數控(kong)卷闆機(ji)的狀态(tai)監測與(yu)故障診(zhen)斷系統(tong)是一個(ge)集信号(hao)采集、工(gong)況😘分💞析(xi)👩🏽‍🐰‍👩🏿、狀态顯(xian)示以及(ji)故障診(zhen)斷于一(yi)體的多(duo)任務信(xin)息處💁🏼‍♀️理(li)系統。為(wei)了解決(jue)狀态監(jian)測和故(gu)障診斷(duan)中多任(ren)務與實(shi)時性的(de)矛盾，整(zheng)個系統(tong)由狀态(tai)監測與(yu)故障診(zhen)斷兩個(ge)子👹系統(tong)組成🔞，其(qi)中前一(yi)個子系(xi)統完成(cheng)數控卷(juan)闆機狀(zhuang)态實時(shi)監測功(gong)能，後一(yi)個子系(xi)統完成(cheng)數控🏃🏻‍♀️卷(juan)闆機故(gu)障診斷(duan)功能。

系(xi)統結構(gou)的實現(xian)有兩種(zhong)形式。

(1)數控(kong)卷闆機(ji)上、下位(wei)機組成(cheng)的系統(tong)。

這類系(xi)統往往(wang)由機上(shang)和機下(xia)兩部分(fen)組成，安(an)裝于卷(juan)闆機上(shang)的部分(fen)進行工(gong)況監測(ce)、數據記(ji)錄和狀(zhuang)态顯示(shi)，而診斷(duan)計算機(ji)則置于(yu)控制室(shi)。當需要(yao)對卷闆(pan)機上的(de)👩🏿‍❤️‍💋‍👨🏽部分進(jin)🙂‍↕️行檢查(cha)😈時，插人(ren)手持式(shi)✍🏻終端，讀(du)取現場(chang)采集的(de)全部工(gong)況數據(ju)并存儲(chu)；然後取(qu)🤶🏾下手持(chi)式👽終端(duan)，在控制(zhi)😮‍💨室中将(jiang)數據輸(shu)入診斷(duan)計算機(ji)中，就可(ke)以診斷(duan)液壓ˇ系(xi)統、動力(li)系統、機(ji)構和裝(zhuang)置系統(tong)、附屬系(xi)統等各(ge)⛹🏻‍♂️部分的(de)👨🏻‍🏭故障，同(tong)時也能(neng)診🧎🏻‍♀️‍➡️斷自(zi)身的故(gu)障💯。采用(yong)這種方(fang)式可以(yi)讓多台(tai)卷闆機(ji)共享一(yi)套診斷(duan)計算機(ji)終☠️端，節(jie)省費用(yong)，也便于(yu)維護、備(bei)件管理(li)及打印(yin)報表等(deng)。

(2)數(shu)控卷闆(pan)機随機(ji)安裝的(de)系統。

這(zhe)類系統(tong)采用彩(cai)色液晶(jing)顯示器(qi)，能動态(tai)反映主(zhu)機系統(tong)的🏃🏻‍♀️參數(shu)變化，部(bu)分關鍵(jian)參數用(yong)曲線實(shi)時跟蹤(zong)指示；還(hai)能利用(yong)經驗知(zhi)識，綜合(he)利用實(shi)時數據(ju)，進行故(gu)障的推(tui)理，從而(er)找出故(gu)障點。有(you)的還可(ke)以進行(hang)作業量(liang)統計。這(zhe)類系統(tong)通常具(ju)有黑匣(xia)子的功(gong)能，即記(ji)錄故障(zhang)過去的(de)發展狀(zhuang)況，便于(yu)區别是(shi)機器本(ben)身的👩🏼‍❤️‍👨🏾故(gu)障還是(shi)操作人(ren)員違反(fan)操作🙆🏿規(gui)程引起(qi)的損⛹🏻‍♂️壞(huai)，并對不(bu)合理的(de)操作予(yu)以提示(shi)。

上述兩(liang)種形式(shi)是目前(qian)大多數(shu)液壓卷(juan)闆機狀(zhuang)态監測(ce)與故障(zhang)診斷系(xi)統所采(cai)用的，但(dan)國内成(cheng)功的應(ying)用實例(li)仍然🧜🏼‍♂️很(hen)少。在線(xian)診斷的(de)實現受(shou)制于被(bei)診斷系(xi)統的構(gou)造、運行(hang)方式和(he)工作場(chang)所等多(duo)方面因(yin)素，因此(ci)本系統(tong)結構采(cai)用第一(yi)種形式(shi)，完成液(ye)⛹🏻‍♀️壓卷闆(pan)機運行(hang)狀态的(de)在線監(jian)測和離(li)線故障(zhang)診斷功(gong)能，該形(xing)式的缺(que)點是信(xin)息數量(liang)有限。

數(shu)控卷闆(pan)機系統(tong)模型的(de)構建

液壓(ya)卷闆機(ji)工作時(shi)産生噪(zao)聲、振動(dong)、污染、高(gao)溫，且存(cun)在着不(bu)穩定因(yin)素，所以(yi)本系統(tong)工作環(huan)境惡劣(lie)。為完成(cheng)預🙂‍↔️定功(gong)能，系☠️統(tong)對參數(shu)采集精(jing)度、運行(hang)的穩定(ding)性🧑🏻‍❤️‍🧑🏼和可(ke)靠性等(deng)要求都(dou)較🧜🏼‍♀️高，但(dan)控制方(fang)面沒有(you)什麼要(yao)求。因此(ci)，下^位機(ji)隻要采(cai)用高性(xing)能的單(dan)片機，并(bing)配以相(xiang)應的數(shu)據處理(li)和抗幹(gan)^擾技術(shu)，就能😈滿(man)足系統(tong)實時性(xing)要求；上(shang)👹位機則(ze)采用普(pu)通的PC。上、下(xia)位機之(zhi)間采用(yong) RS一(yi)232串(chuan)口通信(xin)，由下位(wei)機保存(cun)液壓卷(juan)闆機約(yue)4h的(de)工況數(shu)據，然後(hou)插入掌(zhang)上電腦(nao)讀取該(gai)數據，再(zai)傳🙂‍↔️送給(gei)^上位機(ji)。系統的(de)模型如(ru)圖1所示。

數(shu)控卷闆(pan)機狀态(tai)監測系(xi)統

1.系統(tong)功能分(fen)析，液壓(ya)卷闆機(ji)狀态監(jian)測與故(gu)障診斷(duan)系👩🏽‍🐰‍👩🏿統模(mo)型

本系統(tong)以SWE4．2液(ye)壓卷闆(pan)機為監(jian)測對象(xiang)，選取發(fa)動機轉(zhuan)速、燃油(you)油位、機(ji)👋油壓~力(li)、主泵1和2的壓(ya)力、液壓(ya)油溫度(du)、液壓油(you)油位、冷(leng)卻水溫(wen)度、冷卻(que)水水位(wei)、濾😮‍💨清🧑🏽‍🎄器(qi)差壓、空(kong)濾器負(fu)壓、蓄電(dian)池電壓(ya)、啟動開(kai)關和行(hang)🧎🏻‍♀️‍➡️走速度(du)開關共(gong)14項(xiang)參數為(wei)檢測項(xiang)目，通過(guo)對這些(xie)參數的(de)自動監(jian)測和工(gong)況😗分析(xi)，為液壓(ya)卷闆機(ji)的運行(hang)狀态趨(qu)勢分析(xi)🙉和故障(zhang)診斷打(da)下基礎(chu)。系統的(de)主要功(gong)能如下(xia)。

(1)數據(ju)采集功(gong)能。自動(dong)采集液(ye)壓卷闆(pan)機14項運行(hang)工況參(can)數，包括(kuo)發動機(ji)轉速、燃(ran)油油位(wei)、機油壓(ya)力等。

(2)數據處(chu)理和存(cun)儲功能(neng)。自動進(jin)行采集(ji)數據的(de)處理，包(bao)括清除(chu)👽誤差、曲(qu)線拟合(he)等，并生(sheng)成數據(ju)文件存(cun)儲起來(lai)供二次(ci)處理使(shi)用。

(3)顯(xian)示功能(neng)。通過液(ye)晶顯示(shi)器顯示(shi)當前的(de)運行狀(zhuang)态。

(4)報(bao)警功能(neng)。設備故(gu)障或運(yun)行參數(shu)超限時(shi)均能發(fa)出報✋警(jing)，可💌根據(ju)異常情(qing)況的嚴(yan)重程度(du)進行三(san)級報警(jing)♌️，并記👩🏽‍🐰‍👩🏿錄(lu)報警信(xin)息。

(5)曲(qu)線繪制(zhi)和打印(yin)功能。能(neng)夠自動(dong)繪制特(te)性曲線(xian)，并做出(chu)♌️趨勢分(fen)🏊🏿‍♀️析。

(6)通(tong)信功能(neng)。通過RS一232串口(kou)向上位(wei)機傳送(song)所采集(ji)的數據(ju)信息。

系統(tong)單片機(ji)選用ATMEL89C51，同時(shi)擴充64K EPROM用于(yu)存儲報(bao)警限值(zhi)和相應(ying)的檢測(ce)程序，擴(kuo)充帶掉(diao)電保護(hu)的64K RAM用于存(cun)儲液壓(ya)卷闆機(ji)的4h工況數(shu)據。系統(tong)的結構(gou)如圖5—58所示。

系(xi)統測試(shi)原理如(ru)下：将傳(chuan)感器檢(jian)測到的(de)發動機(ji)轉速、發(fa)動機油(you)壓、冷卻(que)液溫度(du)、液壓油(you)油位、行(hang)走速度(du)開關等(deng)參數值(zhi)送人微(wei)機，進行(hang)分析計(ji)算，并将(jiang)實測值(zhi)與内置(zhi)的标準(zhun)值比較(jiao)，判斷✋液(ye)壓卷闆(pan)機運行(hang)狀🧑🏽‍🎄态是(shi)否良好(hao)；對異常(chang)征兆用(yong)發光二(er)極管、閃(shan)光報警(jing)燈和報(bao)警喇叭(ba)進行三(san)級報警(jing)；同時将(jiang)😺相關數(shu)值保💔存(cun)下來，傳(chuan)送到上(shang)位機進(jin)行曲線(xian)繪制、趨(qu)勢分析(xi)和打印(yin)輸出。

2.數控(kong)卷闆機(ji)狀态監(jian)測系統(tong)結構

系(xi)統硬件(jian)設計

系統(tong)硬件按(an)功能的(de)不同劃(hua)分為主(zhu)處理器(qi)模塊、信(xin)号😜處理(li)模塊、電(dian)源模塊(kuai)、通信模(mo)塊、狀态(tai)與報警(jing)模塊5個部(bu)分。

主處(chu)理器模(mo)塊。

系統采(cai)用ATMEL89C51微處理(li)器，擴充(chong)帶掉電(dian)保護的(de)64K RAM用(yong)于存儲(chu)液壓卷(juan)闆機的(de)4h工(gong)況數據(ju)。該模塊(kuai)由EPROM、RAM、I/O、掉電(dian)保護以(yi)及液晶(jing)顯示驅(qu)動組成(cheng)。

信号處(chu)理模塊(kuai)。

①輸(shu)入信号(hao)處理電(dian)路。輸入(ru)信号處(chu)理電路(lu)是微處(chu)理器與(yu)外界聯(lian)系的通(tong)道。輸入(ru)信号處(chu)理電路(lu)的第一(yi)部分用(yong)于接收(shou)數字信(xin)号，數字(zi)信号來(lai)自啟動(dong)開關等(deng)；輸入信(xin)号處理(li)電路的(de)第二部(bu)分用于(yu)接收和(he)轉換各(ge)種傳感(gan)器輸入(ru)的模拟(ni)信号；輸(shu)入信号(hao)處理電(dian)路的第(di)三部分(fen)用于與(yu)其他計(ji)算機控(kong)制系統(tong)進行通(tong)信聯系(xi)，信号形(xing)式為脈(mo)沖數字(zi)信号；輸(shu)入信号(hao)處理電(dian)路的第(di)四部分(fen)用于接(jie)收診斷(duan)觸發信(xin)号，也是(shi)脈沖數(shu)字信号(hao)。其中，模(mo)拟信号(hao)輸入通(tong)道的任(ren)務是将(jiang)傳感器(qi)産生的(de)模拟信(xin)号轉換(huan)為數字(zi)信号後(hou)輸入微(wei)處理器(qi)。模拟信(xin)号輸人(ren)通道主(zhu)要由信(xin)号處理(li)裝置、多(duo)路選擇(ze)開關、采(cai)樣保持(chi)器和模(mo)數(A/D)轉換器(qi)組成。信(xin)号處理(li)裝置包(bao)括标度(du)變換、電(dian)平轉換(huan)和信号(hao)濾👨‍🦰波等(deng)。

在(zai)本監測(ce)系統中(zhong)，發動機(ji)試驗過(guo)程中的(de)機油壓(ya)力經轉(zhuan)換成🤑電(dian)壓信号(hao)并放大(da)後，送入(ru)A/D闆(pan)的輸入(ru)端進行(hang)采集；反(fan)映溫度(du)量的熱(re)電阻信(xin)号👯🏾‍♂️經🧛🏽過(guo)熱電阻(zu)調理闆(pan)後，再經(jing)隔離放(fang)大闆，送(song)到A/D闆的輸(shu)入端進(jin)行數據(ju)采集。系(xi)統采用(yong)的A/D和D/A都為12bit，因此(ci)系統的(de)檢測、控(kong)制精度(du)均能滿(man)足試驗(yan)的要求(qiu)😜。對于發(fa)動機的(de)轉速，不(bu)能由A/D轉換(huan)直接得(de)到。霍爾(er)傳感器(qi)測得的(de)轉速信(xin)号經隔(ge)離整形(xing)👹後接到(dao)單片機(ji)的輸入(ru)端ISl，利用外(wai)部脈沖(chong)計數中(zhong)斷來計(ji)算發動(dong)機的轉(zhuan)速。 盡管(guan)監測系(xi)統中的(de)啟動開(kai)關信号(hao)是數字(zi)信号，但(dan)是這些(xie)信号并(bing)不能直(zhi)😸接由🙈微(wei)處理器(qi)進行處(chu)理，還需(xu)要數字(zi)信号輸(shu)入通道(dao)進行電(dian)平轉換(huan)和抗幹(gan)擾等處(chu)理。隻有(you)将輸入(ru)的數字(zi)信号👧🏾轉(zhuan)換為TTL電平(ping)，才能被(bei)微處理(li)器接收(shou)。

②輸(shu)出信号(hao)處理電(dian)路。

該電(dian)路的作(zuo)用是在(zai)微處理(li)器和顯(xian)示器以(yi)及報警(jing)電路之(zhi)間建立(li)聯系。由(you)于微處(chu)理器産(chan)生的控(kong)制信号(hao)都是數(shu)字信号(hao)，因此輸(shu)出信号(hao)處理電(dian)路為數(shu)字信号(hao)輸出通(tong)道。數字(zi)信号輸(shu)出通道(dao)的作用(yong)是将微(wei)處理器(qi)産生的(de)數字控(kong)制信号(hao)傳輸給(gei)數字信(xin)号控制(zhi)的報警(jing)電路。

(3)電源模(mo)塊。

系統(tong)各種傳(chuan)感器、信(xin)号處理(li)電路、單(dan)片機主(zhu)機及外(wai)圍芯🧜🏼‍♀️片(pian)、通信電(dian)路等都(dou)需要合(he)适的電(dian)源才能(neng)正常工(gong)作，它們(men)所需電(dian)壓并不(bu)相同。對(dui)系統電(dian)源模塊(kuai)的要求(qiu)為😺：處于(yu)惡劣環(huan)境中仍(reng)能😈正常(chang)工作，能(neng)适應較(jiao)寬的供(gong)電電壓(ya)變化範(fan)圍，能防(fang)止從電(dian)源地線(xian)引入的(de)幹擾，采(cai)用高可(ke)靠性元(yuan)件，功率(lü)及電壓(ya)裕度也(ye)較👨‍🦰大。

(4)通信模(mo)塊。

使用RS一232串口(kou)通信。該(gai)模塊的(de)功能是(shi)處理主(zhu)機和單(dan)片機之(zhi)間的通(tong)信✍🏻，主機(ji)給下位(wei)機發送(song)指令，下(xia)位機給(gei)主機發(fa)送監測(ce)數據。該(gai)模塊傳(chuan)送的信(xin)息包括(kuo)：

①命(ming)令信息(xi)，上位機(ji)的控制(zhi)指令發(fa)送到下(xia)位機；

②數據(ju)信息，單(dan)片下位(wei)機檢測(ce)到的狀(zhuang)态信息(xi)發送到(dao)上位PC中，以(yi)便主機(ji)進行監(jian)控和進(jin)一步的(de)數據分(fen)析處理(li)。

(5)狀态(tai)與報警(jing)模塊。

為(wei)了将程(cheng)度不同(tong)的緊急(ji)狀況傳(chuan)遞給司(si)機，系統(tong)根據檢(jian)測👽的👽參(can)😁數性質(zhi)采用三(san)級報警(jing)的方法(fa)。

①第(di)一級報(bao)警：通過(guo)裝置上(shang)相應的(de)二極管(guan)發光實(shi)現🚶🏾‍♀️‍➡️。它隻(zhi)是提醒(xing)~司機注(zhu)意，在這(zhe)種情況(kuang)下機器(qi)還能工(gong)作一段(duan)時間，如(ru)燃油🧛🏽液(ye)位超過(guo)低限等(deng)。

②第(di)二級報(bao)警：通過(guo)總報警(jing)燈和故(gu)障項發(fa)光二極(ji)管同👹時(shi)發光報(bao)警。這種(zhong)報警要(yao)求司機(ji)密切關(guan)注故障(zhang)的發展(zhan)，但不需(xu)😸要立即(ji)關機。這(zhe)類故障(zhang)多屬高(gao)溫問題(ti)，如液壓(ya)系統油(you)溫過😮‍💨高(gao)、發動機(ji)溫度過(guo)高等。

③第三(san)級報警(jing)：通過報(bao)警喇叭(ba)、總報警(jing)燈和故(gu)障項發(fa)光二極(ji)管同時(shi)動作來(lai)報警。第(di)三級報(bao)警内容(rong)包括發(fa)動機油(you)壓過低(di)、液壓油(you)位過低(di)、無冷卻(que)液等。對(dui)第🧛🏾‍♀️三級(ji)報警，司(si)機應立(li)即關機(ji)檢查并(bing)修理。

數(shu)控卷闆(pan)機系統(tong)軟件要(yao)求如下(xia)：

軟件結(jie)構清晰(xi)、簡潔，流(liu)程合理(li)。各功能(neng)實現模(mo)塊化、子(zi)程序化(hua)，這樣既(ji)便于調(diao)試，又便(bian)于移植(zhi)和修改(gai)。具有自(zi)😁診斷功(gong)能，在系(xi)統工作(zuo)前先運(yun)行自診(zhen)斷程序(xu)。采用軟(ruan)🔞件抗幹(gan)擾措施(shi)，提高系(xi)統的可(ke)靠性。

所示(shi)為A/D采樣模(mo)塊流程(cheng)，如圖2所示(shi)為檢測(ce)參數模(mo)塊流程(cheng)。

3．故障(zhang)診斷系(xi)統

提取下(xia)位機各(ge)檢測項(xiang)的數據(ju)，進行曲(qu)線繪制(zhi)和趨勢(shi)分析，同(tong)時對時(shi)域信号(hao)進行FFT變換(huan)，利用頻(pin)譜分析(xi)的方法(fa)，對液壓(ya)卷闆機(ji)系統進(jin)行故障(zhang)檢😁測和(he)診斷。

系(xi)統收集(ji)、整理液(ye)壓卷闆(pan)機的故(gu)障知識(shi)，構建完(wan)整的故(gu)障知識(shi)🙂‍↕️庫，将專(zhuan)家知識(shi)、檢測系(xi)統傳來(lai)的信息(xi)以及人(ren)機交互(hu)的信息(xi)進行融(rong)合分析(xi)，通過一(yi)定的推(tui)理機制(zhi)進行故(gu)障定位(wei)，并提出(chu)維修方(fang)案。　　　　

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