數控卷闆機(ji)的狀态監測與故(gu)障診斷系統是一(yī)個集信号采集、工(gōng)況分💚析、狀🏃🏻‍♂️态顯示(shi)以及故障診斷于(yu)一體的多任💃🏻務信(xìn)息處理系統。為了(le)解📐決狀态監測和(he)故障診斷中多任(rèn)㊙️務與實時性的‼️矛(máo)盾，整💃個系統由狀(zhuang)态監測與故障診(zhěn)斷兩個子系統組(zu)成🔴，其中前一個子(zi)系統完成數控卷(juàn)闆機狀态實時監(jian)測功能，後一個子(zǐ)系統完成數控卷(juan)📐闆機故障診斷功(gong)能。

系統結構的實(shí)現有兩種形式。

(1)數控卷闆機上(shàng)、下位機組成的系(xi)統。

這類系統往往(wang)由機上和機下兩(liǎng)部分組成，安裝于(yú)卷闆機🚩上的部分(fèn)進行工況監測、數(shu)據記錄和狀态顯(xian)示，而診斷計算機(ji)則置🔴于控制室。當(dang)需要對卷闆機上(shang)的🔱部分進行檢查(cha)時，插人手持式終(zhōng)端，讀取現場采集(jí)的👈全部工況數據(jù)并存儲；然後取下(xia)手持式終端，在控(kong)制室中将數據輸(shū)入診斷計算機中(zhong)，就可以診斷液壓(yā)🈲系統、動力系統、機(ji)構和裝置系統、附(fù)屬系統等各部分(fen)的故障，同時也能(neng)診斷自身的故障(zhang)。采用這種方式可(ke)以讓多台卷闆機(ji)共享一套診斷計(jì)算機終端，節省費(fèi)用，也便于維護、備(bèi)件管理及打印報(bao)表等。

(2)數控卷(juàn)闆機随機安裝的(de)系統。

這類系統采(cǎi)用彩色液晶顯示(shi)器，能動态反映主(zhǔ)機系🏃‍♂️統的參🧑🏽‍🤝‍🧑🏻數變(biàn)化，部分關鍵參數(shu)用曲線實時跟蹤(zong)指示；還能利用✂️經(jing)驗㊙️知識，綜合利用(yòng)實時數據，進行故(gu)障的推理，從而找(zhǎo)出故障點。有的還(hái)可以進行作❓業量(liang)統計。這類系統通(tong)常具有黑匣子的(de)功能，即記錄故障(zhang)過去的發展狀況(kuang)，便于區别是機器(qi)本身的🐅故障還是(shì)操作⭐人員違反操(cāo)作🆚規程引起的損(sun)壞，并對不合理的(de)操作予以提示。

上(shàng)述兩種形式是目(mù)前大多數液壓卷(juàn)闆機狀态監測與(yǔ)故😘障診🏃🏻‍♂️斷系統所(suǒ)采用的，但國内成(cheng)功的應用實例仍(reng)然很少。在線診斷(duàn)的實現受制于被(bèi)診斷系統的構造(zao)、運行📱方式和工作(zuò)場所等多方面因(yīn)素，因此本系統結(jié)構采用第一種形(xing)式，完成液壓卷闆(pǎn)機🚶‍♀️運行狀态的在(zai)線監測和離線故(gu)障診斷功能，該形(xing)式的缺點是信息(xi)數量有限。

數控卷(juan)闆機系統模型的(de)構建

液壓卷(juàn)闆機工作時産生(sheng)噪聲、振動、污染、高(gāo)溫，且存⭕在着不穩(wěn)定因素，所以本系(xi)統工作環境惡劣(liè)。為完成預定功能(néng)，系✊統對參數采集(jí)精度、運行的穩定(ding)性和可靠性等要(yào)求都較高，但控制(zhì)方面沒有什麼要(yao)求。因此，下位機隻(zhī)要采用高性能的(de)單片機，并配以相(xiàng)應的數據處理和(he)抗幹擾技術，就能(neng)滿足系統實🙇‍♀️時性(xìng)要求；上位機則采(cǎi)用普通的PC。上(shang)、下位機之間采用(yong) RS一232串口(kou)通信，由下位機保(bǎo)存液壓卷闆機約(yuē)4h的工況數據(jù)，然後插入掌上電(diàn)腦讀取該數據，再(zai)傳送給上位機。系(xì)統的模型如圖1所示。

數控卷闆(pan)機狀态監測系統(tǒng)

1.系統功能分析，液(yè)壓卷闆機狀态監(jian)測與故障診斷系(xì)統模型

本系(xì)統以SWE4．2液(ye)壓卷闆機為監測(cè)對象，選取發動機(ji)轉速、燃油油位、機(jī)🏃‍♂️油壓力、主泵1和2的壓力、液(ye)壓油溫度、液壓油(you)油位、冷卻水溫度(dù)、冷卻水水位♌、濾清(qing)器差壓、空濾器負(fù)壓、蓄電池電壓、啟(qǐ)動開關和行走速(su)度開關共14項(xiang)參數為檢測項目(mu)，通過對這些參數(shu)的自動監測和工(gōng)況分析，為液壓卷(juàn)闆機的運行狀态(tai)趨勢分析和故✍️障(zhàng)診斷打㊙️下基礎。系(xi)統的主要功能如(ru)下。

(1)數據(jù)采集功能。自動采(cai)集液壓卷闆機14項運行工況參(cān)數，包括發動機轉(zhuan)速、燃油油位、機油(you)壓力等。

(2)數據處理和存儲(chǔ)功能。自動進行采(cǎi)集數據的處理，包(bāo)括清除誤差、曲線(xiàn)拟合等，并生成數(shu)據文件存儲起來(lái)供二次處理使用(yòng)。

(3)顯示功(gong)能。通過液晶顯示(shì)器顯示當前的運(yun)行狀态。

(4)報警功能。設備故(gu)障或運行參數超(chāo)限時均能發出報(bao)警，可🐅根據異常情(qíng)況的嚴重程度進(jin)行三級報警，并記(ji)錄報警信息。

(5)曲線繪制和(hé)打印功能。能夠自(zi)動繪制特性曲線(xiàn)，并做出趨勢分析(xi)。

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

系統(tǒng)單片機選用ATMEL89C51，同時擴充64K EPROM用(yòng)于存儲報警限值(zhi)和相應的檢測程(chéng)序，擴充帶掉電保(bao)護的64K RAM用于存(cún)儲液壓卷闆機的(de)4h工況數據。系(xì)統的結構如圖5—58所示。

系統(tǒng)測試原理如下：将(jiang)傳感器檢測到的(de)發動機轉速、發動(dong)♌機油壓、冷卻液溫(wen)度、液壓油油位、行(háng)走速度開關等參(cān)數值送人微機，進(jìn)行分析計算，并将(jiāng)實測值與内置的(de)标準值比較，判斷(duan)液壓卷闆機運行(hang)狀态是否良好；對(duì)異常征兆用發光(guāng)二極管、閃光報警(jing)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻燈和報警喇叭進(jìn)行三級報警；同時(shí)将🛀🏻相關數值保🙇‍♀️存(cun)下來，傳送到上位(wèi)機進行曲👄線繪制(zhì)、趨勢分析和💞打印(yin)輸出。

2.數控卷(juàn)闆機狀态監測系(xì)統結構

系統硬件(jiàn)設計

系統硬(yìng)件按功能的不同(tóng)劃分為主處理器(qì)模塊、信号處理模(mo)塊、電源模塊、通信(xìn)模塊、狀态與報警(jǐng)模塊5個部分(fen)。

主處理器模塊。

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

信号(hao)處理模塊。

①輸(shū)入信号處理電路(lu)。輸入信号處理電(diàn)路是微處理器與(yǔ)外界聯系的通道(dào)。輸入信号處理電(diàn)路的第一部分用(yòng)于接收數字信号(hao)，數字信号來自啟(qǐ)動開關等；輸入信(xìn)号處理電路的第(dì)二部分用于接收(shōu)和轉換各種傳感(gan)器輸入的模拟信(xìn)号；輸入信号處理(lǐ)電路的第三部分(fen)用于與其他計算(suan)機控制系統進行(hang)通信聯系，信号形(xing)式為脈沖數字信(xìn)号；輸入信号處理(li)電路的第四部分(fen)用于接收診斷觸(chù)發信号，也是脈沖(chong)數字信号。其中，模(mó)拟信号輸入通道(dào)的任務是将傳感(gǎn)器産生的模拟信(xìn)号轉換為數字信(xìn)号後輸入微處理(li)器。模拟信号輸人(ren)通道主要由信号(hao)處理裝置、多路選(xuan)擇開關、采樣保持(chi)器和模數(A/D)轉(zhuǎn)換器組成。信号處(chù)理裝置包括标度(du)變換、電平轉👉換✏️和(hé)信号濾波等。

在本監測系統中(zhōng)，發動機試驗過程(cheng)中的機油壓力經(jīng)轉👉換成❌電壓信号(hào)并放大後，送入A/D闆的輸入端進(jin)行采集；反映溫度(dù)量的熱電阻信号(hào)經🈲過♊熱💃🏻電阻調理(li)闆後，再經隔離放(fang)大闆，送到A/D闆(pan)的輸入端進行數(shu)據采集。系統采用(yòng)的A/D和D/A都(dou)為12bit，因此系統(tong)的檢測、控制精度(dù)均能滿足試驗的(de)要求🔞。對于發✨動機(ji)的轉速，不能由A/D轉換直接得到(dào)。霍爾傳感器測得(de)的轉速信号經隔(ge)離整形後接🧑🏽‍🤝‍🧑🏻到單(dan)片機的輸入端ISl，利用外部脈沖(chong)計數中斷來計算(suan)發動機的轉速。 盡(jìn)管監測系😄統中的(de)啟動開關信号是(shì)數字信号，但是這(zhe)些信号并不能直(zhí)接由微處理器進(jin)行處理，還需要數(shu)字🐕信号輸入通道(dào)⭐進行電⛱️平轉換和(he)抗幹擾等處理。隻(zhi)有将輸入的數字(zì)信号轉換為TTL電平，才能被微處(chù)理器接收。

②輸(shu)出信号處理電路(lu)。

該電路的作用是(shì)在微處理器和顯(xiǎn)示器以及報警電(diàn)路之間建立聯系(xi)。由于微處理器産(chǎn)生的控制信号都(dou)是數字信号，因此(ci)輸出信号處理電(dian)路為數字信号輸(shu)出通道。數字信号(hao)輸出通道的作用(yong)是将微處理器産(chǎn)生的數字控制信(xìn)号傳輸給數字信(xìn)号控制的報警電(diàn)路。

(3)電源(yuán)模塊。

系統各種傳(chuán)感器、信号處理電(diàn)路、單片機主機及(ji)外🏃圍芯片、通信☔電(dian)路等都需要合适(shi)的電源才能正常(cháng)工作，它們所需電(dian)壓并不相同。對系(xi)統電源模塊的要(yao)求為：處于惡劣環(huan)境中仍能正常工(gong)作，能适應較寬的(de)供電電壓變化範(fàn)圍，能防止從電源(yuán)地線引入❄️的幹擾(rao)，采用高可靠性元(yuán)✨件，功率及電壓裕(yu)度也較🐇大。

(4)通信模塊。

使用RS一232串口通信。該模塊(kuài)的功能是處理主(zhu)機和單片機之間(jian)📐的通信⛹🏻‍♀️，主機給下(xia)位機發送指令，下(xia)位機給主機✉️發送(song)監測數據。該模🏃🏻‍♂️塊(kuài)傳送的信息包括(kuò)：

①命令信息，上(shang)位機的控制指令(ling)發送到下位機；

②數據信息，單片(piàn)下位機檢測到的(de)狀态信息發送到(dào)上位PC中，以便(biàn)主機進行監控和(hé)進一步的數據分(fen)析處理。

(5)狀态與報警模塊(kuài)。

為了将程度不同(tóng)的緊急狀況傳遞(dì)給司機，系統根據(ju)檢測的參❌數性質(zhi)采用三級報警的(de)方法。

①第一級(ji)報警：通過裝置上(shàng)相應的二極管發(fa)光實現🐪。它隻是提(tí)醒司機注意，在這(zhe)種情況下機器還(hai)能工作一段時間(jian)，如燃油液位超過(guo)低限等。

②第二(èr)級報警：通過總報(bào)警燈和故障項發(fā)光二極管同時發(fa)光報警。這種報警(jǐng)要求司機密切關(guan)注故障的發展，但(dan)不需要立即關機(ji)。這類故障多屬高(gao)溫問題，如液壓系(xi)統油溫過高、發動(dong)機溫度過高等。

③第三級報警：通(tong)過報警喇叭、總報(bao)警燈和故障項發(fā)光二極管同時動(dòng)作來報警。第三級(ji)報警内容包括發(fā)動機油壓過低、液(yè)壓油位過低、無冷(lěng)卻液等。對第🈲三級(ji)報警，司機👌應立即(ji)關機檢❓查并修理(lǐ)。

數控卷闆機系統(tong)軟件要求如下：

軟(ruan)件結構清晰、簡潔(jié)，流程合理。各功能(neng)實現模塊化🔞、子程(chéng)序化🏃‍♀️，這🏃樣既便于(yu)調試，又便于移植(zhi)和修改。具有自診(zhen)斷功能，在系統工(gong)作前先運行自診(zhen)斷程序。采用軟件(jian)抗幹擾措施，提高(gāo)系統的可靠性。

所示為A/D采(cai)樣模塊流程，如圖(tú)2所示為檢測(cè)參數模塊流程。

3．故障診斷(duàn)系統

提取下(xià)位機各檢測項的(de)數據，進行曲線繪(huì)制和趨勢分析，同(tóng)時對時域信号進(jin)行FFT變換，利用(yong)頻譜分析的方法(fǎ)，對液壓卷闆機系(xi)統進行😄故🔴障🔞檢測(cè)和診斷。

系統收集(ji)、整理液壓卷闆機(jī)的故障知識，構建(jian)完整的故🏃‍♂️障知識(shí)庫，将專家知識、檢(jiǎn)測系統傳來的信(xìn)息🌈以及人機交互(hu)的信息進📱行融合(hé)分析，通過一定的(de)推理機制進行💔故(gu)障定位，并提出維(wei)修方案。　　　　

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