機(jī)電一體化控制系統(tǒng)的可靠性分析

喬鵬偉

摘? ? 要：本文從硬件和軟件故障兩個(gè)方面分析了數(shù)控集成系統(tǒng)的穩(wěn)定性。機(jī)電一體化工程的綜合設(shè)計(jì)可用于避免硬件設(shè)備的故障：邏輯故障原因;工具、軟件故障原因和瞬態(tài)外部干擾故障原因。在綜合考慮系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，對(duì)服務(wù)控制系統(tǒng)的故障原因進(jìn)行了綜合分析。

關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化系統(tǒng);故障

1? 前言

機(jī)電一體化系統(tǒng)是一種自動(dòng)化程度高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的先進(jìn)生產(chǎn)設(shè)備。機(jī)電一體化設(shè)備在生產(chǎn)中往往處于非常重要的地位。它既可以作為加工各種精密復(fù)雜零件的加工機(jī)床，也可以在加工過程中使生產(chǎn)設(shè)備始終處于某一種特定的工作狀態(tài)。如果出現(xiàn)故障，可能會(huì)造成相當(dāng)大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，防止故障的發(fā)生在生產(chǎn)過程中具有重要意義。

2? 控制系統(tǒng)的可靠性描述

所謂控制系統(tǒng)的可靠性，是指產(chǎn)品或系統(tǒng)在規(guī)定的條件下、規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力，它包括以下四項(xiàng)內(nèi)容。

2.1? 規(guī)定的條件

這些條件包括運(yùn)輸條件、存儲(chǔ)條件（例如負(fù)載，溫度，壓力，濕度，輻射，振動(dòng)等）。此外，使用方法、維護(hù)方法和操作員的技能水平對(duì)設(shè)備的可靠性也有很大影響。

2.2? 產(chǎn)品

可靠性研究的目標(biāo)產(chǎn)品可以是一個(gè)零件，一件設(shè)備，也可以是由多個(gè)零件或設(shè)備組成的系統(tǒng)。

2.3? 規(guī)定的功能

產(chǎn)品的可靠性與指定的功能是分不開的。完成規(guī)定功能的功能是持續(xù)保持產(chǎn)品的工作能力，使技術(shù)指標(biāo)達(dá)到規(guī)定值。如果產(chǎn)品不能完成指定的功能，則稱為故障。對(duì)于可修復(fù)的產(chǎn)品，此類故障也稱為故障。各種特定的機(jī)電一體化系統(tǒng)，由于其運(yùn)行狀態(tài)的不同，運(yùn)行條件也不同，對(duì)可靠性的要求也不盡相同。

2.4? 規(guī)定的時(shí)間

可靠性是有時(shí)間限制的。該產(chǎn)品只能在一定時(shí)間內(nèi)達(dá)到目標(biāo)可靠性。指定時(shí)間的長(zhǎng)度不同，產(chǎn)品的可靠性也不同。

3? 控制系統(tǒng)的故障類型

3.1? 硬件邏輯故障

機(jī)電一體化控制系統(tǒng)無論多么復(fù)雜，都可以將其結(jié)構(gòu)劃分為一些基本邏輯單元，這些基本邏輯單元可以歸納為兩類：組合邏輯電路和順序邏輯電路。機(jī)電一體化控制系統(tǒng)的硬件邏輯故障是指系統(tǒng)中一個(gè)或多個(gè)邏輯變量與其設(shè)計(jì)特定值之間的偏差，也就是說，無法給出正常的輸出響應(yīng)。

3.1.1? 永久性故障

不可恢復(fù)故障的原因是很難從故障中完全恢復(fù)，也稱為硬故障。永久性故障的特征是電路對(duì)輸入的信息給出錯(cuò)誤的響應(yīng)，并且其故障癥狀是重復(fù)的。無論是組合邏輯電路還是順序邏輯電路，都可以通過端到端觀察或檢測(cè)故障信號(hào)。

3.1.2? 間發(fā)性故障

間發(fā)性故障是指由定時(shí)偏差、外部電氣噪聲和較小的工作邊界值引起的故障，在偶發(fā)故障后很少再次發(fā)生。由于其隨機(jī)性和偶然性，很難對(duì)其進(jìn)行分析和診斷，因此也稱為軟故障。一種由于元件本身或電路的容限過低（例如時(shí)間要求太嚴(yán)格、抗干擾容限太小、元件的性能不能滿足設(shè)計(jì)要求等）引起的電路不穩(wěn)定，以及邏輯電路傳輸延遲帶來的風(fēng)險(xiǎn)。主要存在于異步時(shí)序電路中。

當(dāng)各種信號(hào)發(fā)生明顯變化時(shí)，由于傳輸時(shí)間的延遲而導(dǎo)致的瞬時(shí)測(cè)量誤差，造成明顯的缺陷，過熱、內(nèi)部或外部電源短路、兩個(gè)或多個(gè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)控制電路彼此相互作用。由于相互作用，導(dǎo)致了瞬態(tài)響應(yīng)或間歇性時(shí)間故障的原因。由于這些故障會(huì)產(chǎn)生明顯的缺陷和其他重要因素，因此難以識(shí)別和正確糾正。

3.1.3? 邊緣性故障

邊緣失效是由于構(gòu)件時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng)而引起的邊值緩慢變化或微小變化引起的失效。一般是由于構(gòu)件的老化或先決條件的明顯變化引起的。因此，沒有相對(duì)固定的基本邏輯值也稱為未確定的邊緣問題或波動(dòng)的故障。

3.2? 軟件故障

軟件故障與硬件故障具有完全不同的特征。通常，機(jī)電一體化控制系統(tǒng)軟件主要包含兩個(gè)主要部分，即系統(tǒng)軟件和應(yīng)用程序軟件，無論是系統(tǒng)軟件還是應(yīng)用程序軟件，本質(zhì)上是一種工具，它將離散輸入集轉(zhuǎn)換為離散輸出集，該離散集由一系列編碼語句組成。

機(jī)電一體化控制系統(tǒng)的系統(tǒng)軟件故障，往往是由設(shè)計(jì)錯(cuò)誤引起的。在軟件設(shè)計(jì)階段，由于對(duì)系統(tǒng)功能認(rèn)識(shí)不足，沒有從算法、定義等方面考慮設(shè)計(jì)目標(biāo)，也沒有考慮模塊之間的連接錯(cuò)誤。一旦這些錯(cuò)誤存在，它們就不會(huì)消失。在某些操作環(huán)境中，可能會(huì)發(fā)生此設(shè)計(jì)錯(cuò)誤。由于軟件故障的固有特性，從一開始就要求進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)。

機(jī)電一體化控制系統(tǒng)的應(yīng)用軟件與控制系統(tǒng)本身的特定任務(wù)和控制對(duì)象密切相關(guān)。應(yīng)用程序軟件和系統(tǒng)軟件之間的區(qū)別在于，系統(tǒng)軟件由系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)人員在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的初始階段完成，而應(yīng)用程序軟件則在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的初始階段完成。系統(tǒng)的一部分由現(xiàn)場(chǎng)程序員根據(jù)特定的控制進(jìn)行控制。任務(wù)是編寫并輸入字段。當(dāng)前有三種輸入這些應(yīng)用程序的方法：

第一種是用帶狀圖片描述光電閱讀器。

第二種是人機(jī)交互操作或手動(dòng)數(shù)據(jù)態(tài)勢(shì)圖片描述。

第三種是由中間計(jì)算機(jī)技術(shù)信號(hào)傳輸或通過通信網(wǎng)絡(luò)重新生成的自動(dòng)化計(jì)算機(jī)編程系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。

應(yīng)用軟件錯(cuò)誤主要指編寫格式、語法或程序結(jié)構(gòu)上的錯(cuò)誤。這些錯(cuò)誤通常是由人為因素引起的，即在編程或輸入過程中引起錯(cuò)誤的人為錯(cuò)誤。

3.3? 干擾故障

常見的干擾影響故障的原因是在點(diǎn)擊各種信號(hào)、數(shù)據(jù)傳輸和連續(xù)輸出的過程中，一些與信號(hào)表示關(guān)系不確定、有害和電氣變化沒有被識(shí)別出來。隨機(jī)產(chǎn)生危險(xiǎn)的機(jī)電變化導(dǎo)致數(shù)據(jù)條件數(shù)據(jù)的傳輸值，并且控制輸出瞬時(shí)變化和增加。整個(gè)系統(tǒng)或部分設(shè)備的計(jì)算錯(cuò)誤、異常情況都可能導(dǎo)致故障。他的表達(dá)形式是隨機(jī)的，存在形式通常是電瞬變脈沖。

例如設(shè)備損壞，或采用傳統(tǒng)方法提高任何內(nèi)容數(shù)控綜合服務(wù)控制軟件系統(tǒng)的可靠性。但是，當(dāng)系統(tǒng)最終將出現(xiàn)故障時(shí)，如何檢測(cè)故障，確定故障原因并準(zhǔn)確定位故障點(diǎn)，這是非常重要的。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，采用故障診斷技術(shù)以確保系統(tǒng)的可靠運(yùn)行非常重要。

4? 結(jié)語

隨著機(jī)電一體化技術(shù)的普及應(yīng)用，其方便性越來越受到大家的正視。系統(tǒng)在生產(chǎn)中往往占有重要地位。突然出現(xiàn)的系統(tǒng)障礙，會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中損失巨大。因此，對(duì)影響電氣一體化施工系統(tǒng)穩(wěn)定性的主要原因進(jìn)行了詳細(xì)的研究和分析。持續(xù)有效的采納也可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，這對(duì)于人們的生活和生產(chǎn)具有重要的價(jià)值。

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