機(jī)電一體化設(shè)備的故障診斷技術(shù)研究

肖海軍

（天地（常州）自動(dòng)化股份有限公司，江蘇 常州 213015）

現(xiàn)階段制造業(yè)當(dāng)中應(yīng)用機(jī)電一體化的技術(shù)較多，如果機(jī)電設(shè)備有故障發(fā)生，便會(huì)在一定程度上影響生產(chǎn)制造的穩(wěn)定性。對(duì)于機(jī)電設(shè)備當(dāng)中所存在的問(wèn)題進(jìn)行處理，將現(xiàn)有的機(jī)電設(shè)備不斷的進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，會(huì)對(duì)機(jī)電一體化的進(jìn)程產(chǎn)生影響。

1 機(jī)電一體化設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)組成

1.1 設(shè)備層

作為立足于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)工業(yè)指標(biāo)的設(shè)備層網(wǎng)絡(luò)是開(kāi)放性網(wǎng)絡(luò)，其在簡(jiǎn)單的高層PLC、計(jì)算機(jī)等設(shè)備以及低層的閥門、拖動(dòng)設(shè)備、傳感器等工業(yè)設(shè)備間進(jìn)行連接。當(dāng)今，場(chǎng)地總線技術(shù)越來(lái)越發(fā)展和進(jìn)步，已具備很多種類型的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，如環(huán)形、樹(shù)形、總線、星形、混合形等。

1.2 自動(dòng)化和控制層

統(tǒng)一對(duì)等通信網(wǎng)絡(luò)跟I/O網(wǎng)絡(luò)可以變成實(shí)現(xiàn)高吞吐量需要以及及時(shí)性的控制網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)用的較為廣泛的網(wǎng)絡(luò)主要以DH-485網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)以太網(wǎng)以及DH為主。其中，控制網(wǎng)Control Net具備良好功能，能夠控制傳動(dòng)、集成運(yùn)動(dòng)、離散以及過(guò)程，除在對(duì)輸入數(shù)據(jù)以及對(duì)等通信數(shù)據(jù)進(jìn)行多信道傳播的同時(shí)，有著特殊的時(shí)間片控制算法，可以對(duì)在時(shí)間方面要求較嚴(yán)的預(yù)定數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，和在時(shí)間方面要求較低的數(shù)據(jù)做比較，在對(duì)非預(yù)定數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸?shù)臅r(shí)候具有較高的優(yōu)先權(quán)，從而更加確定地進(jìn)行傳輸，確?？刂破鞲鶬/O刷新間的互鎖一直優(yōu)于程序通常的信息傳輸、下載、上載等。

2 機(jī)電一體化設(shè)備的故障特點(diǎn)

通常情況下，在機(jī)電一體化設(shè)備當(dāng)中具有較多的零部件，同時(shí)還具有較高的技術(shù)水平，據(jù)相關(guān)顯示統(tǒng)計(jì)，和一般的機(jī)械設(shè)備相比，機(jī)電一體化設(shè)備出現(xiàn)故障的次數(shù)要多出很多。在這樣的情況之下，在對(duì)其故障進(jìn)行診斷的時(shí)候，單單憑人工經(jīng)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行顯然是不準(zhǔn)確的，因此加強(qiáng)對(duì)于機(jī)電一體化設(shè)備故障診斷技術(shù)的研究勢(shì)在必行，機(jī)電一體化設(shè)備的技術(shù)組成主要如圖1所示。

圖1 機(jī)電一體化設(shè)備的技術(shù)組成

機(jī)電一體化設(shè)備的故障特點(diǎn)有下面幾點(diǎn)。

2.1 零部件較多

在機(jī)電一體化設(shè)備當(dāng)中主要特點(diǎn)之一就是零部件較多，所以就機(jī)電一體化設(shè)備本身來(lái)講是技術(shù)元素以及多重零件的集合，各個(gè)部件之間的銜接就能夠很好的促進(jìn)設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)，因此只有具備較高的銜接功能方可滿足復(fù)雜的機(jī)電一體設(shè)備運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)。在對(duì)日常工作過(guò)程中的機(jī)電設(shè)備進(jìn)行診斷的過(guò)程中，要想將零部件當(dāng)中的故障及其產(chǎn)生故障的原因快速的找出來(lái)存在著一定的難度。這主要是由于造成機(jī)電一體化設(shè)備故障的因素較多，在這眾多因素當(dāng)中難進(jìn)行判定的就是機(jī)械設(shè)備的零部件故障。再者在檢測(cè)的時(shí)候因?yàn)橐恍┕收显诙虝r(shí)間變化不大，對(duì)于機(jī)電一體化設(shè)備的順利運(yùn)行暫時(shí)不會(huì)造成太大的影響，因此報(bào)警系統(tǒng)往往不會(huì)發(fā)出警報(bào)。

2.2 目的性非常強(qiáng)

之所以要對(duì)機(jī)電一體化設(shè)備的故障進(jìn)行診斷，其主要的目的就是在機(jī)電一體化設(shè)備運(yùn)行的時(shí)候可以應(yīng)用到相關(guān)的技術(shù)，同時(shí)有效的對(duì)故障進(jìn)行處理，從而確保安全生產(chǎn)，避免產(chǎn)生人員傷亡以及經(jīng)濟(jì)損失的情況。

2.3 綜合性非常強(qiáng)

由于機(jī)電一體化設(shè)備的復(fù)雜性，對(duì)后期的故障診斷工作也造成了一定的困難。在對(duì)其進(jìn)行診斷的過(guò)程中，會(huì)涉及到液壓機(jī)器的操作原理和應(yīng)用、摩擦學(xué)、機(jī)械制造以及物理學(xué)等，對(duì)于故障診斷人員儲(chǔ)備知識(shí)的要求就相對(duì)較高，所以綜合性較強(qiáng)。

2.4 理論和實(shí)踐的統(tǒng)一性

在進(jìn)行診斷以及維修技術(shù)選擇的時(shí)候可以按照良體情況來(lái)決定，之前所得到的結(jié)果可以在后期的實(shí)踐當(dāng)中用到。

3 機(jī)電一體化設(shè)備故障診斷檢修原則

因?yàn)闄C(jī)電一體化設(shè)備具備的獨(dú)特特點(diǎn)，所以在診斷故障的時(shí)候我們可以通過(guò)轉(zhuǎn)變思維方式來(lái)進(jìn)行。在工作的過(guò)程中必須要準(zhǔn)確清晰的掌握機(jī)電一體化設(shè)備的情況，對(duì)于不同模塊的框架圖都要仔細(xì)了解，結(jié)合各個(gè)組成部門的具體作用以及所在的環(huán)境和具體的分布情況，對(duì)發(fā)生故障的形式以及嚴(yán)重與否進(jìn)行分析了解，可采用故障樹(shù)的方法來(lái)對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的分析，根據(jù)所產(chǎn)生的故障的情況，做具體的分析，盡可能的找出影響其可靠性的原因以及故障形式的邏輯關(guān)系，對(duì)于造成故障的原因進(jìn)行了解。在對(duì)機(jī)電一體化設(shè)備的故障進(jìn)行分析的時(shí)候常用的有幾下幾種方法：故障樹(shù)分析法、溫度檢測(cè)診斷法、聲檢測(cè)診斷法、自診斷法（故障代碼、故障指示燈以及報(bào)警等）、振動(dòng)檢測(cè)診斷法、壓力檢測(cè)診斷法、噪金相檢測(cè)診斷法以及時(shí)域模型分析法等。在進(jìn)行診斷的過(guò)程中，對(duì)于以下幾點(diǎn)尤其需要進(jìn)行注意：①先機(jī)后電，由于機(jī)械結(jié)構(gòu)的直觀性，故障當(dāng)中一些較為明顯的情況可以通過(guò)肉眼直接看到，如卡死、變形、打滑以及斷裂等，所以在具體進(jìn)行的時(shí)候可以先就機(jī)械部分進(jìn)行，來(lái)檢查其是否出現(xiàn)了故障。②設(shè)備外部先進(jìn)行檢查之后才是內(nèi)部，先是執(zhí)行元件接著對(duì)控制元件進(jìn)行檢查，一切檢查完之后再來(lái)檢查驅(qū)動(dòng)原件，找到產(chǎn)生故障的原因。③先主干后枝葉，對(duì)于主要部件先進(jìn)行檢查，再檢查次要部件，對(duì)于結(jié)合部的零件以及接口部件尤其需要注意。

4 機(jī)電一體化設(shè)備故障診斷技術(shù)現(xiàn)狀

4.1 理論體系不完善

要想很好的對(duì)機(jī)電一體化設(shè)備故障診斷技術(shù)進(jìn)行利用，就必須要有理論依據(jù)作為支撐，根據(jù)相應(yīng)完善的理論可為其提供具體的參考技術(shù)指標(biāo)，從而在理論與實(shí)踐的結(jié)合過(guò)程中，進(jìn)一步保證機(jī)電一體化設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性?，F(xiàn)階段應(yīng)不斷完善機(jī)電一體化故障診斷技術(shù)理論體系，以提高機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行效率。

4.2 技術(shù)規(guī)范性較差

就現(xiàn)階段的機(jī)電一體化設(shè)備故障診斷技術(shù)來(lái)講，一般情況在進(jìn)行檢查的時(shí)候，是將設(shè)備當(dāng)中的具體運(yùn)行情況來(lái)作為主要依據(jù)的。而在實(shí)際進(jìn)行的時(shí)候其故障的判斷依據(jù)也是根據(jù)工作人員以往的工作經(jīng)驗(yàn)而進(jìn)行的，所以存在著一定的缺陷性。設(shè)備在實(shí)際進(jìn)行運(yùn)行的過(guò)程中，由于其運(yùn)行情況不是十分理想、器件間差異等各方面的影響，都會(huì)對(duì)故障的診斷工作造成一定的影響，由此得出的診斷結(jié)果缺乏一定的準(zhǔn)確性。

5 機(jī)電一體化設(shè)備的故障診斷技術(shù)

在對(duì)機(jī)電一體化設(shè)備故障進(jìn)行檢測(cè)的時(shí)候，第一需要做的就是判斷設(shè)備是否有故障產(chǎn)生、故障大致發(fā)生在什么位置，同時(shí)還需要定期將檢測(cè)信號(hào)發(fā)送到機(jī)電設(shè)備內(nèi)部當(dāng)中，對(duì)于所接收到的數(shù)據(jù)信號(hào)和其診斷對(duì)象進(jìn)行認(rèn)真比對(duì)，最大程度的確保數(shù)據(jù)診斷報(bào)告的準(zhǔn)確性，從而確切的對(duì)故障情況以及具體位置進(jìn)行掌握。再者就是對(duì)于所產(chǎn)生故障的種類一定要清楚，就必須要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行更深層次的分析。對(duì)故障的具體位置及其產(chǎn)生故障的原因進(jìn)行充分的掌握。最后就是在對(duì)故障進(jìn)行修復(fù)的時(shí)候，必須要對(duì)故障進(jìn)行診斷檢測(cè)，從而確保機(jī)電一體化設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性。如果其運(yùn)行狀況穩(wěn)定，就可以在對(duì)設(shè)備進(jìn)行定期檢測(cè)的時(shí)候，通過(guò)時(shí)序模型以及濾波等技術(shù)和方法來(lái)進(jìn)行，從而對(duì)于機(jī)電設(shè)備是否有故障存在加以確認(rèn)；如果機(jī)電設(shè)備的故障已經(jīng)產(chǎn)生，就需要通過(guò)數(shù)據(jù)分析以及模式識(shí)別的技術(shù)，來(lái)對(duì)產(chǎn)生故障的原因、所在位置及其種類進(jìn)行更為具體的分析，以便于維修檢測(cè)技術(shù)的選擇?，F(xiàn)階段所用到的故障診斷技術(shù)主要有以下幾種。

5.1 劃分故障類別的技術(shù)

能夠結(jié)合故障損壞的零部件的情況以及故障對(duì)設(shè)備順利工作產(chǎn)生的影響，劃分故障為非破壞性故障和破壞性故障，在實(shí)際檢測(cè)機(jī)電一體化設(shè)備的過(guò)程中，對(duì)故障的分類能夠引導(dǎo)維修工作者快速地確定故障的范圍及其主要因素，從而對(duì)嚴(yán)重影響機(jī)電一體化設(shè)備工作的設(shè)備問(wèn)題進(jìn)行解決，盡量地防止損壞和損失。

5.2 在線診斷以及離線診斷的技術(shù)

在機(jī)電一體化設(shè)備發(fā)展故障之后能夠應(yīng)用離線診斷，而尤為實(shí)用的是在線診斷。當(dāng)前信息技術(shù)迅速發(fā)展和應(yīng)用，可以應(yīng)用信息技術(shù)實(shí)時(shí)地發(fā)現(xiàn)故障問(wèn)題。近年來(lái)，不斷進(jìn)步的故障診斷技術(shù)中的在線診斷技術(shù)可以劃分為知識(shí)的技術(shù)、處理信號(hào)的技術(shù)、模型解析的技術(shù)，其中，知識(shí)的技術(shù)與處理信號(hào)的技術(shù)無(wú)需對(duì)對(duì)象的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行檢測(cè)，因而被廣泛地關(guān)注。

5.3 檢測(cè)設(shè)備參數(shù)的技術(shù)

在機(jī)電一體化設(shè)備當(dāng)中都有一個(gè)共同點(diǎn)那就是固定的參數(shù)，每一個(gè)零部件的固定參數(shù)都是不變的。在判斷零部件的損害程度時(shí)，主要是根據(jù)設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中的相關(guān)數(shù)據(jù)以及振動(dòng)頻率來(lái)進(jìn)行的。該技術(shù)之所以能夠被廣泛使用，主要是由于其具有較高的準(zhǔn)確率以及便于操作的特點(diǎn)。

5.4 設(shè)備油液磨損需要準(zhǔn)確識(shí)別

在對(duì)故障進(jìn)行診斷的時(shí)候，可以通過(guò)設(shè)備油液的磨損程度來(lái)對(duì)其進(jìn)行識(shí)別，發(fā)生油液磨損的位置主要通過(guò)油液對(duì)設(shè)備的運(yùn)行影響、機(jī)械設(shè)備自身的物理狀態(tài)和油液具體成分來(lái)判斷和確定。

5.5 診斷故障的專家系統(tǒng)

專家系統(tǒng)的幾個(gè)基礎(chǔ)組成部分是用戶界面系統(tǒng)、檢測(cè)故障數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、分析故障推理系統(tǒng)等，在應(yīng)用專家系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，能夠更加深入地推動(dòng)機(jī)電一體化設(shè)備故障診斷技術(shù)水平的提升。診斷故障的專家系統(tǒng)以應(yīng)用與推廣信息技術(shù)作為基礎(chǔ)，且基于信息智能的一種新型的機(jī)電一體化設(shè)備故障診斷系統(tǒng)，應(yīng)用這種系統(tǒng)能夠大大地提高故障診斷的效率以及準(zhǔn)確性，從而使物力、人力的支出減少，屬于當(dāng)今比較先進(jìn)的一種故障診斷技術(shù)。

6 優(yōu)化與完善機(jī)電一體化設(shè)備故障診斷技術(shù)的措施

6.1 提高機(jī)電一體化設(shè)備故障診斷技術(shù)的準(zhǔn)確率

設(shè)備故障診斷的準(zhǔn)確性和有效性可以在一定程度上縮短維修時(shí)間，具有一定的節(jié)約成本的優(yōu)勢(shì)。所以，在診斷機(jī)電一體化設(shè)備的時(shí)候，必須要將其準(zhǔn)確性進(jìn)行提高，通過(guò)相應(yīng)的對(duì)策來(lái)提高機(jī)電設(shè)備的故障診斷率。但是，具體的診斷機(jī)電設(shè)備故障的時(shí)候，其結(jié)果的準(zhǔn)確性受故障特點(diǎn)的影響，其過(guò)程較為復(fù)雜化，還涉及有機(jī)電安裝、制造技術(shù)以及機(jī)電維護(hù)等方面，這些方面在出現(xiàn)的時(shí)候或許是間接的或許是連續(xù)的。如此就對(duì)檢測(cè)儀器提高了要求，需要盡可能的確保診斷結(jié)果的準(zhǔn)確性。

6.2 創(chuàng)建和完善故障診斷理論系統(tǒng)

在現(xiàn)階段對(duì)機(jī)電一體化設(shè)備故障診斷技術(shù)的分析在理論以及清晰度方面還需不斷完善，所以，對(duì)于故障診斷系統(tǒng)一定要進(jìn)行完善，對(duì)其診斷方法進(jìn)行全面的歸納，從而不斷完善故障診斷系統(tǒng)，從而可以對(duì)所產(chǎn)生的故障進(jìn)行解決。

6.3 關(guān)注故障的漸變過(guò)程

以前在對(duì)故障診斷的時(shí)候通常是根據(jù)以往的知識(shí)和工作經(jīng)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行的，但是在具體的機(jī)電設(shè)備故障診斷的過(guò)程中通常會(huì)出現(xiàn)心有余而力不足的情況，特別是每一個(gè)設(shè)備當(dāng)中的零部件都是不一樣的，如此故障診斷的難度就大大的增加了，會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤的診斷結(jié)果，尤其是在故障剛剛產(chǎn)生的時(shí)候，由于不太明顯，通常診斷起來(lái)較為困難。所以，在對(duì)故障進(jìn)行診斷的過(guò)程中對(duì)故障的漸變過(guò)程一定要明確，對(duì)每一種狀態(tài)都要進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，對(duì)于不是十分明顯的故障進(jìn)行診斷時(shí)所采用的方法進(jìn)行探究。

7 結(jié)語(yǔ)

利用機(jī)電一體化設(shè)備故障診斷技術(shù)進(jìn)行分析，對(duì)于機(jī)械是否有故障產(chǎn)生進(jìn)行預(yù)判，對(duì)于產(chǎn)生故障的原因及其具體位置能夠及時(shí)找出，在節(jié)約維修成本的同時(shí)還在一定程度上提高了生產(chǎn)效率及產(chǎn)品質(zhì)量。