工厂自动化设备故障诊断手册

一、故障诊断基础认知自动化设备故障会直接影响生产效率与产品质量，建立系统的故障诊断体系是保障设备稳定运行的核心环节。（一）设备故障的分类设备故障可根据发生规律与诱因分为两类：突发性故障：由外部突发因素（如电压骤变、机械冲击）或内部元件瞬时失效引发，故障前无明显征兆。典型场景包括传感器接线松动导致的信号丢失、继电器触点烧蚀等。渐发性故障：因长期磨损、老化或参数漂移导致，故障前有可识别的性能退化趋势。例如伺服电机轴承异响、PLC程序运行周期延长等。（二）故障诊断核心流程故障诊断需遵循“信息收集→初步分析→深入检测→故障定位→修复验证”的闭环逻辑：1.信息收集：记录故障现象（如报警代码、设备动作异常、温度/噪音变化）、故障发生时机（空载/负载、启动/运行阶段）、近期维护记录（如备件更换、参数调整）。2.初步分析：结合设备原理（如气动回路逻辑、电气控制框图）缩小故障范围。例如，机器人焊接偏移可能关联伺服系统、传感器或程序参数。3.深入检测：通过感官判断（听异响、摸温度）、仪器测量（万用表测电压、示波器抓波形）或系统诊断（PLC在线监控、驱动器故障码读取）定位故障点。4.故障验证：通过替换备件、调整参数或修复元件验证故障是否消除；若未解决，需重新回溯分析流程。二、常用故障诊断方法（一）感官诊断法（快速筛查）通过人体感官对设备状态进行初步判断，适用于故障初期的快速定位：视觉：观察设备外观（如线缆破损、指示灯状态）、机械部件（如皮带松弛、联轴器偏移）、显示屏报警信息（如PLC错误代码、驱动器故障提示）。听觉：辨别电机/泵的异响（如轴承缺油的“沙沙声”、齿轮啮合不良的“咔咔声”）、气动阀换向的异常排气声。触觉：触摸电机外壳（过热烫手可能是过载或堵转）、导轨滑块（振动异常提示机械松动）、继电器触点（烧灼后凹凸不平）。嗅觉：识别绝缘材料烧焦（电气短路）、润滑油变质（机械磨损）的异味。（二）仪器检测法（精准定位）借助专业工具对故障点进行定量分析，提升诊断精度：1.万用表：测量电气回路的电压（如PLC输入点电压是否正常）、电阻（如传感器阻值是否漂移）、通断（如线缆是否断线）。2.示波器：抓取脉冲信号（如编码器输出波形）、模拟量信号（如压力传感器4-20mA输出），分析信号幅值、频率是否符合标准。3.红外热像仪：检测电气柜内接触器、断路器的温度分布，定位隐性过热故障（如端子松动、元件老化）。（三）数据分析诊断法（趋势预判）通过数据挖掘与建模，实现故障的提前预警与根因追溯：1.SCADA系统回溯：调取历史运行数据（如设备稼动率、能耗曲线、报警频次），分析故障与工况的关联（如某时段负载过高导致电机故障）。2.故障树分析（FTA）：以“设备停机”为顶事件，向下分解中间事件（如“动力中断”→“断路器跳闸”→“过载”/“短路”），通过逻辑门（与/或）梳理故障诱因。3.机器学习辅助：对振动、温度等传感器数据建模，通过算法（如随机森林、LSTM）预测轴承、齿轮等部件的剩余寿命。三、典型设备故障诊断案例（一）PLC通讯故障现象：PLC与触摸屏/上位机通讯中断，HMI显示“通讯超时”。诊断步骤：1.检查硬件：通讯线缆是否松动、接头是否氧化（可重新插拔或更换水晶头）；通讯模块指示灯（如RS485模块的TX/RX灯是否闪烁）。2.核对参数：PLC与HMI的通讯协议（如ModbusRTU）、波特率、站地址是否一致；检查防火墙/网段设置（工业以太网通讯时）。3.替换验证：更换通讯模块或线缆，观察故障是否转移（若更换后恢复，判定为硬件故障）。（二）伺服系统抖动故障现象：伺服电机运行时出现周期性抖动，负载精度下降。诊断步骤：1.机械排查：检查联轴器是否松动、导轨是否卡滞、负载是否偏心（可手动盘动电机，感受阻力变化）。2.信号检测：用示波器测量编码器反馈波形（若波形失真，可能是编码器故障或线缆干扰）；检查驱动器输出电流是否波动（过流可能是参数不匹配）。3.参数优化：调整伺服增益（如位置环、速度环增益），或重新进行惯量识别（负载惯量与电机惯量不匹配会导致振荡）。（三）传感器误报故障现象：光电传感器频繁误触发，或接近开关无信号输出。诊断步骤：1.环境干扰：检查是否有强光直射（光电传感器）、金属粉尘附着（接近开关），或电磁干扰源（如变频器、伺服驱动器）。2.安装位置：传感器与被测物的距离是否超出检测范围（如漫反射光电的检测距离需＞20%额定值）；检测角度是否偏移（导致信号衰减）。3.信号验证：用万用表测量传感器输出（如NPN型接近开关，正常时“检测到金属”为低电平，否则为高电平）；替换同型号传感器，观察故障是否消失。四、预防维护与故障管理（一）日常维护要点点检表执行：制定设备点检清单（如每日检查伺服电机温度、每周清理传感器镜头、每月紧固电气端子），记录数据并趋势分析。润滑管理：按设备手册周期更换齿轮箱油、导轨润滑油，避免因润滑不良导致的机械磨损。（二）预测性维护策略通过技术手段提前识别潜在故障，降低停机风险：振动分析：用振动传感器采集电机、泵的振动频谱，识别轴承缺陷（如外圈故障的“BPFO频率”）、不平衡量超标等隐患。油液分析：对液压系统、齿轮箱的油液取样，检测铁屑含量、粘度变化，预判磨损程度。温度监测：在关键部件（如电机绕组、接触器）贴装温度标签或无线测温传感器，实时预警过热风险。（三）故障管理体系建立全流程故障管理机制，实现经验沉淀与持续优化：故障台账：记录每次故障的现象、原因、处理措施、备件更换情况，形成设备“病历卡”。根因分析（5Why）：对重复故障进行深度剖析，如“电机烧毁”→“过载”→“皮带过紧”→“张紧装置失效”→“维护未校准”，从管理层面解决问题。知识沉淀：将典型故障案例、诊