嵌入式系统在数控设备故障诊断系统中的实现

文/张志强

在工业生产加工过程中，数控设备发挥着十分重要的功能和作用，极大的 提升了生产效率。数控设备的持续更新与升级，则进一步提高其生产能力和技术水平。为了保障数控设备的安全、稳定运行，需要做好故障诊断工作，能够及时排查其中的风险因素，及时予以处理和改进。在数控设备故障诊断系统的设计中，需要将嵌入式系统应用进来，将其融合到数控设备当中，便于故障诊断工作的顺利开展，提高其实用性和智能化。

1 数控设备故障诊断的基本要求

1.1 全面诊断

数控设备的故障诊断，需要对数控设备工作运行中的常见故障进行了解，分析其发生原因，并考虑到多方面的影响因素。数控设备有着十分复杂的结构，并由多个零部件支持其工作运行，并涉及到多个工序、步骤，任何一个环节出现问题，均可能形成故障问题。数控设备的故障发生原因多样复杂，主要分为关联性故障（设计缺陷、结构缺陷和性能缺陷）和非关联性故障，发生于硬件（机床本体、电子元器件、换刀系统等）、软件（程序编制、参数设置、机床操作等），或是受到干扰（环境因素、系统工艺、电源地线配制等）。因此，数控设备故障诊断工作需要更加全面，并应用广泛的诊断知识。针对不同类型的故障问题，均可以快速、准确的判断其原因，及时、妥善的予以处理，提高故障的防控效果，减少故障问题对于数控设备工作运行的干扰与妨碍，保障设备的安全、稳定运行。

1.2 综合分析

在全面诊断的基础上，还需要对数控设备的工作运行情况进行综合分析。当设备出现异常振动现象时，需要结合其频谱特性进行分析，了解主轴轴承、磨头、轴颈、油膜的问题。在故障诊断的过程中，难以通过内部控制系统进行诊断，而需要利用传感器，于外围进行测量，其测量结果能够将机床内部状态准确反映出来。同时对设备的外观特性进行了解与掌握，做出综合性的分析，明确故障的起因、状态和性质，进而采取针对性的处理办法，有效解决故障问题。

2 基于嵌入式系统的数控设备故障诊断

故障诊断工作的有效开展，其目的是保障数控设备的安全稳定、运行。作为高精度的自动化设备，一旦在重要工序发生故障，会严重干扰整个生产过程，导致生产质量的下降和产量的降低，应避免因故障停机。数控设备故障诊断的工作难度较大，有必要建立完善的数控设备故障诊断系统，为完成高效、精准的诊断工作提供支持。该过程中，嵌入式系统具有十分重要的应用价值。济宁钛浩机械有限公司在数控设备故障诊断工作中，将嵌入式系统应用于数控设备诊断系统中，将用于检测的传感器嵌入重要的元件之上。在外部检测的过程中，可以根据其检测结果，掌握数控设备内部的工作运行情况，其准确性高，同时能够简化了诊断工作的流程，提高其工作效率。

2.1 起动诊断

在数控系统起动诊断中，在接通电源后，能够自动启动内部诊断程序，检查数控设备中关键硬件、软件，确认CPU、存储器、MDI/CRT等设备性能稳定，一旦发现异常情况，说明系统无法正常运行，需要采取相应解决办法，有效处理该问题。在排除故障问题后，系统方可正式投入运行。该过程中，相关工作人员需要根据CRT画面提示的报警信息，掌握其故障发生情况，便于及时采取处理办法。

2.2 在线诊断

利用嵌入式系统，运行其内装程序，自动诊断数控设备，检查伺服单元、伺服电机以及主轴伺服单元的工作运行情况。在自诊断的过程中，以二进制0、1显示代表设备的断开或状态，判断是否存在故障问题。根据接口状态显示情况，了解数控设备和PLC之间的接口信号的现行状态。或是观察内部状态显示情况（复位状态显示、报警器状态显示、存储器状态显示、位置跟随误差显示等），判断其故障发生部位，并根据故障类型，显示不同的报警信息。在数控设备的在线诊断的过程中，可以利用计算机和PLC编程器，进行外部监控，了解内部设备运行的动态信息，在梯形图、功能图中显示出来。利用计算机网络技术，能够实现对数控设备故障的远程监控和诊断，及时发现问题和解决问题，降低故障发生风险，提高数控设备的生产质量。

2.3 脱机测试

数控设备的脱机测试是一种离线诊断方法，在故障诊断的过程中，数控设备系统与机床处于脱离的状态。定位系统故障，缩小其故障范围，从某个功能模块、或电路中发现故障，具体到相应的元器件或芯片，保障其诊断结果的精准度。目前，离线诊断软件已经成为数控设备诊断系统的重要组成部分，相关工作人员可以在CRT/MDI进行操作，从中了解故障问题，便于及时、有效的处理。

2.4 自修复系统

基于嵌入式系统，进行数控设备故障诊断系统的设计，需要在软件设计环节，安装自修复程序。自修复系统的应用，能够在故障诊断的同时，实时进行故障的处理。在故障诊断的过程中，根据CRT上的显示结果，确认具体的故障问题，进而启动自修复程序。应用备用模块，实现故障自动脱机，在修复故障的过程中，数控设备仍然保持正常的工作状态。

3 结论

综上所述，根据数控设备故障安全运行的需求，在诊断系统的设计中，需要根据常见的故障问题和影响因素，以故障诊断的全面性和综合性作为基本要求，将嵌入式系统应用其中，进一步实现自动化和智能化的故障诊断。通过起来动诊断、在线诊断以及脱机测试，更加高效、精准的检出数控设备运行故障。同时应用自修复系统，妥善处理故障问题，提高数控设备的运行安全和生产质量。