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【摘要】

隨著功能的增強(qiáng)、自動(dòng)化水平的提高，各類生產(chǎn)設(shè)備的結(jié)構(gòu)與工作原理也越來越復(fù)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(shè)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(guān)鍵詞】

控制系統(tǒng);故障檢測;信號(hào)隔離;信號(hào)采集

1概述

隨著生產(chǎn)設(shè)備的更新?lián)Q代與兩化融合,數(shù)字化生產(chǎn)線建設(shè)等項(xiàng)目的推進(jìn)，越來越多先進(jìn)、高效、高精度的數(shù)控設(shè)備不斷投入到生產(chǎn)使用中。隨著功能的增強(qiáng)、自動(dòng)化水平的提高，設(shè)備的結(jié)構(gòu)與工作原理也越來越復(fù)雜，給故障設(shè)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(shè)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(jì)算機(jī)檢測與數(shù)據(jù)分析技術(shù)，對(duì)設(shè)備的多點(diǎn)電信號(hào)同時(shí)進(jìn)行測量，實(shí)現(xiàn)設(shè)備控制運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)檢測與數(shù)據(jù)分析，確認(rèn)設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)，給技術(shù)人員分析故障原因提供參考，進(jìn)而及時(shí)排除設(shè)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(shè)備控制信號(hào)采集技術(shù)、設(shè)備控制系統(tǒng)與檢測裝置的信號(hào)隔離技術(shù)、計(jì)算機(jī)自動(dòng)檢測與分析技術(shù)以及檢測裝置的聯(lián)調(diào)與實(shí)際應(yīng)用。

3研究方案

通過研究設(shè)備控制系統(tǒng)與檢測裝置的信號(hào)隔離技術(shù)建立隔離測量電路。完成信號(hào)采集，首先要實(shí)現(xiàn)被采信號(hào)與采集裝置的測量隔離，以屏蔽雜波信號(hào)對(duì)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(shí)，通過信號(hào)隔離，保證測量過程對(duì)設(shè)備控制系統(tǒng)本身的正常工作不造成影響。通過研究設(shè)備控制信號(hào)采集技術(shù)，明確檢測裝置信號(hào)采集部分的接口形式與組合結(jié)構(gòu)。由于現(xiàn)代化制造企業(yè)投入生產(chǎn)的數(shù)控設(shè)備數(shù)量大，各廠區(qū)分布廣泛，要求應(yīng)用于設(shè)備的故障檢測裝置輕便易于攜帶。同時(shí)，由于不同設(shè)備控制系統(tǒng)的年代差別、品牌、型號(hào)繁多，導(dǎo)致被采集對(duì)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(shè)計(jì)，可以自由組合。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況,滿足各類設(shè)備控制系統(tǒng)的檢測要求。通過研究計(jì)算機(jī)自動(dòng)檢測與分析技術(shù)，實(shí)現(xiàn)被采集信號(hào)與計(jì)算機(jī)之間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸。通過計(jì)算機(jī)處理，實(shí)現(xiàn)被采集信號(hào)檢測結(jié)果的自動(dòng)顯示，可以清晰直觀地觀察到設(shè)備控制系統(tǒng)各路被檢測信號(hào)的特征及變化情況。實(shí)現(xiàn)檢測裝置對(duì)采集后數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)檢測，確認(rèn)信號(hào)的幅值、斜率、時(shí)序等狀態(tài)信息。結(jié)合分析軟件對(duì)被采集信號(hào)進(jìn)行綜合分析，得出當(dāng)前設(shè)備控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。排查異常信號(hào)，找出故障點(diǎn)，進(jìn)而排除故障，恢復(fù)設(shè)備狀態(tài)，保證生產(chǎn)任務(wù)的順利完成。在檢測裝置設(shè)計(jì)、制造完成后，通過研究檢測裝置的聯(lián)調(diào)與實(shí)際應(yīng)用，在現(xiàn)實(shí)的設(shè)備故障檢修案例中，檢驗(yàn)裝置的檢測精度和穩(wěn)定性，其各項(xiàng)功能、性能是否滿足實(shí)際工作的需求。通過反復(fù)試驗(yàn)，與傳統(tǒng)的設(shè)備故障檢修手段形成對(duì)比，檢驗(yàn)裝置的先進(jìn)程度；通過總結(jié)和評(píng)價(jià)，對(duì)檢測裝置進(jìn)行完善和改進(jìn)。

4技術(shù)途徑

4.1隔離測量電路

當(dāng)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(yàn)和改進(jìn)才能確定隔離方法和相應(yīng)器件，以及合理的使用條件。常用的信號(hào)隔離器件主要有電磁信號(hào)隔離器和光電信號(hào)隔離器。電磁信號(hào)隔離就是先將電信號(hào)轉(zhuǎn)化為磁信號(hào)，再將磁信號(hào)還原成電信號(hào)，用磁場完成被測信號(hào)和采集信號(hào)之間的隔離；光電隔離器件是將電信號(hào)轉(zhuǎn)化成光信號(hào)，光信號(hào)再還原成電信號(hào)，用光完成被測信號(hào)和采集信號(hào)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(duì)信號(hào)的強(qiáng)度、形式、轉(zhuǎn)換精度以及使用壽命有相應(yīng)的要求。課題組先后對(duì)帕羅肯公司多型號(hào)電磁隔離器和光電隔離器，中泰公司的交、直流信號(hào)隔離器，以及天佑恒達(dá)公司的PD3058系列隔離/采集一體化模塊進(jìn)行了信號(hào)隔離和信號(hào)采集試驗(yàn)，經(jīng)過高壓（600V）、低壓（2V）、直流、交流等電壓信號(hào)的多頻次試驗(yàn)，經(jīng)過對(duì)信號(hào)測量精度、器件耐壓試驗(yàn)和器件適用性等方面的對(duì)比，最終選定天佑恒達(dá)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(hào)采集系統(tǒng)

采用便攜式計(jì)算機(jī)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(hào)采集系統(tǒng)。其裝置組成結(jié)構(gòu)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(hào)的時(shí)序以及某時(shí)刻的信號(hào)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(chǔ)模塊。其中，數(shù)據(jù)采集模塊和波形曲線顯示模塊都有時(shí)間坐標(biāo)，可對(duì)信號(hào)進(jìn)行有效的時(shí)域分析（見圖2）。

5總結(jié)

通過對(duì)設(shè)備控制系統(tǒng)電壓的信號(hào)采集、信號(hào)隔離、計(jì)算機(jī)自動(dòng)檢測與分析等技術(shù)的研究，完成了設(shè)備控制系統(tǒng)故障輔助檢測裝置的研發(fā)與試驗(yàn)工作，實(shí)現(xiàn)了對(duì)設(shè)備多路控制信號(hào)的實(shí)時(shí)檢測與分析。通過試驗(yàn)，對(duì)機(jī)加車間TNC42-65車削中心等設(shè)備多路控制信號(hào)進(jìn)行了現(xiàn)場采集與檢測，完成了數(shù)據(jù)分析，明確了設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)人為模擬設(shè)備故障時(shí)，裝置立即準(zhǔn)確檢測到了相應(yīng)的信號(hào)變化，為分析故障原因，確認(rèn)故障點(diǎn)提供了依據(jù)。本次研究開發(fā)的檢測裝置，為明確設(shè)備運(yùn)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(jìn)復(fù)雜數(shù)控設(shè)備故障檢修工作中，缺乏專用有效檢測裝置的局面，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)故障診斷手段的不足。通過檢測裝置的應(yīng)用，縮短了設(shè)備檢修時(shí)間，保障了生產(chǎn)進(jìn)度，為設(shè)備保障體系提供了新的助力，也給未來設(shè)備控制系統(tǒng)故障檢測技術(shù)的研究打下了基礎(chǔ)。

【參考文獻(xiàn)】

【1】王利群.機(jī)械設(shè)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(jī)械公司