【摘要】

随着功能的增强、自动化水平的提高，各类生产设备的结构与工作原理也越来越复杂，给故障检修工作带来了挑战。诸如万用表、示波器等传统测量仪器已经不足以提供足够的信息来支撑设备的故障检测与诊断工作。论文论述了一种新型的检测装置的研究与开发。

【关键词】

控制系统;故障检测;信号隔离;信号采集

1概述

随着生产设备的更新换代与两化融合,数字化生产线建设等项目的推进，越来越多先进、高效、高精度的数控设备不断投入到生产使用中。随着功能的增强、自动化水平的提高，设备的结构与工作原理也越来越复杂，给故障设备的检修工作带来了极大的挑战。诸如万用表、示波器等功能简单的传统测量仪器已不足以提供足够的信息来支撑设备的故障检测与诊断工作。为此，需要一种新型检测装置，通过计算机检测与数据分析技术，对设备的多点电信号同时进行测量，实现设备控制运行状态的实时检测与数据分析，确认设备的当前状态，给技术人员分析故障原因提供参考，进而及时排除设备故障提供足够的信息和可靠的依据。

2研究内容

主要研究内容包括：设备控制信号采集技术、设备控制系统与检测装置的信号隔离技术、计算机自动检测与分析技术以及检测装置的联调与实际应用。

3研究方案

通过研究设备控制系统与检测装置的信号隔离技术建立隔离测量电路。完成信号采集，首先要实现被采信号与采集装置的测量隔离，以屏蔽杂波信号对检测装置的干扰，保证检测精度，确保检测装置工作的稳定性与安全性。同时，通过信号隔离，保证测量过程对设备控制系统本身的正常工作不造成影响。通过研究设备控制信号采集技术，明确检测装置信号采集部分的接口形式与组合结构。由于现代化制造企业投入生产的数控设备数量大，各厂区分布广泛，要求应用于设备的故障检测装置轻便易于携带。同时，由于不同设备控制系统的年代差别、品牌、型号繁多，导致被采集对象千差万别。这就要求检测装置采集部分的接口具有足够的通用性，并且采用模块化设计，可以自由组合。根据现场实际情况,满足各类设备控制系统的检测要求。通过研究计算机自动检测与分析技术，实现被采集信号与计算机之间的实时数据传输。通过计算机处理，实现被采集信号检测结果的自动显示，可以清晰直观地观察到设备控制系统各路被检测信号的特征及变化情况。实现检测装置对采集后数据的实时检测，确认信号的幅值、斜率、时序等状态信息。结合分析软件对被采集信号进行综合分析，得出当前设备控制系统的运行状态。排查异常信号，找出故障点，进而排除故障，恢复设备状态，保证生产任务的顺利完成。在检测装置设计、制造完成后，通过研究检测装置的联调与实际应用，在现实的设备故障检修案例中，检验装置的检测精度和稳定性，其各项功能、性能是否满足实际工作的需求。通过反复试验，与传统的设备故障检修手段形成对比，检验装置的先进程度；通过总结和评价，对检测装置进行完善和改进。

4技术途径

4.1隔离测量电路

当前市场上的隔离产品种类繁多，必须经过调研、筛选、试验和改进才能确定隔离方法和相应器件，以及合理的使用条件。常用的信号隔离器件主要有电磁信号隔离器和光电信号隔离器。电磁信号隔离就是先将电信号转化为磁信号，再将磁信号还原成电信号，用磁场完成被测信号和采集信号之间的隔离；光电隔离器件是将电信号转化成光信号，光信号再还原成电信号，用光完成被测信号和采集信号之间的隔离[1]。无论是电磁隔离器件还是光电隔离器件，都对信号的强度、形式、转换精度以及使用寿命有相应的要求。课题组先后对帕罗肯公司多型号电磁隔离器和光电隔离器，中泰公司的交、直流信号隔离器，以及天佑恒达公司的PD3058系列隔离/采集一体化模块进行了信号隔离和信号采集试验，经过高压（600V）、低压（2V）、直流、交流等电压信号的多频次试验，经过对信号测量精度、器件耐压试验和器件适用性等方面的对比，最终选定天佑恒达公司的PD3058系列隔离/采集一体化模块作为隔离采集器。

4.2信号采集系统

采用便携式计算机为数据采集核心，通过电路与测量系统连接，在测量程序的统一控制下，形成完整的信号采集系统。其装置组成结构如图1所示。

4.3数据分析系统

数据分析系统主要以软件为主，确定信号的时序以及某时刻的信号值。该软件为课题组自主编写，其组成主要有：监控模块、数据采集模块、波形曲线显示模块、数据存储模块。其中，数据采集模块和波形曲线显示模块都有时间坐标，可对信号进行有效的时域分析（见图2）。

5总结

通过对设备控制系统电压的信号采集、信号隔离、计算机自动检测与分析等技术的研究，完成了设备控制系统故障辅助检测装置的研发与试验工作，实现了对设备多路控制信号的实时检测与分析。通过试验，对机加车间TNC42-65车削中心等设备多路控制信号进行了现场采集与检测，完成了数据分析，明确了设备运行状态。当人为模拟设备故障时，装置立即准确检测到了相应的信号变化，为分析故障原因，确认故障点提供了依据。本次研究开发的检测装置，为明确设备运行状态，分析故障原因提供了大量信息和可靠依据。改善了在先进复杂数控设备故障检修工作中，缺乏专用有效检测装置的局面，弥补了传统故障诊断手段的不足。通过检测装置的应用，缩短了设备检修时间，保障了生产进度，为设备保障体系提供了新的助力，也给未来设备控制系统故障检测技术的研究打下了基础。

【参考文献】

【1】王利群.机械设备中的常见故障及维修办法研究[J].化工管理,2016(33):40-42.

作者:肖喜龙 马砚 李金友 单位:首都航天机械公司