斷于(yú)一體的多(duo)任務信息(xī)處理系統(tǒng)。為了解決(jué)狀态監測(ce)和故障診(zhen)斷中多任(rèn)務與實時(shi)性的㊙️矛盾(dun)，整‼️個系統(tong)由狀态監(jiān)測❤️與故障(zhàng)診斷兩個(ge)子系統組(zu)成，其中前(qian)一個子系(xi)統💋完成數(shù)控卷闆機(ji)狀态實時(shí)監測功能(néng)，後一個子(zi)系統完成(chéng)數控卷闆(pan)機故障診(zhen)斷功能。

系(xì)統結構的(de)實現有兩(liang)種形式。

(1)數控卷(juan)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(liǎng)部分組成(chéng)，安裝于卷(juan)闆機上的(de)部分進行(háng)工況監測(ce)、數據記錄(lu)和狀态顯(xiǎn)示，而診🌈斷(duàn)計算機則(zé)置于控制(zhì)室。當需要(yào)對卷闆機(ji)上的部分(fèn)進行檢查(chá)💋時，插人🌈手(shou)持式終端(duan)，讀取現🐕場(chang)采集的全(quan)部工況數(shu)據并存儲(chǔ)；然後取下(xia)手持式終(zhong)端，在控制(zhi)室中将數(shù)據輸入診(zhen)斷計算機(jī)中，就可🌈以(yǐ)診斷液壓(yā)系統、動力(li)系統、機構(gòu)和裝置系(xì)統、附屬系(xì)統等各部(bù)分的故障(zhang)，同🌐時也能(néng)診⭐斷自身(shēn)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(wéi)護、備件管(guǎn)理及打🧑🏽‍🤝‍🧑🏻印(yìn)報表等。

(2)數控卷(juan)闆機随機(jī)安裝的系(xi)統。

這類系(xì)統采用彩(cai)色液晶顯(xian)示器，能動(dong)态反映主(zhu)機系統的(de)參數變化(huà)，部分關鍵(jian)參數用曲(qǔ)線實時跟(gen)蹤🔴指示；還(hái)能利用經(jing)驗知識，綜(zong)合利用實(shí)時數據，進(jìn)行故障的(de)推理，從而(ér)找出故障(zhàng)點。有的還(hái)可以進行(hang)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(fā)展狀況，便(bian)于區别是(shì)💰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(huai)，并對不合(he)理的操作(zuò)予以提示(shì)。

上述兩種(zhong)形式是目(mù)前大多數(shu)液壓卷闆(pǎn)機狀态監(jiān)測與⁉️故障(zhàng)診🛀斷系統(tong)所采用的(de)，但國内成(cheng)功的應用(yòng)實例仍然(ran)很少。在線(xian)診斷的實(shí)現受制于(yú)被診斷系(xi)統的構造(zào)、運行方式(shì)和工作場(chang)所等多方(fāng)面因素，因(yīn)此本系統(tong)結構采用(yòng)❗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(xian)故障診斷(duàn)功能，該形(xíng)🐇式的缺點(diǎn)是信息數(shù)量有限。

數(shu)控卷闆機(jī)系統模型(xíng)的構建

液壓卷(juàn)闆機工作(zuò)時産生噪(zào)聲、振動、污(wu)染、高溫，且(qie)存在着不(bú)穩定因素(sù)，所以本系(xi)統工作環(huan)境惡劣。為(wéi)完成預定(dìng)功能，系統(tǒng)對參數采(cǎi)集精度、運(yùn)行的穩定(dìng)性和可靠(kao)性等要求(qiú)都較高，但(dàn)控制方面(mian)沒有什麼(me)要求。因此(cǐ)，下位機隻(zhi)要采用高(gāo)性能的單(dan)片機，并配(pèi)以相應的(de)數據處理(lǐ)和抗幹擾(rao)技術，就能(neng)✍️滿足系統(tong)實時性要(yao)求；上位🥰機(jī)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(wei)機保存液(yè)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(shu)控卷闆機(ji)狀态監測(cè)系統

1.系統(tong)功能分析(xi)，液壓卷闆(pǎn)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(qu)發動機轉(zhuǎn)速、燃油油(you)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(yóu)位、冷卻水(shuǐ)溫度、冷卻(què)水水位、濾(lǜ)清器差壓(ya)、空濾器負(fù)壓、蓄電池(chi)電壓、啟動(dong)開關和行(hang)走速🛀度開(kai)關共14項參數為(wei)檢測項目(mù)，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(tai)趨勢分析(xi)和故障診(zhěn)斷打下基(jī)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(zhuǎn)速、燃油油(you)位、機油🏃‍♂️壓(ya)力等。

(2)數據(ju)處理和存(cun)儲功能。自(zi)動進行采(cǎi)集數據的(de)處理㊙️，包括(kuò)清👄除誤🏃差(cha)、曲線拟合(he)等，并生成(cheng)數據文件(jiàn)存儲🔴起來(lái)供二次處(chù)理使用。

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

(4)報(bao)警功能。設(shè)備故障或(huo)運行參數(shù)超限時均(jun)能發出報(bào)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(jǐng)信💜息。

(5)曲線(xiàn)繪制和打(dǎ)印功能。能(neng)夠自動繪(huì)制特性曲(qu)線，并做出(chu)趨勢分析(xī)。

(6)通信功能(néng)。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(dān)片機選用(yong)ATMEL89C51，同時(shi)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(diao)電保護的(de)64K RAM用于(yú)存儲液壓(yā)卷闆機的(de)4h工況(kuàng)數據。系統(tǒng)的結構如(rú)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(fā)動機轉速(su)、發動機❤️油(yóu)壓、冷卻液(ye)溫度、液壓(yā)油油位、行(háng)走速度開(kāi)關等參💋數(shu)值送人微(wēi)機❌，進行分(fèn)析計算，并(bìng)将實測值(zhi)與内置的(de)标準值比(bi)較，判斷液(yè)壓卷闆機(jī)運行狀态(tài)是否良好(hao)；對異常征(zheng)兆用發光(guāng)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(guan)數值保存(cún)下來，傳送(sòng)到上位機(ji)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(tai)監測系統(tǒng)結構

系統(tǒng)硬件設計(jì)

系統(tǒng)硬件按功(gōng)能的不同(tóng)劃分為主(zhu)處理器模(mó)塊、信号處(chù)理✔️模塊、電(dian)源模塊、通(tong)信模塊、狀(zhuang)态與報警(jing)模塊5個部分。

主(zhǔ)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(hù)的64K RAM用(yòng)于存儲液(yè)壓卷闆機(ji)的4h工(gong)況數據。該(gāi)模塊由EPROM、RAM、I/O、掉電保(bǎo)護以及液(ye)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(chù)理電路是(shi)微處理器(qi)與外界聯(lian)系的通道(dào)。輸入信号(hao)處理電路(lu)的第一部(bu)分用于接(jiē)收數字信(xin)号，數字信(xìn)号來自啟(qǐ)動開關等(děng)；輸入信号(hao)處理電路(lu)的第二部(bu)分用于接(jiē)收和轉換(huan)各種傳感(gǎn)器輸入的(de)模拟信号(hao)；輸入信号(hao)處理電路(lu)的第三部(bù)分用于與(yǔ)其他計算(suàn)機控制系(xi)統進行通(tong)信聯系，信(xìn)号形式為(wéi)脈沖數字(zì)信号；輸入(rù)信号處理(li)電路的第(dì)四部分用(yòng)于接收診(zhen)斷觸發信(xin)号，也是脈(mò)沖數字信(xìn)号。其中，模(mo)拟信号輸(shu)入通道的(de)任務是将(jiāng)傳感器産(chan)生的模拟(nǐ)信号轉換(huan)為數字信(xin)号後輸入(ru)微處理器(qi)。模拟信号(hào)輸人通道(dao)主要由信(xìn)号處理裝(zhuāng)置、多路選(xuan)擇開關、采(cai)樣保持器(qi)和模數(A/D)轉換器(qi)組成。信号(hao)處理裝置(zhi)包括标度(dù)變換、電平(píng)轉換和信(xin)号濾波等(deng)。

在本(ben)監測系統(tong)中，發動機(jī)試驗過程(cheng)中的機油(you)壓力經轉(zhuan)換成電壓(ya)信号并放(fang)大後，送入(rù)A/D闆的(de)輸入端進(jin)行采集；反(fan)映溫度量(liàng)的熱電阻(zǔ)信号⛷️經過(guo)熱電阻調(diao)理闆後，再(zai)經隔離放(fàng)大闆，送到(dao)A/D闆的(de)輸入端進(jin)行數據采(cai)集。系統采(cǎi)用的A/D和D/A都(dōu)為12bit，因(yin)此系統的(de)檢測、控制(zhì)精度均能(neng)滿足試驗(yàn)的要求。對(duì)于發動機(jī)的轉速，不(bu)能由A/D轉換直接(jie)得到。霍爾(er)傳感器測(cè)得的轉速(su)信号經隔(ge)離整形後(hou)⛱️接🌐到單片(piàn)機的輸入(rù)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(guan)監測系🏃‍♂️統(tǒng)中的啟動(dòng)開關信号(hào)是數字信(xin)号，但是這(zhè)些信号并(bìng)不能直💰接(jie)由💘微處理(lǐ)器進行處(chu)理，還需要(yao)數字信号(hao)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(zhuǎn)換為TTL電平，才能(néng)被微處理(lǐ)器接收。

②輸出信(xin)号處理電(diàn)路。

該電路(lù)的作用是(shi)在微處理(li)器和顯示(shi)器以及報(bào)警電路之(zhi)間建立聯(lián)系。由于微(wēi)處理器産(chan)生的控制(zhì)信号都是(shi)數字信号(hao)，因此輸出(chu)信号處理(li)電路為數(shu)字信号輸(shū)出通道。數(shù)字信号輸(shu)出通道的(de)作用是将(jiāng)微處理器(qì)産生的數(shu)字控制信(xin)号傳輸給(gěi)數字信号(hao)控制的報(bao)警電路。

(3)電(dian)源模塊。

系(xi)統各種傳(chuan)感器、信号(hao)處理電路(lu)、單片機主(zhu)機及外圍(wei)♋芯片、通信(xin)電路等都(dou)需要合适(shì)的電源才(cai)能正常工(gōng)作，它們👨‍❤️‍👨所(suǒ)需🙇🏻電壓并(bìng)不相同。對(dui)系統電源(yuan)模塊的要(yao)求為：處于(yú)惡劣環境(jing)中仍能正(zhèng)常工作，能(néng)适應較寬(kuān)的供電電(dian)壓變化範(fàn)圍，能防⭐止(zhi)從電源地(di)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(kuai)。

使用(yòng)RS一232串口通(tong)信。該模塊(kuai)的功能是(shì)處理主機(ji)和單片機(jī)之間👄的通(tong)信，主機給(gěi)下位機發(fa)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(bao)括：

①命(ming)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(dan)片下位機(jī)檢測到的(de)狀态信息(xī)發送到上(shàng)位PC中(zhong)，以便主機(jī)進行監控(kong)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(di)給司機，系(xi)統根據檢(jiǎn)測的參數(shu)性質采用(yòng)三級報警(jing)的方法。

①第一級(ji)報警：通過(guo)裝置上相(xiang)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(neng)工作一段(duan)時間，如燃(rán)油液位超(chao)過低限等(deng)。

②第二(er)級報警：通(tong)過總報警(jǐng)燈和故障(zhang)項發光二(er)極管💋同時(shi)發光報警(jing)。這種報警(jing)要求司機(jī)密切關注(zhu)故障的發(fā)展，但🏃🏻‍♂️不需(xū)🏃‍♀️要立🚩即關(guān)機。這類故(gù)障多屬高(gāo)溫問☎️題，如(rú)液壓系統(tǒng)油溫過高(gāo)、發動機溫(wen)度🚩過高等(děng)。

③第三(san)級報警：通(tōng)過報警喇(lǎ)叭、總報警(jing)燈和故障(zhang)項發光二(er)🔴極管同時(shi)動作來報(bào)警。第三級(jí)報警内容(rong)包括🔱發動(dong)機油🍉壓過(guo)低、液壓油(yóu)位過低、無(wu)冷卻液等(děng)。對第三級(ji)報警，司機(jī)應立即關(guān)機檢查并(bìng)修理。

數控(kong)卷闆機系(xì)統軟件要(yào)求如下：

軟(ruan)件結構清(qing)晰、簡潔，流(liú)程合理。各(gè)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(tong)工作前先(xian)運行自診(zhen)斷程序。采(cai)用軟件抗(kàng)幹擾措施(shī)，提高系統(tong)的可㊙️靠性(xìng)。

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

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(xian)繪制和趨(qū)☎️勢♻️分析，同(tong)時🔴對時域(yù)信号進行(háng)FFT變換(huan)，利用頻譜(pu)分析的方(fang)法，對液壓(ya)卷闆機系(xi)統進行故(gu)障👅檢🧑🏽‍🤝‍🧑🏻測和(he)診斷。

系統(tǒng)收集、整理(lǐ)液壓卷闆(pan)機的故障(zhang)知識，構建(jian)完整的故(gu)障知識庫(kù)，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(fèn)析，通過一(yi)定的推理(lǐ)機制進行(háng)故障定⭐位(wèi)，并提出維(wéi)修✉️方案。　　　　

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