機電一體化設備的故障診斷技術研究

肖海軍

（天地（常州）自動化股份有限公司，江蘇 常州 213015）

現階段制造業(yè)當中應用機電一體化的技術較多，如果機電設備有故障發(fā)生，便會在一定程度上影響生產制造的穩(wěn)定性。對于機電設備當中所存在的問題進行處理，將現有的機電設備不斷的進行改進和優(yōu)化，會對機電一體化的進程產生影響。

1 機電一體化設備的網絡結構組成

1.1 設備層

作為立足于現場總線技術工業(yè)指標的設備層網絡是開放性網絡，其在簡單的高層PLC、計算機等設備以及低層的閥門、拖動設備、傳感器等工業(yè)設備間進行連接。當今，場地總線技術越來越發(fā)展和進步，已具備很多種類型的網絡結構，如環(huán)形、樹形、總線、星形、混合形等。

1.2 自動化和控制層

統(tǒng)一對等通信網絡跟I/O網絡可以變成實現高吞吐量需要以及及時性的控制網絡，應用的較為廣泛的網絡主要以DH-485網絡、工業(yè)以太網以及DH為主。其中，控制網Control Net具備良好功能，能夠控制傳動、集成運動、離散以及過程，除在對輸入數據以及對等通信數據進行多信道傳播的同時，有著特殊的時間片控制算法，可以對在時間方面要求較嚴的預定數據進行傳輸，和在時間方面要求較低的數據做比較，在對非預定數據進行傳輸的時候具有較高的優(yōu)先權，從而更加確定地進行傳輸，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 機電一體化設備的故障特點

通常情況下，在機電一體化設備當中具有較多的零部件，同時還具有較高的技術水平，據相關顯示統(tǒng)計，和一般的機械設備相比，機電一體化設備出現故障的次數要多出很多。在這樣的情況之下，在對其故障進行診斷的時候，單單憑人工經驗來進行顯然是不準確的，因此加強對于機電一體化設備故障診斷技術的研究勢在必行，機電一體化設備的技術組成主要如圖1所示。

圖1 機電一體化設備的技術組成

機電一體化設備的故障特點有下面幾點。

2.1 零部件較多

在機電一體化設備當中主要特點之一就是零部件較多，所以就機電一體化設備本身來講是技術元素以及多重零件的集合，各個部件之間的銜接就能夠很好的促進設備的運轉，因此只有具備較高的銜接功能方可滿足復雜的機電一體設備運行標準。在對日常工作過程中的機電設備進行診斷的過程中，要想將零部件當中的故障及其產生故障的原因快速的找出來存在著一定的難度。這主要是由于造成機電一體化設備故障的因素較多，在這眾多因素當中難進行判定的就是機械設備的零部件故障。再者在檢測的時候因為一些故障在短時間變化不大，對于機電一體化設備的順利運行暫時不會造成太大的影響，因此報警系統(tǒng)往往不會發(fā)出警報。

2.2 目的性非常強

之所以要對機電一體化設備的故障進行診斷，其主要的目的就是在機電一體化設備運行的時候可以應用到相關的技術，同時有效的對故障進行處理，從而確保安全生產，避免產生人員傷亡以及經濟損失的情況。

2.3 綜合性非常強

由于機電一體化設備的復雜性，對后期的故障診斷工作也造成了一定的困難。在對其進行診斷的過程中，會涉及到液壓機器的操作原理和應用、摩擦學、機械制造以及物理學等，對于故障診斷人員儲備知識的要求就相對較高，所以綜合性較強。

2.4 理論和實踐的統(tǒng)一性

在進行診斷以及維修技術選擇的時候可以按照良體情況來決定，之前所得到的結果可以在后期的實踐當中用到。

3 機電一體化設備故障診斷檢修原則

因為機電一體化設備具備的獨特特點，所以在診斷故障的時候我們可以通過轉變思維方式來進行。在工作的過程中必須要準確清晰的掌握機電一體化設備的情況，對于不同模塊的框架圖都要仔細了解，結合各個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，對發(fā)生故障的形式以及嚴重與否進行分析了解，可采用故障樹的方法來對其進行相應的分析，根據所產生的故障的情況，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系，對于造成故障的原因進行了解。在對機電一體化設備的故障進行分析的時候常用的有幾下幾種方法：故障樹分析法、溫度檢測診斷法、聲檢測診斷法、自診斷法（故障代碼、故障指示燈以及報警等）、振動檢測診斷法、壓力檢測診斷法、噪金相檢測診斷法以及時域模型分析法等。在進行診斷的過程中，對于以下幾點尤其需要進行注意：①先機后電，由于機械結構的直觀性，故障當中一些較為明顯的情況可以通過肉眼直接看到，如卡死、變形、打滑以及斷裂等，所以在具體進行的時候可以先就機械部分進行，來檢查其是否出現了故障。②設備外部先進行檢查之后才是內部，先是執(zhí)行元件接著對控制元件進行檢查，一切檢查完之后再來檢查驅動原件，找到產生故障的原因。③先主干后枝葉，對于主要部件先進行檢查，再檢查次要部件，對于結合部的零件以及接口部件尤其需要注意。

4 機電一體化設備故障診斷技術現狀

4.1 理論體系不完善

要想很好的對機電一體化設備故障診斷技術進行利用，就必須要有理論依據作為支撐，根據相應完善的理論可為其提供具體的參考技術指標，從而在理論與實踐的結合過程中，進一步保證機電一體化設備運行的穩(wěn)定性?，F階段應不斷完善機電一體化故障診斷技術理論體系，以提高機電設備的運行效率。

4.2 技術規(guī)范性較差

就現階段的機電一體化設備故障診斷技術來講，一般情況在進行檢查的時候，是將設備當中的具體運行情況來作為主要依據的。而在實際進行的時候其故障的判斷依據也是根據工作人員以往的工作經驗而進行的，所以存在著一定的缺陷性。設備在實際進行運行的過程中，由于其運行情況不是十分理想、器件間差異等各方面的影響，都會對故障的診斷工作造成一定的影響，由此得出的診斷結果缺乏一定的準確性。

5 機電一體化設備的故障診斷技術

在對機電一體化設備故障進行檢測的時候，第一需要做的就是判斷設備是否有故障產生、故障大致發(fā)生在什么位置，同時還需要定期將檢測信號發(fā)送到機電設備內部當中，對于所接收到的數據信號和其診斷對象進行認真比對，最大程度的確保數據診斷報告的準確性，從而確切的對故障情況以及具體位置進行掌握。再者就是對于所產生故障的種類一定要清楚，就必須要對數據進行更深層次的分析。對故障的具體位置及其產生故障的原因進行充分的掌握。最后就是在對故障進行修復的時候，必須要對故障進行診斷檢測，從而確保機電一體化設備運行的穩(wěn)定性。如果其運行狀況穩(wěn)定，就可以在對設備進行定期檢測的時候，通過時序模型以及濾波等技術和方法來進行，從而對于機電設備是否有故障存在加以確認；如果機電設備的故障已經產生，就需要通過數據分析以及模式識別的技術，來對產生故障的原因、所在位置及其種類進行更為具體的分析，以便于維修檢測技術的選擇?，F階段所用到的故障診斷技術主要有以下幾種。

5.1 劃分故障類別的技術

能夠結合故障損壞的零部件的情況以及故障對設備順利工作產生的影響，劃分故障為非破壞性故障和破壞性故障，在實際檢測機電一體化設備的過程中，對故障的分類能夠引導維修工作者快速地確定故障的范圍及其主要因素，從而對嚴重影響機電一體化設備工作的設備問題進行解決，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

在機電一體化設備發(fā)展故障之后能夠應用離線診斷，而尤為實用的是在線診斷。當前信息技術迅速發(fā)展和應用，可以應用信息技術實時地發(fā)現故障問題。近年來，不斷進步的故障診斷技術中的在線診斷技術可以劃分為知識的技術、處理信號的技術、模型解析的技術，其中，知識的技術與處理信號的技術無需對對象的數學模型進行檢測，因而被廣泛地關注。

5.3 檢測設備參數的技術

在機電一體化設備當中都有一個共同點那就是固定的參數，每一個零部件的固定參數都是不變的。在判斷零部件的損害程度時，主要是根據設備在運行過程中的相關數據以及振動頻率來進行的。該技術之所以能夠被廣泛使用，主要是由于其具有較高的準確率以及便于操作的特點。

5.4 設備油液磨損需要準確識別

在對故障進行診斷的時候，可以通過設備油液的磨損程度來對其進行識別，發(fā)生油液磨損的位置主要通過油液對設備的運行影響、機械設備自身的物理狀態(tài)和油液具體成分來判斷和確定。

5.5 診斷故障的專家系統(tǒng)

專家系統(tǒng)的幾個基礎組成部分是用戶界面系統(tǒng)、檢測故障數據庫系統(tǒng)、分析故障推理系統(tǒng)等，在應用專家系統(tǒng)的基礎上，能夠更加深入地推動機電一體化設備故障診斷技術水平的提升。診斷故障的專家系統(tǒng)以應用與推廣信息技術作為基礎，且基于信息智能的一種新型的機電一體化設備故障診斷系統(tǒng)，應用這種系統(tǒng)能夠大大地提高故障診斷的效率以及準確性，從而使物力、人力的支出減少，屬于當今比較先進的一種故障診斷技術。

6 優(yōu)化與完善機電一體化設備故障診斷技術的措施

6.1 提高機電一體化設備故障診斷技術的準確率

設備故障診斷的準確性和有效性可以在一定程度上縮短維修時間，具有一定的節(jié)約成本的優(yōu)勢。所以，在診斷機電一體化設備的時候，必須要將其準確性進行提高，通過相應的對策來提高機電設備的故障診斷率。但是，具體的診斷機電設備故障的時候，其結果的準確性受故障特點的影響，其過程較為復雜化，還涉及有機電安裝、制造技術以及機電維護等方面，這些方面在出現的時候或許是間接的或許是連續(xù)的。如此就對檢測儀器提高了要求，需要盡可能的確保診斷結果的準確性。

6.2 創(chuàng)建和完善故障診斷理論系統(tǒng)

在現階段對機電一體化設備故障診斷技術的分析在理論以及清晰度方面還需不斷完善，所以，對于故障診斷系統(tǒng)一定要進行完善，對其診斷方法進行全面的歸納，從而不斷完善故障診斷系統(tǒng)，從而可以對所產生的故障進行解決。

6.3 關注故障的漸變過程

以前在對故障診斷的時候通常是根據以往的知識和工作經驗來進行的，但是在具體的機電設備故障診斷的過程中通常會出現心有余而力不足的情況，特別是每一個設備當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，會產生錯誤的診斷結果，尤其是在故障剛剛產生的時候，由于不太明顯，通常診斷起來較為困難。所以，在對故障進行診斷的過程中對故障的漸變過程一定要明確，對每一種狀態(tài)都要進行統(tǒng)計和分析，對于不是十分明顯的故障進行診斷時所采用的方法進行探究。

7 結語

利用機電一體化設備故障診斷技術進行分析，對于機械是否有故障產生進行預判，對于產生故障的原因及其具體位置能夠及時找出，在節(jié)約維修成本的同時還在一定程度上提高了生產效率及產品質量。