數(shu)控卷闆機的狀(zhuang)态監測與故障(zhang)診斷系統是一(yi)個集信号采集(jí)、工況分析、狀态(tai)顯示以及故障(zhang)診斷于一體的(de)多任⁉️務信🌈息處(chu)理系統。為了解(jiě)決狀态監測和(he)故障診斷中多(duō)任務與實時性(xing)的矛盾，整個系(xì)統🔴由狀态監測(ce)與故障診斷兩(liǎng)個子系統組成(cheng)，其中前一個子(zi)系統🚩完成數控(kong)卷闆機狀态實(shí)✊時監測功能，後(hou)一個子系☂️統完(wán)成數控卷闆機(jī)故障診斷🔞功能(néng)。

系統結構的實(shí)現有兩種形式(shì)。

(1)數控卷闆(pǎn)機上、下位機組(zǔ)成的系統。

這類(lèi)系統往往由機(jī)上和機下兩部(bù)分組成，安裝于(yú)卷闆機上的部(bù)分進行工況監(jiān)測、數據記錄和(hé)狀态顯示，而診(zhěn)🆚斷計🌐算機則置(zhi)于控制室。當需(xū)要對卷闆機上(shàng)的♍部分進行檢(jiǎn)查時，插人手持(chí)式終端，讀取現(xiàn)場采集的全部(bu)工況📱數據并存(cún)🤩儲；然後取下手(shǒu)持式♉終端，在控(kong)制㊙️室中将數據(ju)🏃🏻‍♂️輸入診斷計算(suan)機中，就可⭕以診(zhen)斷液壓系統、動(dòng)力系統、機構和(hé)裝置系統、附屬(shu)系統等各部分(fèn)的故障，同時也(ye)能診💞斷自身的(de)故障。采用這種(zhong)方式可以☁️讓多(duo)台卷闆機共㊙️享(xiang)一套診斷計算(suan)機終🏒端，節省費(fèi)用，也便于🏃維護(hù)、備件管理🧑🏽‍🤝‍🧑🏻及打(da)🏒印報表等。

(2)數控卷闆機随(sui)機安裝的系統(tong)。

這類系統采用(yong)彩色液晶顯示(shì)器，能動态反映(yìng)主機系統的👅參(cān)數變化，部分關(guān)鍵參數用曲線(xiàn)實時跟蹤指示(shì)；還能利用✍️經驗(yàn)知識，綜合利用(yong)實時數據，進行(hang)🏒故障的推理，從(cong)而找出故障點(dian)。有的還可以進(jin)行作業量統計(jì)。這類系統通常(chang)具有🐆黑匣子的(de)功能，即記錄故(gu)障過去😄的發展(zhan)狀況，便于區别(bie)是機器本身的(de)故障還是操作(zuò)人員違反操作(zuò)☀️規程引起的損(sǔn)♌壞，并🏃對不合理(lǐ)🔱的操作予以提(ti)示。

上述兩種形(xíng)式是目前大多(duo)數液壓卷闆機(jī)狀态監測與故(gù)障診斷系統所(suǒ)采用的，但國内(nei)成功的應用實(shí)例仍然很少🎯。在(zài)線診斷的實現(xiàn)受制于被診斷(duàn)系統的構造、運(yùn)行方式和工作(zuò)場🐉所等多方面(miàn)因素，因此本系(xì)統結構采用第(dì)一種形式，完成(chéng)液壓卷闆機運(yùn)行狀态的在線(xian)監測和離線故(gù)障診斷功能，該(gāi)形式的缺點是(shì)信💜息數量有限(xian)。

數控卷闆機系(xì)統模型的構建(jian)

液壓卷闆(pǎn)機工作時産生(sheng)噪聲、振動、污染(ran)、高溫，且存在🌈着(zhe)👅不穩定因素，所(suo)以本系統工作(zuo)環境惡劣。為完(wán)成預定功能，系(xi)統對參數采集(ji)精度、運行的穩(wěn)定性和可靠性(xìng)等要求都較高(gao)，但控制方面沒(méi)有什麼要求。因(yīn)此，下位機隻要(yao)😍采用高性能的(de)單片機，并配以(yǐ)相應的數據處(chù)理和抗幹擾技(ji)術，就能滿足系(xi)統實🆚時性要求(qiú)；上⛷️位機則采用(yong)普通的PC。上(shàng)、下位機之間采(cai)用 RS一232串口通信，由下(xia)位機保存液壓(ya)卷闆機約4h的工況數據，然(rán)後插入掌上電(dian)腦讀取該數據(jù)，再傳送給上位(wei)機。系統的模型(xíng)如圖1所示(shi)。

數控卷闆機狀(zhuang)态監測系統

1.系(xi)統功能分析，液(ye)壓卷闆機狀态(tai)監測與故障診(zhěn)斷系統模型

本系統以SWE4．2液壓卷(juàn)闆機為監測對(duì)象，選取發動機(jī)轉速、燃油油⁉️位(wèi)、機❤️油⭐壓力、主泵(bèng)1和2的(de)壓力、液壓油溫(wēn)度、液壓油油位(wei)、冷卻水溫度、冷(lěng)卻水水位🚶、濾清(qing)器差壓、空濾器(qì)負壓、蓄電池電(dian)壓、啟動🌂開關和(hé)行走速度開關(guan)共14項參數(shu)為檢測項目，通(tong)過對這些參數(shù)的自動監測和(hé)工況🌈分㊙️析，為液(yè)壓卷闆機的運(yùn)行狀态趨勢分(fèn)析和故💰障診斷(duàn)打❌下基礎。系㊙️統(tǒng)的主要功能如(ru)下。

(1)數(shu)據采集功能。自(zì)動采集液壓卷(juan)闆機14項運(yùn)行工況參數，包(bāo)括發動機轉速(su)、燃油油位、機油(you)💁壓力等。

(2)數據處理和(hé)存儲功能。自動(dong)進行采集數據(jù)的處理，包㊙️括清(qing)🈚除誤差、曲線拟(ni)合等，并生成數(shù)據文件存儲起(qi)來供二🔱次處理(li)使用。

(3)顯示功能。通過(guò)液晶顯示器顯(xian)示當前的運行(háng)狀态。

(4)報警功能。設備(bei)故障或運行參(can)數超限時均能(néng)發出報警，可根(gēn)據異常情況的(de)嚴重程度進行(hang)三級報警，并記(jì)錄報❓警信🏃🏻‍♂️息。

(5)曲線繪(hui)制和打印功能(néng)。能夠自動繪制(zhi)特性曲線，并做(zuò)出趨勢分⭐析。

(6)通信功(gōng)能。通過RS一(yi)232串口向上(shàng)位機傳送所采(cǎi)集的數據信息(xī)。

系統單片(pian)機選用ATMEL89C51，同(tóng)時擴充64K EPROM用(yong)于存儲報警限(xiàn)值和相應的檢(jian)測程序，擴充帶(dai)掉電保🌈護的64K RAM用于存儲液(ye)壓卷闆機的4h工況數據。系(xì)統的結構如圖(tú)5—58所示(shì)。

系統測試原理(li)如下：将傳感器(qì)檢測到的發動(dong)機轉速、發動機(jī)油壓、冷卻液溫(wēn)度、液壓油油位(wei)、行走速度開關(guan)等參數值送人(ren)微機，進行分析(xī)計算，并将實測(ce)值與内置的标(biao)♉準值比較，判斷(duàn)液壓卷闆機運(yun)行狀态是否良(liang)好；對異常🥰征兆(zhào)用發光二極管(guǎn)、閃光報警燈和(hé)報警喇叭進行(hang)三級報警；同時(shi)将相關數值保(bǎo)存下來，傳送到(dao)上位機進行曲(qu)線繪制、趨勢分(fen)析和打印輸出(chu)。

2.數控卷闆(pan)機狀态監測系(xi)統結構

系統硬(ying)件設計

系(xi)統硬件按功能(néng)的不同劃分為(wei)主處理器模塊(kuài)、信号處理💯模塊(kuai)、電源模塊、通信(xin)模塊、狀态與報(bào)警模塊5個(gè)部分。

主處理器(qi)模塊。

系統(tong)采用ATMEL89C51微處(chu)理器，擴充帶掉(diào)電保護的64K RAM用于存儲液壓(yā)卷闆機的4h工況數據。該模(mó)塊由EPROM、RAM、I/O、掉電保護(hu)以及液晶顯示(shì)驅動組成。

信号(hào)處理模塊。

①輸入信号處理(lǐ)電路。輸入信号(hào)處理電路是微(wēi)處理器與外界(jiè)聯系的通道。輸(shū)入信号處理電(diàn)路的第一部分(fen)用于接收數字(zì)信号，數字信号(hào)來自啟動開關(guan)等；輸入信号處(chù)理電路的第二(er)部分用于接收(shou)和轉換各種傳(chuán)感器輸入的模(mó)拟信号；輸入信(xìn)号處理電路的(de)第三部分用于(yú)與其他計算機(jī)控制系統進行(háng)通信聯系，信号(hào)形式為脈沖數(shu)字信号；輸入信(xin)号處理電路的(de)第四部分用于(yú)接收診斷觸發(fā)信号，也是脈沖(chong)數字信号。其中(zhong)，模拟信号輸入(ru)通道的任務是(shi)将傳感器産生(sheng)的模拟信号轉(zhuan)換為數字信号(hào)後輸入微處理(li)器。模拟信号輸(shu)人通道主要由(you)信号處理裝置(zhì)、多路選擇開關(guān)、采樣保持器和(hé)模數(A/D)轉換(huàn)器組成。信号處(chu)理裝置包括标(biao)度變換、電平轉(zhuan)換和信号濾💋波(bō)等。

在本監(jian)測系統中，發動(dong)機試驗過程中(zhong)的機油壓力💯經(jīng)轉換成電壓信(xìn)号并放大後，送(song)入A/D闆的輸(shū)入端進行采集(ji)；反映溫度量的(de)熱電阻信号經(jīng)過熱電😍阻調理(li)闆後，再經隔離(li)放大闆，送到A/D闆的輸入端(duan)進行數據采集(jí)。系統采用的A/D和D/A都為(wei)12bit，因此系統(tǒng)的檢測、控制精(jīng)度均能滿足試(shì)驗的要求。對于(yu)發動機🌈的轉速(sù)，不能由A/D轉(zhuǎn)換直接得到。霍(huò)爾傳感器測得(dé)的轉速信号經(jing)隔離整㊙️形後接(jie)到單片機的輸(shu)入端ISl，利用(yòng)外部脈沖計數(shù)中斷來計算發(fā)動機的轉速。 盡(jin)管監測系統中(zhōng)的啟動開關信(xìn)号是數字信号(hào)，但是這些信号(hao)并不🎯能直接由(yóu)微處理器進行(háng)處理，還需💋要數(shù)字☎️信号輸🔞入通(tōng)道進行電⚽平轉(zhuǎn)換和抗幹擾等(deng)處理。隻有将輸(shu)入的數字信号(hao)轉換為TTL電(dian)平，才能被微處(chù)理器接收。

②輸出信号處理(li)電路。

該電路的(de)作用是在微處(chù)理器和顯示器(qi)以及報警電路(lu)之間建立聯系(xì)。由于微處理器(qì)産生的控制信(xin)号都是數字信(xìn)号，因此輸出信(xìn)号處理電路為(wei)數字信号輸出(chū)通道。數字信号(hào)輸出通道的作(zuò)用是将微處理(li)器産生的數字(zì)控制信号傳輸(shū)給數字信号控(kong)制的報警電路(lù)。

(3)電源(yuán)模塊。

系統各種(zhǒng)傳感器、信号處(chù)理電路、單片機(ji)主機及外圍芯(xīn)💋片、通信電路等(děng)都需要合适的(de)電源才能正常(cháng)🔴工作，它們所需(xū)電壓并不相同(tóng)。對系統電源模(mo)塊的要求為：處(chù)于惡劣環境中(zhōng)仍能正常工🏃作(zuo)，能适應較寬的(de)供電🌂電壓變化(hua)範圍，能防止從(cong)電源地線引入(rù)的幹擾，采用高(gao)可靠性元件，功(gōng)率及電壓裕度(dù)也較大。

(4)通信模塊。

使用RS一(yī)232串口通信(xin)。該模塊的功能(neng)是處理主機和(hé)單片機之間的(de)通信，主機給下(xià)位機發送指令(ling)，下位機給主機(ji)發送監測數據(ju)。該模塊傳送的(de)信息包括：

①命令信息，上位(wei)機的控制指令(lìng)發送到下位機(ji)；

②數據信息(xi)，單片下位機檢(jiǎn)測到的狀态信(xìn)息發送到🏃🏻‍♂️上位(wèi)PC中，以便主(zhu)機進行監控和(hé)進一步的數據(jù)分析處理。

(5)狀态與報(bao)警模塊。

為了将(jiāng)程度不同的緊(jin)急狀況傳遞給(gěi)司機，系統根💚據(ju)檢測的參🔴數性(xing)質采用三級報(bao)警的方法。

①第一級報警：通(tong)過裝置上相應(ying)的二極管發光(guāng)實現。它💘隻是提(tí)醒司機注意，在(zài)這種情況下機(jī)器還能工作一(yī)段時間，如燃油(yóu)液位🤞超過低限(xian)等。

②第二級(ji)報警：通過總報(bào)警燈和故障項(xiàng)發光二極管同(tóng)時發💯光👌報警。這(zhè)種報警要求司(sī)機密切關注故(gu)障的發展，但不(bu)需要立即關機(jī)。這類故障多屬(shǔ)高溫問題，如液(yè)壓系統⭐油溫過(guo)高、發動機溫度(dù)過高等。

③第(dì)三級報警：通過(guò)報警喇叭、總報(bao)警燈和故障項(xiàng)發光二極🤟管🧑🏾‍🤝‍🧑🏼同(tóng)時動作來報警(jing)。第三級報警内(nei)容包括發動機(ji)油壓過♉低、液壓(ya)油位過低、無冷(leng)卻液等。對第💋三(san)級報警，司機應(yīng)立即關機檢查(chá)并修理。

數控卷(juàn)闆機系統軟件(jian)要求如下：

軟件(jiàn)結構清晰、簡潔(jie)，流程合理。各功(gōng)能實現模塊化(hua)、子程序化㊙️，這樣(yang)既便于調試，又(you)便于移植和修(xiū)改。具💛有自診斷(duàn)功能，在系統工(gong)作前先運行自(zì)診斷程序💚。采用(yòng)軟件抗幹擾措(cuo)施，提高系統的(de)可靠性。

所(suǒ)示為A/D采樣(yàng)模塊流程，如圖(tú)2所示為檢(jiǎn)測參數模塊流(liú)程。

3．故(gu)障診斷系統

提取下位機(jī)各檢測項的數(shù)據，進行曲線繪(huì)制和趨勢分析(xi)，同🛀時對時域信(xin)号進行FFT變(biàn)換，利用頻譜分(fen)析的方法，對液(ye)壓卷闆機系統(tong)進💋行故障檢測(ce)和診斷。

系統收(shōu)集、整理液壓卷(juàn)闆機的故障知(zhi)識，構建完整🥵的(de)故障知識庫，将(jiang)專家知識、檢測(ce)系統傳來的信(xìn)息以及人機交(jiao)互的信息進行(hang)融合分析，通過(guò)一定的推理機(ji)制進行❄️故障定(dìng)位，并提♈出維修(xiū)☔方案。　　　　

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