機(jī)電設(shè)備自動化故障診斷系統(tǒng)設(shè)計

梁 輝

（河南中原黃金冶煉廠有限責(zé)任公司，河南 三門峽 472000）

隨著社會的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，機(jī)電設(shè)備自動化水平有了飛速的提升，數(shù)字化、智能化的自動化機(jī)電設(shè)備功能完善，在工業(yè)生產(chǎn)、信息通訊和人們生活領(lǐng)域的各種家用電器等各個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，促進(jìn)了我國社會經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展[1]。機(jī)電自動化設(shè)備在長期運轉(zhuǎn)中，難免會發(fā)生故障問題，而一般情況下，高科技的機(jī)電設(shè)備運行穩(wěn)定，出現(xiàn)故障的概率較低，但是由于受工作環(huán)境、操作失誤或其它因素的影響，尤其當(dāng)設(shè)備接入各種各樣的元件時，容易引發(fā)故障的情況。在一些大型電氣工程自動化設(shè)備中，如果一旦發(fā)生故障，就會導(dǎo)致整個生產(chǎn)線直接癱瘓，造成停工停產(chǎn)的嚴(yán)重后果，使企業(yè)經(jīng)濟(jì)遭受重大損失。而傳統(tǒng)的電氣工程設(shè)備故障自動診斷系統(tǒng)存在診斷不精準(zhǔn)、耗費時間長、診斷效果差等問題，不能滿足現(xiàn)代電氣工程設(shè)備故障自動診斷的高效性要求，因此必須設(shè)計一套完善的、高效率、性能穩(wěn)定的故障診斷系統(tǒng)，滿足現(xiàn)代機(jī)電自動化設(shè)備故障診斷的需求。

1 機(jī)電設(shè)備自動化故障診斷系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計

在優(yōu)化機(jī)電設(shè)備自動化故障診斷系統(tǒng)設(shè)計時，針對傳統(tǒng)診斷系統(tǒng)存在的問題，對診斷系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。采用故障檢測和記錄機(jī)電設(shè)備故障檢測系統(tǒng)的性能，利用網(wǎng)絡(luò)通信監(jiān)視設(shè)備運行時的故障情況，一旦發(fā)現(xiàn)故障情況可以進(jìn)行及時的診斷與維護(hù)。通過建立用戶登錄模塊、數(shù)據(jù)管理模塊、模型管理模塊、故障檢測模塊、系統(tǒng)管理模塊的設(shè)計，完善了系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)[2]。用戶登錄模塊可以防止非法用戶的入侵，維護(hù)系統(tǒng)安全；數(shù)據(jù)管理模塊負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集和管理，完成與外部網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)傳輸；模型管理模塊對檢測、診斷與維護(hù)的數(shù)據(jù)存儲管理，為網(wǎng)絡(luò)故障檢測調(diào)用提供方便；故障檢測模塊分為故障檢測和檢測結(jié)果兩部分，通過對移動網(wǎng)絡(luò)通信運行狀態(tài)的分析，給出具體優(yōu)化方案；系統(tǒng)管理模塊負(fù)責(zé)對系統(tǒng)用戶的管理，確保整個系統(tǒng)能夠安全穩(wěn)定的運行[3]。

機(jī)電設(shè)備自動化故障診斷系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要包括三層。

圖1 機(jī)電設(shè)備自動化故障診斷系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

診斷系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)是由數(shù)據(jù)采集層、服務(wù)器層和命令交互層組成，各層中分別設(shè)有相關(guān)的驅(qū)動服務(wù)器，其中數(shù)據(jù)采集層設(shè)有激光光源、OTDR和功率計，激光光源是一種驅(qū)動白光光源的寬譜光源，是一款穩(wěn)定性高、零度高、壽命長的寬譜光源，經(jīng)過連續(xù)激光直接加熱可以產(chǎn)生高效寬頻譜光，波長范圍在1700nm～2100nm左右，具有穩(wěn)定性高、零度高、使用壽命長的特點；OTDR為一款5.7英寸彩色觸摸屏、可以同時進(jìn)行雙操作模式的故障光纖測試儀，集穩(wěn)定光源、光功率計、紅光筆和光眼于一體，利用以太網(wǎng)接口實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，也可通過不同USB接口實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信；BK-034功率計即插即用，當(dāng)過載報警值低于最大負(fù)載功率時，屏幕顯示ERR報警，此時應(yīng)禁止退出設(shè)置。服務(wù)器層設(shè)有主服務(wù)器和備份服務(wù)器，兩個服務(wù)器在同一通信網(wǎng)絡(luò)下共同檢測故障信號后，向數(shù)據(jù)采集層的OTDR發(fā)送檢測命令，將監(jiān)測的信號利用切換光開關(guān)傳輸?shù)疆惓＞W(wǎng)絡(luò)之中，OTDR將測試結(jié)果返回給服務(wù)器，最終確定故障位置，并將數(shù)據(jù)存儲到服務(wù)器端。命令交互層包括操作終端和移動終端，用戶通過移動終端與服務(wù)器相連進(jìn)行界面操作，能夠防止多個客戶端同時進(jìn)行操作。

在系統(tǒng)故障診斷過程中，通過數(shù)據(jù)采集模塊將采集的故障信息發(fā)送到智能體中進(jìn)行預(yù)處理，數(shù)據(jù)經(jīng)過預(yù)處理后可以滿足故障信息確定的要求。預(yù)處理后的數(shù)據(jù)在正常狀態(tài)下對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行檢測，采用故障分析法判斷網(wǎng)絡(luò)設(shè)備狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)故障情況。一旦出現(xiàn)故障情況，故障排除系統(tǒng)會根據(jù)系統(tǒng)發(fā)出的報警信號，根據(jù)各個單元模塊信息和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并對大型局域網(wǎng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)流、接口利用效率、信息傳輸時延等特性進(jìn)行分析判斷，確定正確的故障位置，及時有效的診斷與排除，避免引發(fā)重大的故障情況，影響企業(yè)正常的生產(chǎn)工作。

在網(wǎng)絡(luò)通信測試之中，OTDR硬件工作原理與雷達(dá)極為相似，通過在網(wǎng)絡(luò)通信過程中的散射角度，將測試所需的激光脈沖添加到通信網(wǎng)絡(luò)之中，其硬件結(jié)構(gòu)主要包括信號處理器、網(wǎng)絡(luò)信號發(fā)射機(jī)、網(wǎng)絡(luò)信號接收機(jī)、光纖耦合器等。信號處理器負(fù)責(zé)處理網(wǎng)絡(luò)信號，可以形成互補(bǔ)碼序列；網(wǎng)絡(luò)信號發(fā)射機(jī)將網(wǎng)絡(luò)信號轉(zhuǎn)換為光信號并傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)線路上；網(wǎng)絡(luò)信號接收機(jī)將光信號轉(zhuǎn)換為電信號傳輸?shù)叫盘柼幚砥髦小TDR工作過程為：通過信號處理器的互補(bǔ)碼，可將網(wǎng)絡(luò)信號發(fā)射機(jī)發(fā)射的信號轉(zhuǎn)換光信號形式，經(jīng)過光纖耦合器可將光信號轉(zhuǎn)換為電信號傳輸?shù)奖诚蚧夭ù鎯ζ髦?，利用光纖耦合器反饋到信號接收機(jī)之中，判斷通信網(wǎng)絡(luò)傳輸特性，檢測出現(xiàn)故障的信號。

2 軟件部分設(shè)計

系統(tǒng)軟件部分的設(shè)計，主要根據(jù)故障診斷系統(tǒng)的設(shè)計要求進(jìn)行功能設(shè)計，應(yīng)具備現(xiàn)場機(jī)電設(shè)備運行狀態(tài)的平面動畫顯示，實現(xiàn)故障在線監(jiān)控，并具備統(tǒng)計分析功能，及時確定正確位置對故障進(jìn)行排除。近年來，隨著人工智能技術(shù)的快速發(fā)展，除了采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障排除法、專家?guī)炀W(wǎng)絡(luò)故障排除法、邏輯判決法等診斷方法，基本上都采用人工智能故障排除方法，能夠精準(zhǔn)快速地判斷出故障的情況和位置，可以進(jìn)行及時有效的診斷維修。

故障診斷流程：

在機(jī)電設(shè)備自動化故障診斷系統(tǒng)流程設(shè)計中，根據(jù)設(shè)備故障的層次進(jìn)行分層次設(shè)計，實現(xiàn)合理的邏輯控制流程。通過對不同時段、類型的故障數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比對，獲取故障的準(zhǔn)確位置，并對位置點輸入。盡可能將最底層故障輸入信息程序中，以便獲得更多的故障檢測信息，能夠?qū)崿F(xiàn)快速故障診斷。

利用模糊推理的方法對故障位置進(jìn)行確定，并與之前案例相對比，結(jié)合共性設(shè)計故障診斷流程，如圖2所示。

圖2 故障診斷流程圖

在故障診斷過程中，先將故障信息數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，并把確定的故障數(shù)據(jù)輸入到模糊綜合評價模塊之中，利用模糊推理技術(shù)生成模糊推理模型。通過對所檢測的信息特征的分析，判斷系統(tǒng)的運行狀態(tài)，如果出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)異常數(shù)據(jù)情況，則需考慮數(shù)據(jù)異常的警告信息，并進(jìn)行反向模糊推理，依據(jù)歷史故障排除信息進(jìn)行綜合判斷。

報警信息的警告級別不同，在不同顯示模塊上采取不同的顯示顏色作為警告標(biāo)志，通過不同的顯示來確定故障信息的級別。報警信息利用主動輪詢采集方法，將采集的結(jié)果傳輸?shù)綌?shù)據(jù)層中進(jìn)行儲存，其中包括基本參數(shù)、設(shè)備信息、網(wǎng)絡(luò)運行狀態(tài)信息等，在服務(wù)器特定格式下進(jìn)行檢測，獲取目標(biāo)設(shè)備各種性能數(shù)據(jù)。將采集到的數(shù)據(jù)值與設(shè)定閾值進(jìn)行對比，如果采集的數(shù)據(jù)值超過閥值范圍，就會生成相應(yīng)的故障報警信息。

3 結(jié)語

機(jī)電設(shè)備自動化故障診斷系統(tǒng)利用相關(guān)的檢測方法和監(jiān)視診斷手段，通過對所檢測信息特征的分析，判斷系統(tǒng)工況狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)故障并采取合理的維護(hù)措施。故障診斷系統(tǒng)具有強(qiáng)大的可編程的控制器設(shè)計，能夠?qū)⑿盘柲Ｊ睫D(zhuǎn)換為數(shù)值模式，進(jìn)行多個運行參數(shù)、設(shè)備狀態(tài)以及故障信息的傳輸，實現(xiàn)對大量數(shù)據(jù)的交換和實時的控制。機(jī)電設(shè)備本身可靠性極高，故障診斷系統(tǒng)設(shè)計采用OTDR作為系統(tǒng)硬件不僅能夠提供內(nèi)部各種信號的轉(zhuǎn)換，還能對外部故障進(jìn)行診斷，有效預(yù)防事故的發(fā)生，保證了機(jī)電設(shè)備的效率和運行的安全可靠性。