數(shù)控(kòng)卷闆機的狀态監測與故障診斷系(xì)統是一個(gè)集信号采集、工(gōng)況分析、狀态顯(xiǎn)示以及(jí)故障診(zhěn)斷于一(yī)體(tǐ)的多任務(wù)信息(xī)處理(lǐ)系統。為了(le)解決(jué)狀态(tài)監測和故障診斷中(zhōng)多任(rèn)務與實時性的矛盾，整個(gè)系統(tǒng)由狀态(tài)監測與(yǔ)故障(zhàng)診斷(duàn)兩(liǎng)個子系(xì)統組(zǔ)成，其中前一(yī)個(gè)子系統完(wán)成數控卷(juàn)闆機狀态(tài)實時(shí)監測功(gōng)能，後一(yī)個子(zǐ)系統完成(chéng)數控卷闆機故(gù)障診(zhěn)斷(duàn)功(gōng)能。

系統結(jié)構的實現(xiàn)有兩種形式。

(1)數(shù)控卷(juàn)闆機(jī)上、下位(wèi)機(jī)組成(chéng)的系統(tǒng)。

這類系(xì)統往往由(yóu)機上(shàng)和機下(xià)兩部分組成，安(ān)裝于卷闆機上(shàng)的部分進行(háng)工況監測、數據記錄和狀(zhuàng)态顯示，而(ér)診斷(duàn)計算機則(zé)置于(yú)控制(zhì)室(shì)。當需要(yào)對卷闆機上的(de)部(bù)分(fèn)進(jìn)行檢查(chá)時，插(chā)人(rén)手(shǒu)持式終端(duān)，讀取現場(chǎng)采集的(de)全(quán)部工(gōng)況數據(jù)并存儲(chǔ)；然後(hòu)取下手持(chí)式終端，在(zài)控制(zhì)室中(zhōng)将(jiāng)數據輸入診(zhěn)斷計(jì)算機(jī)中，就可以診斷液(yè)壓系統(tǒng)、動力(lì)系統、機構和裝(zhuāng)置系統(tǒng)、附(fù)屬系統等各(gè)部分的(de)故障(zhàng)，同(tóng)時也能診斷(duàn)自身的故(gù)障。采用(yòng)這種方式可(kě)以讓多台卷闆機(jī)共享一套診(zhěn)斷計(jì)算機(jī)終端，節省費用(yòng)，也便(biàn)于(yú)維護、備(bèi)件管理及(jí)打印(yìn)報表等(děng)。

(2)數(shù)控卷(juàn)闆(pǎn)機(jī)随機(jī)安裝的系統。

這(zhè)類系(xì)統采(cǎi)用彩(cǎi)色液(yè)晶顯(xiǎn)示器(qì)，能動态反映主(zhǔ)機系統(tǒng)的參數(shù)變化，部(bù)分關鍵(jiàn)參數(shù)用(yòng)曲線實(shí)時跟蹤(zōng)指(zhǐ)示；還(hái)能利用(yòng)經驗知(zhī)識，綜(zōng)合利(lì)用實(shí)時數據，進行故(gù)障的(de)推理，從(cóng)而(ér)找出故障(zhàng)點。有(yǒu)的還(hái)可以進行(háng)作業量統計。這類(lèi)系統(tǒng)通常具(jù)有黑匣子(zǐ)的功能，即記(jì)錄(lù)故障過去的發(fā)展狀(zhuàng)況，便于區(qū)别是機器本(běn)身的故(gù)障還是操(cāo)作人(rén)員違(wéi)反操作規(guī)程引起的損壞(huài)，并對(duì)不合(hé)理的(de)操(cāo)作予以(yǐ)提示(shì)。

上述(shù)兩種形(xíng)式(shì)是目前大(dà)多數液壓卷(juàn)闆機狀(zhuàng)态監(jiān)測與(yǔ)故障診斷(duàn)系統所采(cǎi)用的，但(dàn)國内成(chéng)功的應(yīng)用實例(lì)仍然(rán)很(hěn)少。在線(xiàn)診斷的(de)實現受(shòu)制于被診斷系(xì)統的構造、運(yùn)行(háng)方式(shì)和(hé)工作場(chǎng)所等多方面因(yīn)素，因(yīn)此本系統(tǒng)結構采用(yòng)第一(yī)種形式，完成液壓卷(juàn)闆機(jī)運行(háng)狀态的(de)在(zài)線監(jiān)測和(hé)離線故障(zhàng)診斷功(gōng)能(néng)，該形(xíng)式的缺點是信(xìn)息數量有(yǒu)限。

數(shù)控卷(juàn)闆機系統(tǒng)模型的構(gòu)建

液(yè)壓卷闆機(jī)工作時産(chǎn)生噪聲、振動、污染、高(gāo)溫，且(qiě)存在着不(bú)穩定因素(sù)，所以(yǐ)本系(xì)統工作環(huán)境惡(è)劣。為完成(chéng)預定功(gōng)能(néng)，系統(tǒng)對參數(shù)采(cǎi)集精(jīng)度、運行的穩定性和可靠性等(děng)要求都(dōu)較(jiào)高，但(dàn)控制(zhì)方面(miàn)沒有(yǒu)什麼要(yào)求(qiú)。因此(cǐ)，下位機隻(zhī)要采(cǎi)用高(gāo)性能(néng)的單(dān)片機，并(bìng)配(pèi)以相應的(de)數據(jù)處理(lǐ)和抗幹(gàn)擾技術(shù)，就能滿足系統(tǒng)實(shí)時(shí)性(xìng)要求；上(shàng)位機(jī)則(zé)采用普通的pc。上、下(xià)位機之(zhī)間(jiān)采用(yòng) rs一232串(chuàn)口通信，由(yóu)下位機保存液(yè)壓卷(juàn)闆機約4h的(de)工況數(shù)據，然後(hòu)插入掌上電腦(nǎo)讀取該數據，再(zài)傳送給上(shàng)位機。系統(tǒng)的模(mó)型如(rú)圖1所示。

數(shù)控卷闆機狀态監測系統

1.系統功能(néng)分析，液壓(yā)卷闆機狀(zhuàng)态監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)模型(xíng)

本系統以swe4．2液壓(yā)卷闆(pǎn)機為(wéi)監(jiān)測對象(xiàng)，選取發動(dòng)機轉速、燃油油(yóu)位、機(jī)油壓力、主泵1和2的壓(yā)力、液壓油(yóu)溫度、液壓油油位、冷(lěng)卻水溫度、冷卻水水位、濾清器(qì)差壓、空濾(lǜ)器(qì)負(fù)壓、蓄(xù)電池(chí)電壓、啟動開關和行走速(sù)度開關共(gòng)14項參數為(wéi)檢測項目，通過(guò)對這些參數的自動監(jiān)測和工(gōng)況分析，為(wéi)液壓(yā)卷闆(pǎn)機的(de)運行(háng)狀态趨勢(shì)分析和故(gù)障(zhàng)診斷打(dǎ)下基(jī)礎。系統的(de)主要(yào)功能(néng)如下(xià)。

(1)數據(jù)采集功能。自動(dòng)采集液壓卷闆(pǎn)機14項(xiàng)運行(háng)工況(kuàng)參數，包括發動機轉(zhuǎn)速、燃(rán)油油(yóu)位、機油(yóu)壓力等。

(2)數據處理(lǐ)和存(cún)儲功(gōng)能。自動進(jìn)行采(cǎi)集(jí)數(shù)據的(de)處理，包(bāo)括清除(chú)誤差、曲線拟合等，并生成(chéng)數據文件存儲起來(lái)供二(èr)次處理使(shǐ)用。

(3)顯(xiǎn)示功能。通(tōng)過液(yè)晶顯示器顯示(shì)當前的運行狀(zhuàng)态(tài)。

(4)報(bào)警功能。設(shè)備故(gù)障或運(yùn)行(háng)參數超限(xiàn)時均(jun1)能發出報(bào)警，可根據(jù)異常(cháng)情(qíng)況(kuàng)的嚴(yán)重程度(dù)進行三(sān)級報警(jǐng)，并(bìng)記錄(lù)報警信息。

(5)曲線繪制和(hé)打(dǎ)印功(gōng)能。能夠自(zì)動繪(huì)制特(tè)性曲線(xiàn)，并(bìng)做出趨勢(shì)分析。

(6)通(tōng)信功能(néng)。通過(guò)rs一232串口向上位(wèi)機傳送(sòng)所采集的數據(jù)信息。

系統單片機(jī)選用atmel89c51，同時(shí)擴充64k eprom用于(yú)存儲(chǔ)報警(jǐng)限值和相應的檢測(cè)程序，擴充帶掉(diào)電(diàn)保(bǎo)護的(de)64k ram用于存(cún)儲液(yè)壓(yā)卷闆機的(de)4h工況(kuàng)數(shù)據。系統(tǒng)的結(jié)構如圖5—58所(suǒ)示。

系(xì)統測試原理如(rú)下：将傳感器檢(jiǎn)測到的發動機(jī)轉速(sù)、發(fā)動機油(yóu)壓、冷(lěng)卻液(yè)溫度(dù)、液壓油油位、行(háng)走速度開(kāi)關等(děng)參數值送人微(wēi)機，進(jìn)行分(fèn)析計(jì)算，并将實測值(zhí)與内置的标(biāo)準(zhǔn)值比(bǐ)較，判(pàn)斷液(yè)壓卷闆機運行(háng)狀态是否良好；對異常征兆用(yòng)發光二(èr)極管、閃(shǎn)光報(bào)警燈(dēng)和報(bào)警喇叭進(jìn)行三(sān)級報(bào)警；同(tóng)時将(jiāng)相關數(shù)值(zhí)保存(cún)下來，傳(chuán)送到上(shàng)位機進行(háng)曲線(xiàn)繪制(zhì)、趨勢分析(xī)和打印輸出。

2.數控卷(juàn)闆機(jī)狀态監測(cè)系(xì)統(tǒng)結構

系統硬件設計

系統(tǒng)硬件按功能的不同劃分(fèn)為主(zhǔ)處理(lǐ)器模塊、信号處理模(mó)塊、電源模塊(kuài)、通(tōng)信模(mó)塊、狀态與報警(jǐng)模塊5個部(bù)分。

主處理器模塊。

系統采(cǎi)用atmel89c51微處理(lǐ)器，擴充帶掉電保護的64k ram用于存儲(chǔ)液壓卷闆機(jī)的4h工況數(shù)據。該模塊(kuài)由eprom、ram、i/o、掉電保護以(yǐ)及液晶顯示(shì)驅(qū)動組成。

信号處(chù)理模(mó)塊(kuài)。

①輸入信号處(chù)理電(diàn)路(lù)。輸入信号處(chù)理電(diàn)路(lù)是微處(chù)理器與外界聯(lián)系的通道。輸入(rù)信号處理(lǐ)電路(lù)的第一部分用(yòng)于接收數字信(xìn)号，數字信号來(lái)自啟動(dòng)開關等(děng)；輸入信号處理電路的第二部分用(yòng)于接收和(hé)轉換各(gè)種傳感(gǎn)器輸(shū)入(rù)的模拟(nǐ)信号；輸入(rù)信号(hào)處理(lǐ)電(diàn)路的第(dì)三部分用于與其他(tā)計算機控(kòng)制系(xì)統(tǒng)進(jìn)行通(tōng)信聯系，信号形式為脈(mò)沖(chòng)數字(zì)信号；輸入信号(hào)處理(lǐ)電路(lù)的第(dì)四部分用于接收診斷觸(chù)發信号，也(yě)是脈沖數(shù)字信(xìn)号。其中，模(mó)拟信号(hào)輸(shū)入通(tōng)道的(de)任務(wù)是将傳感(gǎn)器産(chǎn)生的(de)模(mó)拟信(xìn)号(hào)轉換(huàn)為數字(zì)信号後輸入微(wēi)處理器。模拟信(xìn)号輸人通道主(zhǔ)要(yào)由信号處(chù)理裝置、多(duō)路選擇開關、采樣保持(chí)器(qì)和模數(a/d)轉換器(qì)組成(chéng)。信(xìn)号處理(lǐ)裝(zhuāng)置包括(kuò)标度(dù)變換(huàn)、電平轉換和信(xìn)号濾(lǜ)波等。

在本監測(cè)系統中，發動機試驗過程(chéng)中的(de)機油壓力經(jīng)轉(zhuǎn)換成電壓(yā)信号(hào)并放大後，送入a/d闆的輸入端(duān)進行采集；反(fǎn)映溫(wēn)度量的熱(rè)電阻信号經過(guò)熱電阻調理闆後，再經隔(gé)離放(fàng)大闆，送到a/d闆的輸入端(duān)進(jìn)行數據采(cǎi)集。系統采用的a/d和d/a都為12bit，因此(cǐ)系(xì)統的(de)檢測(cè)、控(kòng)制(zhì)精度(dù)均能滿足試驗(yàn)的要求。對于發(fā)動機的(de)轉(zhuǎn)速，不(bú)能由(yóu)a/d轉換(huàn)直接得到。霍爾(ěr)傳感器(qì)測得的(de)轉速信(xìn)号經隔離整形後(hòu)接到單片(piàn)機(jī)的(de)輸入端isl，利用(yòng)外(wài)部脈沖計數中斷來計(jì)算發動(dòng)機的轉速。 盡管(guǎn)監測(cè)系統中的(de)啟動開(kāi)關(guān)信号(hào)是數字信(xìn)号，但(dàn)是這些(xiē)信号并不能(néng)直接(jiē)由微(wēi)處理器(qì)進行處(chù)理，還需要數字(zì)信号輸入(rù)通道(dào)進行電平轉換(huàn)和抗(kàng)幹擾(rǎo)等處理。隻有将輸入(rù)的數字(zì)信号(hào)轉換為(wéi)ttl電平(píng)，才能被微處理器接(jiē)收(shōu)。

②輸(shū)出(chū)信号處(chù)理電(diàn)路。

該電(diàn)路的作(zuò)用是在微(wēi)處理(lǐ)器和(hé)顯示器以(yǐ)及報(bào)警電(diàn)路之間(jiān)建立聯系。由(yóu)于微處理器産生的控制信号都是數(shù)字信号，因此輸出信号(hào)處理(lǐ)電路為數(shù)字信号輸出通道。數字信(xìn)号輸(shū)出通道(dào)的作用(yòng)是将微處理器産生的數字控(kòng)制信(xìn)号傳輸給(gěi)數字信(xìn)号控制(zhì)的報警電(diàn)路。

(3)電源模(mó)塊。

系統(tǒng)各種傳(chuán)感器(qì)、信号處理(lǐ)電路、單片(piàn)機主(zhǔ)機及(jí)外圍芯片(piàn)、通信電(diàn)路等都需要合适的電(diàn)源才能正常工(gōng)作，它們所(suǒ)需電(diàn)壓并不(bú)相同。對(duì)系統電(diàn)源模塊(kuài)的要(yào)求為(wéi)：處于(yú)惡劣環境中仍(réng)能正(zhèng)常工作，能(néng)适應較寬的供(gòng)電電壓變化範圍，能(néng)防止從電(diàn)源地線(xiàn)引入的幹擾(rǎo)，采用(yòng)高可(kě)靠性元件(jiàn)，功率(lǜ)及電壓裕度也(yě)較(jiào)大(dà)。

(4)通信模塊。

使用rs一232串(chuàn)口通信。該(gāi)模塊的功能是(shì)處理主(zhǔ)機和單(dān)片機之(zhī)間(jiān)的通信，主機給下位(wèi)機發送指令，下(xià)位機給主(zhǔ)機發(fā)送監測數(shù)據。該(gāi)模塊(kuài)傳送的(de)信(xìn)息包括：

①命令信息(xī)，上位機的控制指令發送到下位機；

②數據(jù)信息(xī)，單(dān)片下位(wèi)機(jī)檢測(cè)到的狀(zhuàng)态(tài)信息(xī)發送(sòng)到上(shàng)位pc中，以便主機(jī)進行監控和進(jìn)一步的數(shù)據分(fèn)析處(chù)理。

(5)狀态與報警模(mó)塊。

為了将程(chéng)度不同的(de)緊(jǐn)急(jí)狀況傳遞(dì)給司(sī)機，系統根據檢測的(de)參數性質(zhì)采用三(sān)級(jí)報警(jǐng)的方(fāng)法。

①第一級報警：通過(guò)裝置上相應的二極管發(fā)光實現。它隻是提醒(xǐng)司機注意(yì)，在這(zhè)種情(qíng)況下(xià)機器(qì)還能(néng)工(gōng)作一段(duàn)時間(jiān)，如燃油液位超過低(dī)限等(děng)。

②第二(èr)級報(bào)警：通過總報警(jǐng)燈和(hé)故障項發光二(èr)極管(guǎn)同時(shí)發光報警。這種(zhǒng)報警(jǐng)要(yào)求司機密切(qiē)關注故障(zhàng)的發展，但不需(xū)要立(lì)即關機。這類故障多屬高溫問題，如液(yè)壓系統(tǒng)油(yóu)溫(wēn)過高、發動機溫度過高等(děng)。

③第三級報警：通過報(bào)警喇叭(bā)、總(zǒng)報警(jǐng)燈和故障項發光二極管同時動作(zuò)來報(bào)警。第(dì)三(sān)級報(bào)警内容(róng)包括(kuò)發動機油壓過低、液(yè)壓油位過(guò)低(dī)、無冷卻(què)液等。對第三級報(bào)警(jǐng)，司機應立(lì)即關機檢(jiǎn)查(chá)并修理(lǐ)。

數控(kòng)卷闆(pǎn)機系統軟(ruǎn)件要(yào)求如下：

軟件結(jié)構清晰、簡(jiǎn)潔，流(liú)程合理(lǐ)。各(gè)功能(néng)實現模(mó)塊化、子(zǐ)程序(xù)化(huà)，這(zhè)樣既(jì)便于調(diào)試(shì)，又便(biàn)于(yú)移(yí)植(zhí)和修改(gǎi)。具有自診斷功(gōng)能，在系統工作(zuò)前先運行自診(zhěn)斷程序。采用軟件(jiàn)抗幹擾措施，提高系統(tǒng)的(de)可(kě)靠性。

所示為a/d采樣模(mó)塊流(liú)程，如圖2所示為檢測(cè)參數模塊流(liú)程。

3．故障(zhàng)診斷系統

提取(qǔ)下位機各(gè)檢測項的數據(jù)，進行(háng)曲(qǔ)線繪(huì)制(zhì)和趨勢分(fèn)析，同(tóng)時對(duì)時(shí)域(yù)信号(hào)進行fft變換，利用(yòng)頻譜分析(xī)的方法(fǎ)，對液壓(yā)卷闆(pǎn)機(jī)系(xì)統進(jìn)行故(gù)障(zhàng)檢(jiǎn)測和(hé)診斷(duàn)。

系統收集、整理(lǐ)液壓(yā)卷闆(pǎn)機的故障知識(shí)，構建完整(zhěng)的故障知(zhī)識(shí)庫，将專(zhuān)家知識、檢(jiǎn)測系(xì)統(tǒng)傳(chuán)來的信息(xī)以及人機(jī)交(jiāo)互的信(xìn)息(xī)進行融(róng)合分析(xī)，通過一(yī)定的(de)推理機制進(jìn)行故(gù)障定位(wèi)，并提出維修方案。　　　　

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