數控卷闆(pǎn)機的狀态監測(cè)與故障診斷系(xì)統是一個集信(xin)号采集、工況分(fèn)析、狀态顯示以(yǐ)及故障診斷于(yú)一體的多任務(wu)信息處理系統(tǒng)。為了解決狀态(tài)監測和故障診(zhěn)斷中多任務與(yǔ)實時性的矛盾(dùn)，整個系統由狀(zhuang)态監測與故障(zhang)診斷兩個子系(xi)統組成，其中前(qian)一個子系統完(wan)成數控卷闆機(jī)狀态實☁️時監測(cè)功能，後一個子(zǐ)系統完成數控(kong)⛷️卷闆機故障診(zhen)斷功能。

系統結(jié)構的實現有兩(liǎng)種形式。

(1)數(shu)控卷闆機上、下(xia)位機組成的系(xi)統。

這類系統往(wǎng)往由機上和機(ji)下兩部分組成(cheng)，安裝于🤩卷闆🔞機(ji)上的部分進行(hang)工況監測、數據(ju)記錄和狀态顯(xian)示，而診斷計算(suan)機則置于控制(zhì)室。當需要對卷(juan)闆♋機上的部分(fen)進行檢查❌時，插(chā)人💁手持式終端(duan)，讀取現場采集(jí)的全部工況數(shù)據并存儲；然後(hou)取下手持式✉️終(zhōng)端，在控制室中(zhong)将數據輸入診(zhen)斷計算機中，就(jiu)可以診斷液壓(yā)系統、動力系統(tong)、機構和裝置系(xi)統、附屬系統等(děng)各部分的💁故障(zhang)，同時也能診斷(duan)自身的故障。采(cai)用這種方式可(kě)以讓多台卷闆(pǎn)機共享一套診(zhen)斷計算機終端(duān)，節省費用，也便(bian)于維護、備件管(guan)理及打⭐印報表(biǎo)等。

(2)數控卷(juàn)闆機随機安裝(zhuang)的系統。

這類系(xi)統采用彩色液(yè)晶顯示器，能動(dong)态反映主機系(xi)統的參數💋變化(huà)，部分關鍵參數(shu)用曲線實時跟(gēn)蹤指示；還能利(li)用經驗知識，綜(zōng)合利用實時數(shù)據，進行🌏故障的(de)推理，從而找出(chu)故障點。有的還(hai)可以進行作👈業(ye)量統計🌏。這類系(xi)統通常具有黑(hēi)匣子的功能，即(ji)記錄故障過去(qu)的發展狀況，便(bian)于區别是機器(qì)本身的故障還(hái)是操作🤞人員違(wei)反操作規程引(yin)起的損壞，并對(dui)不合理的操作(zuo)予以提🤞示。

上述(shù)兩種形式是目(mù)前大多數液壓(yā)卷闆機狀态監(jiān)測與故🌈障診斷(duan)系統所采用的(de)，但國内成功的(de)應用實例仍然(rán)很少。在線‼️診斷(duàn)的實現受制于(yú)被診斷系統的(de)構造、運行方式(shi)和工作場所等(děng)多方面因素，因(yin)此本系統結構(gòu)采用第一種形(xing)式，完成液壓卷(juan)闆機運行狀态(tai)的在線監測和(hé)離線故障診斷(duàn)功能，該形🔱式的(de)缺點是信息數(shù)量有限。

數控卷(juan)闆機系統模型(xing)的構建

液(ye)壓卷闆機工作(zuo)時産生噪聲、振(zhen)動、污染、高溫，且(qiě)存在👈着不穩定(dìng)因素，所以本系(xi)統工作環境惡(è)劣。為完成預定(dìng)功能，系統對參(cān)數采集精度、運(yùn)行的穩定性和(he)可靠性等要🚶求(qiu)都較高，但控制(zhi)方面沒有什麼(me)要求。因此，下🧡位(wèi)機隻要采用高(gao)性💯能的單片🌐機(ji)，并配以相應的(de)數據處理和抗(kang)幹擾技術，就能(néng)滿足系統實👈時(shi)性要求；上位機(ji)則采用普通的(de)PC。上、下位機(ji)之間采用 RS一232串口通(tong)信，由下位機保(bao)存液壓卷闆機(ji)約4h的工況(kuàng)數據，然後插入(ru)掌上電腦讀取(qǔ)該數據，再傳送(sòng)給✂️上位🤞機。系統(tǒng)的模型如圖1所示。

數控卷(juan)闆機狀态監測(ce)系統

1.系統功能(néng)分析，液壓卷闆(pǎn)機狀态監測與(yǔ)故障診斷🙇‍♀️系統(tong)模型

本系(xì)統以SWE4．2液壓卷闆機為(wei)監測對象，選取(qu)發動機轉速、燃(rán)油油💋位、機油壓(ya)力📱、主泵1和(he)2的壓力、液(yè)壓油溫度、液壓(yā)油油位、冷卻水(shui)溫度、冷卻🔴水水(shui)位、濾✨清器差壓(yā)、空濾器負壓、蓄(xu)電池電壓、啟動(dòng)開關和行走速(sù)度開關共14項參數為檢測(cè)項目，通過對這(zhè)些參數的自動(dòng)監測🌈和工況分(fèn)析🚶，為液壓卷闆(pǎn)機的運行狀态(tài)趨勢分析㊙️和故(gù)🔴障診🔞斷打下基(jī)礎。系統的主要(yao)功能如下。

(1)數據采集(jí)功能。自動采集(jí)液壓卷闆機14項運行工況(kuàng)參數，包括發動(dòng)機轉速、燃油油(you)位、機油壓力等(děng)。

(2)數據(ju)處理和存儲功(gong)能。自動進行采(cǎi)集數據的處理(lǐ)🌈，包括清除🚩誤✨差(cha)、曲線拟合等，并(bing)生成數據文件(jiàn)存儲🥵起來供二(er)次處🏒理使用。

(3)顯示功(gong)能。通過液晶顯(xiǎn)示器顯示當前(qian)的運行狀态。

(4)報警功(gōng)能。設備故障或(huo)運行參數超限(xian)時均能發出報(bào)警，可根據異常(cháng)情況的嚴重程(chéng)度進行三級報(bào)警，并記錄報警(jǐng)信息。

(5)曲線繪制和打(da)印功能。能夠自(zi)動繪制特性曲(qu)線，并做出趨勢(shì)分析。

(6)通信功能。通過(guò)RS一232串(chuàn)口向上位機傳(chuan)送所采集的數(shu)據信息。

系(xì)統單片機選用(yòng)ATMEL89C51，同時擴充(chong)64K EPROM用于存儲(chǔ)報警限值和相(xiang)應的檢測程序(xu)，擴充帶掉電保(bǎo)護的64K RAM用于(yú)存儲液壓卷闆(pǎn)機的4h工況(kuàng)數據。系統的結(jie)構如圖5—58所示。

系統測(ce)試原理如下：将(jiang)傳感器檢測到(dao)的發動機轉速(su)、發動機👅油壓、冷(leng)卻液溫度、液壓(yā)油油位、行走速(sù)度開關等參數(shù)值送人微機🈲，進(jin)行分析計算，并(bìng)将實測值與内(nèi)置的标準值比(bi)較，判斷液壓卷(juàn)💃闆機運行狀态(tài)是否良好；對異(yi)常🤟征兆用發光(guāng)二極管、閃光報(bao)警燈和報警喇(la)叭進行三級報(bao)警；同時将相關(guān)數值保🔞存下來(lai)，傳送到上位機(ji)進行曲線繪制(zhì)、趨勢分🐉析和打(dǎ)印輸出。

2.數(shù)控卷闆機狀态(tài)監測系統結構(gòu)

系統硬件設計(ji)

系統硬件(jiàn)按功能的不同(tóng)劃分為主處理(li)器模塊、信号處(chù)理⭐模⭐塊、電源模(mó)塊、通信模塊、狀(zhuàng)态與報警模塊(kuai)5個部分。

主(zhǔ)處理器模塊。

系統采用ATMEL89C51微處理器，擴(kuò)充帶掉電保護(hu)的64K RAM用于存(cún)儲液壓卷闆機(jī)的4h工況數(shu)據。該模塊由EPROM、RAM、I/O、掉(diao)電保護以及液(ye)晶顯示驅動組(zǔ)成。

信号處理模(mo)塊。

①輸入信(xin)号處理電路。輸(shū)入信号處理電(dian)路是微處理器(qi)與外界聯系的(de)通道。輸入信号(hào)處理電路的第(dì)一部分用于接(jie)收數字信号，數(shu)字信号來自啟(qi)動開關等；輸入(ru)信号處理電路(lù)的第二部分用(yòng)于接收和轉換(huàn)各種傳感器輸(shū)入的模拟信号(hao)；輸入信号處理(li)電路的第三部(bu)分用于與其他(tā)計算機控制系(xì)統進行通信聯(lian)系，信号形式為(wéi)脈沖數字信号(hào)；輸入信号處理(lǐ)電路的第四部(bù)分用于接收診(zhen)斷觸發信号，也(ye)是脈沖數字信(xin)号。其中，模拟信(xìn)号輸入通道的(de)任務是将傳感(gan)器産生的模拟(nǐ)信号轉換為數(shù)字信号後輸入(rù)微處理器。模拟(nǐ)信号輸人通道(dao)主要由信号處(chù)理裝置、多路選(xuǎn)擇開關、采樣保(bǎo)持器和模數(A/D)轉換器組成(chéng)。信号處理裝置(zhi)包括标度變換(huan)、電平轉換和😘信(xin)号濾波等。

在本監測系統(tǒng)中，發動機試驗(yàn)過程中的機油(yóu)壓力經轉換成(chéng)電壓信号并放(fang)大後，送入A/D闆的輸入端進(jin)行采集；反映溫(wēn)度量的熱電阻(zu)信号經🈲過💚熱電(diàn)阻調理闆後，再(zài)經隔離放大闆(pǎn)，送到A/D闆的(de)輸入端進行數(shu)據采集。系統采(cǎi)用的A/D和D/A都為12bit，因(yīn)此系統的檢測(ce)、控制精度均能(néng)滿足試驗的要(yao)求。對于發動機(jī)的轉速，不能由(you)A/D轉換直接(jie)得到。霍爾傳感(gan)器測得的轉速(sù)信号經隔👈離整(zheng)🌏形後💚接到單片(pian)機的輸入端ISl，利用外部脈(mò)沖計數中斷來(lái)計算發動機的(de)轉速。 盡管📐監測(ce)系統中的啟動(dòng)開關信号是數(shu)字信号，但是🧑🏽‍🤝‍🧑🏻這(zhè)些信号并不能(neng)直接由微處理(li)器進行處理，還(hai)需要數字信号(hào)輸入通道進行(hang)電平轉換和抗(kàng)幹擾等處理。隻(zhī)有将輸入的數(shù)字信号🤞轉換為(wéi)TTL電平，才能(neng)被微處理器接(jie)收。

②輸出信(xìn)号處理電路。

該(gai)電路的作用是(shi)在微處理器和(hé)顯示器以及報(bao)警電路之間建(jian)立聯系。由于微(wei)處理器産生的(de)控制信号都是(shì)數字信号，因此(cǐ)輸出信号處理(li)電路為數字信(xin)号輸出通道。數(shu)字信号輸出通(tong)道的作用是将(jiāng)微處理器産生(sheng)的數字控制信(xìn)号傳輸給數字(zi)信号控制的報(bao)警電路。

(3)電源模塊。

系(xì)統各種傳感器(qì)、信号處理電路(lù)、單片機主機及(ji)外🐕圍芯㊙️片、通信(xin)電路等都需要(yao)合适的電源才(cái)能正常工作，它(tā)們所需電壓并(bing)不相同。對系統(tǒng)電源模塊的要(yào)求為：處于惡劣(lie)環境中仍能正(zheng)常工作，能适應(ying)較寬的供電🌂電(diàn)壓變化範圍，能(neng)防止從電源地(di)線引入的幹擾(rǎo)，采用高可靠性(xing)元件，功率及電(diàn)❗壓裕度也較大(dà)。

(4)通信(xìn)模塊。

使用(yòng)RS一232串(chuan)口通信。該模塊(kuài)的功能是處理(lǐ)主機和單片機(jī)之間的通信👄，主(zhu)機給下位機發(fā)送指令，下位機(jī)給主機發送監(jian)測數據。該模塊(kuài)傳送的信息包(bāo)括：

①命令信(xin)息，上位機的控(kong)制指令發送到(dao)下位機；

②數(shù)據信息，單片下(xia)位機檢測到的(de)狀态信息發送(song)到上位PC中(zhōng)，以便主機進行(háng)監控和進一步(bu)的數據分析處(chù)理。

(5)狀(zhuàng)态與報警模塊(kuài)。

為了将程度不(bú)同的緊急狀況(kuang)傳遞給司機，系(xi)統根據檢測🥵的(de)參👌數性質采用(yong)三級報警的方(fang)法。

①第一級(ji)報警：通過裝置(zhi)上相應的二極(ji)管發光實現。它(tā)隻是🧑🏽‍🤝‍🧑🏻提醒司機(jī)注意，在這種情(qíng)況下機器還能(neng)工作一👉段時間(jian)，如燃油液位超(chao)過低限等。

②第二級報警：通(tong)過總報警燈和(he)故障項發光二(er)極管✔️同時發🈲光(guang)報✊警。這種報警(jing)要求司機密切(qie)關注故障的發(fa)展，但不需要立(li)👄即關機。這類故(gu)障多屬高溫問(wèn)題，如液壓系統(tǒng)油溫過高、發動(dòng)機溫度過高等(děng)。

③第三級報(bào)警：通過報警喇(lǎ)叭、總報警燈和(hé)故障項發光二(er)極管同時動作(zuo)來報警。第三級(jí)報警内容包括(kuo)🈲發動機油💯壓過(guo)低、液壓油💃位過(guo)低、無冷卻液等(děng)。對第🔴三級報警(jing)，司機應立即👌關(guan)機檢☁️查并修理(li)。

數控卷闆機系(xì)統軟件要求如(rú)下：

軟件結構清(qīng)晰、簡潔，流程合(he)理。各功能實現(xiàn)模塊化、子程序(xù)化💋，這樣既便于(yú)調試，又便于移(yí)植和修改。具有(yǒu)自診斷功能，在(zài)系統工作前先(xiān)運行自診斷程(cheng)序。采用軟件抗(kàng)幹擾措施，提高(gāo)系統的可㊙️靠性(xìng)。

所示為A/D采樣模塊流(liú)程，如圖2所(suo)示為檢測參數(shu)模塊流程。

3．故障診斷(duan)系統

提取(qǔ)下位機各檢測(ce)項的數據，進行(háng)曲線繪制和趨(qu)勢分析，同時對(dui)時域信号進行(hang)FFT變換，利用(yong)頻譜分析的方(fāng)法，對液壓卷闆(pǎn)機系統進行故(gù)🤞障檢測😄和診斷(duan)。

系統收集、整理(li)液壓卷闆機的(de)故障知識，構建(jiàn)完整的故障知(zhī)識庫，将專家知(zhī)識、檢測系統傳(chuan)來的信息以及(ji)🤟人機交互的信(xìn)息進行融合分(fèn)析，通過一定的(de)推理機制進行(háng)故障定位，并提(tí)出維修🌈方案。　　　　

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