數控卷闆(pǎn)機的狀态監測(cè)與故障診斷系(xi)統是一個集信(xin)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(tǒng)。為了解👉決狀态(tai)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(kòng)卷💃🏻闆機故障診(zhen)斷🔴功能。

系統結(jie)構的實現有兩(liǎng)種形式。

(1)數(shu)控卷闆機上、下(xià)位機組成的系(xì)統。

這類系統往(wǎng)往由機上和機(jī)下兩部分組成(cheng)，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(xiǎn)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(ji)的全部工況數(shu)據并存儲；然後(hòu)取下手持式終(zhong)端，在控制㊙️室中(zhōng)将數據輸入診(zhěn)斷計算機中，就(jiù)可以診斷液壓(yā)系統、動力系統(tǒng)、機構和裝置系(xi)統、附屬系統等(deng)各部分的故障(zhàng)，同🤞時也能診斷(duan)自身的故障🧑🏽‍🤝‍🧑🏻。采(cǎi)用這種方式可(ke)以🌈讓多台卷闆(pan)機共享一套診(zhěn)斷計算機終端(duan)，節省費用，也便(biàn)于維護、備件管(guan)理及打印報表(biao)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(ye)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(shù)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(shu)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(jí)記㊙️錄故障過去(qù)的發展狀況，便(bian)于區别是機器(qi)本身的⁉️故障還(hái)是操作人員違(wei)反操作規程引(yǐn)起的損壞，并對(duì)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(yā)卷闆機狀态監(jiān)㊙️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(ran)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(shi)和工作場所等(deng)多方面因素，因(yīn)❓此本系統結構(gou)采用第一種形(xing)式，完成液壓卷(juàn)闆機運行狀态(tai)的在線監測和(hé)離線故障診斷(duan)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(xing)的構建

液(yè)壓卷闆機工作(zuò)時産生噪聲、振(zhèn)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(è)劣。為完成預定(ding)功能，系統對📱參(cān)數采集精度、運(yun)行的穩定性和(hé)可靠性等要求(qiú)都較高，但控❤️制(zhì)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(kàng)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(jī)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(kuang)數據，然後插入(ru)掌上電腦讀取(qu)該數據，再傳送(song)給上位機。系統(tong)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(yu)故障診斷系統(tong)模型

本系(xi)統以SWE4．2液壓卷闆機為(wei)監測對象，選取(qǔ)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(shuǐ)位、濾清器差壓(ya)、空濾器負壓、蓄(xu)電池電壓、啟動(dong)開關和行走速(su)度開⭕關共14項參數為檢測(cè)項目，通過對這(zhe)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(ji)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(dong)機轉速、燃油油(yóu)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(li)，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(xian)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(xian)時均能發出報(bao)警，可根據異常(chang)情況的嚴重程(chéng)度進行三級報(bao)警，并記錄報警(jing)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(guo)RS一232串(chuàn)口向上位機傳(chuán)送所采集的數(shu)據信息。

系(xì)統單片機選用(yong)ATMEL89C51，同時擴充(chong)64K EPROM用于存儲(chu)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(kuàng)數據。系統的結(jie)構如圖5—58所示。

系統測(cè)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(ya)油油位、行走速(su)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(yi)常征兆用發光(guang)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(jī)進行曲線繪制(zhi)、趨勢分析和打(dǎ)印輸出。

2.數(shu)控卷闆機狀态(tai)監測系統結構(gou)

系統硬件設計(jì)

系統硬件(jiàn)按功能的不同(tong)劃分為主處理(li)器模塊、信号處(chù)理模✔️塊、電源模(mo)塊、通信模塊、狀(zhuang)态與報警模塊(kuài)5個部分。

主(zhǔ)處理器模塊。

系統采用ATMEL89C51微處理器，擴(kuo)充帶掉電保護(hu)的64K RAM用于存(cun)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(yè)晶顯示驅動組(zǔ)成。

信号處理模(mó)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(qì)與外界聯系的(de)通道。輸入信号(hao)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(yòng)于接收和轉換(huàn)各種傳感器輸(shu)入的模拟信号(hao)；輸入信号處理(lǐ)電路的第三部(bu)分用于與其他(tā)計算機控制系(xi)統進行通信聯(lián)系，信号形式為(wéi)脈沖數字信号(hao)；輸入信号處理(lǐ)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(xìn)号。其中，模拟信(xìn)号輸入通道的(de)任務是将傳感(gǎn)器産生的模拟(ni)信号轉換為數(shu)字信号後輸入(ru)微處理器。模拟(ni)信号輸人通道(dao)主要由信号處(chù)理裝置、多路選(xuan)擇開關、采樣保(bao)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(yan)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(zu)信号經過💃🏻熱電(diàn)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(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(neng)滿足試驗的要(yao)求。對于發動機(ji)的轉速，不能由(yóu)A/D轉換直接(jiē)得到。霍爾傳感(gan)器測得的轉速(sù)信号經隔離整(zhěng)形後接🏃‍♀️到單片(pian)機的輸入端ISl，利用外部脈(mo)沖計數中斷來(lái)計算發動機的(de)轉速。 盡管🌍監🤟測(cè)系💛統中的啟動(dong)開關信号是數(shù)字信号，但是這(zhe)些信号👄并不能(néng)直接由微處理(lǐ)器進行處理，還(hái)需要數字信号(hao)輸入通道🔴進行(hang)電平轉換✔️和抗(kàng)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(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(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(lǐ)電路為數字信(xin)号輸出通道。數(shù)字信号輸出通(tong)道的作用是将(jiang)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(xi)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(xìn)電路等都需要(yào)合适的電源才(cái)能正常工作，它(ta)們所需電壓并(bing)不相同。對系統(tǒng)電源模塊的要(yao)求為🙇🏻：處于惡劣(lie)環境🔆中仍能正(zhèng)常工👅作，能适應(yīng)較寬的供電電(dian)壓變化範圍，能(neng)防止從電源地(dì)線引入的幹擾(rǎo)，采用高可靠性(xìng)元件，功率及電(dian)壓裕度也較🈲大(da)。

(4)通信(xìn)模塊。

使用(yòng)RS一232串(chuan)口通信。該模塊(kuai)的功能是處理(li)主機和單片機(ji)之間的通信，主(zhu)機給下位機發(fa)送指令，下位機(ji)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(xìn)息，上位機的控(kong)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(sòng)到上位PC中(zhōng)，以便主機進行(hang)監控和進一步(bù)的數據分析處(chu)理。

(5)狀(zhuang)态與報警模塊(kuài)。

為了将程度不(bú)同的緊急狀況(kuàng)傳遞給司機，系(xi)統根據檢測的(de)🔴參數性質采用(yòng)三級報警的方(fāng)法。

①第一級(ji)報警：通過裝置(zhi)上相應的二極(jí)管發光實現㊙️。它(tā)隻是💚提醒司機(ji)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(chāo)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(qiē)關注故障的發(fa)展，但不需要立(lì)即關機。這類故(gu)障多屬高溫問(wen)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(la)叭、總報警燈和(hé)故障項發光二(èr)極管🛀🏻同時動作(zuò)來報警。第三級(ji)報警内容包括(kuò)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(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(ru)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(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(xian)運行自診斷程(chéng)序。采用軟🈲件抗(kàng)幹✔️擾措施，提高(gāo)系統的可⚽靠性(xing)。

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

3．故障診斷(duàn)系統

提取(qǔ)下位機各檢測(cè)項的數據，進行(háng)曲線繪制和趨(qū)🈲勢💔分析，同時對(dui)時域信号進行(hang)FFT變換，利用(yòng)頻譜分析的方(fang)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(lǐ)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(zhi)識、檢測系統傳(chuan)來的信息💜以及(ji)人機交互的信(xin)息進行融合分(fen)析，通過一定的(de)推理機制進行(háng)故障定🔴位，并提(ti)出維修方案。　　　　

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