設備控制系統(tǒng)故障檢測裝置研究

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【摘要】

隨著功能的增強、自動化水平的提高，各類生產(chǎn)設備的結構與工作原理也越來越復雜，給故障檢修工作帶來了挑戰(zhàn)。諸如萬用表、示波器等傳統(tǒng)測量儀器已經(jīng)不足以提供足夠的信息來支撐設備的故障檢測與診斷工作。論文論述了一種新型的檢測裝置的研究與開發(fā)。

【關鍵詞】

控制系統(tǒng);故障檢測;信號隔離;信號采集

1概述

隨著生產(chǎn)設備的更新?lián)Q代與兩化融合,數(shù)字化生產(chǎn)線建設等項目的推進，越來越多先進、高效、高精度的數(shù)控設備不斷投入到生產(chǎn)使用中。隨著功能的增強、自動化水平的提高，設備的結構與工作原理也越來越復雜，給故障設備的檢修工作帶來了極大的挑戰(zhàn)。諸如萬用表、示波器等功能簡單的傳統(tǒng)測量儀器已不足以提供足夠的信息來支撐設備的故障檢測與診斷工作。為此，需要一種新型檢測裝置，通過計算機檢測與數(shù)據(jù)分析技術，對設備的多點電信號同時進行測量，實現(xiàn)設備控制運行狀態(tài)的實時檢測與數(shù)據(jù)分析，確認設備的當前狀態(tài)，給技術人員分析故障原因提供參考，進而及時排除設備故障提供足夠的信息和可靠的依據(jù)。

2研究內(nèi)容

主要研究內(nèi)容包括：設備控制信號采集技術、設備控制系統(tǒng)與檢測裝置的信號隔離技術、計算機自動檢測與分析技術以及檢測裝置的聯(lián)調(diào)與實際應用。

3研究方案

通過研究設備控制系統(tǒng)與檢測裝置的信號隔離技術建立隔離測量電路。完成信號采集，首先要實現(xiàn)被采信號與采集裝置的測量隔離，以屏蔽雜波信號對檢測裝置的干擾，保證檢測精度，確保檢測裝置工作的穩(wěn)定性與安全性。同時，通過信號隔離，保證測量過程對設備控制系統(tǒng)本身的正常工作不造成影響。通過研究設備控制信號采集技術，明確檢測裝置信號采集部分的接口形式與組合結構。由于現(xiàn)代化制造企業(yè)投入生產(chǎn)的數(shù)控設備數(shù)量大，各廠區(qū)分布廣泛，要求應用于設備的故障檢測裝置輕便易于攜帶。同時，由于不同設備控制系統(tǒng)的年代差別、品牌、型號繁多，導致被采集對象千差萬別。這就要求檢測裝置采集部分的接口具有足夠的通用性，并且采用模塊化設計，可以自由組合。根據(jù)現(xiàn)場實際情況,滿足各類設備控制系統(tǒng)的檢測要求。通過研究計算機自動檢測與分析技術，實現(xiàn)被采集信號與計算機之間的實時數(shù)據(jù)傳輸。通過計算機處理，實現(xiàn)被采集信號檢測結果的自動顯示，可以清晰直觀地觀察到設備控制系統(tǒng)各路被檢測信號的特征及變化情況。實現(xiàn)檢測裝置對采集后數(shù)據(jù)的實時檢測，確認信號的幅值、斜率、時序等狀態(tài)信息。結合分析軟件對被采集信號進行綜合分析，得出當前設備控制系統(tǒng)的運行狀態(tài)。排查異常信號，找出故障點，進而排除故障，恢復設備狀態(tài)，保證生產(chǎn)任務的順利完成。在檢測裝置設計、制造完成后，通過研究檢測裝置的聯(lián)調(diào)與實際應用，在現(xiàn)實的設備故障檢修案例中，檢驗裝置的檢測精度和穩(wěn)定性，其各項功能、性能是否滿足實際工作的需求。通過反復試驗，與傳統(tǒng)的設備故障檢修手段形成對比，檢驗裝置的先進程度；通過總結和評價，對檢測裝置進行完善和改進。

4技術途徑

4.1隔離測量電路

當前市場上的隔離產(chǎn)品種類繁多，必須經(jīng)過調(diào)研、篩選、試驗和改進才能確定隔離方法和相應器件，以及合理的使用條件。常用的信號隔離器件主要有電磁信號隔離器和光電信號隔離器。電磁信號隔離就是先將電信號轉化為磁信號，再將磁信號還原成電信號，用磁場完成被測信號和采集信號之間的隔離；光電隔離器件是將電信號轉化成光信號，光信號再還原成電信號，用光完成被測信號和采集信號之間的隔離[1]。無論是電磁隔離器件還是光電隔離器件，都對信號的強度、形式、轉換精度以及使用壽命有相應的要求。課題組先后對帕羅肯公司多型號電磁隔離器和光電隔離器，中泰公司的交、直流信號隔離器，以及天佑恒達公司的PD3058系列隔離/采集一體化模塊進行了信號隔離和信號采集試驗，經(jīng)過高壓（600V）、低壓（2V）、直流、交流等電壓信號的多頻次試驗，經(jīng)過對信號測量精度、器件耐壓試驗和器件適用性等方面的對比，最終選定天佑恒達公司的PD3058系列隔離/采集一體化模塊作為隔離采集器。

4.2信號采集系統(tǒng)

采用便攜式計算機為數(shù)據(jù)采集核心，通過外圍電路與測量系統(tǒng)連接，在測量程序的統(tǒng)一控制下，形成完整的信號采集系統(tǒng)。其裝置組成結構如圖1所示。

4.3數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)

數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)主要以軟件為主，確定信號的時序以及某時刻的信號值。該軟件為課題組自主編寫，其組成主要有：監(jiān)控模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、波形曲線顯示模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊。其中，數(shù)據(jù)采集模塊和波形曲線顯示模塊都有時間坐標，可對信號進行有效的時域分析（見圖2）。

5總結

通過對設備控制系統(tǒng)電壓的信號采集、信號隔離、計算機自動檢測與分析等技術的研究，完成了設備控制系統(tǒng)故障輔助檢測裝置的研發(fā)與試驗工作，實現(xiàn)了對設備多路控制信號的實時檢測與分析。通過試驗，對機加車間TNC42-65車削中心等設備多路控制信號進行了現(xiàn)場采集與檢測，完成了數(shù)據(jù)分析，明確了設備運行狀態(tài)。當人為模擬設備故障時，裝置立即準確檢測到了相應的信號變化，為分析故障原因，確認故障點提供了依據(jù)。本次研究開發(fā)的檢測裝置，為明確設備運行狀態(tài)，分析故障原因提供了大量信息和可靠依據(jù)。改善了在先進復雜數(shù)控設備故障檢修工作中，缺乏專用有效檢測裝置的局面，彌補了傳統(tǒng)故障診斷手段的不足。通過檢測裝置的應用，縮短了設備檢修時間，保障了生產(chǎn)進度，為設備保障體系提供了新的助力，也給未來設備控制系統(tǒng)故障檢測技術的研究打下了基礎。

【參考文獻】

【1】王利群.機械設備中的常見故障及維修辦法研究[J].化工管理,2016(33):40-42.

作者:肖喜龍 馬硯 李金友 單位:首都航天機械公司