機(jī)電一體化設(shè)備的故障診斷技術(shù)研究

許榅增

摘? ?要：隨著信息技術(shù)的進(jìn)步，機(jī)電一體化設(shè)備在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用更加普遍，該類(lèi)設(shè)備在運(yùn)行期間，發(fā)生故障后及時(shí)診斷并維修，成為從業(yè)人員的關(guān)注重點(diǎn)。該文首先分析了機(jī)電一體化設(shè)備的結(jié)構(gòu)組成和故障特點(diǎn)，然后介紹了故障診斷技術(shù)，最后指出不足之處和應(yīng)對(duì)措施，以供參考。

關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化;設(shè)備;結(jié)構(gòu)組成;故障診斷;應(yīng)對(duì)措施

中圖分類(lèi)號(hào)：TH165? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

機(jī)電一體化是將機(jī)械技術(shù)、電子技術(shù)、信息技術(shù)和傳感器技術(shù)等有機(jī)結(jié)合，并且應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)活動(dòng)。在工業(yè)領(lǐng)域，機(jī)電一體化設(shè)備應(yīng)用廣泛，不僅能提高生產(chǎn)效率，也能降低人力成本。然而在多種因素的干擾下，設(shè)備運(yùn)行期間可能發(fā)生故障，必須采用科學(xué)的診斷技術(shù)進(jìn)行檢修。以下結(jié)合個(gè)人工作實(shí)踐，探討了故障診斷技術(shù)在機(jī)電一體化設(shè)備中的應(yīng)用。

1 機(jī)電一體化設(shè)備的結(jié)構(gòu)組成和故障特點(diǎn)

1.1 結(jié)構(gòu)組成

機(jī)電一體化設(shè)備，主要是由設(shè)備層、控制層組成。其中，設(shè)備層是將計(jì)算機(jī)、高層PLC、低層閥門(mén)、傳感器和拖動(dòng)設(shè)備等連接成一個(gè)整體。隨著現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)電一體化設(shè)備會(huì)出現(xiàn)多種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，象樹(shù)形、環(huán)形、星形等。控制層是采用I/O網(wǎng)絡(luò)、統(tǒng)一對(duì)等通信網(wǎng)絡(luò)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行及時(shí)控制。以控制網(wǎng)為例，可對(duì)離散、運(yùn)動(dòng)、過(guò)程、傳動(dòng)等進(jìn)行控制，不但能多通道傳輸數(shù)據(jù)，還具有特殊的控制算法。通過(guò)比較有苛求時(shí)間的數(shù)據(jù)、沒(méi)有苛求時(shí)間的數(shù)據(jù)，從而確定數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?yōu)先權(quán)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的上傳、下載、傳輸?shù)刃枨蟆?/p>

1.2 故障特點(diǎn)

機(jī)電設(shè)備故障具有隨機(jī)性、瞬間性、離散性，其故障原因多樣且復(fù)雜。具體到機(jī)電一體化設(shè)備中，故障特點(diǎn)如下：1）零部件多。從微觀(guān)來(lái)看，機(jī)電一體化設(shè)備就是多個(gè)零件、多種技術(shù)的集合體，各個(gè)部件之間具有良好的銜接功能，才能滿(mǎn)足運(yùn)行需求。該類(lèi)設(shè)備一旦發(fā)生故障，要想快速準(zhǔn)確找到故障點(diǎn)的難度大，一是零件故障、元件失效比較常見(jiàn)，二是部分故障問(wèn)題不明顯。2）更新速度快。機(jī)電一體化是信息技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，設(shè)備更新速度快，由于零件升級(jí)、舊技術(shù)淘汰，也會(huì)增加故障診斷和檢修難度。如果工作人員自身的技術(shù)能力差，沒(méi)有全面掌握故障診斷知識(shí)，也會(huì)影響診斷工作的開(kāi)展。

2 機(jī)電一體化設(shè)備的故障診斷技術(shù)

機(jī)電一體化設(shè)備的故障診斷，應(yīng)遵循3個(gè)原則：一是了解設(shè)備的性能參數(shù)，在診斷之前掌握設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn);二是全面分析機(jī)械、人為、環(huán)境等因素，通過(guò)排除最終確定故障部位和類(lèi)型;三是按照先外后內(nèi)的順序進(jìn)行檢測(cè)。以下針對(duì)常用的故障診斷技術(shù)進(jìn)行分析。

2.1 故障分類(lèi)技術(shù)

根據(jù)故障損壞的零部件以及故障對(duì)設(shè)備運(yùn)行的影響，來(lái)判斷故障的類(lèi)型，屬于破壞性故障、還是非破壞性故障。在實(shí)際檢修工作中，應(yīng)用故障分類(lèi)技術(shù)，可以幫助工作人員盡快確定故障范圍，優(yōu)先解決影響設(shè)備運(yùn)行的問(wèn)題，避免造成不必要的損失和破壞。

2.2 油液磨損識(shí)別技術(shù)

結(jié)合油液的實(shí)際成分，分析油液對(duì)設(shè)備運(yùn)行的影響和物理變化，來(lái)確定磨損的位置和嚴(yán)重程度。該診斷技術(shù)具有直觀(guān)性，因此在實(shí)際診斷中應(yīng)用普遍。以潤(rùn)滑油為例，具有密封防漏、冷卻降溫、減震緩沖、潤(rùn)滑減磨的作用。一旦潤(rùn)滑油不足，就會(huì)加重發(fā)動(dòng)機(jī)磨損，導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)異常聲響和振動(dòng)。

2.3 在線(xiàn)/離線(xiàn)診斷技術(shù)

離線(xiàn)診斷，指的是定期或不定期地通過(guò)巡檢的方式，采集設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)，經(jīng)計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行分析，確定有無(wú)故障。該診斷技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是精細(xì)程度高，缺點(diǎn)是無(wú)法處理突發(fā)故障。在線(xiàn)診斷是將診斷儀器和設(shè)備連接在一起，監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，可對(duì)突發(fā)故障進(jìn)行捕捉、分析，因此靈活性更高。隨著在線(xiàn)診斷技術(shù)的發(fā)展，可對(duì)知識(shí)、信號(hào)進(jìn)行解析，且不需要建立數(shù)學(xué)模型，因此應(yīng)用廣泛。

2.4 設(shè)備參數(shù)檢測(cè)技術(shù)

機(jī)電一體化設(shè)備的功能參數(shù)是確定的，設(shè)備發(fā)生故障后，部分參數(shù)也會(huì)相應(yīng)改變，象電壓、電流、功率等。使用專(zhuān)用儀器檢測(cè)設(shè)備的參數(shù)，并和正常參數(shù)進(jìn)行比較，即可明確故障范圍或具體元件。在維修時(shí)，只需更換相同規(guī)格、型號(hào)的元件，看功能參數(shù)恢復(fù)正常，維修工作即完成。在實(shí)際應(yīng)用中，該診斷技術(shù)不僅方便操作，而且準(zhǔn)確性高，因此提倡使用。

2.5 故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng)

該系統(tǒng)是由知識(shí)庫(kù)、推理機(jī)、數(shù)據(jù)庫(kù)、解釋程序、知識(shí)獲取程序組成，具有應(yīng)用范圍廣、診斷效率高的特點(diǎn)。目前市面上使用的故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng)，分為解釋型、預(yù)測(cè)型、調(diào)試型、維修型、規(guī)劃型、監(jiān)測(cè)型和控制型等，針對(duì)故障進(jìn)行診斷時(shí)，多采用樹(shù)狀圖進(jìn)行分析。以異常振動(dòng)為例，分析原因可能是基頻振動(dòng)（熱彎曲、不平衡）、低頻振動(dòng)（支承問(wèn)題、油膜振蕩）、二倍頻振動(dòng)（不對(duì)中、軸裂紋）、廣譜振動(dòng)（摩擦、聯(lián)軸器問(wèn)題）等，結(jié)合設(shè)備歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行確定。

3 故障診斷技術(shù)的不足之處和應(yīng)對(duì)措施

3.1 不足之處

第一，理論不完善。我國(guó)故障診斷技術(shù)的起步晚，相比于發(fā)達(dá)國(guó)家，其理論基礎(chǔ)不完善，因此設(shè)備故障的診斷效率低。機(jī)電一體化設(shè)備在運(yùn)行期間，沒(méi)有總結(jié)管理經(jīng)驗(yàn)和解決方案，導(dǎo)致診斷工作滯后于發(fā)展速度。此外，對(duì)于一些特殊的設(shè)備，工作人員只能采用傳統(tǒng)的診斷技術(shù)，可能造成設(shè)備破壞。

第二，診斷準(zhǔn)確性低。機(jī)電一體化設(shè)備發(fā)生故障后，工作人員在診斷期間，由于不熟悉功能模塊，不了解結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，忽視了故障的反應(yīng)邏輯關(guān)系，就會(huì)影響診斷的準(zhǔn)確性。

第三，診斷信息有誤。機(jī)電一體化設(shè)備是由機(jī)械本體、動(dòng)力單元、控制單元、檢測(cè)單元組成的，是機(jī)、電、氣、液的綜合。以機(jī)械和電氣為例，是組成機(jī)電一體化設(shè)備的基礎(chǔ)，在故障診斷中，容易將機(jī)械故障診斷為電氣故障，因診斷信息有誤，繼而影響維修工作。

3.2 應(yīng)對(duì)措施

第一，規(guī)范安裝流程。機(jī)電一體化設(shè)備安裝復(fù)雜，規(guī)范安裝流程是設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行的前提。單純以接線(xiàn)為例，首先應(yīng)該對(duì)工作人員進(jìn)行教育培訓(xùn)，熟練掌握安裝技術(shù)，樹(shù)立安全意識(shí);其次健全安全保障制度，發(fā)揮出制度的約束作用，設(shè)備運(yùn)行期間，要將消防設(shè)備放在旁邊;最后對(duì)設(shè)備安裝結(jié)果進(jìn)行檢查，參考設(shè)計(jì)圖紙和技術(shù)規(guī)程，及時(shí)消除安全隱患。

第二，落實(shí)調(diào)試工作。調(diào)試是設(shè)備運(yùn)行前的最后檢測(cè)階段，要求工作人員檢查設(shè)備的外部結(jié)構(gòu)、內(nèi)部性能，看穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性是否達(dá)標(biāo);期間開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)和監(jiān)督，指出操作中的不當(dāng)之處，形成完整的記錄。編寫(xiě)調(diào)試報(bào)告時(shí)，遵循有理有據(jù)的原則，明確編寫(xiě)思路和層次，將能解決的問(wèn)題、不能解決的問(wèn)題均列入其中，以便后期查看。

第三，加強(qiáng)運(yùn)行管理。針對(duì)失效元件，應(yīng)該及時(shí)更換，因?yàn)樵窃O(shè)備的基本組成單位，一個(gè)或多個(gè)元件失效，最終會(huì)導(dǎo)致整個(gè)設(shè)備失效、發(fā)生故障。針對(duì)電磁干擾，主要采用屏蔽、濾波、接地措施，結(jié)合設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行情況合理選擇。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，機(jī)電一體化設(shè)備在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用普遍，和生產(chǎn)效率、經(jīng)濟(jì)效益密切相關(guān)。分析可知，設(shè)備故障具有隨機(jī)性、瞬間性、離散性的特點(diǎn)，文中以故障分類(lèi)技術(shù)、油液磨損識(shí)別技術(shù)、在線(xiàn)/離線(xiàn)診斷技術(shù)、設(shè)備參數(shù)檢測(cè)技術(shù)、故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng)為例，介紹了故障診斷技術(shù)的應(yīng)用，并指出不足之處和應(yīng)對(duì)措施，希望為實(shí)際工作提供經(jīng)驗(yàn)參考。

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