机电控制技术第十章课件.ppt

1、机电控制技术机电控制技术2022年7月22日星期五机电控制技术目目 录录10.1机电设备控制系统常见故障机电设备控制系统常见故障10.2提高机电设备控制系统可靠性提高机电设备控制系统可靠性10.3机电设备控制系统干扰抑制与处理机电设备控制系统干扰抑制与处理2022年7月22日星期五机电控制技术故障诊断故障诊断FD始于机电设备故障诊断，其全名是状态监测与故障始于机电设备故障诊断，其全名是状态监测与故障诊断诊断CMFD。它包含两方面内容：。它包含两方面内容：二是在发现异二是在发现异常情况后对设常情况后对设备的故障进行备的故障进行分析诊断。故分析诊断。故障诊断是随设障诊断是随设备管理和设备备管理和设

2、备维修的发展而维修的发展而发展起来的。发展起来的。一是对设一是对设备的运行备的运行状态进行状态进行监测；监测；2022年7月22日星期五机电控制技术造成机电设备控制系统故障的因素是多方面的，归纳起来可分为内部因造成机电设备控制系统故障的因素是多方面的，归纳起来可分为内部因素与外部环境因素。素与外部环境因素。内部因素内部因素外部环境因素外部环境因素内部因素产生故障的原因来自控制系统本身。例如，内部因素产生故障的原因来自控制系统本身。例如，线路故障、焊接工艺差、接插件接触不良、元件性线路故障、焊接工艺差、接插件接触不良、元件性能变坏或失效、软件设计存在某种缺陷及调试过程能变坏或失效、软件设计存在某

3、种缺陷及调试过程中的疏忽大意等，都会将使控制系统产生故障。中的疏忽大意等，都会将使控制系统产生故障。外部环境因素（如温度、湿度、振动、粉尘、电网外部环境因素（如温度、湿度、振动、粉尘、电网供电质量、电磁干扰等）对机电设备控制系统的工供电质量、电磁干扰等）对机电设备控制系统的工作情况有很大的影响，恶劣的环境会使机电设备控作情况有很大的影响，恶劣的环境会使机电设备控制系统的故障明显增加。此外，操作人员的误操作，制系统的故障明显增加。此外，操作人员的误操作，也可能造成控制系统的故障。也可能造成控制系统的故障。2022年7月22日星期五机电控制技术对于具体的机电设备控制系统来说，其结构的差异和对于具体

4、的机电设备控制系统来说，其结构的差异和应用条件的不同，使其故障产生原因和表现的形式不应用条件的不同，使其故障产生原因和表现的形式不同。理论上，无论故障的表现形式如何错综复杂，总同。理论上，无论故障的表现形式如何错综复杂，总可以从一种或几种类型的机电设备控制系统的常见故可以从一种或几种类型的机电设备控制系统的常见故障入手分析，以其系统的结构和故障信号综合为依据，障入手分析，以其系统的结构和故障信号综合为依据，对各类故障进行综合分析。对各类故障进行综合分析。2022年7月22日星期五机电控制技术10.1 机电设备控制系统常见故障机电设备控制系统常见故障1.硬件故障硬件故障机电设备控制系统无论怎样复

5、杂，其结构总可以划分为一些基本逻机电设备控制系统无论怎样复杂，其结构总可以划分为一些基本逻辑单元，而这些基本单元又可以归纳为组合电路和时序电路。所谓辑单元，而这些基本单元又可以归纳为组合电路和时序电路。所谓组合电路是指输出信号可以用输入信号的逻辑函数表示的电路。所组合电路是指输出信号可以用输入信号的逻辑函数表示的电路。所谓时序电路是指电路中某一时刻的输出信号不仅依赖于本次的输入谓时序电路是指电路中某一时刻的输出信号不仅依赖于本次的输入信号，还与以前的输入信号有关。信号，还与以前的输入信号有关。2022年7月22日星期五机电控制技术2.软件故障软件故障1）系统软件故障）系统软件故障2）应用软件故

6、障）应用软件故障机电设备控制系统的系统软件故障是由于设计错误引机电设备控制系统的系统软件故障是由于设计错误引起的，是在软件设计阶段，由于对系统功能了解不多，起的，是在软件设计阶段，由于对系统功能了解不多，设计目标考虑不全，从而在算法上、定义上或模块衔设计目标考虑不全，从而在算法上、定义上或模块衔接上出现错误。这些错误一旦存在，就不会消失。在接上出现错误。这些错误一旦存在，就不会消失。在某种运行环境下，这种设计错误就可能出现。因为软某种运行环境下，这种设计错误就可能出现。因为软件故障的这种固有特征，要求软件设计从一开始就要件故障的这种固有特征，要求软件设计从一开始就要有一个严格的计划和方案。在研

7、制的整个周期中的各有一个严格的计划和方案。在研制的整个周期中的各个阶段，即确定系统的要求、分析软件的需求、软件个阶段，即确定系统的要求、分析软件的需求、软件设计、程序编码、软件测试和验证、软件维护等阶段，设计、程序编码、软件测试和验证、软件维护等阶段，都要有周密的要求和说明、详细地分析和论证，以提都要有周密的要求和说明、详细地分析和论证，以提高系统软件的可靠性。高系统软件的可靠性。机电设备控制系统的应用软件与控制系统本身执行机电设备控制系统的应用软件与控制系统本身执行的具体任务和具体控制对象密切相关。一般应用软的具体任务和具体控制对象密切相关。一般应用软件的程序设计、操作与实施是在现场编写和输

8、入的。件的程序设计、操作与实施是在现场编写和输入的。2022年7月22日星期五机电控制技术3.干扰故障干扰故障在机电设备控制系统中，经常存在各种干扰，使系统不能正常工作。在机电设备控制系统中，经常存在各种干扰，使系统不能正常工作。干扰主要是电气干扰，一般是指那些与信号无关的，在信号输入、传干扰主要是电气干扰，一般是指那些与信号无关的，在信号输入、传输和输出的过程中出现的一些不确定的、有害的电气变化现象。输和输出的过程中出现的一些不确定的、有害的电气变化现象。这些随机的、有害的电气变化现象使得数据的传输值、指示值或输出这些随机的、有害的电气变化现象使得数据的传输值、指示值或输出值发生瞬态变化，其

9、表现形式是随机的，其存在形式往往是一种电气值发生瞬态变化，其表现形式是随机的，其存在形式往往是一种电气瞬变脉冲，这些瞬变脉冲通过一定的途径（如信号传输线或电源等）瞬变脉冲，这些瞬变脉冲通过一定的途径（如信号传输线或电源等）窜入控制装置与系统，从而对系统的正常工作造成一定程度的影响。窜入控制装置与系统，从而对系统的正常工作造成一定程度的影响。这种影响轻则降低信号质量，降低电路的稳定性储备，重则破坏电路这种影响轻则降低信号质量，降低电路的稳定性储备，重则破坏电路的正常功能，造成逻辑关系混乱，控制失灵，甚至发生损坏设备等。的正常功能，造成逻辑关系混乱，控制失灵，甚至发生损坏设备等。2022年7月22

10、日星期五机电控制技术10.2 提高机电设备控制系统可靠性提高机电设备控制系统可靠性随着科学技术的发展，社会产生对机电设备控制装置性能要求不断随着科学技术的发展，社会产生对机电设备控制装置性能要求不断提高，构成机电设备控制系统的硬件和软件的复杂程度也不断增加，提高，构成机电设备控制系统的硬件和软件的复杂程度也不断增加，使得机电设备控制系统发生故障的概率也随之增加。机电设备大都使得机电设备控制系统发生故障的概率也随之增加。机电设备大都属于高技术产品，一般都应用于经济价值高的领域。一旦机电设备属于高技术产品，一般都应用于经济价值高的领域。一旦机电设备控制系统出现失控、误控，都可能导致设备的损坏和加工

11、工件的报控制系统出现失控、误控，都可能导致设备的损坏和加工工件的报废，造成巨大的经济损失，甚至是重大人员伤亡。因此，机电设备废，造成巨大的经济损失，甚至是重大人员伤亡。因此，机电设备控制系统的可靠性，已成为必须考虑的重要问题。控制系统的可靠性，已成为必须考虑的重要问题。2022年7月22日星期五机电控制技术1.保证机电设备控制系统可靠性的方法保证机电设备控制系统可靠性的方法提高产品的设计和制造质量是保证机电设备控制系统具有必要的可靠提高产品的设计和制造质量是保证机电设备控制系统具有必要的可靠性的根本方法，它的作用是提前消除故障，或者降低故障率。性的根本方法，它的作用是提前消除故障，或者降低故障

12、率。2.机电设备控制系统的自诊断机电设备控制系统的自诊断目前，机电设备控制系统一般都具有自诊断功能。自诊断源于通用计目前，机电设备控制系统一般都具有自诊断功能。自诊断源于通用计算机系统，应用于机电设备控制系统以后，使之具有了许多特殊的功算机系统，应用于机电设备控制系统以后，使之具有了许多特殊的功能。能。2022年7月22日星期五机电控制技术10.3 机电设备控制系统干扰抑制与处理机电设备控制系统干扰抑制与处理机电设备控制系统是集机械、电子、计算机、传感器和电气设备为机电设备控制系统是集机械、电子、计算机、传感器和电气设备为一体的复杂系统，通常工作在环境较复杂的工业现场，在这种情况一体的复杂系统

13、，通常工作在环境较复杂的工业现场，在这种情况下，各种干扰是引起机电设备控制系统出现瞬时故障的主要原因。下，各种干扰是引起机电设备控制系统出现瞬时故障的主要原因。机电设备控制系统要有相当高的可靠性，如果因干扰导致系统误动机电设备控制系统要有相当高的可靠性，如果因干扰导致系统误动作，轻则影响正常生产，重则发生损坏设备等严重事故。因此，机作，轻则影响正常生产，重则发生损坏设备等严重事故。因此，机电设备控制系统的抗干扰问题是设计系统时要解决的非常重要的问电设备控制系统的抗干扰问题是设计系统时要解决的非常重要的问题。题。2022年7月22日星期五机电控制技术为了防止干扰的不利影响，保证系统能正常和可靠的

14、运行，必须采用各种减为了防止干扰的不利影响，保证系统能正常和可靠的运行，必须采用各种减少干扰影响的措施和方法。这是抗干扰设计的内容。抗干扰设计应遵循三个少干扰影响的措施和方法。这是抗干扰设计的内容。抗干扰设计应遵循三个原则：原则：三三个个原原则则一是抑制干扰源，直接消除干扰的产生；一是抑制干扰源，直接消除干扰的产生；二是切断干扰的传递途径，或提高传递二是切断干扰的传递途径，或提高传递途径对干扰的衰减作用，以消除干扰源途径对干扰的衰减作用，以消除干扰源和受扰系统之间的耦合；和受扰系统之间的耦合；三是加强受扰系统抵抗干扰的能力，三是加强受扰系统抵抗干扰的能力，降低其对干扰信号的敏感度。降低其对干扰

15、信号的敏感度。2022年7月22日星期五机电控制技术1.现场干扰的抑制与隔离现场干扰的抑制与隔离1）用电容或阻容环抑制干扰）用电容或阻容环抑制干扰2）屏蔽干扰源）屏蔽干扰源电容或阻容是一个储能元件，其电压不能突变，因而对一些电容或阻容是一个储能元件，其电压不能突变，因而对一些瞬时性的干扰或尖脉冲具有吸收的能力。因此，此法如果使瞬时性的干扰或尖脉冲具有吸收的能力。因此，此法如果使用得当，大部分干扰都可得到抑制。用得当，大部分干扰都可得到抑制。屏蔽干扰源是将构成干扰源的元件封闭子在一个屏蔽体内，即屏蔽干扰源是将构成干扰源的元件封闭子在一个屏蔽体内，即在这些元件外加装对电和磁均是绝缘体的金属外罩，以

16、实现对在这些元件外加装对电和磁均是绝缘体的金属外罩，以实现对静电荷磁的屏蔽。外罩一定要严密，不让干扰泄露。静电荷磁的屏蔽。外罩一定要严密，不让干扰泄露。抑制现场干扰的方法包括用电容或阻容环抑制干扰和屏蔽干扰源。抑制现场干扰的方法包括用电容或阻容环抑制干扰和屏蔽干扰源。2022年7月22日星期五机电控制技术 2.消除干扰的方法消除干扰的方法1）从逻辑线路设计上提高机电设备控制系统的抗干扰能力）从逻辑线路设计上提高机电设备控制系统的抗干扰能力2）硬件自检测设计）硬件自检测设计对于一个具体的机电设备控制系统，在满足生产工艺控制要求的前对于一个具体的机电设备控制系统，在满足生产工艺控制要求的前提下，逻

17、辑设计应尽量简单，以便节省元件，方便操作。因为在元提下，逻辑设计应尽量简单，以便节省元件，方便操作。因为在元件质量一定的前提下，整机中所用到的元件数量越少，系统在工作件质量一定的前提下，整机中所用到的元件数量越少，系统在工作过程出现故障的概率就越小，系统的稳定性越高。过程出现故障的概率就越小，系统的稳定性越高。由干扰引起的误动作多是偶发性的，因此，应采取某种措施，使这种由干扰引起的误动作多是偶发性的，因此，应采取某种措施，使这种偶发的误动作不致直接影响机电设备控制系统的运行，因此，在总体偶发的误动作不致直接影响机电设备控制系统的运行，因此，在总体设计上必须设法使干扰造成的故障能尽快地恢复正常。

18、通常在硬件上设计上必须设法使干扰造成的故障能尽快地恢复正常。通常在硬件上设置某些自动检测电路，这是为了对一些薄弱环节加强监控，以便缩设置某些自动检测电路，这是为了对一些薄弱环节加强监控，以便缩小故障范围，增强整体的可靠度。在硬件上常用的监控和误动作检出小故障范围，增强整体的可靠度。在硬件上常用的监控和误动作检出方法通常有数据传输的奇偶检验、存储器的奇偶校验以及运算电路、方法通常有数据传输的奇偶检验、存储器的奇偶校验以及运算电路、译码电路和时序电路的有关校验等。译码电路和时序电路的有关校验等。2022年7月22日星期五机电控制技术 3.提高机电设备控制系统抗干扰能力的方法提高机电设备控制系统抗干

19、扰能力的方法1）正确的接地方式）正确的接地方式2）合理的电源方案）合理的电源方案实践证明机电设备控制系统的噪声和干扰与系统的接地方式有很大实践证明机电设备控制系统的噪声和干扰与系统的接地方式有很大关系。正确的接地方式可以在很大程度上抑制内部噪声的耦合，防关系。正确的接地方式可以在很大程度上抑制内部噪声的耦合，防止外部干扰的侵入，从而大大提高系统的抗干扰能力。止外部干扰的侵入，从而大大提高系统的抗干扰能力。电源是引起外部干扰的重要来源。实践证明通过电源窜入的干扰噪声电源是引起外部干扰的重要来源。实践证明通过电源窜入的干扰噪声是多途径的，如控制装置中各类开关的频繁闭合或断开，各类电感线是多途径的，

20、如控制装置中各类开关的频繁闭合或断开，各类电感线圈的瞬时通断，晶闸管电源及高频、中频电源等系统中开关元件的导圈的瞬时通断，晶闸管电源及高频、中频电源等系统中开关元件的导通和截止等。通和截止等。许多机电设备控制系统从设计思想到具体电路原理都是比较完善的。但是工许多机电设备控制系统从设计思想到具体电路原理都是比较完善的。但是工作现场却经常无法正常工作，暴露出许多由于工艺安装不合理带来的问题，作现场却经常无法正常工作，暴露出许多由于工艺安装不合理带来的问题，从而使系统很容易接受干扰，对此必须引起足够的重视。从而使系统很容易接受干扰，对此必须引起足够的重视。2022年7月22日星期五机电控制技术各种形

21、式的干扰最终会反映在机电设备控制系统的微机模块各种形式的干扰最终会反映在机电设备控制系统的微机模块中，从而导致数据采集误差、控制状态失灵、存储数据窜改中，从而导致数据采集误差、控制状态失灵、存储数据窜改以及程序运行失常等后果，虽然在系统的硬件上采取了上述以及程序运行失常等后果，虽然在系统的硬件上采取了上述多种抗干扰措施，但仍然不能保证万无一失，因此，对软件多种抗干扰措施，但仍然不能保证万无一失，因此，对软件抗干扰措施的研究越来越引起了人们的重视。抗干扰措施的研究越来越引起了人们的重视。4.软件抗干扰技术软件抗干扰技术2022年7月22日星期五机电控制技术机电设备控制系统从模拟量输入通道得到的有

22、机电设备控制系统从模拟量输入通道得到的有关现场信号与该信号所代表的物理量不一定成关现场信号与该信号所代表的物理量不一定成线形关系，而在显示时，却希望得到均匀的显线形关系，而在显示时，却希望得到均匀的显示刻度，即希望系统的输出与输入为线性相关示刻度，即希望系统的输出与输入为线性相关，这样，不仅便于操作者读数，而且会使整个，这样，不仅便于操作者读数，而且会使整个刻度范围内灵敏度一致，以便对机电设备控制刻度范围内灵敏度一致，以便对机电设备控制系统进行控制。系统进行控制。机电设备控制系统中经常遇到实时数据采集机电设备控制系统中经常遇到实时数据采集问题。随着计算机技术的发展和接口技术的问题。随着计算机技术的发展和接口技术的进步，利用软件抗干扰技术可以实现数字滤进步，利用软件抗干扰技术可以实现数字滤波，并可多通道共用。波，并可多通道共用。4.软件抗干扰技术软件抗干扰技术数数据据采采集集系系统统数字滤波数字滤波线形化处理线形化处理2022年7月22日星期五机电控制技术