数控系统故障诊断（共12篇）
数控系统故障诊断 篇1
一、数控系统的构成与特点
数控系统是数字控制系统的简称, 英文名称为 (Numerical Control System) , 根据存储器中存储的控制程序, 执行部分或全部数值控制功能, 并配有接口电路和伺服驱动装置的系统。数控系统一般由输入输出装置、数控装置、主轴单元、伺服单元、驱动装置、可编程控制器PLC及电气控制装置、辅助装置、测量装置构成。
数控系统的主要特点是:可靠性要求高:一旦数控系统发生故障, 即给企业造成较大经济损失;有较高的适应环境要求, 因为数控系统一般为工业控制机, 其工作环境为车间环境, 要求它具有在震动, 高温, 潮湿以及各种工业干扰源的环境条件下工作的能力;接口电路复杂。
中国作为世界上最大的制造业大国, 数控加工行业是欣欣向荣, 数控设备的广泛运用是工业企业提高设备技术水平有效手段, 也是发展的必由之路。而数控设备的数控系统是其核心所在, 它的可靠运行, 直接关系到整个设备运行正常与否。也就是说, 当数控系统故障发生后, 如何迅速诊断的故障出处并解决问题使其恢复正常, 是提高数控高设备使用率的迫切需要。在维修过程中, 对于这样复杂, 综合的系统, 故障的诊断是否遵循一定的规律和方法, 如何在千变万化故障现象当中, 捕捉到症结所在。作为数控机械工程师是必须要面对的问题。
二、故障诊断原则
机床数控系统的故障诊断, 是指在系统基本不拆卸或在运行中, 根据其现行状态和信息, 查明产生故障的部位和原因, 甚至预测其未来的发展趋势, 从而有针对性地采取必要的应对措施。在故障诊断时应掌握以下原则:
1、先外部后内部
数控机床是集机械、液压、电气为一体的机床, 所以故障的发生在这三者里面。维修人员应先外后内逐一进行排查, 比如先检查行程开关、按钮开关、液压气动元件、印刷电路板间的链接部位等, 尽量避免随意启封、拆卸, 避免使机床降低精度和性能。
2、先机械后电气
一般来说, 机械故障较易发觉, 大部分的故障是由机械部件失灵造成的, 而数控系统故障的诊断则难度较大, 在故障检修之前, 首先排除机械性的故障, 往往可达到事半功倍的效果。
3、先静后动
不要盲目动手, 先在机床断电静止的情况下, 通过了解故障发生的过程、观察测试, 分析确认为非破坏性故障后, 方可给机床通电, 在运行状态下, 进行动态的观察、检验和测试、查找故障。而对破坏性故障, 必须先排除危险后, 才可通电诊断。
4、先简单后复杂
当出现多种故障互相交织掩盖, 一时无从下手时, 应先解决容易的问题, 后解决难度较大的问题。简单问题解决后, 难度大的问题也随之变得容易。
5、先公用后专用
先检查比如CNC、PLC、电源、液压等公用部分, 再检查数控系统专用部分。
三、数控系统的常见故障
1、位置环上的故障
这是数控系统发出控制指令, 并与位置检测系统反馈值相比较, 进一步完成控制任务的关键环节。它具有很高的工作频度, 并与外设联接, 所以容易发生故障。根据其不同部位的故障, 分为三种:
1.1位控环报警。可能是测量回路开路;测量系统损坏, 内部单元损坏等;
1.2不发指令就运动。可能是漂移过高, 正反馈, 位控单元故障, 测量元件损坏;
1.3测量元件故障。一般表现为无反馈值, 机床回不了基准点, 高速时漏脉冲产生报警, 可能是光栅或读头脏了;光栅尺坏了。
2、伺服驱动系统的故障
伺服驱动系统直接与电源、机械系统等相关联, 而且在工作中一直处于频繁的启动和运动状态。其主要故障有:
2.1系统损坏。一般由于网络电压波动太大, 或电压冲击造成我国大部分地区电网质量不好, 会给机床带来电压超限, 特别是瞬间超限。如无专门的电压监控仪, 则很难测到, 在查找故障原因时, 要加以注意;还有一些特殊原因造成的损坏。如某厂由于雷击工厂变电站并窜入电网造成多台机床伺服系统损坏;
2.2无控制指令, 而电机高速运转。这种故障的原因是速度环开环或正反馈。因为系统零点漂移, 在正反馈时会迅速累加使电机在高速下运转, 而按标签检查线路后完全正确, 机床技术人员认为不可能接错, 在充分分析与检测后将反馈线反接, 结果机床运转正常。这是系统零点漂移或接地错造成。系统漂移无法抑制了可能造成电机高运转。
2.3加工时工件表面达不到要求, 走圆弧插补轴换向时出现凸台, 或电机低速爬行或振动。这类故障一般是由于伺服系统调整不当, 各轴增益系统不相等或与电机匹配不合引起的, 解决办法是进行最佳化调节;
2.4保险烧断或电机过热, 以至烧坏。这类故障一般是机械负载过大或卡死。
四、数控系统的故障诊断方法
现代数控机床的数控系统都是利用数字化信息技术, 完善加工自动化的生产控制, 其技术之先进, 结构之复杂, 因此, 容易发生故障, 一旦产生故障, 便难以确定问题所在, 但大部分是故障可以根据报警信息进行诊断, 但当数控系统遭到干扰, 引起故障, 其报警信息也很难找到故障。可见, 如何以最快的速度找准故障所在, 是提高数控设备使用率的迫切需要。下面阐述几种切实可行的方法。
1、初步判别法
首先尽量保持现场故障状态, 不做任何处理, 利用观察零部件的工作状态、听声音、摸发热等方法, 进行逐个检查, 如利用视觉可观察内部器件或外部连接的形状上的变化;利用听觉可查寻器件发出的异常声音;利用嗅觉或触觉可查寻过载、高温等现象;等等。根据故障发生时的各种外观表象, 依此做出初步判断故障的可能部位。这是处理数控系统故障首要的切入点, 往往也是最直接, 最行之有效的方法。对于一般情况下简单故障, 通过这种初步判断, 就能很快找到故障症结, 从而快速解决问题。
2、报警处理方法
为了提高系统的可维护性, 在现代数控系统中设置有众多的故障报警指示装置, 一般系统故障报警分为系统硬件报警、操作报警、NC报警、PLC报警等多种类别。当数控系统一旦发生故障, 借助系统的自诊断功能, 可以迅速准确地查明原因并确定故障位置。常用的自诊断方法一般有开机自检、实时自诊断两种。
开机自诊断:数控系统通电后, 设备内部诊断软件会自动对系统中最关键的硬件和控制软件, 如数控装置中的CPU RAM ROM芯片, MDI/CRT/I/O等模块及监控软件、系统软件等逐一进行检测, 并将检测结果在CRT上显示出来, 如检测发现问题, 系统会显示报警信息或发出报警信号。只有当全部开机诊断项目都正常通过后, 系统才能进入正常运行准备状态。开机自诊断通常会在开机一分钟之内完成。有时开机诊断会将故障原因定位到电路板或模块上, 但也经常仅将故障原因定位在某一范围内, 这时维修人员需查找相关维修手册根据提示找到真正故障原因并加以排除。
实时自诊断:是指数控系统正常工作时, 运行内部诊断程序, 对系统本身、PLC、位置伺服单元以及与外部的I/O设备进行自动测试、检查, 并显示有关信息和故障, 这种诊断一般会在系统工作时反复进行。系统还能显示NC内部关键标志寄存器及PLC的操作单元状态, 为故障诊断提供极大方便。
3、无报警或无法报警的故障处理方法
数控系统中都有故障自诊断功能, 一般情况下发生故障时都有报警信息出现, 根据机床所使用的控制系统不同, 提供的报警内容多少不一, 但按说明书中的故障处理方法检查, 大多数的故障都能找到解决方法。数控系统在实际使用中也有些故障既无报警, 现象也不是很明显, 对这种情况, 处理起来就不像有据可查的那样简单了。当系统的PLC无法运行, 系统已停机或系统没有报警但工作不正常时, 需要根据故障发生前后的系统状态信息, 运用已掌握的理论基础, 进行分析, 做出正确的判断。下面阐述这种故障诊断和排除办法。
3.1通电检查法
先用万用表检查各种电源之间有无断路, 如无即可接入相应的电源, 目测有无冒烟、打火等现象, 手摸元器件有无异常发热, 以此可发现一些较为明显的故障, 而缩小检修范围。
3.2仪器测量方法
当系统发生故障后, 采用常规电工检测仪器、工具, 按系统电路图及机床电路图对故障部分的电压、电源、脉冲信号等进行实测判断故障所在。
3.3接口信号检查法:现代数控系统多将PLC集成于其中, 而CNC与PLC之间则以一系列接口信号形式相互通讯联接。有些故障是与接口信号错误或丢失相关的, 通过用可编程序控制器检查机床控制系统的接口信号, 并与接口手册的正确信号相对比, 可查出相应的故障点。
3.4功能程序测试法:这种方法将数控系统中的G、M、S、T、功能的全部指令编成一个测试程序, 穿成纸带或存储到软盘上在进行诊断时运行这个程序, 可快速判定哪个功能出现问题, 这种方法一般在机床出现随机性故障时使用, 也可用于设备闲置时间较长重新投入使用时测试用。
3.5参数调整法:数控系统、PLC及伺服驱动系统都设置许多可修改的参数以适应不同设备、不同工作状态的要求。这些参数不仅能使各电气系统与具体设备相匹配, 而且更是使设备各项功能达到最佳化所必需的。因此, 任何参数的变化甚至丢失都是不允许的, 一旦出现干扰或其它原因会造成参数丢失或混乱, 从而使系统不能正常工作, 这时应根据故障特征, 检查和核对有关参数, 在排除某些故障时, 有时还需对某些参数进行调整。
3.6备件置换法:当故障分析结果集中于某一印制电路板上时, 由于电路集成度的不断扩大而要把故障落实于其上某一区域乃至某一元件是十分困难的, 为了缩短停机时间, 在有相同备件的条件下可以先将备件换上, 并做相应的初始化启动, 使机床迅速投入正常运转, 然后再去检查修复故障板。
3.7原理分析法:根据CNC系统的组成原理, 可从逻辑上分析各点的逻辑电平和特征参数 (如电压值或波形) , 然后用万用表、逻辑笔、示波器或逻辑分析仪进行测量、分析和比较, 从而对故障定位。
4、故障诊断专家系统
在生产现场中, 机床发生故障的几率非常大, 如果发生的故障不能及时解决的话, 会给用户带来一定的经济损失。为了解决这个问题, 故障诊断专家系统便得以在一些数控系统中建立。故障诊断专家系统是一个或一组能在数控领域内, 应用大量的专家知识和推理方法求解复杂问题的一种人工智能计算机程序。该程序可自动模仿专家利用知识解决复杂问题的思维活动, 这就使普通工作人员同样能对故障做出具有专家级水平的诊断结论。现代的故障诊断专家系统是由知识库、推理计算机和人工控制器组成。知识库内存储了专家分析、故障判断和如何消除故障的经验知识。这些知识用于读出数控系统的状态信息, 通过人工控制器, 编程员可用简捷的记述把专家的知识编成程序, 并把程序变成知识库目标形式, 再存储到知识库中。推理机通过运行程序进行推理, 操作者也可通过显示单位, 用简单的人机对话的方式选择故障状态, 必要时回答系统的提问, 以补充为得出结论所需的其它信息。
五、结束语
数控系统故障诊断方法很多, 实际应用时并无严格的界限, 可能用一种方法就能排除故障, 亦可能需要多种方法同时进行, 通过对故障诊断方法的探讨, 其目的是帮助维修人员迅速准确地查明故障原因、确定故障部位。对数控设备的生产调试、使用和维修能够起到一定的指导作用
摘要：本文对机床数控系统的构成与特点进行了分析介绍, 指出了故障诊断的原则, 对常见故障进行了分析, 提出了故障诊断的几种方法。目的是为维修人员在维修前进行故障的诊断提供解决方法。
关键词：数控系统,构成与特点,诊断方法
参考文献
[1]沈兵, 厉承兆.数控系统故障诊断与维修手册.机械工业出版社, 2009, (04) .
[2]李恩林.数控系统插补原理通论.国防工业出版社, 2008, (07) .
[3]辛建光, 潘孟春, 陈棣湘, 蒋巧文.嵌入式Web视频服务器的设计[J].兵工自动化, 2005, (01) .
[4]赵中敏.数控机床交流伺服系统参数调制与故障排除策略[J].机床电器, 2007 (, 06) .
数控系统故障诊断 篇2
捷达轿车行驶系（见图1）分为四大主要部分：车桥、车轮、车架和悬架。其作用是：接受传动系的动力，通过驱动轮与路面的作用产生牵引力，使汽车正常行驶；承受汽车的总重量和地面的反力；缓和不平路面对车身造成的冲击，衰减汽车行驶中的振动，保持行驶的平顺性；与转向系配合，保证汽车操纵稳定性。主要对车轮和悬架这两部分探讨。
图1行驶系的一般组成示意图
1—车架；2—后悬架（钢板弹簧非独立悬架）；3—后桥； 4—后轮；5—前轮；6—前桥；7—前悬架（麦弗逊式独立悬架）
悬架分为独立悬架和非独立悬架，图1中前悬架为独立悬架，后悬架为非独立悬架。常见的独立悬架为麦弗逊式，乘用车前悬架普遍采用此结构。麦弗逊式独立悬架的杆件气活动部位很多，球头销等处磨损松旷后会带来车轮定位角的变化。非独立悬架因其结构简单，工作可靠，被广泛应用于货车的前、后悬架。在少数乘用车中，非独立悬架仅用作后悬架。货车上非独立悬架普遍采用钢板弹簧式；由于货车行驶路面较差，悬架受到的冲击载荷大，加上超乖情况严重，钢板弹簧很容易永久变形甚至断裂，从而引起车轮定位角的变化。
二 行驶系四大系统
2.1悬架系统
捷达轿车采用悬架(前/后): 麦克弗逊式单横臂/纵向拖臂式单纵臂。所谓悬架（见图2）就是车架与车桥之间的一切传力连接装置的总称。悬架包括弹性元件，减振器和传力装置等三部分。这三部分分别起缓冲，减振和力的传递作用。典型的悬架结构由弹性元件、导向机构以及减震器等组成，个别结构则还有缓冲块、横向稳定杆等。弹性元件又有钢板弹簧、空气弹簧、螺旋弹簧以及扭杆弹簧等形式，而现代轿车悬架多采用螺旋弹簧和扭杆弹簧，个别高级轿车则使用空气弹簧。悬架是汽车中的一个重要总成，它把车架与车轮弹性地联系起来，关系到汽车的多种使用性能。从外表上看，轿车悬架仅是由一些杆、筒以及弹簧组成，但千万不要以为它很简单，相反轿车悬架是一个较难达到完美要求的汽车总成，这是因为悬架既要满足汽车的舒适性要求，又要满足其操纵稳定性的要求，而这两方面又是互相对立的。比如，为了取得良好的舒适性，需要大大缓冲汽车的震动，这样弹簧就要设计得软些，但弹簧软了却容易使汽车发生刹车“点头”、加速“抬头”以及左右侧倾严重的不良倾向，不利于汽车的转向，容易导致汽车操纵不稳定等。以下对前悬架及后悬架进行分开探讨。
2.1.1 前悬架的故障原因及排除方法 ①前悬架有噪声
前减振器、转向节、下摆臂(梯形臂)的连接螺栓松动，产生噪声。排除方法是重新紧固各松动螺栓
前减振器漏油严重或前减振器活塞杆与缸筒磨损严重，产生噪声。排除方法是更换前减振器。
下摆臂(梯形臂)的前后橡胶衬套磨损、老化或损坏，产生噪声。排除方法是更换衬套。
螺旋弹簧失效或折断，产生噪声。排除方法是更换螺旋弹簧。②万向节传动轴有噪声
传动轴上的振动缓冲器移位，产生振动噪声。排除方法是将振动缓冲器复位。
传动轴上的支承轴承损坏，产生噪声。排除方法是更换支承轴承。
内等速万向节与变速器上的驱动法兰(或称半轴)的连接螺栓松动(捷达与桑塔纳车)，产生噪声。排除方法是重新紧固。
传动轴变形，产生振动噪声。排除方法是进行校正。
球笼式万向节的球毂、钢球、保持架或外壳体磨损，产生噪声。排除方法是更换球笼式万向节。
三叉式万向节的三叉式万向节与万向节叉轴磨损，产生噪声。排除方法是更换三叉式万向节。③前轮跑偏
两前轮的气压不一致，导致前轮跑偏。排除方法是，将两前轮均充气到正常气压。
两前轮轮胎磨损，使与地面附着力变小，产生跑偏。排除方法是更换轮胎。
左右螺旋弹簧损坏或产生永久变形，使车轮跑偏。排除方法是更换螺旋弹簧。
左右前减振器损坏或变形，使车轮跑偏。排除方法是更换前减振器。
前轮定位角不正确，使车轮跑偏。排除方法是重新检查和调整前轮定位角。横向稳定杆橡胶套损坏或固定螺栓松动，使车轮跑偏。排除方法是更换橡胶套并重新紧固螺栓。④前轮摆动
轮辋的钢圈螺栓松动，使车轮摆动。排除方法是按规定力矩紧固钢圈螺栓。
前悬架的螺栓(母)松动，使车轮摆动。排除除方法是紧固转向节、前减振器及下摆臂(梯形臂)的紧固螺栓(母)。
前轮毂轴承磨损，使间隙变大，造成车轮摆动。排除方法是更换轴承。
车轮轮毂产生偏摆，使车轮摆动。排除方法是更换轮辆。
车轮不平衡，使车轮摆动。排除方法是进行车轮的平衡。
下摆臂(梯形臂)的球头销(球接头)磨损或松动，使车轮摆动。排除方法是更换球头销(球接头)。
转向横拉杆球头销磨损或松动，使车轮摆动。排除方法是更换球头销。
前轮定位角不正确，使车轮摆动。排除方法是校正前轮的前束和外倾角。⑤前轮轮胎磨损异常
前轮气压不正常，造成前轮轮胎异常磨损。排除方法是正确充气，不能过高或过低。
前轮定位角不正确，造成前轮轮胎异常磨损。排除方法是校正前车轮的前束和外倾角。
前轮摆动导致前轮轮胎异常磨损。排除方法是克服前轮摆动的各种故障。
2.1.2 后悬架的故障与排除方法 ①后轮摆动
后车轮轮辋偏摆，造成后轮摆动。排除方法是更换后轮轮辋。
后车轮不平衡，造成后轮摆动。排除方法是进行后车轮的平衡。
后摆臂上短轴变形，造成后轮摆动。排除方法是更换短袖。
后轮毂轴承间隙过大，造成后轮摆动。排除方法是进行调整。
后轮毂轴承损坏，造成后轮摆动。排除方法是更换轴承。
后车轮轮胎气压不正常，使后轮摆动。排除方法是正确充气。
后桥体变形，使后轮摆动。排除方法是更换后桥体。
后减振器失效，使后轮摆动。排除方法是更换后减振器。
纵摆臂与后轴管支架总成间的滚针轴承损坏或磨损，造成后轮摆动。排除方法是更换滚针轴承。②后悬架噪声
后减振器漏油或损坏，造成噪声。排除方法是更换后减振器。
后减振器端缓冲套损坏，造成噪声。排除方法是更换缓冲套。
后毂轴承损坏，造成噪声。排除方法是更换轴承。
后悬架各紧固螺栓(母)松动，造成噪声。排除方法是重新紧固螺栓(母)。
后桥体橡胶支承损坏，造成噪声。排除方法是更换后桥体橡胶支承。
后减振器的螺旋弹簧损坏(捷达与桑塔纳轿车)，造成噪声。排除方法是更换螺旋弹簧。
扭杆与纵摆臂、后轴管支架总成的花键磨损松动，造成噪声。排除方法是更换扭杆。
纵摆臂与后轴管支架之间的滚针轴承损坏，造成噪声。排除方法是更换滚针轴承。
2.2 车架
车架的功用及要求
定义：车架是连接在各车桥之间形似桥梁的一种结构，是整个汽车的安装基础。
功用：安装汽车的各总成和部件，使它们保持正确的相对位置，并承受来自车上和地面的各种静动载荷。
显然来说，车架既然是整个汽车安装的基础，自然会对车架的机构及稳定性有比较高的要求，下面简要叙述车架应该满足的条件也可以说成对车架的要求。车架的结构首先应满足汽车总体的布置要求。车架应具有足够的强度和合适的刚度，以满足承受各种静、动载荷。车架结构简单，质量应尽可能小，便于机件拆装、维修。车架的结构形状尽可能有利于降低汽车质心和获得大的转向角，以提高汽车行驶的稳定性和机动性。这一点对轿车和客车尤为重要。车架的类型与构造汽车车架按结构形式可分为边梁式车架、中梁式车架、综合式车架和无梁式车架。许多轿车公共汽车没有单独的车架，而以车身代替车架，主要部件连接在车身上，这种车身称为承载式车身。这种结构的车身底板用纵梁和横梁进行加固，车身刚度好，质量轻，但制造要求高。
2.3 车 桥
车桥的功用及分类
车桥的功用是传递车架或承载式车身与车轮之间各方向的作用力。
车桥分为转向桥、驱动桥、转向驱动桥和支持桥4种类型。
转向桥能使装在前端的左右车轮偏转一定的角度来实现转向，还能承受垂直载荷和由道路、制动等力产生的纵向力和侧向力，以及这些力所形成的力矩。
车轮
车轮的类型及构造
车轮是外部装轮胎，中心装车轴并承受负荷的旋转部件，由轮毂、轮辋和轮辐组成。车轮主要分为辐板式和辐条式。
车轮的动用：支承汽车及货物总质量；保证车轮和路面的附着性，以提高汽车的牵引性、制动性和通过性；与汽车悬架一同减少汽车行驶中所受到的冲击，并减轻由此而产生的振动，以保证汽车有良好的乘坐舒适性和平顺性。
轮胎的种类大致分为三类。普通斜交轮胎、子午线轮胎和无内胎轮胎。下面着重介绍下无内胎轮胎。
无内胎轮胎就是没有内胎和垫带，充入轮胎的气体直接压入无内胎轮胎中，要求轮胎与轮辋之间有很好的密封性。无内胎轮胎穿孔时压力不会急剧下降，仍然能继续安全行驶。无内胎结构简单、质量较小，其缺点是轮胎爆破失效时，途中修理比较困难。现在几乎有所的轿车均使用无内胎轮胎。
2.4 轮 胎
2.4.1 捷达轿车轮胎
捷达轿车主要采用的是韩泰轮胎和固特异轮胎。两种轮胎各有各的特点，下面简单说下这两种轮胎的特点。韩泰轮胎的优点在与价格较低，花纹较深，相对性价比较高。而固特异轮胎的各项性能比较平均。区别在固特异轮胎稍耐磨，噪音较大。这两种轮胎各有所长，也有各自的不足之处。本人认为固特异轮胎相对好些。车轮与轮胎是汽车行驶系中的重要部件，其功用是：支承整车；缓和由路面传来的冲击力；通过轮胎同路面间存在的附着作用来产生—驱动力和制动力厂汽车转弯行驶时产生平衡离心力的侧抗力，在保证汽车正常转向行驶的同时，通过车轮产生的自动回正力矩，使汽车保持直线行驶方向；承担越障提高通过性的作用等。轮胎常见的分类方式是按照结构划分为斜交线轮胎、子午线轮胎。子午线胎与斜交线胎的根本区别在于胎体。捷达轿车轮胎采用的是子午线轮胎。俗称真空胎或原子胎。斜交线胎的胎体是斜线交叉的帘布层；而子午线胎的胎体是聚合物多层交叉材质，其顶层是数层由钢丝编成的钢带帘布，可减少轮胎被异物刺破的几率。从设计上讲，斜交线轮胎有很多局限性，如由于交叉的帘线强烈摩擦，使胎体易生热，因此加速了胎纹的磨损，且其帘线布局也不能很好地提供优良的操控性和舒适性；而子午线轮胎中的钢丝带则具有较好的柔韧性以适应路面的不规则冲击，又经久耐用，它的帘布结构还意味着在汽车行驶中有比斜交线小得多的摩擦，从而获得了较长的胎纹使用寿命和较好的燃油经济性。同时子午线轮胎本身具有的特点使轮胎无内胎成为可能。无内胎轮胎有一个公认优点，即当轮胎被扎破后，不像有内胎的斜交线轮胎那样爆裂（这是非常危险的），而是使轮胎能在一段时间内保持气压，提高了汽车的行驶安全性。另外，和斜交线轮胎比，子午线轮胎还有更好的抓地性。现代汽车绝大多数采用充气轮胎。充气轮胎按组成结构不同，又分为有内胎轮胎和无内胎轮胎两种。充气轮胎按胎体中帘线排列的方向不同，还可分为普通斜交胎、带束斜交胎和子午线胎。轮胎通常由外胎、内胎、垫带3部分组成。也有不需要内胎的，其胎体内层有气密性好的橡胶层，且需配专用的轮辋。世界各国轮胎的结构，都向无内胎、子午线结构、扁平（轮 胎断面高与宽的比值小）和轻量化的方向发展。外胎由胎面、胎侧、缓冲层（或带束层）、帘布层及胎圈组成。用于承受各种作用力。胎侧是轮胎侧部帘布层外层的胶层，用于保护胎体。帘布层是胎体中由并列挂胶帘子线组成的布层，是轮胎的受力骨架层，用以保证轮胎具有必要的强度及尺寸稳定性。缓冲层（或带束层）为斜交轮胎胎面与胎体之间的胶布层或胶层，用于缓冲外部冲击力，保护胎体，增进胎面与帘布层之间的粘合。胎圈是轮胎安装在轮辋上的部分，由胎圈芯和胎圈包布组成，起固定轮胎作用。轮胎的规格以外胎外径D、胎圈内径或轮辋直径d、断面宽B及扁平比（轮胎断面高H／轮胎断面宽B）等尺寸加以表示，单位一般为英寸（in）（1in＝2.54cm）。汽车轮胎是橡胶与纤维材料及金属材料的复合制品，制造工艺是机械加工和化学反应的综合过程。橡胶与配合剂混炼后经压出制成胎面；帘布经压延、裁断、贴合制成帘布筒或帘布卷；钢丝经合股、包胶后成型为胎圈；然后将所有半成品在成型机上组合成胎坯，在硫化机的金属模型中，经硫化而制成轮胎成品。
轮胎是汽车的重要部件，在汽车轮胎上的标记有10余种，正确识别这些标记对轮胎的选配、使用、保养十分重要，对于保障行车安全和延长轮胎使用寿命具有重要意义。轮胎规格：规格是轮胎几何参数与物理性能的标志数据。轮胎规格常用一组数字表示，前一个数字表示轮胎断面宽度，后一个数字表示轮辋直径，均以英寸为单位。中间的字母或符号有特殊含义：“X”表示高压胎；“R”、“Z”表示子午胎；“一”表示低压胎。层级：层级是指轮胎橡胶层内帘布的公称层数，与实际帘布层数不完全一致，是轮胎强度的重要指标。层级用中文标志，如12层级；用英文标志，如″14P．R″即14层极。帘线材料：有的轮胎单独标示，如“尼龙”（NYLON），一般标在层级之后；世有的轮胎厂家标注在规格之后，用汉语拼音的第一个字母表示，如9.00－20N、7.50－20G等，N表示尼龙、G表示钢丝、M表示棉线、R表示人造丝。负荷及气压：一般标示最大负荷及相应气压，负荷以“公斤”为单位，气压即轮胎胎压，单位为“千帕”。轮辋规格：表示与轮胎相配用的轮辋规格。便于实际使用，如“标准轮辋5.00F”。平衡标志：用彩色橡胶制成标记形状，印在胎侧，表示轮胎此处最轻，组装时应正对气门嘴，以保证整个轮胎的平衡性。滚动方向：轮胎上的花纹对行驶中的排水防滑特别关键，所以花纹不对称的越野车轮胎常用箭头标志装配滚动方向，以保证设计的附着力、防滑等性能。如果装错，则适得其反。磨损极限标志：轮胎一侧用橡胶条、块标示轮胎的磨损极限，一旦轮胎磨损达到这一标志位置应及时更换，否则会因强度不够中途爆胎。生产批号：用一组数字及字母标志，表示轮胎的制造年月及数量。如“05N08B5820”表示2005年8月B组生产的第5820只轮胎。生产批号用于识别轮胎的新旧程度及存放时间。商标：商标是轮胎生产厂家的标志，包括商标文字及图案，一般比较突出和醒目，易于识别。大多与生产企业厂名相连标示。其它标记：如产品等级、生产许可证号及其它附属标志。可作为选用时参考资料和信息。以下是捷达轿车几种车型的轮胎参数。捷达CIX捷达伙伴：前制动器系统类型碟式，后制动器类型 鼓式，前后轮胎规格都为185/60R14，前后轮辋规格都为6JX14。
捷达CIF舒适型，捷达CIF舒适型AT，捷达GIF百万纪念版的轮胎参数与捷达CIX捷达伙伴相同。
捷达GIF豪华型：前制动器系统类型 碟式，后制动器类型 鼓式，前后轮规格都为195/50R15，前后轮辋规格为6JX15。捷达GDF豪华型的轮胎参数与捷达GIF豪华型的相同。
2.4.2 捷达轿车轮胎检修及保养
轮胎常见故障形式包括：磨损、滚动噪音、运转不平顺、车辆跑偏及其它。其中磨损与车辆跑偏较为常见，下面主要对这两方面进行探讨。
3.4.3 磨损：前轮驱动的车辆，其前轮须传递转向力、驱动力、横向力及制力，前轮轮胎的磨损明显快于后轮轮胎，因此可通过前后轮对调的方法来调节。轮胎磨损主要是轮胎与地面间滑动产生的摩擦力造成的。汽车起步、转弯及制动等行驶条件的不断变化，转弯速度过快、起步过急、制动过猛，轮胎的磨损就快。另外，轮胎的磨损还与汽车的行驶速度有关，行驶速度愈快，轮胎磨损愈严重。路面的质量也直接影响到轮胎与地面的摩擦力，路面较差时，轮胎与地面滑动加剧，轮胎的磨损加快。以上情况产生的轮胎磨损，基本上是均匀的，属正常磨损。若轮胎使用不当或前轮定位不准，将产生故障性不正常磨损，常见的不正常磨损有以下几种：
①轮胎的中央部分早期磨损
主要原因是充气量过大。适当提高轮胎的充气量，可以减少轮胎的滚动阻力，节约燃油。但充气量过大时，不但影响轮胎的减振性能，还会使轮胎变形量过大，与地面的接触面积减小，正常磨损只能由胎面中央部分承担，形成早期磨损。如果在窄轮辋上选用宽轮胎，也会造成中央部分早期磨损。②轮胎两边磨损过大
主要原因是充气量不足，或长期超负荷行驶。充气量小或负荷重时，轮胎与地面的接触面大，使轮胎的两边与地面接触参加工作而形成早期磨损。③轮胎的一边磨损量过大
主要原因是前轮定位失准。当前轮的外倾角过大时，轮胎的外边形成早期磨损，外倾角过小或没有时，轮胎的内边形成早期磨损。④轮胎胎面出现锯齿状磨损
主要原因是前轮定位调整不当或前悬挂系统位置失常、球头松旷等，使正常滚动的车轮发生滑动或行驶中车轮定位不断变动而形成轮胎锯齿状磨损。⑤个别轮胎磨损量大
个别车轮的悬挂系统失常、支承件弯曲或个别车轮不平衡都会造成个别轮胎早期磨损。出现这种情况后，应检查磨损严重车轮的定位情况、独立悬挂弹簧和减振器的工作情况，同时应缩短车轮换位周期。⑥轮胎出现斑秃形磨损
在轮胎的个别部位出现斑秃性严重磨损的原因是轮胎平衡性差。当不平衡的车轮高速转动时，个别部位受力大，磨损加快，同时转向不准，操纵性能变差。若在行驶中发现某一个轮胎速度方向有轻微抖动时，就应该对车轮进行平衡，以防出现斑秃形磨损。
滚动噪音：驶路面、轮胎花纹、轮胎振动及花纹块变形都会直接影响滚动噪音的产生。一般来说，宽断面轮胎的滚动噪音较高。尤其当轮胎出现锯齿形磨损时，滚动噪音将急剧加大。这可通过前后轮换位的方法调节。
运转不平顺：①检测车轮的失圆度。②静平衡。③检查轮辋。④车辆长期停驶造成轮胎变形。
车辆跑偏：①轮胎的圆锥形变形②车辆跑偏的校正方法。
ⅰ 前提条件:a.目测检查车桥转向机构、转向横拉杆及后桥等是否损坏；b.检查轮胎压力是否符合规定；c.检查轮胎表面损坏状况，如胎侧穿孔、割伤、鼓包及严重磨损；d.轮胎及轮辋型号及制造厂家是否为一汽许可；e.路试须在无车辙的平直路面上且元强劲侧向风。
ⅱ 校正方法:确定车辆跑偏后可用下述方法校正：.前后轮胎换位路试；b.若仍跑偏，则更换一个前轮轮胎并路试；c.若仍跑偏，则更换另一个前轮轮胎并路试；d.若仍跑偏，则测量前、后桥定位，如定位超差则调整；e.路试直至车辆不跑偏为止
三 行驶系故障诊断
3.1行驶系故障经验诊断
行驶系的常见故障部位主要有：减振器、前轮定位、轮胎动平衡、杆系连接处以及驱动桥的齿轮、轴承等。
行驶系的常见故障主要包括：行驶平顺性不良，车身横向倾斜，轮胎异常磨损，行驶无力和行驶跑偏。3.1.1 行驶平顺性不良
（1）故障现象
汽车行驶时出现振动，加速时出现窜动，驾乘人员感觉很不舒服。（2）故障主要原因及处理方法 造成行驶平顺性不良的原因主要是：
①前稳定杆卡座松旷或橡胶支承损坏，应予更换。②车轮动平衡超标，应予校正。
⑧减振器或缓冲块失效，应予修理或更换。④传动轴动不平衡，应予校正。
⑤钢板弹簧支架衬套磨损松旷，应予更换。⑥车轮轴承松旷或转向横拉杆球头松旷，应予更换。⑦钢板弹簧U形螺栓滑牙或松动，应予更换或紧固。
⑧发动机横梁和下摆臂的固定螺栓或衬套松旷，应予修理或更换。⑨半轴内外万向节磨损松旷，应予更换。⑩轮胎气压过高，磨损不均，应予调整或更换等。（3）故障诊断方法
以桑塔纳乘用车为例，针对不同的行驶平顺性特征，对照图3.65所示行驶平顺性不良常见故障原因的诊断流程，找出故障部位。
图3.65 行驶平顺性不良常见故障原因的诊断流程
3.1.2 车身横向倾斜
（1）故障现象
汽车车身左高右低或左低右高，出现倾斜。（2）故障主要原因及处理方法 造成车身横向倾斜的原因主要是： ①左右轮胎气压不一致，应按规定充气。②左右轮胎规格不一致，应予更换。
③悬架弹簧自由长度或刚度不一致，应予更换。④下摆臂变形，应予校正或更换。
⑤发动机横梁和下摆臂的固定螺栓或衬套松旷，应予修理或更换。⑥减振器或缓冲块损坏，应予更换。⑦发动机横梁变形，应予校正或更换。⑧车身变形，应予整形修理等。（3）故障诊断方法
以桑塔纳乘用车为例，先检查左右轮的气压、规格是否一致，再检查悬架、车身等部位，确定故障位置。具体如图3.66所示车身横向倾斜常见故障原因的诊断流程。
图3.66 车身横向倾斜常见故障原因的诊断流程
3.1.3 行驶无力
（1）故障现象
即使将加速踏板踩到底，汽车驱动力也不足，出现加速不良，爬坡无力等现象。
（2）故障主要原因及处理方法
造成汽车行驶无力的根本原因是发动机无力，传动系传动效率低，车轮受到的阻力过大。
具体原因主要是：
①发动机无力，排除方法见发动机章节。②离合器打滑，排除方法见本章离合器维修。③变速器缺油或润滑油变质，应予添加或更换。④变速器齿轮啮合间隙过小，应予重新选配。
⑤万向传动装置中间支承轴承缺油、锈蚀甚至失效，应予润滑或更换。⑥主减速器、差速器或半轴的传动齿轮（花键）啮合间隙过小，应予调整。⑦驱动桥缺油或润滑油变质，应予添加或更换。
⑧轮胎气压严重不足，应予充气或修补后充气，必要时更换轮胎。⑨车轮制动拖滞，排除方法见本章制动系维修。⑩驻车制动拉索回位不畅，造成后轮制动未完全释放，应予润滑或更换。⑪轮毂轴承过紧，应予调整。
⑫前轮定位不正确，应予调整或更换部件等。（3）故障诊断方法
按照故障原因的可能性从大到小，检查的难易性从易到难的顺序，首先应检查轮胎气压是否严重不足。在排除发动机无力的情况下，检查影响传动系传动效率降低的因素是否存在。最后检查排除车轮受到的阻力过大的因素。
详见图3.68所示汽车行驶无力常见故障原因的诊断流程。
图3.68 汽车行驶无力常见故障原因的诊断流程
3.1.4 行驶跑偏
（1）故障现象
汽车正常行驶，不踩制动时，必须紧握转向盘才能保持直线行驶，若稍有放松便自动跑向—边。
（2）故障主要原因及处理方法
造成汽车行驶跑偏的根本原因是汽车车轮的相对位置不正确，两侧车轮受到的阻力不一致。具体原因主要是：
①两前轮轮胎气压不等，直径不—或汽车装载质量左、右分布不均匀，应予调整或更换。②左、右两前钢板弹簧翘度不等，弹力不一或单边松动、断裂，应予更换。③前梁、车架发生水平面内的弯曲，应予校正。④汽车两边的轴距不等，应予调整。
⑤两前轮轮毂轴承的松紧度不一，应予调整。⑥前轮定位不正确，应予调整或更换部件。⑦车轮有单边制动或拖滞现象，应予检修。⑧转向杆系变形，应予校正或更换。
⑨动力转向系控制阀损坏或密封环弹性减弱，阀芯运动不畅或偏离中间位置，应予调整或更换等。
（3）故障诊断方法
按图3.69所示汽车行驶跑偏常见故障原因的诊断流程找出故障。
图3.69 汽车行驶跑偏常见故障原因的诊断流程
3.2行驶系故障仪器检测
行驶系的常用诊断参数有：车轮静不平衡量（g）、车轮动不平衡量（g）、车轮前束（mm或°）、车轮外倾角（°）、主销后倾角（°）、主销内倾角（°）、车轮侧滑量（m/km）等。
以上参数的数值正确与否，凭人工经验很难判断，必须通过专用仪器进行检测。3.2.1 车轮平衡的检测
如果车轮的质量分布不均匀，旋转起来是不平衡的；车轮不平衡对转向轮摆振的影响比路面不平的影响要大得多。车轮本身不平衡是汽车产生摆振的一个重要原因。
随着道路质量的提高和高速公路的普及，汽车行驶速度越来越高，因此对汽车车轮平衡度的要求也越来越高。车轮高速旋转时，不平衡质量会引起车轮上下跳动和横向摆振，不仅影响汽车的行驶平顺性、乘坐舒适性和操纵稳定性，而且也会影响行车安全。车轮的上下跳动和横向摆振还会加剧轮胎的磨损，缩短汽车使用寿命，增加汽车运输成本。
车轮不平衡的原因主要是：轮辋、轮胎在生产和修理过程中的精度误差、轮胎材料不均匀；轮胎装配不正确，轮胎螺栓质量不一；平衡块脱落；汽车行驶过程中的偏磨损；使用翻新胎或补胎等。
1．车轮静平衡的检测
对于非驱动桥上的车轮：支起车轴，调整好轮毂轴承松紧度，用手轻转车轮，使其自然停转。在停转的车轮离地最近处作—标记，然后重复上述步骤。如果每次试验标记都停在离地最近处，则车轮静不平衡；如果多次转动自然停止后的标记位置各不相同，说明车轮静平衡。
驱动桥上的车轮，由于受到差速器等的制约，无法使用该法，只能在装车前检测。
即使静平衡的车轮，在装车使用时也可能动不平衡；因此，还应对车轮动平衡进行检测校正。
2．使用离车式动平衡机检测校正车轮动平衡 ①清除车轮上的泥块、石子和旧平衡块。②将轮胎气压充至规定值。
③根据轮辋中心孔的大小选择锥体或多孔式连接盘，将车轮装上动平衡机，拧紧固定螺母。
④测量轮辋宽度b、轮辋直径d和轮辋边缘至机箱的距离a，将这三个值输入动平衡机。
⑤放下车轮防护罩，打开电源开关，按动起动按钮，车轮开始旋转，动平衡 15 机开始采集数据。
⑥检测结束后，从指示装置读取车轮不平衡量和不平衡位置。
⑦抬起车轮防护罩，用手慢慢转动车轮，当指示装置发出声音或灯光等信号时停止转动。根据显示的平衡块质量，在轮辋内侧或外侧牢固安装平衡块。
⑧重新检测动平衡，直到指示装置显示不平衡质量＜5g，或显示“00”、“OK”为止。
⑨关闭电源开关，取下被测车轮。3．使用就车式动平衡机检测校正车轮动平衡
车轮动平衡的检测可将车轮安装到离车式车轮动平衡机上检测与校对，但需要把车轮拆下。就车式车轮动平衡机可直接在在用车上使用，非常方便，而且既可进行动平衡检测，又可进行静平衡检测，校正的部件包括车轮、制动鼓（盘）、轮毂轴承等高速旋转体。
1．对被检汽车的要求 ①轮胎气压正常。
②前后轮胎磨损情况基本一致。③悬架完好，无松旷等现象。④转向系调整适当。
⑤汽车前后高度与标准值的差不大于5mm。⑥制动系工作正常。2．检测前的准备
①将汽车开上举升平台，托起四个车轮，把汽车举升0.50m。②托起车身适当部位，把汽车举升至车轮能自由转动。③按上述“对被检汽车的要求”中的步骤进行检查调整。3．检测
①将传感器支架安装到轮毂上，将传感器（定位校正头）安装到支架上，按
图3.70就车式车轮动平衡机示意
图
1—传感磁头；2—转向节；3—不
平衡度表；
4—频闪灯；5—电动机；6—转轮； 7—制动器；8—底座；9—可调支
架
说明书的规定调整好。
②开机进入测试程序，输入被检汽车的车型和生产年份。
③将转向盘处于直线行驶位置，并使每个车轮旋转—周，即将轮辋变形的误差输入了计算机，完成了轮辋变形的补偿。
④降下汽车，使车轮落到平台上，把汽车前部和后部向下压动4～5次，进行压力弹跳。
⑤用刹车锁压下制动踏板，使汽车处于制动状态。
⑥把转向盘左转至计算机发出“OK”声，输入左转角度；然后把转向盘右转至计算机发出“OK”声，输入右转角度。
⑦回正转向盘，计算机屏幕上显示出后轮的前束和外倾角数值。⑧将转向盘处于直线行驶位置，用转向盘锁锁住转向盘，使之不能转动。⑨把安装在四个车轮上的定位校正头调到水平线上，计算机屏幕上显示出转向轮的主销后倾角、主销内倾角、前轮外倾角和前束。
⑩如果数值不正确，可按微机屏幕的显示进行调整，并在调整后按上述方法重新检测。
（三）前轮侧滑量的检测
前轮侧滑量的检测一般在侧滑试验台上进行，其值不得超过5m/km。前轮侧滑量是前轮定位失准的—种表现形式。
（1）影响侧滑量检测结果的因素 ①转向轮外倾与前束匹配不当。
②轮毂轴承间隙过大或左右松紧度不一致。’ ③转向节主销和衬套磨损严重。
④横、直拉杆球头松旷或左右悬架性能有差异。⑤前后轴不平行。
⑥左右轮胎气压不等或花纹不一致。⑦轮胎磨损过大或严重偏磨。⑧轮胎表面有水、油或石子等。⑨汽车通过侧滑试验台的速度过快。
⑩汽车通过侧滑试验台时转向轮与侧滑板不垂直。
17（2）检测前的准备 ①调整轮胎气压至规定值。②清除轮胎表面的水、油或石子等。③检查试验台导线连接情况，仪表复零。
④打开试验台锁止装置，检查侧滑板能否滑动自如和回位（侧滑板回位后，指示装置应指示零点）。
（3）检测
①汽车以3～5km/h的速度垂直平稳地通过侧滑板。②从显示装置上读取侧滑值。③锁止侧滑板，切断试验台电源。（4）注意事项 ①避免试验台超载。
②汽车通过试验台时，不允许转向、制动或将汽车停放在试验台上。③保持试验台及周围环境的清洁，尤其是侧滑板的清洁。
在汽车长时间工作后，行驶系容易出现一些较复杂的故障，其故障发生时有时还伴有异响、噪声、振动；其故障原因有时不仅在行驶系本身，而且还与转向、制动、传动系等有关。因此，在诊断行驶系故障时，应对其相关部位进行基本检查。汽车行驶系的常见故障有：汽车行驶跑偏、前轮摆振、前轮胎磨损不正常和乘坐舒适性不良。1．汽车行驶跑偏(1)现象
汽车行驶时，不能保持直线方向，而自动偏向一边。(2)原因
1)两前轮轮胎气压不等、轮胎直径不等。2)前轮左右轮鼓轴承松紧程度不一致。
3)而后桥两侧的车轮有单边制动或单边拖滞现象。4)两前轮外倾角、主销后倾角、主销内倾角、前束角不等。5)前梁、后桥轴管及车架变形。
6)左右悬架弹簧挠度不等或弹力不一。
参 考 文 献 陈孟湘编著.汽车行驶系统.上海：上海交通大学出版社 2005.2 2 董安等编著.大众车使用保养与维护.北京：北京理工大学出版社 2005.10 3 陈家瑞等.汽车构造.北京:人民交通出版社,2003 4 李慧喜.行驶系统的诊断与检测 中国人民出版社 2005 5 百度文库作家
部分参考
2012-12-19
读书的好处
1、行万里路，读万卷书。
2、书山有路勤为径，学海无涯苦作舟。
3、读书破万卷，下笔如有神。
4、我所学到的任何有价值的知识都是由自学中得来的。——达尔文
5、少壮不努力，老大徒悲伤。
6、黑发不知勤学早，白首方悔读书迟。——颜真卿
7、宝剑锋从磨砺出，梅花香自苦寒来。
8、读书要三到：心到、眼到、口到
9、玉不琢、不成器，人不学、不知义。
10、一日无书，百事荒废。——陈寿
11、书是人类进步的阶梯。
12、一日不读口生，一日不写手生。
13、我扑在书上，就像饥饿的人扑在面包上。——高尔基
14、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游
15、读一本好书，就如同和一个高尚的人在交谈——歌德
16、读一切好书，就是和许多高尚的人谈话。——笛卡儿
17、学习永远不晚。——高尔基
18、少而好学，如日出之阳；壮而好学，如日中之光；志而好学，如炳烛之光。——刘向
19、学而不思则惘，思而不学则殆。——孔子
数控机床故障诊断及处理 篇3
关键词：数控机床；故障诊断；处理
引言
随着我国加工制造业的发展，以微电子技术为基础，以大规模集成电路为标志的数控机床在我国得到了广泛的应用，并给制造业带来了较高的经济效益。数控机床中，大部分的故障都有据可查，而有些故障CNC系统提供的报警信息相对比较含糊甚至根本没有任何征兆，甚至出现故障的周期较长，没有规律，不定期，这些疑难故障给查找分析带来了很多困难。对于这类数控机床故障，需要对具体故障情况做具体检查和分析，逐步缩小故障范围，而且检查时特别需要机械、电气、液压等方面进行综合判断，不然就很难快速、正确地找到故障的真正原因。
1.数控机床故障的类型
数控机床是机电一体化的产物，技术先进、结构复杂。数控机床的故障也是多种多样、各不相同，故障原因一般都比较复杂，这给数控机床的故障诊断和维修带来不少困难。虽然数控机床有很多种，但数控机床发生的类型可分为两类：系统性故障、随机故障。
系统性故障是指只要满足一定的条件，机床或者数控系统就必然出现的故障。例如电网电压过高或者过低，系统就会产生电压过高报警或者过低报警；切削量过大时，就会产生过载报警等。随机故障是指在同样条件下，只偶尔出现一次或者二次的故障。要想人为地再现同样的故障则是不容易的，有时很长时间也很难再遇到一次。这类故障的分析和诊断是比较困难的。一般情况下，这类故障往往与机械结构的松动、错位，数控系统中部分元件工作特性的漂移、机床电气元件可靠性下降有关。
2.数控机床的故障诊断方法
2.1动态梯形图诊断法
通过动态梯形图信号的明暗或颜色的变化来判定故障的具体部位，这种方法对机床厂家编制的报警号的故障诊断特别有效，但要求维修者必须理解并掌握PMC具体控制原理，新型PMC还具有信号跟踪功能和强制功能，可以帮助分析故障出现前后系统输入/输出信号状态的变化情况及信号无效是由系统内部还是由系统外部信号导致的，从而更加完善了这种诊断方法。
2.2自诊断功能法
数控系统的自诊断功能，已成为衡量数控系统性能特性的重要指标，数控系统的自诊断功能随时监视数控系统的工作状态。一旦发生异常情况，立即在CRT上显示报警信息或用二极管指示故障的导致起因，这是维修中最有效的一种方法。通常有硬件报警指示和软件报警指示两种。硬件报警指示：这是指包括数控系统、伺服系统在内的各电子电器装置上的各种状态和故障指示灯，结合指示灯状态和相应的功能说明便可获知指示内容及故障原因与排除方法。软件报警指示：如前所述的系统软件、PLC程序与加工程序中的故障通常都设有报警显示，依据显示的报警号对照相应的诊断说明手册便可获知可能的故障原因及故障排除方法。
2.3仪器检查法
仪器检查法使用常规电工仪表，对各组交、直流电源电压，对相关直流及脉冲信号等进行测量，从中找寻可能的故障。例如用万用表检查各电源情况，及对某些电路板上设置的相关信号状态测量点的测量，用示波器观察相关的脉动信号的幅值、相位甚至有无，用PLC编程器查找PLC程序中的故障部位及原因等。
2.4功能參数封锁法
所谓参数封锁法就是通过修改系统参数来判定故障是系统内部故障还是外部故障。数控机床某些控制功能由系统参数设定，通过参数维修数控机床是一种高效快捷的方法。如某一数控机床进给采用全闭环（位置检测采用光栅尺）控制，加工中出现了位置反馈信号断线报警，故障原因可能是光栅尺本身断线或系统内部检测电路故障。通过重新设定系统控制功能参数（FANUC-0i系统为1815#1设为“0”）及伺服设定参数，使系统由原来的全闭环控制改为半闭环控制（通过参数封锁了光栅尺），数控机床可以正常运行，则故障为光栅尺本身故障。最后仔细检测发现光栅尺内部有油污导致反馈信号不良。
3.数控机床的处理及维护
在现场维修结束后，应认真填写维修记录，列出有关必备的备件清单，建立用户档案。对于故障时间、现象、分析诊断方法、采用排故方法，如果有遗留问题应详尽记录，这样不仅使每次故障都有据可查，而且也可以不断积累维修经验。 对于数控机床来说，合理的日常维护措施可以有效预防和降低数控故障的发生机率。首先，针对每一台机床的具体性能和加工对象制定操作规程，建立工作、故障、维修档案是很重要的。其次，在一般的工作车间的空气都含有油雾、灰尘甚至金属粉末之类的污染物，一旦落在数控系统内的印制或线路电子器件上，就会引起元器之间绝缘电阻下降，甚至导致元器件及印制线路受到损坏。所以除非是需要进行必要的调整及维修，一般情况下不允许随便开启柜门，更不允许在使用过程中敞开柜门。数控机床目前一般都会采用专用稳压电源，这样提高电源负载能力。遇到强干扰时，可以采用接地，利用电容滤波法抑制高频干扰，通过这些预防性措施减少供电开关电源的故障。
4.结束语
总之，对于数控机床的调试和维修，重要的是吃透控制系统的PLC梯形图和系统参数的设置。出现问题后，应首先判断是强点问题还是系统问题，是系统参数问题还是PLC梯形图问题。要善于利用系统自身的报警信息和诊断画面。只要遵从以上原则，一般的数控故障都可以及时排除。
参考文献：
[1]徐玉秀等.复杂机械故障诊断的分形与小波方法.北京：机械工业出版社，2003
[2]石金艳，范芳洪，罗友兰.数控机床中气动系统的故障诊断与维修[J].液压气动与密封.2010（11）
故障诊断系统设计 篇4
日常工作中经常需要处理故障, 专业人士根据故障现象逐步判断分析, 确定故障源, 然后根据故障情况来确诊, 找寻解决办法。以往的诊断依赖个人经验, 经验越丰富的人员诊断的速度越快, 诊断越准确, 新工作人员需要长时间的积累经验才能达到工作要求。
利用故障诊断系统将每次故障的故障现象记录到数据库, 使得具有专业知识的新手能快速熟悉系统, 熟悉并掌握专家掌握的丰富故障知识, 并进行故障诊断分析, 可以通过系统对故障进行统计分析以便预防故障, 同时加速新手技能的熟练进度。
故障诊断的过程实际就是一个模式识别的过程。先看看人员诊断的过程, 首先发现易识别的故障现象, 然后根据自己的经验, 推断可能发生了什么故障, 并进一步确诊故障的原因。从模式识别的角度看, 就是故障现象的匹配过程, 根据已知的故障现象从系统中检索可能的故障, 并根据可能的故障中还未发现的故障现象一一确认、排除, 最终确诊故障。
故障诊断系统的实现方法有很多, 比如专家系统、决策树、人工神经网络、模糊逻辑、遗传算法[1], 专家系统比较成熟, 在诊断系统方面表现突出, 这里采用专家系统来实现故障诊断系统, 以满足基本要求、并快速实现。
1 系统实现方法
专家系统, 将人类专家的经验、知识通过知识库的形式存储, 使用计算机模拟人类专家的思维方式, 使得计算机具有专家的水平解决复杂问题。
专家系统主要是知识库和推理机的设计, 其它还有知识表示、人机交互等, 下面主要说明故障诊断系统的知识库和推理机的设计。
1.1 故障诊断系统的知识库
系统发生故障时, 常常伴有一些现象发生, 如异常声音、某部件异常温度等, 这些能被人直接感知、或通过仪器直接测量, 并且不能再进一步细分的现象, 将其称为故障基本现象, 下文将其简称为故障现象。
这些故障现象及其与故障的关系构成知识库的基本内容, 系统用两个关联的表存储, 一是存储故障信息的表, 二是存储故障现象的表, 故障信息表的主键ID作为故障现象表的外键将两个表关联。
系统中存储的故障现象, 应该描述准确、简单, 一般各用户都可提交故障和故障现象, 然后经过多个专家的评审, 修改故障和故障现象的描述, 然后存入知识库, 确保准确、无歧义。这是系统的基础, 需要经过长时间、大量人员的共同努力才能逐步完善。
1.2 故障诊断系统的推理机
推理机, 实现知识的推理。故障诊断系统的诊断过程是, 将已发现的故障现象和系统记录的每个故障的故障现象进行对比, 按照匹配度从大到小排序, 匹配度越高的越可能是发生的故障。系统的推理为故障现象集合的匹配, 具体过程为:
设:
故障A (i) 的故障现象为集合C (i) ={c (i, 1) , c (i, 2) …c (i, n) } (n>0)
现有故障现象集合T={t (1) , t (2) …t (m) } (m>0)
从现有故障现象分析可能故障的过程等价于从已有故障现象集合C (1) , C (2) …中找到与T最佳匹配的集合。两个集合的差异越小, 匹配度越大。最佳匹配是已发现的故障现象和某个已知故障A (k) 的故障现象集合完全相同。这里的差异包括两个方面:一是T中有C (k) 中没有的, 二是C (k) 中有T中没有的。
用集合的方式表示集合匹配:
先说明一下3个表达式的含义
T-C (k) :T中含有的现象, 并且不在C (k) 中的现象
C (k) –T:C (k) 中含有的现象, 并且不在T中的现象
Count (T) :T集合中现象的个数
最佳匹配就是将匹配结果按照Count (T-C (k) ) 的降序、Count (C (k) -T) 的降序排序, 排序位置越靠前, 匹配度越高。如图1所示, 两个圆圈分别表示T和C (k) , D1、D2是两个不同故障现象子集, S是相同的故障现象子集, D1、D2越小, S越大, 则T和C (k) 匹配度越高。
实际使用时, 可能先发现一部分故障现象, 然后根据系统提示, 确认另外一些故障现象是否发生。复杂情况下, 可能有几种故障同时发生。因此匹配的过程是动态的, 随着已发现故障现象逐渐变化。
2 系统设计
系统采用BS结构, 分为故障现象管理、故障诊断、故障现象统计分析、培训考核、用户管理五个部分。
2.1 故障现象管理
故障基本现象和故障之间关系是系统的知识库, 是故障诊断的基础。有两类人员操作:
一是所有人员可以记录发现的故障和故障基本现象, 如某部件的异常响声、异常温度, 发生故障时的天气、温湿度等各种可能导致故障的因素。
二是经验丰富的专家对系统记录的故障和基本现象进行分析整理, 删除不合适的基本现象, 添加漏掉的基本现象, 修改不准确的描述, 合并重复的故障, 并对各种疑难进行说明。
系统提供方便的操作界面方便各种增加、删除、修改操作, 在初期将专家的经验存储到数据库中, 在运行过程中不断丰富完善。
2.2 故障诊断
操作人员将已发现的故障现象录入系统, 系统通过关键词匹配故障现象, 方便用户进行选择, 以免出现相同故障现象的描述出现偏差。系统根据已录入的故障现象集合进行匹配, 展现匹配度最高的几个故障及其故障现象, 用户查看未出现的故障现象, 并一一确认, 以便精确诊断故障。
2.3 故障现象统计分析
对记录的故障及故障现象进行各种统计分析, 统计各种因素, 如人、时间、地点、天气、温湿度等, 将这些因素和故障现象进行关联分析, 找到现象和各因素可能存在的关系, 然后根据找到的规律调整改进诊断、预防策略。
如:统计故障的时间分布规律, 找到故障多发时间段, 在该时间段增加检测次数。统计各部件的故障规律, 针对各部件定制检测时间, 可以做到预防故障发生。
从系统统计的大量数据中, 运用数据分析技术, 尽可能的分析故障数据的关联关系, 就可以有针对性的进行预防, 如可以制定合适的检测时间周期, 在温度达到边界值时增加检测频率, 在部件运行达到一定时间后进行针对性的检测, 预防故障发生。
2.4 培训考核
采用系统记录的故障现象, 对工作人员进行培训考核, 如网络考试方式[2], 使工作人员尽快熟悉各种故障现象。
为保证公平, 同场考试中, 每人所用试卷的题目应该一样, 同时至少保证相邻位置的试卷不同, 可对答案和顺序通过处理, 使得各试卷不一样。系统中, 试题和答案随机排序, 避免考试答案固定。用户可以通过多次答题, 熟悉各种故障现象。
系统对用户的答题情况进行统计, 分析出错率高的题目, 并且有针对性的出题。统计每个用户擅长诊断的故障, 并在分配工作时进行针对性的安排。
2.5 用户管理
对使用系统的用户进行增删改操作, 并对用户的权限进行增删改操作。系统用户分为两种:普通用户、管理员。普通用户的主要功能有:注册、登录、提交故障数据、查询故障、评价修改故障数据、对故障数据进行统计分析、网络考试、修改个人密码等。管理员的主要功能有:普通用户的功能、管理用户、数据的导入导出、试卷的管理等。
系统需检查每个输入的合法性, 防止非法数据导致的异常, 如登录中非法字符、登录次数限制等。
3 小结
本文分析了故障诊断系统的原理, 描述了系统功能设计。在实际应用中, 系统实现了较好的效果。下一步需要简化故障现象录入工作, 并考虑如何辅助故障的整理归档工作, 以便减轻人员的工作量, 并提高准确性。在特定的系统中, 故障现象之间有稳定的关联关系, 可以通过该关联关系进一步提高匹配的准确度。如果能和传感器网络结合起来, 在特定的点采集相应的信息, 比如温湿度、声音等, 系统将在一定程度上达到自动故障预警的效果。
摘要：文章研究了故障诊断系统的实现方法, 并设计了故障诊断系统。
关键词：故障诊断
参考文献
[1]夏博.选煤厂设备智能故障诊断方法的研究与应用[D].武汉:华中科技大学, 2012.
悍马汽车巡航系统故障诊断与维修 篇5
悍马汽车巡航系统故障诊断与维修
悍马汽车的.巡航系统由动力控制模块(PCM)、巡航控制主开关、恢复/加速开关、设定/减速开关、变矩器锁止离合器/制动开关、制动灯开关、节气门驱动控制模块、车速传感器等组成.在对悍马汽车的巡航系统进行故障诊断时,应首先进行自诊断检测,如果读到故障码,应进行故障码诊断;如果没有读到故障码,但存在故障征兆,应进行故障征兆诊断.
作 者：于京诺 作者单位： 刊 名：汽车维修 英文刊名：AUTOMOBILE MAINTENANCE 年，卷(期)： ”"(1) 分类号：U4 关键词：数控机床故障诊断与维修 篇6
【关键词】数控机床；PLC；CNC系统；故障诊断；故障维修
数控机床的故障有软故障和硬故障之分，所谓软故障，就是故障并不是由硬件损坏引起的，而是由于操作、调整处理不当引起的。所谓硬故障，就是由外部硬件损坏引起的故障，包括检测开关、液压系统、气动系统、电气执行元件及机械装置等故障，这类故障是数控机床常见的故障。要发挥数控设备的高效益，就必须正确的操作和精心的维护，才能保证设备的利用率。正确的操作使用能够防止机床非正常磨损，避免突发故障；做好日常维护保养，可使设备保持良好的技术状态，延缓劣化进程，及时发现和消灭故障隐患，从而保证安全运行。
一、故障的调查与分析
这是检修的第一阶段，主要应作好下列工作：
1.询问调查。仔细询问操作者故障指示情况、故障表象及故障产生的背景情况，依此做出初步判断。
2.现场检查。然后要验证操作者提供的各种情况的准确性、完整性，从而核实初步判断的准确度。
3.故障分析。根据已知的故障状况分析故障类型，从而确定检修原则。由于大多数故障是有指示的，对照机床配套的数控系统诊断手册和使用说明书，可以列出产生该故障的多种可能的原因。
4.确定原因。对多种可能的原因进行排查，从中找出本次故障的真正原因。
5.检修准备。有的故障的排除方法可能很简单，有些故障则往往较复杂，需要做一系列的准备工作，例如工具仪表的准备、局部的拆卸、零部件的修理，元器件的采购甚至检修计划步骤的制定等等。
数控机床电气系统故障的调查、分析与诊断的过程也就是故障的排除过程，一旦查明了原因，故障也就几乎等于排除了。因此故障分析诊断的方法也就变得十分重要了。
二、电气故障的常用诊断方法
1.直观检查法
这是故障分析之初必用的方法，就是利用感官的检查。
（1）询问：向故障现场人员仔细询问故障产生的过程、故障表象及故障后果，并且在整个分析判断过程中可能要多次询问。
（2）目视：总体查看机床各部分工作状态是否处于正常状态，各电控装置有无报警指示，局部查看有无保险烧煅，元器件烧焦、开裂、电线电缆脱落，各操作元件位置正确与否等等。
（3）触摸：在整机断电条件下可以通过触摸各主要电路板的安装状况、各插头座的插接状况、各功率及信号导线（如伺服与电机接触器接线）的联接状况等来发现可能出现故障的原因。
（4）通电：这是指为了检查有无冒烟、打火、有无异常声音、气味以及触摸有无过热电动机和元件存在而通电，一旦发现立即断电分析。
2.仪器检查法
使用常规电工仪表，对各组交、直流电源电压，对相关直流及脉冲信号等进行测量，从中找寻可能的故障。
3.信号与报警指示分析法
（1）硬件报警指示：这是指包括数控系统、伺服系统在内的各电子、电器装置上的各种状态和故障指示灯，结合指示灯状态和相应的功能说明便可获知指示内容及故障原因与排除方法。
（2）软件报警指示：如前所述的系统软件、PLC程序与加工程序中的故障通常都设有报警显示，依据显示的报警号对照相应的诊断说明手册便可获知可能的故障原因及故障排除方法。
三、检修后的总结提高工作
对数控机床电气故障进行维修和分析排除后的总结与提高应引起足够重视。总结提高工作的主要内容包括：
1.详细记录从故障的发生、分析判断到排除全过程中出现的各种问题，采取的各种措施，涉及到的相关电路图、相关参数和相关软件，其间错误分析和检修方法都要一一详细记录。
2.有条件的维修人员应该从较典型的故障排除实践中找出常有普遍意义的内容作为研究课题进行理论性探讨，写出论文，从而达到提高的目的。
3.从检修过程中发现自己欠缺的知识，制定学习计划，力争尽快补课。
四、结束语
对于数控机床的检修，重要的是发现问题，特别是数控机床的外部故障。有时诊断过程比较复杂，但一旦发现问题所在，解决起来就比较简单。对于机床外部故障的诊断应遵从以下两条原则：首先要熟练掌握机床的工作原理和动作顺序；其次，要会利用PLC梯形图，CNC系统的状态显示功能或机外编程器监测PLC的运行状态。一般情况下只要遵从以上原则，小心谨慎，常见的故障都会及时排除。
参考文献
[1]丁景江主编.数控机床电气检修[M].北京：中国劳动社会保障出版社.
[2]夏庆观主编.数控机床故障诊断与维修[M].北京：高等教育出版社.
数控系统故障诊断 篇7
中石油辽阳石化公司从上世纪80年代开始进行设备状态监测与故障诊断技术的应用与探讨, 在设备故障征兆、故障原因与故障处理等方面进行了深入的研究, 建立了比较完善的设备故障数据库, 积累了丰富的设备故障诊断经验。为能更好地提高集团公司对关键机组设备的整体管理水平, 以中国石油天然气股份有限公司化工板块的在线监测系统为平台, 建立了设备维修专家的远程诊断系统, 实施多工种协同服务, 企业和异地专家对设备故障共同进行实时诊断, 使故障得到及时处理, 保证设备正常运行。
远程实时监测诊断中心采用网络拓扑结构, 以中国石油股份公司设备故障诊断中心为主站, 各分公司为分站 (图1) 。远程监测诊断中心由远程中心、分公司数据服务器以及现场数据采集器组成, 包括大型数据服务器阵列、数据存储器和专用软件等, 对各分厂机组运行数据长期存贮和管理, 为总公司管理人员提供机组自动运行统计和各种报表自动生成, 具有各级诊断专家和工程师诊断功能, 为行业专家提供网上共享的工作平台。远程中心结构见图2。
2. 远程诊断实例
例1合成气压缩机组振动故障。
宁夏石化分公司合成气压缩机组103-J/JT (图3) 于2007年7月开车运行, 运行状况良好。2007年9月9日透平两端轴瓦振动同时骤增, 10s后连锁停车。远程中心发现此情况后对远程诊断系统中该机组的振动趋势图、波形频谱图、轴心轨迹图等进行分析, 远程诊断机组振动原因。
图4显示出该机组振值在某个时刻瞬间迅速增长;测量透平两端各测点振动值分别为XI-31V 207.3μm、XI-31H 179.4μm、XI-32V 160.4μm、XI-32H 132.5μm;由图6～图9可以看出, 机组振动以工频占主导;振动轴心轨迹为椭圆形 (图10) 。
通过远程诊断认为, 机组在工艺未做任何调整, 操作正常的情况下, 透平两端轴瓦四个测点的振动同时骤增、连锁停车, 透平两端轴瓦四个测点的振动以工频占主导, 原因是透平转子故障。根据远程诊断中心诊断意见, 对机组进行解体检查后发现, 透平转子第一级叶片有一片断裂, 未对其他叶片造成损伤, 与远程诊断结果相符。
例2二氧化碳压缩机组振动故障
乌鲁木齐石化分公司二氧化碳压缩机组102-J/JT (图5) 于2008年7月停车检修, 更换了高压缸转子, 7月28日开车后高压缸测点xi109的水平方向和垂直方向振动值就超过报警值, 都达到了130μm;测点xi108v振值为77μm, xi108h振值为34μm。xi109v和xi108h振动有增长的趋势, xi109h振值已达到了165μm, xi108h振值增大到49μm (图11) 。从图12～图15中可以看出, 该机组振动以工频占主导, 兼有0.5倍频成分;轴心轨迹为双环椭圆 (图16) 。
通过上述远程诊断认为, 机组在7月28日开车以后, 高压缸测点xi109的水平方向和垂直方向振动值就超过报警值, 并且随着时间的推移, 振动有增高的趋势。从波形频谱图上看, 所有测点的振动以工频占主导, 伴有明显的0.5倍频率成分, 该机组高振动是由于高压缸转子轴系不平衡且轴瓦间隙不良, 导致油膜失稳造成的。建议调整该机组的润滑油温消除油膜失稳, 如有检修机会立即停车对该机组高压缸转子进行动平衡处理, 回装时注意调整轴瓦间隙。停车且按建议进行检修后, 该机组振动故障消除。
3. 结束语
故障诊断知识建模及系统 篇8
关键词：故障诊断,知识管理,自助诊断,本体
0 引言
客户在使用企业所提供的产品或服务的过程中，不可避免地会出现某些故障。经过对电信行业、IT行业和金融行业的客服现状的实地调研，我们将企业客服所遇到的客户提问主要划分为四类:
咨询类问题:对企业提供的产品、服务等进行的咨询性提问。
故障诊断类问题:在使用企业提供的产品、服务等的过程中，碰到故障而进行的，想要客服代表帮助解决故障的提问。
动作类问题:对企业提供的产品、服务等执行某些业务动作要求的提问。
投诉类问题:对企业提供的产品、服务或服务过程中的态度等有意见而进行的投诉。
故障诊断类问题已经成为企业客户最主要的提问之一。有效地进行面向客户故障诊断成为提高企业客户满意度的关键。
为了对故障诊断类问题进行更清晰的描述，我们先给一个具体的故障问题和诊断解决方案示例:
故障问题:使用摄像头时，看不见或看不清其中的图像，或有其他不正常的现象(如图像花、有亮线彩线等)。
故障诊断解决方案:
第1步:设备用户::请您尝试清除摄像头镜头上的灰尘或贴膜，看故障是否排除?“是”故障排除，“否”转第2步。
第2步:设备用户::请您尝试调整被摄像者与摄像头间的距离，以及外部环境的光线，看故障是否排除?“是”故障排除，“否”转第3步。
第3步:设备用户::请您点击上面“驱动下载”，在驱动列表中下载并重新安装摄像头、快捷键、电源管理驱动，以及摄像头管理软件，如果是本机故障，您也可以借助智能驱动下载进行在线更新，看故障是否排除?“是”故障排除，“否”转第4步。
第4步:设备用户::转故障报修系统。
在上述示例中的故障诊断解决方案可以看成是一个完整的任务，由多个子任务(步骤)组成，这些步骤之间有着某些转接关系。如何转接则由用户输入或系统自动判断的历史状态和当前子任务完成效果决定。这种过程性的故障诊断解决方案可以归为一类知识，称为故障诊断解决方案知识，简称诊断方案，在本文中又称解决方案。
1 研究现状
朱大奇等人将基于知识的故障诊断方法分为5大类:专家系统故障诊断方法、模糊故障诊断方法、故障树故障诊断方法、神经网络故障诊断方法和数据融合故障诊断方法[1]。吴文可提出一种基于电气量判据，保护判据和断路器判据，并能够计及这3类判据时序属性的多源信息延时约束加权模糊Petri网故障诊断模型[2]。张岩提出一种融合时序约束网络的模糊Petri网故障诊断模型[3]。熊国江提出了基于径向基函数神经网络的电网模糊元胞故障诊断方法，旨在有效解决神经网络应用于电网故障诊断所面临的适应网络拓扑结构变化的可移植性问题[4]。
Isermann R综合介绍了故障诊断的检测和处理方法[5]。Chen J等人对故障诊断的基本概念和故障诊断的鲁棒性进行了详细描述[6]。Zaytoon J等人对离散事件系统的故障诊断模型进行了综述[7]。Aldrich C等人研究了利用机器学习方法进行无监督的过程监控和故障处理[8]。
现有的故障诊断方面的研究，主要集中在故障诊断算法和如何进行诊断的研究上，故障诊断知识建模的研究较少。本文主要研究了面向客户的故障诊断方案的知识模型和实现，并在实际系统中应该了解该方法，验证了方法的有效性。
2 知识模型
诊断方案具有多个方面的复杂因素:第一，诊断方案是一种特殊的过程性知识，因此对它的建模和管理较为复杂。第二，为了确保方法和系统具有通用性，我们需要从多个方面考虑诊断方案的模型、管理方法。第三，诊断方案需要服务多类用户，不同的用户(如咨询工程师、产品设备用户)所看到的诊断方案有较大的差异性。为了解决上述问题，我们建立了一种基于有限自动机的“细粒度”、“结构化”、“针对多用户”的诊断方案知识模型KSM(Knowledge Solution Model)。
2.1 理论基础
有限状态自动机定义:M=(S,I,F)叫有限状态自动机，其中:
有限状态集S={s0,s1,s2，…，sn};
有限输入集I，每个x∈I;
有一个状态转换函数fx:S→S。F={fx|x∈I}。
状态si，输入x,fx(si)为下一个状态。
图1给出了某IT企业提供的一个故障“安装OA系统时报错”的诊断方案，由1～6共6个步骤组成。其中，步骤1有叶子步骤1.1,1.2,1.3组成。步骤2本身就是个叶子步骤。每个步骤包括叶子步骤都代表一个状态。
2.2 诊断方案模型
下面给出模型的定义。
诊断方案:主要由描述诊断方案的应用环境的元数据组(可扩充)和详细诊断方案(简称详细方案)构成。目前已定义的主要元数据包括:语种、方案名称、主题词、问题编号、产品线信息(如产品线、机型信息、部件信息等)、关联文档、访问角色、方案特征等。详细方案是一棵由多个步骤组成的树。步骤可细分成子步骤或就是叶子步骤。叶子步骤不可再分。叶子步骤由一系列的引导状态、引导动作、用户应答和跳转指令等部分组成，如图2所示。其中:
引导状态:是应用方案进行诊断过程中的一个瞬像，是前驱诊断过程中所获取的信息总的体现;
引导动作:是系统根据当前所获取的信息包括引导状态的值作出的进一步诊断引导的决策。
用户应答:是用户对系统引导步骤所作出的响应。其表现形式包括:选择(单选和复选)、确认(yes or no)、被诊断系统的提示信息输入、自检结果等。
跳转指令:根据用户应答结果，结束或跳转到其他步骤。
2.3 步骤类型
步骤有多种类型。步骤的分类主要包括:信息呈现、提问、规则推理、自检、步骤跳转、求助等。
2.3.1 信息呈现
定义:根据呈现的规则，以多媒体的形式，将具体信息呈现给用户。
组成:提示语、呈现的内容和呈现规则。
示例:
提示语:请查看如下的图片
呈现的内容:{图片1，图片2}
呈现规则:
规则1，若是xp系统，显示图片1:?os=xp→URL(图片1)
规则2，若是win7系统，显示图片2:?os=win7→URL(图片2)
2.3.2 提问
定义:向用户提出问题，用户给出应答后，进行相应的跳转。
组成:问题的帮助、可带参数的问题、参数值的输入或选择、跳转规则。问题的帮助:给出能帮助用户理解问题和作出判断的信息。问题的参数在编辑问题的时候进行定义，参数可以任意个。需要判断用户是否提供足够的问题参数值。参数由参数名称、参数说明、参数的格式、参数值类型(整型、布尔、字符串、日期、list、集合)等组成。参数间存在“与”或者“或”的逻辑关系。如布尔型的参数值，取值为{是，否}。参数值的交互方式有两种:用户输入或在系统提供的可选项中选择。
示例:
问题的帮助:如何判断您的操作系统类型(注:这是一个超链接，链接到一个帮助页面)
问题:请问您的操作系统是什么?
参数值的输入或选择:〇XP〇Win 7〇Win 2000
跳转规则:
2.3.3 规则推理
定义:利用规则执行相应的推理机进行推理，并根据推理结果执行相应的跳转。
组成:提示语、推理机、推理结果、跳转规则。提示语:提示用户目前正在进行的推理操作，包括推理开始时的提示、推理中间过程或中间结果的提示和推理结束后的提示等。推理结果:向用户提供推理的结果。
示例:
提示语:下面将检测噪音源……
推理机:能检测噪音源的代码
推理结果:推理结果如下，您的噪音来源是风扇，请点击下一步
跳转规则:
2.3.4 自动检测
定义:利用第三方系统进行系统自检，并根据检测结果执行相应的跳转。
组成:提示语、第三方系统、接口协议、检测结果、跳转规则。提示语:提示用户目前正在进行的检测操作。检测结果:向用户提供检测的结果。
示例:
提示语:下面将调用第三方系统检测噪音源，请点击链接url:．/tem.exe进行检查……
第三方系统:检测噪音源的第三方系统
接口协议:本系统和第三方系统接口协议
检测结果:检测结果如下，您的噪音来源是风扇，请点击下一步
跳转规则:
2.3.5 步骤跳转
定义:根据跳转指令，直接执行相应的跳转。
组成:跳转指令。
示例:跳转指令:goto(1.2)
2.3.6 求助
定义:根据目前方案，不能解决用户的问题，需要求助他人或系统来解决。图2.7中的步骤6就是个求助型步骤。
组成:提示语。主要求助方式包括电话求助、QQ/MSN求助、网上求助等。
示例:提示语:您可以拨打电话010-62432134进行人工咨询。
2.4 提问类型
解决方案中的提问类型包括陈述句、疑问句、选择句、输入提问句等。
陈述句:用来描述一个提纲或步骤的内容。1)在陈述句中一般不要出现与使用对象相关的词，比如说“用户”、“指导”、“你”、等;也就是说此陈述适合任何用户使用(除非该方案或步骤只给特定的用户使用)。2)采用尽量固定的句式，如:动宾结构。
疑问句:是对用户的提问、提出条件或与用户进行交互。疑问句尽量使用动宾结构，如:“故障是否消失?”、“是否有病毒?”等。
选择句:是用户在选择条件的时候的提示语句，如:“请选择操作系统:”。
输入提示句:需要用户输入某个条件值的时候的提示语句;如:“请输入蓝屏代码:”。
2.5 跳转类型
在解决方案中，跳转类型有多分支、单分支两种。
多分支:多个参数间是组合的关系。
示例:
“请确认机器执行过以下操作”:
安装过软件?〇Yes〇No
安装过硬件?〇Yes〇No
上过互联网?〇Yes〇No
单分支:步骤(或条件值)间是单选关系，单入口，如果从一个入口进入，不论诊断成功还是失败都会跳出整个分支。
示例:“请选择操作系统”:〇XP〇Vista〇Win 7
3 模型应用
随着某IT企业客户数量的增长和设备的复杂性的提高，企业所生产的设备在出现故障时，解决这些故障所需的成本也越来越高。我们将诊断方案知识模型应用于该企业，实现了“某IT企业解决方案管理系统”。开发采用的数据库服务器是Oracle 10g;操作系统是Redhat Advanced Server 4.6;开发环境MyE-clipse,Web服务器是Tomcat。系统2010年正式上线，取得了令人满意的效果。
系统采用模块化设计，主要模块包括:解决方案管理模块和详细方案管理模块。解决方案由描述解决方案的元数据信息值和一个详细方案组成。详细方案由步骤组成。详细方案的管理就是方案步骤的管理。
图3是解决方案管理主页面。
主要功能如下:
查找解决方案，显示查找结果;
浏览解决方案;
单击“新增解决方案”可以进入新增解决方案页面;
单击操作列的“编辑”按钮可以对该行的解决方案进入编辑页面进行编辑、“查看”按钮可以查看解决方案，“删除”按钮可以删除选定的解决方案(具备删除的权限)，“复制”按钮可以复制该解决方案，生成一个新的解决方案，方便方案编辑人员编辑。
图4是详细方案管理主页面。
主要的功能如下:
对方案步骤的查找，显示查找结果;
浏览方案步骤;
单击“新增方案步骤”可以进入新增方案步骤页面;
单击操作列的“编辑”按钮可以进入编辑页面对该行的详细方案进行编辑、“查看”按钮可以查看详细方案步骤，“删除”按钮可以删除选定的详细方案步骤(具备删除的权限)。
4 结语
本文在研究现有故障诊断方案技术上，提出了一种面向客户的故障诊断知识建模方法。
基于该知识模型，我们还设计并实现了话务员干预下的故障诊断算法和客户自助故障诊断算法。该方法和模型已成功应用于国内某大型IT企业，并在2010年正式上线，配合我们设计实现的故障诊断算法，在故障诊断类问题的处理中取得了令人满意的效果。
参考文献
[1]朱大奇,于盛林.基于知识的故障诊断方法综述[J].安徽工业大学学报:自然科学版,2002,19(3):197-204.
[2]吴文可,文福拴,薛禹胜,等.基于多源信息的延时约束加权模糊Petri网故障诊断模型[J].电力系统自动化,2013,37(24):43-53.
[3]张岩,张勇,文福拴,等.容纳时序约束的改进模糊Petri网故障诊断模型[J].电力系统自动化,2014,38(5):66-72.
[4]熊国江,石东源,朱林,等.基于径向基函数神经网络的电网模糊元胞故障诊断[J].电力系统自动化,2014,38(5):59-65.
[5]Isermann R.Fault-diagnosis systems[M].Berlin:Springer,2006.
[6]Chen J,Patton R J.Robust model-based fault diagnosis for dynamic systems[M].Springer Publishing Company,Incorporated,2012.
[7]Zaytoon J,Lafortune S.Overview of fault diagnosis methods for Discrete Event Systems[J].Annual Reviews in Control,2013,37(2):308-320.
大型真空系统智能故障诊断 篇9
由于真空钎焊技术具有无可比拟的优点, 被广泛地应用于航空、电子、汽车和空分工业中。在空分工业中, 为满足制造高质量、高压力等级、大尺寸板翅式换热器的需求, 厂家纷纷采用大型真空钎焊炉。真空系统是其关键的系统, 如果真空系统发生故障, 轻则直接影响产品钎焊质量, 重则导致产品报废, 停机停产, 造成巨大的经济损失。由于真空系统结构复杂、故障影响因素多且关系复杂, 这给故障的排除带来诸多不便。传统上进行真空系统故障诊断常出现如下的问题[1]: (1) 对故障的种类、发生的频度和权重缺乏全面了解; (2) 故障的排查多为人工方式, 不仅费时且不够准确; (3) 现有的大型真空钎焊炉监控系统监测点少, 缺少必要的分析、诊断功能, 无法实现智能诊断; (4) 缺乏科学、实用的故障辨识及故障诊断理论的指导; (5) 缺乏故障排除经验知识的积累、更新和继承, 以及缺乏对操作员进行有效的故障诊断培训; (6) 无法实现故障的预报。因此, 建立快速准确的智能故障诊断系统具有重要的实际意义。
以大型铝真空钎焊炉为对象对真空系统的故障特点进行深入分析, 并利用面向故障的模糊Petri网理论, 建立了真空系统常见故障的故障模型, 通过实例来说明模糊Petri网的应用。
1 大型真空系统的故障特点
大型铝真空钎焊炉的真空系统由六套真空机组组成, 每套真空机组由机械泵、罗茨泵、维持泵、油扩散泵、粗真空阀、前级阀和高真空阀组成, 如图1所示。真空系统故障主要分为三大类[2]:真空设备故障、真空度达不到要求值故障和抽真空时间过长故障, 导致上述故障的原因很多, 并且故障起因与症状之间并非一一对应的关系。抽气机理和真空设备的复杂性决定了故障具有如下特点: (1) 故障种类的多样性:既有真空泵的故障, 又有真空阀和真空计的故障;既有泵本身漏气的故障, 又有真空室漏气的故障; (2) 故障征兆与故障原因的对应关系复杂:一种故障征兆可能对应多个故障原因, 一个故障原因也会对应多个故障征兆; (3) 故障的频度与权重不同:各故障间并不是独立发生的, 一个故障往往会导致另一个故障的发生, 而且每个故障发生的频度也不同; (4) 真空机组群对真空系统的影响关系复杂:各套真空机组对真空系统的影响关系复杂, 且相互之间关系的权重不同。
1—机械泵, 2—罗茨泵, 3—波纹管, 4—粗真空计, 5—粗真空阀, 6—扩散泵真空计, 7—前级阀, 8—放空阀, 9—维持泵, 10—油扩散泵, 11—高真空阀, 12—手动充气阀, 13—自动充气阀, 14—外循环机组#2出口阀, 15—外循环机组#1出口阀, 16—后炉顶真空计, 17—外循环机组#2进口阀, 18—外循环机组#1进口阀, 19—前炉顶真空计
2 智能故障诊断理论
专家系统故障诊断是故障诊断中最引人注目的方向之一, 也是研究最多、应用最广的一类智能故障诊断技术[3]。建立智能故障诊断系统知识库最基本的过程是诊断知识的获取、表示和组织。在故障诊断时, 由于对设备状态好坏的评估存在着很大的不确定、不精确和模糊性, 故障的发生具有并发性, 就希望有既能合理描述故障诊断知识所固有的并发性、模糊性, 又能进行模糊推理的模型。模糊Petri网有很好的知识表达与逻辑推理功能, 具有动态描述因果关系的能力, 因而非常适用于故障诊断。
2.1 面向故障诊断的模糊Petri网[4]
为了能准确地描述因故障发生的随机性, 故障征兆的模糊性, 诊断经验知识的不确定性、不一致性和不完备性等原因产生的不确定性诊断信息, 采用一个八元组来定义面向故障诊断的模糊Petri网 (FPN) [4]:
故障Petri网的建模方法有直接建模和间接建模两种, 间接建模通常采用基于产生式规则建模和故障树分析方法 (FTA) 建模。故障树转换为Petri网主要涉及两方面:一是故障树事件符号用对应的Petri网表示, 即故障树的各类事件用库所表示;二是故障树的逻辑关系用对应的逻辑Petri网模型表示, 如图2所示。
2.2 基于模糊Petri网的故障诊断算法
基于FPN的故障诊断推理, 主要有适用于系统级在线诊断的正向推理、适用于元件级离线诊断的反向推理、以及结合两者优点的混合推理。针对以往的故障推理算法不能很好地解决已知单个故障征兆和故障原因置信度的前提下进行模糊推理的问题, 给出了以下的推理算法, 而这在实际应用中更为常见。
根据FPN系统运行规则, 库所下一步标识向量的推理公式为
式 (1) 中, ① W:P→T为规则的输入矩阵,
库所下一步标识向量推理公式的推理算法描述如下:
步骤1 令k=0;步骤2 由推理公式⑴根据θk求θk+1;步骤3 如果θk+1≠θk, 令k=k+1, 重复步骤2;如果θk+1=θk, 推理结束, 输出θk。
4 基于模糊Petri网的故障诊断实例
下面以大型真空系统中扩散泵不工作为例, 来说明模糊Petri网的应用。扩散泵不工作故障的原因有漏气故障、加热器故障、泵前级压力高、扩散泵油故障。根据专家经验和真空设备故障样本, 我们建立了扩散泵不工作的故障树, 如图3所示, 置信度由最易发生的故障及故障发生频度确定, 使用三角形隶属函数确定权值, 如表1所示。
根据扩散泵模糊故障诊断规则, 并基于故障树分析方法建立了扩散泵不工作的模糊Petri网模型如图4所示, 图4中库所含义如下:p1表示前炉顶真空度过低;p2表示后炉顶真空度过低;p3表示前级泵真空度正常;p4表示前级泵真空度过低;p5表示扩散泵真空度过低;p6表示油温过低;p7表示油温不变化;p8表示前级管道不漏气;p9表示前级管道漏气;p10表示油量不足;p11表示油变质或被污染;p12表示油牌号不对;p13表示真空室漏气;p14表示泵本身漏气;p15表示前级泵故障;p16表示漏气故障;p17表示加热器故障;p18表示泵前级压力高;p19表示扩散泵油故障;p20表示扩散泵不工作。
故障现象前炉顶真空度过低 (置信度=0.9) , 后炉顶真空度过低 (置信度=0.8) 。由此可得初始标识向量θ0= (0.9, 0.8, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0) T。
由图4可以得到规则置信度μ、向量非汇点向量G、输入矩阵W和输出矩阵H。
μ= (0.9, 0.9, 0.85, 0.95, 0.9, 0.9, 0.9, 0.8, 0.85, 0.9, 0.8, 0.75, 0.9, 0.95, 0.9, 0.7, 0.9, 0.75, 0.95) T
G= (1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0) 。
用MATLAB进行仿真计算, 迭代计算得到θ12=θ11, 故迭代推理结束。θ11= (0.9, 0.8, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0.85, 0, 0, 0.414, 0, 0, 0, 0.089) T。可知真空室漏气的置信度为0.85, 漏气故障的置信度为0.414, 扩散泵不工作的置信度为0.089, 以及故障传播的可能路径, 可以推断真空室漏气的可能性最大。
5 结论
面向故障诊断的模糊Petri网能很好地表示和处理故障诊断知识, 并可通过矩阵重建, 方便地对知识库进行扩展或删除。将模糊Petri网应用于大型铝真空钎焊炉真空系统的故障诊断, 建立了基于故障树分析方法的Petri网故障模型, 并以扩散泵不工作的故障诊断为例, 验证了模糊Petri网模型在故障诊断中的正确性和有效性。
摘要：根据大型真空钎焊炉真空系统的故障种类及特点, 分析了现有的真空系统故障诊断存在的主要问题。针对大型真空系统故障诊断的不确定性和模糊性等特点, 建立了基于故障树分析方法的模糊Petri网模型和推理算法, 并以扩散泵不工作故障诊断为例, 验证了该模型及算法的正确性和有效性。
关键词：真空系统,智能故障诊断,故障树分析方法,模糊Petri网
参考文献
[1]王庆, 巴德纯, 刘坤.大型真空冶金系统故障分析及智能诊断.2004’全国真空冶金与表面工程学术研讨会会议论文集, 沈阳:东北大学, 2004:130—134
[2]任耀文.真空钎焊工艺.北京:机械工业出版社, 1993:317—320
[3]王仲生.智能故障诊断与容错控制.西安:西北工业大学出版社, 2005:172—179
电力系统故障诊断研究 篇10
随着社会生产和人民生活水平的不断提高, 电能用户对电力系统安全、稳定运行的要求越来越高。电力系统的网络互联规模的扩大也使电力系统故障造成的损失越来越大, 如何确保电力系统安全、稳定运行已成为亟待解决的问题。由于天气、自然灾害等多种因素的影响, 电力系统故障不可避免。当电力系统出现故障时, 需要快速、准确地进行故障诊断, 对故障设备进行维修, 及时恢复供电, 减少由于电力故障引起的经济损失。
故障诊断是根据电力系统中的继电保护装置发出的报警信息和断路器的状态信息, 结合各种电力参数的测量结果进行分析, 确定故障类型和故障位置。其中, 故障元件的识别是故障诊断的重要环节。通过对故障元件的识别以及主要电气量的测量结果, 根据继电保护原理就可以判断出误动作的保护和断路器, 得到对电力系统的故障诊断结果。
1 电力系统常见故障
电力系统故障是指电力设备不能实现其正常功能, 不能按预期的指标进行工作的一种不正常状态。在电力系统的各种故障类型中, 最为常见且危害最严重的是短路故障。短路故障是指电力系统正常运行以外的一切相间或相与地之间的短接。
在电力系统中, 任何元件出现故障状态或不正常状态时, 如果不能及时处理, 都将会引起电力系统的故障。电力系统的故障状态主要可以分为输电线路故障、变压器故障、母线故障及全厂、全所停电等。
1.1 输电线路故障
常见的输电线路故障主要包括雷电引起的输电线路绝缘子表面闪络;大风引起的碰线;空中飘落物引起的短路等。当出现这些输电线路故障时, 继电保护装置会迅速动作, 控制断路器跳闸。此时, 故障处的绝缘平衡会自行恢复。这种故障出现后, 将已经跳闸的断路器重新闭合就可以恢复正常供电。输电线路故障还包括线路倒杆、绝缘子损坏以及线路断线等永久性故障, 这些故障在线路断开后, 故障仍然存在。
1.2 变压器故障
变压器故障涉及的范围较广, 以油浸式变压器为例, 其故障类型常被分为内部故障和外部故障2种, 故障诊断主要是针对内部故障。一般情况下, 将内部故障分为电故障和热故障2种类型。电故障主要是指变压器内部由于高电场强度的作用, 引起绝缘恶化或性能下降, 从而引起变压器故障的出现。电故障根据能量密度可以分为火花放电、局部放电、高能电弧放电等几种故障类型。热故障主要指由于变压器内部局部过热引起温度升高, 热故障按照严重程度可以分为轻度过热 (一般低于150℃) 、低温过热 (150～300℃) 、中温过热 (300～700℃) 、高温过热 (一般高于700℃) 4种故障情况。
1.3 母线故障及全厂、全所停电
当电力系统中的枢纽变电站出现母线故障时, 会造出电力系统用户停电, 并引起相关网络的过载, 破坏电力系统的稳定, 后果十分严重。母线故障主要包括母线短路、母线保护拒动或误动作、送电线故障造成越级跳闸、系统联络跳闸、发电厂全厂停电、单电源供电的降压变电所受电线路故障等。
2 电力系统故障诊断过程
电力系统的故障诊断过程首先要确定故障诊断区域, 且要尽可能地缩小故障诊断区域的范围, 然后从故障诊断区域的重要电气测量量得到故障信息, 并对获得的故障信息进行进一步分析处理, 最终判断出准确的故障位置。
通常情况下, 电力系统中只有少数元件会同时发生故障, 在故障出现后, 继电保护装置会在较短时间内发生动作, 切断相应的断路器, 使出现故障的元件与非故障网络分离开, 避免事故的扩大升级。当故障消除后, 故障元件处于独立的子网络中。通常情况下, 利用断路器的实时信息, 通过结线分析来确定故障前后的系统结构, 形成故障区域。在确定了故障元件所在区域后, 在识别出的故障区域对所有元件进行故障判断。对于一些简单的电力系统故障, 可以直接判断出故障区域和故障元件。
3 电力系统故障诊断模型
3.1 故障诊断的数学描述
当我们把故障元件看作为故障原因, 那么继电保护和断路器的动作可以看成为结果。整个故障状态可以看作为一个状态经过一种变换后, 得到了另一种状态。用公式 (1) 表示为:
式中, SS为继电保护和断路器的动作信息状态集;SF为故障元件集;E为因果转换关系。
对式 (1) 进行逆变换:
在式 (1) 和式 (2) 中, 2个集合间的变换关系用函数SS描述。故障元件集到继电保护和断路器的动作集之间的映射为多对一的变换关系。这种变换关系是确定的, 可以从系统设备与保护配置、断路器动作关系中提前得到。
3.2 故障诊断模型的建立
对故障区域的故障元件进行诊断的过程就是找出能够解释继电保护和断路器发生动作的原因。基于优化处理的故障诊断方法的基本思想是依据继电保护动作原理将故障诊断问题表示为0-1整数规划问题, 通过优化处理方法求出结果。故障诊断问题可以表示为使公式 (3) 所示的目标函数最小化的处理过程。
式中, nr为继电保护的数目;nc为断路器的数目;S为n维向量, 表示系统中的n个元件的状态;R为nr维向量, 表示系统中nr个继电保护的状态;rk为第k个继电保护的实际状态, rk=0表示第k个继电保护的未动作, rk=1表示第k个继电保护处于动作状态;rk* (S) 表示第k个继电保护的期望的状态。当第k个保护应为动作状态时, rk* (S) =1, 当第k个保护应为未动作状态时, rk* (S) =0;c为nc维向量, 表示系统中nc个断路器的实际状态;cj表示第j个断路器的实际状态, cj=0表示第j个断路器的未跳闸, cj=1表示第j个断路器处于跳闸状态;cj* (S, R) 表示第j个断路器的期望的状态。当第j个断路器应处于跳闸状态时, cj* (S, R) =1, 当第j个断路器应处于未跳闸状态时, cj* (S, R) =0。cj* (S, R) 的状态由S和R的状态决定。
4 故障保护方法
4.1 母线故障
当发生母线故障时, 母线中的主保护应动作, 此时与母线直接相连的所有断路器应断开, 将发生故障的母线从系统中切除。当母线与输电线路直接相连而母线主保护拒动时, 与母线相连线路的第二后备保护动作, 将母线相对一侧的断路器断开, 从而防止故障的扩散。由于变压器设备的造价高, 当发生母线与变压器直接相连的故障情况时, 通过故障母线相连的变压器第二后备动作, 将母线和变压器之间的断路器断开。当与母线相连接的设备发生故障时, 故障设备的主保护、第一后备保护出现拒动情况时, 设备故障会通过母线扩散到与该母线连接的线路。
4.2 变压器发生故障
当发生变压器故障时, 变压器的继电保护装置应该发出动作, 将变压器两端的断路器断开, 使发生故障的变压器从系统线路中切除。当主保护出现拒动情况时, 第一后备保护应及时动作, 将发生故障的变压器两端的断路器断开, 使发生故障的变压器从系统线路中切除。当相邻区域发生故障, 第二后备保护该区域保护未动作时保护变压器。
4.3 发电机发生故障
当发生发电机故障时, 发电机的继电保护装置应该发出动作, 将发电机两端的断路器断开, 使发生故障的发电机从系统线路中切除。当主保护出现拒动情况时, 第一后备保护应及时动作, 将发生故障的发电机两端的断路器断开, 使发生故障的发电机从系统线路中切除。当相邻区域发生故障, 第二后备保护该区域保护未动作时保护发电机。
5 结语
故障诊断是提高电力系统安全、可靠性的重要手段, 是出现故障后迅速恢复供电的前提条件。电力系统的故障发生并不能因为技术的不断进步而完全杜绝, 随着社会生产的发展, 对电能的需求和依赖越来越大, 电力系统故障造成的损失越来越严重。通过电力系统出现故障时产生的大量信息, 进行故障诊断, 及时处理故障是一项重要而有意义的课题。
参考文献
[1]陈玉林.电网故障诊断方法综述[J].中国电力, 2006 (39) :27～30
[2]崔巍, 程逍, 石东源.电力系统故障信息综合应用系统的研究[J].电力自动化设备, 2004 (24) :27～30
数控机床故障诊断与排除研究 篇11
关键词：数控机床；故障诊断；故障排除
中图分类号：TG519 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2012） 14-0206-02
数控机床技术起源于美国的机电一体化设备，它集计算机、精密测量、自动控制、数据通信和现代机械制造等技术于一体，最初是用于解决航空航天复杂零件的制造问题，运作高效，能按程序自动加工零件，而无需使用复杂和特殊的工装夹具，质量稳定，生产效率高，可以以一个更好的方式来自动化批量加工品种多样的复杂的零件，保持加工零件的一致性，便于产品的升级换代，同时具有机动灵活、精度高、速度快的特点，必须有强大的可靠性和可用性。然而随着数控机床因而在机械制造业中的比例越来越大，数控机床在使用过程中发生故障的可能性大大增强，诊断故障并维修排除才能保障数控机床长期可靠运行。
一、常见的数控机床故障分类
数控机床发生故障的原因比较多且复杂，涉及的知识面广，技术难度大，诊断与排除故障往往存在很大的困难，根据数控机床的故障性质、起因、有无诊断显示、装备情况和是否具有破坏性及部件故障等分为以下几种分类：
（一）电源故障。电源发生故障，既无法启动，对于其维修，需对照原理图进行。
（二）有无诊断显示故障。根据故障有无诊断显示可以分为有、无诊断显示故障。无诊断显示的故障只能根据出现故障前后的情况来分析判断， 较难排除。有诊断显示的故障相对来说比较容易排除，此种故障的经常是软件报警显示的故障与硬件报警显示两种类型。其中硬件报警显示故障可以通过各单元装置上的指示灯找到，一般以报警号的形式出现软件报警显示故障往往可以在数控系统显示器上显示。系统无报警显示故障，比较复杂和困难的诊断，通常是由硬件故障造成。
（三）数控装置故障。由装置设备问题引起的故障，分为硬件故障与软件故障两种。
（四）有无破坏性故障。有无破坏性故障又称为非破坏性故障和破坏性故障两类，是按故障发生的性质是否具有破坏性来分类的。非破坏性故障容易辨别，也危害较小，可以经过重演故障、多次试验检验来分析故障的原因，较易排除；破坏性故障危害较大，维修难度大且有一定风险，比如由于伺服系统失控造成飞车、短路烧保险等故障引起的破坏性故障对整个体统都将是致命的破坏。
（五）PLC部分出现故障。不报警的机床故障由于PLC编程有问题、编程不好等问题的出现而产生。
（六）机械故障和电气故障。根据机械运动部件发生故障的不同来分，分为机械故障和电气故障。由于机械部分的安装、润滑、调试、液压系统、冷却、气动、排屑、使用和维护操作不当造成的机械变速箱故障和导轨运动摩擦产生的故障称为机械故障，主要集中在主轴停止、噪音大，导致切削振动炮塔不转，加工精度不稳定。电气故障是往往是由于松动的部件焊接，电器元件的品质因数的下降，连接器接触不良或由其他因素造成的发生在系统设备、伺服驱动装置和机床电器控制等部分的故障，具有一定的损害。
（七）检测元件故障。整个数控机床和检测元件是一个闭环的系统，检测元件是其中的数控机床的重要组成部分，经常会在机械暴走、机械振荡等方面体现出故障。
二、数控机床故障诊断方法
（一）直观诊断法。是最常用也是最简单的一种方法，是指利用人的感觉器官如手、眼、鼻、耳等缩小故障的检查范围，找出故障具体原因。
（二）状态诊断法。该种方法主要是动、静态的监测伺服进给系统、电源模块等部件的主要参数，或监测数控系统输入输出信号的状态，检测各元件的工作状态，从而来找出故障原因的方法。
（三）仪器诊断法。仪器诊断法是指运用一些常用仪器测量数控机床系统的相关直流与脉冲信号，进而查找可能的故障，比如运用常规的电工仪表、直流电源电压等来查找故障。
（四）系统的自我诊断功能。这种方法主要是使用数控机床系统内的自我诊断方法找到故障原因。这些软件或程序的测试离线和在线监测、开机自诊断等等。异常报警指示灯将通过硬件或软件报警指示报警。此外，数控机床系统的自诊断功能经常被用来作为衡量数控机床的性能的一个重要的指标。
（五）参数调整法。维修人员通晓数控机床的工作状态和作用主要是通过具体系统的主要参数来判断，主要考虑到不同的数控机床、不同的工作状态对数控系统、PLC及其伺服驱动系统的参数要求不尽相同，通过调整一个或多个相关参数来对其故障进行排除。
三、数控机床的维护与排除
合理的日常维护措施可以减少正常磨损、延缓劣化、预防和降低数控机床发生故障的概率，保证其安全运行，因此，做好数控机床的日常维护、保养是做好数控机床的维护重中之重和关键所在，一方面要讲究具体的方式方法，另一方面要遵循具体的措施原则和立场，主要有以下几个方面。
（一）具体的数控机床故障维修与排除手段及方法
1.复位、初始化法
由于编程或者瞬时故障引起的CNC系统报警使数控机床停止运行的情况出现时，往往按复位按钮或复位键进行复位来清除故障，也可用强行关闭硬件电源；若系统存储器欠压、连接线路接触不良、掉电造成系统出现故障，则先做好系统初始化前应注意作好数据备份，再对CNC系统进行复位。
2.模块替换法
模块替换法是目前最常用解决故障的方法，主要方法是诊断出坏的系统模块（电器元件），然后再选择好的模块将其替换，设定好相应的参数，并做相应的初始化启动，使机床迅速投入正常运行。
3.设置参数
有正确的数控系统参数设置是确保系统功能正常的前提，许多数控机床不能工作或功能是无效的主要原因是由于数控系统的参数设置存在问题，也可以块搜索功能数控系统检查用户编程错误引起的故障报警或停机，纠错参数设置，以确保数控机床的正常运行。
例如，实际速度与设定速度主轴启动是不一致，因为主轴转速模拟电压控制功能处于激活状态，主轴转速S码输入设置一个固定的主轴转速（转/分）S代码时的值不会改变，称为恒线速控制（G97模式）2种方式，工具相对于圆柱形工件的切向速度（米/分）S代码来设置恒线速控制（G96模式），恒线速控制方式下，切削进给时的主轴转速随着编程轨迹X轴绝对CNC输出给主轴变频器0-10V控制电压受驱动装置的控制。
4.修调法
数控机床数控系统参数设置正确，在过程中发现进一步调整某些参数，如数控系统的LCD显示屏幕亮度，低维护，调整屏幕电源12V电压正常。
最好地实现数控系统及其他电子系统的控制，微调是非常关键的。主轴转速模拟电压控制模式，与主轴倍率微调至实际速度主轴倍率修剪主轴的最大速度在当前档位的限制，由恒定表面速度控制模式的最小主轴转速限制值和最高主轴主轴的实际速度限速值限制。数控系统提供了8主轴倍率（50%？120%，每级变化10%），实际的定义系列的主轴倍率阶梯，应使用机床制造商的指示为准功能低于标准梯形说明的，例如，标准定义的PLC梯形图GSK980TDa主轴，共有8级，实际主轴转速主轴倍率的速度范围为50%到120%的实时修整主轴倍率断电记忆中的指令覆盖的关键。
（二）遵循具体的措施原则和立场
强化管理是数控机床的维护的关键所在。做好日常维护工作，需遵循具体的措施原则和立场，严格执行操作规程、充分利用数控机床、加强人员培训，掌握日常使用与维护的知识，做好有效、及时的总结，这些必要的流程措施是数控机床有效运行的重要保证。
四、故障诊断与排除的系列案例
上述分析发现，作为一个用户级的维修人员，不仅要有电子技术、自动化技术，还要有计算机技术、机械原理、检测技术及机械加工、液压传动等知识，同时在其中应该有一个分析问题和解决问题的能力，文中例举了几个案例，形象说明如何及时排除故障提高数控机床的开动率。
案例一：在高校教学实践和企业生产实际中，数控机床已多次出现故障后，维修人员掌握一定的知识后，逐一进行排查，故障很快得到解决。例如，购买、投入使用GSK980T数控车床，操作人员经验不丰富，数控机床、按钮的功能和操作的结构性不熟练，就可以直接转移到的程序，周期起动工件，几乎引起了车刀和工件碰撞运营商急于紧急停止按钮的作用。随后回零，CRT显示准备不是线程报警字样。出现操作人员对新设备缺乏足够了解的情况下旋开急停按钮，按下复位键再回零后，反而轻而易举把故障排除了。
案例二：数控机床机械零件有时会产生故障。例如，配置FAGOR8055系统TH5660加工中心的有不换刀现象。加工中心执行换刀指令时，主轴能够移动到换刀和准确的定位，但没有换刀动作，检查I / O端口跟踪，发现该系统没有收到主轴定位应答信号，在调查到终端，终端响应信号线松动，紧固之后工作处于正常。
案例三：伺服驱动系统是数控机床的主要故障源之一。由于各轴的运动是靠伺服单元控制伺服电机驱动滚珠丝杠和旋转编码器速度反馈反馈光栅的位置，一般故障的驱动器旋转编码器与伺服单元模块。例如FANUCO-MD系统XK5025数控铣床，发生434报警，问题出在数控系统722的诊断参数的第7 位为1，说明Z-轴伺服过载，作进一步调查了解到是主轴转向发生错误，改变主轴转向就可以排除故障。数控机床的造价较高，维护成本也高。
案例四：设备的操作使用前的调整过程不当也是引起故障参数修改。例如，XK5025数控铣床FANUCO-MD系统引导程序显示混乱，机器不能正常工作，出现系统的传输过程中的101报警、内存溢出，在解除报警系统DELET按键上出现参数设置为重写的状态，有可能是操作不熟练，错按电源上的RESET按钮，产生的参数发生变化，如果重新输入备份参数，机床就处于工作状态了。如果机器出现故障，操作人员应正确地记录、描述的情况，在发生故障时，并方便维护人员及时和正确的调整。
参考文献：
[1]王兹宜.现代数控维修[M].北京：中央广播电视大学出版社，2004.
[2]邓三鹏.数控机床结构及维修[M].北京：国防工业出版社，2008.
[3]龚中华.数控机床维修技术与典型实例[M].北京：人民邮电出版社，2003.
[4]李大庆.PLC的数控机床故障诊断[J].煤矿机械，2007.
[5]李雪梅.数控机床[M].北京：电子工业出版社，2005.
浅谈数控系统故障诊断的一般方法 篇12
1. 直观法
就是利用人的感官注意发生故障时(或故障发生后)的各种外部现象并判断故障的可能部位。这是处理数控系统故障首要的切入点,往往也是最直接,最行之有效的方法,对于一般情况下“简单”故障通过这种直接观察,就能解决问题。在故障的现场,通过观察故障时(或故障发生后)是否有异响,火花亮光发生,它们来自何方,何处出现焦糊味,何处发热异常,何处有异常震动等等,就能判断故障的主要部分,然后,进一步观察可能发生故障的每块电路板,或是各种电控元件(继电器,热继电器,断路器等)的表面状况,例如是否有烧焦、烟熏黑处或元件、连线断裂处,从而进一步缩小检查范围。再者,检查系统各种连接电缆有否松脱,断开、接触不良也是处理数控系统故障时首先需要想到的。这是一种最基本、最简单、最常用的方法。该方法既适用于有故障报警显示的较为先进系统,也适用于无故障报警显示的早期的系统。使用该方法,对于处理一些电气短路,断路,过载等是最常用的。使用这一方法虽然简单,但却要求维修人员要有一定经验。在检修过程中,养成细致严谨工作态度,善于发现问题,解决问题。往往是一丝异常,便是症结所在。
2. 利用数控系统的硬件报警功能
为了提高系统的可维护性,在现代数控系统中设置有众多的硬件报警指示装置,如在NC主板上,各轴控制板上,电源单元,主轴伺服驱动模块,各轴伺服驱动单元等部件上均有发光二极管或多段数码管,通过指示灯的亮与灭,数码管的显示状态(如数字编号、符号等)来为维修人员指示故障所在位置及其类型。因此,在处理数控系统故障过程中,如果直观法不能奏效的,即从外观上,很难判断问题所在,或是CRT屏幕不能点亮(电源模块有故障)的时候,我们可以借助审视上述各报警装置,观察有无报警指示,然后根据指示查阅随机说明书,依照指示来处理故障。这一方法,对于通用型的各类数控系统,例如FANUC,三菱,西门子系统,因其系统设计较为完善,已充分考虑到系统中最常见可能故障形式,内置较多硬件报警装置,所以尤为见效。但这一方法,是以手头有详尽报警说明为前提的。
3. 充分利用数控系统的软件报警功能
现今,CNC系统都具有自诊断功能。在系统工作期间,能定时用自诊断程序对系统进行快速诊断。一旦检测到故障,立即将故障以报警的方式显示在CRT上或点亮面板上报警指示灯。而且这种自诊断功能还能将故障分类报警。如(1)误操作报警(2)有关伺服系统报警;(3)设定错误报警(4)各种行程开关报警等等,维修时,可根据报警内容提示来查找问题的症结所在。但这一方法,同样是以手头有详尽报警说明为前提的。
4. 利用状态显示的诊断功能
现代数控系统不但能将故障诊断信息显示出来,即方法3所述,而且能以诊断地址和诊断数据的形式提供诊断的各种状态,就FANUC系统为例,系统提供指示系统与机床之间接口I/O信号状态,或PC与CNC装置之间,PC与机床之间接口的I/O信号状态的“D”(diagnosis parameter)参数,也就是说,可以利用CRT画面的状态显示(通常是二进制字节“0”和“1”指示),来检查数控系统是否将信号输入到机床;或是机床侧各种主令开关,行程开关等通断触发的开关信号是否按要求正确输入到数控系统中。总之,通过列出上述状态情况,可将故障区分出是在机床一侧还是数控系统一侧,从而可将故障锁定在某一元件上,得而解决问题。这一切都得益于系统提供完善的状态显示功能,为故障诊断打开了一扇明了“窗口”,运用这一方法,对于诊断动作复杂机构故障如换刀机构起到极大作用。也是诊断故障基本方法之一。但使用的前提是系统提供状态显示功能。
5. 发生故障时,应及时核对数控系统参数
系统参数变化会直接影响到机床的性能,甚至使机床发生故障,整机不能正常工作。在设计和制造数控系统时,虽已考虑到系统的可靠性问题,但不可能排除外界的一切干扰,而这些干扰有可能引起存储器内个别参数的变化。同时,人为误操作使得系统参数变更也是可能的,作者在工作中,就碰到过,因误操作使得系统出现动作异常。所以,在诊断故障过程,如果尝试上述几项方法后,问题仍不能解决的话,我们可以核对系统参数,看是否是参数变更导致的,这类故障便是我们的“软”故障。
6. 其它方法
(1)采用电阻比对法诊断电源负载短路故障
故障实例:FANUC一BESK伺服驱动板十15V负载软击穿烧保险丝。我们维修时,通过初步检查判定故障原因是负载局部短路,并且用数字表测得十15V对“地”电阻,正常板为1.3KΩ故障板为300Ω。因为通电好烧保险丝,根本无法通电检查,所以只能做电阻测量或拆元件检查。但是,由于该伺服板的十15V电源与其负载(24只集成元件)的印刷电路成放射型结构,所以,电阻测量时无法做电路切割分离,并且由于元件多且为直接焊装,也不可能逐一拆卸检查。维修的实际操作十分困难,即使故障解决了,也往往弄得电路板伤痕累累。处理这种既不能做电路切割分离或元件拆卸也无法通电检查的故障,我们采用电阻比对法检查很方便。诊断检查时,不切割电路也不焊脱元件,而是直接测量十15V端与各集成元件的有关管脚问的电阻值,同时将故障板与正常板做对应值比较,即可查出故障。处理以上故障时,考虑到元件管脚多,所以首先分析厚膜块内部电路(图中已标出)和集成块管脚功能图,然后从中筛选出若干主要的测试点,做电阻测量。当测量到Q7时,发现其3脚(+15V)对14脚(输出)电阻为150Ω(正常为6KΩ,怀疑Q7(LM339)有问题,更换Q7后,伺服板恢复正常,说明Q7管脚间阻值异常系内部软击穿,从而引起电源短路。
(2)快速过程的分步模拟法
有些控制过程,如步进电机的自动升降速过程,直流调速器的停车制动过程,只有零点几秒的瞬间时间。查寻这种快速过程的电路故障,显然无法采用一般仪表进行故障跟踪检测,所以故障诊断比较困难。下面通过故障实例一5V型直流可控硅主驱动停车时间太长的故障,介绍我们采用的特殊方法一分步模拟法。经过对故障板的初步检查,判断故障原因在V5主驱动器制动电路。该制动控制逻辑复杂,涉及电路多,诊断故障决非举手之劳,而且由于制动过程短,无法测量,所以我们采用分步模拟法进行诊断检查。由电路原理得知制动过程如下:(1)本桥逆变,释放能量;(2)自动换桥,再生制动;(3)再次换桥,电路复原。为了分步测量的需要,以速度指令、速度反馈和电流反馈为设定量,将以上过程细分为八个步骤(列成一张表),然后逐步改变相应设定量,检测有关电路信号,对照电路逻辑,查出故障。我们做分步测试进行到第二步(即速度指令由1变0)时,发现“a后移”和“积分停止”均为高电平,按电路逻辑,应为低电平,据此查对电路,很快找出A2板中与非门Dl06(型号:FZHI01)有问题,更换后,故障排除。
(3)I/O诊断法
由于数控机床各单元(除驱动器外)与数控系统之间都是通过PC接口(1/O)实现信号的传递和控制,因此,许多故障都会通过PC接口信号反映出来,我们可以通过查阅PC机床侧的1/O信号诊断各种复杂的机床故障或判别故障在数控系统还是在机床电气。其方法很简单,即要求熟悉全部PC(机床侧)接口信号的现行状态和正常状态(或制成一张表格),诊断时,通过对全部PC(机床侧)接口信号的现行状态和正常状态逐一查看比对,找出有故障的接口信号,然后根据信号的外部逻辑关系,查出故障原因。当你熟悉了PC接口信号后,应用这种PC接口比对法,非常简便快快捷,而且避免了分析复杂的梯形图程序。
(4)西门子840D系统数据异常的恢复
TH6563卧式加工中心配备西门子840D系统,,该系统具有很强的自诊断功能,发生故障时,可以借助屏幕提示,快速诊断修复故障。但是如果发生系统无法启动,并且PLC处于停止状态,屏幕不亮,那么系统的自诊断功能将无法发挥作用,导致诊断困难。发生这种故障的原因比较多,如果电池电压低于2.7V,必须更换电池;如果NC或PLC硬件损坏,需要更换电路板;如果机床的24V电源低于21V,需要检查电源电路和负载。但是我们碰到更多的故障原因并不是硬件故障,而是机床数据异常这类软故障。其原因比较复杂,如电网干扰、电磁波干扰、电池失效、操作失误等均有可能造成机床数据的丢失或混乱,以致系统无法启动。
象这类软故障我们可以采用全清恢复法使系统恢复运行。840D系统的全清步骤如下:
NC总清步骤如下:
(1)将NC启动开关S3置1;
(2)启动NC,如NC已启动,可按一下复位按钮S1;
(3)待NC启动成功,七段码显示6,将S3置0,NC总清执行完成;
(4)利用系统自带硬盘保存的NC数据恢复系统;
PLC总清步骤如下:
(1)将PLC启动开关S4置2,=》PS灯会亮;
(2)S4置3并保持3秒直到PS灯再次亮;=》PS灯灭了又再亮;
(3)在3秒之内,快速执行下述操作S4:2→3→2PS灯先闪,后又再亮,
(4)等PS和PF灯亮了,S4置0,PS和PF灯灭而PR灯亮。
(5)利用系统自带硬盘保存的PLC数据恢复控制程序。
以上几种方法,各有特点,及使用范围。对于较为复杂的故障,需要将几种方法同时综合运用,才能产生较好的效果,正确判断出故障起因和故障的具体部位。
参考文献
[1]《现代数控机床》毕承恩等编机械工业出版社1993年
[2]《CNC维修教材》(03.11.25)
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