自动化物流系统设备故障诊断与健康评估

丁宇轩

（陕西省烟草公司西安市公司，陕西西安 710061）

0 引言

对于自动化物流设备故障的诊断，需要数据采集系统可以准确采集系统关键设备的运行参数，以采集信息的具体内容作为后续故障诊断的核心数据，确保设备运行参数可以按照重要程度执行分级处理，然后将不同级别的系统运行参数按照频率的差别，适当降低数据传输任务量，以确保数据采集的实时性、准确性和有效性，为维持系统稳定性提供可靠保障。以此为基础，还能准确判断物流系统运行的健康状态[1]。

1 自动化物流系统概述

1.1 硬件架构

以烟厂成品物流系统为例，自动化技术涵盖所有生产线，包括链机装置、辊机装置、电机装置、变频器等需要进行准确控制的设备[2]。其中，PLC 作为工业控制器，组网功能强大，适合用于多台设备的同时控制，通过现场总线可以在精度控制方面取得良好应用效果[3]。

自动化物流系统中，Q02U 型PLC CPU 主要负责处理QX40 型输入模块采集的所有信号，并响应触摸屏设备发出的操作指令。其中，输入信号内容主要包括外部启动、复位、停止的操作信号和目标盘与工件库盘上的物料信息[4]。上述信息经过CPU 处理后，能够直接反馈至触摸屏设备的人机交互界面，准确显示该物料的实时状态，同时还可以将信号传输至对应的QD75P1N 型定位模块。由定位模块会发出指令信号，控制MR-J4-20A型伺服放大器，调节伺服电机的实际转速及工作角度，保证自动化物流设备可以准确完成码垛设定的要求任务[5]。数据采集与物流监控系统结构如图1 所示。

图1 数据采集与监控系统结构

以烟草自动化物流系统为例，控制系统属于其主体部分，因此故障诊断系统需要以控制系统为前提，针对生产流程中存在的不足与问题做出有效改进。数据采集系统和设备监控系统需要在完成控制系统监控任务的同时，为后续环节的设备故障诊断工作提供必要的数据支撑作用[6]。其中，物流设备各项系统功能及关键技术如图2 所示。

图2 系统功能及关键技术

1.2 软件流程

物流输送线在控制系统中的主要任务是完成烟箱的运输，同时还需要对运输烟箱的状态做出准确判定，并对其中的不合格产品加以集中处理。物流设备系统的输送线段程序流程如图3 所示。

图3 输送段程序流程

2 设备故障诊断内容与维护技术

2.1 检查电源、气源及液压源

电源检测主要包括每台物流设备供电电源以及车间动力电源；气源检测主要包括设备气动装置需要使用到的所有气压源；液压源检测主要包括应用过程中的液压泵设备工作状态。

根据以往经验，比较常见的故障中有50%左右集中在电源、气源和液压源部分[7]。常见故障包括：系统供电故障，整个车间出现供电问题；电源负载能力过低、设备保险装置烧毁、电源插头接触不良等；气泵装置或液压泵设备未正确开启、气动三联件或二联件未正确开启；液压系统内的泄荷阀或其他压力阀未正确开启。上述问题均会造成物流设备出现系统故障。

2.2 检查传感器位置

在系统运行过程中，部分传感器可能发生位置偏移的情况，进而引发到位故障、传感器运行故障或者灵敏度降低故障等。因此，需要经常检查系设备传感器的实际位置及作业灵敏度，在出现偏差的第一时间及时进行调节。如果传感器损坏，则需要立即更换新的传感器。

2.3 检查继电器、流量控制阀、压力控制阀

物流设备中的继电器和磁感应式传感器具有相似的特性，在经过较长时间的使用后，容易发生搭铁粘连的问题，导致电气回路无法维持正常工作状态，需要及时更换。对于气动及液压类部件，节流阀的开口度以及压力阀的压力需要安装调节弹簧，弹簧装置会受到设备振动影响而出现松动或滑动问题，检查过程中需要特别注意[8]。

2.4 变频器维护

变频器未处于工作状态时，设备制动手柄一直处于紧闸位，继电器闭合。当主令手柄归位至零位点后，控制系统与安全回路连接，同时按照任务指令的要求拨至对应的系统紧闸位。控制系统接收到指令后，控制变频器进入运行状态。但是，如果控制系统在上述过程中发生断电或欠电压等问题，则异常状态的继电器都会被统一隔离，系统安全回路随即断开与系统的连接，设备进入紧急制动状态，以保证人员与设备安全。

3 设备监控系统健康评估功能

3.1 监控触摸屏

通过系统触摸屏为F940GOT-SWD-C 型触摸屏，其规格参数如表1 所示。

表1 触摸屏规格参数

F940GOT-SWD-C 型触摸屏与PLC 主机实时通信，操作便捷。此外，该触摸屏配有RS422 数据接口，可以直接与CPU 连接，并可以通过FX-10P 型控制模块对变频器进行功能设置、删除指令、系统监控等操作。

3.2 系统健康运行状态

系统可以对变频器等设备的实时状态进行全面监控，并对运行参数进行合理调节和控制。不仅能够及时反映各项参数，同时还可以供工作人员分析和记录，以便优化完善系统设计。为进一步提升系统作业精度，在系统供料盘处于运行状态一个周期后，对其位置信息进行刷新处理，然后将程序信息传送至物流系统内，确保自动化物流设备能够更加准确地完成后续运动任务。

4 结束语

自动化物流设备在各个领域应用广泛。本文提出一种以PLC 与触摸屏为基础的新型码垛操作系统，提高了码垛操作的灵活性，完善、提升自动化物流设备操作流程，使故障诊断更加智能化、直观化、简便化。该系统操作控制方式具备推广应用价值，可以为其他自动化物流设备与PLC 的配合使用提供参考。