數控(kòng)卷闆機(jī)的(de)狀态監測(cè)與故障診(zhěn)斷系統是(shì)一個(gè)集信(xìn)号采集、工(gōng)況分析、狀态顯(xiǎn)示以及故障診(zhěn)斷于一體(tǐ)的多(duō)任務信息處理(lǐ)系(xì)統(tǒng)。為了解決狀态(tài)監測和故(gù)障診(zhěn)斷(duàn)中(zhōng)多任務與實時性的(de)矛盾，整個系統由狀态監測與(yǔ)故障診斷兩個(gè)子系統組成，其中前(qián)一(yī)個子系統完成數控卷闆機狀态(tài)實時(shí)監測功(gōng)能，後一個子系(xì)統(tǒng)完成(chéng)數控卷(juàn)闆機故(gù)障診(zhěn)斷功(gōng)能。

系統結構(gòu)的實現(xiàn)有兩種形(xíng)式。

(1)數(shù)控卷闆機(jī)上、下(xià)位機組成(chéng)的系統。

這類系(xì)統往往由機上(shàng)和機(jī)下兩部分組成，安裝(zhuāng)于卷闆機(jī)上的部分(fèn)進行工況(kuàng)監測(cè)、數(shù)據記錄和狀(zhuàng)态顯示，而診斷(duàn)計算(suàn)機則置于(yú)控制室(shì)。當(dāng)需要對卷(juàn)闆機上的(de)部分進行(háng)檢查(chá)時，插人手持式(shì)終端(duān)，讀(dú)取(qǔ)現場(chǎng)采集(jí)的全部工況數(shù)據并存儲(chǔ)；然後取下手持(chí)式終端，在(zài)控制(zhì)室中将(jiāng)數據輸(shū)入診斷計(jì)算機中，就可以診斷液壓系(xì)統、動力(lì)系統、機構和裝(zhuāng)置系統、附(fù)屬系統等各部分的(de)故障，同時也能診斷(duàn)自身的故(gù)障。采用這(zhè)種方式可(kě)以讓多台卷闆機共享一(yī)套診(zhěn)斷計算機終端，節省(shěng)費用(yòng)，也便(biàn)于(yú)維護(hù)、備件管(guǎn)理及(jí)打印(yìn)報表等。

(2)數(shù)控卷(juàn)闆機(jī)随機(jī)安裝(zhuāng)的系統。

這(zhè)類系統(tǒng)采(cǎi)用彩(cǎi)色液晶顯(xiǎn)示器(qì)，能動态反映主(zhǔ)機系(xì)統的(de)參數(shù)變化(huà)，部分(fèn)關鍵(jiàn)參數用曲線(xiàn)實(shí)時跟蹤指(zhǐ)示；還(hái)能利用經(jīng)驗知(zhī)識，綜(zōng)合利(lì)用實(shí)時數(shù)據，進行故(gù)障的推(tuī)理，從而(ér)找出故障點。有(yǒu)的還可以進行作業(yè)量統計。這(zhè)類系統通常具(jù)有黑匣子(zǐ)的功(gōng)能，即記錄(lù)故障過去的發展狀(zhuàng)況，便于區(qū)别是(shì)機器本身的故(gù)障還是操作人(rén)員違反操作規(guī)程引起(qǐ)的損壞(huài)，并對(duì)不合理的(de)操作予(yǔ)以提示。

上述(shù)兩(liǎng)種形式(shì)是目前(qián)大多數(shù)液壓(yā)卷闆機狀(zhuàng)态監測與故障(zhàng)診斷(duàn)系統所采(cǎi)用的，但國(guó)内成功的(de)應用實例仍然很少。在線診斷(duàn)的實現受(shòu)制于被診斷系統的構造(zào)、運行(háng)方式(shì)和工(gōng)作場(chǎng)所等(děng)多方面因(yīn)素，因此本系統結構采(cǎi)用第一(yī)種形式，完(wán)成(chéng)液壓卷闆機(jī)運行(háng)狀态(tài)的(de)在(zài)線監測和離線故障(zhàng)診斷(duàn)功能(néng)，該形(xíng)式的缺(quē)點是信(xìn)息數量有限。

數(shù)控卷(juàn)闆機系統(tǒng)模型(xíng)的構建

液壓卷闆機(jī)工作時産(chǎn)生噪(zào)聲、振(zhèn)動、污染、高(gāo)溫，且存(cún)在着不穩定因素，所以(yǐ)本系統工(gōng)作環(huán)境惡(è)劣(liè)。為完成預定功(gōng)能(néng)，系統(tǒng)對參(cān)數采集精度、運行的(de)穩定(dìng)性和可靠(kào)性等(děng)要求都較(jiào)高，但控制(zhì)方面沒有(yǒu)什麼要(yào)求(qiú)。因此(cǐ)，下位(wèi)機隻(zhī)要采(cǎi)用高性(xìng)能的單(dān)片機，并配以相應的(de)數據處理(lǐ)和抗(kàng)幹擾(rǎo)技術(shù)，就能滿足系統(tǒng)實時性(xìng)要(yào)求；上(shàng)位機則(zé)采用普通的(de)pc。上、下(xià)位機之間(jiān)采用(yòng) rs一232串口(kǒu)通信，由(yóu)下位(wèi)機保存(cún)液壓卷(juàn)闆機(jī)約(yuē)4h的工況數(shù)據，然後(hòu)插入(rù)掌(zhǎng)上(shàng)電腦(nǎo)讀取該數據，再(zài)傳送(sòng)給上(shàng)位機。系統的模型如(rú)圖1所示。

數控卷(juàn)闆機狀态(tài)監測系統

1.系統(tǒng)功能(néng)分析，液(yè)壓(yā)卷闆機狀态監測與故(gù)障診斷(duàn)系統(tǒng)模型

本(běn)系統(tǒng)以swe4．2液壓卷(juàn)闆機為(wéi)監(jiān)測對象(xiàng)，選取發動機轉速、燃(rán)油油(yóu)位、機油壓力、主泵1和2的壓(yā)力、液壓油(yóu)溫度、液壓油油(yóu)位、冷(lěng)卻水溫度、冷卻水水(shuǐ)位、濾清器(qì)差壓、空濾(lǜ)器負(fù)壓、蓄電池(chí)電壓(yā)、啟動開關和行走速度開(kāi)關共14項參(cān)數為檢測項目，通(tōng)過對這些(xiē)參(cān)數的自動監(jiān)測和工(gōng)況分析，為(wéi)液壓(yā)卷闆機的(de)運行(háng)狀态趨勢分析和故(gù)障診斷打(dǎ)下基礎。系統的主要功能如下(xià)。

(1)數據(jù)采集功能。自動(dòng)采集液(yè)壓(yā)卷闆(pǎn)機14項運行(háng)工況參(cān)數(shù)，包括發動機轉速、燃(rán)油油位、機(jī)油壓(yā)力等。

(2)數據處理和存儲功能。自(zì)動進(jìn)行采集數據的(de)處理(lǐ)，包括清除(chú)誤差、曲線(xiàn)拟合等，并生成數據(jù)文件(jiàn)存儲(chǔ)起來(lái)供二(èr)次(cì)處理使(shǐ)用。

(3)顯示功(gōng)能。通過液晶顯示器顯示(shì)當前的運行狀态。

(4)報(bào)警功能。設(shè)備故(gù)障或運行參數(shù)超限時均能發(fā)出報警(jǐng)，可(kě)根據異常(cháng)情況(kuàng)的嚴(yán)重程度進行(háng)三級報警(jǐng)，并記錄(lù)報警信(xìn)息。

(5)曲(qǔ)線繪制和打(dǎ)印功能。能(néng)夠自(zì)動繪制特(tè)性曲線，并(bìng)做出(chū)趨勢分(fèn)析。

(6)通信(xìn)功能(néng)。通過rs一232串口向上位(wèi)機傳(chuán)送所(suǒ)采集(jí)的數據信息。

系(xì)統單片機(jī)選用atmel89c51，同時(shí)擴充(chōng)64k eprom用于(yú)存儲報警(jǐng)限值和相應的檢測程序(xù)，擴(kuò)充(chōng)帶掉電保(bǎo)護的64k ram用于(yú)存儲液壓卷闆(pǎn)機的4h工況(kuàng)數據。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖5—58所(suǒ)示。

系統測(cè)試原理(lǐ)如(rú)下：将傳感器檢測到的(de)發動機(jī)轉速(sù)、發動機油(yóu)壓、冷卻液溫度(dù)、液壓油油(yóu)位、行走速(sù)度開關等(děng)參數值送(sòng)人微機，進(jìn)行分(fèn)析計(jì)算，并将實(shí)測值(zhí)與内(nèi)置的标準值比(bǐ)較，判斷液(yè)壓卷闆機運行(háng)狀态是否良好(hǎo)；對異(yì)常征兆用(yòng)發光二極(jí)管、閃(shǎn)光報警(jǐng)燈和報(bào)警喇叭進行三(sān)級報(bào)警；同時将(jiāng)相關數值保存(cún)下來，傳送到上(shàng)位機(jī)進行曲線(xiàn)繪制(zhì)、趨勢分析和打(dǎ)印輸出。

2.數控卷(juàn)闆機(jī)狀态(tài)監測系統(tǒng)結構

系(xì)統硬件(jiàn)設計

系統(tǒng)硬件按功能的(de)不同劃分為主處理(lǐ)器模(mó)塊(kuài)、信(xìn)号處理模(mó)塊、電(diàn)源模塊(kuài)、通信模(mó)塊、狀态與報警(jǐng)模(mó)塊5個部(bù)分。

主處理器模(mó)塊。

系統采(cǎi)用atmel89c51微處理(lǐ)器，擴充(chōng)帶掉電(diàn)保護的64k ram用(yòng)于存(cún)儲(chǔ)液壓卷闆機的(de)4h工況數據。該(gāi)模塊(kuài)由eprom、ram、i/o、掉電(diàn)保護以(yǐ)及液晶顯示驅(qū)動組(zǔ)成。

信号處(chù)理模塊。

①輸入信(xìn)号處理電(diàn)路。輸入信号處(chù)理電路是(shì)微處(chù)理器與(yǔ)外界聯系的通道。輸入(rù)信号處理(lǐ)電路(lù)的第一部(bù)分用(yòng)于接收數字(zì)信号，數(shù)字信(xìn)号來自啟(qǐ)動開關等(děng)；輸入信号處理(lǐ)電路的第二部(bù)分用于接(jiē)收和(hé)轉換各種傳感(gǎn)器輸(shū)入的(de)模拟(nǐ)信号；輸入(rù)信号(hào)處理電路(lù)的第(dì)三部分用于與其他計算機控(kòng)制系統進(jìn)行通(tōng)信聯系，信号形式為脈沖數字(zì)信号；輸入信(xìn)号(hào)處理(lǐ)電路(lù)的第四部分(fèn)用于接(jiē)收診斷(duàn)觸(chù)發信号(hào)，也是脈沖數(shù)字信号(hào)。其(qí)中，模(mó)拟信号輸(shū)入通(tōng)道的任務是将(jiāng)傳感(gǎn)器産生的(de)模拟(nǐ)信号轉換(huàn)為數(shù)字信号後輸入微處(chù)理器。模拟信号(hào)輸人(rén)通道主要(yào)由信(xìn)号處(chù)理裝置、多(duō)路選擇開(kāi)關、采(cǎi)樣保(bǎo)持器和模(mó)數(a/d)轉換器組成。信号處理(lǐ)裝置(zhì)包括(kuò)标度(dù)變換、電平轉換(huàn)和信号(hào)濾波等(děng)。

在(zài)本監測(cè)系統(tǒng)中(zhōng)，發動機(jī)試驗(yàn)過程(chéng)中的(de)機油壓力經(jīng)轉(zhuǎn)換成電壓信号(hào)并放大(dà)後，送入(rù)a/d闆的輸入(rù)端進行采(cǎi)集；反映溫度量的熱電阻信号(hào)經過(guò)熱電阻調(diào)理闆(pǎn)後，再(zài)經隔離放大闆(pǎn)，送到a/d闆的輸入端進(jìn)行數(shù)據采(cǎi)集。系統采用的a/d和d/a都(dōu)為12bit，因此系(xì)統的(de)檢測(cè)、控制(zhì)精度(dù)均能滿足(zú)試驗的要(yào)求。對于發(fā)動機(jī)的轉速，不能由(yóu)a/d轉換(huàn)直接得到。霍(huò)爾傳感器(qì)測得的(de)轉速信(xìn)号(hào)經隔(gé)離整(zhěng)形(xíng)後接到單片機的(de)輸入(rù)端isl，利用外(wài)部脈沖計(jì)數中(zhōng)斷來計(jì)算發動機的轉速。 盡管(guǎn)監(jiān)測系(xì)統中的(de)啟動(dòng)開(kāi)關信号是數(shù)字信号，但(dàn)是這些信(xìn)号并不能直接由微(wēi)處理器進(jìn)行處(chù)理，還(hái)需要數字(zì)信号輸(shū)入通道進行(háng)電(diàn)平轉換(huàn)和抗(kàng)幹擾(rǎo)等處理。隻有将輸入(rù)的數字信(xìn)号轉換為ttl電平(píng)，才能被(bèi)微(wēi)處理(lǐ)器接(jiē)收(shōu)。

②輸(shū)出信号(hào)處(chù)理電(diàn)路。

該(gāi)電路的(de)作用是在微(wēi)處理器和顯示器以(yǐ)及報警電(diàn)路之(zhī)間建(jiàn)立(lì)聯(lián)系。由(yóu)于微處理器(qì)産生的控制信号(hào)都是數字(zì)信号(hào)，因此輸(shū)出信号(hào)處理電路為數字信(xìn)号輸(shū)出通(tōng)道。數字信号輸(shū)出通道的作用是将微處理器(qì)産生(shēng)的數(shù)字控(kòng)制信号(hào)傳(chuán)輸給數字信号(hào)控制(zhì)的報警電路。

(3)電源模(mó)塊。

系統各(gè)種傳(chuán)感器、信号(hào)處理電路、單(dān)片(piàn)機主(zhǔ)機及外(wài)圍芯片、通信電路等都(dōu)需要(yào)合适的電(diàn)源才能正(zhèng)常工(gōng)作，它(tā)們所需電(diàn)壓并不相同。對系統電源(yuán)模塊(kuài)的要求(qiú)為：處于(yú)惡劣環境(jìng)中仍(réng)能正(zhèng)常(cháng)工作，能(néng)适應(yīng)較寬(kuān)的供(gòng)電電壓(yā)變(biàn)化範(fàn)圍，能防止從電(diàn)源地線引入(rù)的(de)幹擾(rǎo)，采用高可(kě)靠性(xìng)元(yuán)件，功率(lǜ)及電(diàn)壓裕(yù)度也(yě)較大。

(4)通信(xìn)模塊。

使用rs一232串口通(tōng)信。該模塊的功(gōng)能是(shì)處理主機和單(dān)片機之間(jiān)的(de)通(tōng)信，主(zhǔ)機給下位機發送(sòng)指令，下(xià)位機(jī)給(gěi)主(zhǔ)機發(fā)送監測數(shù)據。該(gāi)模塊(kuài)傳送的信息包(bāo)括：

①命令信息，上(shàng)位機的控制指令發(fā)送到下位機；

②數(shù)據信(xìn)息，單(dān)片下位機檢測(cè)到的狀态信息(xī)發送(sòng)到(dào)上位pc中(zhōng)，以(yǐ)便主機進行監控和進(jìn)一步(bù)的數(shù)據分(fèn)析處理。

(5)狀态(tài)與報警(jǐng)模(mó)塊。

為了将程(chéng)度不同的緊急狀況傳遞給司(sī)機，系統根(gēn)據檢(jiǎn)測的參數性質(zhì)采用(yòng)三級報警(jǐng)的方(fāng)法(fǎ)。

①第一級(jí)報警(jǐng)：通過(guò)裝置(zhì)上(shàng)相應的(de)二極管發光實(shí)現。它隻是提醒(xǐng)司機(jī)注意(yì)，在這種情(qíng)況下機器(qì)還能工作一段(duàn)時間，如燃油液(yè)位(wèi)超過低限等(děng)。

②第(dì)二(èr)級(jí)報警：通過總(zǒng)報警(jǐng)燈和(hé)故障項發(fā)光二極管同時(shí)發光(guāng)報警。這種(zhǒng)報警要求司(sī)機密切(qiē)關注(zhù)故障的發展，但不需(xū)要立(lì)即關機。這(zhè)類故障(zhàng)多(duō)屬高(gāo)溫問(wèn)題，如(rú)液壓(yā)系統油溫(wēn)過高(gāo)、發動機溫度過(guò)高等(děng)。

③第三級報(bào)警(jǐng)：通過報(bào)警喇叭、總報警燈和(hé)故障項發(fā)光二(èr)極(jí)管同時(shí)動作(zuò)來報警。第三(sān)級報警内容(róng)包括發動機油(yóu)壓過低、液(yè)壓油(yóu)位過(guò)低(dī)、無冷卻(què)液等(děng)。對第三級報警，司(sī)機應立(lì)即關機檢查并修理(lǐ)。

數控(kòng)卷闆(pǎn)機系統軟件要(yào)求如下：

軟件結(jié)構清晰、簡潔，流(liú)程合理。各功能(néng)實現模塊(kuài)化、子(zǐ)程序化(huà)，這樣既(jì)便于調試(shì)，又便于移植和(hé)修改(gǎi)。具有自診斷功能，在(zài)系統工作(zuò)前先(xiān)運行自診斷程(chéng)序。采用軟件抗幹擾(rǎo)措施(shī)，提高系統的可(kě)靠性。

所示為a/d采樣模(mó)塊流(liú)程，如圖2所(suǒ)示為(wéi)檢測(cè)參數模塊流(liú)程(chéng)。

3．故障(zhàng)診斷(duàn)系統

提取(qǔ)下(xià)位(wèi)機各(gè)檢測(cè)項的數據(jù)，進行曲線(xiàn)繪制(zhì)和趨勢(shì)分(fèn)析，同(tóng)時對(duì)時域(yù)信号(hào)進行fft變換，利用頻譜分析(xī)的方(fāng)法，對(duì)液壓(yā)卷闆機系統進行故障檢測和(hé)診斷。

系統收集(jí)、整理液壓卷闆(pǎn)機的(de)故障(zhàng)知識(shí)，構建完(wán)整的故(gù)障知(zhī)識庫，将專(zhuān)家知識、檢(jiǎn)測系統傳來的信息(xī)以及人(rén)機交互(hù)的信(xìn)息進行融(róng)合分(fèn)析，通過一定的(de)推理機制(zhì)進(jìn)行故障定位，并提(tí)出維修方(fāng)案。　　　　

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