余建坤　余家宇

　　摘　要：本文以智能機(jī)械潤滑系統(tǒng)為研究對象，探討了利用嵌入式計算機(jī)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(jī)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(jī)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(hù)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)

　　1　引言
　　智能機(jī)械潤滑系統(tǒng)避免了人工加注時的各種缺點，能夠按照預(yù)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(yīng)用。但智能機(jī)械潤滑系統(tǒng)技術(shù)先進(jìn)，維護(hù)管理比較復(fù)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(jī)械潤滑系統(tǒng)故障實現(xiàn)快速診斷和處理，是智能機(jī)械潤滑系統(tǒng)的難點之一。
　　計算機(jī)在線故障診斷技術(shù)，在各行各業(yè)中都得到廣泛應(yīng)用，本文研究智能機(jī)械潤滑系統(tǒng)智能故障診斷，就是利用智能機(jī)械潤滑控制系統(tǒng)中各傳感檢測信號，通過計算機(jī)處理，對潤滑系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)?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(fù)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(jī)械潤滑系統(tǒng)的智能控制，SOPC嵌入了微型計算機(jī)，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(xì)化、準(zhǔn)確化的多品種小批量產(chǎn)品的不二選擇。
　　2　智能機(jī)械潤滑系統(tǒng)組成及故障診斷技術(shù)原理
　　智能機(jī)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(hù)裝置（油標(biāo)、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(jī)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(jìn)行分析，而FMECA在FMEA的基礎(chǔ)上吧，增加了嚴(yán)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(yù)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(jìn)行對比，給出診斷結(jié)果。故障自動診斷，現(xiàn)在常用計算機(jī)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(jī)械潤滑系統(tǒng)自動診斷更強(qiáng)調(diào)實時性，隨著智能機(jī)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(fù)雜性，提高診斷實時性，當(dāng)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(yán)重程度，利用控制系統(tǒng)采取相應(yīng)措施，完成自動處理，智能機(jī)械潤滑系統(tǒng)故障處理，也要求實時處理。智能機(jī)械潤滑系統(tǒng)故障處理方法常見的有：停止主機(jī)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(yán)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(hù)設(shè)備，不能啟動主機(jī)，運行中必須先停止主機(jī)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(jī)選擇
　　計算機(jī)在線故障診斷，顧名思義，是必須用到計算機(jī)的，可以選用PC機(jī)、嵌入式系統(tǒng)、單片機(jī)，各有優(yōu)缺點，但其實Z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(jī)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(jī)系統(tǒng)、8088 IBM計算機(jī)系統(tǒng)，或一個32位 Nios2嵌入式處理器核及其整個應(yīng)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Z高可達(dá)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