數控卷闆機(jī)的狀态監測(cè)與故障診斷(duan)系統是一個(ge)集信号采集(ji)、工況分🏃🏻析🔴、狀(zhuàng)态顯示以及(jí)故障診斷于(yu)一體的多任(rèn)🤞務信息處理(lǐ)系統。為🚶♀️了解(jie)決狀态監測(ce)和故障診斷(duan)中多任務與(yu)實👣時性的💁矛(máo)盾,整個系統(tǒng)由狀态監測(cè)與故障診💛斷(duan)兩個子系統(tong)組成,其中前(qian)一個子系統(tong)👅完成數控卷(juan)闆機狀态實(shí)時監測功能(néng),後一個子系(xì)🙇🏻統完成數控(kòng)卷闆機故障(zhang)診斷功能。
系(xì)統結構的實(shí)現有兩種形(xing)式。
(1)數控(kong)卷闆機上、下(xia)位機組成的(de)系統。
這類系(xì)統往往由機(jī)上和機下兩(liang)部分組成,安(ān)裝于卷闆機(jī)上的部分進(jìn)行工況監測(cè)、數據記錄和(hé)狀态顯示,而(ér)診斷計🐕算機(jī)則置于控制(zhi)室。當需要對(duì)卷闆機上的(de)部分進行檢(jian)查時,插人手(shǒu)持式終端,讀(du)取現🚶場采集(ji)的全部工況(kuàng)數據并存儲(chu);然後取下手(shou)持式🤩終端,在(zài)控制室中将(jiāng)數據輸入診(zhěn)斷計算機中(zhōng),就可🙇🏻以診斷(duan)液壓系🐪統、動(dong)力系統、機構(gòu)和裝置系統(tǒng)🏃、附屬系統等(děng)各部分的故(gu)障,同時也能(néng)診🔴斷自身的(de)故障⭐。采用這(zhè)種方式可以(yǐ)❓讓多台卷闆(pǎn)機共享一套(tao)診斷計算機(jī)終端,節省費(fei)用,也便于維(wéi)護、備件管理(lǐ)及打印報表(biao)等。
(2)數控(kong)卷闆機随機(ji)安裝的系統(tong)。
這類系統采(cǎi)用彩色液晶(jing)顯示器,能動(dong)态反映主機(jī)🐉系統的參數(shù)變化,部分關(guān)鍵參數用曲(qu)線實時跟蹤(zōng)指示;還能利(li)用經驗知識(shi)👅,綜合利用實(shí)時數據,進行(háng)故障的推理(li),從而找出故(gu)障點💋。有的還(hai)可以進行作(zuò)業量統計。這(zhe)類系統通常(cháng)具有黑匣子(zǐ)的功能,即記(jì)錄故障過去(qù)✉️的發展狀況(kuang),便于區别是(shì)機器本身的(de)🔅故障還是操(cao)🔅作人員違反(fǎn)操作規程引(yǐn)起的損壞,并(bing)對不合理的(de)操作予以提(ti)示。
上述兩種(zhong)形式是目前(qian)大多數液壓(yā)卷闆機狀态(tài)監🈲測與故🛀障(zhàng)診斷系統所(suo)采用的,但國(guo)内成功的應(yīng)用實例仍然(ran)很少。在線✉️診(zhěn)斷的實現受(shou)制于被診斷(duan)系統的構造(zào)、運行🚩方式和(he)工作場所等(deng)多方面因素(su),因此本系統(tǒng)結構采用✌️第(di)一種形式,完(wán)成液壓卷闆(pǎn)機運行狀态(tai)的在線監測(ce)和離線故障(zhàng)診斷功能,該(gāi)形式的缺點(dian)是信息數量(liàng)有限。
數控卷(juan)闆機系統模(mo)型的構建
液壓卷闆(pǎn)機工作時産(chan)生噪聲、振動(dòng)、污染、高溫,且(qie)存在着🌂不穩(wen)定💋因素,所以(yǐ)本系統工作(zuo)環境惡劣。為(wei)完成預💜定功(gong)能,系⁉️統對參(can)數采集精度(du)、運行的穩定(dìng)性和可靠性(xìng)等要求都較(jiao)高,但控制方(fang)面沒有什麼(me)要求。因此,下(xià)位機隻要采(cǎi)用高性能的(de)單片機,并配(pèi)以相應的數(shu)據處理和抗(kàng)幹擾技術,就(jiu)能滿足系統(tong)實🌈時性要求(qiu);上位機則采(cai)用普通的PC。上、下位機(jī)之間采用 RS一232串(chuan)口通信,由下(xià)位機保存液(ye)壓卷闆機約(yuē)4h的工況(kuàng)數據,然後插(chā)入掌上電腦(nǎo)讀取該數據(ju),再傳送給🐉上(shang)位機。系統的(de)模型如圖1所示。
數控(kòng)卷闆機狀态(tai)監測系統
1.系(xì)統功能分析(xi),液壓卷闆機(ji)狀态監測與(yǔ)故障診斷系(xì)統模型
本系統以SWE4.2液壓(yā)卷闆機為監(jiān)測對象,選取(qu)發動機轉速(sù)、燃油油位、機(ji)油壓☎️力、主泵(bèng)1和2的壓力、液壓(ya)油溫度、液壓(yā)油油位、冷卻(què)水溫度、冷卻(què)水水⭐位、濾🧑🏽🤝🧑🏻清(qing)器差壓、空濾(lü)器負壓、蓄電(diàn)池電壓、啟動(dòng)⭐開關和行走(zou)速度開關共(gong)14項參數(shù)為檢測項目(mu),通過對這些(xie)參數的自動(dong)監測和🍓工💋況(kuang)分析,為液壓(yā)卷闆機的運(yùn)行狀态趨勢(shì)分析和故障(zhàng)診斷打👨❤️👨下基(jī)‼️礎。系統的主(zhǔ)要功能如下(xià)。
(1)數(shù)據采集功能(néng)。自動采集液(ye)壓卷闆機14項運行工(gōng)況參數,包括(kuo)發動機轉速(sù)、燃油油位、機(ji)油🌈壓力等。
(2)數據(ju)處理和存儲(chu)功能。自動進(jin)行采集數據(jù)的處理,包括(kuò)清除誤差、曲(qǔ)線拟合等,并(bìng)生成數據文(wen)件存儲起來(lai)供二次處理(li)使用。
(3)顯示功能(néng)。通過液晶顯(xiǎn)示器顯示當(dāng)前的運行狀(zhuàng)态。
(4)報警功能。設(she)備故障或運(yun)行參數超限(xiàn)時均能發出(chu)♉報警♌,可☎️根📱據(ju)異常情況的(de)嚴重程度進(jin)行三級報警(jing),并記錄報警(jing)信息。
(5)曲線繪制(zhì)和打印功能(néng)。能夠自動繪(huì)制特性曲線(xiàn),并做出趨🔞勢(shi)分🍉析。
(6)通信功能(néng)。通過RS一(yī)232串口向(xiàng)上位機傳送(song)所采集的數(shu)據信息。
系統單片機(jī)選用ATMEL89C51,同(tóng)時擴充64K EPROM用于存儲報(bao)警限值和相(xiang)應的檢測程(cheng)序,擴充帶掉(diào)👣電保護的64K RAM用于存儲(chǔ)液壓卷闆機(jī)的4h工況(kuàng)數據。系統的(de)結構如圖5—58所示(shi)。
系統測試原(yuan)理如下:将傳(chuan)感器檢測到(dao)的發動機轉(zhuǎn)速、發動機油(you)壓、冷卻液溫(wēn)度、液壓油油(yóu)位、行走速度(du)開關等參數(shu)值送人微機(jī),進行分析計(jì)算,并将實測(cè)值與内💯置的(de)标準值比較(jiao),判斷液壓卷(juan)闆機運行狀(zhuàng)🌍态是否良🚩好(hǎo);對異常征兆(zhào)用發🈲光二極(jí)管、閃光報警(jing)燈和報警喇(lǎ)叭進行三級(jí)報警;同時将(jiang)相關數值保(bao)存下來,傳送(song)到上位機進(jìn)行曲線繪制(zhi)、趨勢分析和(hé)打印輸出。
2.數控卷闆(pǎn)機狀态監測(ce)系統結構
系(xì)統硬件設計(jì)
系統硬(yìng)件按功能的(de)不同劃分為(wéi)主處理器模(mo)塊、信号處理(lǐ)✌️模塊、電源模(mó)塊、通信模塊(kuai)、狀态與報警(jing)模塊5個(ge)部分。
主處理(li)器模塊。
系統采用ATMEL89C51微處理器(qì),擴充帶掉電(diàn)保護的64K RAM用于存儲液(ye)壓卷闆機的(de)4h工況數(shù)據。該模塊由(you)EPROM、RAM、I/O、掉電保護(hu)以及液晶顯(xian)示驅動組成(chéng)。
信号處理模(mo)塊。
①輸入(rù)信号處理電(dian)路。輸入信号(hao)處理電路是(shi)微處理器與(yǔ)外界聯系的(de)通道。輸入信(xìn)号處理電路(lu)的第一部分(fen)用于接收數(shù)字信号,數字(zì)信号來自啟(qǐ)動開關等;輸(shū)入信号處理(li)電路的第二(er)部分用于接(jie)收和轉換各(gè)種傳感器輸(shu)入的模拟信(xin)号;輸入信号(hào)處理電路的(de)第三部分用(yòng)于與其他計(jì)算機控制系(xi)統進行通信(xin)聯系,信号形(xíng)式為脈沖數(shu)字信号;輸入(rù)信号處理電(dian)路的第四部(bu)分用于接收(shōu)診斷觸發信(xin)号,也是脈沖(chòng)數字信号。其(qí)中,模拟信号(hao)輸入通道的(de)任務是将傳(chuan)感器産生的(de)模拟信号轉(zhuǎn)換為數字信(xìn)号後輸入微(wēi)處理器。模拟(ni)信号輸人通(tong)道主要由信(xìn)号處理裝置(zhì)、多路選擇開(kai)關、采樣保持(chi)器和模數(A/D)轉換器組(zu)成。信号處理(li)裝置包括标(biāo)度變換、電平(ping)轉換⛱️和信号(hào)濾波等。
在本監測系(xi)統中,發動機(ji)試驗過程中(zhōng)的機油壓力(lì)經轉✌️換成電(diàn)壓信号并放(fàng)大後,送入A/D闆的輸入(ru)端進行采集(ji);反映溫度量(liàng)的熱電阻信(xin)号經過熱電(diàn)阻🏒調理闆後(hòu),再經隔離放(fang)大闆,送到A/D闆的輸入(rù)端進行數據(ju)采集。系統采(cǎi)用的A/D和(hé)D/A都為12bit,因此系統(tǒng)的檢測、控制(zhi)精度均能滿(mǎn)足試驗的要(yào)求。對❤️于發⁉️動(dong)機的轉速,不(bu)能由A/D轉(zhuǎn)換直接得到(dao)。霍爾傳感器(qi)測得的轉速(su)信号經隔離(lí)整形後接到(dao)單片機的輸(shū)入端ISl,利(lì)用外部脈沖(chòng)計數中斷來(lái)計算發動機(jī)的轉速。 盡管(guǎn)監測系統💘中(zhōng)的啟動開關(guān)信号是數字(zì)信号,但是😄這(zhe)些信号并不(bú)能直🈲接由微(wei)處理器進行(háng)處理,還需要(yao)數字信号輸(shu)‼️入通道👅進行(hang)電平轉換和(hé)抗幹擾等處(chù)理。隻有将輸(shu)入的📞數字信(xìn)号轉換為TTL電平,才能(néng)被微處理器(qì)接收。
②輸(shu)出信号處理(lǐ)電路。
該電路(lu)的作用是在(zài)微處理器和(he)顯示器以及(jí)報警電路之(zhi)間建立聯系(xi)。由于微處理(lǐ)器産生的控(kong)制信号都是(shi)數字信号,因(yīn)此輸出信号(hào)處理電路為(wei)數字信号輸(shu)出通道。數字(zì)信号輸出通(tong)道的作用是(shi)将微處理器(qi)産生的數字(zi)控制信号傳(chuan)輸給數字信(xin)号控制的報(bào)警電路。
(3)電源模(mó)塊。
系統各種(zhong)傳感器、信号(hao)處理電路、單(dān)片機主機及(ji)外圍芯片、通(tong)信電路等都(dōu)需要合适的(de)電源才能正(zheng)常工作,它們(men)所需電壓并(bìng)不相同。對系(xì)統電源模塊(kuài)的要求為:處(chu)于惡劣環境(jing)中仍能㊙️正常(chang)工作,能适應(ying)較✂️寬的供電(dian)電壓變化範(fàn)圍,能防👌止從(cóng)電源地線引(yin)入的幹擾,采(cǎi)用高可靠性(xìng)元🏃件,功率及(jí)電🔴壓裕度也(yě)較💋大。
(4)通信模塊(kuài)。
使用RS一232串(chuàn)口通信。該模(mó)塊的功能是(shì)處理主機和(hé)單片機之間(jian)的通信,主機(ji)給下位機發(fā)送指令,下位(wei)機給主機發(fa)送監測數據(ju)。該模塊傳🔴送(sòng)的信息包括(kuo):
①命令信(xìn)息,上位機的(de)控制指令發(fa)送到下位機(jī);
②數據信(xìn)息,單片下位(wei)機檢測到的(de)狀态信息發(fa)送到上位PC中,以便主(zhǔ)機進行監控(kòng)和進一步的(de)數據分析處(chù)理。
(5)狀态與報警(jing)模塊。
為了将(jiang)程度不同的(de)緊急狀況傳(chuan)遞給司機,系(xi)統根據檢💔測(ce)的參🐇數性質(zhi)采用三級報(bao)警的方法。
①第一級報(bào)警:通過裝置(zhi)上相應的二(er)極管發光實(shi)現。它隻是提(tí)醒司機注意(yì),在這種情況(kuàng)下機器還能(neng)工💋作一段時(shi)間,如🌂燃油液(yè)位超過低限(xiàn)等。
②第二(èr)級報警:通過(guo)總報警燈和(he)故障項發光(guāng)二極管同時(shí)發光👨❤️👨報警。這(zhè)種報警要求(qiú)司機密切關(guan)注故障的發(fa)展,但不需🙇🏻要(yào)立🐪即關🔴機。這(zhè)類故障多屬(shu)高溫問⚽題,如(rú)液壓系統油(you)溫過高、發動(dòng)機溫度過高(gāo)等。
③第三(san)級報警:通過(guò)報警喇叭、總(zong)報警燈和故(gù)障項發光二(èr)極管同時動(dong)作來報警。第(di)三級報警内(nèi)容包括發動(dong)機油壓過低(di)、液🔴壓油位過(guo)低、無冷卻液(yè)等。對第三級(ji)報警,司機應(yīng)立即關機檢(jian)‼️查并修理。
數(shù)控卷闆機系(xi)統軟件要求(qiu)如下:
軟件結(jié)構清晰、簡潔(jie),流程合理。各(gè)功能實現模(mo)塊化🐕、子程序(xù)化🔆,這🎯樣既便(biàn)于調試,又便(bian)于移植和修(xiū)改。具有自診(zhen)斷功能,在系(xì)統工作前先(xiān)運行自診斷(duàn)程序🔴。采用軟(ruǎn)🌈件抗幹擾措(cuò)施,提高系統(tong)的可✔️靠性。
所示為A/D采樣模塊(kuài)流程,如圖2所示為檢(jian)測參數模塊(kuai)流程。
3.故障診斷(duàn)系統
提(ti)取下位機各(gè)檢測項的數(shù)據,進行曲線(xian)繪制和趨💋勢(shi)分析,同時對(duì)時域信号進(jin)行FFT變換(huàn),利用頻譜分(fen)析的方法,對(dui)液壓卷闆機(ji)系統進行故(gù)障檢🤩測🛀🏻和診(zhen)斷。
系統收集(ji)、整理液壓卷(juàn)闆機的故障(zhang)知識,構建完(wan)整的故障知(zhi)識庫,将專家(jia)知識、檢測系(xì)統傳來的信(xìn)息以及人機(jī)交互的信🔅息(xī)進行融合分(fen)析,通過一定(ding)的推理機制(zhi)進行故障定(ding)位,并提出維(wei)修方案。
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