機電一體化設備的故障診斷技術運用分析

朱建輝

（中國平煤神馬集團平煤股份一礦，河南平頂山 467011）

0 引言

機電一體化融合電氣技術、機械設計技術、機械加工技術以及信息技術等諸多學科。為達到自動化生產的目的，通過在傳統(tǒng)機械設備中加入相應的集成電路與微控制器，實現生產加工過程中機械設備的自動化管理，可以極大減少勞動力成本，同時機械加工精度高，產品性能優(yōu)異，可以提高產品的市場競爭力。目前機電一體化進程在各個行業(yè)得以推廣，還依賴于其具有較強的故障診斷技術?？梢酝ㄟ^自診斷功能，在機器遇到運行故障時可以自動切斷電源，發(fā)出報警信號。這極大的提高機電一體化設備的可維修率，降低維修成本，達到可持續(xù)循環(huán)使用的功能。提高系統(tǒng)的故障診斷能力，是設備功能的重要體現。在介紹故障診斷技術相關定義的同時，分析目前幾種故障診斷技術的發(fā)展情況。在此基礎上，結合相關實踐經驗，分析這些故障診斷技術在機電一體化設備中運用存在的問題，并給出一些建議。

1 故障診斷技術概述

最早的故障診斷技術的提出要追溯到20 世紀80年代，由于汽車生產工藝復雜，其行駛過程中出現故障往往不知道原因。因此，汽車生產廠家提出發(fā)展故障診斷技術的概念，希望通過自診斷技術，在汽車故障過程中將故障模塊顯示出來，便于修理與更換，降低汽車的維護成本。然后，故障診斷的概念得以推廣，目前評價故障診斷技術的性能指標有以下幾點：

（1）故障診斷的時效性。故障診斷具有時效要求，無論在何種設備加工生產過程中，在系統(tǒng)出錯的情況下，能夠越早的將故障類型與位置檢測出來，其時效性就越好。

（2）故障診斷的靈敏度。往往在設備生產加工過程中，故障的發(fā)生都不是突然形成的。大多是微小故障的日積月累，在不斷修正的情況下逐步放大，最終造成嚴重后果。因此故障診斷技術能夠越早檢測出微小的故障，其靈敏度越高，性能越好。

（3）故障診斷的正確率。故障診斷技術并不是一個完美的技術，存在診斷錯誤或漏診斷的問題。尤其目前的自動化設備自診斷系統(tǒng)龐大，程序復雜，極有可能存在誤報錯誤的概率。因此，故障診斷正確率越高，診斷系統(tǒng)就越完善。

（4）故障診斷的顯示能力。復雜機電一體化系統(tǒng)中，故障診斷的結果顯示往往為界面錯誤代碼。但是很多微小故障并沒有完全與之匹配的代碼號，或者和其他小故障都隸屬于某大部件的故障代碼號之下，這就加大了維修的難度。因此，故障診斷顯示能力的強弱，也在一定程度上影響了設備維修成本。

（5）故障診斷的適應性。機電一體化設備應用在生產加工的各行各業(yè)，有些生產行業(yè)環(huán)境惡劣，存在各種噪聲、震動等干擾。因此，故障診斷需要有很強的適應能力，在不同工作場合下都能保持其工作性能是非常重要的。

2 設備故障特點分析

機電一體化設備是由傳統(tǒng)的機械設備與微電子控制電路組成。因此其故障特點也可以從4 個部分來討論。

（1）傳統(tǒng)機械設備在生產過程中是一個動態(tài)的過程，每一次機械動作都具有隨機性、離散性以及模糊特性，因此實際故障具有相當高的隱蔽性的特點，其檢測難度大、具有誤導性。例如，在煤礦生產過程中，經常出現稱重系統(tǒng)的稱重質量超過誤差范圍的現象，檢測員根據故障數據懷疑煤礦投放部件損壞。而實際并非如此，稱重系統(tǒng)底部的質量測量相關傳感器線頭松動，但未明顯脫離的狀態(tài)也會引起這樣的現象。往往這種現象的隱蔽性會加大故障診斷的難度。

（2）機電一體化設備的功能是持續(xù)更新的。目前機電一體化設備在實際生產加工過程中并不是處于一成不變的狀態(tài)，隨著生產加工項目的變化，加工工藝的要求也隨之改變。這就要求機電一體化設備去改變系統(tǒng)功能，完成新技術的更迭。而往往設備的故障診斷系統(tǒng)并不能實時隨著生產加工系統(tǒng)新技術的變化做出及時的更新。長期以往就會導致診斷系統(tǒng)的故障報警功能混亂，增加維修人員維護與修理的難度。例如，在煤礦開采生產線中，不同客戶開采煤礦的純度與質量不同，這就要求開采過程中需要系統(tǒng)功能不斷調整。如果前期開采生產與后期差異較大，極有可能存在系統(tǒng)改進過程中，造成相關子部件的故障診斷系統(tǒng)的缺失。

（3）機電一體化設備一般都較為復雜，具有零部件多，功能強大的特點。而每一個子功能部件是相互聯系，密不可分的。往往一個部件的故障會導致與之相關聯其他部件的功能失常，使得故障診斷系統(tǒng)很難分辨出最初出錯的部件，出現報錯紊亂的問題。因此其故障診斷大部分不能確定給出具體的故障零件位置，導致設備檢測工作人員的作業(yè)難度加大，需要花大量時間去排查所有可能部件，并進行進一步的確認。

（4）機電一體化設備大部分產生的故障是微小故障，這些故障存在間歇性，有些在短時間內并不會在生產加工過程中顯現出來，更不會通過報警系統(tǒng)顯示，容易進一步延緩故障發(fā)現的時機。例如，在煤炭開采時，稱重系統(tǒng)的規(guī)格要求是100±5 kg，但由于質量測量相關的傳感器老化的原因，質量測量精度下降，容易出現+3 kg 的誤差。而這個誤差是在工藝要求范圍內的，系統(tǒng)并不會通過故障檢測報警顯示出來，長期開采生產過程中會提高煤炭原料質量，無形中增加了生產成本。

3 設備故障診斷技術的方法

（1）設備故障診斷方法總的劃分為離線診斷與在線診斷。離線診斷指的在故障產生之后，將故障設備斷電，拆下可疑部件進行測試，進一步分析排查出故障位置的診斷方式。這種診斷方式相對復雜，一旦故障產生，需要停機操作，降低設備的利用率。與之相對應的是在線診斷方式，這種診斷方式適用于正在生產加工中的設備，一旦故障產生，會將故障對應的代碼號顯示在相應顯示器上，并且將結果上傳至計算機系統(tǒng)，進行記錄保存。這種診斷方式會根據故障的嚴重程度決定設備繼續(xù)生產加工或是斷電處理。

（2）離線診斷方式屬于傳統(tǒng)故障診斷技術的一種，而隨著電子技術與計算機技術的發(fā)展，在線診斷的各種應用方式相繼被提出。依賴于其無可替代的優(yōu)點，逐漸在機電一體化設備中得到推廣。目前機電一體化設備中大多采用了離線診斷與在線診斷相結合的方式，通過在線診斷可以及時準確的獲取設備的故障的位置，通過及時更換部件來保證設備的正常工作。其次，通過離線診斷對替換下來的故障部件進一步檢測，確定部件中產生故障的配件，進行修理或者更換。這種在線與離線相結合的方法，綜合了二者的優(yōu)點，能夠在保證機電設備工作效率最大化的情況下，及時完成部件故障的維修，達到良好的診斷效果。

4 設備故障診斷操作方法

雖然機電一體化設備的故障診斷技術具有深厚理論基礎，涉及電力電子技術、計算機技術、機械設計與加工等多學科交叉，但是在實際故障診斷操作過程中，并非單純的理論指導就可以完成。操作人員需要嚴格執(zhí)行基本的操作手冊，按照安全操作步驟與流程去完成檢測工作。確保在檢測過程中能夠最好最快的完成對故障設備的問題分析，并給出解決方案。從多年的實際操作經驗中，總結出需注意的2 點問題：

（1）機電一體化設備中，大部分的故障都具有偶發(fā)性。往往會在實際運行過程中中斷生產加工的進度。此時需要設備故障檢測人員能夠及時給出應急預案，而不是草率的停機詳細檢查。這需要設備故障檢測人員具有較為豐富的經驗，在故障發(fā)生后根據故障現象與報警信息給出臨時性的解決方案，減少故障事件帶來的經濟損失。

（2）故障診斷技術需要配以專業(yè)的專家指導團隊。一旦出現異常的重大故障，設備故障檢測人員除了立刻斷電停止生產工作，還需要及時上報專家組。專家組成員能夠立刻召開問題研討會，給出檢測途徑以及改進方案。這樣才能夠提高重大故障問題解決的時效性。

5 結束語

雖然目前經濟的快速發(fā)展給機電一體化帶來空前的機會，但也面臨非常大的挑戰(zhàn)。如何有效維護機電一體化設備，是目前故障診斷技術的重要議題。針對這一議題，給出故障診斷技術的相關分析，并詳細介紹機電一體化設備的故障特點。另外，根據自身生產工作的實際經驗，簡要分析在實際設備故障診斷中需要注意的問題，為機電一體化設備的安全生產提供理論依據。