數(shù)控卷闆(pǎn)機的狀态監測與故障(zhàng)診(zhěn)斷系統是一個集信号采集、工(gōng)況分析、狀态顯(xiǎn)示以及故障診斷于(yú)一(yī)體的多任務信息處理系統。為了(le)解決狀态監測和故(gù)障診(zhěn)斷(duàn)中多任務與實時性的矛盾，整個(gè)系統由狀态監測與故障診斷兩個子系統組成，其中前一個子(zǐ)系(xì)統完成數控卷闆機狀态實時監測(cè)功能，後一個子(zǐ)系統完成數控(kòng)卷闆機故(gù)障診斷功能。

系統結構的實現有兩種形式。

(1)數控卷闆機上、下位機組成的系(xì)統。

這類系統往往由機上(shàng)和機下兩部分組成，安裝于卷闆機上的部分進行工況監(jiān)測、數據記錄和狀(zhuàng)态顯示，而(ér)診斷計算機則置于控制室(shì)。當需要對卷闆機上的部分(fèn)進行檢查(chá)時，插人手持式終端，讀取現場采集(jí)的全部工況數據(jù)并存儲(chǔ)；然後取下(xià)手持式終端，在控(kòng)制室中将(jiāng)數據輸入診斷計算機(jī)中，就可以診斷液壓系統、動力系統(tǒng)、機(jī)構和裝置系統、附(fù)屬系統等各部(bù)分的故障，同時(shí)也能(néng)診斷自身的(de)故(gù)障(zhàng)。采用這種(zhǒng)方式可以讓多台(tái)卷闆機(jī)共(gòng)享一套診斷計(jì)算機(jī)終端，節省(shěng)費用，也便于維護、備件管理(lǐ)及(jí)打印報表等。

(2)數(shù)控卷(juàn)闆(pǎn)機随機安裝的(de)系(xì)統。

這類系統采用彩色液晶顯示器，能動态(tài)反映主機系統的參數變(biàn)化，部分關鍵參數(shù)用(yòng)曲線實時跟蹤指示；還能利用經驗知(zhī)識，綜合利用(yòng)實時數(shù)據，進行故(gù)障的推理，從而找出(chū)故障點。有的還(hái)可以進行作業量統(tǒng)計。這(zhè)類系統通常具有黑匣子的功(gōng)能，即記錄故障過去的發展狀況，便于區别是機器(qì)本身的故(gù)障還是操作人員違反操作規程引起的損壞(huài)，并對不合理的(de)操作予以提示。

上述兩種形式是目前大(dà)多數液壓卷(juàn)闆機狀(zhuàng)态監測與故障診斷系統所采(cǎi)用的，但國内成功的(de)應用實例仍然很少。在線診(zhěn)斷的實現受制于被診斷系統的(de)構造、運行方式和工(gōng)作(zuò)場所等多方面因(yīn)素，因此本系統結構采用(yòng)第一(yī)種形(xíng)式，完成液壓卷(juàn)闆機運行狀态的在線監(jiān)測和離線故障診斷功能(néng)，該形式的缺點是信(xìn)息數量有限。

數控卷闆機系統模型的構(gòu)建

液壓卷闆機工作時産生噪聲、振動、污染、高溫，且存在着不穩(wěn)定因(yīn)素，所以本系統工作環(huán)境惡劣。為完成預定功能(néng)，系統對參數采集精度、運行的穩定(dìng)性和可(kě)靠性等要求都較高，但控制方面沒有(yǒu)什麼要求。因此，下位機隻要采用高性能(néng)的單片機，并配以相(xiàng)應的數據處理和抗幹擾技術，就能滿足系統實時性要求；上位機則采(cǎi)用普通的PC。上、下(xià)位機之間采用 RS一232串口通信(xìn)，由下位機保存液壓卷闆機約4h的工況數據(jù)，然後(hòu)插入掌上電腦讀取該數據，再傳送給(gěi)上(shàng)位機。系統的模型如圖1所示。

數控卷闆(pǎn)機狀态監測系統

1.系統功能分析，液壓(yā)卷(juàn)闆機(jī)狀态監測與故障診斷(duàn)系統模型

本系統以SWE4．2液壓卷闆機為監測(cè)對象，選取發動機轉速、燃油油位、機(jī)油壓力、主泵1和2的壓力、液壓油溫度、液(yè)壓油油位、冷卻水溫度(dù)、冷卻水水位、濾清器差壓(yā)、空濾器負壓、蓄電池電壓、啟動開關和行走速(sù)度開關共14項(xiàng)參數為檢測項目，通過對這(zhè)些參數的自動監測和工況分析，為液壓卷闆機的(de)運行狀态(tài)趨勢分析和故(gù)障診斷打(dǎ)下基礎。系統的主要功能如(rú)下。

(1)數據(jù)采集功能。自動采集液壓卷闆機14項運行工況參數，包括發動機轉速、燃油油位、機油壓(yā)力等。

(2)數據處理和存儲功能。自動進(jìn)行采集數據的處理，包括清除(chú)誤差、曲線(xiàn)拟合等，并生成數據(jù)文件存儲起來供二次處理使用(yòng)。

(3)顯示功(gōng)能。通過液晶顯示器顯示當前的運行狀态。

(4)報警功能。設備故(gù)障或運行參數超限時(shí)均能發(fā)出報(bào)警，可根據異常(cháng)情況的嚴重程度進行三級報警，并記錄報警信息。

(5)曲線繪制和打印功(gōng)能(néng)。能夠自(zì)動繪制特性曲線，并(bìng)做出趨勢分析(xī)。

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

系統(tǒng)單片機(jī)選用ATMEL89C51，同時擴充64K EPROM用于存儲報警(jǐng)限值和相應的(de)檢測(cè)程序，擴充帶掉電保(bǎo)護的64K RAM用于存儲液壓卷闆(pǎn)機的4h工況數據。系(xì)統的(de)結構如圖5—58所示。

系(xì)統測試原理如下：将(jiāng)傳感器檢測到的發動機轉速、發動(dòng)機油壓、冷卻液(yè)溫度(dù)、液壓油油位、行走速度開關等參數值送人微機，進(jìn)行分析計(jì)算，并将實測值與内置的标準值比較，判(pàn)斷液壓卷闆機運行(háng)狀态是否良好；對異常(cháng)征(zhēng)兆用發光二極管、閃(shǎn)光報警燈和報警喇叭進(jìn)行三級報警；同時将相關數值保存(cún)下來，傳送到上(shàng)位機進行曲線繪制、趨勢分析和打印輸(shū)出。

2.數控卷闆機狀态監測系統結構

系統硬件設計

系統硬件按功能的不同(tóng)劃分為主處理器(qì)模塊、信号(hào)處理模塊、電源模塊、通信模(mó)塊、狀态與報警模塊5個部分。

主處理器模塊。

系統采(cǎi)用(yòng)ATMEL89C51微處理器，擴充帶掉電保護的64K RAM用于存儲液壓卷(juàn)闆機的4h工況數據。該模塊由EPROM、RAM、I/O、掉電保護以及液晶顯示驅動組(zǔ)成。

信号處理模塊(kuài)。

①輸(shū)入信号處理電路。輸入信号處理電(diàn)路是微處理器(qì)與外界聯系的通道。輸入信号處理電路的第(dì)一部分用(yòng)于接收數(shù)字信号，數字(zì)信号(hào)來(lái)自啟動開關等；輸入信号處理電路的第二部分用于接收和轉換(huàn)各種傳感器輸入的模拟信号；輸入信号處理(lǐ)電路(lù)的第(dì)三部分(fèn)用于與其他(tā)計算機控制系統進行通信聯系(xì)，信号形式為脈沖數字信号；輸入信号處理電(diàn)路的第四部分(fèn)用于接收診斷觸發信号，也是脈沖數字信号。其中，模(mó)拟信号輸入通道的任(rèn)務是将傳感器産生的模拟信号轉換為數字信(xìn)号後輸入微處理器。模拟信号輸人通道主要由信号處理裝(zhuāng)置、多路選擇開關、采樣保持(chí)器和模數(A/D)轉換器組成。信号處理裝(zhuāng)置包括标度變換、電平轉換和信号濾(lǜ)波等。

在本監測(cè)系統中，發動機試驗過程中的(de)機油(yóu)壓力經轉換成電壓信号(hào)并放大後，送入A/D闆的輸入(rù)端進行采(cǎi)集；反映溫度(dù)量的熱電阻信号經過熱電阻調理闆後，再經隔離放大闆，送到A/D闆的輸入端進行數(shù)據(jù)采集。系統采用的(de)A/D和D/A都(dōu)為12bit，因此系統的檢測、控制精度(dù)均能滿足(zú)試驗的要求。對于發(fā)動機的轉速，不能由A/D轉換直接得到(dào)。霍爾傳感(gǎn)器(qì)測得的轉速(sù)信号經隔(gé)離整(zhěng)形後接到單片機的輸入端ISl，利用外部脈沖計數中斷來計算發動機的轉速。 盡管監測系統中的(de)啟動開(kāi)關信号是(shì)數(shù)字信号，但是這些信号并不能直接由微(wēi)處理器進(jìn)行處理，還需要數字信号輸入(rù)通道(dào)進行電平轉換和抗幹擾等處理。隻有(yǒu)将(jiāng)輸入的數字信(xìn)号轉(zhuǎn)換為TTL電(diàn)平，才能被微處(chù)理器接收。

②輸出信(xìn)号處(chù)理電路。

該電(diàn)路的作(zuò)用是(shì)在微處理器和顯示器以(yǐ)及報警電(diàn)路之間建立聯系。由于微處(chù)理器産生的控制(zhì)信号都(dōu)是數字(zì)信号，因此輸(shū)出信号(hào)處理電路為數字信(xìn)号輸出通(tōng)道。數字信号輸(shū)出通道的作用(yòng)是将微處理器産生的數字控制信号傳輸給數字信(xìn)号控制(zhì)的報警電路。

(3)電源模塊。

系統各種傳(chuán)感器、信号處理電路、單片機主機及外圍芯片、通信電(diàn)路等都需要合适的電源才能正常工作，它(tā)們所需電(diàn)壓(yā)并不(bú)相同。對系統電源模塊的要(yào)求為：處于惡劣環境中仍能正常工(gōng)作，能(néng)适應較寬的供(gòng)電電壓變化範圍，能防止從電源地線引入的幹擾(rǎo)，采用高可(kě)靠性元(yuán)件，功率及電壓裕度也較大。

(4)通信模塊。

使用RS一232串口通信。該模塊的功能是處理主(zhǔ)機和單(dān)片機之間的通信，主機給下位(wèi)機發送指令，下(xià)位機給主機發(fā)送監測數據。該模塊傳送(sòng)的信(xìn)息包括：

①命令信息，上位機(jī)的控制指令發送到下位機；

②數(shù)據信息，單片下位機檢測到的(de)狀态信息(xī)發送到上位PC中，以便(biàn)主機進行監控和進一步的數據分析處理。

(5)狀态與報警模塊。

為了将程(chéng)度不同的緊急狀況傳遞給司機(jī)，系統根據檢測的參數性質采用三(sān)級報警的方法。

①第一級報警：通過裝置上相應的二極管發光實現。它隻是(shì)提醒司機注意，在這種情況下機器還能工作一段時間(jiān)，如燃油液位超過低限等。

②第二級報(bào)警：通過總報警燈和故障項發(fā)光二極管(guǎn)同時發光報(bào)警。這種報警要求司機密切關注故障(zhàng)的發展，但不需要立即關機。這(zhè)類故障多屬高溫問題，如液壓系統油溫(wēn)過高、發動機溫度過高等。

③第三級報警：通過報(bào)警喇叭、總報(bào)警燈和故(gù)障項發光二極管同時(shí)動(dòng)作來報警。第(dì)三級報警内容包括發(fā)動機油壓過低、液(yè)壓油位過低、無冷卻液等。對第(dì)三級(jí)報警，司機應立即關機檢查并修理。

數控卷闆機系統軟件要(yào)求如下：

軟件結構清晰、簡潔(jié)，流程合理。各功能(néng)實現模(mó)塊化、子程序化，這樣既(jì)便于調試，又便于移(yí)植(zhí)和修改。具有自診(zhěn)斷功能，在系統工作前先運行自診斷程序。采用軟件抗幹擾措施，提高系統的可(kě)靠性。

所示(shì)為A/D采樣模(mó)塊流程，如圖2所示為檢測(cè)參數模塊流程。

3．故障(zhàng)診斷系統

提取下位機各檢測項(xiàng)的(de)數據，進行(háng)曲線繪制和趨勢分析，同時對時域信号(hào)進行(háng)FFT變換，利用頻譜分析的方法(fǎ)，對液壓卷闆機系(xì)統進行故障檢(jiǎn)測(cè)和診斷。

系統收集、整理液壓卷(juàn)闆機的故(gù)障知識(shí)，構建完整的故(gù)障知識庫，将專(zhuān)家知識、檢(jiǎn)測系統(tǒng)傳來(lái)的信息(xī)以及人機交互的信(xìn)息進行融合分析，通過(guò)一定的(de)推理機制進行故障定位，并提出維修方案。　　　　

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