余建坤+余家宇

摘要：本文以智能機械潤滑系統(tǒng)為研究對象，探討了利用嵌入式計算機技術(shù)來實現(xiàn)故障智能診斷與處理的途徑和方法，并以SOPC為核心，利用檢測傳感電路、執(zhí)行電路和輸入輸出電路，實現(xiàn)智能機械潤滑系統(tǒng)故障的智能診斷與處理，該系統(tǒng)和智能潤滑控制系統(tǒng)可以有機統(tǒng)一，保證潤滑系統(tǒng)正常運行，減少維修工作量，降低設(shè)備運行成本，保障安全，保護環(huán)境，保證作業(yè)質(zhì)量。對類似產(chǎn)品的研制，具有一定參考價值。

關(guān)鍵詞：SOPC；智能控制；潤滑控制系統(tǒng)；智能故障診斷；集中潤滑系統(tǒng)

中圖分類號：TP273.5 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）11-0046-02

1 引言

智能機械潤滑系統(tǒng)避免了人工加注時的各種缺點，能夠按照預先設(shè)定的策略實現(xiàn)自動加注潤滑劑到各潤滑點，使各潤滑點時刻保持良好的潤滑狀態(tài)，且在潤滑全過程中零污染，得到了越來越廣泛的應用。但智能機械潤滑系統(tǒng)技術(shù)先進，維護管理比較復雜，現(xiàn)場處理也有一定難度，一旦出現(xiàn)故障，就會造成整個潤滑系統(tǒng)癱瘓，造成設(shè)備損壞、停產(chǎn)，因此如何對智能機械潤滑系統(tǒng)故障實現(xiàn)快速診斷和處理，是智能機械潤滑系統(tǒng)的難點之一。

計算機在線故障診斷技術(shù)，在各行各業(yè)中都得到廣泛應用，本文研究智能機械潤滑系統(tǒng)智能故障診斷，就是利用智能機械潤滑控制系統(tǒng)中各傳感檢測信號，通過計算機處理，對潤滑系統(tǒng)進行適當?shù)目刂啤⑻幚砗蛨缶?，并將故障狀態(tài)記憶和顯示出來，幫助快速恢復設(shè)備正常運行。

SOPC結(jié)合了SOC和PLD的優(yōu)點，筆者利用它實現(xiàn)了機械潤滑系統(tǒng)的智能控制，SOPC嵌入了微型計算機，因此也可以利用其實現(xiàn)在線故障診斷，并且可以和控制系統(tǒng)集成在一起，能根據(jù)用戶要求定制，是個性化、過程化、精細化、準確化的多品種小批量產(chǎn)品的不二選擇。

2 智能機械潤滑系統(tǒng)組成及故障診斷技術(shù)原理

智能機械潤滑系統(tǒng)一般由油箱、油泵、過濾器、冷卻器、加熱器、各種閥（包括安全閥、單通閥、雙通閥等）、檢測保護裝置（油標、液位控制器、油流指示器、給油指示器、溫度測量裝置、油壓檢測裝置等）及自動潤滑控制系統(tǒng)組成。其中任何一個組成部分出現(xiàn)故障，都有可能引起智能機械潤滑系統(tǒng)故障。

故障分析方法，常用的有FTA、FMEA、FMECA，F(xiàn)TA（Fault Tree Analysis，故障樹分析）是通過故障現(xiàn)象分析故障原因的方法，F(xiàn)MEA（Fault Model Effect Analysis，故障模式影響分析）是在隊故障出現(xiàn)后的影響進行分析，而FMECA在FMEA的基礎(chǔ)上吧，增加了嚴重度分析。故障診斷，必須建立在對系統(tǒng)故障分析的基礎(chǔ)上，為了做出合理的處理措施，本研究建立在FMECA的基礎(chǔ)上。

故障自動診斷，通常分兩部完成：首先是生成數(shù)據(jù)，即預先建立被診斷的對象故障模型，編制故障字典，然后輸入測量數(shù)據(jù)，進行對比，給出診斷結(jié)果。故障自動診斷，現(xiàn)在常用計算機完成。診斷離不開測試數(shù)據(jù)和故障定位數(shù)據(jù)，智能機械潤滑系統(tǒng)自動診斷更強調(diào)實時性，隨著智能機械潤滑系統(tǒng)規(guī)模增大，要求數(shù)據(jù)生成技術(shù)既能使診斷數(shù)據(jù)有較高的測試效率，又能盡量減少生成方法的計算復雜性，提高診斷實時性，當然，更完美的方法是采用硬件實現(xiàn)，SOC或SOPC是個不錯的選擇。

故障自動處理，通常根據(jù)故障模式和嚴重程度，利用控制系統(tǒng)采取相應措施，完成自動處理，智能機械潤滑系統(tǒng)故障處理，也要求實時處理。智能機械潤滑系統(tǒng)故障處理方法常見的有：停止主機運行、啟用備用供油泵、增加油溫、報警、顯示故障和故障部位等。處理措施是根據(jù)故障嚴重程度自動執(zhí)行的，比如，潤滑系統(tǒng)已不起作用，為了保護設(shè)備，不能啟動主機，運行中必須先停止主機運行，而如果只是潤滑油位傳感器檢測到油位低于安全運行位，就只需發(fā)出聲光報警，同時顯示缺油。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計

3.1 計算機選擇

計算機在線故障診斷，顧名思義，是必須用到計算機的，可以選用PC機、嵌入式系統(tǒng)、單片機，各有優(yōu)缺點，但其實最好的選擇是使用SOC，也就是專用芯片，或者SOPC，也就是可編程的SOC。但SOC不是一般情況下能采用的，必須是大規(guī)模生產(chǎn)才能考慮。本系統(tǒng)采用市面上易于獲得的SOPC芯片。

3.2 SOPC選擇及資源分配

考慮到與智能機械潤滑系統(tǒng)集成，本設(shè)計選用低成本、低功耗的Cyclone系列FPGA芯片- CycloneIII EP3C55F484，內(nèi)含55865個LCs，具有260萬BIT內(nèi)嵌RAM容量，4個鎖相環(huán)（2KHZ-1300MHZ），484個IO引腳。可嵌入一個8051單片機系統(tǒng)、8088 IBM 計算機系統(tǒng)，或一個 32 位 Nios2 嵌入式處理器核及其整個應用系統(tǒng)（包括RAM/ROM 等），從而構(gòu)成一個功能完備的單芯片式嵌入式系統(tǒng)。

確定芯片之后，接下來是芯片資源分配。本設(shè)計選用EP3C55 F484內(nèi)含的全兼容工業(yè)級8051核，其主頻最高可達250MHz，配備內(nèi)置的鎖相環(huán)、數(shù)據(jù)RAM、程序ROM、接口模塊、通信模塊、顯示控制模塊、數(shù)據(jù)采樣和信號發(fā)生模塊等等，構(gòu)成SOC系統(tǒng)。

內(nèi)部資源分配好后，接下來是引腳分配。EP3C55F484腳較多，除了集中潤滑控制系統(tǒng)占用引腳外，本系統(tǒng)引腳分配見表1。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計

4.1 CPU核的定義和單片機最小系統(tǒng)實現(xiàn)

EP3C55F484的8051核是一個軟核，名稱為CPU8051V1，由VQM源碼表述，文件名為CPU8051V1.VQM，在使用時，采用例化方式直接調(diào)用，配置260萬BIT內(nèi)嵌RAM和最大64KB的程序ROM。

4.2 外部硬件驅(qū)動程序和應用程序設(shè)計

外部硬件通過各類接口連接到8051V1，使用時都必須有驅(qū)動程序，完成硬件初始化和硬件釋放、數(shù)據(jù)輸入輸出和故障處理。限于篇幅，驅(qū)動程序的編寫不作詳細介紹。endprint

應用程序的設(shè)計，主要包括：

（1）主程序設(shè)計。由于單片機是順序執(zhí)行的，編寫主程序首先需要做的是對有關(guān)變量初始化，然后啟動優(yōu)先級最高的任務(wù)控制塊，然后再啟動其它任務(wù)內(nèi)核。（2）中斷程序設(shè)計。在中斷服務(wù)程序中，主要是中斷向量表的調(diào)用和處理。（3）子程序設(shè)計。應用程序設(shè)計，主要就是各個任務(wù)的編程，為了編程和調(diào)試方便，整個程序按任務(wù)劃分成多個子程序。限于篇幅，不再贅述。

5 結(jié)語

本研究以EP3C55F484為核心，輔以檢測電路，主機控制電路、備用油泵控制電路和聲光報警電路，完成了智能機械潤滑系統(tǒng)的智能故障診斷，能和控制系統(tǒng)集成在一起，抗干擾、成本低、體積小、易于擴展和升級，是傳統(tǒng)機械潤滑控制系統(tǒng)改造和智能潤滑控制系統(tǒng)故障診斷的一個不錯的選擇，對類似機電產(chǎn)品的開發(fā)，也有一定的參考價值。

參考文獻

[1]陳陽，余建坤.基于ARM+μC/OS-Ⅱ智能機械潤滑控制系統(tǒng)設(shè)計[J].數(shù)字技術(shù)與應用，2014（4）：12-13.

Abstract：This paper taking centralized lubricating system as the research object， provides a new means for smart fault diagnosing and analysing of the centralized lubricating system by using embeded computer technology.The smart fault diagnosing system composed of SOPC ，consists of sensing circuit， executive circuit， input/output circuit，which can be unified to the smart lubrication control system. The system takes an important roles in ensuring the lubrication system works properly， reducing maintenance workload and equipment running cost， ensuring safety and the quality of work ，and protecting the environment . This paper has some reference value for the development of similar products.

Key Words：SOPC；smart control；lubrication control system； smart fault diagnosis；centralized lubricating systemendprint