數控卷闆機的(de)狀态監測與故障診(zhěn)斷系統是一個集信号采集、工況分析、狀态顯示以及故障診斷于一體的多(duō)任務信(xìn)息處理系統。為了解決狀态監測和故障診斷(duàn)中多任務與實時性的(de)矛盾，整個系統由狀态監(jiān)測與故障診斷兩個子系統(tǒng)組成，其(qí)中前一個子系統完成數控卷(juàn)闆機狀态實時監(jiān)測功能，後一(yī)個子系統完成數控卷闆機故障診斷功能。

系統結構的實(shí)現有兩種形式。

(1)數(shù)控卷(juàn)闆機上、下位機組成的系統。

這類系統往往由(yóu)機上和機下兩部分(fèn)組成，安裝于(yú)卷闆機上的部分(fèn)進行工況(kuàng)監測、數據記錄(lù)和狀态顯(xiǎn)示，而(ér)診斷計算機(jī)則置于控制室(shì)。當(dāng)需要對卷闆機上的(de)部分(fèn)進行檢查時，插人手持式(shì)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(kòng)制室中将數據輸入診斷計算機中，就(jiù)可以診斷液壓系統、動力系統、機構和裝置系統、附屬系統等各部分的故障，同時也能診斷自身的故(gù)障。采用這種(zhǒng)方式可(kě)以讓多台卷闆機共(gòng)享一套診斷計算機(jī)終端，節省費用，也便于維護、備件管理及打印報表等。

(2)數(shù)控(kòng)卷闆機随機安裝的(de)系統。

這類系統采(cǎi)用彩色液晶顯示器，能動态反映主機系(xì)統的參數變化，部分(fèn)關鍵參數(shù)用曲線實時跟蹤指示；還能利用經驗知(zhī)識，綜合利(lì)用實時數據，進行故(gù)障的推理，從而(ér)找出(chū)故障點。有的還可以進行作業量(liàng)統計。這(zhè)類系統通常具有黑匣子的功(gōng)能，即記錄故障過去的發展狀(zhuàng)況，便于區别是機器(qì)本身的故障還是操作人員違反操(cāo)作規(guī)程引起的損壞，并對不合理的操作予以(yǐ)提示。

上述兩種形式是目前大多數液壓卷(juàn)闆機狀态監測與故障診斷系統所采用的，但國内成(chéng)功的應用實例仍然很少。在線診斷(duàn)的實現受制于被診斷系統的構造、運行方式和工作(zuò)場(chǎng)所等多方面因素，因此本系統結構(gòu)采用(yòng)第一種形式，完成液壓卷闆機運(yùn)行狀态的在(zài)線監測和離線故障診斷功能，該形(xíng)式的缺點是信(xìn)息數量有限。

數控卷闆(pǎn)機系統模型的構建

液壓卷闆機工作時産生噪聲、振動、污染、高溫，且存在着不穩定因素，所以(yǐ)本系統工作環(huán)境惡(è)劣。為完成預定功能，系統對參數采集精(jīng)度、運行的穩定(dìng)性和可靠性等(děng)要(yào)求都較高，但控制方面沒有什麼要求。因此，下位(wèi)機隻要采(cǎi)用高性能的單片機，并配以相應的數據處理和抗幹擾技術(shù)，就能滿足系統實時性要求；上(shàng)位機則采用普通的PC。上、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(jù)，然後插入掌上電腦讀取該數(shù)據，再傳送給上位(wèi)機。系統的模型如圖1所示。

數控卷闆機狀态(tài)監測系統

1.系統功(gōng)能分析，液壓卷闆機狀态監測與故障診斷系統模型

本系統以SWE4．2液壓卷闆機為監測(cè)對象，選取發動機轉速、燃油油位、機(jī)油壓力、主泵1和2的壓(yā)力、液(yè)壓油溫度、液(yè)壓油油位、冷卻水溫度(dù)、冷卻水水位、濾清器差壓、空濾器(qì)負(fù)壓、蓄(xù)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，通過對這些參數的自動(dòng)監(jiān)測和工況分析，為(wéi)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(xì)統的主要功能如下(xià)。

(1)數據采集功能。自動采(cǎi)集液壓卷闆機14項(xiàng)運行(háng)工況參數，包括發動(dòng)機轉(zhuǎn)速(sù)、燃油油位、機油壓力等(děng)。

(2)數據處理和存儲(chǔ)功能。自動進(jìn)行采集數(shù)據的處理，包括清除誤差、曲線拟合等，并生成數據文件(jiàn)存儲起來(lái)供二次處理使(shǐ)用。

(3)顯示功能。通過液晶顯示器顯示(shì)當前的運(yùn)行狀态。

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

(5)曲(qǔ)線繪制和打印功(gōng)能。能夠自動繪制特(tè)性曲線，并(bìng)做出趨勢分析。

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

系統單片機(jī)選用ATMEL89C51，同時擴充64K EPROM用(yòng)于存儲(chǔ)報警(jǐng)限值和相應的檢測(cè)程序，擴充帶掉電保(bǎo)護的(de)64K RAM用于存儲液壓卷闆機的(de)4h工況數據。系統的結構如圖5—58所示。

系(xì)統測試原理如(rú)下：将傳感器檢測到的發動機轉速、發動機油壓、冷卻液溫度、液壓油油位、行走速(sù)度開關等(děng)參數值送人微機，進行分析計算(suàn)，并将實測值與内置的标準值比較，判斷液壓卷闆機運行(háng)狀态是否良好；對異常征兆用發光二極管、閃光報(bào)警燈和報警喇叭進行三級報警；同時将相關數值保存(cún)下來，傳送到上(shàng)位機進行曲線(xiàn)繪制、趨勢分析和打印(yìn)輸(shū)出。

2.數控卷闆機(jī)狀态監測系統結構

系(xì)統硬件設計

系統硬件按功能的(de)不同(tóng)劃分為主處理(lǐ)器模(mó)塊、信号處理模塊、電源模塊、通信模(mó)塊、狀态與報警模塊5個部(bù)分。

主處(chù)理器模塊。

系(xì)統采用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(jī)的4h工況數據。該模塊由EPROM、RAM、I/O、掉電保護以及液晶顯示驅(qū)動組成。

信号(hào)處理模塊。

①輸入信号處理電路(lù)。輸入信号處理電(diàn)路是微處理器與外界聯(lián)系的通道。輸入(rù)信号處理電路的第一部分用(yòng)于接收數字信号，數(shù)字信号來自啟(qǐ)動開關等；輸入信号(hào)處理電路的第二部分用于(yú)接收和轉換各種傳感器輸入的模拟信号；輸入信号處理(lǐ)電路的第三部分用于與其他計算(suàn)機控制系統(tǒng)進行通(tōng)信聯系，信号形(xíng)式為脈沖(chòng)數字信号(hào)；輸入信号處理(lǐ)電(diàn)路的第四部分(fèn)用于接收診斷觸(chù)發信号，也是脈沖數字信号。其中，模(mó)拟(nǐ)信(xìn)号輸入通(tōng)道(dào)的任務是将傳感(gǎn)器産生的(de)模拟信号轉換為數字(zì)信(xìn)号後輸入微處理器。模拟信号輸人通道主要由信号處理裝置、多路選(xuǎn)擇開關、采樣保持器和模(mó)數(A/D)轉換器組成。信号處理(lǐ)裝置包括(kuò)标度(dù)變換、電平轉換和信号濾(lǜ)波等。

在本監測系統中(zhōng)，發動機(jī)試驗(yàn)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(pǎn)的輸入(rù)端進(jìn)行采集；反映溫度量的(de)熱(rè)電阻(zǔ)信号經過熱電阻調理(lǐ)闆後，再經隔離放大闆，送到A/D闆的輸入端進行數據采集。系統采用的(de)A/D和D/A都(dōu)為12bit，因此系統的檢測、控(kòng)制精度均能滿足試驗的要求。對于發(fā)動機的轉速，不能由A/D轉換(huàn)直接得到(dào)。霍爾傳感器測得的轉速信号經隔(gé)離整形後接到單片機的輸入端ISl，利用外部脈沖計數中斷來計算發動機的轉速。 盡管監測系統中的啟動開關信号是數字信号，但(dàn)是這些信号并不能(néng)直接由微(wēi)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(zhī)有将輸入的數字信号轉換為TTL電平，才能被微處理器接(jiē)收。

②輸出信号處理電路。

該電路的作用(yòng)是(shì)在微處理(lǐ)器和顯示器以(yǐ)及報警電(diàn)路之間建立聯系。由(yóu)于微處理器産(chǎn)生的控制信号都是數字信号(hào)，因此輸出信号處理電(diàn)路為數字信号輸出通道。數(shù)字信号輸出(chū)通道的作用(yòng)是将微處理器(qì)産生的數字控制信号傳輸給數字信号控制(zhì)的報警電路。

(3)電源模(mó)塊。

系統各種傳(chuán)感器、信号處理電路(lù)、單片機主機及(jí)外圍芯片、通信電路(lù)等都需要合(hé)适(shì)的電源才能正常工作，它(tā)們所需電壓并不(bú)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(gōng)作，能适應較寬的供電電壓變化範圍，能防止從電(diàn)源地線引入的幹擾(rǎo)，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串口通信。該(gāi)模塊的功能是處理主機和單(dān)片機之間的通信，主機給下(xià)位(wèi)機發送指令，下(xià)位機給主機發(fā)送監測數據。該(gāi)模塊傳送的信息包括：

①命令信息，上位機的控制指令發送到下位機；

②數據信息，單片(piàn)下位機檢測(cè)到的(de)狀态信息發送(sòng)到上位PC中，以便主(zhǔ)機進行監(jiān)控和進(jìn)一步的數(shù)據(jù)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(jī)，系統根據檢測的(de)參數性質(zhì)采用三級報警的方法。

①第(dì)一級報警：通過裝置上相應的(de)二極管發光實現。它隻是提(tí)醒司機注意，在這(zhè)種情況下機器(qì)還能工作一段(duàn)時間，如燃油液位超過(guò)低(dī)限等(děng)。

②第二級報(bào)警：通過總報(bào)警燈和故障項發(fā)光二極管同時發(fā)光報警。這種(zhǒng)報警(jǐng)要求司機密切(qiē)關注故障的發展，但不需要立即關機。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(tōng)過報警喇叭、總報警燈和故障項發光二極管同時動(dòng)作來報警。第三級報(bào)警内容包括發動機油壓過低、液壓油位過(guò)低、無冷卻(què)液等。對第三級(jí)報警，司機應立即(jí)關機檢查并修理(lǐ)。

數控卷闆機系統(tǒng)軟件要求如下：

軟件結構清(qīng)晰、簡潔，流程合理。各功能實現模塊化、子程序化，這樣既便于(yú)調試，又便于移植和修改。具有自診(zhěn)斷功能，在系統工作前先運行自診(zhěn)斷程序。采用軟件(jiàn)抗幹擾措施，提高系統的可(kě)靠性。

所示為(wéi)A/D采樣模塊流程，如圖(tú)2所示為檢測參數模塊流程。

3．故(gù)障診斷(duàn)系統(tǒng)

提取下(xià)位機各檢測項的(de)數據，進行曲線繪制和趨勢分析，同時對時域信号進行FFT變換，利用頻譜分析的方法，對液壓卷闆機系統進(jìn)行故障檢測和診斷。

系統收集(jí)、整理液壓卷闆機的故障知識(shí)，構建(jiàn)完整的故障知識庫，将專(zhuān)家知識、檢(jiǎn)測系統(tǒng)傳來的信息(xī)以及人機交互的信息進行融合分析(xī)，通過一定的推(tuī)理機制進行故障定位，并提出維修方案。　　　　

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