工程机械参数监测及故障诊断系统研究

张朝

摘要：本文以卡特320C型挖掘機为研究对象，提出了参数监测及故障诊断总体设计方案。以Labview软件为人机对话平台，设计了挖掘机参数监测及故障诊断的软件系统，采用计算机与虚拟仪器相结合，实现了挖掘机参数监测及故障诊断的信号分析和数据处理功能。本系统将各参数传感器、数据采集器（NI CDAQ-9184）和WiFi无线传输装置（AWK-3121）集成并安装在挖掘机上，监测人员在施工现场WiFi覆盖的地方，通过笔记本电脑运行相应软件，便可对多台挖掘机在不停机状态下，实现参数监测、故障诊断、状态报警、数据存储和报表生成等功能。在卡特320C挖掘机上进行了现场实验，结果证明：系统工作可靠，操作简单，故障诊断便捷，使用效果良好，可应用于所有工程机械，市场前景广阔。

关键词：挖掘机；参数监测；故障诊断；WiFi；Labview

一.引言

为提高机械出勤率、完好率，保障施工进度，本文以挖掘机为研究对象，提出了基于WiFi和虚拟仪器的工程机械参数监测及故障诊断系统研究，可以在WiFi覆盖范围内，对现场施工机械在不停机状态下，进行在线实时监测及故障诊断。对提高机械效率，保障出勤率、完好率和施工进度方面均具有重要意义。

二.总体设计

本文以卡特320C型挖掘机为研究对象，系统总体方案如图1所示。挖掘机施工作业时，先导压力、主泵压力、振动、水温、机油压力、电流、电压、转速、液压油温等传感器信号传至数据采集器，经信号转化、处理后通过信号发射器以无线WiFi的形式传至计算机。监测人员通过运行相应软件，便可对参数进行在线实时监测，若挖掘机出现故障也可通过故障诊断软件进行故障预诊断，方便了故障预警与排查。

三.系统设计与服务

3.1 硬件设计

硬件系统设计方案如图2所示。硬件系统主要由各传感器、接口及信号调理电路板、NI9215数据采集器、NI9191无线发射器、无线路由器、笔记本电脑等组成。

3.2 软件设计

软件系统主要有监测程序和故障诊断程序，界面包括登录界面、监测平台界面、#号工程机械参数监测界面和电压、水温、转速、主泵压力、先导压力等参数的故障诊断界面，如图3。

3.3 系统服务

（1）信号无线传输功能。本系统将采集后的信号以无线WiFi的形式传递给上位机，操作人员可在施工现场无线WiFi覆盖的区域，监测多台挖掘机的工作状态。

（2）在线参数监测功能。通过监测及故障诊断系统实现对挖掘机各参数的在线实时监测。将采集后的水温、液压油温、电压、电流、先导压力、主泵压力、机油压力、转速、缸盖振动信号实时显示在笔记本电脑，并将所测数据存盘、建立数据库和生成报表。

（3）在线故障诊断功能。监测及故障诊断系统将采集后的水温、液压油温、电压、电流、先导压力、主泵压力、机油压力、转速、缸盖振动信号进行故障诊断，一旦出现故障，系统进行报警，并输出故障诊断结果。

四.创新点

（1）提出了基于WiFi和虚拟仪器的工程机械参数在线监测及故障诊断技术，解决了工程机械不停机参数监测及故障诊断问题，提高了机械效率。

（2）将传感器、计算机检测和WiFi无线传输技术集成并安装于工程机械上，开发了数据监测及故障诊断软件，实现了挖掘机故障监测智能化。

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