數控卷闆(pǎn)機的狀态監測(cè)與故障診斷系(xì)統是一個集信(xìn)号采集、工況🌍分(fen)析、狀态顯示以(yǐ)及故障診斷于(yu)一體的多任務(wù)信息處理系統(tǒng)。為了解決狀态(tai)監測和故障診(zhěn)斷中多任務與(yu)實時性的矛盾(dùn)，整個系統由狀(zhuang)态監測與故障(zhàng)診斷兩個子系(xì)統組成，其中前(qián)一個子系統🔴完(wán)成數控卷闆機(jī)狀态實時監測(ce)功能，後一個子(zǐ)系統完成數控(kòng)卷⛱️闆機故障診(zhen)斷功能。

系統結(jié)構的實現有兩(liǎng)種形式。

(1)數(shu)控卷闆機上、下(xia)位機組成的系(xì)統。

這類系統往(wǎng)往由機上和機(jī)下兩部分組成(cheng)，安裝于卷闆機(ji)上的部分進行(hang)工況監測、數據(ju)記錄和狀态顯(xiǎn)示❤️，而診斷計算(suan)機則置👅于控制(zhi)室。當需要對卷(juàn)闆機上的🙇‍♀️部分(fen)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(zhen)斷計算機中，就(jiù)可以診斷液壓(yā)🐕系統、動力系統(tǒng)、機構和裝置系(xi)統、附屬系統等(deng)各😘部分的故障(zhàng)，同時也能診斷(duan)自身的故障♌。采(cǎi)用這種方式可(ke)以讓多台卷闆(pǎn)機共📧享一套診(zhěn)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(zhuang)的系統。

這類系(xi)統采用彩色液(ye)晶顯示器，能動(dòng)态反映主機🔴系(xì)統的參數變化(huà)，部分關鍵參數(shu)用曲線實時跟(gēn)蹤指示；還能利(lì)用經驗知識，綜(zōng)合利用實時數(shù)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(xi)統通常具有黑(hēi)匣子的🈲功能，即(ji)記錄故障過去(qù)㊙️的發展狀況，便(bian)于區别是機器(qi)本身的故障還(hai)是操作人員違(wéi)反操作規程引(yǐn)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(mu)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(rán)很少。在線診斷(duàn)的實現受制于(yú)被診斷系統的(de)構造、運行方式(shi)和🆚工作場所等(deng)多方面因素，因(yīn)此本系統結構(gou)采用第一種形(xing)式，完成液壓卷(juan)闆機運行狀态(tai)的在線監測和(he)☂️離線故障診斷(duan)功能，該形式的(de)缺點是⚽信息數(shu)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(qie)存在着不穩定(ding)因素，所以本系(xì)統工作環境惡(e)劣。為完成預定(dìng)功🚶能，系統對參(cān)數采集精度、運(yun)行的穩定性和(hé)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(wèi)機隻要采用高(gāo)性能的單片機(jī)，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(shi)性要求；上位機(jī)則采用普通的(de)PC。上、下位機(ji)之間采用 RS一232串口通(tong)信，由下位機保(bao)存液壓卷闆機(ji)約4h的工況(kuàng)數據，然後插入(ru)掌上電腦讀取(qu)該數據，再傳🌏送(sòng)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(cè)系統

1.系統功能(neng)分析，液壓卷闆(pǎn)機狀态監測與(yu)故障診斷系統(tong)🐕模型

本系(xì)統以SWE4．2液壓卷闆機為(wei)監測對象，選取(qu)發動機轉速、燃(ran)油油位、機油壓(ya)力、主泵1和(he)2的壓力、液(ye)壓油溫度、液壓(ya)油油位、冷卻水(shuǐ)溫度、冷卻水🛀🏻水(shui)位、濾清器差壓(ya)、空濾器負壓、蓄(xù)電池電壓、啟動(dong)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(zhe)些參數的自動(dong)監測和工況♉分(fen)析，為液壓卷闆(pǎn)機的運行狀态(tài)趨勢分析和故(gù)障診斷打下基(ji)礎。系統的主要(yào)功能如下。

(1)數據采集(ji)功能。自動采集(ji)液壓卷闆機14項運行工況(kuang)參數，包括發動(dong)機轉速、燃油油(yóu)位、機油💚壓力等(děng)。

(2)數據(jù)處理和存儲功(gōng)能。自動進行采(cai)集數據的處理(li)🔴，包括清除誤差(chà)、曲線拟合等，并(bing)生成數據文件(jiàn)存儲起來供二(er)次處🈲理使😍用。

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

(4)報警功(gōng)能。設備故障或(huò)運行參數超限(xiàn)時均能發出報(bào)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(jǐng)信息。

(5)曲線繪制和打(dǎ)印功能。能夠自(zì)動繪制特性曲(qǔ)線，并做出趨勢(shi)分🔞析。

(6)通信功能。通過(guo)RS一232串(chuàn)口向上位機傳(chuán)送所采集的數(shu)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(xiàng)應的檢測程序(xù)，擴充帶掉♌電☂️保(bǎo)🔱護的64K RAM用于(yú)存儲液壓卷闆(pan)機的4h工況(kuàng)數據。系統的結(jie)構如圖5—58所示。

系統測(cè)試原理如下：将(jiang)傳感器檢測到(dao)的發動機轉速(su)、發🧑🏽‍🤝‍🧑🏻動機油壓、冷(leng)卻液溫度、液壓(yā)油油位、行走速(sù)度開關等參🐉數(shù)值送人微機🌈，進(jìn)行分析計算，并(bìng)将實測值與内(nei)🥰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(yì)常征兆用發✔️光(guang)二極管、閃光報(bao)警🏃‍♂️燈和報警喇(lǎ)叭進行三級報(bao)警；同時将相關(guan)數值保存下來(lái)，傳送到上位機(ji)進行曲線繪制(zhi)、趨勢分析和打(dǎ)印輸出。

2.數(shù)控卷闆機狀态(tai)監測系統結構(gou)

系統硬件設計(jì)

系統硬件(jian)按功能的不同(tóng)劃分為主處理(lǐ)器模塊、信号處(chu)理模塊🌍、電源模(mo)塊、通信模塊、狀(zhuàng)态與報警模塊(kuài)5個部分。

主(zhu)處理器模塊。

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

信号處理模(mó)塊。

①輸入信(xin)号處理電路。輸(shu)入信号處理電(dian)路是微處理器(qì)與外界聯系的(de)通道。輸入信号(hào)處理電路的第(di)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(rù)信号處理電路(lu)的第二部分用(yòng)于接收和轉換(huàn)各種傳感器輸(shū)入的模拟信号(hao)；輸入信号處理(li)電路的第三部(bù)分用于與其他(tā)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(li)電路的第四部(bù)分用于接收診(zhěn)斷觸發信号，也(ye)是脈沖數字信(xin)号。其中，模拟信(xin)号輸入通道的(de)任務是将傳感(gǎn)器産生的模拟(nǐ)信号轉換為數(shù)字信号後輸入(ru)微處理器。模拟(ni)信号輸人通道(dao)主要由信号處(chù)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(cheng)。信号處理裝置(zhi)包括标度變換(huàn)、電平轉換和🆚信(xin)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(cheng)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(zai)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(cǎi)用的A/D和D/A都為12bit，因(yin)此系統的檢測(cè)、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(yóu)A/D轉換直接(jie)得到。霍爾傳感(gan)器測得的轉速(sù)信号經隔離整(zheng)形🌏後💋接到單片(pian)機的輸入端ISl，利用外部脈(mò)沖計數中斷來(lai)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(neng)直接由⭐微處理(lǐ)器進行處理，還(hái)需要數字信号(hào)輸🔆入通道進行(hang)電平轉換和抗(kang)幹擾等處理。隻(zhī)有将輸入的數(shù)字信号轉換為(wéi)TTL電平，才能(neng)被微處理器接(jiē)收。

②輸出信(xìn)号處理電路。

該(gai)電路的作用是(shi)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(wēi)處理器産生的(de)控制信号都是(shi)數字信号，因此(cǐ)輸出信号處理(li)電路為數字信(xin)号輸出通道。數(shu)字信号輸出通(tōng)道的作用是将(jiang)微處理器産生(sheng)的數字控制信(xìn)号傳輸給數字(zi)信号控制的報(bao)警電路。

(3)電源模塊。

系(xi)統各種傳感器(qi)、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(yào)合适的電源才(cái)能正常工作，它(ta)們所需電壓并(bing)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(ying)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(rao)，采用高可靠性(xing)元🚶件，功率及電(dian)壓裕度也較大(da)。

(4)通信(xin)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(jī)之間的🏃🏻通信🔞，主(zhǔ)機給下位機發(fa)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(kong)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(hang)監控和進一步(bù)的數據分析處(chu)理。

(5)狀(zhuàng)态與報警模塊(kuài)。

為了将程度不(bú)同的緊急狀況(kuang)傳遞給司機，系(xì)統根👣據⛹🏻‍♀️檢測的(de)參數性質采用(yong)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(ji)管發光實現。它(tā)隻是提醒司機(jī)注意，在這種情(qing)況下機器還能(néng)工作一💘段時間(jiān)，如💁燃油液位🏒超(chao)過低限等。

②第二級報警：通(tong)過總報警燈和(he)故障項發光二(èr)極管同時發光(guāng)報警。這種報警(jing)要求司機密切(qiē)關注故障的發(fā)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(děng)。

③第三級報(bào)警：通過報警喇(la)叭、總報警燈和(hé)故障項發光二(er)極管同時動作(zuò)來報警。第三級(jí)報警内容包括(kuò)發動機油壓過(guò)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(lǐ)。

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(yi)植和修改。具🏒有(yǒu)自診斷功能，在(zai)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(liu)程，如圖2所(suo)示為檢測參數(shù)模塊流程。

3．故障診斷(duan)系統

提取(qǔ)下位機各檢測(cè)項的數據，進行(hang)曲線繪制和趨(qu)勢分㊙️析，同時對(duì)時域信号進行(háng)FFT變換，利用(yòng)頻譜分析的方(fang)法，對液壓卷闆(pǎn)機系統進♻️行故(gu)障檢測🤟和診斷(duàn)。

系統收集、整理(lǐ)液壓卷闆機的(de)故障知識，構建(jiàn)完整的故障❤️知(zhī)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(fen)析，通過一定的(de)推理機📧制進行(hang)故障定❄️位，并提(ti)出維修方案。　　　　

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