數控卷闆機(ji)的狀态監測與故(gu)障診斷系統是一(yi)個集信号采集、工(gōng)📐況分析、狀态顯示(shì)以及故障診斷于(yú)一體的多任務信(xin)息處理系統。為🌈了(le)解決狀态監測和(he)故障診斷🔞中多任(rèn)務與實時性的矛(máo)盾，整個系統由狀(zhuàng)态監測與故障診(zhen)斷兩個子系統組(zu)成，其中前一個子(zi)系統完成數控卷(juàn)闆機狀态實時監(jiān)測功能，後一個子(zi)系♻️統完成數控✔️卷(juan)闆機故障診斷功(gōng)能。

系統結構的實(shi)現有兩種形式。

(1)數控卷闆機上(shang)、下位機組成的系(xi)統。

這類系統往往(wǎng)由機上和機下兩(liǎng)部分組成，安裝于(yu)卷闆機上✨的部分(fen)進行工況監測、數(shu)據記錄和狀态❌顯(xian)示，而診🧡斷計🤞算機(ji)則置💃🏻于控制室。當(dāng)需要對卷闆機上(shàng)的部分進行檢查(cha)時，插人手持式終(zhong)端，讀取現🌈場采集(jí)的✊全部工況數據(jù)并存儲；然後取下(xià)手持式⭐終端，在控(kòng)制室中将數據🔴輸(shu)入診斷計算機中(zhong)，就可以診斷液壓(ya)系統、動力系統、機(ji)構和裝置系統、附(fù)屬系統等各部分(fen)的故障，同時也能(neng)診斷自身的故障(zhàng)❌。采用這種方式可(ke)以讓多台卷闆機(jī)共享一套診斷計(jì)算機終端，節省費(fèi)用，也便于維護、備(bèi)件管理及打印報(bao)表等。

(2)數控卷(juan)闆機随機安裝的(de)系統。

這類系統采(cǎi)用彩色液晶顯示(shì)器，能動态反映主(zhǔ)機系統的參數變(biàn)化，部分關鍵參數(shù)用曲線實時跟蹤(zong)指示；還能🌈利用經(jing)驗知識，綜合利用(yòng)實時數據，進行故(gù)障的推理，從而找(zhao)出故障點。有的還(hái)可以進行作業量(liang)統計。這類系統通(tōng)常具有黑匣子的(de)功能，即記錄故障(zhang)過去的發展狀況(kuang)，便于區别是機器(qi)本身的故障還是(shì)操作人員違反操(cāo)作規程引起的損(sǔn)🐪壞，并對不合理的(de)操作予以提示。

上(shang)述兩種形式是目(mù)前大多數液壓卷(juan)闆機狀态監測👄與(yǔ)故障診🛀🏻斷系統所(suo)采用的，但國内成(cheng)功的應用實例仍(reng)然🏒很少。在線🈲診斷(duan)的實現受制于被(bèi)診斷系❓統的構💔造(zào)、運行方式和工作(zuò)場🚶‍♀️所等多方面因(yin)素，因此本系統結(jie)構采用第一種形(xíng)式，完成液壓卷闆(pan)機運行狀态的在(zai)線監測和離線故(gù)障診斷功能，該形(xing)式的缺點是信息(xī)數量有限。

數控卷(juan)闆機系統模型的(de)構建

液壓卷(juàn)闆機工作時産生(sheng)噪聲、振動、污染、高(gāo)溫，且存在着不穩(wen)🧡定因素，所以本系(xì)統工作環境惡劣(lie)。為完成預💃定功能(neng)，系統對參數㊙️采集(ji)精度、運行的穩定(dìng)性和可靠性等要(yào)求都較高，但控制(zhi)方面沒有什麼要(yào)求。因此，下位機隻(zhi)要采用高性能的(de)單片機，并配以相(xiang)應的數據💁處理和(hé)抗幹擾技術，就能(neng)🎯滿足系統實時性(xìng)要求；上位機則采(cai)用普通的PC。上(shàng)、下位機之間采用(yòng) RS一232串口(kou)通信，由下位機保(bao)存液壓卷闆機約(yuē)4h的工況數據(ju)，然後插入掌上電(diàn)腦讀取該數據，再(zai)傳送給上位機。系(xì)統的模型如圖1所示。

數控卷闆(pan)機狀态監測系統(tong)

1.系統功能分析，液(yè)壓卷闆機狀态監(jiān)測與故障診斷系(xi)統模型

本系(xi)統以SWE4．2液(ye)壓卷闆機為監測(cè)對象，選取發動機(jī)轉速、燃油油位🤟、機(ji)油壓力、主泵1和2的壓力、液(ye)壓油溫度、液壓油(yóu)油位、冷卻水溫度(du)、冷卻水水位、濾清(qing)器差壓、空濾器負(fu)壓、蓄電池電壓、啟(qi)動💃開關和行走速(sù)度開關共14項(xiang)參數為檢測項目(mu)，通過對這些參數(shu)的自動監測和工(gong)🌂況分🎯析，為液壓卷(juàn)闆機的運行狀态(tài)趨勢分析和故障(zhang)診斷打下基礎。系(xì)統的主要功能如(rú)下。

(1)數據(jù)采集功能。自動采(cǎi)集液壓卷闆機14項運行工況參(can)數，包括發動機轉(zhuan)速、燃油油位、機油(you)壓力等。

(2)數據處理和存儲(chǔ)功能。自動進行采(cǎi)集數據的處理，包(bāo)括清除誤差、曲線(xiàn)拟合等，并生成數(shu)據文件存儲起來(lái)供二次處理使用(yong)。

(3)顯示功(gong)能。通過液晶顯示(shi)器顯示當前的運(yùn)行狀态。

(4)報警功能。設備故(gù)障或運行參數超(chao)限時均能發出☀️報(bao)👌警，可根據異常情(qíng)況的嚴重程度進(jin)行三級報警，并記(jì)錄報警信息。

(5)曲線繪制和(hé)打印功能。能夠自(zì)動繪制特性曲線(xiàn)，并做💞出🌈趨勢分析(xi)。

(6)通信功(gong)能。通過RS一232串口向上位機(ji)傳送所采集的數(shù)據信息。

系統(tong)單片機選用ATMEL89C51，同時擴充64K EPROM用(yòng)于存儲報警限值(zhi)和相應的檢測程(chéng)序，擴充帶掉電㊙️保(bǎo)💚護的64K RAM用于存(cun)儲液壓卷闆機的(de)4h工況數據。系(xì)統的結構如圖5—58所示。

系統(tong)測試原理如下：将(jiāng)傳感器檢測到的(de)發動機轉速、發動(dòng)🐕機油壓、冷卻液溫(wēn)度、液壓油油位、行(háng)走速度開關等參(cān)數值送人微機，進(jin)行分析計算，并将(jiang)實測值與内置的(de)标準值比較，判斷(duan)液壓卷闆機運行(háng)狀🧡态是否良好；對(duì)異常征兆用發光(guāng)二極管、閃光報警(jing)燈和報警喇叭進(jin)行三級報警；同時(shí)将相關數值保🧑🏾‍🤝‍🧑🏼存(cún)下來，傳送到上位(wei)機進行曲線繪制(zhì)、趨勢分析和打印(yin)輸出。

2.數控卷(juan)闆機狀态監測系(xì)統結構

系統硬件(jiàn)設計

系統硬(yìng)件按功能的不同(tóng)劃分為主處理器(qi)模塊、信号處理模(mó)塊、電源模塊、通信(xìn)模塊、狀态與報警(jing)模塊5個部分(fèn)。

主處理器模塊。

系統采用ATMEL89C51微處理器，擴充帶(dai)掉電保護的64K RAM用于存儲液壓卷(juàn)闆機的4h工況(kuàng)數據。該模塊由EPROM、RAM、I/O、掉電(dian)保護以及液晶顯(xian)示驅動組成。

信号(hao)處理模塊。

①輸(shū)入信号處理電路(lù)。輸入信号處理電(diàn)路是微處理器與(yǔ)外界聯系的通道(dào)。輸入信号處理電(diàn)路的第一部分用(yòng)于接收數字信号(hào)，數字信号來自啟(qi)動開關等；輸入信(xin)号處理電路的第(dì)二部分用于接收(shōu)和轉換各種傳感(gan)器輸入的模拟信(xin)号；輸入信号處理(lǐ)電路的第三部分(fen)用于與其他計算(suan)機控制系統進行(háng)通信聯系，信号形(xing)式為脈沖數字信(xin)号；輸入信号處理(lǐ)電路的第四部分(fèn)用于接收診斷觸(chù)發信号，也是脈沖(chong)數字信号。其中，模(mo)拟信号輸入通道(dao)的任務是将傳感(gǎn)器産生的模拟信(xin)号轉換為數字信(xìn)号後輸入微處理(li)器。模拟信号輸人(rén)通道主要由信号(hao)處理裝置、多路選(xuan)擇開關、采樣保持(chí)器和模數(A/D)轉(zhuan)換器組成。信号處(chu)理裝置包括标度(dù)變換、電平轉換和(hé)✂️信号濾波等。

在本監測系統中(zhōng)，發動機試驗過程(chéng)中的機油壓力經(jīng)轉換成電🌂壓信号(hào)并放大後，送入A/D闆的輸入端進(jin)行采集；反映溫度(dù)量的熱電阻信号(hao)經過💞熱電阻調理(li)闆後，再經隔離放(fàng)大闆，送到A/D闆(pan)的輸入端進行數(shù)據采集。系統采用(yòng)的A/D和D/A都(dōu)為12bit，因此系統(tong)的檢測、控制精度(dù)均能滿足試驗的(de)要求。對😄于發動機(jī)的轉速，不能由A/D轉換直接得到(dao)。霍爾傳感器測得(dé)的轉速信号經隔(ge)🔴離整形後接到單(dan)片機的輸入端ISl，利用外部脈沖(chòng)計數中斷來計算(suan)發動機的轉速。 盡(jin)管監測系統中的(de)啟動開關信号是(shì)數字信号，但是這(zhe)些信号并不能直(zhi)💯接由微處理器進(jìn)行處理，還需要數(shu)字💛信号輸入通道(dào)進行電平轉換和(hé)抗幹擾等處理。隻(zhī)有将輸入的數字(zi)信号轉換為TTL電平，才能被微處(chu)理器接收。

②輸(shu)出信号處理電路(lu)。

該電路的作用是(shì)在微處理器和顯(xian)示器以及報警電(diàn)路之間建立聯系(xì)。由于微處理器産(chan)生的控制信号都(dōu)是數字信号，因此(ci)輸出信号處理電(dian)路為數字信号輸(shu)出通道。數字信号(hào)輸出通道的作用(yòng)是将微處理器産(chan)生的數字控制信(xìn)号傳輸給數字信(xìn)号控制的報警電(dian)路。

(3)電源(yuán)模塊。

系統各種傳(chuán)感器、信号處理電(diàn)路、單片機主機及(jí)外☔圍芯片、通信電(diàn)路等都需要合适(shi)的電源才能正常(cháng)工作，它們所需電(diàn)壓并不相同。對系(xi)統電源模塊的要(yào)求為：處于惡🔞劣環(huán)境中仍能正常工(gōng)作，能适應較寬的(de)供電電壓變化範(fàn)圍，能防止從電源(yuan)地線引入的幹擾(rao)，采用高可靠性元(yuan)件，功率及電🆚壓裕(yu)度也較大。

(4)通信模塊。

使用RS一232串口通信。該模塊(kuài)的功能是處理主(zhu)機和單片機之間(jiān)⛹🏻‍♀️的通信，主機給下(xia)位機發送指令，下(xià)位機給主機發送(song)監測數據。該模塊(kuài)傳送的信息包括(kuò)：

①命令信息，上(shàng)位機的控制指令(ling)發送到下位機；

②數據信息，單片(piàn)下位機檢測到的(de)狀态信息發送到(dào)上位PC中，以便(bian)主機進行監控和(hé)進一步的數據分(fen)析處理。

(5)狀态與報警模塊(kuài)。

為了将程度不同(tong)的緊急狀況傳遞(di)給司機，系統根據(jù)檢測的⛹🏻‍♀️參數性質(zhi)采用三級報警的(de)方法。

①第一級(jí)報警：通過裝置上(shàng)相應的二極管發(fā)光實現。它隻🍓是提(ti)醒司機注意，在這(zhè)種情況下機器還(hái)能工作一段時間(jiān)，如🔅燃油液位超過(guo)低限等。

②第二(er)級報警：通過總報(bào)警燈和故障項發(fā)光二極管同✊時發(fa)光報警。這種報警(jǐng)要求司機密切關(guān)注故障的發展，但(dan)不需要立即關機(ji)。這類故障多屬高(gao)溫問題，如液壓系(xi)統油溫過高、發動(dong)機溫度過高等。

③第三級報警：通(tong)過報警喇叭、總報(bào)警燈和故障項發(fa)光二🙇🏻極管同時動(dong)作來報警。第三級(ji)報警内容包括發(fa)動機油壓過低、液(ye)🤟壓油👌位過低、無冷(leng)卻液等。對第三級(ji)報警，司機應立即(ji)關機檢查并修💚理(li)。

數控卷闆機系統(tǒng)軟件要求如下：

軟(ruan)件結構清晰、簡潔(jie)，流程合理。各功能(neng)實現模塊化、子程(chéng)序😄化，這樣既便于(yu)調試，又便于移植(zhi)和修改。具有自診(zhěn)斷🔴功能，在系統工(gōng)作前先運行自診(zhen)斷程序。采用軟件(jiàn)抗幹擾措施，提高(gāo)系統的可🐕靠性。

所示為A/D采(cai)樣模塊流程，如圖(tú)2所示為檢測(cè)參數模塊流程。

3．故障診斷(duàn)系統

提取下(xià)位機各檢測項的(de)數據，進行曲線繪(hui)制和趨勢分析，同(tong)💛時對時域信号進(jin)行FFT變換，利用(yong)頻譜分析的方法(fǎ)，對液壓卷闆機系(xi)統進😍行故障🤞檢測(ce)💃和診斷。

系統收集(jí)、整理液壓卷闆機(jī)的故障知識，構建(jian)完整的故障知識(shí)庫，将專家知識、檢(jian)測系統傳來的信(xìn)息以及🐇人機交互(hu)的信息進⭐行融合(he)分析，通過一定的(de)推理機制進行故(gù)障定位，并提🐪出維(wei)修方案。　　　　

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