數控卷闆(pan)機的狀态(tài)監測與故(gù)障診斷系(xì)統是一個(gè)集信号采(cai)集、工況分(fèn)析☁️、狀态顯(xiǎn)示以及故(gù)障診斷于(yu)一體的多(duō)任務信息(xi)處理系👨‍❤️‍👨統(tǒng)。為了解🏃‍♀️決(jue)狀态監測(ce)和故障診(zhen)斷中多任(ren)務與實🔞時(shi)性的矛盾(dùn)，整個系統(tǒng)由狀态監(jiān)測與故障(zhang)診斷兩個(ge)子系統組(zu)成，其中前(qián)一個子系(xì)統完成數(shu)控卷闆機(jī)狀态實時(shí)監測功能(néng)🏃‍♀️，後一個子(zǐ)系統完成(cheng)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(xia)位機組成(chéng)的系統。

這(zhe)類系統往(wang)往由機上(shàng)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(ce)、數據記錄(lu)和狀态顯(xiǎn)示，而診斷(duàn)計算機⭐則(ze)置于控制(zhì)室。當需要(yào)對卷闆機(ji)上的部分(fèn)進行檢查(cha)時，插人🤩手(shǒu)持式終端(duan)，讀取現場(chǎng)采集的♊全(quan)部工況數(shu)據并存㊙️儲(chu)；然後取下(xia)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(li)系統、機🐆構(gòu)和裝置系(xì)統、附屬系(xi)統等各部(bù)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(rang)多台卷闆(pan)機共享😍一(yī)套診斷計(ji)算機終端(duān)，節省費用(yòng)🈚，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(ji)安裝的系(xì)統。

這類系(xi)統采用彩(cǎi)色液晶顯(xian)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(qǔ)線實時跟(gēn)蹤指示；還(hái)能利用經(jīng)驗知識，綜(zōng)合利用實(shi)時數據，進(jìn)行故障的(de)推理，從而(ér)找出故障(zhang)點。有的還(hái)可以進行(hang)作😄業量統(tong)計💛。這類系(xi)統通常具(ju)有🔴黑匣子(zǐ)的功能，即(jí)記錄故障(zhang)過去✏️的發(fa)展狀況💛，便(bian)于區别是(shì)機器本身(shēn)的故障還(hái)是操💋作人(ren)員違反操(cāo)作規程引(yǐn)起的損壞(huài)，并🈚對不合(hé)理的操作(zuo)🚩予以提示(shi)。

上述兩種(zhong)形式是目(mu)前大多數(shu)液壓卷闆(pǎn)機狀态監(jian)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(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(zao)、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(yong)第一種形(xíng)式，完成液(ye)壓卷闆機(jī)運行狀态(tai)的在線監(jian)測和離線(xian)故障診斷(duan)功能，該形(xíng)式的缺點(dian)是信息數(shù)量有限。

數(shù)控卷闆機(ji)系統模型(xing)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(huan)境惡劣。為(wéi)完成預定(ding)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(qiu)都較高，但(dàn)控⛹🏻‍♀️制方面(miàn)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(pei)以相應的(de)數據處理(lǐ)和抗幹擾(rǎo)技術，就能(néng)滿足系統(tong)實時性要(yao)求；上位❗機(jī)則采用普(pu)通的PC。上、下位機(jī)之間采用(yòng) RS一232串口通(tong)信，由下位(wèi)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(shu)據，再傳🙇‍♀️送(sòng)♉給上㊙️位機(ji)。系統的模(mó)型如圖1所示。

數(shù)控卷闆機(ji)狀态監測(ce)系統

1.系統(tǒng)功能分析(xī)，液壓卷闆(pan)機狀态監(jian)測與故障(zhang)診斷系統(tǒng)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(you)位、機油壓(yā)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(shui)溫度、冷卻(que)✉️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(háng)走速度開(kai)關共14項參數為(wéi)檢測項目(mu)，通過對這(zhè)些參數的(de)自動監測(cè)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(ju)采集功能(néng)。自動采集(jí)液壓卷闆(pan)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(yā)👉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(cha)、曲線拟合(he)等，并生成(cheng)數據文件(jian)存儲起來(lai)供二次處(chù)理使用。

(3)顯(xian)示功能。通(tong)過液晶顯(xian)示器顯示(shi)當前的運(yun)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(bào)警，可根據(jù)異常情況(kuang)的嚴重程(cheng)度進行三(sān)級報警，并(bing)記錄報警(jǐng)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(chū)趨📐勢分析(xī)。

(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(shu)據信息。

系統單(dan)片機選用(yong)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(xù)，擴充帶掉(diào)電保護的(de)64K RAM用于(yu)存儲液壓(ya)卷闆機的(de)4h工況(kuang)數據。系統(tǒng)的結構如(ru)圖5—58所示。

系(xì)統測試原(yuán)理如下：将(jiāng)傳感器檢(jiǎn)測到的發(fā)動機轉速(sù)、發動機🔴油(you)壓、冷卻液(ye)溫度、液壓(yā)油油位、行(háng)走速度開(kāi)關等參數(shù)值送人微(wēi)機🔴，進行分(fen)析計算，并(bing)将實測🧡值(zhí)與内💜置的(de)标準值比(bǐ)較，判斷🐕液(yè)壓卷闆機(jī)運行狀态(tài)是否良好(hǎo)；對異常征(zhēng)兆用發🔴光(guang)二極管、閃(shǎn)光報警燈(deng)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(dǎ)印輸出。

2.數控卷(juan)闆機狀态(tai)監測系統(tong)結構

系統(tǒng)硬件設計(jì)

系統(tong)硬件按功(gōng)能的不同(tóng)劃分為主(zhǔ)處理器模(mó)塊、信号處(chù)♍理🍓模塊、電(diàn)源模塊、通(tong)信模塊、狀(zhuang)态與報警(jǐng)模塊5個部分。

主(zhu)處理器模(mó)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(yòng)于存儲液(ye)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(xìn)号處理模(mo)塊。

①輸(shu)入信号處(chù)理電路。輸(shu)入信号處(chu)理電路是(shi)微處理器(qi)與外界聯(lián)系的通道(dào)。輸入信号(hao)處理電路(lu)的第一部(bù)分用于接(jie)收數字信(xin)号，數字信(xin)号來自啟(qi)動開關等(děng)；輸入信号(hào)處理電路(lu)的第二部(bù)分用于接(jie)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(lù)的第三部(bu)分用于與(yu)其他計算(suan)機控制系(xì)統進行通(tong)信聯系，信(xìn)号形式為(wéi)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(xin)号，也是脈(mò)沖數字信(xìn)号。其中，模(mo)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(huan)為數字信(xìn)号後輸入(rù)微處理器(qi)。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(qi)組成。信号(hao)處理裝置(zhì)包括标度(du)變換、電平(ping)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(cheng)中的機油(yóu)壓力經轉(zhuan)換成電壓(ya)信号并放(fang)大後，送入(ru)A/D闆的(de)輸入端進(jìn)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(zai)經隔離放(fang)大闆，送到(dào)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(dōu)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(bu)能由A/D轉換直接(jie)得到。霍爾(er)傳感器測(cè)得的轉速(sù)信号經隔(gé)離🙇‍♀️整‼️形後(hòu)🌈接到單片(pian)機的輸入(rù)端ISl，利(li)用外部脈(mo)沖計數中(zhōng)斷來計算(suan)發動機的(de)轉速。 盡管(guǎn)🈲監📞測⭐系統(tǒng)中的啟動(dong)開關信号(hao)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(chù)理，還需👉要(yào)數字信号(hào)輸入通道(dao)進行電平(ping)轉換和抗(kang)幹擾等處(chu)理。隻有将(jiang)輸入的數(shù)字信号轉(zhuan)換為TTL電平，才能(neng)被微處理(li)器接收。

②輸出信(xìn)号處理電(diàn)路。

該電路(lù)的作用是(shi)在微處理(lǐ)器和顯示(shì)器以及報(bao)警電路之(zhi)間建立聯(lian)系。由于微(wei)處理器産(chan)生的控制(zhi)信号都是(shi)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(hao)控制的報(bào)警電路。

(3)電(diàn)源模塊。

系(xi)統各種傳(chuan)感器、信号(hao)處理電路(lù)、單片機主(zhu)機及外💜圍(wéi)芯📱片、通信(xìn)電路等都(dōu)需要合适(shì)的電源才(cai)能正常工(gōng)作，它們所(suo)需電壓并(bing)不相同。對(dui)系統電源(yuan)模塊的要(yào)求為：處于(yú)惡劣環境(jing)🔆中仍能正(zheng)常工作，能(néng)适應較🥰寬(kuān)的供電電(diàn)壓變化範(fàn)圍，能防止(zhǐ)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(yù)度也較大(da)。

(4)通信模塊(kuai)。

使用(yong)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(tōng)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(gāi)模塊傳送(sòng)的信息包(bao)括：

①命(ming)令信息，上(shàng)位機的控(kòng)制指令發(fā)送到下位(wei)機；

②數(shu)據信息，單(dan)片下位機(jī)檢測到的(de)狀态信息(xī)發送到上(shang)位PC中(zhong)，以便主機(jī)進行監控(kong)和進一步(bù)的數據分(fèn)析處理。

(5)狀(zhuàng)态與報警(jing)模塊。

為了(le)将程度不(bu)同的緊急(jí)狀況傳遞(dì)給司機，系(xì)統根據檢(jian)💋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(xiang)應的二極(jí)管發光實(shí)現。它隻是(shì)㊙️提醒司機(ji)注意，在這(zhè)種情況下(xià)機器還能(neng)工作一段(duan)時間，如燃(ran)油液位超(chāo)過低限等(deng)。

②第二(er)級報警：通(tōng)過總報警(jing)燈和故障(zhang)項發光二(er)極管同時(shi)發光報警(jing)。這種報警(jǐng)要求司機(ji)密切關注(zhù)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(tong)🔞油溫過高(gao)、發動🏒機溫(wēn)度過高等(deng)。

③第三(san)級報警：通(tong)過報警喇(lǎ)叭、總報警(jing)燈和故障(zhang)項發光㊙️二(er)極管同時(shí)動作來報(bào)警。第三級(jí)報警内容(róng)包括發動(dong)⛹🏻‍♀️機油壓過(guò)🔞低、液壓油(you)位過低、無(wu)冷卻液等(děng)。對第三級(jí)報警，司機(jī)應立即🈲關(guan)機檢查并(bing)修理。

數控(kòng)卷闆機系(xi)統軟件要(yào)求如下：

軟(ruan)件結構清(qing)晰、簡潔，流(liu)程合理。各(gè)功能實現(xian)模塊化⭕、子(zi)程序㊙️化，這(zhè)樣既便于(yu)調試，又便(biàn)于移植和(he)修改。具有(yǒu)自診斷功(gong)能，在系統(tǒng)工🏃🏻‍♂️作前先(xiān)運行自診(zhěn)斷程序。采(cai)用軟件抗(kàng)幹擾措施(shi)，提高系統(tong)的可靠性(xìng)。

所示(shì)為A/D采(cai)樣模塊流(liu)程，如圖2所示為(wéi)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(ce)項的數據(ju)，進行曲線(xiàn)繪制和趨(qū)🚶勢分析，同(tong)時🈚對時域(yù)信号進行(hang)FFT變換(huàn)，利用頻譜(pu)分析的方(fāng)法，對液壓(ya)卷闆機系(xi)統進📞行故(gù)障檢測和(he)診斷。

系統(tǒng)收集、整理(li)液壓卷闆(pǎn)機的故障(zhang)知識，構建(jiàn)完整🐇的故(gu)障知🐕識庫(ku)，将專家知(zhī)識、檢測系(xì)統傳來的(de)信息以及(jí)人機交互(hu)的信息進(jìn)行融合分(fèn)析，通過一(yi)定的推理(li)機制進行(háng)故障定位(wei)，并提出維(wéi)修🙇‍♀️方案。　　　　

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