机电一体化设备的故障诊断技术研究

许榅增

摘   要：随着信息技术的进步，机电一体化设备在工业生产中的应用更加普遍，该类设备在运行期间，发生故障后及时诊断并维修，成为从业人员的关注重点。该文首先分析了机电一体化设备的结构组成和故障特点，然后介绍了故障诊断技术，最后指出不足之处和应对措施，以供參考。

关键词：机电一体化;设备;结构组成;故障诊断;应对措施

中图分类号：TH165            文献标志码：A

机电一体化是将机械技术、电子技术、信息技术和传感器技术等有机结合，并且应用于实际生产活动。在工业领域，机电一体化设备应用广泛，不仅能提高生产效率，也能降低人力成本。然而在多种因素的干扰下，设备运行期间可能发生故障，必须采用科学的诊断技术进行检修。以下结合个人工作实践，探讨了故障诊断技术在机电一体化设备中的应用。

1 机电一体化设备的结构组成和故障特点

1.1 结构组成

机电一体化设备，主要是由设备层、控制层组成。其中，设备层是将计算机、高层PLC、低层阀门、传感器和拖动设备等连接成一个整体。随着现场总线技术的发展，机电一体化设备会出现多种网络结构，象树形、环形、星形等。控制层是采用I/O网络、统一对等通信网络，对网络进行及时控制。以控制网为例，可对离散、运动、过程、传动等进行控制，不但能多通道传输数据，还具有特殊的控制算法。通过比较有苛求时间的数据、没有苛求时间的数据，从而确定数据传输的优先权，实现数据信息的上传、下载、传输等需求。

1.2 故障特点

机电设备故障具有随机性、瞬间性、离散性，其故障原因多样且复杂。具体到机电一体化设备中，故障特点如下：1）零部件多。从微观来看，机电一体化设备就是多个零件、多种技术的集合体，各个部件之间具有良好的衔接功能，才能满足运行需求。该类设备一旦发生故障，要想快速准确找到故障点的难度大，一是零件故障、元件失效比较常见，二是部分故障问题不明显。2）更新速度快。机电一体化是信息技术发展的产物，设备更新速度快，由于零件升级、旧技术淘汰，也会增加故障诊断和检修难度。如果工作人员自身的技术能力差，没有全面掌握故障诊断知识，也会影响诊断工作的开展。

2 机电一体化设备的故障诊断技术

机电一体化设备的故障诊断，应遵循3个原则：一是了解设备的性能参数，在诊断之前掌握设备的结构特点;二是全面分析机械、人为、环境等因素，通过排除最终确定故障部位和类型;三是按照先外后内的顺序进行检测。以下针对常用的故障诊断技术进行分析。

2.1 故障分类技术

根据故障损坏的零部件以及故障对设备运行的影响，来判断故障的类型，属于破坏性故障、还是非破坏性故障。在实际检修工作中，应用故障分类技术，可以帮助工作人员尽快确定故障范围，优先解决影响设备运行的问题，避免造成不必要的损失和破坏。

2.2 油液磨损识别技术

结合油液的实际成分，分析油液对设备运行的影响和物理变化，来确定磨损的位置和严重程度。该诊断技术具有直观性，因此在实际诊断中应用普遍。以润滑油为例，具有密封防漏、冷却降温、减震缓冲、润滑减磨的作用。一旦润滑油不足，就会加重发动机磨损，导致设备出现异常声响和振动。

2.3 在线/离线诊断技术

离线诊断，指的是定期或不定期地通过巡检的方式，采集设备的运行数据，经计算机软件进行分析，确定有无故障。该诊断技术的优点是精细程度高，缺点是无法处理突发故障。在线诊断是将诊断仪器和设备连接在一起，监测设备的运行状态，可对突发故障进行捕捉、分析，因此灵活性更高。随着在线诊断技术的发展，可对知识、信号进行解析，且不需要建立数学模型，因此应用广泛。

2.4 设备参数检测技术

机电一体化设备的功能参数是确定的，设备发生故障后，部分参数也会相应改变，象电压、电流、功率等。使用专用仪器检测设备的参数，并和正常参数进行比较，即可明确故障范围或具体元件。在维修时，只需更换相同规格、型号的元件，看功能参数恢复正常，维修工作即完成。在实际应用中，该诊断技术不仅方便操作，而且准确性高，因此提倡使用。

2.5 故障诊断专家系统

该系统是由知识库、推理机、数据库、解释程序、知识获取程序组成，具有应用范围广、诊断效率高的特点。目前市面上使用的故障诊断专家系统，分为解释型、预测型、调试型、维修型、规划型、监测型和控制型等，针对故障进行诊断时，多采用树状图进行分析。以异常振动为例，分析原因可能是基频振动（热弯曲、不平衡）、低频振动（支承问题、油膜振荡）、二倍频振动（不对中、轴裂纹）、广谱振动（摩擦、联轴器问题）等，结合设备历史运行数据进行确定。

3 故障诊断技术的不足之处和应对措施

3.1 不足之处

第一，理论不完善。我国故障诊断技术的起步晚，相比于发达国家，其理论基础不完善，因此设备故障的诊断效率低。机电一体化设备在运行期间，没有总结管理经验和解决方案，导致诊断工作滞后于发展速度。此外，对于一些特殊的设备，工作人员只能采用传统的诊断技术，可能造成设备破坏。

第二，诊断准确性低。机电一体化设备发生故障后，工作人员在诊断期间，由于不熟悉功能模块，不了解结构特点，忽视了故障的反应逻辑关系，就会影响诊断的准确性。

第三，诊断信息有误。机电一体化设备是由机械本体、动力单元、控制单元、检测单元组成的，是机、电、气、液的综合。以机械和电气为例，是组成机电一体化设备的基础，在故障诊断中，容易将机械故障诊断为电气故障，因诊断信息有误，继而影响维修工作。

3.2 应对措施

第一，规范安装流程。机电一体化设备安装复杂，规范安装流程是设备稳定运行的前提。单纯以接线为例，首先应该对工作人员进行教育培训，熟练掌握安装技术，树立安全意识;其次健全安全保障制度，发挥出制度的约束作用，设备运行期间，要将消防设备放在旁边;最后对设备安装结果进行检查，参考设计图纸和技术规程，及时消除安全隐患。

第二，落实调试工作。调试是设备运行前的最后检测阶段，要求工作人员检查设备的外部结构、内部性能，看稳定性、经济性是否达标;期间开展现场指导和监督，指出操作中的不当之处，形成完整的记录。编写调试报告时，遵循有理有据的原则，明确编写思路和层次，将能解决的问题、不能解决的问题均列入其中，以便后期查看。

第三，加强运行管理。针对失效元件，应该及时更换，因为元件是设备的基本组成单位，一个或多个元件失效，最终会导致整个设备失效、发生故障。针对电磁干扰，主要采用屏蔽、滤波、接地措施，结合设备的实际运行情况合理选择。

4 结语

综上所述，机电一体化设备在工业生产中应用普遍，和生产效率、经济效益密切相关。分析可知，设备故障具有随机性、瞬间性、离散性的特点，文中以故障分类技术、油液磨损识别技术、在线/离线诊断技术、设备参数检测技术、故障诊断专家系统为例，介绍了故障诊断技术的应用，并指出不足之处和应对措施，希望为实际工作提供经验参考。

参考文献

[1]张力，严卫国.机电一体化设备的故障维修特点及可靠性研究[J].湖北农机化，2018（5）：27.

[2]缪林和.煤矿机电设备技术故障及对策[J].中国设备工程，2018（21）：46-47.

[3]邓九才.故障诊断技术在机电设备维修中的运用[J].军民两用技术与产品，2018（22）：98.

[4]李云平.浅谈机电设备维修中故障诊断技术的应用[J].内燃机与配件，2018（22）：131-132.

[5]董宁，杨晓莺.探究新时期煤矿机电设备故障诊断及维修技术[J].中国化工贸易，2018，10（32）：194.