數控卷板機的狀態監測與故障（zhàng）診斷係統是一個集信（xìn）號采集、工況分析、狀態（tài）顯示以及故障診斷於（yú）一體的多任務信息處理係統。為了解決（jué）狀態監測和故（gù）障診斷中多任務與實時性的矛盾，整個係統由狀態監測與故（gù）障診斷兩個子係統組成，其中前一個（gè）子係統（tǒng）完成（chéng）數（shù）控卷板機狀態實（shí）時監（jiān）測功能，後一個子係統完成（chéng）數控卷板機故障診斷（duàn）功能。

係統（tǒng）結構的實現有兩種（zhǒng）形式。

(1)數控卷板機上、下位機組成的係統。

這（zhè）類係統往往由機上和機下兩部分組成，安（ān）裝於卷板機上的部分進行工況監測、數據記錄（lù）和狀態顯示，而診斷計算機則置於控製（zhì）室。當需要對卷板機上的部分進行檢查時，插人手持式終端，讀取現場采集的全部工況數據並存儲；然後取下手持式（shì）終端，在控製室（shì）中將數據（jù）輸入診斷計算機（jī）中，就（jiù）可以診（zhěn）斷液壓係統、動力係（xì）統、機構和裝置係統、附屬係（xì）統等各部分的故（gù）障（zhàng），同時也能診（zhěn）斷自身的故障。采（cǎi）用這種方式可以讓多台卷板機共享一套診斷計算機終端，節省費用（yòng），也（yě）便於維護、備（bèi）件管理及打（dǎ）印報表等。

(2)數控卷板機隨機安裝的（de）係統。

這類係統采用（yòng）彩色液晶顯示器，能動態反映主機係統的參數變（biàn）化，部分關鍵參數用曲線（xiàn）實時跟蹤指示（shì）；還能利用經驗知識，綜合利用實時數據，進行故（gù）障的推理（lǐ），從而找出故障點。有的還可以進行作業量統計。這類係統通（tōng）常具有黑（hēi）匣子的功能，即記錄故障過去的發（fā）展狀況，便於區別是機器本身的（de）故障還是操作人員違反操作規程引起的損壞，並對不合理的操作予以提示。

上述兩種形式是目前（qián）大多數液（yè）壓卷板機（jī）狀態監測與故（gù）障診斷係（xì）統所采用的（de），但國內成功的應用實例仍然很少。在線診斷的實現受製於被診斷係統的構造、運（yùn）行方式和工作場所等多方麵因素，因此本係統結（jié）構采用第一（yī）種形式，完（wán）成液壓卷板（bǎn）機運行狀態的在線監測和離線故障（zhàng）診斷（duàn）功（gōng）能，該形式的缺點是信息數量有限。

數控卷板機係統模（mó）型的構建

液壓卷板機工作（zuò）時產生噪聲、振動、汙染、高溫，且存在著不穩定因素，所以本（běn）係統工作環（huán）境惡劣。為完成預（yù）定功能，係統（tǒng）對參數采集（jí）精度、運（yùn）行的穩定性和可靠性等要求都較高，但控（kòng）製方麵沒有什麽要求。因此，下位（wèi）機隻要采用高性能的單（dān）片機，並配以相（xiàng）應的數據（jù）處理和抗（kàng）幹擾技術，就能（néng）滿（mǎn）足係統實時性要求；上位機則采用普通的（de）PC。上、下位機之間采用 RS一（yī）232串口通（tōng）信，由下位機保存液壓卷板機（jī）約4h的工況數據（jù），然後插入掌上（shàng）電腦（nǎo）讀取該數據，再傳送給上位機。係統的模型如圖1所示。

數控卷（juàn）板機狀態監測係統

1.係統功能分析，液壓卷板機（jī）狀態監（jiān）測與故障診斷係統模型

本係統以SWE4．2液壓卷板機為監測對象，選取發動機轉速、燃油油位、機油（yóu）壓力、主泵（bèng）1和2的壓力、液壓油溫度、液（yè）壓油油位、冷卻水溫度、冷卻（què）水水位、濾清器（qì）差壓、空濾器負壓、蓄電池電壓（yā）、啟動開關（guān）和行走速度開關共14項參數為（wéi）檢測（cè）項目，通過對這些（xiē）參數的自動監測（cè）和工況分析，為液壓卷板機的運（yùn）行狀態（tài）趨勢分析和故障診斷打下基（jī）礎。係統的主要功能（néng）如（rú）下。

(1)數據采（cǎi）集功能。自動采集（jí）液壓卷板機14項運行工況參數，包括發動機轉速、燃油油位、機（jī）油壓力等。

(2)數據（jù）處理和存儲功能。自動進行采（cǎi）集數據的處理，包括清除誤差、曲（qǔ）線擬（nǐ）合（hé）等，並生成（chéng）數據文件存儲起來供二次處理使用。

(3)顯示功能。通過液晶顯示器顯示當前的運行狀態。

(4)報警功能。設備故障（zhàng）或運行參數超限時均能發出報警，可根據異（yì）常情況的嚴重程度進行三級報警（jǐng），並記錄報警（jǐng）信息（xī）。

(5)曲線繪（huì）製和打（dǎ）印功能。能夠自動繪製特（tè）性曲線，並做出趨勢分析。

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

係統單片（piàn）機選用（yòng）ATMEL89C51，同（tóng）時擴充（chōng）64K EPROM用於存儲報警限值和相應的檢測程序，擴充帶掉電保護的64K RAM用於存儲液壓卷板機的4h工況數據。係統的結構如圖5—58所示。

係（xì）統測試原理如下：將傳感器檢測到的發動機轉速、發動機油壓（yā）、冷卻液溫度、液壓油油位、行走速度開關等參數值送人（rén）微機，進行分析計算，並將實測值與內（nèi）置的標準值比較（jiào），判斷液壓卷板機（jī）運行狀態（tài）是否良好；對異常征兆用發光二極管、閃光報警燈和報警（jǐng）喇叭進行三級報警；同時將相關數值保存下來，傳送到上（shàng）位機進行（háng）曲線繪製、趨勢分析和打（dǎ）印輸出。

2.數控卷板（bǎn）機狀態監測係統結構

係（xì）統硬件設計

係（xì）統硬件按功能的不同劃分為主處理器（qì）模塊、信號處理（lǐ）模（mó）塊、電源（yuán）模塊、通（tōng）信模塊、狀態與報警模塊5個部分。

主處理器模塊（kuài）。

係統采用ATMEL89C51微處理器，擴充帶掉電保護的64K RAM用於存儲液壓卷板機的（de）4h工況數據。該（gāi）模塊由EPROM、RAM、I/O、掉電保護（hù）以及（jí）液晶顯示驅動組成（chéng）。

信號處理模塊。

①輸入（rù）信號處理電路。輸入信號處理電路是微處理器與外界聯係的通道。輸（shū）入信號處理電路的第一部分用於接收數字信號，數（shù）字信號來自啟動開關（guān）等（děng）；輸入（rù）信（xìn）號處理電路的第二部分用於接收和轉換各種傳感器輸入的模擬信號；輸入信號（hào）處理電路的第三部分用於與其他計算機控製係統進（jìn）行通信聯係，信號形式為脈衝數字信號；輸入信號處理電路的第四部分用（yòng）於接收診斷觸發信號（hào），也是脈衝數字信號。其（qí）中，模擬信號輸入通道的任務是將傳（chuán）感器產生的模（mó）擬信號轉換為數字信號後輸入微處理器。模擬信號輸人通（tōng）道主要（yào）由信號處理裝置、多路選擇（zé）開關、采樣保持器和模數(A/D)轉換器組成。信（xìn）號處理（lǐ）裝置包括標度變換、電平轉換和信號濾波等。

在本監測係統中，發動機（jī）試驗過程中的機油壓力經（jīng）轉換（huàn）成電壓信號（hào）並（bìng）放大後，送入A/D板的輸入端進行采集；反映溫度量的熱電阻信號經過熱電（diàn）阻調理板後，再經隔離放大板，送到（dào）A/D板的輸入（rù）端進行數（shù）據采集。係統（tǒng）采用的A/D和D/A都為12bit，因此係統的檢測、控製（zhì）精度均能滿足試驗的要求。對於發動機的轉速，不能由A/D轉換直接得到。霍爾傳感器測得的轉速（sù）信號（hào）經隔離整形後接到單（dān）片機的輸入端（duān）ISl，利用外部脈衝計數中斷來計算發動機的轉速。 盡管監測係統中的啟動開關（guān）信號是數字（zì）信（xìn）號，但是這些信號並不能直接由微處理器進行處（chù）理，還需要數字信號輸入通道進行電（diàn）平（píng）轉換和抗幹擾等處理。隻有將（jiāng）輸入的數字信號轉換為TTL電平，才（cái）能被微處理器接收。

②輸出信號處理電路。

該電路的作用是在微處理器和顯示器以及報警電路之間建立聯係。由於微處理器（qì）產生的（de）控製信號都是數字信號，因此輸出信號處理（lǐ）電路為數字信號輸出通道。數字信號輸出通道（dào）的作用是將（jiāng）微處理器產生的數字控製信號傳輸給數字信號控製的報警電路。

(3)電源模塊。

係統（tǒng）各種傳感器、信號處理電路、單片機主機及外圍芯片、通信電路等都需要合適（shì）的電源才能正（zhèng）常工作，它們所需電壓（yā）並不相同。對係（xì）統電源模塊（kuài）的要求為：處於惡劣環境（jìng）中仍能正常工作，能適應較寬的供電電壓變化範圍（wéi），能防止從電（diàn）源地（dì）線引入的幹擾，采（cǎi）用高可靠性元件，功率（lǜ）及電（diàn）壓裕度也（yě）較大。

(4)通信模（mó）塊。

使用RS一232串口通（tōng）信（xìn）。該模塊的功能是處理主機和（hé）單（dān）片機之間的通信，主機給下位機發送指令（lìng），下位機（jī）給主機發送監測數據。該（gāi）模塊（kuài）傳送的信息包括：

①命令信息，上位機的控製指令發送到（dào）下位機；

②數據信息，單片下位機檢測到的狀態信息發送到上（shàng）位PC中，以便主機（jī）進（jìn）行監控和進一步的數據分析處理。

(5)狀態（tài）與報警模塊。

為（wéi）了將程度不同的緊急狀況傳遞給司機，係統根據檢測的參數性質采用三級報警的方法。

①第一級報（bào）警：通過裝置上相應的二極管發光（guāng）實（shí）現。它隻（zhī）是提醒司機注意，在這種情況下機器還能工作一段時間，如燃油液位（wèi）超過低限等（děng）。

②第二級報（bào）警：通過總報警燈和故障項（xiàng）發光二極管同時發光報警。這種報警要求司機密切關注故障的發展，但不需要立即關機。這類故（gù）障多屬高溫問題，如液壓係統油溫過高（gāo）、發（fā）動機溫（wēn）度過高等。

③第三級報警：通過報警喇叭、總報警燈和（hé）故障項發光二極管同時（shí）動作來報警。第三級報警內容包括發動機油壓過低、液壓油位過低、無冷卻液等。對第三級報警，司機應立即關機檢查並修理。

數控卷板（bǎn）機係統軟（ruǎn）件（jiàn）要求如下：

軟件結構清晰、簡潔，流程合理。各功能實現模（mó）塊（kuài）化（huà）、子程（chéng）序（xù）化，這樣既便於調（diào）試，又便於（yú）移植和修改。具有自診斷功能，在係統工作前（qián）先運行自診斷程序。采用軟件抗幹（gàn）擾措施，提高（gāo）係統的可靠性。

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

3．故障診斷係統

提取下位機各（gè）檢測項的數據，進行曲線（xiàn）繪（huì）製和趨勢（shì）分析，同時對時域信號進（jìn）行FFT變換，利用頻譜分析的方法，對液（yè）壓卷板機係（xì）統進行故障檢測和診斷。

係統收集（jí）、整理液壓卷板機（jī）的（de）故障（zhàng）知識，構建完整的故障知識（shí）庫，將專家知識、檢測係統傳來的信息以（yǐ）及人機交互的信息進行融合分析，通過一定的推理機製進行故障定位，並（bìng）提出維修方案。　　　　

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