數控卷闆機(ji)的狀态監測(ce)與故障診斷(duàn)系統是一個(ge)集信号采集(jí)、工況⛱️分析、狀(zhuàng)态顯示以及(jí)故障診斷于(yú)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(duan)☎️中多任☁️務與(yǔ)實時性的矛(mao)盾，整個系統(tong)由狀态監測(ce)與故障診斷(duan)兩個子系統(tǒng)組成，其中前(qian)一個子系統(tong)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(kòng)卷闆機上、下(xià)位機組成的(de)系統。

這類系(xì)統往往由機(ji)上和機下兩(liǎng)部分組成，安(an)裝于卷闆機(jī)上的部分進(jìn)行工況監測(ce)、數據記錄和(he)狀态顯示🏃🏻‍♂️，而(ér)診斷計算機(jī)💜則置于控制(zhì)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(du)取現場采集(jí)的全部工況(kuàng)數據并存儲(chu)；然後取下手(shǒu)持式終端，在(zài)控制室中将(jiāng)數據輸入診(zhen)斷計算機中(zhōng)，就可以診斷(duàn)液壓系😄統、動(dong)力系統、機🥵構(gou)和裝置系統(tǒng)、附屬系統等(děng)各💰部分的故(gù)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(pǎn)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(li)及打印報表(biao)等。

(2)數控(kong)卷闆機随機(ji)安裝的系統(tong)。

這類系統采(cǎi)用彩色液晶(jīng)顯示器，能動(dòng)态反映主機(jī)系統的❤️參數(shù)變化，部分關(guan)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(shi)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(zhè)類系統☎️通常(chang)具有黑匣子(zi)的功能，即記(ji)錄故障過去(qù)的發展狀況(kuàng)，便于區别是(shì)機器本身的(de)故障還是操(cāo)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(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(yīng)用實例仍然(rán)很少。在線🍉診(zhen)斷的實現受(shòu)制于被診斷(duan)系統的構造(zào)、運行方式和(hé)工作場所等(deng)多方面因素(su)，因此本系統(tǒng)⁉️結構采用第(di)一種形式，完(wán)成液壓卷闆(pǎn)機運行狀态(tài)的在線監測(ce)和離線故障(zhàng)診斷功能，該(gai)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(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(yi)本系統工作(zuò)環境惡劣。為(wei)完成預定功(gōng)📧能，系🍉統對參(cān)數采集精度(dù)、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(xià)🙇‍♀️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(kang)幹擾技術，就(jiu)能滿足系統(tong)實時性要求(qiú)；上位機則采(cai)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(ye)壓卷闆機約(yuē)4h的工況(kuàng)數據，然後插(cha)入掌上電腦(nao)讀取該數據(jù)，再傳🔞送給上(shàng)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(xi)，液壓卷闆機(ji)狀态監測與(yǔ)故障診斷系(xì)🐉統模型

本系統以SWE4．2液壓(ya)卷闆機為監(jiān)測對象，選取(qu)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(yā)油溫度、液壓(ya)油油位、冷卻(què)水溫度、冷卻(que)水🤟水位、濾🏃清(qīng)器差壓、空濾(lü)器負壓、蓄電(diàn)池電壓、啟動(dong)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(dòng)監測和工況(kuàng)分析，為液壓(yā)卷闆機的運(yùn)行狀态趨勢(shi)分析和故🐇障(zhang)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(neng)。自動采集液(yè)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(chu)功能。自動進(jìn)行采集數據(ju)的處理🚶，包括(kuò)清除誤差、曲(qǔ)線拟合等，并(bing)生成數據文(wén)件存儲🔞起來(lái)供二次處理(lǐ)使用。

(3)顯示功能(néng)。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(she)備故障或運(yun)行參數超限(xiàn)時均能發出(chu)報警，可根據(ju)異常情況的(de)嚴重程度進(jìn)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(xian)，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(sòng)所采集的數(shù)據信息。

系統單片機(jī)選用ATMEL89C51，同(tong)時擴充64K EPROM用于存儲報(bao)警限值和相(xiàng)應的檢測程(chéng)序，擴充帶掉(diao)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(shì)。

系統測試原(yuán)理如下：将傳(chuán)感器檢測到(dao)的發動機轉(zhuǎn)速、發動機✉️油(yóu)壓、冷卻液溫(wēn)度、液壓油油(yóu)位、行走速度(du)開關等參數(shù)值🌐送人微機(jī)🙇‍♀️，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(zhuàng)态是否良好(hao)；對異常征兆(zhào)用發光二極(ji)管、閃光報警(jing)燈和報警喇(lǎ)叭進行三級(ji)報警；同時将(jiang)相關數值保(bǎo)存下來，傳送(sòng)到上位機進(jìn)行曲線繪制(zhi)、趨勢分析和(hé)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(jì)

系統硬(ying)件按功能的(de)不同劃分為(wei)主處理器模(mó)塊、信🔴号處理(lǐ)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(qì)，擴充帶掉電(dian)保護的64K RAM用于存儲液(ye)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(xian)示驅動組成(cheng)。

信号處理模(mó)塊。

①輸入(ru)信号處理電(diàn)路。輸入信号(hao)處理電路是(shi)微處理器與(yu)外界聯系的(de)通道。輸入信(xin)号處理電路(lu)的第一部分(fèn)用于接收數(shu)字信号，數字(zi)信号來自啟(qǐ)動開關等；輸(shu)入信号處理(li)電路的第二(èr)部分用于接(jiē)收和轉換各(gè)種傳感器輸(shu)入的模拟信(xin)号；輸入信号(hào)處理電路的(de)第三部分用(yòng)于與其他計(jì)算機控制系(xi)統進行通信(xin)聯系，信号形(xing)式為脈沖數(shù)字信号；輸入(rù)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(chong)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(wēi)處理器。模拟(nǐ)信号輸人通(tōng)道主要由信(xin)号處理裝置(zhi)、多路選擇開(kai)關、采樣保持(chi)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(xi)統中，發動機(jī)試驗過程中(zhong)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(ru)端進行采集(jí)；反映溫度量(liang)的熱電阻信(xìn)号經過熱電(dian)阻調理闆後(hou)，再經隔離放(fàng)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(tǒng)的檢測、控制(zhi)精度均能滿(mǎn)足試驗的要(yao)求。對于發動(dong)機的轉速，不(bú)能由A/D轉(zhuǎn)換直接得到(dào)。霍爾傳感器(qi)測得的轉速(sù)信号經隔離(lí)整形後📧接到(dao)單片機的輸(shu)入端ISl，利(li)用外部脈沖(chong)計數中斷來(lai)計算發動機(jī)的轉速。 盡管(guǎn)☔監測系統中(zhong)的啟動開關(guān)信号是數字(zi)信号，但是這(zhè)些信号🌈并不(bu)能直接由微(wēi)處理器進行(háng)處理，還需🈲要(yào)數字信号輸(shu)入通道進行(hang)電平轉換✍️和(he)抗幹擾等處(chù)理。隻有将輸(shu)入的數字信(xin)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(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(lǐ)器産生的控(kong)制信号都是(shì)數字信号，因(yīn)此輸出信号(hào)處理電路為(wei)數字信号輸(shū)出通道。數字(zi)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(chuan)輸給數字信(xìn)号控制的報(bào)警電路。

(3)電源模(mo)塊。

系統各種(zhong)傳感器、信号(hào)處理電路、單(dan)片機主機及(jí)外圍芯片、通(tong)信🐕電路等都(dōu)需要合适的(de)電源才能正(zheng)常👨‍❤️‍👨工作，它們(men)所需電壓并(bìng)不相同。對系(xì)統電源模塊(kuài)的要求為：處(chu)于惡劣環境(jing)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(cóng)電源地線引(yǐn)入的幹擾，采(cai)用高可靠性(xing)元件，功率及(jí)電壓裕度也(ye)較大。

(4)通信模塊(kuai)。

使用RS一232串(chuàn)口通信。該模(mo)塊的功能是(shì)處理主機和(he)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(ju)。該模塊傳送(song)的信息包括(kuo)：

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

②數據信(xìn)息，單片下位(wei)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(jing)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(ce)的🌂參數性質(zhi)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(èr)極管發光實(shí)現✊。它隻是提(ti)⭕醒♈司機注意(yi)，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(èr)級報警：通過(guo)總報警燈和(he)故障項發光(guang)二極管同時(shí)發光報🚶警。這(zhe)種報警要求(qiu)司機密切關(guan)注故障的發(fā)展，但不需要(yào)立即關機。這(zhè)類故障多屬(shǔ)高溫問題，如(ru)液壓系統油(you)溫過高、發動(dòng)機溫度🏃🏻‍♂️過高(gao)等。

③第三(san)級報警：通過(guo)報警喇叭、總(zong)報警燈和故(gu)障項發光✨二(èr)極管同🌈時動(dong)作來報警。第(di)三級報警内(nei)容包括發動(dong)機油🌈壓過🤩低(dī)、液壓油位過(guo)低、無冷卻液(yè)等。對第三級(jí)報警，司機應(yīng)立即關機檢(jiǎn)查并修理。

數(shù)控卷闆機系(xi)統軟件要求(qiu)如下：

軟件結(jie)構清晰、簡潔(jie)，流程合理。各(gè)功能實現模(mó)塊化、子程序(xu)化，這樣既便(biàn)于調試，又便(bian)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(duan)程序。采用軟(ruǎn)⛷️件抗幹擾措(cuo)施，提高系統(tong)的可靠性。

所示為A/D采樣模塊(kuai)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(ti)取下位機各(ge)檢測項的數(shù)據，進行曲線(xiàn)繪制和趨勢(shì)分析，同時對(duì)時域信号進(jin)行FFT變換(huan)，利用頻譜分(fèn)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(jí)、整理液壓卷(juan)闆機的故障(zhàng)知識，構建完(wan)整的💯故障知(zhī)識庫，将專家(jia)知識、檢測系(xì)統傳來的信(xin)息以及人機(ji)交互的信息(xi)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(wei)修方案。　　　　

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