數控卷闆(pan)機的狀态監測(ce)與故障診斷系(xi)統是一個集信(xìn)号采集、工💋況分(fen)析、狀态顯示以(yi)及故障診斷于(yu)一體的多任務(wù)信息處理系統(tong)。為了解決狀态(tai)監測和故障診(zhen)斷🙇🏻中多任務與(yu)實時性的⭐矛盾(dun)，整個系統♈由狀(zhuàng)态監測💜與故障(zhàng)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(ji)狀态實🈲時監測(cè)功能，後一個子(zǐ)系🈲統完成數控(kòng)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(shù)控卷闆機上、下(xià)位機組成的系(xi)統。

這類系統往(wang)往由機上和機(ji)下兩部分組成(chéng)，安裝于卷闆機(jī)上✉️的部分進行(háng)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(zhi)室。當需要對卷(juàn)闆機上的部分(fen)進行檢查時，插(cha)人手持式終端(duan)，讀取現場采集(jí)的全部工況㊙️數(shu)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(zhěn)斷計算機中，就(jiu)可以診斷液壓(yā)系🧑🏾‍🤝‍🧑🏼統、動力系統(tǒng)、機構和裝置系(xì)統、附屬系統等(děng)各部分的故障(zhang)，同時也能診斷(duàn)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(zhěn)斷計算機終👌端(duān)，節省費用✍️，也便(bian)于💁維護、備件管(guǎn)理及打🏃‍♂️印報表(biǎo)等。

(2)數控卷(juàn)闆機随機安裝(zhuāng)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(xì)統的參數變化(hua)，部分關鍵參數(shu)用曲線實時跟(gen)蹤指示；還能利(li)用經驗知識，綜(zong)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(yè)量統計。這類系(xì)統通常具有黑(hēi)匣子的❓功能，即(jí)記錄故障過去(qù)的發展狀況，便(biàn)于區别是機器(qì)本身的故障還(hái)是操作人員違(wéi)反操作規程引(yǐn)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(mu)前大多數液壓(ya)卷闆機狀态監(jian)測與故障診斷(duàn)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(duan)☀️的實現受制于(yu)被診斷系統的(de)構造、運行方式(shì)和工作場所等(deng)多方面因素，因(yin)此本系統🐆結構(gòu)采用第一種形(xíng)💔式，完成液壓卷(juàn)闆機運行狀态(tài)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(shu)量有限。

數控卷(juàn)闆機系統模型(xíng)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(qie)存在着不☎️穩定(dìng)因素，所以本系(xì)統工作環境惡(e)劣。為完成預定(dìng)功能，系🔞統對🆚參(can)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(wei)機隻要采用高(gāo)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(neng)滿足系統實時(shí)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(tōng)信，由下位機保(bao)存液壓卷闆機(jī)約4h的工況(kuàng)數據，然後插入(rù)掌上電腦讀取(qu)該數據，再傳送(song)給上位💛機。系統(tǒng)的模型如圖1所示。

數控卷(juàn)闆機狀态監測(cè)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(wéi)監測對象，選取(qǔ)發動機轉速、燃(rán)油油位💔、機油壓(yā)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(shuǐ)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(su)度開關共14項參數為檢測(ce)項目，通過對這(zhe)些參數的自動(dong)監測和㊙️工況分(fèn)析，為液壓卷闆(pan)機的運行狀态(tài)趨勢分析⚽和故(gu)障診斷打下基(jī)礎。系統的主要(yào)功能如下。

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

(2)數據(ju)處理和存儲功(gong)能。自動進行采(cai)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(jian)存儲起來供二(èr)次處理使用。

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

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

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

(6)通信功能。通過(guo)RS一232串(chuan)口向上位機傳(chuán)送所采集的數(shù)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(xiàng)應的檢測程序(xù)，擴充帶掉電保(bao)🤟護的64K RAM用于(yu)存儲液壓卷闆(pǎn)機的4h工況(kuang)數據。系統的結(jié)構如圖5—58所示。

系統測(ce)試原理如下：将(jiāng)傳感器檢測到(dao)的發動機轉速(sù)、發動機油壓、冷(lěng)卻液溫度、液壓(ya)油油位、行走速(sù)度開關等參數(shu)值🍓送人微機☂️，進(jin)行分析計算，并(bing)将實測值與内(nèi)置的标‼️準值比(bǐ)較，判斷液壓卷(juan)闆機運行狀态(tài)是否良🐇好；對異(yì)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(bào)警；同時将相關(guan)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(da)印輸出。

2.數(shù)控卷闆機狀态(tai)監測系統結構(gou)

系統硬件設計(ji)

系統硬件(jian)按功能的不同(tóng)劃分為主處理(li)器模塊、信👅号處(chu)理模塊、電源模(mó)塊、通信模塊、狀(zhuang)态與報警模塊(kuai)5個部分。

主(zhu)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(shù)據。該模塊由EPROM、RAM、I/O、掉(diào)電保護以及液(ye)晶顯示驅動組(zu)成。

信号處理模(mo)塊。

①輸入信(xìn)号處理電路。輸(shū)入信号處理電(diàn)路是微處理器(qì)與外界聯系的(de)通道。輸入信号(hào)處理電路的第(di)一部分用于接(jiē)收數字信号，數(shù)字信号來自啟(qǐ)動開關等；輸入(ru)信号處理電路(lu)的第二部分用(yong)于接收和轉換(huan)各種傳感器輸(shū)入的模拟信号(hào)；輸入信号處理(li)電路的第三部(bù)分用于與其他(ta)計算機控制系(xì)統進行通信聯(lián)系，信号形式為(wei)脈沖數字信号(hào)；輸入信号處理(li)電路的第四部(bu)分用于接收診(zhěn)斷觸發信号，也(yě)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(ni)信号轉換為數(shu)字信号後輸入(rù)微處理器。模拟(nǐ)信号輸人通道(dào)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(zhì)包括标度變換(huàn)、電平轉換✂️和信(xìn)号濾波等。

在本監測系統(tǒng)中，發動機試驗(yàn)過程中的機油(you)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(jìn)行采集；反映溫(wēn)度量的熱電阻(zǔ)信号經🏃🏻過熱電(dian)阻調理闆後，再(zai)經隔離放大闆(pǎn)，送到A/D闆的(de)輸入端進行數(shù)據采集。系統采(cai)用的A/D和D/A都為12bit，因(yin)此系統的檢測(cè)、控制精度均能(néng)滿足試驗的要(yào)求。對💰于⭕發動機(ji)的轉速，不能由(you)A/D轉換直接(jiē)得到。霍爾傳感(gǎn)器測得的轉速(su)信号經隔離整(zheng)形後接🈲到單片(piàn)機的輸入端ISl，利用外部脈(mò)沖計數中斷來(lai)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(néng)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(kang)幹擾等處理。隻(zhi)有👈将輸入的數(shu)字信号轉換為(wei)TTL電平，才能(néng)被微處理器接(jie)收。

②輸出信(xìn)号處理電路。

該(gāi)電路的作用是(shì)在微處理器和(hé)顯示器以及報(bào)警電路之間建(jiàn)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(ci)輸出信号處理(li)電路為數字信(xìn)号輸出通道。數(shù)字信号輸出通(tong)道的作用是将(jiāng)微處理器産生(shēng)的數字控制信(xin)号傳輸給數字(zì)信号控制的報(bao)警電路。

(3)電源模塊。

系(xì)統各種傳感器(qi)、信号處理電路(lu)、單片機主機及(jí)外圍芯片、通信(xin)電路等都需要(yào)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(tong)電源模塊的要(yao)求為：處于惡劣(liè)環境中仍能正(zheng)常工作，能适應(yīng)較寬的供電電(diàn)壓變化範圍，能(néng)防止從電源地(dì)線引入🔞的幹擾(rao)，采用高可靠性(xing)元件，功率及電(dian)壓裕度也較大(dà)。

(4)通信(xin)模塊。

使用(yong)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(ji)之🤞間的🔅通信，主(zhǔ)機給下位機發(fā)送指令，下位機(ji)給主機發送監(jiān)測數據。該模塊(kuài)傳送的信息包(bāo)括：

①命令信(xìn)息，上位機的控(kòng)制指令發送到(dào)下位機；

②數(shu)據信息，單片下(xià)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(hang)監控和進一步(bu)的數據分析處(chu)理。

(5)狀(zhuàng)态與報警模塊(kuai)。

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(jí)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(ji)注意，在這種情(qing)況下機器還能(néng)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(tōng)過總報警燈和(he)故障項發光二(èr)極管同時發光(guāng)報警。這種報警(jǐng)要求司機密切(qie)關注故障的發(fā)展，但不需🛀🏻要立(lì)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(dong)📧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(he)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(guò)低、液壓油位過(guo)低、無冷卻液等(děng)。對第三級報警(jǐng)，司機應立即關(guān)機檢查并修理(li)。

數控卷闆機系(xi)統軟件要求如(rú)下：

軟件結構清(qing)晰、簡潔，流程合(he)理。各功能實現(xian)模塊化、子程序(xu)化，這樣既便于(yu)調試，又便于移(yi)植和修改。具有(you)自診斷功能，在(zai)系統工作前先(xiān)運行自診斷程(cheng)序。采用軟件抗(kang)幹擾措施，提高(gao)系💚統的可靠性(xing)。

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

3．故障診斷(duan)系統

提取(qu)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(gu)障檢測和診斷(duàn)。

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(chuán)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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