數控卷闆機的狀态監測與故(gù)障診(zhěn)斷系統是一(yī)個集信号采集、工況分析、狀态顯示(shì)以(yǐ)及故障診斷于(yú)一體的多任務信(xìn)息處理系統。為了(le)解決狀态監測和(hé)故(gù)障診(zhěn)斷中多任務與實時性的(de)矛(máo)盾，整個系統由狀态監測與故障診(zhěn)斷兩個子系統組成，其中前一個(gè)子(zǐ)系統完成數控卷闆機狀态實時監(jiān)測功能，後一個子系統完成數控卷(juàn)闆機(jī)故障診斷功能。

系統結構的實現(xiàn)有兩種形式。

(1)數控卷闆機上、下位機組成的系統。

這類系統往往由機上和機下兩部分組成，安裝于卷闆機上的部分進(jìn)行工況監測、數據記錄(lù)和狀态顯(xiǎn)示，而診斷計算機則置于控制室。當(dāng)需要對卷闆機上(shàng)的(de)部分進行(háng)檢查時，插(chā)人手持式終端，讀取現場(chǎng)采集的全部工(gōng)況數據并存儲；然後取下手持式終端，在控制室中将數據輸(shū)入診斷計算機中，就可以診斷液壓系統、動力系統、機(jī)構和裝置系統、附屬系統等各部(bù)分的故障，同時也能診斷自身的故障。采用這種方式可(kě)以讓多台卷闆機共享一套診斷計(jì)算機終端，節省費用，也便于維護、備(bèi)件管(guǎn)理及打印報表等。

(2)數控卷闆(pǎn)機随機安裝的(de)系統。

這類系統采(cǎi)用彩色液晶顯示(shì)器(qì)，能動态(tài)反映主機系統的參數變化，部分關鍵參數(shù)用曲線實時跟蹤指示；還能利用經驗知識，綜合利用實時數據，進行故(gù)障的推理，從而找出(chū)故障點。有(yǒu)的還可以進行(háng)作業量統計。這類系統通(tōng)常具有黑匣子的(de)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(cāo)作規程引起的損壞，并對不合理的操作予以提示。

上述兩種(zhǒng)形式(shì)是目(mù)前大多數液壓卷闆機狀态監測與(yǔ)故障診斷系(xì)統所(suǒ)采用的，但國内成功的應用實例仍然很少。在線診斷(duàn)的實現受制于被診斷(duàn)系統的構造、運行方式和工作場所等多方面因素，因此本系統結構(gòu)采用第一種形(xíng)式，完成液壓卷闆機運(yùn)行狀(zhuàng)态的在線監測和離線故障診斷功能，該形(xíng)式的缺點是信息(xī)數量有限。

數控卷闆機系統(tǒng)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)定因素，所以(yǐ)本系統工作環境惡劣。為完成預定功能，系統對參數采集精度、運行的穩定性和可靠性等要(yào)求都較高，但控制方面沒有什麼要(yào)求。因此，下位(wèi)機隻要采用高性能的單片機，并配以相應的數據處理(lǐ)和抗幹擾技術，就能滿足系統實時性(xìng)要求；上位機則采用普通的PC。上、下位機之間采用 RS一232串口通信，由下位機保(bǎo)存液壓卷闆機(jī)約4h的工況數據，然後插入掌上電腦讀取(qǔ)該數據，再(zài)傳送給上位機。系統的模型如圖1所示。

數控卷闆(pǎn)機狀态監測系統(tǒng)

1.系統功能分析，液壓卷闆機狀态監(jiān)測與故障診斷系統模型

本系統以SWE4．2液(yè)壓卷闆機為(wéi)監測對象(xiàng)，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、液壓油油位、冷(lěng)卻水溫(wēn)度、冷卻水水位、濾清器差壓(yā)、空濾器負壓、蓄電池電壓、啟動開關和行走速度開關共14項參數為檢測項目，通過對這些參數的自動監(jiān)測和工況分析，為液壓卷(juàn)闆機的(de)運行狀态趨勢分析和故(gù)障診斷打(dǎ)下基礎。系統的主要功能(néng)如下(xià)。

(1)數據(jù)采集功(gōng)能。自動采集液壓卷闆機14項運行(háng)工況參數，包括發動機轉速、燃(rán)油油位、機(jī)油壓力等。

(2)數據處理和存儲功能。自動進行采(cǎi)集數(shù)據的處理，包括清除誤差、曲線拟合等，并生成數據文件(jiàn)存儲起來(lái)供二次處理使用。

(3)顯示功(gōng)能。通過液晶顯示器(qì)顯示當前的運行狀态。

(4)報警功(gōng)能。設備故障或運行參數超限時均能發出報(bào)警，可根據異常(cháng)情況(kuàng)的嚴重程度進行三級報(bào)警，并記(jì)錄(lù)報警信息。

(5)曲線繪制和打印功能。能夠自動繪制特性曲線，并做出趨勢分析(xī)。

(6)通信功能。通過RS一232串口向上位機傳送所采集(jí)的(de)數據信(xìn)息。

系統單片機(jī)選用ATMEL89C51，同時擴充64K EPROM用于存儲(chǔ)報警限值(zhí)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(chǔ)液壓卷闆(pǎn)機(jī)的(de)4h工況數據。系統的結構如圖5—58所示。

系統測試原理如下：将傳感器檢測到的發動機(jī)轉速、發動機油(yóu)壓、冷卻液溫度、液壓油油位、行走速度開關(guān)等(děng)參數值送人微機，進行分析計算，并将實測值與内置的标準(zhǔn)值比較，判斷(duàn)液壓卷闆機運行(háng)狀态是否良好；對異常征兆用發光二極管、閃光報警(jǐng)燈和報警喇叭(bā)進(jìn)行三級報警；同時将相關數值(zhí)保存下來，傳送到上位機進行曲線繪制、趨勢分析和打印輸出。

2.數控卷(juàn)闆機狀态監測系統結構

系統硬件(jiàn)設計

系統硬件按功能的不同劃分為主處理器(qì)模塊、信号處(chù)理模塊、電源模塊、通信模塊、狀态與報警(jǐng)模塊5個部分。

主處理器模塊。

系統采用ATMEL89C51微處理器，擴充(chōng)帶掉電保護的64K RAM用于存儲液壓卷(juàn)闆機的4h工況(kuàng)數據。該模塊(kuài)由EPROM、RAM、I/O、掉電保護以及液晶顯示驅(qū)動組成。

信号處理模塊。

①輸(shū)入信号處理電路。輸入信号處理電(diàn)路(lù)是微處理器(qì)與外(wài)界聯系的通道。輸入(rù)信号處理電路的第一(yī)部分用于接收數字信号(hào)，數(shù)字信号(hào)來自啟動開關等；輸入信号處理電路的第二部分用于接收和(hé)轉換各種傳感器輸入的模拟信号；輸入信号處理電路的第三部分用于與其他(tā)計算機控(kòng)制系統進行通信聯系(xì)，信号形(xíng)式為脈沖(chòng)數字信号；輸入信号處理電路的第四部分用于接收診斷觸發信号，也(yě)是脈沖數字信号。其中，模(mó)拟信号輸入通(tōng)道的任務是将傳感(gǎn)器産生的(de)模拟信号轉換為數字信号後輸入(rù)微處理(lǐ)器。模拟信号輸人(rén)通道主(zhǔ)要(yào)由信号處理裝置、多路選(xuǎn)擇開關、采樣保持器和模數(A/D)轉換器組成。信号處理裝置包括标度變換、電平轉換(huàn)和信(xìn)号濾(lǜ)波等。

在本監測(cè)系統中(zhōng)，發動機試驗過程中的機油壓力經轉換成電壓信号(hào)并放大後，送入A/D闆(pǎn)的輸入端進行采集；反映溫度量的熱電阻信号(hào)經過熱電阻調理闆後，再經隔離放大闆，送到A/D闆(pǎn)的輸入端進行數(shù)據采集。系(xì)統采用(yòng)的A/D和D/A都(dōu)為12bit，因此系統的檢測、控制精(jīng)度均能滿足試(shì)驗的要求。對于發動機的轉速，不能由A/D轉換(huàn)直接得到(dào)。霍爾傳感器(qì)測得的轉速信号經隔(gé)離整形後接到單(dān)片機的輸入端ISl，利用外部脈沖(chòng)計數中斷來計算發(fā)動機的轉速(sù)。 盡(jìn)管監測系統中的(de)啟動開關信号(hào)是數字信号，但(dàn)是這(zhè)些信号并不能直(zhí)接由微處理器進行處理(lǐ)，還需要數字信号輸入通道進行電平轉換(huàn)和抗幹擾等處理。隻有将輸入的數字信号轉換為TTL電平，才能被微處理器接收。

②輸(shū)出信(xìn)号處理電路。

該電路的作用是在微處理器和顯(xiǎn)示器以及報警電路之間建立聯系。由于微處(chù)理器産生的控制信号都是數字信号，因此輸(shū)出信号處理電路為數字信(xìn)号輸出通道。數字信号輸出(chū)通道的作用是将微處理器(qì)産生的數字控制信(xìn)号(hào)傳輸給數字信号控制的報警電路。

(3)電源模塊。

系統各種傳感器、信号處理電路(lù)、單(dān)片機主機及外圍芯片、通信電路等都需要合适的電源才能正常工作，它們所需電(diàn)壓并不相同。對系統電源模塊的要(yào)求為：處于惡劣(liè)環境中仍(réng)能正常(cháng)工作，能适應較寬的供(gòng)電電壓變化範圍，能防止從電源地線引入(rù)的(de)幹擾，采用高可靠性元件，功(gōng)率及電壓裕度也較大。

(4)通信模塊。

使用RS一232串(chuàn)口通信。該模塊的功能是處理主機和單(dān)片(piàn)機之間的通信，主(zhǔ)機給下位(wèi)機發送指令，下位機給(gěi)主機(jī)發送監測數據。該模塊傳送的信息包括(kuò)：

①命令信息，上位機的控制指令發送到下位(wèi)機；

②數據信息，單片下位機檢測(cè)到的狀态信息發送到上位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(tài)與報警(jǐng)模塊(kuài)。

為了(le)将程度不同的緊急狀況傳遞給司(sī)機(jī)，系統根據檢測的參數性質采用三級報警的方法。

①第(dì)一級報警：通過裝置上相應的(de)二極管發光實(shí)現。它隻是提(tí)醒司機注(zhù)意(yì)，在這種情況下機器還能工作一段時間，如燃油液位超過低限等。

②第二級報警：通(tōng)過總報警燈和(hé)故障項發(fā)光二極管(guǎn)同時發光報警(jǐng)。這種(zhǒng)報警要求司機密切關注故障的發展，但(dàn)不(bú)需要立即關機。這類故障多屬高溫問題，如液壓(yā)系統油溫過高、發動機溫度過高等。

③第三級報警：通(tōng)過報警喇叭、總報警燈和故障項發光二極管同時動作來報警。第三級報警内容包括發動機油壓過低、液壓油位過低、無冷卻液等。對第三級報警，司機應立即(jí)關機檢查并修理。

數控卷闆機系統軟件要求如下：

軟件結構清(qīng)晰、簡(jiǎn)潔，流程合理。各功能實(shí)現模塊化、子程序化，這樣既(jì)便于(yú)調試，又便于移植和(hé)修改。具有自診斷功(gōng)能，在系統工(gōng)作(zuò)前先運行自診斷(duàn)程序。采用軟件抗幹擾措施，提高系統的可靠性。

所示為A/D采樣模塊流程，如圖2所示為(wéi)檢測參數模塊流程。

3．故障診斷系統

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

系統收集、整理液壓卷闆(pǎn)機(jī)的故障知識，構建完整的故障知識庫，将專家知識、檢(jiǎn)測系統傳來的信息(xī)以及人機交互的信(xìn)息進行融合分析，通(tōng)過一定的(de)推理機制進行故障定位，并提出維修方案。　　　　

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