數(shù)控卷闆(pan)機的狀(zhuang)态監測(ce)與故障(zhàng)診斷系(xi)統是一(yī)個集信(xin)号采集(jí)、工況分(fèn)析、狀🐆态(tai)顯示以(yǐ)及故障(zhàng)診斷于(yú)一體的(de)多任務(wu)信息處(chù)理系統(tong)。為了解(jie)☁️決狀态(tài)監測和(hé)故障診(zhen)斷中多(duō)任務與(yǔ)實時性(xìng)的矛盾(dun)，整個系(xi)統由狀(zhuang)态監測(cè)與故障(zhang)診斷兩(liǎng)個子系(xì)統組成(chéng)，其中前(qián)一個子(zi)系統🌐完(wan)成數控(kong)卷闆機(ji)狀态實(shí)時監測(cè)功能，後(hou)一個子(zǐ)系💞統完(wán)成數控(kòng)卷闆機(jī)故障診(zhěn)斷功能(néng)。

系統結(jié)構的實(shí)現有兩(liang)種形式(shi)。

(1)數(shu)控卷闆(pan)機上、下(xià)位機組(zu)成的系(xì)統。

這類(lei)系統往(wǎng)往由機(jī)上和機(ji)下兩部(bu)分組成(cheng)，安裝于(yú)卷闆機(ji)🐪上的部(bù)分進行(hang)工況監(jiān)測、數據(jù)記錄和(hé)狀态顯(xian)示，而診(zhen)斷計算(suàn)機則置(zhi)🌏于控制(zhi)室。當需(xu)要對卷(juàn)闆機上(shang)的部分(fen)進行檢(jiǎn)查時，插(chā)人手持(chí)式終端(duān)，讀取現(xian)場采集(jí)的全部(bù)工況數(shù)據并存(cún)儲；然後(hòu)取🔞下手(shǒu)持式🐆終(zhong)端，在控(kong)制室中(zhōng)将數據(jù)輸入診(zhen)斷計算(suàn)機中，就(jiù)可以診(zhen)斷液壓(ya)系統、動(dòng)力系統(tong)、機構和(he)裝置系(xi)統、附屬(shǔ)系統等(deng)各部分(fen)的故障(zhang)，同時也(yě)能診🐆斷(duàn)自身的(de)故障。采(cǎi)用這種(zhǒng)方式可(kě)以讓多(duō)台卷闆(pǎn)機共享(xiang)一套診(zhen)斷計算(suàn)機終端(duān)，節省費(fèi)用，也便(biàn)于維護(hù)、備件管(guan)理🔱及打(da)💘印報表(biao)等。

(2)數控卷(juan)闆機随(suí)機安裝(zhuang)的系統(tǒng)。

這類系(xì)統采用(yòng)彩色液(yè)晶顯示(shì)器，能動(dòng)态反映(yìng)主機系(xi)統🌈的參(cān)🌂數變化(hua)，部分關(guan)鍵參數(shù)用曲線(xian)實時跟(gen)蹤指示(shì)；還能利(li)用經驗(yàn)♉知識，綜(zōng)合利用(yòng)實時數(shu)據，進行(hang)故障的(de)推理，從(cóng)而找出(chū)故障點(diǎn)。有的還(hai)可以進(jìn)行作業(ye)量統計(ji)。這類系(xi)統💚通常(cháng)具有黑(hei)匣子的(de)🙇🏻功能，即(jí)記錄故(gù)障過去(qu)的發展(zhan)狀況，便(bian)于區别(bié)是🧑🏽‍🤝‍🧑🏻機器(qì)本身的(de)🌂故障還(hai)是操💃🏻作(zuo)人員違(wéi)反操作(zuò)規程引(yin)起的損(sun)壞，并對(dui)不合理(lǐ)🈲的操作(zuo)予以提(tí)示。

上述(shu)兩種形(xing)式是目(mu)前大多(duō)數液壓(yā)卷闆機(jī)狀态監(jian)測與故(gu)障診斷(duan)系統所(suǒ)采用的(de)，但國内(nèi)成功的(de)應用❄️實(shi)例仍然(rán)很少。在(zài)線診斷(duàn)的實現(xian)受制于(yú)被診斷(duàn)系⭕統的(de)構造、運(yun)行❌方式(shi)和工作(zuo)場㊙️所等(děng)多方面(mian)因素，因(yīn)此本系(xi)統結構(gou)采用✌️第(di)一種形(xing)式，完成(cheng)液壓卷(juàn)闆機🍓運(yùn)行狀态(tai)的在線(xiàn)監測和(he)離線故(gù)障診😄斷(duàn)功能，該(gāi)形🔴式的(de)缺點是(shì)信息數(shù)量有限(xiàn)。

數控卷(juan)闆機系(xi)統模型(xíng)的構建(jiàn)

液(yè)壓卷闆(pan)機工作(zuo)時産生(sheng)噪聲、振(zhèn)動、污染(rǎn)、高溫，且(qiě)存在着(zhe)🏃🏻不💞穩定(ding)因素，所(suo)以本系(xi)統工作(zuò)環境惡(e)劣。為完(wan)成預定(dìng)功能，系(xi)統對參(can)數采集(jí)精度、運(yun)行的穩(wen)定性和(hé)可靠性(xing)等要求(qiú)都較高(gāo)，但控制(zhi)方面沒(mei)有什麼(me)要求。因(yin)此，下位(wei)機隻要(yào)采用高(gāo)性能的(de)單片機(ji)，并配以(yǐ)相應的(de)數據處(chu)理和抗(kang)幹擾技(ji)術，就能(néng)滿足系(xi)統實🔞時(shi)性要求(qiú)；上⛷️位機(ji)則采用(yòng)普通的(de)PC。上(shàng)、下位機(jī)之間采(cǎi)用 RS一232串口通(tong)信，由下(xia)位機保(bao)存液壓(ya)卷闆機(jī)約4h的工況(kuàng)數據，然(rán)後插入(ru)掌上電(dian)腦讀取(qu)該數據(ju)，再傳👨‍❤️‍👨送(sòng)給上位(wèi)機。系統(tǒng)的模型(xing)如圖1所示(shi)。

數控卷(juan)闆機狀(zhuang)态監測(ce)系統

1.系(xì)統功能(néng)分析，液(yè)壓卷闆(pǎn)機狀态(tai)監測與(yu)故障診(zhěn)斷系🏒統(tong)♋模型

本系(xi)統以SWE4．2液壓卷(juan)闆機為(wei)監測對(dui)象，選取(qu)發動機(ji)轉速、燃(ran)油油位(wei)、機油壓(yā)力、主泵(beng)1和(hé)2的(de)壓力、液(ye)壓油溫(wen)度、液壓(yā)油油位(wei)、冷卻水(shuǐ)溫度、冷(leng)卻水水(shuǐ)位、濾清(qing)器差壓(yā)、空濾器(qi)負壓、蓄(xù)電池電(diàn)壓、啟動(dòng)👌開關和(hé)行走速(su)度開關(guan)共14項參數(shù)為檢測(ce)項目，通(tōng)過對這(zhè)些參數(shù)的自動(dong)監測和(hé)工況分(fèn)析，為液(yè)壓卷闆(pǎn)機的運(yun)行狀态(tai)趨勢分(fen)析和故(gù)障診斷(duàn)打下基(jī)礎。系🧑🏽‍🤝‍🧑🏻統(tong)的主要(yao)功能如(rú)下。

(1)數(shù)據采集(jí)功能。自(zì)動采集(jí)液壓卷(juàn)闆機14項運(yùn)行工況(kuàng)參數，包(bāo)括發動(dòng)機轉速(sù)、燃油油(yóu)位、機油(yóu)壓力等(děng)。

(2)數據(jù)處理和(hé)存儲功(gong)能。自動(dong)進行采(cai)集數據(ju)的處理(li)✉️，包括清(qīng)除🐅誤🎯差(cha)、曲線拟(ni)合等，并(bing)生成數(shù)據文件(jian)存儲起(qǐ)來供二(er)次處🔱理(li)使用。

(3)顯示功(gōng)能。通過(guò)液晶顯(xian)示器顯(xian)示當前(qian)的運行(háng)狀态。

(4)報警功(gong)能。設備(bèi)故障或(huò)運行參(can)數超限(xiàn)時均能(neng)發出報(bao)警，可根(gēn)據異常(cháng)情況的(de)嚴重程(cheng)度進行(hang)三級報(bào)警，并記(jì)錄報警(jing)信息。

(5)曲線繪(huì)制和打(da)印功能(néng)。能夠自(zi)動繪制(zhì)特性曲(qu)線，并做(zuò)🐆出趨勢(shi)分析。

(6)通信功(gong)能。通過(guò)RS一(yi)232串(chuan)口向上(shang)位機傳(chuán)送所采(cai)集的數(shu)據信息(xi)。

系(xi)統單片(pian)機選用(yòng)ATMEL89C51，同(tóng)時擴充(chōng)64K EPROM用(yong)于存儲(chu)報警限(xiàn)值和相(xiang)應的檢(jiǎn)測程序(xù)，擴充帶(dài)掉電保(bǎo)🥰護的64K RAM用于(yú)存儲液(yè)壓卷闆(pǎn)機的4h工況(kuàng)數據。系(xi)統的結(jie)構如圖(tú)5—58所示(shi)。

系統測(ce)試原理(li)如下：将(jiāng)傳感器(qi)檢測到(dào)的發動(dòng)機轉速(sù)、發動機(ji)油壓、冷(leng)卻液溫(wēn)度、液壓(ya)油油位(wèi)、行走速(sù)度✔️開關(guan)等參數(shù)值送人(rén)微機，進(jin)行分析(xi)計算，并(bìng)将實測(ce)值與内(nèi)置的标(biao)準值比(bi)較，判斷(duan)液壓卷(juan)闆機運(yun)行狀态(tài)是否良(liang)好；對異(yi)常征兆(zhào)用發🙇‍♀️光(guāng)二極管(guǎn)、閃光報(bào)警燈和(he)報警喇(lǎ)叭進行(háng)三級報(bao)警；同時(shí)将相關(guān)數值保(bao)📱存下來(lai)，傳送到(dào)上位機(jī)進行曲(qu)線繪制(zhì)、趨勢分(fen)析和打(da)印輸出(chu)。

2.數(shù)控卷闆(pǎn)機狀态(tai)監測系(xì)統結構(gou)

系統硬(ying)件設計(jì)

系(xi)統硬件(jian)按功能(neng)的不同(tong)劃分為(wéi)主處理(li)器模塊(kuài)、信号處(chù)理模✔️塊(kuai)、電源模(mo)塊、通信(xìn)模塊、狀(zhuang)态與報(bao)警模塊(kuài)5個(ge)部分。

主(zhu)處理器(qì)模塊。

系統(tǒng)采用ATMEL89C51微處(chu)理器，擴(kuo)充帶掉(diao)電保護(hù)的64K RAM用于存(cún)儲液壓(yā)卷闆機(ji)的4h工況數(shù)據。該模(mo)塊由EPROM、RAM、I/O、掉(diào)電保護(hù)以及液(yè)晶顯示(shi)驅動組(zǔ)成。

信号(hào)處理模(mo)塊。

①輸入信(xin)号處理(lǐ)電路。輸(shū)入信号(hào)處理電(diàn)路是微(wēi)處理器(qì)與外界(jiè)聯系的(de)通道。輸(shu)入信号(hào)處理電(diàn)路的第(dì)一部分(fen)用于接(jie)收數字(zi)信号，數(shù)字信号(hao)來自啟(qǐ)動開關(guān)等；輸入(rù)信号處(chu)理電路(lù)的第二(èr)部分用(yòng)于接收(shou)和轉換(huan)各種傳(chuán)感器輸(shū)入的模(mo)拟信号(hào)；輸入信(xìn)号處理(li)電路的(de)第三部(bu)分用于(yu)與其他(tā)計算機(jī)控制系(xì)統進行(hang)通信聯(lian)系，信号(hao)形式為(wéi)脈沖數(shu)字信号(hào)；輸入信(xin)号處理(li)電路的(de)第四部(bù)分用于(yu)接收診(zhen)斷觸發(fa)信号，也(yě)是脈沖(chòng)數字信(xin)号。其中(zhōng)，模拟信(xìn)号輸入(rù)通道的(de)任務是(shì)将傳感(gǎn)器産生(sheng)的模拟(ni)信号轉(zhuan)換為數(shù)字信号(hao)後輸入(ru)微處理(lǐ)器。模拟(ni)信号輸(shū)人通道(dào)主要由(yóu)信号處(chù)理裝置(zhì)、多路選(xuǎn)擇開關(guan)、采樣保(bǎo)持器和(hé)模數(A/D)轉換(huan)器組成(cheng)。信号處(chu)理裝置(zhi)包括标(biao)度變換(huan)、電平轉(zhuǎn)換和信(xin)号濾波(bō)等。

在本監(jian)測系統(tong)中，發動(dong)機試驗(yàn)過程中(zhōng)的機油(yóu)壓力經(jing)轉換成(cheng)🏃電壓信(xìn)号并放(fang)大後，送(song)入A/D闆的輸(shū)入端進(jin)行采集(jí)；反映溫(wēn)度量的(de)熱電阻(zǔ)信号經(jing)👌過熱電(dian)💞阻調理(li)闆後，再(zai)經隔離(lí)放大闆(pǎn)，送到A/D闆的(de)輸入端(duan)進行數(shù)據采集(ji)。系統采(cai)用的A/D和D/A都為(wei)12bit，因(yīn)此系統(tǒng)的檢測(ce)、控制精(jīng)度均能(néng)滿足試(shi)驗的要(yao)求。對于(yú)發動機(ji)的轉速(sù)，不能由(yóu)A/D轉(zhuǎn)換直接(jiē)得到。霍(huo)爾傳感(gǎn)器測得(dé)的轉速(sù)信号經(jīng)隔離整(zheng)形♋後接(jie)🤟到單片(pian)機的輸(shu)入端ISl，利用(yòng)外部脈(mo)沖計數(shù)中斷來(lai)計算發(fa)動機的(de)轉速。 盡(jin)管監測(ce)系🔴統中(zhong)的啟動(dong)開關信(xìn)号是數(shù)字信号(hào)，但是這(zhè)些🌍信号(hao)并不能(neng)直接由(you)♊微處理(li)器進行(hang)處理，還(hái)需要數(shu)字💘信号(hào)輸入通(tōng)道㊙️進行(hang)電平轉(zhuǎn)換和抗(kang)幹擾等(děng)處理。隻(zhī)有将輸(shū)入的數(shu)字信号(hào)轉換為(wéi)TTL電(diàn)平，才能(néng)被微處(chù)理器接(jiē)收。

②輸出信(xìn)号處理(li)電路。

該(gai)電路的(de)作用是(shi)在微處(chù)理器和(hé)顯示器(qi)以及報(bào)警電路(lù)之間建(jian)立聯系(xì)。由于微(wēi)處理器(qi)産生的(de)控制信(xin)号都是(shì)數字信(xin)号，因此(cǐ)輸出信(xìn)号處理(lǐ)電路為(wei)數字信(xìn)号輸出(chū)通道。數(shu)字信号(hao)輸出通(tong)道的作(zuò)用是将(jiāng)微處理(lǐ)器産生(sheng)的數字(zì)控制信(xìn)号傳輸(shu)給數字(zi)信号控(kong)制的報(bao)警電路(lu)。

(3)電源(yuán)模塊。

系(xi)統各種(zhong)傳感器(qì)、信号處(chù)理電路(lu)、單片機(jī)主機及(ji)外圍芯(xīn)片、通信(xìn)電路等(deng)都需要(yao)合适的(de)電源才(cái)能正常(cháng)工作，它(ta)們所需(xū)電壓并(bing)不相同(tong)。對系統(tong)電源模(mo)塊的要(yào)求為：處(chù)于惡劣(liè)環境中(zhong)仍能正(zhèng)常工作(zuò)，能适應(ying)較寬的(de)供電電(diàn)壓變化(huà)範圍，能(néng)防止從(cóng)電源🌈地(dì)線引入(ru)的幹擾(rao)，采用高(gāo)可靠性(xing)元件，功(gong)率及電(diàn)壓裕度(dù)也較♍大(dà)。

(4)通信(xìn)模塊。

使用(yòng)RS一(yī)232串(chuan)口通信(xin)。該模塊(kuài)的功能(neng)是處理(li)主機和(hé)單片機(ji)之間的(de)通信，主(zhǔ)機給下(xia)位機發(fa)送指令(ling)，下位機(ji)給主機(jī)發送監(jiān)測數據(ju)。該模✌️塊(kuài)傳送的(de)信息包(bāo)括：

①命令信(xìn)息，上位(wèi)機的控(kòng)制指令(lìng)發送到(dào)下位機(ji)；

②數(shù)據信息(xi)，單片下(xia)位機檢(jiǎn)測到的(de)狀态信(xin)息發送(sòng)到🈲上位(wèi)PC中(zhong)，以便主(zhu)機進行(hang)監控和(he)進一步(bù)的數據(jù)分析處(chù)理。

(5)狀(zhuang)态與報(bao)警模塊(kuài)。

為了将(jiang)程度不(bu)同的緊(jin)急狀況(kuang)傳遞給(gei)司機，系(xi)統根🌂據(jù)✉️檢測🏃🏻的(de)參數性(xìng)質采用(yòng)三級報(bào)警的方(fang)法。

①第一級(ji)報警：通(tōng)過裝置(zhì)上相應(yīng)的二極(jí)管發光(guāng)實現。它(ta)隻是提(tí)醒司機(jī)注意，在(zai)這種情(qíng)況下機(ji)器還能(néng)工作一(yi)段時間(jiān)，如燃油(you)液位超(chāo)過低限(xian)等。

②第二級(ji)報警：通(tong)過總報(bao)警燈和(he)故障項(xiang)發光二(èr)極管同(tong)時發光(guang)報警。這(zhè)種報警(jing)要求司(si)機密切(qiē)關注故(gù)障的發(fā)展，但不(bu)需☁️要立(lì)即關機(jī)。這類故(gu)障多屬(shu)高溫問(wen)題，如液(ye)壓系統(tong)油溫過(guo)高、發動(dong)機溫度(dù)過高等(děng)。

③第(di)三級報(bào)警：通過(guò)報警喇(lǎ)叭、總報(bào)警燈和(he)故障項(xiang)發光二(èr)極管同(tong)時動作(zuò)來報警(jǐng)。第三級(ji)報警内(nèi)容包括(kuò)❄️發動機(ji)油壓過(guo)低、液壓(yā)油位過(guo)低、無冷(leng)卻液等(deng)。對第☀️三(san)級報警(jing)，司機應(yīng)立即關(guan)機檢查(cha)并修理(lǐ)。

數控卷(juàn)闆機系(xì)統軟件(jian)要求如(ru)下：

軟件(jian)結構清(qing)晰、簡潔(jie)，流程合(he)理。各功(gong)能實現(xian)模塊化(huà)、子程序(xù)化，這👅樣(yàng)既便于(yú)調試，又(you)便于移(yí)植和修(xiū)改。具有(yǒu)自診斷(duan)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼功能，在(zai)系統工(gong)作前先(xiān)運行自(zi)診斷程(chéng)序。采用(yòng)軟㊙️件抗(kàng)幹💛擾措(cuo)施，提高(gāo)系統的(de)可靠性(xìng)。

所(suǒ)示為A/D采樣(yàng)模塊流(liú)程，如圖(tu)2所(suǒ)示為檢(jian)測參數(shu)模塊流(liu)程。

3．故(gu)障診斷(duan)系統

提取(qu)下位機(jī)各檢測(ce)項的數(shu)據，進行(háng)曲線繪(huì)制和趨(qu)勢🌍分析(xī)，同時對(duì)時域信(xin)号進行(hang)FFT變(bian)換，利用(yong)頻譜分(fèn)析的方(fang)法，對液(ye)壓卷闆(pan)機系統(tǒng)進行故(gù)障檢測(ce)和診斷(duàn)。

系統收(shou)集、整理(li)液壓卷(juan)闆機的(de)故障知(zhi)識，構建(jiàn)完整的(de)故障知(zhī)識庫，将(jiang)專家知(zhī)識、檢測(ce)系統傳(chuán)來的信(xìn)息以及(jí)人機交(jiao)互的信(xin)息進行(hang)融合分(fèn)析，通過(guò)一定的(de)推理機(ji)制進行(hang)故障定(ding)位，并提(tí)出維修(xiu)🏒方案。　　　　

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