4.在线状态监测系统的软件设计
(1)软件总体设计
软件采用模块化设计，主要包括中心调度模块、监测数据库、监测报警模块、故障诊断模块、知识库、趋势分析模块、CAN通讯模块及网络通讯模块等，软件系统的整体结构见图4。中心调度模块负责整个系统工作的调度和控制；监测数据库主要用来存放各信号采集单元采集的工况参数，通过数据库管理界面可实现对监测数据的选择、导入、导出等功能，方便用户对数据进行离线分析；监测报警模块根据当前的监测数据判断工作状况，当状态异常时发出报警；故障诊断模块可根据监测数据和用户人工输入信号进行液压系统的故障诊断，给出诊断结论和维修措施等；趋势分析模块提供对监测数据库历史数据的分析结果，实现系统的趋势分析和故障预测；CAN通讯模块完成CAN总线通讯的底层协议，并将接收到的数据送监测数据库；网络通讯模块使系统通过INTERNET与远程监测与故障诊断中心进行通讯,并使用Socket技术可将本地数据库中的数据导入远程监测与故障诊断中心数据库，以实现工程机械的远程监测与故障诊断。
(2)数据采集、存贮方式的确定
系统要完成在线状态监测工作，必须对分布在液压系统各部分的传感器信号进行采集，并通过现场总线送回中心处理单元进行处理。采集的数据一方面用于适时监测报警，另一方面还要进行存贮，以方便进行故障诊断和趋势分析的工作。原则上采集频率越高越好，存贮的数据越多越好，最好能够覆盖液压系统的整个工作过程，但这在现实中是不可能的，一方面是数据存贮介质的容量有限，另一方面过多的数据也会加重分析处理的工作量。因此必须采取合适的数据采集、存贮方式，使采集的数据既能反映系统的工作状态，满足分析处理的需要，又能尽量减少对存贮空间的需要。
有两种数据采集存贮方式可供选择：一种为顺序定时采样，即系统工作后每隔一段固定的时间进行一次采样、分析报警、存贮；这种采样方式实现起来较为简单，但存在很多问题；采样间隔设置过小会造成存贮的数据量过大，而设置过大则会出现漏警或数据信息不充分；一种改进方式是系统以比较密集的采集方式进行采集和报警，而以较为稀疏的间隔进行存贮。另一种采集方式是事件触发采集，系统在正常工况时的数据存贮时间间隔比较大，但在有事件触发时则会减小数据采样和存贮的间隔；系统中有几种情况可进行触发。
①硬件监测触发，即通过适时监测系统上的开关信号进行触发，其优先级最高。
②传感器信号超限报警触发。
③前台程序或人工触发。
④根据融合报警指标则否超限来获取触发,通过对液压系统各工况信号的时域、频域分析及融合结果决定是否触发。
对工程机械的液压系统监测来说，采用事件触发采集、存贮的方式较为合理，一方面可以合理利用数据存贮介质，另一方面又可有效地避免信号漏测。当然，具体的采集、存贮间隔还要依据不同的液压系统和监测要求而定。
(3)监测报警模块设计
监测报警模块根据当前的传感器信号，采用单参数阈值报警和多参数融合报警两种方式进行当前系统状态的预报。单参数阈值报警是将单个工况参数的监测数据与其设定的正常工况阈值进行比较，根据差别程度的不同进行分级报警；多参数融合报警首先将几个关键工况参数的监测值与阈值的差值进行归一化，然后用信息融合的方法(如可采用神经网络)进行综合，给出系统级的状态指示。
同时，监测报警模块根据当前工况恶劣程度的不同将报警分为三级，具体如下：
①第一级报警：在此种情况下机器还能工作一段时间。
②第二级报警：这种报警要求使用人员密切注视故障的发展，但不需要立即关机。
③第三级报警：当报警模块判断系统故障严重时，采用第三级报警。对这级报警，操作人员应立即关机检查并修理。
(4)故障诊断模块设计
工程机械液压系统结构的复杂性使得其故障具有多层次性、模糊不确定性等特点，很难用单一的判别方式将各种故障截然分开，因此必须采用多种故障诊断方法才可满足诊断的需要。根据工程机械液压系统的特点，可以采用传统专家系统与神经网络相结合的诊断方式。
该系统的知识以两种方法表述，一是将专家经验形式化成规则，存储于知识库；另一种是通过现场历史数据对网络进行训练，将难以形式化的专家经验以非线性映射的形式存储于神经网络的各结点上。诊断调度机构针对不同情况用规则和神经网络对液压系统故障进行诊断，得出相应的诊断结果。
故障诊断模块工作时，诊断调度模块将监测数据库的数据取出并进行分类，将与传统专家系统知识库中规则相匹配的部分交绐传统专家系统处理，将剩余的部分交给神经网络专家系统处理。由于神经网络具有自学习的功能，诊断调度将会在诊断过程中按神经网络不断归纳出的新的诊断规则进行整理。不断充实专家系统知识库的内容，因而，不断扩大混合专家系统故障诊断的范围。这样既能充分发挥传统专家系统和神经网络各自的优势，又能使二者相互协调工作，既使混合专家系统的诊断范围扩大，又使混合专家系统诊断推理快速。
系统诊断信息的获取包括自动获取和人工交互获取两种途径，自动获取是通过诊断调度模块调用监测数据库里的数据完成，人工交互获取是通过人机交互界面将工程机械的-些可观察故障特征输入诊断系统。
5.小结
工程机械液压系统在线状态监测可以及时了解和掌握液压系统运行过程中的状态，以便早期发现故障、查明原因，并掌握故障发展趋势，可以避免故障的发生和重大事故的出现,最大限度地提高工程机械的使用效率，提高工程机的安全性和可靠性。
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