數(shù)控卷闆(pǎn)機的狀(zhuàng)态監測(ce)與故障(zhang)診斷系(xì)統是一(yī)個集信(xin)号采集(jí)、工況🌈分(fen)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(chu)理系統(tǒng)。為了解(jie)決狀态(tai)監測和(he)故障診(zhěn)斷中多(duō)任務與(yǔ)實時性(xìng)的矛盾(dun)，整個系(xi)統由狀(zhuàng)态監測(cè)與故障(zhàng)診斷兩(liang)個子系(xi)統組成(cheng)，其中前(qian)一個子(zǐ)系統完(wán)成數控(kong)卷闆機(jī)狀态實(shí)時監測(ce)功能，後(hòu)一個子(zǐ)系統完(wan)成數控(kong)卷闆機(ji)故障診(zhen)斷功能(neng)。

系統結(jié)構的實(shí)現有兩(liǎng)種形式(shì)。

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

這類(lèi)系統往(wǎng)往由機(jī)上和機(jī)下兩部(bu)分組成(chéng)，安裝于(yu)卷❄️闆機(jī)上的部(bù)分進行(hang)工況監(jiān)測、數據(ju)記錄和(he)狀态⚽顯(xian)示，而診(zhěn)斷計算(suan)機♌則置(zhì)于控制(zhi)室。當需(xu)要對卷(juàn)闆機上(shàng)的部分(fen)進🍓行檢(jiǎn)查時，插(cha)人手持(chi)式終端(duan)，讀取現(xian)場采集(jí)的全部(bu)工況數(shu)據并存(cun)儲；然後(hou)取⛹🏻‍♀️下手(shǒu)持式終(zhong)端，在控(kòng)制室中(zhōng)将數據(jù)輸入診(zhen)斷計算(suàn)機中，就(jiù)可🐪以診(zhěn)斷液壓(yā)系統、動(dòng)力系統(tong)、機構和(hé)裝置系(xì)統、附屬(shu)💰系統等(děng)各‼️部分(fen)的故障(zhàng)，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(duo)台卷闆(pǎn)機共享(xiang)一套診(zhen)斷計算(suàn)機終端(duān)，節省費(fei)用，也便(bian)于維護(hù)、備件管(guǎn)理及打(da)❌印報表(biǎo)等。

(2)數控卷(juàn)闆機随(sui)機安裝(zhuang)的系統(tong)。

這類系(xi)統采用(yòng)彩色液(yè)晶顯示(shi)器，能動(dòng)态反映(yìng)主機⭕系(xì)統的參(cān)‼️數變化(hua)，部分關(guān)鍵參數(shu)用曲線(xian)實時跟(gēn)蹤指示(shi)；還能利(li)用經驗(yàn)知識，綜(zong)合利用(yong)實時數(shu)據，進行(hang)故障的(de)推理，從(cóng)而找出(chu)故障點(dian)。有的還(hai)可以進(jin)行作👨‍❤️‍👨業(ye)量統計(jì)。這類系(xi)統通常(chang)具有黑(hēi)匣子的(de)功能，即(ji)記💃🏻錄故(gù)障過去(qu)🐆的發展(zhan)狀況，便(biàn)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(zuo)規程引(yin)起的損(sun)壞，并對(dui)不合理(lǐ)的操作(zuò)予以提(ti)㊙️示。

上述(shu)兩種形(xing)式是目(mu)前大多(duo)數液壓(yā)卷闆機(jī)狀态監(jian)💰測與故(gù)障診斷(duan)系統所(suǒ)采用的(de)，但國内(nèi)成功的(de)應用實(shí)例☀️仍然(ran)很少。在(zai)線診斷(duàn)的實現(xiàn)受制于(yú)被診斷(duàn)系統的(de)構造、運(yùn)行方式(shì)和工作(zuo)場所等(děng)多方面(miàn)因素，因(yin)✉️此本系(xì)統結構(gòu)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(hé)離線故(gù)障診斷(duàn)功能，該(gāi)形式的(de)缺點是(shi)信息數(shu)量有限(xiàn)。

數控卷(juàn)闆機系(xi)統模型(xing)的構建(jiàn)

液(ye)壓卷闆(pan)機工作(zuò)時産生(sheng)噪聲、振(zhen)動、污染(ran)、高溫，且(qiě)存在着(zhe)🚶不穩🌈定(ding)因素，所(suǒ)以本系(xi)統工作(zuo)環境惡(e)劣。為完(wán)成預定(ding)功能，系(xi)🛀統對參(cān)數采集(jí)精度、運(yùn)行的穩(wen)定性😍和(he)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(neng)滿足系(xi)統實時(shí)性要求(qiú)；上位機(jī)則采用(yòng)普通的(de)PC。上(shang)、下位機(ji)之間采(cai)用 RS一232串口通(tōng)信，由下(xia)位機保(bǎo)存液壓(ya)卷闆機(ji)約4h的工況(kuàng)數據，然(ran)後插入(rù)掌上電(diàn)腦讀取(qu)該數據(jù)，再傳送(song)給上位(wèi)機🔴。系統(tǒng)的模型(xíng)如圖1所示(shì)。

數控卷(juan)闆機狀(zhuàng)态監測(ce)系統

1.系(xì)統功能(néng)分析，液(yè)壓卷闆(pan)機狀态(tai)監測與(yu)故障診(zhěn)斷系統(tǒng)♉模型

本系(xi)統以SWE4．2液壓卷(juàn)闆機為(wei)監測對(duì)象，選取(qu)發動機(ji)轉速、燃(ran)油油位(wei)、機油壓(yā)❗力🥵、主泵(bèng)1和(hé)2的(de)壓力、液(yè)壓油溫(wēn)度、液壓(ya)油油位(wèi)、冷卻水(shui)溫度、冷(lěng)卻水水(shui)位、濾清(qing)器差壓(ya)、空濾器(qi)負壓、蓄(xù)電池電(diàn)壓、啟動(dong)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(shu)的自動(dòng)監測和(hé)工況分(fen)析，為液(ye)壓卷闆(pǎn)機的運(yùn)行狀态(tai)趨勢分(fen)析和故(gù)障診斷(duàn)打下基(ji)礎。系統(tong)的主要(yào)功能如(rú)下。

(1)數(shù)據采集(ji)功能。自(zì)動采集(jí)液壓卷(juan)闆機14項運(yùn)行工況(kuang)參數，包(bao)括發動(dòng)機轉速(su)、燃油油(you)位、機油(you)壓力等(deng)。

(2)數據(jù)處理和(hé)存儲功(gong)能。自動(dòng)進行采(cǎi)集數據(ju)的處理(lǐ)，包括清(qing)除誤差(cha)、曲線拟(nǐ)合等，并(bing)生成數(shù)據文件(jiàn)存儲💔起(qǐ)來供二(er)次處理(lǐ)使用。

(3)顯示功(gong)能。通過(guo)液晶顯(xiǎn)示器顯(xian)示當前(qian)的運行(hang)狀态。

(4)報警功(gong)能。設備(bei)故障或(huò)運行參(can)數超限(xiàn)時均能(néng)發出報(bào)警，可根(gēn)據異常(chang)情況的(de)嚴重程(chéng)度進行(háng)三級報(bào)警，并記(ji)錄報警(jǐng)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(qǔ)線，并做(zuò)出趨勢(shì)☂️分♋析。

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

系(xi)統單片(piàn)機選用(yong)ATMEL89C51，同(tóng)時擴充(chong)64K EPROM用(yòng)于存儲(chu)報警限(xiàn)值和相(xiang)應的檢(jian)測程序(xu)，擴充帶(dai)掉電♍保(bao)護的64K RAM用于(yú)存儲液(yè)壓卷闆(pǎn)機的4h工況(kuang)數據。系(xi)統的結(jié)構如圖(tú)5—58所示(shi)。

系統測(cè)試原理(lǐ)如下：将(jiang)傳感器(qì)檢測到(dao)的發動(dong)機轉速(sù)、發動機(ji)油壓、冷(lěng)卻液溫(wēn)度、液壓(ya)油油位(wei)、行走速(sù)度開關(guan)等參數(shu)值送人(rén)💘微機，進(jìn)行分析(xī)計算，并(bìng)将實測(cè)🧡值與内(nei)置的标(biāo)🧡準值比(bǐ)較，判斷(duàn)液壓卷(juan)闆機運(yùn)行狀态(tai)是否良(liáng)好；對異(yi)常🏃🏻‍♂️征兆(zhào)用發光(guāng)二極管(guan)👅、閃光報(bào)警燈和(hé)報警喇(la)叭進行(háng)三級報(bao)警；同時(shi)将相關(guān)數值保(bǎo)存下來(lái)，傳送到(dào)上位機(ji)進行曲(qu)線繪制(zhi)、趨勢分(fen)💁析和打(dǎ)印輸出(chu)。

2.數(shu)控卷闆(pan)機狀态(tai)監測系(xi)統結構(gou)

系統硬(ying)件設計(ji)

系(xì)統硬件(jiàn)按功能(néng)的不同(tóng)劃分為(wei)主處理(lǐ)器模塊(kuài)、信✏️号處(chù)理🧑🏽‍🤝‍🧑🏻模塊(kuài)、電源模(mo)塊、通信(xìn)模塊、狀(zhuàng)态與報(bao)警模塊(kuài)5個(ge)部分。

主(zhǔ)處理器(qi)模塊。

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

信号(hào)處理模(mó)塊。

①輸入信(xin)号處理(lǐ)電路。輸(shu)入信号(hào)處理電(dian)路是微(wei)處理器(qi)與外界(jie)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(jiē)收數字(zi)信号，數(shu)字信号(hao)來自啟(qǐ)動開關(guan)等；輸入(rù)信号處(chù)理電路(lu)的第二(èr)部分用(yong)于接收(shōu)和轉換(huàn)各種傳(chuan)感器輸(shu)入的模(mó)拟信号(hào)；輸入信(xin)号處理(lǐ)電路的(de)第三部(bu)分用于(yú)與其他(ta)計算機(jī)控制系(xì)統進行(hang)通信聯(lián)系，信号(hào)形式為(wei)脈沖數(shu)字信号(hao)；輸入信(xìn)号處理(li)電路的(de)第四部(bu)分用于(yu)接收診(zhěn)斷觸發(fa)信号，也(yě)是脈沖(chong)數字信(xin)号。其中(zhong)，模拟信(xìn)号輸入(ru)通道的(de)任務是(shì)将傳感(gǎn)器産生(sheng)的模拟(nǐ)信号轉(zhuan)換為數(shù)字信号(hào)後輸入(ru)微處理(li)器。模拟(nǐ)信号輸(shu)人通道(dao)主要由(you)信号處(chu)理裝置(zhì)、多路選(xuan)擇開關(guan)、采樣保(bǎo)持器和(he)模數(A/D)轉換(huàn)器組成(cheng)。信号處(chù)理裝置(zhi)包括标(biāo)度變換(huàn)、電平轉(zhuǎn)換和🔴信(xìn)👅号濾💃波(bō)等。

在本監(jiān)測系統(tǒng)中，發動(dong)機試驗(yàn)過程中(zhong)的機油(yóu)壓力💔經(jīng)轉💁換成(cheng)電🐕壓信(xìn)号并放(fàng)大後，送(song)入A/D闆的輸(shū)入端進(jin)行采集(ji)；反映溫(wen)度量的(de)熱電阻(zu)信号經(jing)🚶‍♀️過🚶‍♀️熱💁電(dian)阻調理(lǐ)闆後，再(zài)經隔離(li)放大闆(pan)，送到A/D闆的(de)輸入端(duan)進行數(shu)據采集(ji)。系統采(cǎi)用的A/D和D/A都為(wéi)12bit，因(yin)此系統(tong)的檢測(ce)、控制精(jing)度均能(néng)滿足試(shì)驗的要(yào)求。對㊙️于(yu)發動機(jī)的轉速(sù)，不能由(you)A/D轉(zhuǎn)換直接(jie)得到。霍(huò)爾傳感(gan)器測得(de)的轉速(su)信号經(jīng)隔離整(zheng)形📧後接(jiē)到單片(pian)機的輸(shū)入端ISl，利用(yong)外部脈(mò)沖計數(shu)中斷來(lái)計算發(fā)動機的(de)轉速。 盡(jin)管監測(cè)系統中(zhong)的啟動(dong)開關信(xin)号是數(shù)字信号(hào)，但是👣這(zhè)些信号(hao)并不能(néng)直接由(yóu)🏃🏻微處理(li)器進行(háng)處理，還(hái)需要數(shu)字信号(hào)輸入通(tong)道進行(háng)電平轉(zhuan)換和抗(kang)幹擾等(deng)處理。隻(zhī)有将輸(shū)入的數(shu)字信号(hao)轉換為(wéi)TTL電(dian)平，才能(néng)被微處(chu)理器接(jiē)收。

②輸出信(xìn)号處理(lǐ)電路。

該(gāi)電路的(de)作用是(shi)在微處(chu)理器和(hé)顯示器(qi)以及報(bao)警電路(lu)之間建(jian)立聯系(xi)。由于微(wei)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(li)電路為(wei)數字信(xìn)号輸出(chū)通道。數(shu)字信号(hào)輸出通(tōng)道的作(zuò)用是将(jiāng)微處理(lǐ)器産生(sheng)的數字(zi)控制信(xìn)号傳輸(shū)給數字(zì)信号控(kong)制的報(bào)警電路(lù)。

(3)電源(yuán)模塊。

系(xì)統各種(zhǒng)傳感器(qì)、信号處(chu)理電路(lù)、單片機(jī)主機及(jí)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(chang)工作，它(tā)們所需(xu)🙇🏻電壓🐇并(bing)不相同(tóng)。對系統(tǒng)電源模(mó)塊的要(yào)求為：處(chù)于惡劣(lie)環境中(zhong)仍能正(zheng)常工🌈作(zuò)，能适應(ying)較寬的(de)供電電(dian)壓變化(huà)範圍，能(néng)防止從(cóng)電源地(di)線引入(rù)💛的幹擾(rǎo)，采用高(gao)可靠性(xing)元件，功(gong)率及電(dian)壓裕度(dù)也較📞大(da)。

(4)通信(xin)模塊。

使用(yong)RS一(yi)232串(chuan)口通信(xin)。該模塊(kuài)的功能(neng)是處理(li)主機和(he)單片機(jī)之間的(de)🌂通信✍️，主(zhǔ)機給下(xià)位機發(fa)送指令(lìng)，下位機(ji)給主機(ji)發送監(jiān)測數據(ju)。該模塊(kuài)傳送的(de)信息包(bao)括：

①命令信(xin)息，上位(wèi)機的控(kòng)制指令(ling)發送到(dao)下位機(ji)；

②數(shu)據信息(xī)，單片下(xia)位機檢(jian)測到的(de)狀态信(xìn)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(bu)的數據(ju)分析處(chu)理。

(5)狀(zhuàng)态與報(bào)警模塊(kuài)。

為了将(jiāng)程度不(bu)同的緊(jin)急狀況(kuàng)傳遞給(gei)司機，系(xi)統根據(ju)😄檢測的(de)參數性(xìng)質采用(yong)三級報(bao)警的方(fang)法。

①第一級(jí)報警：通(tōng)過裝置(zhì)上相應(yīng)的二極(jí)管發光(guang)實現。它(tā)隻是提(tí)醒㊙️司機(jī)注意，在(zai)這種情(qing)況下機(jī)器還能(neng)工作一(yi)段時間(jiān)，如燃油(you)液位超(chao)過低限(xian)等。

②第二級(jí)報警：通(tong)過總報(bào)警燈和(he)故障項(xiang)發光二(èr)極管同(tóng)時發光(guang)報警。這(zhe)種報警(jing)要求司(sī)機密切(qiē)關注故(gù)障的發(fa)展，但不(bu)需要立(lì)即關☂️機(jī)。這類故(gu)障多屬(shu)高溫問(wèn)題，如液(yè)壓系統(tǒng)🛀🏻油溫過(guò)高、發動(dòng)機溫度(du)🐕過高等(děng)。

③第(dì)三級報(bào)警：通過(guo)報警喇(lǎ)叭、總報(bao)警燈和(hé)故障項(xiàng)發光二(èr)極⁉️管同(tóng)時動作(zuo)來報警(jǐng)。第三級(jí)報警内(nèi)容包括(kuò)發動♈機(ji)油壓過(guo)低、液壓(ya)油位過(guo)低、無冷(leng)卻液等(děng)。對第三(sān)級報警(jǐng)，司機應(ying)立即🐪關(guān)機檢查(cha)并修理(lǐ)。

數控卷(juàn)闆機系(xi)統軟件(jian)要求如(ru)下：

軟件(jiàn)結構清(qīng)晰、簡潔(jié)，流程合(hé)理。各功(gōng)能實現(xiàn)模塊化(huà)👣、子程序(xù)化，這樣(yang)既便于(yu)調試，又(yòu)便于移(yí)植和修(xiu)改。具☂️有(you)自診斷(duan)功能，在(zài)系統工(gōng)作前先(xian)運行自(zì)診斷程(cheng)序✉️。采用(yòng)軟🌍件抗(kàng)幹擾措(cuo)施🏃‍♀️，提高(gao)系統的(de)可靠性(xìng)。

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

3．故(gu)障診斷(duàn)系統

提取(qǔ)下位機(ji)各檢測(cè)項的數(shù)據，進行(hang)曲線繪(huì)制和趨(qū)勢🥰分析(xī)，同時對(dui)時域信(xìn)号進行(háng)FFT變(bian)換，利用(yong)頻譜分(fen)析的方(fāng)法，對液(ye)壓卷闆(pǎn)機系統(tǒng)進行故(gu)障檢測(cè)🈲和診斷(duan)。

系統收(shou)集、整理(lǐ)液壓卷(juàn)闆機的(de)故障知(zhi)識，構建(jiàn)完整的(de)故障👌知(zhi)🌐識庫，将(jiang)專家知(zhi)識、檢測(ce)系統傳(chuan)來的信(xin)息🤩以及(ji)人機交(jiāo)互的信(xin)息進☔行(háng)融合分(fèn)析，通過(guò)一定的(de)推理機(ji)制進行(háng)🤩故障定(dìng)位，并提(ti)出維修(xiū)方案。　　　　

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