數控(kòng)卷闆機的(de)狀态監測與故障診(zhěn)斷系統是一個集(jí)信号采(cǎi)集、工(gōng)況分析、狀态顯(xiǎn)示以(yǐ)及故障診(zhěn)斷于一(yī)體的多任務信息處理(lǐ)系統。為(wéi)了(le)解決(jué)狀态監測和故(gù)障診斷中多任務與實(shí)時性的(de)矛盾，整(zhěng)個(gè)系統由狀(zhuàng)态(tài)監測與(yǔ)故障診斷兩個(gè)子系統組(zǔ)成，其(qí)中前一個(gè)子系(xì)統完(wán)成(chéng)數控卷(juàn)闆機(jī)狀态實時監測功能，後一(yī)個子系統(tǒng)完成數控卷闆機故(gù)障診斷功能。

系統結構的(de)實現(xiàn)有兩種形式。

(1)數控卷(juàn)闆機(jī)上、下(xià)位機(jī)組成(chéng)的系(xì)統。

這類系(xì)統往往由(yóu)機上(shàng)和機(jī)下(xià)兩部分(fèn)組成，安裝于卷(juàn)闆機上的部分進行工況監測、數據記錄和狀(zhuàng)态顯示，而(ér)診斷(duàn)計算機則置于(yú)控制(zhì)室(shì)。當(dāng)需要對卷(juàn)闆(pǎn)機上的部分進行(háng)檢查(chá)時，插人(rén)手持式(shì)終端，讀取現場采集的(de)全部工(gōng)況數據(jù)并存儲；然後取下(xià)手持(chí)式終端，在(zài)控制(zhì)室中将(jiāng)數(shù)據輸(shū)入診斷(duàn)計算機中，就可以診斷液壓系統、動力系統、機構和裝(zhuāng)置系統、附(fù)屬系(xì)統等各部(bù)分的故障，同時也能(néng)診斷(duàn)自身的故(gù)障。采(cǎi)用這(zhè)種方式可(kě)以讓多台(tái)卷闆機(jī)共(gòng)享一套診(zhěn)斷計(jì)算機(jī)終端，節省費用(yòng)，也便于維(wéi)護、備(bèi)件管理及(jí)打印(yìn)報表等。

(2)數(shù)控卷(juàn)闆機随機安裝(zhuāng)的系統。

這(zhè)類系(xì)統采用彩(cǎi)色液(yè)晶顯(xiǎn)示器(qì)，能動态(tài)反映主(zhǔ)機系(xì)統(tǒng)的參數(shù)變化，部分關鍵參數用曲線實(shí)時跟蹤指示；還能利用經(jīng)驗知(zhī)識，綜合(hé)利用實時(shí)數據(jù)，進行故(gù)障的(de)推理，從(cóng)而(ér)找出故(gù)障(zhàng)點。有(yǒu)的還可以進行(háng)作業(yè)量統計。這(zhè)類系統(tǒng)通常具有黑(hēi)匣子(zǐ)的功(gōng)能，即(jí)記錄(lù)故障過去的發(fā)展狀(zhuàng)況，便于區(qū)别是(shì)機器(qì)本身的故(gù)障還是操(cāo)作人(rén)員違反(fǎn)操(cāo)作規(guī)程引起的損壞(huài)，并對(duì)不合理的操(cāo)作(zuò)予以提示(shì)。

上述兩種形式是目(mù)前大多數(shù)液壓卷(juàn)闆機狀态監(jiān)測(cè)與(yǔ)故障(zhàng)診斷(duàn)系統(tǒng)所采(cǎi)用的，但國(guó)内成功的(de)應用實例(lì)仍然很少。在線(xiàn)診斷(duàn)的實(shí)現受(shòu)制于被(bèi)診斷系統的構(gòu)造、運行(háng)方式和工作場所等(děng)多(duō)方面因(yīn)素，因(yīn)此本系統(tǒng)結構采(cǎi)用第一(yī)種形式，完成液壓卷(juàn)闆機運行(háng)狀态的在線監(jiān)測和(hé)離線故障(zhàng)診(zhěn)斷功能(néng)，該形(xíng)式的缺點是(shì)信息數(shù)量有限。

數控卷闆機系統(tǒng)模型(xíng)的構(gòu)建

液壓卷闆機(jī)工作時産生噪(zào)聲、振(zhèn)動(dòng)、污染、高(gāo)溫，且存在着不穩定(dìng)因素，所以本系統工作環(huán)境惡(è)劣。為完成(chéng)預定功能，系統(tǒng)對參(cān)數(shù)采(cǎi)集精(jīng)度、運行的穩定(dìng)性和可靠性等(děng)要求都較高，但(dàn)控制(zhì)方面(miàn)沒有(yǒu)什麼要求。因此，下位機隻要采(cǎi)用高(gāo)性能(néng)的單(dān)片機，并配以相(xiàng)應的數據(jù)處理(lǐ)和抗幹擾(rǎo)技術(shù)，就能(néng)滿(mǎn)足系統(tǒng)實時性要(yào)求；上(shàng)位機則(zé)采用普通的(de)pc。上、下(xià)位機之(zhī)間采用(yòng) rs一232串口(kǒu)通信，由下位機保(bǎo)存液壓卷闆機(jī)約(yuē)4h的工況數(shù)據，然後(hòu)插入掌上電腦(nǎo)讀取該數據，再(zài)傳送給(gěi)上位機。系統的模型如(rú)圖1所示。

數(shù)控卷(juàn)闆機狀态(tài)監測系(xì)統(tǒng)

1.系統(tǒng)功能分析，液壓(yā)卷闆(pǎn)機狀态監(jiān)測與故障診斷(duàn)系統(tǒng)模型

本系統以swe4．2液(yè)壓(yā)卷闆(pǎn)機為(wéi)監測(cè)對象(xiàng)，選取發動(dòng)機轉(zhuǎn)速、燃油油位、機油壓(yā)力、主泵1和(hé)2的壓(yā)力、液壓油溫度(dù)、液壓(yā)油油位、冷(lěng)卻水(shuǐ)溫度(dù)、冷卻(què)水水(shuǐ)位(wèi)、濾清器(qì)差壓、空(kōng)濾(lǜ)器負壓、蓄電池電壓(yā)、啟動開關(guān)和行走速度(dù)開(kāi)關共14項參(cān)數為檢測(cè)項目，通過(guò)對這些參(cān)數的自動監測和工(gōng)況分(fèn)析，為(wéi)液壓(yā)卷闆(pǎn)機的(de)運行(háng)狀态趨勢(shì)分析(xī)和故(gù)障(zhàng)診斷打(dǎ)下基(jī)礎(chǔ)。系(xì)統的(de)主要(yào)功(gōng)能如下(xià)。

(1)數據(jù)采集(jí)功能。自動采集液(yè)壓(yā)卷闆(pǎn)機14項運行工況參數(shù)，包括發動機轉速、燃(rán)油油位、機油壓(yā)力等。

(2)數據處理和存儲功(gōng)能。自動進(jìn)行采集數(shù)據的處理，包括清除(chú)誤差、曲(qǔ)線拟合(hé)等，并生(shēng)成(chéng)數據(jù)文件存儲起來(lái)供二(èr)次處理使(shǐ)用。

(3)顯(xiǎn)示功能。通(tōng)過液(yè)晶顯示器顯示(shì)當前(qián)的運(yùn)行狀态。

(4)報(bào)警功(gōng)能。設備(bèi)故(gù)障或(huò)運(yùn)行參數(shù)超限時均(jun1)能發(fā)出報警，可根據(jù)異常情況的嚴(yán)重程度(dù)進行三(sān)級報(bào)警，并記錄(lù)報警信(xìn)息。

(5)曲線繪制(zhì)和打印功能。能(néng)夠自(zì)動(dòng)繪制特性曲線(xiàn)，并做出趨勢分析(xī)。

(6)通信功能。通(tōng)過rs一232串口(kǒu)向上位(wèi)機傳送所采集的數(shù)據(jù)信息。

系統單片機(jī)選用atmel89c51，同時(shí)擴充(chōng)64k eprom用于(yú)存儲報(bào)警(jǐng)限值和相應(yīng)的(de)檢測(cè)程序(xù)，擴充帶掉(diào)電保護的64k ram用于(yú)存儲液壓卷闆機(jī)的4h工況數據(jù)。系統(tǒng)的結(jié)構如圖5—58所示。

系(xì)統測(cè)試原理如(rú)下：将傳感(gǎn)器檢測到的發動機轉速、發動機油(yóu)壓、冷(lěng)卻液溫度(dù)、液壓油油位、行(háng)走速(sù)度開關等(děng)參數值送(sòng)人微(wēi)機，進(jìn)行(háng)分析計(jì)算，并将實測值(zhí)與内置的标準(zhǔn)值比(bǐ)較，判斷液壓卷闆機運行(háng)狀态(tài)是否良好(hǎo)；對異常(cháng)征兆用(yòng)發光二極(jí)管、閃光報(bào)警燈和報(bào)警喇(lǎ)叭(bā)進行三(sān)級報警；同時将(jiāng)相關數值保存(cún)下來，傳送到上位機進行(háng)曲線繪制(zhì)、趨勢分析(xī)和打(dǎ)印(yìn)輸出。

2.數控卷闆機(jī)狀态監測(cè)系(xì)統(tǒng)結構(gòu)

系統硬件設計

系統(tǒng)硬件(jiàn)按(àn)功(gōng)能的(de)不同劃分(fèn)為主(zhǔ)處理(lǐ)器模塊(kuài)、信(xìn)号處理模塊、電(diàn)源模(mó)塊(kuài)、通(tōng)信模(mó)塊、狀态與報警(jǐng)模塊(kuài)5個部(bù)分。

主處理器模塊。

系統采(cǎi)用atmel89c51微(wēi)處理(lǐ)器，擴(kuò)充帶(dài)掉電(diàn)保護的64k ram用(yòng)于存(cún)儲(chǔ)液壓卷(juàn)闆機的4h工(gōng)況數(shù)據。該模塊由eprom、ram、i/o、掉(diào)電(diàn)保護以(yǐ)及液(yè)晶顯示驅(qū)動組(zǔ)成。

信号處(chù)理模塊。

①輸入信号處理電路。輸入信号處(chù)理電路是微處(chù)理器與外界聯(lián)系的(de)通(tōng)道。輸入(rù)信号處理電路的第一(yī)部分用(yòng)于接收(shōu)數(shù)字(zì)信号，數(shù)字(zì)信(xìn)号來自啟(qǐ)動(dòng)開關等(děng)；輸入信号處理(lǐ)電路(lù)的第(dì)二部(bù)分用(yòng)于接收(shōu)和(hé)轉換各種傳感(gǎn)器輸(shū)入的模拟信号；輸入(rù)信号(hào)處理電(diàn)路的第(dì)三部分用于與其他計(jì)算(suàn)機控(kòng)制系統進行通(tōng)信聯系，信(xìn)号形式為脈沖(chòng)數字(zì)信号(hào)；輸入信(xìn)号(hào)處理電路的第四部(bù)分用于接(jiē)收診斷觸發信号，也是(shì)脈沖數(shù)字信号(hào)。其(qí)中(zhōng)，模(mó)拟信号輸入通(tōng)道的任務是将傳感器産生的模(mó)拟信号(hào)轉換(huàn)為數(shù)字信(xìn)号後(hòu)輸入(rù)微處(chù)理器(qì)。模拟(nǐ)信号輸人(rén)通道(dào)主(zhǔ)要(yào)由信(xìn)号處理裝置、多(duō)路選擇(zé)開關、采(cǎi)樣保(bǎo)持器和模數(a/d)轉(zhuǎn)換器(qì)組成(chéng)。信号處理裝置包括(kuò)标度(dù)變換、電平轉換(huàn)和信号濾波等。

在(zài)本監測系統(tǒng)中，發(fā)動機試驗(yàn)過(guò)程中的(de)機油壓力(lì)經轉(zhuǎn)換成電壓(yā)信号(hào)并放大後，送入(rù)a/d闆(pǎn)的(de)輸入(rù)端(duān)進行采集；反映溫度量的(de)熱(rè)電阻信号經過(guò)熱電(diàn)阻調理闆(pǎn)後，再(zài)經隔離放(fàng)大闆，送到a/d闆的輸(shū)入端進(jìn)行數據采集。系(xì)統采用的a/d和d/a都為12bit，因此系(xì)統的(de)檢測、控制(zhì)精(jīng)度(dù)均能滿(mǎn)足(zú)試驗(yàn)的要求。對(duì)于發(fā)動機的轉速，不(bú)能由(yóu)a/d轉換(huàn)直接得(dé)到。霍爾(ěr)傳感(gǎn)器測得的(de)轉速信号經隔(gé)離整(zhěng)形後(hòu)接到(dào)單片機的輸入(rù)端isl，利用外(wài)部脈沖計(jì)數中(zhōng)斷來(lái)計算發動(dòng)機的轉速。 盡管(guǎn)監測(cè)系統中的(de)啟動開關信(xìn)号(hào)是數(shù)字信号，但(dàn)是這(zhè)些(xiē)信(xìn)号并(bìng)不能(néng)直接(jiē)由微(wēi)處理(lǐ)器進(jìn)行處(chù)理，還(hái)需要數字信号輸入(rù)通道(dào)進行電平(píng)轉換和抗幹(gàn)擾等處理。隻有将輸入(rù)的數(shù)字(zì)信号轉(zhuǎn)換為ttl電平(píng)，才能(néng)被微處理(lǐ)器接(jiē)收。

②輸(shū)出信号處理電(diàn)路。

該電(diàn)路的作(zuò)用是在微處理器和(hé)顯(xiǎn)示器以(yǐ)及報警(jǐng)電路之(zhī)間建立聯系。由(yóu)于微處理器産(chǎn)生的控制信号(hào)都是(shì)數字信号，因此(cǐ)輸(shū)出(chū)信号(hào)處理電路為數(shù)字信(xìn)号(hào)輸出(chū)通(tōng)道。數字信(xìn)号輸(shū)出通道的作用(yòng)是将微處(chù)理器産生(shēng)的數字控(kòng)制信号傳輸給數字(zì)信号控制(zhì)的報警(jǐng)電路。

(3)電源模(mó)塊。

系統各種傳(chuán)感器、信号處理(lǐ)電路、單片(piàn)機主(zhǔ)機及(jí)外(wài)圍芯片(piàn)、通信電路等都需(xū)要(yào)合(hé)适的電(diàn)源才(cái)能正常工(gōng)作，它(tā)們(men)所需電壓并不相同。對系統(tǒng)電源模塊(kuài)的要(yào)求(qiú)為(wéi)：處于(yú)惡劣(liè)環境中仍(réng)能正常工(gōng)作，能(néng)适應(yīng)較(jiào)寬(kuān)的供(gòng)電電壓變化範(fàn)圍，能(néng)防止從電(diàn)源地(dì)線引(yǐn)入的(de)幹擾，采用(yòng)高可(kě)靠性元件(jiàn)，功率及電(diàn)壓(yā)裕(yù)度也(yě)較大。

(4)通信模塊。

使用rs一232串口通信。該(gāi)模塊的功(gōng)能是(shì)處(chù)理(lǐ)主機和單(dān)片機之間的通(tōng)信，主(zhǔ)機給(gěi)下位(wèi)機發送(sòng)指令，下位機給(gěi)主機發(fā)送監測數(shù)據。該(gāi)模塊(kuài)傳送的(de)信(xìn)息包括：

①命(mìng)令信(xìn)息，上位機(jī)的控制(zhì)指(zhǐ)令發(fā)送到下位機；

②數據信息，單片下位(wèi)機檢測(cè)到的狀态(tài)信息發送(sòng)到上位pc中，以(yǐ)便(biàn)主機(jī)進行(háng)監控和進(jìn)一步的數(shù)據分(fèn)析處理。

(5)狀态與(yǔ)報警(jǐng)模塊(kuài)。

為了将程(chéng)度不(bú)同的緊急(jí)狀況傳遞(dì)給司(sī)機，系統根(gēn)據檢(jiǎn)測的(de)參(cān)數性質采用(yòng)三級報警(jǐng)的方法。

①第(dì)一級報(bào)警(jǐng)：通過裝置上(shàng)相應的(de)二極管發(fā)光實現。它隻是提醒(xǐng)司機注意，在這種情況下(xià)機器(qì)還能工(gōng)作一段(duàn)時間(jiān)，如燃油液(yè)位超過低限等。

②第二級報(bào)警：通過總報警(jǐng)燈和故障項發光二(èr)極管同時(shí)發光報(bào)警(jǐng)。這種(zhǒng)報警要求(qiú)司機(jī)密切關注故障(zhàng)的發展，但不需(xū)要立(lì)即關機。這(zhè)類故障多屬高(gāo)溫問(wèn)題，如液(yè)壓(yā)系統(tǒng)油溫過高(gāo)、發動機(jī)溫(wēn)度過(guò)高等。

③第三(sān)級報警：通過報(bào)警喇叭、總報警(jǐng)燈和(hé)故障(zhàng)項發(fā)光二極(jí)管同時動作(zuò)來報警。第(dì)三級報警(jǐng)内容(róng)包括(kuò)發動機油壓過低、液壓油(yóu)位過低(dī)、無冷卻液等。對第三級(jí)報警(jǐng)，司機(jī)應立(lì)即關機(jī)檢(jiǎn)查并(bìng)修理(lǐ)。

數控卷闆(pǎn)機系統軟(ruǎn)件要求如下：

軟件結構清晰、簡(jiǎn)潔，流(liú)程合理。各功能實現(xiàn)模塊(kuài)化、子(zǐ)程序化(huà)，這樣既(jì)便于調(diào)試，又便(biàn)于移(yí)植和(hé)修改(gǎi)。具有自診斷(duàn)功(gōng)能，在系(xì)統工作(zuò)前先運行自診(zhěn)斷程(chéng)序。采用軟(ruǎn)件(jiàn)抗幹擾(rǎo)措施(shī)，提高(gāo)系統的可(kě)靠性。

所示為a/d采(cǎi)樣模(mó)塊流程(chéng)，如圖2所(suǒ)示為檢測(cè)參數模塊流程(chéng)。

3．故障(zhàng)診斷系統(tǒng)

提取(qǔ)下位機各(gè)檢測(cè)項的數據，進行(háng)曲線(xiàn)繪制和趨勢(shì)分析，同(tóng)時對時(shí)域信号(hào)進行fft變換，利(lì)用頻譜(pǔ)分析(xī)的方(fāng)法，對(duì)液壓卷闆機(jī)系統進(jìn)行故障(zhàng)檢測和診斷。

系統收集、整理液壓卷闆(pǎn)機的(de)故障知(zhī)識，構建完整(zhěng)的故障知識(shí)庫，将專(zhuān)家知(zhī)識(shí)、檢測系(xì)統傳來的信息(xī)以及(jí)人機交互的信息進行融(róng)合分析(xī)，通過一(yī)定的(de)推理(lǐ)機制(zhì)進行故障定位，并提(tí)出維修(xiū)方案。　　　　

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