餘建坤　餘家宇

　　摘　要：本文以智能機械潤滑係統為研究對象，探討了（le）利（lì）用嵌入式計算機（jī）技術來實（shí）現故障智能診（zhěn）斷與處理的途徑和方法，並以（yǐ）SOPC為核心（xīn），利用檢測傳感電路、執行電路（lù）和輸入輸（shū）出電路，實現智能機（jī）械潤滑係統故障的智能診斷與處理，該係統和智能潤滑控製係統可以（yǐ）有機統一，保證潤滑（huá）係統正常運行，減少維修工作量（liàng），降低設備運行成本，保障安全，保護環境，保證作業質量。對類似產品的研製，具有一定參考價值。
　　關鍵（jiàn）詞：SOPC；智能控製；潤滑控製係統；智能故障診斷；集中潤滑係（xì）統

　　1　引言
　　智能機械潤滑係統避免了人工加注時的各種缺點，能夠按照預先設定的策略實現自動加注潤滑劑到各潤滑點，使各潤滑點時刻保（bǎo）持良好的潤滑狀態，且在潤滑全過程中零汙（wū）染，得到了越來越廣泛的應用。但智能機械潤滑（huá）係統技術（shù）先進，維（wéi）護管（guǎn）理比較複雜，現場處理也有一（yī）定難度（dù），一旦出現故障，就會造成整個潤滑係統癱瘓，造成設備損壞（huài）、停產，因此如何對智能機械潤滑係統故障實現快速（sù）診斷和處理，是智能機械潤滑（huá）係統的難（nán）點之一。
　　計算機在線故障診斷技術，在各行各業中都得到廣泛應用，本文研究智能（néng）機械（xiè）潤滑係統智能故障診斷，就是利用智能機械潤滑控製（zhì）係統中各（gè）傳感檢測信號，通過計（jì）算機處理，對潤滑係統進行適當的控製、處理和報警，並將（jiāng）故障狀態記憶和顯示出來，幫助（zhù）快速恢複設備正常運行。
　　SOPC結合了SOC和PLD的優點（diǎn），筆者利用它實現了機械潤滑係統的智能控（kòng）製，SOPC嵌入了（le）微型計算機，因此也可以利用其實現在線故障診斷，並（bìng）且可以和控製係統集成在一（yī）起，能根（gēn）據用戶要求定製，是個性化、過程化、精細化、準確化的多品種小批量產品的不二選擇。
　　2　智能機械潤滑係統組成及故障診斷（duàn）技術原理
　　智能機械潤滑係統一般由油箱、油泵、過濾器、冷卻器、加熱器、各種閥（fá）（包括（kuò）安全閥（fá）、單通閥、雙通閥（fá）等（děng））、檢測（cè）保護裝置（油標、液位控（kòng）製器、油流指示器、給油（yóu）指示（shì）器（qì）、溫度測（cè）量裝置、油壓檢（jiǎn）測裝置等（děng））及自動潤滑（huá）控製係統組成。其中任（rèn）何一個組成部分出現故障，都有可能引（yǐn）起智能機械潤滑係統故障。
　　故障分析方法，常用的有FTA、FMEA、FMECA，FTA（Fault Tree Analysis，故障樹分析）是通（tōng）過故障（zhàng）現象分析故障原因的方法，FMEA（Fault Model Effect Analysis，故障模式影響分析）是在隊故障出現（xiàn）後的影響進行分析（xī），而FMECA在FMEA的基礎上吧（ba），增加了（le）嚴重度分析。故障診斷，必（bì）須建（jiàn）立在對係統故（gù）障分析（xī）的基礎上（shàng），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：首先是生成數據（jù），即（jí）預先建立被診斷的對象故障模型，編（biān）製故障字（zì）典，然後輸入測量數據，進行對比，給出診斷結果。故障自動診斷，現在（zài）常用計算機完（wán）成。診斷（duàn）離不開測試數據和故障（zhàng）定位數據，智能機械潤滑係統自動診斷更強調實時性，隨著智能機械潤滑係統規模增大，要求數據生成（chéng）技術既能使診斷數據有較高的測試效率，又能盡量減少生成方法的計算（suàn）複雜性，提高診斷實時性（xìng），當（dāng）然，更完美的方法是采（cǎi）用硬件實現，SOC或SOPC是個不錯的選擇。
　　故障自動處（chù）理，通常根據故障模式和嚴重程度，利用（yòng）控製係統采取相應措施，完成自動處理，智能機械潤（rùn）滑係統故障處理，也要求（qiú）實時處理。智能機械潤滑係統故障處理（lǐ）方法常見的有：停止主機運行、啟用備用供油泵、增加油溫（wēn）、報警、顯示（shì）故障和故障（zhàng）部（bù）位等。處理措施是根據故障嚴重程度自（zì）動執行的，比如，潤滑係（xì）統已不起作用，為了保護設備，不能（néng）啟動主機，運行中必須先停止主機運行，而如果隻是潤滑（huá）油位傳感器檢測（cè）到（dào）油位低於安全運行位，就隻需發出聲光報警，同時顯示缺油。
　　3　係統硬件設計
　　3.1 計算機選擇
　　計算機在（zài）線故障診斷，顧名思義，是必須用到計算機的，可以選用PC機、嵌入式係統、單片機，各有優缺點，但其（qí）實Z好的選擇是使用（yòng）SOC，也就是專用芯片，或者SOPC，也就（jiù）是可編程的SOC。但SOC不是一般情況（kuàng）下能采用的，必須是大規模生產才能考慮。本係統采用市麵上易於獲得的SOPC芯片。
　　3.2 SOPC選擇及（jí）資源分配
　　考慮到與智能機械潤滑係統集成（chéng），本設計選用低成本、低功耗的Cyclone係列FPGA芯（xīn）片- CycloneIII EP3C55F484，內含55865個LCs，具有260萬BIT內嵌RAM容量，4個鎖相環（2KHZ-1300MHZ），484個IO引腳（jiǎo）。可嵌（qiàn）入一個8051單片機係統、8088 IBM計算機係統，或一個32位 Nioses2嵌入式處理器核及其整個應用係統（tǒng）（包括（kuò）RAM/ROM等），從而構成一個功能完備的單芯片式嵌入式係統。
　　確定芯片之後，接下來是芯片資（zī）源分配。本設計選用EP3C55 F484內含（hán）的全兼容工業級8051核，其主頻（pín）Z高可達250MHz，配備（bèi）內置的鎖（suǒ）相環（huán）、數據RAM、程序ROM、接口模塊、通（tōng）信模塊、顯示控製模塊、數據（jù）采樣和信號發生模塊等（děng）等，構成SOC係統。
　　內部資源（yuán）分（fèn）配好後，接下來是引腳分配。EP3C55F484腳較多，除了集中潤滑控製係（xì）統占用引腳外，本係統引腳分配見表1。

　　4　係統（tǒng）軟件設（shè）計
　　4.1 CPU核的定義和單片機Z小係統實現（xiàn）
　　EP3C55F484的8051核是一個軟核，名稱為CPU8051V1，由（yóu）VQM源（yuán）碼表述（shù），文件名為CPU8051V1.VQM，在使用時，采用例化方式直接調用，配置260萬BIT內嵌RAM和Z大64KB的程序ROM。
　　4.2 外部硬件驅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（yǒu）驅動程序，完成硬件初始化和硬件（jiàn）釋放、數據輸入輸出和故（gù）障（zhàng）處（chù）理。限（xiàn）於篇幅，驅動（dòng）程序的編寫不作詳細介紹。
　　應（yīng）用程（chéng）序的設計，主要包括（kuò）：
　　（1）主程序（xù）設計。由於單片機是（shì）順序執行的，編寫主程序（xù）首先需要做的是對有關變量初始化，然後啟動優先級Z高的任務控製塊（kuài），然後再啟動其它（tā）任務（wù）內核。（2）中斷程序設計。在中斷（duàn）服務程序中，主要是（shì）中斷向量表的調用和處理。（3）子程序設計。應用程（chéng）序設（shè）計，主要就是各個任務的編程，為了（le）編程（chéng）和調試方（fāng）便，整個程序按任務劃分成多個子程序。限於篇幅，不再贅（zhuì）述。
　　5　結語
　　本研究以（yǐ）EP3C55F484為核心，輔以檢測（cè）電路，主機控製（zhì）電路、備用油泵控（kòng）製電路和聲光報警電路，完成了智（zhì）能機械潤滑係統的（de）智能故障診斷，能和控製係統集成在一起，抗幹擾、成本低、體積小（xiǎo）、易於擴展和升級，是傳統機械潤滑控製係統改造和智能潤滑控製係統故障診斷的一個不錯的選擇，對類似機電產品的開發，也有一定的參考價值。
　　參（cān）考文獻
　　[1]陳陽，餘建坤.基於ARM+μC/OS-Ⅱ智能（néng）機械潤滑控製係統設計[J].數字技術與應用，2014（4）：12-13.

來源：《數字技（jì）術與應用》2017年（nián）11期