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卷板機狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)

發(fā)布時間：2018/2/10

　　1．整體方案
　　1)方案選擇
　　液壓卷板機的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)是一個集信號采集、工況分析、狀態(tài)顯示以及故障診斷于一體的多任務信息處理系統(tǒng)。為了解決狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷中多任務與實時性的矛盾，整個系統(tǒng)由狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷兩個子系統(tǒng)組成，其中前一個子系統(tǒng)完成液壓卷板機狀態(tài)實時監(jiān)測功能，后一個子系統(tǒng)完成液壓卷板機故障診斷功能。
　　系統(tǒng)結構的實現(xiàn)有兩種形式。
　　(1)上、下位機組成的系統(tǒng)。
　　這類系統(tǒng)往往由機上和機下兩部分組成，安裝于卷板機上的部分進行工況監(jiān)測、數(shù)據(jù)記錄和狀態(tài)顯示，而診斷計算機則置于控制室。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(xiàn)場采集的全部工況數(shù)據(jù)并存儲；然后取下手持式終端，在控制室中將數(shù)據(jù)輸入診斷計算機中，就可以診斷液壓系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、機構和裝置系統(tǒng)、附屬系統(tǒng)等各部分的故障，同時也能診斷自身的故障。采用這種方式可以讓多臺卷板機共享一套診斷計算機終端，節(jié)省費用，也便于維護、備件管理及打印報表等。
　　(2)隨機安裝的系統(tǒng)。
　　這類系統(tǒng)采用彩色液晶顯示器，能動態(tài)反映主機系統(tǒng)的參數(shù)變化，部分關鍵參數(shù)用曲線實時跟蹤指示；還能利用經(jīng)驗知識，綜合利用實時數(shù)據(jù)，進行故障的推理，從而找出故障點。有的還可以進行作業(yè)量統(tǒng)計。這類系統(tǒng)通常具有黑匣子的功能，即記錄故障過去的發(fā)展狀況，便于區(qū)別是機器本身的故障還是操作人員違反操作規(guī)程引起的損壞，并對不合理的操作予以提示。
　　上述兩種形式是目前大多數(shù)液壓卷板機狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)所采用的，但國內成功的應用實例仍然很少。在線診斷的實現(xiàn)受制于被診斷系統(tǒng)的構造、運行方式和工作場所等多方面因素，因此本系統(tǒng)結構采用第一種形式，完成液壓卷板機運行狀態(tài)的在線監(jiān)測和離線故障診斷功能，該形式的缺點是信息數(shù)量有限。
　　2)系統(tǒng)模型的構建
　　液壓卷板機工作時產(chǎn)生噪聲、振動、污染、高溫，且存在著不穩(wěn)定因素，所以本系統(tǒng)工作環(huán)境惡劣。為完成預定功能，系統(tǒng)對參數(shù)采集精度、運行的穩(wěn)定性和可靠性等要求都較高，但控制方面沒有什么要求。因此，下位機只要采用高性能的單片機，并配以相應的數(shù)據(jù)處理和抗干擾技術，就能滿足系統(tǒng)實時性要求；上位機則采用普通的PC。上、下位機之間采用 RS一232串口通信，由下位機保存液壓卷板機約4h的工況數(shù)據(jù)，然后插入掌上電腦讀取該數(shù)據(jù)，再傳送給上位機。系統(tǒng)的模型如圖1所示。
　　2．狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)
　　1)系統(tǒng)功能分析
　　

　　圖1液壓卷板機狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)模型
　　本系統(tǒng)以SWE4．2液壓卷板機為監(jiān)測對象，選取發(fā)動機轉速、燃油油位、機油壓力、主泵1和2的壓力、液壓油溫度、液壓油油位、冷卻水溫度、冷卻水水位、濾清器差壓、空濾器負壓、蓄電池電壓、啟動開關和行走速度開關共14項參數(shù)為檢測項目，通過對這些參數(shù)的自動監(jiān)測和工況分析，為液壓卷板機的運行狀態(tài)趨勢分析和故障診斷打下基礎。系統(tǒng)的主要功能如下。
　　(1)數(shù)據(jù)采集功能。自動采集液壓卷板機14項運行工況參數(shù)，包括發(fā)動機轉速、燃油油位、機油壓力等。
　　(2)數(shù)據(jù)處理和存儲功能。自動進行采集數(shù)據(jù)的處理，包括清除誤差、曲線擬合等，并生成數(shù)據(jù)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(tài)。
　　(4)報警功能。設備故障或運行參數(shù)超限時均能發(fā)出報警，可根據(jù)異常情況的嚴重程度進行三級報警，并記錄報警信息。
　　(5)曲線繪制和打印功能。能夠自動繪制特性曲線，并做出趨勢分析。
　　(6)通信功能。通過RS一232串口向上位機傳送所采集的數(shù)據(jù)信息。
　　系統(tǒng)單片機選用ATMEL89C51，同時擴充64K EPROM用于存儲報警限值和相應的檢測程序，擴充帶掉電保護的64K RAM用于存儲液壓卷板機的4h工況數(shù)據(jù)。系統(tǒng)的結構如圖5—58所示。
　　系統(tǒng)測試原理如下：將傳感器檢測到的發(fā)動機轉速、發(fā)動機油壓、冷卻液溫度、液壓油油位、行走速度開關等參數(shù)值送人微機，進行分析計算，并將實測值與內置的標準值比較，判斷液壓卷板機運行狀態(tài)是否良好；對異常征兆用發(fā)光二極管、閃光報警燈和報警喇叭進行三級報警；同時將相關數(shù)值保存下來，傳送到上位機進行曲線繪制、趨勢分析和打印輸出。
　　

　　圖2液壓卷板機狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)結構
　　系統(tǒng)硬件設計
　　系統(tǒng)硬件按功能的不同劃分為主處理器模塊、信號處理模塊、電源模塊、通信模塊、狀態(tài)與報警模塊5個部分。
　　主處理器模塊。
　　系統(tǒng)采用ATMEL89C51微處理器，擴充帶掉電保護的64K RAM用于存儲液壓卷板機的4h工況數(shù)據(jù)。該模塊由EPROM、RAM、I/O、掉電保護以及液晶顯示驅動組成。
　　信號處理模塊。
　?、佥斎胄盘柼幚黼娐?。輸入信號處理電路是微處理器與外界聯(lián)系的通道。輸入信號處理電路的第一部分用于接收數(shù)字信號，數(shù)字信號來自啟動開關等；輸入信號處理電路的第二部分用于接收和轉換各種傳感器輸入的模擬信號；輸入信號處理電路的第三部分用于與其他計算機控制系統(tǒng)進行通信聯(lián)系，信號形式為脈沖數(shù)字信號；輸入信號處理電路的第四部分用于接收診斷觸發(fā)信號，也是脈沖數(shù)字信號。其中，模擬信號輸入通道的任務是將傳感器產(chǎn)生的模擬信號轉換為數(shù)字信號后輸入微處理器。模擬信號輸人通道主要由信號處理裝置、多路選擇開關、采樣保持器和模數(shù)(A/D)轉換器組成。信號處理裝置包括標度變換、電平轉換和信號濾波等。
　　在本監(jiān)測系統(tǒng)中，發(fā)動機試驗過程中的機油壓力經(jīng)轉換成電壓信號并放大后，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(jīng)過熱電阻調理板后，再經(jīng)隔離放大板，送到A/D板的輸入端進行數(shù)據(jù)采集。系統(tǒng)采用的A/D和D/A都為12bit，因此系統(tǒng)的檢測、控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轉換直接得到?；魻杺鞲衅鳒y得的轉速信號經(jīng)隔離整形后接到單片機的輸入端ISl，利用外部脈沖計數(shù)中斷來計算發(fā)動機的轉速。盡管監(jiān)測系統(tǒng)中的啟動開關信號是數(shù)字信號，但是這些信號并不能直接由微處理器進行處理，還需要數(shù)字信號輸入通道進行電平轉換和抗干擾等處理。只有將輸入的數(shù)字信號轉換為TTL電平，才能被微處理器接收。
　　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(lián)系。由于微處理器產(chǎn)生的控制信號都是數(shù)字信號，因此輸出信號處理電路為數(shù)字信號輸出通道。數(shù)字信號輸出通道的作用是將微處理器產(chǎn)生的數(shù)字控制信號傳輸給數(shù)字信號控制的報警電路。
　　(3)電源模塊。
　　系統(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的電源才能正常工作，它們所需電壓并不相同。對系統(tǒng)電源模塊的要求為：處于惡劣環(huán)境中仍能正常工作，能適應較寬的供電電壓變化范圍，能防止從電源地線引入的干擾，采用高可靠性元件，功率及電壓裕度也較大。
　　(4)通信模塊。
　　使用RS一232串口通信。該模塊的功能是處理主機和單片機之間的通信，主機給下位機發(fā)送指令，下位機給主機發(fā)送監(jiān)測數(shù)據(jù)。該模塊傳送的信息包括：
　?、倜钚畔?，上位機的控制指令發(fā)送到下位機；
　?、跀?shù)據(jù)信息，單片下位機檢測到的狀態(tài)信息發(fā)送到上位PC中，以便主機進行監(jiān)控和進一步的數(shù)據(jù)分析處理。
　　(5)狀態(tài)與報警模塊。
為了將程度不同的緊急狀況傳遞給司機，系統(tǒng)根據(jù)檢測的參數(shù)性質采用三級報警的方法。
　?、俚谝患増缶和ㄟ^裝置上相應的二極管發(fā)光實現(xiàn)。它只是提醒司機注意，在這種情況下機器還能工作一段時間，如燃油液位超過低限等。
　?、诘诙増缶和ㄟ^總報警燈和故障項發(fā)光二極管同時發(fā)光報警。這種報警要求司機密切關注故障的發(fā)展，但不需要立即關機。這類故障多屬高溫問題，如液壓系統(tǒng)油溫過高、發(fā)動機溫度過高等。
　?、鄣谌増缶和ㄟ^報警喇叭、總報警燈和故障項發(fā)光二極管同時動作來報警。第三級報警內容包括發(fā)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并修理。
　　3)系統(tǒng)軟件
　　系統(tǒng)軟件的要求如下。
　　軟件結構清晰、簡潔，流程合理。
　　各功能實現(xiàn)模塊化、子程序化，這樣既便于調試，又便于移植和修改。
　　具有自診斷功能，在系統(tǒng)工作前先運行自診斷程序。
　　采用軟件抗干擾措施，提高系統(tǒng)的可靠性。
　　如圖1所示為A/D采樣模塊流程，如圖2所示為檢測參數(shù)模塊流程。
　　3．故障診斷系統(tǒng)
　　提取下位機各檢測項的數(shù)據(jù)，進行曲線繪制和趨勢分析，同時對時域信號進行FFT變換，利用頻譜分析的方法，對液壓卷板機系統(tǒng)進行故障檢測和診斷。
　　系統(tǒng)收集、整理液壓卷板機的故障知識，構建完整的故障知識庫，將專家知識、檢測系統(tǒng)傳來的信息以及人機交互的信息進行融合分析，通過一定的推理機制進行故障定位，并提出維修方案?！　　　?a >折彎機液壓油的綜合監(jiān)測
　　

　　圖3　A/D采樣模塊流程圖　　圖4　檢測參數(shù)模塊流程圖

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主要產(chǎn)品:卷板機,液壓機,剪板機,折彎機,油壓機等機床

卷板機狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)