數控卷(juan)闆機的狀态監測(ce)與故障診斷系統(tong)是一個集信号采(cǎi)集、工👈況分析、狀态(tai)顯示以及故障診(zhěn)斷于一體的多任(rèn)務信息處理系統(tong)。為了解決狀态監(jian)測和故障診斷中(zhong)多任務與實時性(xing)的矛盾，整🔴個系統(tǒng)由狀态監測與故(gu)障診👄斷兩個子系(xi)統組成，其中前一(yi)個子系統完成數(shu)控卷♉闆機狀态實(shi)時監測功能，後一(yi)個子系🏃‍♂️統完成數(shù)控卷闆機故障診(zhěn)斷功能。

系統結構(gòu)的實現有兩種形(xing)式。

(1)數控卷闆(pan)機上、下位機組成(cheng)的系統。

這類系統(tong)往往由機上和機(jī)下兩部分組成，安(ān)裝于卷闆機上的(de)部分進行工況監(jian)測、數據記錄和狀(zhuàng)态顯示，而診斷計(ji)算機則置于控制(zhì)室。當需要對卷闆(pan)機上的部分進行(hang)檢查時，插人手持(chi)式終端，讀取現場(chǎng)采集的☁️全部工況(kuàng)👉數據并存儲；然後(hòu)取下手持式♌終端(duan)，在控制室中将數(shù)據輸入診斷計算(suan)機中，就可以診斷(duan)液壓⭐系統、動力系(xi)統、機構和裝置系(xì)統、附屬系統等各(gè)部分的故障，同時(shí)也能診斷自身的(de)故障。采🔞用這種方(fang)式可以讓多台卷(juan)闆機共享一套診(zhen)斷🈲計算機終端，節(jie)省費用，也便于維(wéi)護、備件管理及打(da)印報表等。

(2)數(shù)控卷闆機随機安(an)裝的系統。

這類系(xì)統采用彩色液晶(jing)顯示器，能動态反(fǎn)映主機⁉️系統的參(can)數變化，部分關鍵(jian)參數用曲線實時(shí)跟蹤指示；還能利(li)用經驗知識，綜合(hé)利用實時數據，進(jin)行故障的推理，從(cong)而找出故障點。有(yǒu)的還可以進行作(zuo)業量統計。這類系(xì)統通常具有黑匣(xia)子的功能，即記⚽錄(lu)故障過去的發展(zhǎn)狀況，便于區别是(shi)機器本身的故障(zhàng)還是操作人員違(wei)反操作規程引起(qi)的損壞，并👉對不合(he)理的操作予以提(tí)✂️示。

上述兩種形式(shi)是目前大多數液(ye)壓卷闆機狀态監(jiān)測🚶‍♀️與故障診💋斷系(xì)統所采用的，但國(guó)内成功的應用實(shí)例仍然很少。在線(xiàn)診斷的實現受制(zhi)于被診斷系統的(de)構造、運行方式和(he)㊙️工作場所等多❗方(fang)面因素，因此本系(xì)統結構采用第一(yī)種形式，完成液壓(yā)卷闆機運行狀态(tai)的在線監測和離(li)線故障診斷功能(néng)，該形📱式的缺點是(shì)信息數量有限。

數(shu)控卷闆機系統模(mó)型的構建

液(ye)壓卷闆機工作時(shí)産生噪聲、振動、污(wu)染、高溫，且存在着(zhe)不穩定因素，所以(yi)本系統工作環境(jing)惡劣。為完成預定(dìng)功能，系統對參數(shu)采集精度、運行的(de)穩定性☁️和可靠性(xìng)等要求都較高，但(dan)控🏃‍♂️制方面沒有什(shí)麼要求。因此，下🤞位(wei)機隻要采用高性(xìng)能的單片機，并配(pei)以相應的數據處(chù)理和抗幹擾技術(shu)，就能滿足系統實(shí)時性要求；上🈚位機(ji)則采用普通的PC。上、下位機之間(jiān)采用 RS一232串口通信，由下位(wèi)機保存液壓卷闆(pan)機約4h的工況(kuàng)數據，然後插入掌(zhang)上電腦讀取該數(shu)據，再傳送給上位(wei)機。系統的模型如(rú)圖1所示。

數控(kòng)卷闆機狀态監測(ce)系統

1.系統功能分(fen)析，液壓卷闆機狀(zhuàng)态監測與故障診(zhen)斷系統模型

本系統以SWE4．2液壓卷闆機為(wei)監測對象，選取發(fā)動機轉速、燃油油(yóu)🏃位、機油壓力、主泵(bèng)1和2的壓(ya)力、液壓油溫度、液(yè)壓油油位、冷卻水(shuǐ)溫度、冷卻水🤩水位(wèi)、濾清㊙️器差壓、空濾(lǜ)器負壓、蓄電池電(diàn)壓、啟動開關和行(háng)走速度開關共14項參數為檢測(cè)項目，通過對這些(xiē)參數的自動監測(ce)和工況😍分析，為液(ye)壓卷闆機的運行(háng)狀态趨勢分析和(hé)故障診♊斷打☀️下基(ji)🌈礎。系😄統的主要功(gong)能如下。

(1)數據采集功能。自(zi)動采集液壓卷闆(pǎn)機14項運行工(gōng)況參數，包括發動(dong)機轉速、燃油油位(wèi)、機油壓力等。

(2)數據處理和(he)存儲功能。自動進(jìn)行采集數據的處(chu)理，包括清🐇除誤差(chà)、曲線拟合等，并生(shēng)成數據文件存儲(chǔ)起來供二次處理(li)使用。

(3)顯(xian)示功能。通過液晶(jing)顯示器顯示當前(qian)的運行狀态。

(4)報警功能。設(shè)備故障或運行參(cān)數超限時均能發(fā)出報警，可根據異(yi)常情況的嚴重程(cheng)度進行三級報警(jing)，并記錄報警信息(xī)。

(5)曲線繪(hui)制和打印功能。能(néng)夠自動繪制特性(xìng)曲線，并做☁️出趨勢(shi)分析。

(6)通(tong)信功能。通過RS一232串口向上(shang)位機傳送所采集(ji)的數據信息。

系統單片機選用(yòng)ATMEL89C51，同時擴充64K EPROM用于存儲報警(jǐng)限值和相應的檢(jian)測程序，擴充帶掉(diào)電保護的64K RAM用(yong)于存儲液壓卷闆(pǎn)機的4h工況數(shu)據。系統的結構如(ru)圖5—58所示(shì)。

系統測試原理如(rú)下：将傳感器檢測(cè)到的發動機轉速(su)、發⚽動❄️機油壓、冷卻(que)液溫度、液壓油油(yóu)位、行走速度開關(guan)等參數值送人🌈微(wei)機，進行分析計算(suan)，并将實測值與内(nei)置的标準值比較(jiao)，判斷液壓卷🈲闆機(jī)運行狀态是否良(liang)好；對異常🌈征兆用(yong)發光二極管、閃光(guang)報警燈和報警喇(la)叭進行三級報警(jǐng)；同時将✂️相關數值(zhí)保🤩存下來，傳送到(dao)上位機進行曲線(xian)繪制、趨勢分析和(hé)打印輸出。

2.數(shu)控卷闆機狀态監(jian)測系統結構

系統(tǒng)硬件設計

系(xi)統硬件按功能的(de)不同劃分為主處(chù)理器模塊、信号處(chù)理模塊、電源模塊(kuai)、通信模塊、狀态與(yǔ)報警模塊5個(ge)部分。

主處理器模(mó)塊。

系統采用(yong)ATMEL89C51微處理器，擴(kuò)充帶掉電保護的(de)64K RAM用于存儲液(ye)壓卷闆機的4h工況數據。該模塊(kuài)由EPROM、RAM、I/O、掉電保護以及液(yè)晶顯示驅動組成(chéng)。

信号處理模塊。

①輸入信号處理(li)電路。輸入信号處(chù)理電路是微處理(li)器與外界聯系的(de)通道。輸入信号處(chù)理電路的第一部(bù)分用于接收數字(zi)信号，數字信号來(lái)自啟動開關等；輸(shu)入信号處理電路(lu)的第二部分用于(yú)接收和轉換各種(zhǒng)傳感器輸入的模(mo)拟信号；輸入信号(hao)處理電路的第三(sān)部分用于與其他(ta)計算機控制系統(tong)進行通信聯系，信(xìn)号形式為脈沖數(shù)字信号；輸入信号(hào)處理電路的第四(sì)部分用于接收診(zhen)斷觸發信号，也是(shi)脈沖數字信号。其(qi)中，模拟信号輸入(rù)通道的任務是将(jiāng)傳感器産生的模(mo)拟信号轉換為數(shù)字信号後輸入微(wēi)處理器。模拟信号(hào)輸人通道主要由(yóu)信号處理裝置、多(duō)路選擇開關、采樣(yang)保持器和模數(A/D)轉換器組成。信(xin)号處理裝置包括(kuo)标度變換、電平轉(zhuan)換和信号🔞濾波等(děng)。

在本監測系(xì)統中，發動機試驗(yàn)過程中的機油壓(ya)力經轉換成電✍️壓(ya)信号并放大後，送(sòng)入A/D闆的輸入(rù)端進行采集；反映(ying)溫度量的熱電阻(zǔ)信号經過🐇熱電阻(zu)調理闆後，再經隔(gé)離放大闆，送到A/D闆的輸入端進(jin)行數據采集。系統(tong)采用的A/D和D/A都為12bit，因此(cǐ)系統的檢測、控制(zhi)精度均能滿足試(shi)驗的要求。對于發(fa)動機的轉速，不能(néng)由A/D轉換直接(jie)得到。霍爾傳感器(qi)測得的轉速信号(hào)經隔離整形🤟後接(jiē)到單片機的輸入(ru)端ISl，利用外部(bù)脈沖計數中斷來(lái)計算發動機的轉(zhuǎn)速。 盡管監測✊系統(tong)☎️中的啟動開關信(xin)号是數字信号，但(dàn)是這些信号并不(bu)能直接由微處理(li)器進行處理，還需(xū)🌐要數字信号輸入(rù)通道進行電平轉(zhuǎn)換和抗幹擾等處(chù)理。隻有将輸入的(de)數字信号轉換為(wei)TTL電平，才能被(bei)微處理器接收。

②輸出信号處理(lǐ)電路。

該電路的作(zuo)用是在微處理器(qi)和顯示器以及報(bào)警電路之間建立(lì)聯系。由于微處理(li)器産生的控制信(xin)号都是數字信号(hào)，因此輸出信号處(chu)理電路為數字信(xin)号輸出通道。數字(zì)信号輸出通道的(de)作用是将微處理(li)器産生的數字控(kòng)制信号傳輸給數(shu)字信号控制的報(bao)警電路。

(3)電源模塊。

系統各(gè)種傳感器、信号處(chù)理電路、單片機主(zhu)機及外圍芯片、通(tong)信電路等都需要(yao)合适的電源才能(néng)正常工作，它們所(suo)需♈電壓并不相同(tong)。對系統電源模塊(kuai)的要求為💋：處于惡(è)劣環境中仍能正(zheng)常工作，能适應較(jiao)寬的供電🚶‍♀️電壓變(bian)化範圍，能防止從(cong)電源地線引入✍️的(de)幹擾，采用高可靠(kào)性元件，功率及電(dian)🈲壓裕度也較大。

(4)通信模塊(kuai)。

使用RS一(yī)232串口通信。該(gāi)模塊的功能是處(chu)理主機和單片機(ji)之間的❗通信，主機(jī)給下位機發送指(zhi)令，下位機給主機(jī)💃發送監測✨數據。該(gai)模塊傳送的信息(xi)包括：

①命令信(xin)息，上位機的控制(zhi)指令發送到下位(wei)機；

②數據信息(xī)，單片下位機檢測(cè)到的狀态信息發(fā)送到‼️上位PC中(zhōng)，以便主機進行監(jian)控和進一步的數(shù)據分析處理。

(5)狀态與報警(jing)模塊。

為了将程度(dù)不同的緊急狀況(kuang)傳遞給司機，系統(tong)根據檢測的參數(shu)性質采用三級報(bao)警的方法。

①第(di)一級報警：通過裝(zhuang)置上相應的二極(ji)管發光實現。它隻(zhi)是提醒司機注意(yi)，在這種情況下機(jī)器還能工😄作一段(duàn)時間，如燃油液位(wei)超過低限等。

②第二級報警：通過(guò)總報警燈和故障(zhang)項發光二極管同(tóng)時發光報警。這種(zhong)報警要求司機密(mì)切關注故障📱的發(fa)展，但✨不需🐕要立即(jí)關🔱機。這類故障多(duō)屬高溫問題，如液(yè)壓系統油溫過🌏高(gao)、發動機溫度⭐過高(gāo)等。

③第三級報(bao)警：通過報警喇叭(ba)、總報警燈和故障(zhàng)項發👣光二極🔞管同(tong)時動作來報警。第(dì)三級報警内容包(bao)括發動機油壓過(guò)低、液🤟壓油位過低(dī)、無冷卻液等。對第(dì)三級報✊警，司機應(yīng)立即關機檢☎️查并(bing)修理。

數控卷闆機(ji)系統軟件要求如(ru)下：

軟件結構清晰(xi)、簡潔，流程合理。各(gè)功能實現模塊化(hua)、子🈲程序化，這樣既(jì)便于調試，又便于(yu)移植和修改。具有(yǒu)自💘診斷功能，在系(xi)統工作前先運行(hang)自診斷程序。采用(yòng)軟🆚件抗幹🍓擾措施(shi)，提高系統的可靠(kao)性。

所示為A/D采樣模塊流程(cheng)，如圖2所示為(wéi)檢測參數模塊流(liú)程。

3．故障(zhàng)診斷系統

提(ti)取下位機各檢測(cè)項的數據，進行曲(qu)線繪制和趨勢分(fèn)㊙️析，同時對時域信(xìn)号進行FFT變換(huan)，利用頻譜分析的(de)方法，對液壓卷闆(pan)機系統進行故障(zhàng)檢測和診斷。

系統(tong)收集、整理液壓卷(juan)闆機的故障知識(shi)，構建完整👅的故障(zhàng)知識庫，将專家知(zhī)識、檢測系統傳來(lái)的信息以及人機(jī)🌈交互的信息進行(hang)融合分析，通過一(yī)定的🏃🏻‍♂️推理機制進(jìn)行故障定位，并提(ti)出維修方案。　　　　

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