黨躍軒，陳樹海，周 威，劉桂波，李 偉，康維新，胡天明

（1.黑龍江工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱150050；2.哈爾濱工程大學(xué) 信息與通信工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱150001）

液壓傳動(dòng)系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)輕巧、傳動(dòng)比大、運(yùn)行平穩(wěn)、能有效防止過載、易于實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速和自動(dòng)化及自動(dòng)控制、遠(yuǎn)距離操縱等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域。但由于液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其內(nèi)部狀態(tài)又難以觀測(cè)，容易發(fā)生故障，給液壓系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)和日常維護(hù)保養(yǎng)帶來一定的困難。液壓系統(tǒng)故障快速檢測(cè)的任務(wù)就是在液壓系統(tǒng)運(yùn)行過程中不拆卸或少拆卸的情況下對(duì)壓力、溫度、流量等狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，掌握設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)和發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象。

本文進(jìn)行基于虛擬儀器的液壓系統(tǒng)故障現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)技術(shù)研究，實(shí)現(xiàn)液壓系統(tǒng)工作過程中各種參數(shù)的計(jì)算機(jī)采集與數(shù)據(jù)處理，并自動(dòng)生成性能曲線，形成一個(gè)自動(dòng)化程度高、操作簡(jiǎn)便、人機(jī)界面友好、數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)的液壓系統(tǒng)故障快速檢測(cè)設(shè)備。

1 現(xiàn)場(chǎng)快速診斷儀器的發(fā)展方向

隨著數(shù)據(jù)處理技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信技術(shù)飛速發(fā)展及不同學(xué)科之間的融合，液壓系統(tǒng)故障診斷技術(shù)已逐漸從傳統(tǒng)主觀分析方法，向虛擬化、便攜式、多功能、智能化的方向發(fā)展。

1）虛擬化。虛擬化是指監(jiān)測(cè)與診斷儀器的虛擬化。LabVIEW具有強(qiáng)大的圖形顯示和數(shù)據(jù)處理能力，測(cè)試過程準(zhǔn)確，操作簡(jiǎn)單，測(cè)試數(shù)據(jù)和結(jié)果輸出迅速、直觀，能夠直接通過軟件進(jìn)行系統(tǒng)的性能分析處理，為開發(fā)通用的液壓元件、系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)系統(tǒng)提供了便利條件。

2）便攜式。液壓系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)故障診斷儀器向便攜式方向發(fā)展是現(xiàn)場(chǎng)故障診斷的必然要求，因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)故障診斷受工作環(huán)境、技術(shù)條件和人員數(shù)量等諸多方面的限制，只能使用功能多、體積小和重量輕的便于攜帶的“萬用表”式的儀器，這也是現(xiàn)場(chǎng)故障診斷儀器向便攜式功能方向發(fā)展的一個(gè)重要原因。

3）多功能。液壓系統(tǒng)故障診斷儀器向多功能方向發(fā)展表現(xiàn)在3個(gè)方面：一是儀器用途的多方面，即1臺(tái)儀器即可以用作系統(tǒng)故障診斷，也可以用作系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)控，還可以用作其它儀器的標(biāo)定；二是儀器本身不僅能對(duì)多種參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，而且還具有對(duì)所檢測(cè)的參數(shù)進(jìn)行顯示、計(jì)算和處理的功能，三是單臺(tái)儀器能對(duì)某項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行多點(diǎn)位檢測(cè)。

4）智能化。隨著機(jī)電液技術(shù)日益結(jié)合，使得液壓系統(tǒng)越來越復(fù)雜，故障診斷越來越困難，這就要求現(xiàn)代診斷儀器不僅具有對(duì)被測(cè)參數(shù)進(jìn)行感知和顯示的一般功能，還應(yīng)當(dāng)具有對(duì)被測(cè)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算、分析、識(shí)別和處理等智能化功能。

2 液壓系統(tǒng)故障快速檢測(cè)技術(shù)

2.1 檢測(cè)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

液壓系統(tǒng)故障快速檢測(cè)系統(tǒng)采用筆記本電腦進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，利用USB總線進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和傳感器的供電，無需外接電源或充電，使用方便，即插即用。本系統(tǒng)主要由嵌入加載閥的F6100集成式傳感器、美國(guó)NI公司的USB－6009數(shù)據(jù)采集卡、升壓電路、信號(hào)轉(zhuǎn)換電路等組成，系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)組成如圖1所示。

圖1 檢測(cè)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

2.2 檢測(cè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件采用面向?qū)ο蟮奶摂M儀器開發(fā)平臺(tái)LabVIEW軟件開發(fā)，主要功能是對(duì)所采集的液壓系統(tǒng)的壓力、溫度、流量等參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換、顯示、處理、存儲(chǔ)和故障的判斷與報(bào)警等工作。主要包括檢測(cè)參數(shù)的采集與顯示、報(bào)警參數(shù)值設(shè)置、故障狀態(tài)報(bào)警等功能，并可將檢測(cè)數(shù)據(jù)和報(bào)警數(shù)據(jù)保存成數(shù)據(jù)文件。功能框圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)軟件功能

2.2.1 數(shù)據(jù)采集模塊

數(shù)據(jù)采集模塊在安裝NI－DAQ程序后，就可以通過VC＋＋ 來使用NI USB－6009上安裝的Easy I／O for DAQ函數(shù)庫，實(shí)現(xiàn)USB－6009數(shù)據(jù)采集卡的驅(qū)動(dòng)。該系統(tǒng)采用多個(gè)模擬輸入通道同時(shí)采集多個(gè)通道的壓力、溫度、流量信號(hào)，多通道采集程序如圖3所示。由于機(jī)械設(shè)備作業(yè)時(shí)其工況比較復(fù)雜，液壓系統(tǒng)中經(jīng)常有各種干擾存在，系統(tǒng)所檢測(cè)到的信號(hào)中不可避免地存在大量的噪聲信號(hào)，對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行傅立葉變換（FFT），對(duì)信號(hào)的頻譜特性進(jìn)行分析和濾波。

2.2.2 數(shù)據(jù)顯示模塊

數(shù)據(jù)顯示模塊提供實(shí)時(shí)的圖形和數(shù)字界面，用于監(jiān)測(cè)與記錄液壓系統(tǒng)的壓力、溫度及流量參數(shù)。為顯示圖形與數(shù)值，主屏上還有菜單欄、帶常用功能的按鈕及報(bào)警指示燈。數(shù)據(jù)顯示界面如圖4所示。

圖3 多通道采集程序

圖4 液壓故障快速檢測(cè)裝置軟件界面

檢測(cè)時(shí)，系統(tǒng)將采集到的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為工況參數(shù)實(shí)際值，在數(shù)據(jù)顯示模塊用3條曲線分別記錄液壓系統(tǒng)壓力、溫度、流量等參數(shù)在檢測(cè)期間的數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)，主屏上的圖形最多可包含當(dāng)前的60個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，先前的數(shù)據(jù)點(diǎn)被存入存儲(chǔ)器，隨時(shí)可以調(diào)出瀏覽。通過隱藏部分曲線，調(diào)節(jié)坐標(biāo)比例，添加水平格線等，調(diào)節(jié)曲線來優(yōu)化顯示的數(shù)據(jù)與圖形，同時(shí)以數(shù)值方式顯示當(dāng)前值。

2.2.3 報(bào)警參數(shù)設(shè)置模塊、故障數(shù)據(jù)報(bào)警模塊和報(bào)警數(shù)據(jù)記錄模塊

報(bào)警參數(shù)設(shè)置模塊用于設(shè)置液壓系統(tǒng)正常工作時(shí)壓力、溫度、流量等參數(shù)的上下限值。

報(bào)警模塊主要是當(dāng)被測(cè)系統(tǒng)的物理參數(shù)超過正常范圍時(shí)通過報(bào)警指示燈或者報(bào)警聲音提醒操作人員有異?，F(xiàn)象發(fā)生，并根據(jù)異常參數(shù)的具體數(shù)字判斷應(yīng)該采取的措施。主要功能：當(dāng)檢測(cè)數(shù)據(jù)超過設(shè)置值時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警，數(shù)據(jù)顯示界面中檢測(cè)參數(shù)當(dāng)前值顯示區(qū)的相應(yīng)指示燈變紅閃亮。

故障數(shù)據(jù)報(bào)警子VI程序如圖5所示。

圖5 故障數(shù)據(jù)報(bào)警子VI程序

報(bào)警數(shù)據(jù)記錄模塊可以將檢測(cè)期間發(fā)生的超出正常工作范圍的故障數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄并顯示。

2.2.4 檢測(cè)報(bào)告生成模塊

檢測(cè)報(bào)告生成模塊可以將采樣數(shù)據(jù)以兩種文件格式進(jìn)行保存。一種是將采集數(shù)據(jù)存為L(zhǎng)ab－VIEW特有的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)紀(jì)錄形式的文件，通過波形回放將保存起來的采樣紀(jì)錄重新通過數(shù)字或曲線波形的形式顯示出來，以供分析。另一種是存為電子表格文件，使技術(shù)人員能夠方便地使用Excel電子表格程序?qū)Σ蓸訑?shù)據(jù)文件進(jìn)行訪問，掌握設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障征兆并加以控制排除，檢測(cè)報(bào)告如圖6所示。

圖6 檢測(cè)報(bào)告

3 檢測(cè)系統(tǒng)使用

使用該系統(tǒng)可進(jìn)行液壓泵、溢流閥、方向控制閥和雙向液壓馬達(dá)測(cè)試、雙作用缸測(cè)試、液壓傳動(dòng)裝置診斷等測(cè)試項(xiàng)目。使用時(shí)首先按測(cè)試項(xiàng)目要求將嵌入加載閥的F6100集成式傳感器接入液壓系統(tǒng)，然后旋轉(zhuǎn)手柄將加載閥完全打開，啟動(dòng)液壓泵使其達(dá)到額定轉(zhuǎn)速，逐步關(guān)閉加載閥使系統(tǒng)壓力上升到略低于溢流閥設(shè)置壓力，直到液壓油溫度上升到系統(tǒng)要求的工作溫度，將加載閥完全打開，按測(cè)試項(xiàng)目步驟要求進(jìn)行測(cè)試，檢測(cè)系統(tǒng)將實(shí)施采集、記錄液壓系統(tǒng)的壓力、溫度和流量數(shù)據(jù)。

4 結(jié)束語

該系統(tǒng)利用虛擬儀器技術(shù)，通過計(jì)算機(jī)USB總線進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和對(duì)傳感器組進(jìn)行供電，采用嵌入加載閥的集成式壓力、溫度和流量傳感器，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，連接操作方便，便于攜帶和使用?；贚abVIEW平臺(tái)開發(fā)了軟件系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集整個(gè)界面設(shè)計(jì)成虛擬儀器風(fēng)格，實(shí)現(xiàn)了多種控制功能和顯示功能，界面友好。該系統(tǒng)能夠利用一個(gè)測(cè)點(diǎn)對(duì)壓力、溫度、流量等狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，有效地提高了液壓系統(tǒng)故障檢測(cè)與診斷的效率，為機(jī)械設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)與故障診斷維修提供有力的保證。

[1]王紅妍.關(guān)于液壓系統(tǒng)故障現(xiàn)場(chǎng)快速診斷儀器及其發(fā)展[J].機(jī)床與液壓，2007（3）：202－203.

[2]凌海風(fēng)，高亞明，韓軍，等.工程車輛液壓系統(tǒng)檢測(cè)儀的關(guān)鍵技術(shù)及實(shí)現(xiàn)[J].液壓與氣動(dòng)，2006（5）：24－26.

[3]任焱唏，楊小強(qiáng)，陳六海，等.便攜式工程機(jī)械液壓系統(tǒng)狀態(tài)檢測(cè)儀[J].建筑機(jī)械，2010（6）：111－114.

[4]葉樹江，張凌志，韓喜春.基于虛擬儀器的傳感器測(cè)試平臺(tái)[J].黑龍江工程學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2009（4）：1－3.

[5]陳錫輝，張銀鴻.LabVIEW 8.20程序設(shè)計(jì)從入門到精通[M].北京：清華大學(xué)出版社，2007：1.

[6]齊建民.基于虛擬儀器技術(shù)的電源自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)[J].黑龍江工程學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2010（4）：63－66.

[7]郭北濤，王淑蓮，陳兵.虛擬儀器在工程機(jī)械液壓系統(tǒng)故障檢測(cè)中的應(yīng)用[J].機(jī)床與液壓，2006（8）：216－217.

[8]孫婷，熊智新，胡慕伊.基于USB的通用虛擬儀器平臺(tái)開發(fā)[J].儀表技術(shù)與傳感器，2011（10）：32－34.

[9]王毅.工程機(jī)械液壓系統(tǒng)故障診斷[M].北京：人民交通出版社，2010：8.

[10]李江全.虛擬儀器設(shè)計(jì)測(cè)控應(yīng)用典型實(shí)例[M].北京：電子工業(yè)出版社，2010：8.