關于機電一體化設備故障診斷技術的研究

謝少俊

摘要：隨著中國科學技術的不斷創(chuàng)新和發(fā)展，目前的機電一體化設備已經(jīng)在越來越多的行業(yè)中得到了理想的應用，并且確實顯示出了強大的價值效益，但由于機電一體化設備本身的復雜性容易出現(xiàn)問題，相應維護過程的難度也相對較大。在此基礎上，做好機電一體化設備管理中的故障診斷是必不可少的。應依靠更先進的故障診斷技術，準確理解和掌握機電一體化設備的故障，為后續(xù)維修提供依據(jù)。

關鍵詞：機電一體化設備;故障;診斷技術

引言：機電一體化是將機械技術、電子技術、信息技術和傳感器技術等有機結(jié)合，并且應用于實際生產(chǎn)活動。在工業(yè)領域，機電一體化設備應用廣泛，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，設備運行期間可能發(fā)生故障，必須采用科學的診斷技術進行檢修。以下結(jié)合個人工作實踐，探討了故障診斷技術在機電一體化設備中的應用。

1. 機電一體化設備的結(jié)構(gòu)組成和故障特點

1.1結(jié)構(gòu)組成

機電一體化設備，主要是由設備層、控制層組成。其中，設備層是將計算機、高層PLC、低層閥門、傳感器和拖動設備等連接成一個整體。隨著現(xiàn)場總線技術的發(fā)展，機電一體化設備會出現(xiàn)多種網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，象樹形、環(huán)形、星形等?？刂茖邮遣捎肐/O網(wǎng)絡、統(tǒng)一對等通信網(wǎng)絡，對網(wǎng)絡進行及時控制。以控制網(wǎng)為例，可對離散、運動、過程、傳動等進行控制，不但能多通道傳輸數(shù)據(jù)，還具有特殊的控制算法。通過比較有苛求時間的數(shù)據(jù)、沒有苛求時間的數(shù)據(jù)，從而確定數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?yōu)先權(quán)，實現(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

機電設備故障具有隨機性、瞬間性、離散性，其故障原因多樣且復雜。具體到機電一體化設備中，故障特點如下：1）零部件多。從微觀來看，機電一體化設備就是多個零件、多種技術的集合體，各個部件之間具有良好的銜接功能，才能滿足運行需求。該類設備一旦發(fā)生故障，要想快速準確找到故障點的難度大，一是零件故障、元件失效比較常見，二是部分故障問題不明顯。2）更新速度快。機電一體化是信息技術發(fā)展的產(chǎn)物，設備更新速度快，由于零件升級、舊技術淘汰，也會增加故障診斷和檢修難度。如果工作人員自身的技術能力差，沒有全面掌握故障診斷知識，也會影響診斷工作的開展。

2. 機電一體化設備的故障診斷

2.1機電一體化設備故障診斷流程

1）依據(jù)機電一體化設備各功能模塊框架設計圖，可對故障發(fā)生類型進行分析。若機電一體化設備設計故障風險較多，可通過故障樹繪制進行故障現(xiàn)象逐層分析。除此之外，機電一體化設備維護人員也可利用白診斷法、故障樹分析法、壓力檢測診斷法、時域模型分析法等方法進行診斷分析。2）在具體診斷階段，依據(jù)機械結(jié)構(gòu)直觀性特點，若遇到變形、卡死等較為直觀故障，機電一體化設備維護人員可以機械模塊為入手點，從執(zhí)行元件、驅(qū)動元件等模塊，進行故障分層分析。3）若單一機械部分檢測無法確定故障因素，機電一體化設備維護人員可依據(jù)先外后內(nèi)、先主干后枝葉的原則。以部分零件及接口為要點，進行逐步分析。

2.2機電一體化設備常規(guī)故障診斷方法

故障指示及報警診斷、工件及機床損壞程度診斷、系統(tǒng)故障診斷等診斷方式，為機電一體化設備常規(guī)故障診斷模式。其中故障指示及報警診斷，主要利用高等級機電一體化設備內(nèi)自診斷程序。即根據(jù)機電一體化控制屏幕上顯示信息及系統(tǒng)自診斷規(guī)范，進行故障分析排除;工件及機床損壞程度診斷，主要是依據(jù)工件或機床故障發(fā)生后破壞情況，進行反面推理分析，確定故障源頭;系統(tǒng)故障診斷主要是依據(jù)機電一體化設備運行特點。結(jié)合局部電氣元件漂移性，進行多次試驗論證，確定故障風險[1]。

2.3機電一體化設備故障診斷系統(tǒng)構(gòu)建

依據(jù)XX機電一體化設備運行特點，可進行現(xiàn)代化故障診斷系統(tǒng)的構(gòu)建。1）在一翻蓋式儀器內(nèi)，合理設置故障診斷主機、連接電纜、連接器、A/D板、I/O板等模塊。2）XX機電一體化設備故障診斷系統(tǒng)主要是在機電一體化設備不同位置設置信號采集單元。以專家系統(tǒng)判定的方式，對采集信號進行分析處理。具體故障診斷單元主要包括27.0V地診斷、液體擺診斷、液壓系統(tǒng)診斷、電纜及軸角編碼器診斷等。其中27.0V地診斷主要利用A/D板，結(jié)合繼電器板數(shù)據(jù)，設定某一時刻某一點為正27.0V信號。隨后構(gòu)建以繼電器板為核心的調(diào)理電路。同時在A/D輸入端增設穩(wěn)壓二極管;液體擺診斷主要依據(jù)機電一體化設備水平度變化，設定電壓為8.6V，采用A/D板直接檢測液體擺電壓變化;液壓系統(tǒng)診斷主要是針對某一需診斷液壓元件，在其出油口位置、進油口位置。以串聯(lián)的方式，設置一壓力傳感器。通過壓力傳感器測量結(jié)果分析，可獲得準確的故障信息;電纜及軸角編碼器診斷，主要針對機電一體化設備短路、斷路故障特點。利用I/O板，及時確定故障信息及位置。3）依據(jù)機電一體化設備控制系統(tǒng)運行要求，在機電一體化設備故障診斷系統(tǒng)軟件設置階段，可依據(jù)系統(tǒng)通用性、可擴展性、數(shù)據(jù)流思想、人機交互、標準數(shù)據(jù)庫等原則，進行知識庫、推理模塊、人機交互模塊、綜合數(shù)據(jù)庫等模塊合理設置[2]。

3. 機電一體化設備故障診斷技術的未來發(fā)展

3.1網(wǎng)絡發(fā)展方向

在未來機電一體化設備故障診斷技術的創(chuàng)新中，互聯(lián)網(wǎng)技術的應用是一個重要方向。隨著Internet技術在相應故障診斷過程中的引入和應用，遠程輔助功能得到更好的體現(xiàn)和更好的改善。機電一體化設備故障診斷的便利性。由于當前機電一體化設備運行中存在一些高風險環(huán)節(jié)，如果該環(huán)節(jié)的故障診斷分析進入現(xiàn)場，則容易發(fā)生安全事故。雖然有一些遠程故障診斷技術，但如果有互聯(lián)網(wǎng)技術輔助，不可避免地會顯示出更大的便利性，對故障診斷和維護人員的影響更大。

3.2智能化發(fā)展方向

隨著人工智能技術的不斷發(fā)展，人工智能專家系統(tǒng)的應用也在故障診斷中顯示出很強的價值，特別是面對日益復雜的機電設備故障診斷要求。智能技術可以提高其便利性和效率，同時降低人員故障排除的難度。當然，對于一些復雜的故障問題，依靠人工智能系統(tǒng)也容易出現(xiàn)一些遺漏或誤判問題。需要與故障診斷分析結(jié)合，以驗證并逐步升級人工智能系統(tǒng)，以確保它更適合機電一體化設備。

3.3傳感器改進

對于機電一體化設備故障診斷技術的創(chuàng)新發(fā)展，由于對故障診斷中獲得的各種信息參數(shù)有較高的要求，有必要關注各類傳感器進行有效的創(chuàng)新和改進，以確保傳感器能夠更加準確可靠的信息數(shù)據(jù)。例如，溫度，振動，濕度和距離等傳感器需要進行深入研究，以了解當前的問題和缺陷，然后有目的地進行改進，為故障診斷的準確性奠定基礎[3]。

結(jié)論：

簡而言之，雖然目前經(jīng)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(jù)自身生產(chǎn)工作的實際經(jīng)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(chǎn)提供理論依據(jù)。

參考文獻：

[1]張力，嚴衛(wèi)國.機電一體化設備的故障維修特點及可靠性研究[J].湖北農(nóng)機化，2018（5）：27.

[2]繆林和.煤礦機電設備技術故障及對策[J].中國設備工程，2018（21）：46-47.

[3]鄧九才.故障診斷技術在機電設備維修中的運用[J].軍民兩用技術與產(chǎn)品，2018（22）：98.