嵌入式系統在數控設備故障診斷系統中的實現

文/張志強

在工業生產加工過程中，數控設備發揮著十分重要的功能和作用，極大的 提升了生產效率。數控設備的持續更新與升級，則進一步提高其生產能力和技術水平。為了保障數控設備的安全、穩定運行，需要做好故障診斷工作，能夠及時排查其中的風險因素，及時予以處理和改進。在數控設備故障診斷系統的設計中，需要將嵌入式系統應用進來，將其融合到數控設備當中，便于故障診斷工作的順利開展，提高其實用性和智能化。

1 數控設備故障診斷的基本要求

1.1 全面診斷

數控設備的故障診斷，需要對數控設備工作運行中的常見故障進行了解，分析其發生原因，并考慮到多方面的影響因素。數控設備有著十分復雜的結構，并由多個零部件支持其工作運行，并涉及到多個工序、步驟，任何一個環節出現問題，均可能形成故障問題。數控設備的故障發生原因多樣復雜，主要分為關聯性故障（設計缺陷、結構缺陷和性能缺陷）和非關聯性故障，發生于硬件（機床本體、電子元器件、換刀系統等）、軟件（程序編制、參數設置、機床操作等），或是受到干擾（環境因素、系統工藝、電源地線配制等）。因此，數控設備故障診斷工作需要更加全面，并應用廣泛的診斷知識。針對不同類型的故障問題，均可以快速、準確的判斷其原因，及時、妥善的予以處理，提高故障的防控效果，減少故障問題對于數控設備工作運行的干擾與妨礙，保障設備的安全、穩定運行。

1.2 綜合分析

在全面診斷的基礎上，還需要對數控設備的工作運行情況進行綜合分析。當設備出現異常振動現象時，需要結合其頻譜特性進行分析，了解主軸軸承、磨頭、軸頸、油膜的問題。在故障診斷的過程中，難以通過內部控制系統進行診斷，而需要利用傳感器，于外圍進行測量，其測量結果能夠將機床內部狀態準確反映出來。同時對設備的外觀特性進行了解與掌握，做出綜合性的分析，明確故障的起因、狀態和性質，進而采取針對性的處理辦法，有效解決故障問題。

2 基于嵌入式系統的數控設備故障診斷

故障診斷工作的有效開展，其目的是保障數控設備的安全穩定、運行。作為高精度的自動化設備，一旦在重要工序發生故障，會嚴重干擾整個生產過程，導致生產質量的下降和產量的降低，應避免因故障停機。數控設備故障診斷的工作難度較大，有必要建立完善的數控設備故障診斷系統，為完成高效、精準的診斷工作提供支持。該過程中，嵌入式系統具有十分重要的應用價值。濟寧鈦浩機械有限公司在數控設備故障診斷工作中，將嵌入式系統應用于數控設備診斷系統中，將用于檢測的傳感器嵌入重要的元件之上。在外部檢測的過程中，可以根據其檢測結果，掌握數控設備內部的工作運行情況，其準確性高，同時能夠簡化了診斷工作的流程，提高其工作效率。

2.1 起動診斷

在數控系統起動診斷中，在接通電源后，能夠自動啟動內部診斷程序，檢查數控設備中關鍵硬件、軟件，確認CPU、存儲器、MDI/CRT等設備性能穩定，一旦發現異常情況，說明系統無法正常運行，需要采取相應解決辦法，有效處理該問題。在排除故障問題后，系統方可正式投入運行。該過程中，相關工作人員需要根據CRT畫面提示的報警信息，掌握其故障發生情況，便于及時采取處理辦法。

2.2 在線診斷

利用嵌入式系統，運行其內裝程序，自動診斷數控設備，檢查伺服單元、伺服電機以及主軸伺服單元的工作運行情況。在自診斷的過程中，以二進制0、1顯示代表設備的斷開或狀態，判斷是否存在故障問題。根據接口狀態顯示情況，了解數控設備和PLC之間的接口信號的現行狀態。或是觀察內部狀態顯示情況（復位狀態顯示、報警器狀態顯示、存儲器狀態顯示、位置跟隨誤差顯示等），判斷其故障發生部位，并根據故障類型，顯示不同的報警信息。在數控設備的在線診斷的過程中，可以利用計算機和PLC編程器，進行外部監控，了解內部設備運行的動態信息，在梯形圖、功能圖中顯示出來。利用計算機網絡技術，能夠實現對數控設備故障的遠程監控和診斷，及時發現問題和解決問題，降低故障發生風險，提高數控設備的生產質量。

2.3 脫機測試

數控設備的脫機測試是一種離線診斷方法，在故障診斷的過程中，數控設備系統與機床處于脫離的狀態。定位系統故障，縮小其故障范圍，從某個功能模塊、或電路中發現故障，具體到相應的元器件或芯片，保障其診斷結果的精準度。目前，離線診斷軟件已經成為數控設備診斷系統的重要組成部分，相關工作人員可以在CRT/MDI進行操作，從中了解故障問題，便于及時、有效的處理。

2.4 自修復系統

基于嵌入式系統，進行數控設備故障診斷系統的設計，需要在軟件設計環節，安裝自修復程序。自修復系統的應用，能夠在故障診斷的同時，實時進行故障的處理。在故障診斷的過程中，根據CRT上的顯示結果，確認具體的故障問題，進而啟動自修復程序。應用備用模塊，實現故障自動脫機，在修復故障的過程中，數控設備仍然保持正常的工作狀態。

3 結論

綜上所述，根據數控設備故障安全運行的需求，在診斷系統的設計中，需要根據常見的故障問題和影響因素，以故障診斷的全面性和綜合性作為基本要求，將嵌入式系統應用其中，進一步實現自動化和智能化的故障診斷。通過起來動診斷、在線診斷以及脫機測試，更加高效、精準的檢出數控設備運行故障。同時應用自修復系統，妥善處理故障問題，提高數控設備的運行安全和生產質量。