機電一體化設備的故障診斷技術研究

許榅增

摘? ?要：隨著信息技術的進步，機電一體化設備在工業(yè)生產中的應用更加普遍，該類設備在運行期間，發(fā)生故障后及時診斷并維修，成為從業(yè)人員的關注重點。該文首先分析了機電一體化設備的結構組成和故障特點，然后介紹了故障診斷技術，最后指出不足之處和應對措施，以供參考。

關鍵詞：機電一體化;設備;結構組成;故障診斷;應對措施

中圖分類號：TH165? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

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合，并且應用于實際生產活動。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構組成和故障特點

1.1 結構組成

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)多種網絡結構，象樹形、環(huán)形、星形等?？刂茖邮遣捎肐/O網絡、統(tǒng)一對等通信網絡，對網絡進行及時控制。以控制網為例，可對離散、運動、過程、傳動等進行控制，不但能多通道傳輸數據，還具有特殊的控制算法。通過比較有苛求時間的數據、沒有苛求時間的數據，從而確定數據傳輸的優(yōu)先權，實現(xiàn)數據信息的上傳、下載、傳輸等需求。

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技術

機電一體化設備的故障診斷，應遵循3個原則：一是了解設備的性能參數，在診斷之前掌握設備的結構特點;二是全面分析機械、人為、環(huán)境等因素，通過排除最終確定故障部位和類型;三是按照先外后內的順序進行檢測。以下針對常用的故障診斷技術進行分析。

2.1 故障分類技術

根據故障損壞的零部件以及故障對設備運行的影響，來判斷故障的類型，屬于破壞性故障、還是非破壞性故障。在實際檢修工作中，應用故障分類技術，可以幫助工作人員盡快確定故障范圍，優(yōu)先解決影響設備運行的問題，避免造成不必要的損失和破壞。

2.2 油液磨損識別技術

結合油液的實際成分，分析油液對設備運行的影響和物理變化，來確定磨損的位置和嚴重程度。該診斷技術具有直觀性，因此在實際診斷中應用普遍。以潤滑油為例，具有密封防漏、冷卻降溫、減震緩沖、潤滑減磨的作用。一旦潤滑油不足，就會加重發(fā)動機磨損，導致設備出現(xiàn)異常聲響和振動。

2.3 在線/離線診斷技術

離線診斷，指的是定期或不定期地通過巡檢的方式，采集設備的運行數據，經計算機軟件進行分析，確定有無故障。該診斷技術的優(yōu)點是精細程度高，缺點是無法處理突發(fā)故障。在線診斷是將診斷儀器和設備連接在一起，監(jiān)測設備的運行狀態(tài)，可對突發(fā)故障進行捕捉、分析，因此靈活性更高。隨著在線診斷技術的發(fā)展，可對知識、信號進行解析，且不需要建立數學模型，因此應用廣泛。

2.4 設備參數檢測技術

機電一體化設備的功能參數是確定的，設備發(fā)生故障后，部分參數也會相應改變，象電壓、電流、功率等。使用專用儀器檢測設備的參數，并和正常參數進行比較，即可明確故障范圍或具體元件。在維修時，只需更換相同規(guī)格、型號的元件，看功能參數恢復正常，維修工作即完成。在實際應用中，該診斷技術不僅方便操作，而且準確性高，因此提倡使用。

2.5 故障診斷專家系統(tǒng)

該系統(tǒng)是由知識庫、推理機、數據庫、解釋程序、知識獲取程序組成，具有應用范圍廣、診斷效率高的特點。目前市面上使用的故障診斷專家系統(tǒng)，分為解釋型、預測型、調試型、維修型、規(guī)劃型、監(jiān)測型和控制型等，針對故障進行診斷時，多采用樹狀圖進行分析。以異常振動為例，分析原因可能是基頻振動（熱彎曲、不平衡）、低頻振動（支承問題、油膜振蕩）、二倍頻振動（不對中、軸裂紋）、廣譜振動（摩擦、聯(lián)軸器問題）等，結合設備歷史運行數據進行確定。

3 故障診斷技術的不足之處和應對措施

3.1 不足之處

第一，理論不完善。我國故障診斷技術的起步晚，相比于發(fā)達國家，其理論基礎不完善，因此設備故障的診斷效率低。機電一體化設備在運行期間，沒有總結管理經驗和解決方案，導致診斷工作滯后于發(fā)展速度。此外，對于一些特殊的設備，工作人員只能采用傳統(tǒng)的診斷技術，可能造成設備破壞。

第二，診斷準確性低。機電一體化設備發(fā)生故障后，工作人員在診斷期間，由于不熟悉功能模塊，不了解結構特點，忽視了故障的反應邏輯關系，就會影響診斷的準確性。

第三，診斷信息有誤。機電一體化設備是由機械本體、動力單元、控制單元、檢測單元組成的，是機、電、氣、液的綜合。以機械和電氣為例，是組成機電一體化設備的基礎，在故障診斷中，容易將機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 應對措施

第一，規(guī)范安裝流程。機電一體化設備安裝復雜，規(guī)范安裝流程是設備穩(wěn)定運行的前提。單純以接線為例，首先應該對工作人員進行教育培訓，熟練掌握安裝技術，樹立安全意識;其次健全安全保障制度，發(fā)揮出制度的約束作用，設備運行期間，要將消防設備放在旁邊;最后對設備安裝結果進行檢查，參考設計圖紙和技術規(guī)程，及時消除安全隱患。

第二，落實調試工作。調試是設備運行前的最后檢測階段，要求工作人員檢查設備的外部結構、內部性能，看穩(wěn)定性、經濟性是否達標;期間開展現(xiàn)場指導和監(jiān)督，指出操作中的不當之處，形成完整的記錄。編寫調試報告時，遵循有理有據的原則，明確編寫思路和層次，將能解決的問題、不能解決的問題均列入其中，以便后期查看。

第三，加強運行管理。針對失效元件，應該及時更換，因為元件是設備的基本組成單位，一個或多個元件失效，最終會導致整個設備失效、發(fā)生故障。針對電磁干擾，主要采用屏蔽、濾波、接地措施，結合設備的實際運行情況合理選擇。

4 結語

綜上所述，機電一體化設備在工業(yè)生產中應用普遍，和生產效率、經濟效益密切相關。分析可知，設備故障具有隨機性、瞬間性、離散性的特點，文中以故障分類技術、油液磨損識別技術、在線/離線診斷技術、設備參數檢測技術、故障診斷專家系統(tǒng)為例，介紹了故障診斷技術的應用，并指出不足之處和應對措施，希望為實際工作提供經驗參考。

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