數控卷闆機的狀态監測與故障診斷系統是一個集信号采集、工況分析、狀(zhuàng)态顯示以及故障診斷于一體的多任務信(xìn)息處理(lǐ)系統。為了解決狀态監(jiān)測和故(gù)障診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斷兩個子系(xì)統組成，其中前一個子系統完成數控卷闆機狀态實時監測功能，後一個子系統完成數控卷闆機故障診斷功能。

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(xì)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行工況監測、數(shù)據記錄和狀态顯示，而診斷計算機則置于控制室。當(dāng)需要對卷闆機上的部分進行(háng)檢查(chá)時，插人手持式終端，讀取現場采集的全部工(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(jī)中，就可以診斷液壓(yā)系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、機構和裝(zhuāng)置系統、附(fù)屬系統等各部分的故障，同時也能診斷自身(shēn)的(de)故(gù)障(zhàng)。采用(yòng)這種方式可以讓多台卷闆機共(gòng)享一套診斷(duàn)計算機(jī)終端，節省費用，也便(biàn)于維護、備(bèi)件管理及打印報表等。

(2)數(shù)控卷闆(pǎn)機随機安裝的(de)系統。

這類系統采用彩色液晶顯示(shì)器(qì)，能動态反映主機系統的參數變化，部分關鍵參數用曲線實時跟蹤(zōng)指示；還能利(lì)用經驗知識，綜合利(lì)用實時數(shù)據，進行故(gù)障的推理，從而找出故(gù)障點。有(yǒu)的還可以進行作業量統計。這類系統通常具有黑匣子的功能，即記錄故障(zhàng)過去的發展狀(zhuàng)況，便于區别是機器本身(shēn)的故障還是操作人員違反操作規(guī)程引起的損壞，并對(duì)不合理的操作予以提示。

上述兩種形式是目前大多數液壓卷闆機狀态監測與故(gù)障診斷系統所采用的，但國内成功的應用實例仍然很少。在線(xiàn)診斷的實現受制于被診斷(duàn)系統的構造、運行方式和工作場(chǎng)所等多方面因(yīn)素，因此本系統結構采用第一種形(xíng)式，完成液壓卷闆機運行狀(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(xìn)息(xī)數量有限。

數控卷(juàn)闆(pǎn)機系統(tǒng)模型的構建

液壓卷闆機工作時産生噪聲、振(zhèn)動、污染、高溫，且存在着不穩(wěn)定因素，所以本系統工作環(huán)境惡劣。為完成預定功能，系(xì)統對參數采集精(jīng)度、運行的穩定(dìng)性和可靠(kào)性等要求都較高，但控制(zhì)方面沒有什麼要求。因此，下位機(jī)隻要采(cǎi)用高性能(néng)的(de)單片機，并配以相(xiàng)應的數據處理和抗幹擾技術，就能(néng)滿足系統實時性要求；上(shàng)位機則采(cǎi)用普通的(de)PC。上(shàng)、下位機之間采用(yòng) RS一232串口通信，由下位機保(bǎo)存液壓卷闆機約4h的工況數據，然後插入掌上電腦讀取該數(shù)據，再傳送給上(shàng)位機。系統(tǒng)的模型如(rú)圖1所示。

數控卷闆機狀态監測系統

1.系統功能分析，液壓卷闆機狀态監(jiān)測與(yǔ)故障診斷系統模型

本系統以(yǐ)SWE4．2液壓卷闆機為監測對象，選取發動機轉速、燃油(yóu)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)卻水溫度(dù)、冷卻水水位、濾清器差壓、空濾器負(fù)壓、蓄電池電壓、啟動開關和行走速度開關共14項參(cān)數為檢測項目(mù)，通過對這(zhè)些參數的自動監測和工況分析，為液壓卷闆機的運行(háng)狀态趨勢分析和故障診斷打下基礎。系統的主要功能如下。

(1)數據(jù)采集功能。自動采集(jí)液壓卷闆機14項運行工況參數，包括發動機轉(zhuǎn)速、燃(rán)油油位、機油壓力等。

(2)數據處(chù)理和存儲功(gōng)能。自動進行采集數據的處理，包(bāo)括清除誤差(chà)、曲線拟合等，并生成數據文件存儲(chǔ)起來供二次處理使用。

(3)顯示功能。通過液晶顯示器(qì)顯示(shì)當前的運(yùn)行狀态。

(4)報警功(gōng)能。設備故障或運行參數超限時均能發(fā)出報警，可根據(jù)異常情況的嚴重程度進行三級報警，并記錄報警信息。

(5)曲線繪制和打印功能。能夠自動繪制(zhì)特性曲線(xiàn)，并做出趨勢分析。

(6)通信功能。通過RS一232串口向上位機傳送所采集的數據信息。

系統單片機(jī)選用ATMEL89C51，同時擴充64K EPROM用于存儲報警(jǐng)限值和相應的檢測程序，擴充帶掉電保(bǎo)護(hù)的64K RAM用于存儲液壓(yā)卷闆(pǎn)機的4h工況數據。系統的結構如圖5—58所示。

系統測試原理如(rú)下：将(jiāng)傳感器(qì)檢測到的發動機轉速、發動機油壓、冷卻液溫度(dù)、液壓油油位、行走速(sù)度開關等參數值送人微機，進行分析計(jì)算，并将實測值與内(nèi)置的(de)标準值比較，判斷液壓卷闆機運行狀态是否良好；對異常征兆用發光二極管、閃光報警燈和報警喇叭進行三級報警；同時将相關數值保存下(xià)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(cè)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模塊、信(xìn)号處理模(mó)塊、電源模塊、通信模塊、狀态與報警模塊5個(gè)部分。

主處(chù)理器模塊。

系統采(cǎi)用ATMEL89C51微處理器，擴充帶掉電保護的64K RAM用于存儲液壓卷(juàn)闆機的(de)4h工況數據。該模塊由EPROM、RAM、I/O、掉電保護以(yǐ)及液晶顯示(shì)驅動組(zǔ)成。

信号處理模塊(kuài)。

①輸(shū)入信号處理電路。輸入信号處理電路是微處理器與外界聯系的通道。輸入信(xìn)号處理電路的第(dì)一部(bù)分用(yòng)于接收數字信号，數字信号(hào)來自啟動開關等(děng)；輸入信号處(chù)理電路的第(dì)二部分用于接收和轉換各種傳感(gǎn)器輸入的模拟信号；輸入信号處理電路(lù)的第三部分用于與(yǔ)其他(tā)計算機控制系統進(jìn)行通信聯系，信号形式為脈沖數字信号；輸入信号處理電路(lù)的第四部分用于接(jiē)收診斷觸(chù)發信号，也(yě)是脈沖數字信号。其中，模(mó)拟信号輸入通道的任務是将傳感器産生的模拟信号(hào)轉換為數字信(xìn)号後輸入微處理(lǐ)器。模拟(nǐ)信号輸人(rén)通道主要(yào)由信号處理裝(zhuāng)置、多(duō)路選擇開關、采樣(yàng)保持器和模數(A/D)轉換器(qì)組成。信号處理裝置包括标(biāo)度變換、電平轉換和信号濾波等。

在本監測(cè)系統中，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闆的輸入端進行采集；反映溫度(dù)量的(de)熱電阻信号(hào)經過熱(rè)電阻調(diào)理(lǐ)闆(pǎn)後，再經隔離放大闆，送(sòng)到A/D闆的輸入端進行數(shù)據采集。系統采用的A/D和D/A都(dōu)為12bit，因此系統的檢測、控制精度(dù)均能滿足(zú)試驗的要求。對于發(fā)動機的轉(zhuǎn)速，不能由A/D轉換直接得到。霍爾傳感器(qì)測得的轉速信号經隔(gé)離整形後接到單片機的(de)輸入端ISl，利用外(wài)部脈(mò)沖計數中斷來計算發動(dòng)機的轉速。 盡管監測系統中的(de)啟動開(kāi)關信号(hào)是數(shù)字信号，但是這些信号并不能直接由微處理器進行處理，還需要數字信号輸入通道(dào)進行電平轉換(huàn)和抗幹擾等處理。隻有将(jiāng)輸入的數字信号轉(zhuǎn)換為TTL電平(píng)，才能被微處理器接收。

②輸(shū)出信号處理電路。

該電路的作用是在微處理器和(hé)顯示器以及報警電路之間建立聯系。由于微處理器産生的(de)控制信号都是數字信号(hào)，因此輸出信号處理電路為數字信号輸出通道。數字信号輸出通道的作用(yòng)是将微處理器産生的數字控制信(xìn)号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、單片機主機及外圍芯片(piàn)、通信電路等都需要合适的電源才能正常工作，它(tā)們所需電壓(yā)并不相同。對系統電源模塊(kuài)的要求為：處于惡劣環(huán)境中仍能正常工作，能适應較寬的供(gòng)電電壓(yā)變化範(fàn)圍，能防止從電(diàn)源地線引入的幹擾，采用高可靠性元件，功率及電壓裕度也較大。

(4)通(tōng)信模塊。

使用RS一232串(chuàn)口通信。該(gāi)模塊(kuài)的功能是(shì)處理主機和單片(piàn)機之間(jiān)的通信，主機給(gěi)下位機發送指(zhǐ)令，下位機給主機發(fā)送監測數據。該模塊傳送(sòng)的信息包括(kuò)：

①命令信息，上位機的控制指令發送到(dào)下位機；

②數據信息，單片下位機檢測到的(de)狀(zhuàng)态信息發送到上位PC中，以便主機進行監控和進一步的數據分析處理。

(5)狀态(tài)與報警模塊。

為了将程度不同的緊急狀況傳遞給司機，系統根據檢測的參數性質(zhì)采用三級(jí)報警的(de)方(fāng)法。

①第一級報警(jǐng)：通過裝置上(shàng)相(xiàng)應的(de)二極管發(fā)光實(shí)現。它隻是提(tí)醒司機注意，在這種情況下機器(qì)還能工作一段時間，如(rú)燃油液位超過低(dī)限等。

②第二級報警：通過總報警燈和故障項發(fā)光二極管(guǎn)同時發光報警。這種報警要求司機密切關注故障的發展，但不需(xū)要立即關機。這類故障多屬高溫問題，如液壓系統油溫過高、發動機溫度(dù)過高等。

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

數控卷闆機系統軟件要求如下：

軟(ruǎn)件結構清晰、簡潔，流程合理。各功能實現模塊化、子程序化，這樣既便于調試，又便于移植(zhí)和修改。具有自診(zhěn)斷功(gōng)能，在系統工(gōng)作前先運行自診(zhěn)斷程序。采用軟件抗幹擾措施，提高(gāo)系統的可靠性。

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

3．故(gù)障診斷(duàn)系統

提取下位機各(gè)檢測項的數據，進行曲線繪制和(hé)趨(qū)勢分析，同時對時域信号(hào)進(jìn)行FFT變換，利用頻譜分析的方法(fǎ)，對液壓卷闆機系(xì)統進(jìn)行故障檢測和診斷。

系統收集、整理液壓卷闆機(jī)的故(gù)障知識，構建完(wán)整的故障知識(shí)庫，将專家知識、檢測系統(tǒng)傳來的信息(xī)以及人機交互(hù)的信息進行融合分析，通過一定的推理機制進行故障(zhàng)定位，并提出維修方案。　　　　

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