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新和發展，目前的機電一體化設備已經在越來越多的行業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，為后續維修提供依據。

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合，并且應用于實際生產活動。在工業領域，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。隨著現場總線技術的發展，機電一體化設備會出現多種網絡結構，象樹形、環形、星形等。控制層是采用I/O網絡、統一對等通信網絡，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先權，實現數據信息的上傳、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

2.1機電一體化設備故障診斷流程

1）依據機電一體化設備各功能模塊框架設計圖，可對故障發生類型進行分析。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，依據機械結構直觀性特點，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，從執行元件、驅動元件等模塊，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先外后內、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、系統故障診斷等診斷方式，為機電一體化設備常規故障診斷模式。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自診斷程序。即根據機電一體化控制屏幕上顯示信息及系統自診斷規范，進行故障分析排除;工件及機床損壞程度診斷，主要是依據工件或機床故障發生后破壞情況，進行反面推理分析，確定故障源頭;系統故障診斷主要是依據機電一體化設備運行特點。結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構建

依據XX機電一體化設備運行特點，可進行現代化故障診斷系統的構建。1）在一翻蓋式儀器內，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，結合繼電器板數據，設定某一時刻某一點為正27.0V信號。隨后構建以繼電器板為核心的調理電路。同時在A/D輸入端增設穩壓二極管;液體擺診斷主要依據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。以串聯的方式，設置一壓力傳感器。通過壓力傳感器測量結果分析，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）依據機電一體化設備控制系統運行要求，在機電一體化設備故障診斷系統軟件設置階段，可依據系統通用性、可擴展性、數據流思想、人機交互、標準數據庫等原則，進行知識庫、推理模塊、人機交互模塊、綜合數據庫等模塊合理設置[2]。

3. 機電一體化設備故障診斷技術的未來發展

3.1網絡發展方向

在未來機電一體化設備故障診斷技術的創新中，互聯網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節，如果該環節的故障診斷分析進入現場，則容易發生安全事故。雖然有一些遠程故障診斷技術，但如果有互聯網技術輔助，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智能化發展方向

隨著人工智能技術的不斷發展，人工智能專家系統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，依靠人工智能系統也容易出現一些遺漏或誤判問題。需要與故障診斷分析結合，以驗證并逐步升級人工智能系統，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新發展，由于對故障診斷中獲得的各種信息參數有較高的要求，有必要關注各類傳感器進行有效的創新和改進，以確保傳感器能夠更加準確可靠的信息數據。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]。

結論：

簡而言之，雖然目前經濟的快速發展給機電一體化帶來空前的機會，但也面臨非常大的挑戰。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，根據自身生產工作的實際經驗，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提供理論依據。

參考文獻：

[1]張力，嚴衛國.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].軍民兩用技術與產品，2018（22）：98.