數控卷闆(pǎn)機的狀态監測(cè)與故障診斷系(xi)統是一個集信(xìn)号采集🔅、工🐪況分(fèn)析、狀态顯示以(yi)及故障診斷于(yú)一體的多任務(wu)信息處理系統(tǒng)。為了解決狀态(tai)監測和故障診(zhen)斷🐕中多任務與(yǔ)實時性的矛盾(dun)，整個系統❤️由狀(zhuàng)态監測與故障(zhang)診🌍斷兩個子系(xi)統組成，其中前(qian)一個子系統☂️完(wán)成數控卷闆機(ji)狀态實👅時監測(cè)功能，後一個子(zǐ)系🍓統完成數控(kong)💞卷闆機故障診(zhěn)斷功能。

系統結(jie)構的實現有兩(liang)種形式。

(1)數(shù)控卷闆機上、下(xià)位機組成的系(xi)統。

這類系統往(wang)往由機上和機(jī)下兩部分組成(cheng)，安裝于卷闆機(jī)上的部分進行(hang)工況監測、數據(jù)記錄和狀态顯(xiǎn)示✉️，而診斷計算(suàn)機則置于控制(zhi)室。當需要對卷(juan)闆機上的部分(fèn)進行檢查時，插(chā)人手持式終端(duān)，讀取現🔴場采集(ji)的全部工況數(shu)據并存儲；然後(hòu)取下手持式🏃🏻終(zhōng)端，在控制室中(zhong)将數據輸入診(zhěn)斷計算機中，就(jiu)可以診斷液壓(ya)系統、動力系統(tǒng)、機構和裝置系(xì)統、附屬系統等(děng)各🛀部分的故障(zhang)，同時也能診斷(duàn)自身的故障。采(cǎi)用這種方式可(kě)以讓多台卷闆(pǎn)機共享一套診(zhen)斷計算機終端(duan)，節省費用🈚，也便(biàn)于維護、備件管(guǎn)理及打印報表(biao)等。

(2)數控卷(juan)闆機随機安裝(zhuāng)的系統。

這類系(xi)統采用彩色液(yè)晶顯示器，能動(dòng)态反映主機系(xì)統♌的參數變化(hua)，部分關鍵參數(shù)用曲線實時跟(gēn)蹤指示；還能利(li)用經驗📐知識，綜(zōng)合利用實時數(shu)據，進行故障的(de)推理，從而找出(chu)故障點。有的還(hai)可以進行作業(yè)量統計♋。這類系(xì)統通常具有黑(hei)匣子的功能，即(jí)記❤️錄故障過去(qù)的發展狀況，便(bian)于區别是機器(qì)本身的💔故障還(hai)是操作💃人員違(wéi)反操作㊙️規程引(yin)起的損壞，并對(duì)不合理的操作(zuo)🈲予以提示。

上述(shu)兩種形式是目(mù)前大多數液壓(ya)卷闆機狀态監(jian)測與故障診斷(duan)系統所采用的(de)，但國内成功的(de)應用實例✉️仍然(ran)很少。在線㊙️診斷(duan)💯的實現受制于(yú)被診斷系❗統的(de)構造、運行方式(shì)和工作場❄️所等(děng)多方面因素，因(yin)🍉此本系統🧑🏽‍🤝‍🧑🏻結構(gou)采用第一種形(xing)式，完成液壓卷(juàn)闆機運行狀态(tài)的💘在線監測和(hé)離線故障診斷(duàn)功能，該形式的(de)缺點是信息數(shù)量有限。

數控卷(juàn)闆機系統模型(xíng)的構建

液(ye)壓卷闆機工作(zuò)時産生噪聲、振(zhen)動、污染、高溫，且(qiě)存在着不穩定(dìng)因素，所以本系(xì)統工作環境惡(e)劣。為完☎️成預定(ding)功能，系❓統對參(can)數采集精度、運(yun)行的穩定性和(he)可靠性等要☂️求(qiu)都較高，但控☂️制(zhì)方面沒有什麼(me)要求。因此，下位(wei)機隻要采用高(gao)性能的單片機(ji)，并配以相應的(de)數據處理和抗(kang)幹✔️擾技術，就能(néng)滿足系統實時(shí)性要求；上位機(jī)則采用普通的(de)PC。上、下位機(jī)之間采用 RS一232串口通(tōng)信，由下位機保(bao)存液壓卷闆機(jī)約4h的工況(kuàng)數據，然後插入(rù)掌上電腦讀取(qǔ)該數據，再傳送(song)🔞給上位機🙇🏻。系統(tong)的模型如圖1所示。

數控卷(juan)闆機狀态監測(ce)系統

1.系統功能(néng)分析，液壓卷闆(pǎn)機狀态監測與(yǔ)故障診斷系統(tǒng)模型

本系(xì)統以SWE4．2液壓卷闆機為(wei)監測對象，選取(qǔ)發動機轉速、燃(rán)油油位、機油壓(ya)力、主泵1和(hé)2的壓力、液(ye)壓油溫度、液壓(yā)油油位、冷卻水(shuǐ)溫度、冷卻水🔱水(shuǐ)🌈位、濾🙇🏻清器差壓(ya)、空濾器負壓、蓄(xu)電池電壓、啟動(dòng)開關和行🐪走速(sù)度開關共14項參數為檢測(ce)項目，通過對這(zhè)些參數的自動(dong)監測和工況分(fen)析，為液壓卷闆(pan)機的運行狀态(tai)趨勢分析和故(gù)障診斷打♊下基(jī)礎。系統的主要(yào)功能如下。

(1)數據采集(jí)功能。自動采集(ji)液壓卷闆機14項運行工況(kuàng)參數，包括發動(dong)機轉速、燃油油(you)位、機油🥰壓力等(deng)。

(2)數據(jù)處理和存儲功(gong)能。自動進行采(cǎi)集數據的處理(li)，包㊙️括清💘除誤差(cha)、曲線拟合等，并(bìng)生成數據文件(jian)存儲起來供二(èr)次處♊理使用。

(3)顯示功(gōng)能。通過液晶顯(xiǎn)示器顯示當前(qian)的運行狀态。

(4)報警功(gong)能。設備故障或(huo)運行參數超限(xian)時均能發出報(bao)警，可根據異常(cháng)情況的嚴重程(cheng)度進行三級報(bào)警，并記錄報警(jing)信息。

(5)曲線繪制和打(da)印功能。能夠自(zi)動繪制特性曲(qǔ)線，并♌做出趨勢(shi)分析。

(6)通信功能。通過(guò)RS一232串(chuàn)口向上位機傳(chuan)送所采集的數(shù)據信息。

系(xi)統單片機選用(yong)ATMEL89C51，同時擴充(chong)64K EPROM用于存儲(chu)報警限值和相(xiang)應的檢測程序(xu)，擴充帶掉🌈電🔴保(bǎo)護的64K RAM用于(yú)存儲液壓卷闆(pǎn)機的4h工況(kuang)數據。系統的結(jie)構如圖5—58所示。

系統測(ce)試原理如下：将(jiāng)傳感器檢測到(dào)的發動機轉🌈速(sù)、發動機油壓、冷(lěng)卻液溫度、液壓(ya)油油位、行走速(sù)度開關等參數(shu)值送人微機，進(jìn)行分析計算，并(bìng)将實測值與内(nèi)置的标準值比(bǐ)較，判斷❌液壓卷(juan)闆機運行狀态(tài)是否良好；對異(yi)常😍征兆用發光(guang)二極管、閃光報(bào)警🏃‍♂️燈和報警喇(lǎ)叭進行三級報(bào)警；同時将相關(guān)數值保存下來(lai)，傳送到上位機(jī)進行曲線繪制(zhi)、趨勢分析和打(da)印輸出。

2.數(shù)控卷闆機狀态(tài)監測系統結構(gou)

系統硬件設計(jì)

系統硬件(jiàn)按功能的不同(tong)劃分為主處理(li)器模塊、信号👌處(chù)理模🍉塊、電源模(mo)塊、通信模塊、狀(zhuang)态與報警模塊(kuai)5個部分。

主(zhǔ)處理器模塊。

系統采用ATMEL89C51微處理器，擴(kuo)充帶掉電保護(hu)的64K RAM用于存(cun)儲液壓卷闆機(jī)的4h工況數(shu)據。該模塊由EPROM、RAM、I/O、掉(diào)電保護以及液(ye)晶顯示驅動組(zǔ)成。

信号處理模(mó)塊。

①輸入信(xin)号處理電路。輸(shū)入信号處理電(diàn)路是微處理器(qì)與外界聯系的(de)通道。輸入信号(hao)處理電路的第(dì)一部分用于接(jie)收數字信号，數(shu)字信号來自啟(qi)動開關等；輸入(ru)信号處理電路(lu)的第二部分用(yong)于接收和轉換(huàn)各種傳感器輸(shu)入的模拟信号(hào)；輸入信号處理(li)電路的第三部(bu)分用于與其他(ta)計算機控制系(xì)統進行通信聯(lian)系，信号形式為(wéi)脈沖數字信号(hao)；輸入信号處理(lǐ)電路的第四部(bu)分用于接收診(zhen)斷觸發信号，也(yě)是脈沖數字信(xìn)号。其中，模拟信(xin)号輸入通道的(de)任務是将傳感(gan)器産生的模拟(nǐ)信号轉換為數(shù)字信号後輸入(rù)微處理器。模拟(nǐ)信号輸人通道(dào)主要由信号處(chu)理裝置、多路選(xuan)擇開關、采樣保(bao)持器和模數(A/D)轉換器組成(chéng)。信号處理裝置(zhì)包括标度變換(huan)、電平轉換🌈和信(xìn)号🈲濾波等。

在本監測系統(tong)中，發動機試驗(yan)過程中的機油(yóu)壓力經轉換成(chéng)電壓信号并放(fàng)大後，送入A/D闆的輸入端進(jìn)行采集；反映溫(wen)度量的熱電阻(zu)信号經♋過熱電(dian)阻調理闆後，再(zài)經隔離放大闆(pan)，送到A/D闆的(de)輸入端進行數(shu)據采集。系統采(cai)用的A/D和D/A都為12bit，因(yīn)此系統的檢測(ce)、控制精度均能(neng)滿足試驗的要(yào)求。對于發動機(jī)的轉速，不能由(you)A/D轉換直接(jie)得到。霍爾傳感(gǎn)器測得的轉速(su)信号經隔離整(zhěng)形後㊙️接到單片(piàn)機的輸入端ISl，利用外部脈(mo)沖計數中斷來(lái)計算發動機的(de)轉速。 盡管監測(ce)系統中的啟動(dòng)開關信号是數(shu)字信号，但是這(zhè)些信号并不能(néng)直接由微處理(li)器進行處理，還(hai)需要數字✍️信号(hao)輸入通道進行(háng)電⚽平轉換和抗(kàng)幹擾等處理。隻(zhi)有将輸入的🤩數(shù)字信号轉換為(wéi)TTL電平，才能(néng)被微處理器接(jiē)收。

②輸出信(xìn)号處理電路。

該(gāi)電路的作用是(shì)在微處理器和(he)顯示器以及報(bào)警電路之間建(jiàn)立聯系。由于微(wei)處理器産生的(de)控制信号都是(shì)數字信号，因此(ci)輸出信号處理(lǐ)電路為數字信(xìn)号輸出通道。數(shu)字信号輸出通(tong)道的作用是将(jiāng)微處理器産生(shēng)的數字控制信(xìn)号傳輸給數字(zi)信号控制的報(bào)警電路。

(3)電源模塊。

系(xì)統各種傳感器(qì)、信号處理電路(lù)、單片機主機及(jí)外圍芯片、通信(xìn)電路等都需要(yao)合适的電源才(cái)能正常工作，它(tā)們所需電壓并(bìng)不☎️相同。對系統(tǒng)電源模塊的要(yao)求為：處于惡劣(lie)環境中仍能正(zheng)常工作，能适應(yīng)較寬的供電電(dian)壓變化範圍，能(néng)防止從電源地(dì)線引入的幹擾(rǎo)，采用㊙️高可靠性(xìng)元件，功率及電(diàn)壓裕度也較💁大(dà)。

(4)通信(xìn)模塊。

使用(yong)RS一232串(chuan)口通信。該模塊(kuai)的功能是處理(lǐ)主機和單片機(ji)之間的通信，主(zhǔ)機給下位機發(fā)送指令，下位機(ji)給主機發送🏃🏻監(jiān)測數據。該模塊(kuai)傳送的信息包(bao)括：

①命令信(xin)息，上位機的控(kòng)制指令發送到(dào)下位機；

②數(shu)據信息，單片下(xià)位機檢測到的(de)狀态信息發送(song)到上位PC中(zhōng)，以便主機進行(háng)監控和進一步(bu)的數據分析處(chu)理。

(5)狀(zhuàng)态與報警模塊(kuai)。

為了将程度不(bú)同的緊急狀況(kuàng)傳遞給司機，系(xì)統根❗據檢測的(de)參❓數性質采用(yòng)三級報警的方(fāng)法。

①第一級(ji)報警：通過裝置(zhi)上相應的二極(jí)管發光實現。它(ta)🌈隻🧑🏽‍🤝‍🧑🏻是提✏️醒♈司機(jī)注意，在這種情(qíng)況下機器還能(néng)工作一段時間(jian)，如燃油液位超(chāo)過低限等。

②第二級報警：通(tong)過總報警燈和(hé)故障項發光二(èr)極管🏃同時發光(guang)報警。這種報警(jing)要求司機密切(qie)關注故障的發(fa)展，但不需要立(lì)🆚即關機。這類故(gù)障多屬高溫問(wèn)題，如液壓系統(tǒng)油溫過高、發動(dòng)機溫度過高等(deng)。

③第三級報(bao)警：通過報警喇(la)叭、總報警燈和(he)故障項發🍉光二(èr)極管同時動作(zuo)來報警。第三級(ji)報警内容包括(kuò)⭐發動機油壓過(guo)低、液壓油位過(guo)低、無冷卻液等(děng)。對第三級報警(jǐng)，司機應立即關(guan)機檢查并修理(li)。

數控卷闆機系(xì)統軟件要求如(rú)下：

軟件結構清(qīng)晰、簡潔，流程合(hé)理。各功能實現(xiàn)模塊化、子程🈚序(xù)化，這樣既便于(yu)調試，又便于移(yí)植和修改。具有(yǒu)自❌診斷功能，在(zài)系統工作前先(xian)運行自診斷程(chéng)序。采用軟❌件抗(kang)幹擾措施⛹🏻‍♀️，提高(gao)系🚶‍♀️統的可🐇靠性(xing)。

所示為A/D采樣模塊流(liú)程，如圖2所(suǒ)示為檢測參數(shù)模塊流程。

3．故障診斷(duan)系統

提取(qu)下位機各檢測(ce)項的數據，進行(hang)曲線繪制和趨(qu)勢分析📧，同時㊙️對(dui)時域信号進行(hang)FFT變換，利用(yòng)頻譜分析的方(fāng)法，對液壓卷闆(pan)機系統進行故(gu)障檢測和診斷(duàn)。

系統收集、整理(li)液壓卷闆機的(de)故障知識，構建(jian)完整的故障知(zhi)識庫，将專家知(zhī)識、檢測系統傳(chuan)來的信息以及(ji)人機交互的信(xìn)息進行融合分(fèn)析，通過一定的(de)推理機⭕制進行(háng)故障定位，并提(tí)出維修方案。　　　　

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