机电一体化设备故障特点及检修

谭志宏

（广东鹰视能效科技有限公司）

1 引言

随着科学技术的快速发展，机电一体化技术结构也逐渐完善，在技术结构控制和故障诊断技术运用方面取得了十分明显的优势。由于机电一体化和一般机械设备不同，所以机电一体化设备的故障特点也有着不同性。利用故障诊断技术可以对设备故障展开集中的清查，进而降低安全事故的发生，某一程度上避免安全隐患。

2 机电一体化设备的故障诊断技术

2.1 机电一体化设备的故障特点

机电一体化设备使用的零部件数量非常多，而且技术含量也相对较高，统计显示，机电一体化设备发生故障的概率是通常机械设备的八倍。面对故障如此高发且复杂的设备，仅仅靠人工检查分析是不够的，所以需要探索一种专门的故障诊断技术，机电一体化设备的技术组成主要如图1所示。

图1 机电一体化设备的技术组成

机电一体化设备的故障特点有下面几点：

（1）自诊断功能较弱，只可以诊断出一些比较简单的故障；

（2）机械零件很多，比较容易磨损；

（3）有关经验技术人员愈来愈少；

（4）报警体现不明确，有些故障显示报警，有些故障没有显示报警。

2.2 机电一体化设备的故障诊断技术

故障诊断技术其实就是一种检测技术，即查看系统的运行状态并对异常情况进行判断，按照诊断为系统故障的恢复提供根据。对设备展开故障诊断重点有三个目的：①为了体现设备的最大效益；②为了保证设备的正常可靠运行；③为了可以及时诊断出将要发生或已发生的故障，从而降低维修时间，提升维修质量。故障诊断重点有四个任务：①故障检测，就是对使用中的系统或设备定期的传送检测信号，根据分析接收到的响应数据判断系统或设备有没有发生故障。②故障类型判断，就是在检出故障之后，分析故障原因并且判断出系统故障是哪一类型。③故障定位，就是在前两个任务的前提下，细化故障类别，判断出故障发生的具体原因和部位。④故障恢复，就是依据第三个任务，进行不同的措施，对系统故障实行恢复。故障诊断通常是根据检测设备的信号来判断设备的运行情况。设备诊断过程如图2所示。

图2 设备诊断过程

由图2能够看出，在对设备的故障展开诊断的时候，首先需要对诊断对象的原始特征信号展开测试，以取得诊断信号；然后从这些诊断信号之中获得征兆，就是从信号中分离出可以体现特征故障位置和种类的信号；之后再按照模式识别理论处理征兆，展开状态识别。倘若是无故障状态，则可以采用时序模型、滤波等方法展开深入分析，预测即将发生的故障；倘若状态是某一种故障，则可以运用信号分析、模式识别等方法分析故障的产生原因、位置及其类型，然后在这一基础上制定对策，以实现诊断目的，保证设备的正常运行。

故障诊断主要有以下两种测试方式：①故障测试，主要在故障发生之前，这个时候诊断对象处在运行状态，根据预测并及时发现故障的原因而对诊断对象展开的在线测试；②诊断测试，主要是在故障发生之后，这个时候诊断对象处在非运行状态，根据确定故障位置和种类而对诊断对象展开的试验性测试。

3 机电一体化设备故障检测原则

因为机电一体化设备具备的独特特点，因此我们对设备故障的分析应该要转变思维方式。应当要对机电一体化设备作透彻的了解分析，了解各个功能模块框图，依据每个构成部分的功能、工作环境和组合形式，分析故障影响程度和可能的形式，必要的时候可以作故障树分析，按照故障发生的现象，层层分析，把故障形式的逻辑关系以及可靠性相关的因素找出，了解产生故障的根源和实质。机电一体化设备的故障分析诊断法主要有故障树分析法、声检测诊断法、温度检测诊断法、白诊断法（故障指示灯、故障代码、报警等）、压力检测诊断法、振动检测诊断法、时域模型分析法和噪金相检测诊断法等。

在诊断的时候，应当要注意下面几点：①先机后电，因为机械结构的直观性，能够用肉眼看到显著故障现象，如变形、卡死、断裂以及打滑等，因此先从机械部分着手，对机械部分故障进行检查。通常来说，因为机械的工作特点，其是驱动元件及执行元件，更容易出现磨损引起变形而发生失效的现象；②先外后内，由执行元件到控制元件最后到驱动元件依次检查，把故障源头找到；③先主干后枝叶，首先分析主要部件，然后分析次要部件，特别重点分析接口部件和结合部零件。

4 数控数字伺服系统故障检修案例

4.1 故障设备

美国cs数控，使用FANUC的数控系统控制。

4.2 故障现象

设备随机性报警停车，显示屏上显示信息为401SEVO(VRDY OFF)414 SEVO AARM XDECT ERR 424 ALARM SEVO Z DETECT SEVO ERR 434 ALARM 3轴ERR面板上HC报警灯发亮报警。

4.3 故障检查与分析

分析401号报警的问题可能是伺服控制单元上的电磁接触器断开，伺服控制单元没有加上电源，伺服控制板或主控制板的接触不良。434#；414#；424#报警是z轴的伺服系统应该有故障，则z轴的输入电压不够，造成伺服电动机无法运转。而HC报警的故障现象是伺服板上有电流穿过放大器。通过检测MCC的线圈、浪涌吸收器，连接导线等元件均没有发现问题。经过进一步检测，才发现热保护动作的问题。

4.4 故障处理

通过调整MCC热保护开关，使其完全复位，故障排除。

5 设备失控故障案例

5.1 故障设备

德国产PNE 710数控设备，使用SINUMERIK 5T控制系统。

5.2 故障现象

加工的过程中，设备突然出现拖板高速运动，发生撞卡盘以及刀架的严重问题，由开始的几个月一次，发展到每周几次，出现故障时必须按急停按钮停止，对安全生产影响很大。

5.3 故障检查与分析

设备已经过长时间自动运行使用老旧，经过分析故障不是出程序和工人操作。经过分析，x坐标运动指令，是由A板输出接到机床侧驱动板的8#5#接线端子，可以测量到这一点的电压是否正常，便可知道故障所在。但故障是随机的，测量很困难。对故障的现象进行分析，可能机床侧驱动板接触不好引起，设备的局部系统的结构框图如图3所示。

图3 局部系统的结构框图

局部系统的结构框图可知一块为ASU板，一块为CPU，CPU完成驱动的速度调节，信号部分接触不良可能性最大，是引起接触不良的关键。数控柜发出模拟量移动指令的输出线，在驱动板的一侧断开5#、8#线，用绝缘物体在设备通电的情况下，敲击驱动板的插头位置，出现了拖板高速移动的现象，查找到问题的根源就在这里。

5.4 故障处理

修整插头后重新连接，故障问题排除，一直使用到现在没有出现问题。

6 结束语

对机电一体化设备进行综合分析与故障检修的过程之中，技术人员要全面利用针对性的检修方案和有效的检修技术，提高实际效果和检修效率，某一程度上促进机电一体化设备故障诊断的智能化发展，为机电一体化的可持续发展打下坚实基础。

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