技術(shù)維修與康明斯知識(shí)

康明斯柴油發(fā)電機(jī)組故障診斷儀的功能演示

 

 摘要：針對(duì)康明斯柴油發(fā)電機(jī)組保障維修存在的快速診斷、實(shí)時(shí)查詢和資源共享等問(wèn)題，利用故障樹和數(shù)據(jù)庫(kù)以及嵌入式開發(fā)技術(shù)，開發(fā)出一種基于PDA的便攜式故障診斷儀，解決了康明斯柴油發(fā)電機(jī)維修難的問(wèn)題。用戶可以利用故障診斷儀迅速地讀取柴油發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)中的故障，并通過(guò)液晶顯示屏顯示故障信息，迅速查明發(fā)生故障的部位及原因 。康明斯公司在本文中詳細(xì)介紹了柴油發(fā)電機(jī)組故障診斷系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)、功能模塊以及設(shè)計(jì)開發(fā)過(guò)程中涉及的關(guān)鍵技術(shù)，為維修人員更好地為用戶排憂解難提供技術(shù)基礎(chǔ)。

一、故障診斷儀系統(tǒng)設(shè)計(jì)

      PDA（Personal D Assistant）是一個(gè)適用于掌中的手持機(jī)器，大部分PDA是以筆式手寫輸入為主。Windows CE或Windows Mobile等操作系統(tǒng)已被廣泛應(yīng)用在各種型號(hào)的PDA中，并提供了豐富的嵌入式開發(fā)工具包。PDA具有攜帶輕便、電池持久耐用、操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，能滿足現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)要求，也能為標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)管理系統(tǒng)提供良好的軟硬件平臺(tái)。本輔助系統(tǒng)利用PDA為平臺(tái)，將柴油機(jī)常見的故障、故障原因、故障排除等通過(guò)建立數(shù)據(jù)庫(kù)、編寫代碼、可視化的操作菜單等，為設(shè)備維修人員提供一個(gè)方便且實(shí)用的維修建議。在平時(shí)的設(shè)備維修培訓(xùn)過(guò)程中，可以降低維修的培訓(xùn)費(fèi)用，提高培訓(xùn)人員的積極性及主動(dòng)性。

      隨著發(fā)電機(jī)組向著數(shù)字化、電子化、信息化方向發(fā)展，利用電子信息交互實(shí)現(xiàn)設(shè)備故障診斷的自動(dòng)化，以及使用和維護(hù)一體化進(jìn)程已成為世界各國(guó)關(guān)注的焦點(diǎn)。在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，特別是計(jì)算機(jī)問(wèn)世以來(lái)，大量尖端成果應(yīng)用于機(jī)械設(shè)備，使得這些設(shè)備在性能越來(lái)越先進(jìn)的同時(shí)，其復(fù)雜性也大大增加，給故障檢測(cè)與診斷提出了更高的要求。傳統(tǒng)的故障檢測(cè)和診斷方法越來(lái)越難以滿足要求，在這樣的時(shí)代條件下，便攜式維修設(shè)備在各國(guó)得到了前所未有的發(fā)展，便攜式維修設(shè)備更是作為一種保障維修的技術(shù)衡量指標(biāo)來(lái)體現(xiàn)一種設(shè)備綜合的能力。因此，開發(fā)出一種基于便攜式設(shè)備的保障維修柴油發(fā)電機(jī)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

      手持式柴油機(jī)故障診斷儀，包括主協(xié)議芯片模塊，電源轉(zhuǎn)換模塊，單片機(jī)模塊，串口總線模塊，LCD液晶顯示模塊，控制面板模塊，總線通訊模塊;待診斷的電控單元通過(guò)總線通訊模塊把故障信息輸入到主協(xié)議芯片模塊，主協(xié)議芯片模塊把處理后的信號(hào)通過(guò)串口總線模塊送入監(jiān)控電腦，同時(shí)主協(xié)議芯片模塊與單片機(jī)模塊相連，單片機(jī)模塊通過(guò)串口總線模塊既和監(jiān)控電腦相連，又和LCD液晶顯示模塊相連，單片機(jī)模塊與LCD液晶顯示模塊和控制面板模塊相連，電源轉(zhuǎn)換模塊連接主協(xié)議芯片模塊，單片機(jī)模塊和待診斷的電控單元。康明斯新型診斷儀可以快捷地實(shí)現(xiàn)對(duì)柴油機(jī)電控單元進(jìn)行故障診斷，支持多種通訊協(xié)議，具有較強(qiáng)的通用性和功能擴(kuò)展性。

 

二、故障診斷儀功能分析

 

      帶外包裝的康明斯便攜式輔助維修系統(tǒng)如圖1所示，根據(jù)其使用環(huán)境應(yīng)具備基本功能如圖2所示。

1、技術(shù)文檔的交互式查詢

      維修資料的數(shù)字化是電源柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)，便攜式維修輔助設(shè)備可以為維修工作人員在工作崗位上提供實(shí)時(shí)的維修技術(shù)資料支持，提供技術(shù)資料的交互式查詢、檢索以及更新，提供部件的詳細(xì)數(shù)據(jù)，縮短維修時(shí)間。

2、故障輔助診斷

      維修一線人員可以在維修現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)地將維修數(shù)據(jù)輸入便攜式維修輔助設(shè)備，供多位維修管理人員對(duì)維修活動(dòng)和柴油發(fā)電機(jī)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，同時(shí)也為一線維修技術(shù)人員提供實(shí)時(shí)的維修計(jì)劃、維修任務(wù)，管理柴油發(fā)電機(jī)的質(zhì)量信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)柴油發(fā)電機(jī)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

3、 遠(yuǎn)程技術(shù)支持

      通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，便攜式維修輔助設(shè)備可以為維修一線人員提供詳細(xì)的技術(shù)數(shù)據(jù)和遠(yuǎn)程技術(shù)支持，做到數(shù)據(jù)的快速傳遞和高效共享，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)維修工作，大大提高維修效率，降低維修人員的勞動(dòng)強(qiáng)度和技術(shù)要求，縮短了對(duì)維修技術(shù)人員的培訓(xùn)時(shí)間。

4、 數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控

      根據(jù)特定的診斷目的，選擇最能表征設(shè)備工作狀態(tài)的信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)采集。故障診斷中常用的檢測(cè)信號(hào)有振動(dòng)、噪聲、壓力、溫度等非電信號(hào)，還有電壓、電流、功率等電信號(hào)以及數(shù)字電路中的狀態(tài)碼信息，有時(shí)也要提供設(shè)備工作的視頻、音頻等信號(hào)。

5、 設(shè)備保障管理

      其功能主要實(shí)現(xiàn)以下三方面的工作：

（1）關(guān)于柴油發(fā)電機(jī)本身的保障活動(dòng)，主要包括柴油發(fā)電機(jī)在使用、保養(yǎng)、修理中所需要的各項(xiàng)保障活動(dòng)；

（2）關(guān)于保障系統(tǒng)籌措與部署活動(dòng)，主要包括柴油發(fā)電機(jī)的采購(gòu)、存儲(chǔ)、分配、輸送及使用管理；

（3）對(duì)使用柴油發(fā)電機(jī)及其保障系統(tǒng)各類人員的編配、培訓(xùn)和管理。

      根據(jù)上述功能需求，從程序開發(fā)的角度，可以得出系統(tǒng)功能模塊圖。

 

圖1  康明斯柴油發(fā)電機(jī)故障診斷儀（套裝）

圖2  康明斯柴油機(jī)故障診斷儀功能圖

 

三、系統(tǒng)功能模塊和使用方法

 

      使用方法以康明斯故障檢測(cè)儀inline7為例，其內(nèi)含診斷軟件Insite8.5，診斷儀外形如圖3所示，數(shù)據(jù)線外形如圖4所示。

1、功能特點(diǎn)

      由于篇幅有限，著重介紹該系統(tǒng)的核心部分，故障輔助診斷的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。考慮到PDA硬件性能和使用該系統(tǒng)的人員素質(zhì)以及柴油機(jī)的故障特點(diǎn)，該系統(tǒng)以故障樹分析法為系統(tǒng)診斷的關(guān)鍵算法。故障樹分析是分析系統(tǒng)可靠性和安全性的重要方法，故障樹分析法就是把所研究系統(tǒng)最不希望發(fā)生的故障狀態(tài)作為故障分析目標(biāo)，然后尋找直接導(dǎo)致這一故障發(fā)生的全部因素，再找出造成下一級(jí)事件發(fā)生的全部直接因素，一直追查到那些最原始的、其故障機(jī)理或概率分布都是已知的、不需再深究的因素為止。根據(jù)流程圖，首先要構(gòu)建數(shù)據(jù)庫(kù)。該系統(tǒng)的故障診斷部分?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)由八個(gè)表構(gòu)成，分別是故障名表、一級(jí)故障表、二級(jí)故障表、三級(jí)故障表、四級(jí)故障表、五級(jí)故障表、維修策略表、機(jī)組履歷表，分別完成本 PDA輔助維修系統(tǒng)各模塊的功能。故障名表存儲(chǔ)的是最終故障表現(xiàn)形式，也就是故障樹的頂事件，下面各級(jí)故障表分別是故障樹的各個(gè)層次。該系統(tǒng)中故障案例以故障樹的形式存入數(shù)據(jù)庫(kù)，如果故障樹層次較多，在系統(tǒng)設(shè)置時(shí)可以增加數(shù)據(jù)表。

2、示例演示

      我們以柴油機(jī)冒黑煙為例，驗(yàn)證系統(tǒng)的可用性。篇幅限制，此處不再給出冒黑煙的故障樹圖。

（1）首先登陸系統(tǒng)，進(jìn)入輔助維修界面，尋找故障的最終原因，當(dāng)查找到數(shù)據(jù)庫(kù)中故障樹的葉子節(jié)點(diǎn)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)給出具體的維修策略，在故障診斷完成后，系統(tǒng)會(huì)給出維修日志填寫窗口，記錄維修的時(shí)間、地點(diǎn)、故障等基本信息。

（21）通過(guò)上述的實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)輔助維修功能。

（3）該系統(tǒng)采用康明斯公司的傳感器系統(tǒng)，通過(guò) 232串口，可直接與系統(tǒng)相連，實(shí)時(shí)獲取柴油機(jī)組運(yùn)行參數(shù)，實(shí)現(xiàn)越界報(bào)警和故障跟蹤等功能。

 

圖3  康明斯電控柴油機(jī)故障診斷儀外觀圖（inline7

圖4  康明斯柴油機(jī)故障診斷儀數(shù)據(jù)連接線

 

總結(jié)：

     康明斯柴油機(jī)故障診斷儀系統(tǒng)以PDA為開發(fā)平臺(tái)，打破筆記本不適合在野外惡劣條件下工作的局限，現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)相結(jié)合，智能化程度進(jìn)一步拓展，不僅局限于自動(dòng)控制，而且可以記錄各種數(shù)據(jù)以及保障活動(dòng)等。柴油發(fā)電機(jī)組便攜式輔助維修設(shè)備將有力增強(qiáng)設(shè)備維修人員的技術(shù)能力，顯著提高維修的經(jīng)濟(jì)效益。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，掌上電腦更新加快，價(jià)格降幅大，為系統(tǒng)開發(fā)提供了硬件支持和購(gòu)置資金的可能。

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