设备故障的基本认识.doc

设备故障的基本认识一设备故障的分类设备故障是指造成设备系统正常工作能力失常的硬件物理损坏和软件系统的错误，因此总的可以分为硬件故障和软件故障。2.1硬件故障硬件故障是指硬件系统等使用不当或硬件物理损坏所造成的故障。例如，电脑开机无法启动、无显示输出、声卡无法出声等。在这些硬件故障之中又有“真故障”和“假故障”之分。（1）“真故障”是指各种板卡、外设等出现电气故障或者机械故障等物理故障，这些故障可能导致所在板卡或外设的功能丧失，甚至出现电脑系统无法启动。造成这些故障的原因多数与外界环境、使用操作等有关。（2）“假故障”是指电脑系统中的各部件和外设完好，但由于在硬件安装与设置，外界因素影响（如电压不稳，超频处理等）下，造成电脑系统不能正常工作。2.2软件故障软件故障主要是指软件引起的系统故障，其产生原因主要有以下几点：（1）系统设备的驱动程序安装不正确，造成设备无法使用或功能不完全。（2）系统中所使用的部分软件与硬件设备不能兼容。（3）参数设置不当。（4） 系统遭到病毒的破坏。（5）系统中有关内存等设备管理的设置不当。（6）操作系统存在的垃圾文件过多，造成系统瘫痪。3、当前设备故障诊断技术的研究重点当前设备故障诊断技术的研究重点集中在以下三个方面：(1) 故障机理与诊断理论的研究故障机理与诊断理论研究的目的是为了掌握各种故障的成因，研究故障征兆与故障原因间的关系，并通过对故障的本质及其特征的深入了解，建立科学的故障模型，研究方法多借助各种相关的基础学科，如数学、物理学、化学、机械动力学等，这是故障诊断技术的基础。常用的诊断理论有：齿轮诊断、轴承诊断、油液分析、风机与转子诊断等；(2) 故障信息的提取与分析方法的研究随着计算机技术和现代信号处理技术的发展，人们对故障信息的提取与处理能力显著增强，可以更准确地判断故障原因，更可靠地预测故障的发展趋势，做到对设备进行全寿命的科学管理。新的故障信息提取技术有：模式识别、信息熵、高阶统计量、人工智能、专家系统等；现代的分析方法有：模糊集理论、人工神经元网络、遗传算法、小波分析、全息谱、高阶谱分析等。借助于计算机技术和现代分析方法，大大提高了故障诊断的自动化程度和分析精度。故障信息的提取是故障诊断技术的前提和基础，对信号进行的分析的结果则是判断故障源和故障的类型及程度；(3) 诊断仪器与诊断系统的开发与研究机械设备故障诊断的实现离不开诊断仪器与诊断系统，因此，体积小、精度高、操作简单的诊断与分析仪器和大型综合诊断系统的研制开发一直是设备故障诊断技术面向应用的研究重点。目前这方面的研究主要有：便携式振动仪器、监测仪器、分析与诊断仪器以及集中式、分布式的大型在线监测与诊断系统。4、设备故障诊断的现代技术和发展趋势设备状态监测与故障诊断技术以复杂、关键系统和设备为研究对象，以高新技术为依托，融会贯通了多种工程技术系统设备及领域，已形成了一门理论与方法相结合，且工程应用性很强的跨学科、综合性的应用技术。随着现代数学、信息科学、计算机技术、电子技术、人工智能技术、网络技术的更加广泛和深入的应用，设备故障诊断技术与当前前沿科学的融合是设备故障诊断技术的发展方向。当今故障诊断技术的发展趋势是传感器的精密化、多维化、诊断理论诊断模型的多元化；诊断技术的智能化。具体表现在以下四个方面。（1）故障诊断方法的融合就诊断方法而言，除了单一参数、单一故障的技术诊断外，目前多参量、多故障的综合诊断已经兴起，诊断技术可以利用振动、噪声、油液、应力、电磁、射线等多种信息实施诊断。另外，随着新的信号处理方法的应用，传统的基于快速傅立叶变换的设备信号分析技术有了新的突破，如小波技术与模糊理论、神经网络、分形技术与聚类技术、灰色理论等各种技术以不同的方式相结合，形成了小波神经网络、分形神经网络、灰色神经网络、专家系统与神经网络相结合等诊断方法。这种各种方法的融合，实现优势互补，能够有效的判断故障源及故障的信息，使得故障诊断的精确度得到了很大的提高。（2）多元传感器信息的融合及虚拟仪器技术现代化生产中复杂的设备系统要求全方位、多角度的监测与控制，以便对设备的运行状态有全面综合的了解。可以采用多个不同规格、不同种类的传感器对设备的各个关键部位进行监测，然后利用信息融合技术对多传感器的信息进行融合，以取得较好的诊断效果。虚拟仪器技术综合了计算机图形技术、计算机仿真技术、传感技术、显示技术等多种学科技术，是当今计算机领域的新技术之一。虚拟仪器开发周期短，投入少，可扩展形强，并可以直接参与和探索仿真对象在所处环境中的作用与变化。为研究设备故障的发生、发展及其特征、特性提供了一种新颖的方法，可以把故障现象以更形象、生动的方式展现出来，使我们可以对故障有一个更深入的了解，提高了故障诊断的正确性。另外，实际中有很多故障不能在实验台进行模拟，而虚拟仪器可以发挥其特长，进行仿真研究，弥补了某些故障、多故障难以实验的不足。虚拟仪器和故障诊断技术的结合具有显著的经济效益，为故障诊断技术的发展提供了良好的平台。（3）智能 BIT 技术研究与应用BIT (Built-in Test 机内测试) 技术为系统和设备内部提供了故障检测和隔离的自动测试能力。随着 VLSI和计算机技术的日益发展，国内外 BIT 的研究呈现几个发展趋势：与 ATE 日渐融合、应用领域不断拓宽、发展具有状态监控与故障诊断能力的综合系统、向智能化方向发展。BIT 智能化主要解决传统BIT在最优化设计、信息获取、分析处理、综合决策等方面的不足。国内外近 20 年的研究表明，BIT 技术是提高装备测试行和实用效能的最为有效的技术途径之一。BIT的智能化是发展趋势，这主要体现在 BIT 的智能设计、智能检测、智能诊断与智能决策。另外，BIT 的外延也不断拓展，下一代 BIT 会是一个集检测、诊断、隔离、定位、控制、保护于一体的小型化、智能化、芯片化、模块化、通用与专用相结合的机电系统。它不但能提高电子设备的可靠性、维修性，而且能简化维修，降低费用，应用前景非常广阔。（4）基于网络的分布式故障诊断系统现有的设备故障诊断方法，比如电子监测器方式、便携式微机的形式等，虽然在一定程度上解决故障问题，但这些方式主要是针对单机，且不能实现管理者对设备状态的在线监视。因此有必要寻找一种经济、可靠、易实现的方法来实现实时地监测设备的运行状态，及时发现故障，及时处理，保证整体施工有效地进行。远程分布式设备监测与故障诊断系统基本结构如图1所示，利用网络技术和总线技术，以设备机群为主要研究对象，结合设备机群的工作特点和单机设备的结构特点，通过网络对设备群实施在线状态监测与故障诊断，判断故障的原因，提供维修处理意见；评定故障类型及故障严重程度，为设备群状态分析体公司数据；预测停机维修时间，为设备群的整体调度提供依据。通过网络，实现设备的异地协同诊断，使得多个诊断系统服务于同一台设备，同时多台设备共享同以诊断系统，以弥补单个诊断系统在知识领域上的不足，从而提高设备故障诊断的可靠性和智能化水平。图1基于网络的分布式故障诊断系统结构图 自动化设备都是由执行元件，传感器部分，控制器部分三部分组成，突然出现故障不工作，或者工作顺序失常，就必须进行故障诊断，下面我们从组成设备的几部分来了解一下诊断自动化设备故障的方法： 1检查机械自动化的所有电源，气源，液压源。 电源，气源和液压源的问题会经常导致自动化设备出现故障。比如供电出现问题，包括整个车间供电的故障，比如电源功率低，保险烧毁，电源插头接触不良等；气泵或液压泵未开启，气动三联件或二联件未开启，液压系统中的泄荷阀或某些压力阀未开启等。检测自动化设备时应包括以下几个方面： 电源，包括每台设备的供电电源和车间的动力电。 气源，包括气动装置所需的气压源。 液压源，包括自动化设备液压装置需要的液压泵的工作情况。 2检查机械设备的传感器位置是否出现偏移。 由于设备维护人员的疏忽，可能某些传感器的位置出现差错，比如没有到位，传感器故障，灵敏度故障等。要经常检查传感器的传感位置和灵敏度，出现偏差及时调节，传感器如果坏掉，立刻更换。很多时候，此外，由于自动化设备的震动，大部分的传感器在长期使用后，都会出现位置松动的情况，所以在日常维护时要经常检查传感器的位置是否正确，是否固定牢固。 3检查自动化设备的继电器，流量控制阀，压力控制阀 继电器和磁感应式传感器一样，长期使用也会出现搭铁粘连的情况，从而无法保证电气回路的正常，需要更换。在气动或液压系统中，节流阀开口度和压力阀的压力调节弹簧，也会随着设备的震动而出现松动或滑动的情况。这些装置与传感器一样，在自动化设备中都是需要进行日常维护的部件。 4检查电气，气动和液压回路连接 如果以上三步都没有发现任何问题，那么检查所有回路。查看电路中的导线是否出现断路，尤其是线槽内的导线是否由于拉扯被线槽剐断。检查气管是否有损坏性的折痕。检查液压油管是否堵塞。如果气管出现严重折痕，立刻更换。液压油管一样要更换。 5.在保证上述步骤无误后，故障才有可能出现在自动化设备的控制器中，但永远不可能是程序问题。首先，不要肯定是控制器毁坏，只要没有出现过严重的短路，控制器内部都具有短路保护，一般性的短路不会烧毁控制器。 固态继电器(SOLIDSTATE RELAYS)，简写成“SSR”，是一种全部由固态电子元 件组成的新型无触点开关器件，它利用电子元件(如开关三极管、双向可控硅等半导体器件)的开关特性，可达到无触点无火花地接通和断开电路的目的，因此又被 称为“无触点开关”，它问世于70年代，由于它的无触点工作特性，使其在许多领域的电控及计算机控制方面得到日益广范的应用。一、固态继电器的原理及结构SSR按使用场合可以分成交流型和直流型两大类，它们分别在交流或直流电源上做负载的开关，不能混用。图1下面以交流型的SSR为例来说明它的工作原理，图1是它的工作原理框图，图1中的部件-构成交流SSR的主体， 从整体上看，SSR只有两个输入端(A和B)及两个输出端(C和D)，是一种四端器件。工作时只要在A、B上加上一定的控制信号，就可以控制C、D两端之 间的“通”和“断”，实现“开关”的功能，其中耦合电路的功能是为A、B端输入的控制信号提供一个输入/输出端之间的通道，但又在电气上断开SSR中输入 端和输出端之间的(电)联系， 以防止输出端对输入端的影响，耦合电路用的元件是“光耦合器”，它动作灵敏、响应速度高、输入/输出端间的绝缘(耐压)等级高；由于输入端的负载是发光二 极管，这使SSR的输入端很容易做到与输入信号电平相匹配，在使用可直接与计算机输出接口相接，即受“1”与“0”的逻辑电 平控制。触发电路的功能是产生合乎要求的触发信号，驱动开关电路工作，但由于开关电路在不加特殊控制电路时，将产生射频干扰并以高次谐波或尖峰等污染电 网，为此特设“过零控制电路”。所谓“过零”是指，当加入控制信号，交流电压过零时，SSR即为通态；而当断开控制信号后，SSR要等待交流电的正半周与 负半周的交界点(零电位)时，SSR才为断态。这种设计能防止高次谐波的干扰和对电网的污染。吸收电路是为防止从电源中传来的尖峰、浪涌(电压)对开关器 件双向可控硅管的冲击和干扰(甚至误动作)而设计的，一般是用“R-C”串联吸收电路或非线性电阻(压敏电阻器)。图2是一种典型的交流型SSR的电原理 图。图2图3直流型的SSR与交流型的SSR相比，无过零控制电路，也不必设置吸收电路，开关器件一般用大功率开关三极管，其它 工作原理相同。不过，直流型SSR在使用时应注意：负载为感性负载时，如直流电磁阀或电磁铁，应在负载两端并联一只二极管，极性如图3所示，二极管的电 流应等于工作电流，电压应大于工作电压的4倍。SSR工作时应尽量把它靠近负载，其输出引线应满足负荷电流的需要。使用电源属经交流降压整流所得的， 其滤波电解电容应足够大。图4 给出了几种国内、外常见的SSR的外形。图4二、固态继电器的特点SSR成功地实现了弱信号(Vsr)对强电(输出端负载电压)的控制。由于光耦合器的应用，使控制信号所需的功率极 低(约十余毫瓦就可正常工作)，而且Vsr所需的工作电平与TTL、HTL、CMOS等常用集成电路兼容，可以实现直接联接。这使SSR在数控和自控设备 等方面得到广泛应用。在相当程度上可取代传统的“线圈簧片触点式”继电器(简称“MER”)。SSR由于是全固态电子元件组成，与MER相比，它没有任何可动的机械部 件，工作中也没有任何机械动作；SSR由电路的工作状态变换实现“通”和“断”的开关功能，没有电接触点，所以它有一系列MER不具备的优点，即工作高可 靠、长寿命(有资料表明SSR的开关次数可达108-109次，比一般MER的106高几百倍)；无动作噪声；耐振耐机械冲击；安装位置无限制；很容易用 绝缘防水材料灌封做成全密封形式，而且具有良好的防潮防霉防腐性能；在防爆和防止臭氧污染方面的性能也极佳。这些特点使SSR可在军事(如飞行器、火炮、舰船、车载武器系统)、化工、井下采煤和各种工业民用电控设备的应用中大显身手，具有超越MER的技术优势。交流型SSR由于采用过零触发技术，因而可以使SSR安全地用在计算机输出接口上，不必为在接口上采用MER而产生的一系列对计算机的干扰而烦恼。此外，SSR还有能承受在数值上可达额定电流十倍左右的浪涌电流的特点。表1参数名称(单位)参数值最小典型最大输入端直流控制电压(V)3.214输入电流(mA)20接通电压(V)3.2关断电压(V)1.5反极向保护电压(V)15绝缘电阻()109介质耐压(V)1500输出端额定输出电压(V)25250额定输出电流(A)10浪涌电流(A)100过零电压(V)15输出压降(V)2.0输出漏电流(mA)10接通电间(mS）10关断时间(mS)10工作频率(Hz)4770功率损耗(W)1.5关断dV/dt(V/s)200晶闸管结温110工作温度()-20+80三、主要参数与选用功率固态继电器的特性参数包括输入和输出参数，下面以北京科通继电器总厂生产的GX-10F继电器为例，列出输入、 输出参数，详见表1，根据输入电压参数值大小，可确定工作电压大小。如采用TTL或CMOS等逻辑电平控制时，最好采用有足够带载能力的低电平驱动，并尽 可能使“0”电平低于0.8 V。如在噪声很强的环境下工作，不能选用通、断电压值相差小的产品，必需选用通、断电压值相差大的产品，(如选接通电压为8 V或12 V的产品)这样不会因噪声干扰而造成控制失灵 。输出参数的项目较多，现对主要几个参数说明如下：1、额定输入电压它是指定条件下能承受的稳态阻性负载的最大允许电压有效值。如果受控负载是非稳态或非阻性的，必需考虑所选产品是否 能承受工作状态或条件变化时(冷热转换、静动转换、感应电势、瞬态峰值电压、变化周期等) 所产生的最大合成电压。例如负载为感性时，所选额定输出电压必须大于两倍电源电压值，而且所选产品的阻断(击穿)电压应高于负载电源电压峰值的两倍。如在 电源电压为交流220V、一般的小功率非阻性负载的情况下，建议选用额定电压为400V600V的SSR产品；但对于频繁启动的单相或三相电机负载，建 议选用额定电压为660V800V的SSR产品。2、额定输出电流和浪涌电流额定输出电流是指在给定条件下(环境温度、额定电压、功率因素、有无散热器等)所能承受的电流最大的有效值。一般生产厂家都提供热降额曲线。如周围温度上升，应按曲线作降额使用。浪涌电流是指在给定条件下(室温、额定电压、额定电流和持续的时间等)不会造成永久性损坏所允许的最大非重复性峰值电 流。交流继电器的浪涌电流为额定电流的5-10倍(一个周期)，直流产品为额定电流的1.5-5倍(一秒)。在选用时，如负载为稳态阻性，SSR可全额或 降额10%使用。对于电加热器、接触器等，初始接通瞬间出现的浪涌电流可达3倍的稳态电流，因此，SSR降额20%-30%使用。对于白织灯类负 载，SSR应按降额50%使用，并且还应加上适当的保护电路。对于变压器负载，所选产品的额定电流必须高于负载工作电流的两倍。对于负载为感应电机，所选 SSR的额定电流值应为电机运转电流的24倍，SSR的浪涌电流值应为额定电流的10倍。 固态继电器对温度的敏感性很强，工作温度超过标称值后，必须降热或外加散热器，例如额定电流为10A的JGX10F产品，不加散热器时的允许工作电流只有10A。四、应用电路1、基本单元电路如图5a所示为稳定的阻性负载，为了防止输入电压超过额定值，需设置一限流电阻Rx；当负载为非稳定性负载或感性负 载时，在输出回路中还应附加一个瞬态抑制电路，如图5b所示，目的是保护固态继电器。通常措施是在继电器输出端加装RC吸收回路(例如：R=150 ，C=0.5 F或R=39 ，C=0.1 F)，它可以有效的抑制加至继电器的瞬态电压和电压指数上升率dv/dt。在设计电路时，建议用户根据负载的有关参数和环境条件，认真计算和试验RC回路的选值。另一个常用的措施是在继电器输出端接入具有特定钳位电压的电压控制器件，如双向稳压二极管或压敏电阻(MOV)。压敏电阻电流值应按下式计算：Imov=(Vmax-Vmov)/ZS其中ZS为负载阻抗、电源阻抗以及线路阻抗之和，Vmax、Vmov分别为最高瞬态电压、压敏电阻的标称电压，对于常规的220V和380V的交流电源，推荐的压敏电阻的标称电压值分别为440-470V和760-810V。在交流感性负载上并联RC电路或电容，也可抑制加至SSR输出端的瞬态电压和电压指数上升率。但实验表明，RC吸收回路，特别是并联在SSR输出端的RC吸收回路，如果和感性负载组合不当，容易导致振荡，在负 载电源上电或继电器切换时，加大继电器输出端的瞬变电压峰值，增大SSR误导通的可能性，所以，对具体应用电路应先进行试验，选用合适的RC参数，甚至有 时不用RC吸收电路更有利。对于容性负载引起的浪涌电流可用感性元件抑制，如在电路中引入磁干扰滤波器、扼流圈等，以限制快速上升的峰值电流。另外，如果输出端电流上升变化率(di/dt)很大，可以在输出端串联一个具有高磁导率的软化磁芯的电感器加以限制。图5通常SSR均设计为“常开”状态，即无控制信号输入时，输出端是开路的，但在自动化控制设备中经常需要“常闭”式的SSR，这时可在输入端外接一组简单的电路，如图5c所示，这时即为常闭式SSR。2、多功能控制电路图6a为多组输出电路，当输入为“0”时，三极管BG截止，SSR1、SSR2、SSR3的输入端无输入电压，各自 的输出端断开；当输入为“1”时，三极管BG导通，SSR1、SSR2、SSR3的输入端有输入电压，各自的输出端接通，因而达到了由一个输入端口控制多 个输出端“通”、“断”的目的。图6b为单刀双掷控制电路，当输入为“0”时，三极管BG截止，SSR1输入端无输入电压，输出端断开，此时A点电 压加到SSR2的输入端上(UA-UDW应使SSR2输出端可靠接通)，SSR2的输出端接通；当输入为“1”时，三极管BG导通，SSR1输入端有输入 电压，输出端接通，此时A点虽有电压，但UA-UDW的电压值已不能使SSR2的输出端接通而处于断开状态，因而达到了“单刀双掷控制电路”的功能(注 意：选择稳压二极管DW的稳压值时，应保证在导通的SSR1“+”端的电压不会使SSR2导