故障診斷試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)----故障模擬【畢業(yè)設(shè)計(jì)】

1、<p><b>　?。?0_ _屆）</b></p><p><b>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　故障診斷試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)----故障模擬</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專(zhuān)業(yè)班級(jí) 測(cè)控技

2、術(shù)與儀器 </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱(chēng) </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘 要</b><

3、;/p><p>　　在流程工業(yè)生產(chǎn)中，對(duì)工業(yè)設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷是非常有必要的。但是，隨著現(xiàn)代工業(yè)過(guò)程系統(tǒng)大型化和復(fù)雜化的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的故障診斷技術(shù)已經(jīng)難以滿(mǎn)足復(fù)雜分布式設(shè)備的診斷要求。因此，人們迫切需要找到適合當(dāng)前形勢(shì)的故障診斷方法，用以提高系統(tǒng)的可靠性與安全性。</p><p>　　多級(jí)流模型(MFM，Multilevel flow models)是系統(tǒng)目標(biāo)和功能的圖形化，對(duì)真實(shí)的

4、物理系統(tǒng)以物質(zhì)流、能量流、信息流的角度進(jìn)行抽象，把系統(tǒng)目標(biāo)和功能及其之間的關(guān)系通過(guò)圖形符號(hào)來(lái)表達(dá)的模型。作為一種功能模型，MFM通常比相應(yīng)的面向事件的模型更簡(jiǎn)單，并且對(duì)系統(tǒng)的描述更加完全，能顯著地減少計(jì)算量，因而在實(shí)時(shí)性要求很高的故障診斷中具有明顯的優(yōu)勢(shì)。</p><p>　　本論文研究的主要內(nèi)容及章節(jié)安排如下:</p><p>　　第一章論述了流程工業(yè)設(shè)備故障診斷的重要意義；闡述了流程工

5、業(yè)設(shè)備故障診斷的研究現(xiàn)狀；綜述了MFM建模與故障診斷方法的研究現(xiàn)狀與發(fā)展；分析了MFM在系統(tǒng)故障診斷應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì),給出了本論文的主要研究?jī)?nèi)容。</p><p>　　第二章介紹了MFM建模的基本概念和原理；研究了MFM的建模方法，也概要介紹了基于MFM的故障診斷，最后建立了供水系統(tǒng)的MFM簡(jiǎn)化模型。</p><p>　　第三章是本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的最主要部分，本章分析了供水試驗(yàn)臺(tái)的各部分元件的功能

6、、目標(biāo)，具體提出了基于MFM的故障模擬方案設(shè)計(jì)，包括硬件電路設(shè)計(jì)、元器件的選取等。</p><p>　　第四章對(duì)全文進(jìn)行了總結(jié)，并對(duì)未來(lái)展望提出了一些設(shè)想。</p><p>　　關(guān)鍵詞：多級(jí)流模型，故障診斷，故障模擬</p><p>　　The Design of Fault Diagnosis Trial System---Fault Analog</p&g

7、t;<p><b>　　Abstract</b></p><p>　　In flow industrial production，it is important to care on the condition monitor and the failure diagnosis to the industrial equipment. But, Along with the f

8、ast development of modern industry process system large scale and complication, the traditional failure diagnosis technology is difficulty to satisfy the complex distributional equipment's diagnosis request. Therefor

9、e, the people anxiously needed to find the failure diagnosis method to suit the current situation.</p><p>　　Multilevel flow models, the graphic form of system objectives and functions, the abstraction of gen

10、uine physical system from the perspectives of material, energy and information flow. Serving as the model that expresses system objectives and functions and their relations through grahpic symbols. Serving as a functiona

11、l model, MFM is easier than event-oriented model with more complete system description, capable of reducing amount of calculation remarkably. Therefore, it has obvious advantage in </p><p>　　The first chapte

12、r discussed the significance of fault diagnosis in process industry, described the development history and current status on fault diagnosis in process industry, reviewed the development and current status of MFM, and co

13、mparatively analyzed the advantages of MFM in the system fault diagnosis. Finally, the main contents and the overall framework of the thesis were presented with the specific requirements of scientific research projects.&

14、lt;/p><p>　　The second chapter introduced the basic principles and the related concept of MFM, studied the method of modeling MFM, also introduced fault diagnosis based on MFM summarily, at last, built MFM of a

15、 water supply system.</p><p>　　The third chapter is the most important part of the graduation project, this chapter analyzed function and goal of each physics element which from the water supply system, pres

16、ent project design of the fault analog which based on MFM, included hardware-circuit designed, chose component and so on.</p><p>　　The fourth chapter sums up the work of the dissertation and presents conclus

17、ion and prospect.</p><p>　　Keywords: Multilevel flow models, fault diagnosis, fault analog目錄</p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　第

18、一章 緒 論1</b></p><p>　　1.1課題的來(lái)源1</p><p>　　1.2課題的意義1</p><p>　　1.3故障診斷技術(shù)國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀1</p><p>　　1.3.1 國(guó)內(nèi)的研究現(xiàn)狀1</p><p>　　1.3.2 國(guó)外的研究現(xiàn)狀3</p><p&g

19、t;　　1.4課題研究的主要內(nèi)容4</p><p>　　第二章 基于MFM的故障診斷技術(shù)介紹6</p><p><b>　　2.1引言6</b></p><p>　　2.2多級(jí)流建模6</p><p>　　2.2.1 目標(biāo)6</p><p>　　2.2.2 功能7</p>

20、<p>　　2.2.3 設(shè)備元件7</p><p>　　2.2.4目標(biāo)、功能、設(shè)備元件間的關(guān)系8</p><p>　　2.3 基于MFM的故障診斷介紹8</p><p>　　2.4 基于MFM的故障試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)9</p><p>　　2.5 本章小結(jié)10</p><p>　　第三章 基于MFM的故障

21、模擬系統(tǒng)設(shè)計(jì)11</p><p><b>　　3.1引言11</b></p><p>　　3.2 系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)功能11</p><p>　　3.3故障模擬11</p><p>　　3.3.1 方案設(shè)計(jì)11</p><p>　　3.3.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)12</p><p&

22、gt;　　3.3.3 模擬步驟16</p><p>　　3.4 本章小結(jié)17</p><p>　　第四章 結(jié)論與展望18</p><p><b>　　4.1 總結(jié)18</b></p><p>　　4.2 未來(lái)展望18</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)19</b>

23、;</p><p>　　致謝錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。</p><p><b>　　第一章 緒 論</b></p><p><b>　　1.1課題的來(lái)源 </b></p><p>　　流程工業(yè)主要包括電力、石油煉制、化工、造紙、冶金等行業(yè)。它們主要的特點(diǎn)是設(shè)備環(huán)節(jié)多且各設(shè)備環(huán)節(jié)相互關(guān)聯(lián)，一旦設(shè)備發(fā)生故障，

24、系統(tǒng)將通過(guò)物質(zhì)流、能量流、信息流把故障傳遞給另一設(shè)備，引起整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的癱瘓。若故障不能被及時(shí)診斷和排除將造成重大事故，因此故障診斷對(duì)于流程工業(yè)尤為重要。</p><p><b>　　1.2課題的意義</b></p><p>　　由于流程工業(yè)通常是高溫、高壓、易燃、易爆的生產(chǎn)過(guò)程，故障診斷及安全保護(hù)系統(tǒng)是不可缺少的部分。特別是隨著流程工業(yè)的高速發(fā)展，其生產(chǎn)設(shè)備的結(jié)構(gòu)走

25、向復(fù)雜化，不僅同一設(shè)備的不同部分之間互相關(guān)聯(lián)緊密，而且不同設(shè)備之間也存在著緊密的耦合關(guān)系，在生產(chǎn)過(guò)程的物質(zhì)、能量、信息方面形成一個(gè)統(tǒng)一的、分布的有機(jī)體。由于眾多無(wú)法避免因素的影響，設(shè)備難免會(huì)出現(xiàn)各種故障。現(xiàn)代化流程工業(yè)一旦發(fā)生故障，不僅會(huì)造成人員和財(cái)產(chǎn)的巨大損失，而且對(duì)生態(tài)環(huán)境也將會(huì)造成不可挽回的影響。</p><p>　　世界各地經(jīng)常都會(huì)發(fā)生因?yàn)樵O(shè)備出現(xiàn)故障而導(dǎo)致的事故。例如，1984年位于印度伯帕爾市的美國(guó)碳

26、化公司農(nóng)藥廠發(fā)生毒氣泄漏事故，造成2000多人死亡，20多萬(wàn)人受傷，成為世界工業(yè)史上的惡性事故典型。英國(guó)在制藥、精細(xì)化工、電力等行業(yè)每年要付出大約270億美元的代價(jià)。2005年11月13日發(fā)生在我國(guó)吉林省的吉林石化爆炸，直接經(jīng)濟(jì)損失4600多萬(wàn)元，更嚴(yán)重的是造成了重大水污染事件。所以，確保流程工業(yè)安全、穩(wěn)定的生產(chǎn)，又能夠做到長(zhǎng)周期、優(yōu)化、滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)是該工業(yè)特別需要解決的問(wèn)題。2002年，廣東省的茂名發(fā)電廠、沙角A發(fā)電廠、韶關(guān)發(fā)電廠三個(gè)電

27、廠連續(xù)發(fā)生事故。為了避免重大事故的發(fā)生以及安全進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)，對(duì)于故障診斷技術(shù)的研究就顯得尤為重要。它不僅可以保障系統(tǒng)和人身安全，還具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益[1]。 </p><p>　　綜上訴述，對(duì)于大型的生產(chǎn)系統(tǒng)，設(shè)備的可靠性和有效性在其中占了很大的比重，故障診斷技術(shù)就是保證設(shè)備有效運(yùn)行的一種很好的方法。如果能及時(shí)找出故障，不僅能避免事故的發(fā)生，還可以安全地完成整個(gè)系統(tǒng)的生產(chǎn)。因此，為生產(chǎn)系統(tǒng)配備合適的故障

28、診斷技術(shù)是十分迫切的問(wèn)題。</p><p>　　1.3故障診斷技術(shù)國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　1.3.1 國(guó)內(nèi)的研究現(xiàn)狀</p><p>　　我國(guó)診斷技術(shù)的發(fā)展始于70年代末，而真正的起步應(yīng)該從1983年南京首屆設(shè)備診斷技術(shù)專(zhuān)題座談會(huì)開(kāi)始。雖起步較晚，但經(jīng)過(guò)近幾年的努力，加上政府有關(guān)部門(mén)多次組織外國(guó)診斷技術(shù)專(zhuān)家來(lái)華講學(xué)，已基本跟上了國(guó)外在此方面的步伐，在某些

29、理論研究方面已和國(guó)外不相上下。目前我國(guó)在一些特定設(shè)備的診斷研究方面很有特色，形成了一批自己的監(jiān)測(cè)診斷產(chǎn)品。全國(guó)各行業(yè)都很重視在關(guān)鍵設(shè)備上裝備故障診斷系統(tǒng)，特別是智能化的故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng)，在電力系統(tǒng)、石化系統(tǒng)、冶金系統(tǒng)、以及高科技產(chǎn)業(yè)中的核動(dòng)力電站、航空部門(mén)和載人航天工程等[2-5]。</p><p>　　在診斷理論方面，人們?cè)谄渌鲗W(xué)科理論的基礎(chǔ)上演繹出各種診斷模型，如模糊診斷模型、層次診斷模型、因果診斷模型、覆

30、蓋診斷模型、序貫診斷模型、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷模型、多級(jí)流診斷模型等等。同時(shí)也注重針對(duì)自身特點(diǎn)理論的發(fā)展，如最近興起的“小波”理論等[6]；在傳感器的設(shè)計(jì)研究方面，由于傳感器被視為診斷的“瓶頸”，故相對(duì)于診斷系統(tǒng)硬件部分的其他環(huán)節(jié)，受到了人們更多的重視。對(duì)于高精度、高性能的傳感器以及高信息量傳感器的研究，將是今后的發(fā)展方向[7,8]。</p><p>　　在診斷模式上面，人工智能已成為當(dāng)今的主要發(fā)展趨勢(shì)，不僅是因?yàn)槿斯ぶ?/p>

31、能的發(fā)展為其提供了強(qiáng)大的理論基礎(chǔ)及實(shí)現(xiàn)工具，而且還因?yàn)閷?duì)于復(fù)雜系統(tǒng)的診斷需要人工智能才能達(dá)到最佳效果。智能故障診斷技術(shù)的發(fā)展主要圍繞三大方面：</p><p>　　分布式人工智能。分布式人工智能的發(fā)展為大規(guī)模診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)提供了一條極具潛力的途徑，該技術(shù)是為解決大規(guī)模問(wèn)題而發(fā)展起來(lái)的，其思想十分適合大規(guī)模診斷問(wèn)題的智能求解。</p><p>　　自適應(yīng)診斷模型。實(shí)際診斷中，由于知識(shí)獲

32、取的瓶頸問(wèn)題，診斷知識(shí)庫(kù)是不完善的，復(fù)雜系統(tǒng)自身特性又容易受到影響發(fā)生改變，當(dāng)新故障出現(xiàn)時(shí)，在知識(shí)庫(kù)中找不到最佳匹配，就容易發(fā)生漏診和誤診。所以若診斷系統(tǒng)具有一定的自適應(yīng)能力，自身能夠“學(xué)習(xí)”和“進(jìn)化”就能有效地適應(yīng)求解環(huán)境和問(wèn)題特征的動(dòng)態(tài)變化。</p><p>　　混合式智能診斷系統(tǒng)。將多種不同的診斷技術(shù)相互融合，相互取長(zhǎng)補(bǔ)短而形成的綜合智能真的就技術(shù)，在未來(lái)的診斷系統(tǒng)中將起到很大的作用[9-12]。</

33、p><p>　　綜上，可以看出故障診斷技術(shù)與當(dāng)代前沿科學(xué)的融合是國(guó)內(nèi)故障診斷技術(shù)的主要發(fā)展方向。當(dāng)今故障診斷技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)是傳感器的精密化、多維化；診斷理論、診斷模型的多元化；診斷技術(shù)的智能化?？梢员憩F(xiàn)在如下方面：</p><p>　　（1）與當(dāng)代最新傳感器尤其是激光測(cè)試技術(shù)的融合。</p><p>　?。?）與最新信號(hào)處理方法相融合。</p><p

34、>　　（3）與非線(xiàn)性原理和方法的融合。</p><p>　?。?）與多元傳感器技術(shù)的融合。</p><p>　?。?）與現(xiàn)代智能方法的融合[13]。</p><p>　　1.3.2 國(guó)外的研究現(xiàn)狀</p><p>　　在國(guó)外，在二十世紀(jì)60年代就有故障診斷技術(shù)的基礎(chǔ)。60年代末，美國(guó)國(guó)家航宇局就創(chuàng)立了美國(guó)機(jī)械故障預(yù)防小組，英國(guó)成立了機(jī)械

35、保健中心。歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)很早就將故障診斷技術(shù)廣泛應(yīng)用于航天、航空、軍事、冶金、礦石、煉油、化工、石油、發(fā)電等各行業(yè)，并取得了極大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。目前，國(guó)外的大型企業(yè)基本上依靠故障診斷技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的動(dòng)態(tài)管理。國(guó)外對(duì)故障診斷技術(shù)的投入也是很大的，美國(guó)對(duì)故障診斷技術(shù)的投入就占其生產(chǎn)成本的7.2%，日本為5.6%，德國(guó)更是高達(dá)9.4%。</p><p>　　至今，故障監(jiān)測(cè)與診斷技術(shù)經(jīng)過(guò)幾十年的研究和應(yīng)用，

36、已經(jīng)取得很大的進(jìn)展。但由于復(fù)雜分布式設(shè)備的復(fù)雜性、分布性以及各子系統(tǒng)之間的非線(xiàn)性耦合，難以建立起足夠精確的故障模型或獲得較為完備的故障先驗(yàn)知識(shí)，使得復(fù)雜分布式設(shè)備的故障診斷仍無(wú)法像一些簡(jiǎn)單的設(shè)備一樣得到有效地解決，仍有許多問(wèn)題亟須進(jìn)一步地研究。由于分布式智能本身具有分布性、自治性、自適應(yīng)性和魯棒性的特點(diǎn)，具有復(fù)雜分布式問(wèn)題求解的能力，對(duì)于解決復(fù)雜分布式設(shè)備的故障診斷問(wèn)題具有很強(qiáng)的針對(duì)性。應(yīng)用分布式智能方法解決復(fù)雜分布式設(shè)備故障診斷問(wèn)題得

37、到了歐洲、日本和美國(guó)等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的充分重視，成為故障診斷的重要發(fā)展方向[14]。</p><p>　　隨著近三十年計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，出現(xiàn)了幾種通用的理論建模方法，如有向圖法、功能建模法等等，以借助計(jì)算機(jī)等先進(jìn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)的理論建模?；谟邢驁D法建模主要是利用系統(tǒng)的深層知識(shí)，包括設(shè)計(jì)知識(shí)、制造知識(shí)、信息傳播知識(shí)等，用附有約束條件的頂點(diǎn)和有向邊對(duì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)層次與關(guān)聯(lián)關(guān)系進(jìn)行構(gòu)造的方法[15]?；谟邢?/p>

38、圖建模的最大缺點(diǎn)是由于過(guò)程系統(tǒng)存在大量的參數(shù)，且有向圖建立的模型缺乏目標(biāo)與層次管理規(guī)則，而使有向圖建立的因果關(guān)系會(huì)顯得十分復(fù)雜，不利于人們的理解和故障診斷。</p><p>　　丹麥技術(shù)大學(xué)的Morten Lind 于1990年提出了多級(jí)流模型MFM(Multilevel Flow Models, MFM) 的建模方法，能建立起復(fù)雜分布式系統(tǒng)的物質(zhì)、能量、信息的相互關(guān)系模型，為分布式智能系統(tǒng)的分析提供了有效的工具

39、。MFM是一種圖形表達(dá)的、形式化的建模方法。MFM包括系統(tǒng)的目標(biāo)（Goals）和功能（Functions）模型，目標(biāo)描述系統(tǒng)或子系統(tǒng)的用途，目標(biāo)可以是生產(chǎn)目標(biāo)、安全目標(biāo)、經(jīng)濟(jì)或優(yōu)化目標(biāo)。而功能則通過(guò)物質(zhì)流、能量流和信息流來(lái)描述系統(tǒng)的性能。MFM也描述目標(biāo)和激活這些目標(biāo)的功能之間、功能和提供這些功能的子系統(tǒng)之間的關(guān)系。一個(gè)目標(biāo)可能通過(guò)條件關(guān)系與一個(gè)或多個(gè)功能相聯(lián)系，意味者目標(biāo)是這些功能的條件。功能通過(guò)獲得關(guān)系(achieve relati

40、on)與一個(gè)或幾個(gè)目標(biāo)相聯(lián)系，意味著由這些功能來(lái)獲得目標(biāo)。瑞典Lund技術(shù)學(xué)院Jan Eric和Larsson領(lǐng)導(dǎo)的研究小組開(kāi)展了MFM在故障診斷方面的方法和應(yīng)用研究工作，認(rèn)為MFM方法比傳統(tǒng)的基于模型的和基于規(guī)則的標(biāo)準(zhǔn)專(zhuān)家具有更高的效率和實(shí)時(shí)性[16]。</p><p>　　現(xiàn)在，國(guó)外，甚至國(guó)內(nèi)也有些大型企業(yè)中都安裝了局域網(wǎng)（Intranet）。網(wǎng)絡(luò)化的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷已經(jīng)取得一定成果。其中比較典型的是由美國(guó)

41、XEROX公司開(kāi)發(fā)的在線(xiàn)系統(tǒng)，其通訊速率為100Mbps，可連接為數(shù)眾多的工作站，這樣可構(gòu)成不同規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)化的監(jiān)測(cè)與診斷系統(tǒng)，便于進(jìn)行集中管理。這些技術(shù)也使得多級(jí)流建模方法在遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸方面有了可行性。其信號(hào)傳輸可利用電話(huà)線(xiàn)、光纜或無(wú)線(xiàn)通訊方式?；贗nternet的遠(yuǎn)程故障診斷，也有數(shù)家研究機(jī)構(gòu)和公司進(jìn)行研究。這些成果大大推動(dòng)了遠(yuǎn)程診斷的研究[17]。</p><p>　　1.4課題研究的主要內(nèi)容</p&

42、gt;<p>　　本次設(shè)計(jì)的選題是針對(duì)管道運(yùn)輸系統(tǒng)的基于多級(jí)流模型（MFM）的故障診斷，以多級(jí)流模型為理論基礎(chǔ)，以管道運(yùn)輸系統(tǒng)為對(duì)象。我的任務(wù)就是為在線(xiàn)故障試驗(yàn)臺(tái)提出故障模擬方案，包括在物質(zhì)流、能量流中形成故障的具體實(shí)現(xiàn)方法。</p><p>　　MFM是一種基于目標(biāo)的層次化建模方法，它對(duì)真實(shí)的物理系統(tǒng)以物質(zhì)流、能量流、信息流的角度進(jìn)行抽象，通過(guò)使用一些特定的圖形符號(hào)來(lái)描述系統(tǒng)過(guò)程的目標(biāo)、功能以及設(shè)

43、備元件，從而對(duì)系統(tǒng)的生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行建模。MFM對(duì)系統(tǒng)主要進(jìn)行了三個(gè)層次的描述：目標(biāo)(Goals)、功能(Functions)、設(shè)備元件(Physical components)。 </p><p>　　多級(jí)流模型的建模思想是把整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程抽象成廣義的“流”，以系統(tǒng)目標(biāo)與實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的功能為模型主體，建立復(fù)雜流程工業(yè)系統(tǒng)的抽象層次模型。在建模過(guò)程中，“流”是建模的主線(xiàn)，它主要可分為：物質(zhì)流、能量流、信息流。物質(zhì)流（Mat

44、erial Flow）是生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)化的動(dòng)態(tài)過(guò)程，在MFM中主要是代表物質(zhì)在系統(tǒng)中的流動(dòng)和轉(zhuǎn)化，比如一個(gè)水冷卻系統(tǒng)：物質(zhì)流就是水在不同的元件里流動(dòng)的過(guò)程；能量流（Energy Flow）是指能量在區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的食物鏈、食物網(wǎng)內(nèi)轉(zhuǎn)變、轉(zhuǎn)移與消耗的過(guò)程，在MFM中主要指為設(shè)備元件提供能量的過(guò)程，比如熱傳遞，做功等；信息流是指對(duì)信號(hào)或信息的認(rèn)識(shí)、決策、傳播的過(guò)程，比如控制信號(hào)管理。</p><p>　　故障模

45、擬系統(tǒng)就是人為的為一個(gè)系統(tǒng)制造故障，上面也提到了這里只需要在物質(zhì)流和能量流中實(shí)現(xiàn)故障。不管是物質(zhì)流還是能量流，它們都是目標(biāo)或功能的其中一個(gè)，而目標(biāo)和功能與設(shè)備元件中間存在著映射關(guān)系，通過(guò)這些關(guān)系就可以實(shí)現(xiàn)故障。一個(gè)完整的試驗(yàn)平臺(tái)的組件都應(yīng)該是固定在每一個(gè)它們?cè)摯嬖诘奈恢?，在那里它們可以很好地完成目?biāo)或?qū)崿F(xiàn)功能，一旦它們中的一個(gè)或多個(gè)位置發(fā)生了變化，那么這個(gè)系統(tǒng)就出現(xiàn)了故障，比如一個(gè)水循環(huán)系統(tǒng)：如果我們斷開(kāi)水泵和管道的連接，水就不可能被運(yùn)

46、送到上面的水箱。設(shè)備元件的改變也不只是位置的變化，還可以都過(guò)狀態(tài)的改變來(lái)實(shí)現(xiàn)：在一個(gè)單容下水箱循環(huán)系統(tǒng)中，如果我們讓擋水板從打開(kāi)狀態(tài)調(diào)節(jié)到關(guān)閉狀態(tài)，那么水箱就會(huì)過(guò)載而溢出水。這一部分過(guò)程的實(shí)現(xiàn)，我們選擇了單片機(jī)來(lái)完成。</p><p>　　多級(jí)流模型（MFM）是把系統(tǒng)目標(biāo)和功能及其之間的關(guān)系通過(guò)圖形符號(hào)來(lái)表達(dá)的模型。在建模時(shí)不需要復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型，而且由于它明確的建模目標(biāo)、層次抽象的建模理念使得它具有高速的建模效率

47、、良好的更新與重新修訂的能力。所以，基于MFM的故障診斷方法具有獨(dú)特的實(shí)時(shí)性?xún)?yōu)勢(shì)。但是，多級(jí)流模型還是在發(fā)展初期，沒(méi)準(zhǔn)有些不確定因數(shù)。本次設(shè)計(jì)的預(yù)期結(jié)果：建立基于MFM的故障診斷模型，構(gòu)建基于MFM的故障模擬硬件設(shè)計(jì)。</p><p>　　第二章 基于MFM的故障診斷技術(shù)介紹</p><p><b>　　2.1引言</b></p><p>　　

48、多級(jí)流模型 (MFM, Multilevel flow models) 由丹麥技術(shù)大學(xué)的Morten Lind首先提出 ,并成功應(yīng)用于復(fù)雜系統(tǒng)的故障診斷 , 如用于核電站、超高溫加工乳制品工藝、用于手術(shù)后重癥監(jiān)護(hù)患者的監(jiān)測(cè)與診斷系統(tǒng) Guardian計(jì)劃等。 MFM建模方法認(rèn)為系統(tǒng)是通過(guò)一系列的物質(zhì)、能量、動(dòng)力或者信息的流動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)其目的 , 是基于流的思想而建立的模型。 MFM作為一種功能模型通常比相應(yīng)的面向事件的模型更簡(jiǎn)單 , 而對(duì)系

49、統(tǒng)的描述更加完全 , 并能顯著地減少計(jì)算量 , 因而在實(shí)時(shí)性要求很高的故障診斷中具有明顯優(yōu)勢(shì)。 Larsson歸納了利用 MFM進(jìn)行故障診斷的三種基本算法: 測(cè)量值有效算法、告警分析算法和故障診斷算法。本章主要介紹MFM的建模和基于MFM的故障診斷。</p><p><b>　　2.2多級(jí)流建模</b></p><p>　　MFM是一種基于目標(biāo)的層次化建模方法，它是對(duì)

50、系統(tǒng)的一種規(guī)范化的描述，它說(shuō)明了與人工系統(tǒng)有關(guān)的三個(gè)問(wèn)題，即它被設(shè)計(jì)來(lái)做什么，它應(yīng)該怎么來(lái)做以及它應(yīng)該用什么來(lái)做。因此，MFM模型中的三種基本概念分為：目標(biāo)(goals)、功能(functions)和物理元件(physical components)。</p><p><b>　　2.2.1 目標(biāo)</b></p><p>　　在MFM中，目標(biāo)是建模思想的基礎(chǔ)，是系統(tǒng)各

51、部分功能的實(shí)現(xiàn)。因此，能夠從具體的對(duì)象中找出目標(biāo)并加以描述顯得十分重要。目標(biāo)可以分為三類(lèi)：</p><p><b>　　(1) 產(chǎn)量目標(biāo)</b></p><p>　　產(chǎn)量目標(biāo)描述了這樣一種情況，即為了使生產(chǎn)進(jìn)行，某些特定的過(guò)程變量應(yīng)保持在某一特定的區(qū)間內(nèi)，也就是說(shuō)，某過(guò)程變量應(yīng)滿(mǎn)足不等式（2.1）：</p><p><b>　?。?.

52、1）</b></p><p>　　當(dāng)然，其中的某個(gè)限制有可能是無(wú)窮大或者無(wú)窮小。這個(gè)不等式意味著，只有系統(tǒng)保持在某種狀態(tài)下，才真正可能維持生產(chǎn)的進(jìn)行。</p><p><b>　　(2) 安全目標(biāo)</b></p><p>　　安全目標(biāo)描述了如下情況，即從安全操作方面來(lái)考慮，某些特定的過(guò)程變量應(yīng)保持在某個(gè)值以上或以下、一個(gè)特定區(qū)間之內(nèi)

53、或之外。從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，它與生產(chǎn)目標(biāo)的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)是同樣的。但一般情況下，安全目標(biāo)是一個(gè)單邊區(qū)間。實(shí)際上，這個(gè)不等式意味著某些過(guò)程變量應(yīng)保持在安全的區(qū)域內(nèi)，要離危險(xiǎn)值足夠遠(yuǎn)。</p><p><b>　　(3) 經(jīng)濟(jì)目標(biāo)</b></p><p>　　經(jīng)濟(jì)目標(biāo)是從系統(tǒng)總體過(guò)程優(yōu)化的角度考慮，一般被表示成函數(shù)，根據(jù)運(yùn)行參數(shù)的限制和經(jīng)濟(jì)效率的要求，它應(yīng)滿(mǎn)足不等式(2-2)。<

54、;/p><p><b>　　(2-2)</b></p><p>　　公式中的，是數(shù)值約束，在此約束下，系統(tǒng)能夠滿(mǎn)足效率要求。當(dāng)系統(tǒng)不再滿(mǎn)足公式(2-2)時(shí)，則認(rèn)為系統(tǒng)的目標(biāo)失效，故障發(fā)生。</p><p><b>　　2.2.2 功能</b></p><p>　　在MFM中，功能的概念和目標(biāo)聯(lián)系在一起。

55、它是在目標(biāo)獲得的過(guò)程中，系統(tǒng)所具有的一種角色。功能由許多個(gè)功能節(jié)點(diǎn)組成。由于物質(zhì)流，能量流、信息流的種類(lèi)不同，所以這些流的功能節(jié)點(diǎn)也存在一些差異。物質(zhì)流和能量流的功能節(jié)點(diǎn)主要有：源、傳送、阻塞、存儲(chǔ)、平衡、匯等；信息流的功能節(jié)點(diǎn)除了上面的六種節(jié)點(diǎn)以外，還包括觀測(cè)者、決策者、執(zhí)行者等。此外，為了對(duì)功能節(jié)點(diǎn)進(jìn)行方便的管理，規(guī)定了一類(lèi)組織功能節(jié)點(diǎn)，如網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)、管理者節(jié)點(diǎn)[18]。</p><p>　　在MFM中，有多種

56、流功能節(jié)點(diǎn)。首先，下面是對(duì)應(yīng)于物質(zhì)和能量流的流功能節(jié)點(diǎn)：</p><p>　　（1）源節(jié)點(diǎn)(source) （2）傳送節(jié)點(diǎn)(transport) （3）阻塞節(jié)點(diǎn)(barrier) （4）存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)(storage) （5）平衡節(jié)點(diǎn)(balance) （6）匯節(jié)點(diǎn)(sink)。</p><p>　　這些功能節(jié)點(diǎn)同樣可以用來(lái)描述信息流。但信息流還包含以下幾種功能節(jié)點(diǎn)：</p>

57、<p>　　（1）觀測(cè)者節(jié)點(diǎn)(observer) （2）決策者節(jié)點(diǎn)(decision) （3）執(zhí)行者節(jié)點(diǎn)(actor)（4）網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)(network) （5）管理者節(jié)點(diǎn)(manager)。</p><p>　　在MFM中，用“網(wǎng)絡(luò)”功能給流結(jié)構(gòu)分組，并將流結(jié)構(gòu)與目標(biāo)相連，而用“管理器”對(duì)控制和監(jiān)督系統(tǒng)及操作者進(jìn)行描述。用于建立MFM模型的各種功能節(jié)點(diǎn)及聯(lián)系的圖形標(biāo)志如下圖所示，這里列出了幾種主要功能的圖

58、形標(biāo)志：</p><p>　　圖2.1 MFM主要功能節(jié)點(diǎn)的圖形符號(hào)</p><p>　　2.2.3 設(shè)備元件</p><p>　　設(shè)備元件，是組成系統(tǒng)的實(shí)體要素。在MFM中，它通過(guò)實(shí)現(xiàn)關(guān)系與功能節(jié)點(diǎn)相連，實(shí)現(xiàn)功能節(jié)點(diǎn)自身的功能。在功能節(jié)點(diǎn)的介紹中，已經(jīng)針對(duì)各個(gè)功能節(jié)點(diǎn)，指出了常用的設(shè)備元件。</p><p>　　2.2.4目標(biāo)、功能、設(shè)備元

59、件間的關(guān)系</p><p>　　目標(biāo)、功能、設(shè)備元件間的關(guān)系是多對(duì)多的關(guān)系。多種功能達(dá)成一個(gè)目標(biāo)，一種功能也可能滿(mǎn)足幾個(gè)目標(biāo)；一種功能可能被多個(gè)不同的設(shè)備元件來(lái)實(shí)現(xiàn)，一個(gè)設(shè)備元件也可能實(shí)現(xiàn)多種功能。它們之間的映射關(guān)系如圖2.2所示。</p><p>　　圖2.2 目標(biāo)、功能、設(shè)備元件之間的映射關(guān)系</p><p>　　目標(biāo)、功能、設(shè)備元件間還具有一定的層次關(guān)系。這

60、些關(guān)系主要有：達(dá)成關(guān)系、條件關(guān)系、實(shí)現(xiàn)關(guān)系等等。除了這三種MFM層次間的關(guān)系以外，在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的內(nèi)部，功能節(jié)點(diǎn)間通過(guò)連接關(guān)系聯(lián)系在一起。</p><p>　　2.3 基于MFM的故障診斷介紹</p><p>　　基于MFM的故障診斷過(guò)程如圖2.3所示：來(lái)自傳感器的信號(hào)，經(jīng)過(guò)初步的處理，如信號(hào)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)濾波等，得到所需的信號(hào)。然后把這些信號(hào)值賦給功能節(jié)點(diǎn)，進(jìn)行狀態(tài)信號(hào)的測(cè)量值校驗(yàn)，找出不正常的

61、狀態(tài)，進(jìn)行修改，從而得到正確的功能節(jié)點(diǎn)測(cè)量值。然后根據(jù)警報(bào)的閾值，把這些測(cè)量值轉(zhuǎn)化為警報(bào)狀態(tài)，然后進(jìn)行故障警報(bào)分析與診斷，從而定位故障源，最后把診斷結(jié)果直接顯示給用戶(hù)和操作者。在基于MFM的故障診斷實(shí)施的過(guò)程中，有兩個(gè)比較重要的環(huán)節(jié)：狀態(tài)信號(hào)的測(cè)量值校驗(yàn)和故障警報(bào)分析與診斷[19]。</p><p>　　圖2.3 基于MFM的故障診斷技術(shù)</p><p>　　2.4 基于MFM的故障試驗(yàn)

62、臺(tái)設(shè)計(jì)</p><p>　　本次設(shè)計(jì)將通過(guò)建立一個(gè)供水系統(tǒng)來(lái)說(shuō)明。供水過(guò)程的示意圖如圖2.4所示。</p><p>　　圖2.4供水系統(tǒng)供水過(guò)程示意圖</p><p>　　系統(tǒng)供水的過(guò)程是：利用水泵C2從存水箱C1中抽水，輸送到箱體C3中；箱體C3與箱體C5通過(guò)水管C4連接維持水位平衡；箱體C5中的水可以從出口經(jīng)水管C6流到存水箱中。其中，水泵工作的條件是電源C8供

63、電，開(kāi)關(guān)C7閉合。</p><p>　　系統(tǒng)主要有存水箱C1、水泵C2、水箱C3、水管C4、水箱C5、水管C6、電源開(kāi)關(guān)C7、供電電源C8等設(shè)備元件，它具有兩個(gè)目標(biāo)：G1是系統(tǒng)的主目標(biāo)——維持兩個(gè)水箱的水位；G2是子目標(biāo)——為水泵提供電能。整個(gè)運(yùn)行過(guò)程由十個(gè)功能節(jié)點(diǎn)組成。它們是：</p><p>　　F1 提供水源。與之相應(yīng)的物理原件為存水箱。</p><p>　　

64、F2 傳送水。與之相應(yīng)的物理原件為水泵。</p><p>　　F3 存儲(chǔ)水。與之相應(yīng)的物理原件為水箱C3。</p><p>　　F4 傳送水。它通過(guò)水管兩則的箱體的壓力流實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　F5 存儲(chǔ)水。與之相應(yīng)的物理原件為水箱C5。</p><p>　　F6 傳送水。它通過(guò)箱體C4與存水箱壓力差實(shí)現(xiàn)。</p><

65、p>　　F7 排水。與之相應(yīng)的物理原件為存水箱。</p><p>　　F8 提供電能。與之相應(yīng)的物理原件為電源。</p><p>　　F9 電能的傳送。與之相應(yīng)的物理原件為開(kāi)關(guān)。</p><p>　　F10 電能的消耗元件。與之相應(yīng)的物理原件為水泵電機(jī)。</p><p>　　根據(jù)上面的分析，可建立其多級(jí)流模型，如圖2.5所示。</

66、p><p>　　圖2.5 供水過(guò)程的多級(jí)流模型</p><p><b>　　2.5 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章介紹了MFM建模的基本方法，主要說(shuō)明了MFM三個(gè)層次描述：目標(biāo)、功能、設(shè)備元件以及它們間的關(guān)系；給出了MFM故障診斷的一般過(guò)程；最后還對(duì)供水系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行簡(jiǎn)單建模和說(shuō)明。</p><p>　　第三章

67、基于MFM的故障模擬系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　3.1引言</b></p><p>　　第二章主要介紹了多級(jí)流模型的建模和故障分析，并提出了試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)，對(duì)試驗(yàn)臺(tái)做了簡(jiǎn)要說(shuō)明。本次設(shè)計(jì)我的任務(wù)就是對(duì)此試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行故障模擬，在試驗(yàn)臺(tái)上制造幾個(gè)故障出來(lái)。本章將會(huì)給出具體設(shè)計(jì)說(shuō)明。</p><p>　　3.2 系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)功能</p>

68、<p>　　在2.4章節(jié)中給出了供水系統(tǒng)的建模和功能，這里就再說(shuō)明下各部分的功能：</p><p>　　F1 提供水源。與之相應(yīng)的物理原件為存水箱。</p><p>　　F2 傳送水。與之相應(yīng)的物理原件為水泵。</p><p>　　F3 存儲(chǔ)水。與之相應(yīng)的物理原件為水箱C3。</p><p>　　F4 傳送水。它通過(guò)水管兩則的箱

69、體的壓力流實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　F5 存儲(chǔ)水。與之相應(yīng)的物理原件為水箱C5。</p><p>　　F6 傳送水。它通過(guò)箱體C4與存水箱壓力差實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　F7 排水。與之相應(yīng)的物理原件為存水箱。</p><p>　　F8 提供電能。與之相應(yīng)的物理原件為電源。</p><p>　　F9 電能的傳送。與

70、之相應(yīng)的物理原件為開(kāi)關(guān)。</p><p>　　F10 電能的消耗元件。與之相應(yīng)的物理原件為水泵電機(jī)。</p><p><b>　　3.3故障模擬</b></p><p>　　所謂故障就是設(shè)備或系統(tǒng)在使用中出現(xiàn)不能符合規(guī)定性能或喪失執(zhí)行預(yù)訂功能的偶然事故狀態(tài)。</p><p>　　下面就具體給出方案設(shè)計(jì)并具體說(shuō)明如何去實(shí)現(xiàn)

71、。</p><p>　　3.3.1 方案設(shè)計(jì)</p><p>　　1.F1實(shí)現(xiàn)的是提供水源，那么我們就阻擋水源提供，在存水箱C1和水泵C2之間的水管間安裝電磁閥1來(lái)隔斷輸水。</p><p>　　2.在水泵C2和水箱C3之間，F(xiàn)2實(shí)現(xiàn)的是傳送水。在這里需要用傳感器來(lái)檢測(cè)流量等數(shù)據(jù)，所以這里也要制造故障。我們可以在這里安裝電磁閥2來(lái)控制水流量，水速。</p>

72、;<p>　　3.水箱C3和水箱C5要實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)水的功能，需要測(cè)量液面高度等，所以可以在C3和水管C4間安裝電磁閥3，C5和水管C6間安裝電磁閥4。</p><p>　　根據(jù)上述的說(shuō)明，可以設(shè)計(jì)出新的供水系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)。</p><p>　　圖3.1 新的供水系統(tǒng)圖</p><p>　　3.3.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　在

73、3.3.1中，已經(jīng)提出了方案設(shè)計(jì)，下面就具體說(shuō)明系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)。故障模擬的硬件電路是由微處理器電路、液晶顯示電路、開(kāi)關(guān)量輸出電路、驅(qū)動(dòng)電路等功能電路組成。本節(jié)將從各功能模塊電路詳細(xì)分析硬件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。</p><p><b>　　1.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)的整個(gè)系統(tǒng)工作流程是，通過(guò)鍵盤(pán)電路控制單片機(jī)的I/O端信號(hào)輸出，再經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)電路最后連到電磁

74、閥上。具體結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖3.2.</p><p><b>　　圖3.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖</b></p><p>　　系統(tǒng)總電路圖如3.3：</p><p>　　圖3.3 系統(tǒng)總電路圖</p><p><b>　　2.微處理器電路</b></p><p><b>　?。?）微處

75、理器選取</b></p><p>　　作為本系統(tǒng)的核心部件，處理器的選擇對(duì)整個(gè)系統(tǒng)功能的優(yōu)化起著至關(guān)重要的作用。系統(tǒng)通過(guò)服務(wù)器實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)并進(jìn)行故障診斷。在故障診斷過(guò)程中，需要對(duì)故障節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定位。在網(wǎng)絡(luò)通訊中，TCP/IP協(xié)議非常龐大，需要占用大量的系統(tǒng)資源。微處理器需要實(shí)現(xiàn)的功能比較多，程序代碼大，需要比較大的存儲(chǔ)空間，在不擴(kuò)展外部程序存儲(chǔ)空間的前提下，需要選用內(nèi)部程序存儲(chǔ)空間足夠大的單片機(jī)

76、，同時(shí)考慮到需要采集的數(shù)據(jù)是溫度、濕度、壓力等緩變信號(hào)，為了簡(jiǎn)化電路，選擇內(nèi)部具有A/D轉(zhuǎn)換功能的單片機(jī)，因此選用STC Micro公司推出的DIP封裝的8位微處理器STC12C5A60S2。該處理器具有以下特點(diǎn)[20]：</p><p>　　增強(qiáng)型8051 CPU，1T，單時(shí)鐘/機(jī)器周期，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051;</p><p>　　工作電壓： 5.5V~3.3V;</p&g

77、t;<p>　　工作頻率范圍：0 ~35MHz，相當(dāng)于普通8051的 0~420MHz;</p><p>　　用戶(hù)應(yīng)用程序空間60K字節(jié);</p><p>　　片上集成1280字節(jié)RAM;</p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換, 10位精度ADC，共8路，轉(zhuǎn)換速度可達(dá)250K/S(每秒鐘25萬(wàn)次);</p><p>　　增加外部掉電監(jiān)

78、測(cè)電路，可在掉電時(shí)，及時(shí)將數(shù)據(jù)保存進(jìn)EEPROM。</p><p>　　一般來(lái)說(shuō)，單片機(jī)的最小系統(tǒng)包括電源(地)、晶振、復(fù)位電路。有了以上三塊內(nèi)容，單片機(jī)就能夠工作了。如圖3.4所示為單片機(jī)的最小系統(tǒng)。</p><p>　　圖3.4單片機(jī)最小系統(tǒng)</p><p>　?。?）微處理器基本工作電路</p><p><b>　　①晶振電路

79、</b></p><p>　　使用11.0592MHz的晶體振蕩器作為振蕩源，由于單片機(jī)內(nèi)部帶有振蕩電路，所以外部只要連接一個(gè)晶振和兩個(gè)電容即可。 </p><p><b>　　②復(fù)位電路</b></p><p>　　為了模塊工作更可靠，防止死機(jī)情況發(fā)生，復(fù)位電路由按鍵復(fù)位和上電復(fù)位兩部分組成。在復(fù)位引腳RST上引接一個(gè)電容到VCC

80、，再連接一個(gè)電阻到GND，由此形成一個(gè)RC充放電回路保證單片機(jī)在上電時(shí)RST腳上有足夠時(shí)間的高電平進(jìn)行復(fù)位，隨后回歸到低電平進(jìn)入正常工作狀態(tài)。 </p><p><b>　?。?）驅(qū)動(dòng)電路</b></p><p>　　本次方案需要一個(gè)關(guān)鍵的設(shè)備元件，那就是電磁閥，我選擇的是ZQDF-DN40內(nèi)螺紋不銹鋼活塞式電磁閥（見(jiàn)圖3.5）。</p><p

81、>　　圖3.5 ZQDF-DN40電磁閥</p><p>　　ZQDF-DN40電磁閥具體參數(shù)如表3.1所示：</p><p>　　表3.1 ZQDF-DN40電磁閥參數(shù)</p><p>　　從上表可知，電磁閥使用電壓需要24V，而單片機(jī)最大只能輸出5V電壓，所以這里需要功率放大電路才能驅(qū)動(dòng)電磁閥正常工作。</p><p>　　由于24

82、V電磁閥電流有點(diǎn)大，就單一三極管有點(diǎn)不安全，所以我的方案是用8050三極管配合繼電器一起驅(qū)動(dòng)電磁閥，具體如下：</p><p>　　單片機(jī)I/O輸出端接一個(gè)1K的電阻并連到8050三極管的基極上，為了穩(wěn)定電路，接了個(gè)10K的下拉電阻。8050三極管的集電極接到繼電器的控制端，射極接地。繼電器的另一個(gè)控制端接24V驅(qū)動(dòng)電壓，并用1個(gè)1N4148二極管反向并聯(lián)到繼電器的兩個(gè)控制端保護(hù)繼電器。最后，把繼電器的輸出端接電

83、磁閥。</p><p>　　驅(qū)動(dòng)電路電路圖如圖3.6所示：</p><p>　　圖3.6 驅(qū)動(dòng)電路圖</p><p><b>　?。?）鍵盤(pán)電路</b></p><p>　　圖3.6中P2.4-P2.7口各控制一個(gè)電磁閥的驅(qū)動(dòng)，因本次設(shè)計(jì)需要按鍵來(lái)控制電磁閥是否運(yùn)作，所以需要按鍵進(jìn)行設(shè)置。具體按鍵設(shè)置如表3.2所示。&l

84、t;/p><p><b>　　表3.2 按鍵設(shè)置</b></p><p>　　初始時(shí)P2.4=0；P2.5=0；P2.6=0；P2.7=0。全低電平。</p><p>　　當(dāng)按下相對(duì)應(yīng)鍵時(shí)，P2.4~P2.7=1。</p><p>　　電路圖如3.7所示：</p><p>　　圖3.7 鍵盤(pán)電路圖&l

85、t;/p><p>　　3.3.3 模擬步驟</p><p>　　如圖3.6所示，當(dāng)單片機(jī)輸出端輸出一個(gè)信號(hào)時(shí)，就會(huì)有相對(duì)應(yīng)的電磁閥開(kāi)始工作。呢么，下面正式開(kāi)始故障模擬。</p><p>　　1.先對(duì)單片機(jī)進(jìn)行初始化。</p><p>　　2.按下9號(hào)鍵，單片機(jī)P2.4口輸出信號(hào)，經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)電路，電磁閥1開(kāi)始運(yùn)作，傳感器開(kāi)始采集數(shù)據(jù)，在采集到3組數(shù)據(jù)

86、時(shí)，按下復(fù)位鍵，關(guān)閉電磁閥1。</p><p>　　3.按下10號(hào)鍵，單片機(jī)P2.5口輸出信號(hào)，經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)電路，電磁閥2開(kāi)始運(yùn)作，傳感器開(kāi)始采集數(shù)據(jù)，同樣采集到3組數(shù)據(jù)后，按復(fù)位鍵，關(guān)閉電磁閥2。</p><p>　　4.按下11號(hào)鍵，單片機(jī)P2.6口輸出信號(hào)，經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)電路，電磁閥3開(kāi)始運(yùn)作，傳感器開(kāi)始采集數(shù)據(jù)，同樣采集到3組數(shù)據(jù)后，按復(fù)位鍵，關(guān)閉電磁閥3。</p><p

87、>　　5.按下12號(hào)鍵，單片機(jī)P2.7口輸出信號(hào)，經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)電路，電磁閥4開(kāi)始運(yùn)作，傳感器開(kāi)始采集數(shù)據(jù)，同樣采集到3組數(shù)據(jù)后，按復(fù)位鍵，關(guān)閉電磁閥4。</p><p>　　根據(jù)以上分析，可以畫(huà)出如圖3.8所示的流程圖：</p><p><b>　　圖3.8模擬流程圖</b></p><p><b>　　3.4 本章小結(jié)</b

88、></p><p>　　本章是本次課程設(shè)計(jì)的最主要部分，是整篇論文的關(guān)鍵所在。這章先大致說(shuō)明了下供水系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)的功能，再具體說(shuō)明了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)以及具體模擬步驟。</p><p><b>　　第四章 結(jié)論與展望</b></p><p><b>　　4.1 總結(jié)</b></p><p>

89、　　在流程工業(yè)生產(chǎn)中，對(duì)工業(yè)設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷是非常有必要的。然而，隨著社會(huì)和科技的進(jìn)步，工作生產(chǎn)系統(tǒng)愈加復(fù)雜，診斷難度陡然上升。多級(jí)流模型作為一種功能模型通常比相應(yīng)的面向事件的模型更簡(jiǎn)單，而對(duì)系統(tǒng)的描述更加完全，并能顯著地減少計(jì)算量，因而在實(shí)時(shí)性要求很高的故障診斷中具有明顯的優(yōu)勢(shì)。</p><p>　　本文結(jié)合供水系統(tǒng)介紹了MFM及建模技術(shù)，并探討了試驗(yàn)臺(tái)的故障模擬方案。論文所研究的主要內(nèi)容如下：<

90、;/p><p>　?。?）論述現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中設(shè)備故障診斷與狀態(tài)監(jiān)測(cè)的重要意義；闡述國(guó)內(nèi)外流程工業(yè)中故障診斷的研究現(xiàn)狀；分析了MFM在系統(tǒng)故障診斷應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)；最后給出了本論文的主要研究?jī)?nèi)容及論文結(jié)構(gòu)。</p><p>　?。?）介紹了MFM建模的基本概念和原理；介紹了各功能節(jié)點(diǎn)，研究MFM的建模方法并建立了供水系統(tǒng)MFM模型；然后給出基于MFM的故障診斷的一般過(guò)程，最后分析了供水系統(tǒng)的多級(jí)流

91、模型應(yīng)用。</p><p>　?。?）論述了基于MFM的供水系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)的故障模擬方案，并具有說(shuō)明了系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)：微處理器電路、開(kāi)關(guān)量輸出電路、驅(qū)動(dòng)電路等電路設(shè)計(jì)，元件的選取等。</p><p><b>　　4.2 未來(lái)展望</b></p><p>　　MFM是近十幾年發(fā)展起來(lái)的一種基于目標(biāo)的功能模型?；贛FM的故障診斷方法是一種新興的系統(tǒng)級(jí)的

92、診斷方法，經(jīng)過(guò)十幾年的發(fā)展，Larsson等人實(shí)現(xiàn)了一些基礎(chǔ)的診斷算法，并成功地通過(guò)了現(xiàn)場(chǎng)過(guò)程的測(cè)試。</p><p>　　由于MFM是系統(tǒng)級(jí)別的故障診斷，所以，對(duì)于設(shè)備的物理元件內(nèi)部，具體到故障零件的定位不能適用。因此，基于MFM的故障診斷方法與其它診斷方法的聯(lián)合故障分析應(yīng)得到進(jìn)一步的研究。</p><p>　　MFM利用物質(zhì)、能量和信息流的形式來(lái)描述系統(tǒng)的能力，建模目標(biāo)明確，診斷效率高

93、。因此，電力、石油化工、冶金等流程工業(yè)中都可以應(yīng)用MFM進(jìn)行故障診斷，這將會(huì)促進(jìn)故障監(jiān)測(cè)與診斷技術(shù)的發(fā)展，其科技意義深遠(yuǎn)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 黃啟明,錢(qián)宇等.化工過(guò)程故障診斷研究進(jìn)展[J]. 化工自動(dòng)化及儀表.2000(3).</p><p>　　[2] 張鍵.機(jī)械故障診斷技術(shù)[M]. 北

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