數控(kòng)卷闆機的狀态(tài)監測(cè)與故障診(zhěn)斷系統是(shì)一個(gè)集信(xìn)号采集、工(gōng)況分析、狀(zhuàng)态顯示以及故障診斷于一體的多(duō)任務(wù)信息(xī)處理系統(tǒng)。為了(le)解決(jué)狀态監測和故(gù)障診斷中(zhōng)多任務與(yǔ)實時(shí)性的矛盾，整個系統(tǒng)由狀态(tài)監測與(yǔ)故障診斷兩個(gè)子系(xì)統組(zǔ)成，其(qí)中前一個子系(xì)統完(wán)成數控卷(juàn)闆(pǎn)機(jī)狀态(tài)實時(shí)監測(cè)功能，後一(yī)個子系統(tǒng)完成數控卷(juàn)闆(pǎn)機故(gù)障診(zhěn)斷功能。

系(xì)統(tǒng)結(jié)構的實現(xiàn)有兩種形式。

(1)數(shù)控卷闆機(jī)上、下(xià)位機(jī)組成的系(xì)統。

這類系(xì)統往往由(yóu)機上(shàng)和機(jī)下(xià)兩(liǎng)部分組成，安裝(zhuāng)于卷闆機上(shàng)的部分進行工(gōng)況(kuàng)監測(cè)、數據(jù)記錄和狀(zhuàng)态顯示，而診斷(duàn)計算機(jī)則置于控制室。當(dāng)需要對卷(juàn)闆機上的(de)部分(fèn)進行檢查時，插人手持式(shì)終端(duān)，讀取(qǔ)現場采集的(de)全部工(gōng)況數(shù)據并存儲(chǔ)；然後取下手持(chí)式終端，在(zài)控制(zhì)室中将數(shù)據輸(shū)入診斷(duàn)計(jì)算機(jī)中，就(jiù)可以診斷(duàn)液壓系統、動力(lì)系統(tǒng)、機構和裝(zhuāng)置系統、附(fù)屬系(xì)統等各部(bù)分的(de)故障，同時也能(néng)診斷(duàn)自身的故(gù)障。采用這種方(fāng)式可以讓(ràng)多台(tái)卷闆機(jī)共(gòng)享一(yī)套診(zhěn)斷計算機(jī)終(zhōng)端，節(jiē)省費用(yòng)，也便(biàn)于(yú)維護、備(bèi)件管理及打印報表等(děng)。

(2)數(shù)控卷闆機随機安(ān)裝的(de)系(xì)統。

這(zhè)類系統(tǒng)采用彩色液晶(jīng)顯(xiǎn)示器(qì)，能動态反映主(zhǔ)機系統(tǒng)的參數(shù)變化，部分關鍵(jiàn)參數用曲線實(shí)時跟(gēn)蹤指示；還能利用經驗知(zhī)識，綜合利用實(shí)時數據，進行故(gù)障的推理(lǐ)，從而找出故障(zhàng)點。有(yǒu)的還可(kě)以進行(háng)作業(yè)量統計。這(zhè)類系(xì)統(tǒng)通常具有黑匣(xiá)子的功能，即記錄故障過去(qù)的發展狀況，便(biàn)于區别是(shì)機器(qì)本(běn)身的故(gù)障還(hái)是操作人(rén)員違(wéi)反操作規(guī)程引起的損壞(huài)，并對(duì)不合理的(de)操作予以(yǐ)提示(shì)。

上述兩種形式(shì)是目(mù)前大多數(shù)液壓(yā)卷(juàn)闆機狀(zhuàng)态監(jiān)測與故障診斷系統所采(cǎi)用的，但國(guó)内成(chéng)功的應(yīng)用(yòng)實例(lì)仍然很(hěn)少。在線(xiàn)診斷的實現受制(zhì)于被診斷系(xì)統的構造、運行(háng)方式和工作場所等(děng)多方面因(yīn)素，因此本(běn)系統(tǒng)結構(gòu)采用(yòng)第一(yī)種形式，完(wán)成(chéng)液壓卷(juàn)闆機運行狀态(tài)的(de)在(zài)線監(jiān)測和(hé)離(lí)線故障診(zhěn)斷功能(néng)，該形(xíng)式的缺點是信(xìn)息數(shù)量(liàng)有(yǒu)限。

數(shù)控卷(juàn)闆機系統(tǒng)模型(xíng)的構建

液(yè)壓(yā)卷闆機(jī)工作(zuò)時(shí)産生噪聲、振動、污(wū)染、高(gāo)溫，且存(cún)在(zài)着不穩定(dìng)因(yīn)素，所以(yǐ)本系統(tǒng)工(gōng)作環(huán)境惡劣(liè)。為完成(chéng)預定功能，系統(tǒng)對參數采集精(jīng)度、運(yùn)行的(de)穩定性和(hé)可靠性等(děng)要求(qiú)都(dōu)較高(gāo)，但控制方面沒有(yǒu)什麼(me)要求。因此(cǐ)，下位(wèi)機隻要采(cǎi)用高性能(néng)的單(dān)片機(jī)，并配以相(xiàng)應的數據(jù)處理(lǐ)和抗(kàng)幹擾技術(shù)，就能(néng)滿足系統(tǒng)實時性要求；上(shàng)位機則采用普(pǔ)通的pc。上、下(xià)位機之(zhī)間采用 rs一232串口通信，由(yóu)下位(wèi)機保存液壓卷(juàn)闆機約4h的(de)工況數(shù)據，然後插入(rù)掌上電腦讀(dú)取該(gāi)數據，再(zài)傳送給上位(wèi)機。系統(tǒng)的模型如(rú)圖1所示。

數(shù)控卷(juàn)闆機狀态(tài)監(jiān)測(cè)系(xì)統

1.系統功能分(fèn)析(xī)，液壓(yā)卷闆機狀态監(jiān)測與(yǔ)故障診斷(duàn)系統(tǒng)模型

本系統(tǒng)以swe4．2液壓(yā)卷闆機為(wéi)監測對象(xiàng)，選取發動機轉(zhuǎn)速、燃油油位、機(jī)油壓力、主泵1和(hé)2的壓(yā)力、液壓油溫度(dù)、液壓(yā)油(yóu)油位、冷(lěng)卻水(shuǐ)溫度(dù)、冷卻水水(shuǐ)位(wèi)、濾清器(qì)差壓、空濾(lǜ)器負(fù)壓、蓄(xù)電(diàn)池(chí)電壓(yā)、啟動開關和行走速度開關共(gòng)14項參(cān)數為檢測項目，通過(guò)對這些參數的(de)自動(dòng)監(jiān)測和工(gōng)況分析，為(wéi)液壓(yā)卷(juàn)闆(pǎn)機的運行(háng)狀态趨勢分析和故(gù)障診(zhěn)斷打(dǎ)下基礎。系統的(de)主要功能如下。

(1)數據(jù)采集功能。自動采集液(yè)壓卷闆機14項運行(háng)工況(kuàng)參數(shù)，包括發動(dòng)機(jī)轉速、燃(rán)油油位、機油壓(yā)力等。

(2)數據(jù)處理和存儲功(gōng)能。自(zì)動進(jìn)行采(cǎi)集數據的(de)處理(lǐ)，包括清除誤差、曲線(xiàn)拟合(hé)等，并生成數據(jù)文件存儲起來供二次處理使(shǐ)用。

(3)顯示功能。通過液(yè)晶顯示器(qì)顯示當前的運行狀(zhuàng)态。

(4)報(bào)警功能。設(shè)備(bèi)故(gù)障或運(yùn)行參數超限(xiàn)時(shí)均能發(fā)出報(bào)警，可根據異常情(qíng)況的嚴(yán)重程度(dù)進(jìn)行三(sān)級報警(jǐng)，并記錄(lù)報警信息。

(5)曲線繪制(zhì)和打(dǎ)印功能。能(néng)夠自動繪制特(tè)性曲線，并做出(chū)趨勢分析。

(6)通信(xìn)功能(néng)。通過rs一232串口向上位(wèi)機傳送(sòng)所(suǒ)采集的數據信(xìn)息。

系(xì)統(tǒng)單(dān)片機選用atmel89c51，同時(shí)擴充64k eprom用(yòng)于(yú)存儲報警限值(zhí)和相應的檢測程序，擴充(chōng)帶掉(diào)電保護(hù)的64k ram用于存儲液壓卷闆機的4h工況數(shù)據。系統的結構如圖5—58所(suǒ)示。

系(xì)統測試(shì)原(yuán)理如(rú)下：将傳感(gǎn)器檢(jiǎn)測到(dào)的發動機(jī)轉速(sù)、發(fā)動機油(yóu)壓(yā)、冷卻液溫度(dù)、液壓油油(yóu)位(wèi)、行(háng)走速(sù)度開(kāi)關等(děng)參數值(zhí)送(sòng)人微(wēi)機，進行分析計(jì)算(suàn)，并将實測值(zhí)與内(nèi)置的(de)标(biāo)準(zhǔn)值比較，判(pàn)斷液(yè)壓卷闆(pǎn)機運行狀态(tài)是否良好(hǎo)；對異常征(zhēng)兆用(yòng)發光二極管、閃光報(bào)警燈(dēng)和報(bào)警喇叭(bā)進行三(sān)級報(bào)警；同時将(jiāng)相關數值(zhí)保存(cún)下來，傳(chuán)送到上位機(jī)進(jìn)行(háng)曲線繪制、趨勢分析(xī)和打(dǎ)印輸出。

2.數控卷闆機(jī)狀态監(jiān)測(cè)系(xì)統(tǒng)結構

系統硬件(jiàn)設計

系統(tǒng)硬件按功能的(de)不同劃分為主(zhǔ)處理器模塊、信(xìn)号處(chù)理模塊、電源模(mó)塊、通信模塊、狀态與報警(jǐng)模塊(kuài)5個部(bù)分。

主處理器模(mó)塊。

系統采用atmel89c51微處理(lǐ)器，擴(kuò)充(chōng)帶掉電(diàn)保護的64k ram用于存(cún)儲液壓卷(juàn)闆機的(de)4h工(gōng)況數據。該模塊(kuài)由eprom、ram、i/o、掉電(diàn)保(bǎo)護以(yǐ)及液晶(jīng)顯示驅動組成(chéng)。

信号處(chù)理模塊(kuài)。

①輸(shū)入信(xìn)号處(chù)理電(diàn)路。輸入(rù)信(xìn)号處(chù)理電路是(shì)微處理器與外(wài)界聯(lián)系的通道(dào)。輸入信号處理(lǐ)電路的第一部分用(yòng)于接收數字(zì)信号，數(shù)字信号來(lái)自啟動(dòng)開(kāi)關等；輸入(rù)信号處理(lǐ)電路的第(dì)二部(bù)分用(yòng)于接收(shōu)和(hé)轉換各種(zhǒng)傳感器輸(shū)入的(de)模拟信号；輸入信号(hào)處(chù)理(lǐ)電(diàn)路的第(dì)三部分用于與(yǔ)其他(tā)計算機控(kòng)制系(xì)統進行通(tōng)信聯(lián)系，信号形(xíng)式為脈沖(chòng)數字信号；輸(shū)入(rù)信号(hào)處理電路(lù)的第(dì)四部分用于接收診斷觸發信(xìn)号(hào)，也是脈沖數(shù)字信号。其中，模(mó)拟信号輸(shū)入通(tōng)道的任(rèn)務是将傳感(gǎn)器産生的(de)模(mó)拟信(xìn)号轉換(huàn)為數(shù)字(zì)信号後輸入微處(chù)理器(qì)。模拟信(xìn)号輸人通道主(zhǔ)要由信号處(chù)理(lǐ)裝置、多(duō)路選擇(zé)開關、采(cǎi)樣保持器(qì)和模(mó)數(a/d)轉換器(qì)組成。信号處理(lǐ)裝置包括(kuò)标度(dù)變換、電平(píng)轉換(huàn)和信号(hào)濾波等(děng)。

在(zài)本監測系統中，發(fā)動機(jī)試(shì)驗(yàn)過程中的(de)機油壓力(lì)經轉(zhuǎn)換成電壓信号(hào)并放(fàng)大後(hòu)，送入a/d闆的輸入(rù)端進行采集；反(fǎn)映溫(wēn)度量的熱(rè)電阻信号(hào)經過熱電阻調理闆(pǎn)後，再(zài)經隔(gé)離放(fàng)大闆，送到a/d闆的輸入端進(jìn)行數(shù)據采(cǎi)集。系(xì)統采用的a/d和d/a都(dōu)為12bit，因此系(xì)統的(de)檢測(cè)、控制精度(dù)均能滿足(zú)試驗的要(yào)求(qiú)。對于發動機的(de)轉(zhuǎn)速，不(bú)能由a/d轉換(huàn)直接(jiē)得到。霍爾(ěr)傳感器測得的(de)轉速信(xìn)号(hào)經隔(gé)離整(zhěng)形後(hòu)接到(dào)單片機的(de)輸入(rù)端isl，利用外(wài)部脈沖計(jì)數中(zhōng)斷來計(jì)算發動(dòng)機的(de)轉速。 盡管監測系統中的(de)啟動開(kāi)關信(xìn)号是數字信号，但(dàn)是這些(xiē)信(xìn)号并(bìng)不能(néng)直接由微(wēi)處理器進行處(chù)理，還需要數(shù)字(zì)信号輸入(rù)通道(dào)進行(háng)電(diàn)平轉換(huàn)和抗幹擾等處(chù)理。隻有将輸入(rù)的數(shù)字信(xìn)号(hào)轉換為ttl電平(píng)，才能被(bèi)微(wēi)處理器接收。

②輸(shū)出信号處理電(diàn)路。

該電路(lù)的作(zuò)用是在(zài)微處理器和顯示器以及報(bào)警電(diàn)路之間建(jiàn)立聯系。由(yóu)于微處理器産生的控(kòng)制信号(hào)都是數字信号，因此輸出信号(hào)處理電路為數字信号輸出(chū)通(tōng)道。數字(zì)信号輸(shū)出通道的作用(yòng)是将微處(chù)理器産(chǎn)生的數字控(kòng)制信号(hào)傳輸給(gěi)數字信号控制(zhì)的報警電(diàn)路。

(3)電源模(mó)塊。

系統各(gè)種傳(chuán)感器(qì)、信号處理(lǐ)電路、單(dān)片機主(zhǔ)機及(jí)外圍芯片(piàn)、通信(xìn)電路等都(dōu)需要合(hé)适的電(diàn)源才(cái)能正常(cháng)工(gōng)作，它們所(suǒ)需電壓并不(bú)相同。對(duì)系統(tǒng)電源模塊(kuài)的要求為(wéi)：處于(yú)惡劣環境中(zhōng)仍能正常工作，能适應較(jiào)寬的供電電壓變化範(fàn)圍，能防(fáng)止從電(diàn)源地線引(yǐn)入的(de)幹擾(rǎo)，采用(yòng)高可(kě)靠性元件(jiàn)，功率及電壓裕度也(yě)較大。

(4)通信(xìn)模塊。

使用rs一232串(chuàn)口通信。該(gāi)模塊的功能是(shì)處理(lǐ)主機和單(dān)片機之間的通(tōng)信，主機給(gěi)下位(wèi)機發(fā)送指令，下(xià)位機(jī)給主機發(fā)送監測(cè)數(shù)據。該(gāi)模塊傳送的信(xìn)息包括：

①命(mìng)令信(xìn)息(xī)，上位機(jī)的控(kòng)制指令發送到(dào)下位機；

②數據信(xìn)息，單片下位機(jī)檢測(cè)到的狀(zhuàng)态(tài)信息(xī)發送到上位pc中，以(yǐ)便主機(jī)進行監控和(hé)進(jìn)一步(bù)的(de)數(shù)據分析處理(lǐ)。

(5)狀(zhuàng)态與(yǔ)報警(jǐng)模塊。

為了将程(chéng)度不(bú)同的(de)緊急(jí)狀況傳(chuán)遞給司(sī)機，系(xì)統根(gēn)據檢(jiǎn)測的參數性質(zhì)采用(yòng)三級報警(jǐng)的方法。

①第(dì)一級報警(jǐng)：通過裝置上(shàng)相(xiàng)應的(de)二極(jí)管(guǎn)發(fā)光實(shí)現。它隻是提醒(xǐng)司機注(zhù)意(yì)，在(zài)這種情(qíng)況下(xià)機器(qì)還能工(gōng)作(zuò)一段(duàn)時間(jiān)，如(rú)燃油液(yè)位超過低(dī)限等(děng)。

②第二級報(bào)警：通過總報警燈和(hé)故(gù)障項發(fā)光二極管(guǎn)同時發光(guāng)報警(jǐng)。這種(zhǒng)報警要求(qiú)司機密切關注故障的發展(zhǎn)，但不需(xū)要立即(jí)關機。這(zhè)類故(gù)障多屬高溫問題，如液(yè)壓(yā)系統(tǒng)油溫(wēn)過高、發動(dòng)機溫度過高等(děng)。

③第三級報(bào)警：通過報(bào)警喇叭、總(zǒng)報警燈和(hé)故障項發(fā)光二極(jí)管(guǎn)同時動作來報(bào)警。第三(sān)級報警内容(róng)包括發動機油(yóu)壓過低(dī)、液壓油(yóu)位過(guò)低、無冷卻(què)液等(děng)。對(duì)第三級(jí)報(bào)警，司機應立(lì)即關機檢查并(bìng)修理。

數控卷闆(pǎn)機系統軟(ruǎn)件要求如下：

軟件結構清晰、簡(jiǎn)潔，流(liú)程合(hé)理。各功能實現模塊(kuài)化、子(zǐ)程序化(huà)，這樣既便于(yú)調試，又便(biàn)于(yú)移(yí)植和修改(gǎi)。具有自診斷功能，在系統工作前先運行自診斷程(chéng)序。采用軟(ruǎn)件抗幹擾(rǎo)措施(shī)，提高(gāo)系統(tǒng)的可(kě)靠性。

所示為a/d采(cǎi)樣模(mó)塊流(liú)程，如(rú)圖2所示為(wéi)檢測(cè)參數模(mó)塊流(liú)程。

3．故障(zhàng)診斷系統

提取下位機各檢測項(xiàng)的(de)數據(jù)，進行曲線繪(huì)制(zhì)和趨勢分(fèn)析，同時對(duì)時域信号(hào)進行(háng)fft變換，利用頻譜分析(xī)的方(fāng)法，對(duì)液壓(yā)卷闆(pǎn)機系統進(jìn)行故障檢(jiǎn)測和診斷(duàn)。

系(xì)統收集(jí)、整理液壓卷闆(pǎn)機的(de)故障知識(shí)，構建完整(zhěng)的故障知識庫，将專家知識(shí)、檢測系統(tǒng)傳來的信息(xī)以及(jí)人(rén)機(jī)交互(hù)的信息進(jìn)行融(róng)合分析，通(tōng)過一(yī)定的(de)推(tuī)理(lǐ)機制(zhì)進(jìn)行(háng)故障(zhàng)定位(wèi)，并提出維修方(fāng)案。　　　　

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