機(jī)械設(shè)備控制系統(tǒng)

1、 第1章 緒論 機(jī)械設(shè)備控制系統(tǒng) 7.1 可靠性的基本概念可靠性的基本概念 機(jī)械設(shè)備控制系統(tǒng)的故障類型機(jī)械設(shè)備控制系統(tǒng)的故障類型 7.3 機(jī)械設(shè)備控制系統(tǒng)的故障診斷技術(shù)機(jī)械設(shè)備控制系統(tǒng)的故障診斷技術(shù) 7.4 機(jī)械設(shè)備控制系統(tǒng)的干擾抑制與處理機(jī)械設(shè)備控制系統(tǒng)的干擾抑制與處理 作業(yè) 機(jī)械設(shè)備控制系統(tǒng) 1966年美國(guó)的年美國(guó)的MILSTD-721B又較正規(guī)地給又較正規(guī)地給 出了傳統(tǒng)或經(jīng)典的可靠性定義：出了傳統(tǒng)或經(jīng)典的可靠性定義：“產(chǎn)品在規(guī)定的產(chǎn)品在規(guī)定的 條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力”。 機(jī)械設(shè)備控制系統(tǒng) 機(jī)械設(shè)備控制系統(tǒng) 1.可靠度（可靠度（Re

2、liability）: 可靠度是指元件、設(shè)備、系統(tǒng)等在可靠度是指元件、設(shè)備、系統(tǒng)等在 規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的概率。規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的概率。 2.維修度（維修度（Maintainability）: 維修度是指對(duì)可維修的元件、維修度是指對(duì)可維修的元件、 設(shè)備或系統(tǒng)在發(fā)生故障或失效后在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)設(shè)備或系統(tǒng)在發(fā)生故障或失效后在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí) 間內(nèi)完成修復(fù)的概率。間內(nèi)完成修復(fù)的概率。 3.有效度（有效度（Availability）: 有效度又稱可利用度（可利用率），有效度又稱可利用度（可利用率）， 是指可維修的元件、設(shè)備或系統(tǒng)在規(guī)定的條件下

3、使用時(shí)，在是指可維修的元件、設(shè)備或系統(tǒng)在規(guī)定的條件下使用時(shí)，在 某時(shí)刻具有或保持其功能的概率。某時(shí)刻具有或保持其功能的概率。 機(jī)械設(shè)備控制系統(tǒng) 4.浴盆曲線（浴盆曲線（Bath-Tub Curve） 浴盆曲線實(shí)質(zhì)上是一條瞬時(shí)浴盆曲線實(shí)質(zhì)上是一條瞬時(shí) 失效率變化曲線，瞬時(shí)失效率是工作到時(shí)刻尚未失效的概失效率變化曲線，瞬時(shí)失效率是工作到時(shí)刻尚未失效的概 率，常記作率，常記作(t)。 浴盆曲線浴盆曲線 機(jī)械設(shè)備控制系統(tǒng) 時(shí)當(dāng) 時(shí)當(dāng) 時(shí)當(dāng) tNtn t t tF 0/ )( 1 00 )( t dttftFtR)()(1)( u失效函數(shù)失效函數(shù) u可靠度函數(shù)可靠度函數(shù) 失效函數(shù)和可靠度函數(shù)失效函數(shù)和可

4、靠度函數(shù) 機(jī)械設(shè)備控制系統(tǒng) )( )( )0( )( )0( )( )( )( )( tR tf N tN tN tn ttN tn t N i i t N T 1 1 機(jī)械設(shè)備控制系統(tǒng) N i n j ij N i i i t n T 11 1 1 機(jī)械設(shè)備控制系統(tǒng) 機(jī)械設(shè)備控制系統(tǒng) 系統(tǒng)的可靠性取決于元件的可靠度和元件組合方式兩個(gè)系統(tǒng)的可靠性取決于元件的可靠度和元件組合方式兩個(gè) 因素，最基本的組合方式為串聯(lián)和并聯(lián)模型，更復(fù)雜的系統(tǒng)因素，最基本的組合方式為串聯(lián)和并聯(lián)模型，更復(fù)雜的系統(tǒng) 模型可以從這兩種基本模型引伸出來。模型可以從這兩種基本模型引伸出來。 機(jī)械設(shè)備控制系統(tǒng) （1）等同分配法：是

5、按照各組成單元可靠性相等的原則分配。）等同分配法：是按照各組成單元可靠性相等的原則分配。 （3）按重要性分配法：考慮各組成單元的重要程度、復(fù)雜程度）按重要性分配法：考慮各組成單元的重要程度、復(fù)雜程度 及工作時(shí)間等差別的分配方法。及工作時(shí)間等差別的分配方法。 （2）按比例分配法：其分配原則是按照各組成單元的預(yù)計(jì)失效）按比例分配法：其分配原則是按照各組成單元的預(yù)計(jì)失效 率的比例進(jìn)行分配。率的比例進(jìn)行分配。 （4）最優(yōu)化分配方法：根據(jù)系統(tǒng)中起主導(dǎo)作用的特性參數(shù)的優(yōu)）最優(yōu)化分配方法：根據(jù)系統(tǒng)中起主導(dǎo)作用的特性參數(shù)的優(yōu) 化目標(biāo)和各種限制性約束條件選取最優(yōu)化分配方案?；繕?biāo)和各種限制性約束條件選取最優(yōu)化分

6、配方案。 機(jī)械設(shè)備控制系統(tǒng) （1）在滿足產(chǎn)品性能要求的前提下，盡可能簡(jiǎn)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，次）在滿足產(chǎn)品性能要求的前提下，盡可能簡(jiǎn)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，次 要部件和不必要的復(fù)雜結(jié)構(gòu)只會(huì)增加產(chǎn)品發(fā)生故障的概率。要部件和不必要的復(fù)雜結(jié)構(gòu)只會(huì)增加產(chǎn)品發(fā)生故障的概率。 （2）提高產(chǎn)品各部件的可靠性）提高產(chǎn)品各部件的可靠性 （3）在可靠性低的部件上采用并聯(lián)儲(chǔ)備）在可靠性低的部件上采用并聯(lián)儲(chǔ)備 （4）采用冷儲(chǔ)備，即在部件出現(xiàn)故障時(shí)，由備用部件自動(dòng)轉(zhuǎn)入）采用冷儲(chǔ)備，即在部件出現(xiàn)故障時(shí)，由備用部件自動(dòng)轉(zhuǎn)入 工作工作 （5）修理維護(hù)，即各換或修理故障部件，與冷儲(chǔ)備不同之處在）修理維護(hù)，即各換或修理故障部件，與冷儲(chǔ)備不同之處在 于

7、不是自動(dòng)轉(zhuǎn)入工作于不是自動(dòng)轉(zhuǎn)入工作 機(jī)械設(shè)備控制系統(tǒng) （2）橋接故障：印制電路板上兩相鄰線間的穿通或短路，即形）橋接故障：印制電路板上兩相鄰線間的穿通或短路，即形 成所謂橋接故障。成所謂橋接故障。 （1）固定故障：集成電路芯片的輸入或輸出端，或者電路板上）固定故障：集成電路芯片的輸入或輸出端，或者電路板上 某一連線的邏輯值固定不變的故障稱為固定故障。某一連線的邏輯值固定不變的故障稱為固定故障。 機(jī)械設(shè)備控制系統(tǒng) 間發(fā)性故障是指由于計(jì)時(shí)的偏差、外部電氣噪聲及工作邊間發(fā)性故障是指由于計(jì)時(shí)的偏差、外部電氣噪聲及工作邊 界值變小等原因所造成的，在偶爾發(fā)生故障后再運(yùn)行時(shí)又很少重界值變小等原因所造成的，在

8、偶爾發(fā)生故障后再運(yùn)行時(shí)又很少重 復(fù)出現(xiàn)的故障。由于它的隨機(jī)性、偶發(fā)性，分析和診斷都比較困復(fù)出現(xiàn)的故障。由于它的隨機(jī)性、偶發(fā)性，分析和診斷都比較困 難，因此又稱為軟故障難，因此又稱為軟故障 機(jī)械設(shè)備控制系統(tǒng) 機(jī)械設(shè)備控制系統(tǒng) 軟件的失效率曲線軟件的失效率曲線 機(jī)械設(shè)備控制系統(tǒng) 機(jī)械設(shè)備控制系統(tǒng) （2）外部干擾：外部干擾是由裝置外部竄入到裝置內(nèi)的各種干）外部干擾：外部干擾是由裝置外部竄入到裝置內(nèi)的各種干 擾。擾。 （1）內(nèi)部干擾：內(nèi)部干擾是指控制系統(tǒng)或裝置本身內(nèi)部引起的）內(nèi)部干擾：內(nèi)部干擾是指控制系統(tǒng)或裝置本身內(nèi)部引起的 各種干擾。各種干擾。 機(jī)械設(shè)備控制系統(tǒng) （2）供電干擾：控制器一般都配備有專

9、用的直流穩(wěn)壓電源，即）供電干擾：控制器一般都配備有專用的直流穩(wěn)壓電源，即 使如此，從交流供電閥傳來的干擾信號(hào)仍然可能影響電源電壓的使如此，從交流供電閥傳來的干擾信號(hào)仍然可能影響電源電壓的 穩(wěn)定性，并可能經(jīng)過整流電源串入控制器。穩(wěn)定性，并可能經(jīng)過整流電源串入控制器。 （1）靜電干擾：靜電干擾就是電場(chǎng)通過電容耦合的干擾。）靜電干擾：靜電干擾就是電場(chǎng)通過電容耦合的干擾。 （3）強(qiáng)電干擾：驅(qū)動(dòng)電路中的強(qiáng)電元件如繼電器、電磁鐵和接）強(qiáng)電干擾：驅(qū)動(dòng)電路中的強(qiáng)電元件如繼電器、電磁鐵和接 觸器等感性負(fù)載，在斷電時(shí)會(huì)產(chǎn)生過電壓和沖擊電流。觸器等感性負(fù)載，在斷電時(shí)會(huì)產(chǎn)生過電壓和沖擊電流。 機(jī)械設(shè)備控制系統(tǒng) （4）

10、電磁輻射干擾：如果在控制系統(tǒng)附近存在磁場(chǎng)、電磁場(chǎng)、靜）電磁輻射干擾：如果在控制系統(tǒng)附近存在磁場(chǎng)、電磁場(chǎng)、靜 電場(chǎng)或電磁波輻射源，就可能通過空間感應(yīng)，直接干擾系統(tǒng)中的各電場(chǎng)或電磁波輻射源，就可能通過空間感應(yīng)，直接干擾系統(tǒng)中的各 設(shè)備和導(dǎo)線，使其中的電平發(fā)生變化，或產(chǎn)生脈沖干擾信號(hào)。設(shè)備和導(dǎo)線，使其中的電平發(fā)生變化，或產(chǎn)生脈沖干擾信號(hào)。 （5）漏電耦合干擾：這種干擾是由系統(tǒng)內(nèi)部的器件、電路板或裝）漏電耦合干擾：這種干擾是由系統(tǒng)內(nèi)部的器件、電路板或裝 置以外與之相連器件的絕緣電阻下降產(chǎn)生的漏電所引起的。置以外與之相連器件的絕緣電阻下降產(chǎn)生的漏電所引起的。 （6）接地干擾：接地干擾是由于接地不當(dāng)形成地

11、環(huán)路產(chǎn)生的。）接地干擾：接地干擾是由于接地不當(dāng)形成地環(huán)路產(chǎn)生的。 機(jī)械設(shè)備控制系統(tǒng) 機(jī)械設(shè)備控制系統(tǒng)的常見故障類型與特征機(jī)械設(shè)備控制系統(tǒng)的常見故障類型與特征 機(jī)械設(shè)備控制系統(tǒng) （1）裕度法：對(duì)于關(guān)鍵性的產(chǎn)品，可以加大設(shè)計(jì)的）裕度法：對(duì)于關(guān)鍵性的產(chǎn)品，可以加大設(shè)計(jì)的 安全系數(shù)，以保證一定的可靠性儲(chǔ)備。安全系數(shù)，以保證一定的可靠性儲(chǔ)備。 （2）自動(dòng)控制法：在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，利用機(jī)電一體化）自動(dòng)控制法：在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，利用機(jī)電一體化 技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，使產(chǎn)品（或系統(tǒng)）具有自適應(yīng)、自診斷、技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，使產(chǎn)品（或系統(tǒng)）具有自適應(yīng)、自診斷、 自調(diào)整，甚至自修復(fù)的功能，這樣可以大大提高產(chǎn)品自調(diào)整，甚至自修復(fù)的功能，這樣

12、可以大大提高產(chǎn)品 的可靠性。的可靠性。 機(jī)械設(shè)備控制系統(tǒng) （1）工作冗余：又稱工作儲(chǔ)備或掩蔽儲(chǔ)備，是一種兩個(gè)或兩個(gè)以）工作冗余：又稱工作儲(chǔ)備或掩蔽儲(chǔ)備，是一種兩個(gè)或兩個(gè)以 上單元并行工作的并聯(lián)模型。上單元并行工作的并聯(lián)模型。 （2）后備冗余：又稱非工作儲(chǔ)備或待機(jī)儲(chǔ)備。平時(shí)只需一個(gè)單元）后備冗余：又稱非工作儲(chǔ)備或待機(jī)儲(chǔ)備。平時(shí)只需一個(gè)單元 工作，另一個(gè)單元是冗余的，用于待機(jī)備用。工作，另一個(gè)單元是冗余的，用于待機(jī)備用。 機(jī)械設(shè)備控制系統(tǒng) 從本質(zhì)上來看，診斷技術(shù)是一種檢測(cè)技術(shù)，用來取得有關(guān)產(chǎn)品從本質(zhì)上來看，診斷技術(shù)是一種檢測(cè)技術(shù)，用來取得有關(guān)產(chǎn)品 中產(chǎn)生的失效（故障）類型和失效位置信息。它的任務(wù)有

13、兩個(gè)，一中產(chǎn)生的失效（故障）類型和失效位置信息。它的任務(wù)有兩個(gè)，一 是出現(xiàn)故障時(shí)，迅速確定故障的種類和位置，以便及時(shí)修復(fù)；二是是出現(xiàn)故障時(shí)，迅速確定故障的種類和位置，以便及時(shí)修復(fù)；二是 在故障尚未發(fā)生時(shí)，確定產(chǎn)品中有關(guān)元器件距離極限狀態(tài)程度，查在故障尚未發(fā)生時(shí)，確定產(chǎn)品中有關(guān)元器件距離極限狀態(tài)程度，查 明產(chǎn)品工作能力下降的原因，以便采取維護(hù)措施或進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，明產(chǎn)品工作能力下降的原因，以便采取維護(hù)措施或進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整， 防止發(fā)生故障。防止發(fā)生故障。 機(jī)械設(shè)備控制系統(tǒng) 1.自診斷的主要功能自診斷的主要功能 u加電時(shí)對(duì)主要部件作可靠性測(cè)試，以保證系統(tǒng)能進(jìn)入正常的運(yùn)行狀態(tài)加電時(shí)對(duì)主要部件作可靠性測(cè)試，

14、以保證系統(tǒng)能進(jìn)入正常的運(yùn)行狀態(tài) u若某一步驟發(fā)生檢測(cè)錯(cuò)誤，自診斷程序能根據(jù)錯(cuò)誤的不同性質(zhì)，若某一步驟發(fā)生檢測(cè)錯(cuò)誤，自診斷程序能根據(jù)錯(cuò)誤的不同性質(zhì)， 分別采用兩種不同的方法來處理分別采用兩種不同的方法來處理 u對(duì)操作錯(cuò)誤或軟件程序錯(cuò)誤，采取程序自動(dòng)恢復(fù)技術(shù)或軟件錯(cuò)對(duì)操作錯(cuò)誤或軟件程序錯(cuò)誤，采取程序自動(dòng)恢復(fù)技術(shù)或軟件錯(cuò) 誤報(bào)警。誤報(bào)警。 機(jī)械設(shè)備控制系統(tǒng) 2.常用的自診斷技術(shù)常用的自診斷技術(shù) 開機(jī)自診斷：開機(jī)自診斷指每次從通電開始至進(jìn)入開機(jī)自診斷：開機(jī)自診斷指每次從通電開始至進(jìn)入 正常的運(yùn)行準(zhǔn)備狀態(tài)為止，數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部自診斷程序正常的運(yùn)行準(zhǔn)備狀態(tài)為止，數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部自診斷程序 自動(dòng)執(zhí)行的診斷。自動(dòng)執(zhí)行

15、的診斷。 運(yùn)行自診斷：運(yùn)行自診斷是數(shù)控系統(tǒng)正常工作時(shí)，運(yùn)行自診斷：運(yùn)行自診斷是數(shù)控系統(tǒng)正常工作時(shí)， 運(yùn)行內(nèi)部診斷程序，對(duì)系統(tǒng)本身、運(yùn)行內(nèi)部診斷程序，對(duì)系統(tǒng)本身、PLC、位置伺服單、位置伺服單 元以及與數(shù)控裝置相連的其他外部裝置進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)、元以及與數(shù)控裝置相連的其他外部裝置進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)、 檢查，并顯示有關(guān)狀態(tài)信息和故障信息。檢查，并顯示有關(guān)狀態(tài)信息和故障信息。 脫機(jī)診斷：一些早期的數(shù)控系統(tǒng)，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障脫機(jī)診斷：一些早期的數(shù)控系統(tǒng)，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障 時(shí)，往往需要停機(jī)，使用隨機(jī)的專用診斷紙帶對(duì)系統(tǒng)時(shí)，往往需要停機(jī)，使用隨機(jī)的專用診斷紙帶對(duì)系統(tǒng) 進(jìn)行脫機(jī)診斷。進(jìn)行脫機(jī)診斷。 機(jī)械設(shè)備控制系統(tǒng) 1.

16、用電容或阻容環(huán)抑制干擾用電容或阻容環(huán)抑制干擾 機(jī)械設(shè)備控制系統(tǒng) 2.屏蔽干擾源屏蔽干擾源 機(jī)械設(shè)備控制系統(tǒng) 繼電器線圈和觸點(diǎn)僅有機(jī)械上的聯(lián)系而沒有直接的電繼電器線圈和觸點(diǎn)僅有機(jī)械上的聯(lián)系而沒有直接的電 的聯(lián)系，因此可利用繼電器線圈接受信號(hào)，而利用其觸點(diǎn)的聯(lián)系，因此可利用繼電器線圈接受信號(hào)，而利用其觸點(diǎn) 發(fā)送和傳輸信號(hào)。從而可實(shí)現(xiàn)強(qiáng)電和弱電的隔離。發(fā)送和傳輸信號(hào)。從而可實(shí)現(xiàn)強(qiáng)電和弱電的隔離。 機(jī)械設(shè)備控制系統(tǒng) 1從邏輯線路設(shè)計(jì)上提高機(jī)械設(shè)備控制系統(tǒng)的抗干擾能力從邏輯線路設(shè)計(jì)上提高機(jī)械設(shè)備控制系統(tǒng)的抗干擾能力 2硬件自檢測(cè)設(shè)計(jì)硬件自檢測(cè)設(shè)計(jì) 3利用軟件可靠性技術(shù)利用軟件可靠性技術(shù) 機(jī)械設(shè)備控制系統(tǒng)

17、 1.正確的接地方式正確的接地方式 （1）交流接地點(diǎn)與直流接地點(diǎn)分開）交流接地點(diǎn)與直流接地點(diǎn)分開 （2）將邏輯地浮空并使機(jī)柜良好接地）將邏輯地浮空并使機(jī)柜良好接地 （3）其他接地方式的考慮）其他接地方式的考慮 機(jī)械設(shè)備控制系統(tǒng) 2合理的電源方案合理的電源方案 （1）配電方案中的抗干擾措施）配電方案中的抗干擾措施 機(jī)械設(shè)備控制系統(tǒng) （2）利用電源監(jiān)視電路抗電源干擾）利用電源監(jiān)視電路抗電源干擾 在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求采取進(jìn)一步在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求采取進(jìn)一步 的保護(hù)措施，電源監(jiān)視電路的設(shè)計(jì)是抗電源干擾的保護(hù)措施，電源監(jiān)視電路的設(shè)計(jì)是抗電源干擾 的一個(gè)有效的方法。的一個(gè)有效的方法。 機(jī)械

18、設(shè)備控制系統(tǒng) 1實(shí)施軟件抗干擾的必要條件實(shí)施軟件抗干擾的必要條件 p在干擾的作用下，微機(jī)硬件部分以及于其相聯(lián)的各功能模塊不會(huì)在干擾的作用下，微機(jī)硬件部分以及于其相聯(lián)的各功能模塊不會(huì) 受到任何損毀，或易損壞的單元設(shè)置有監(jiān)測(cè)狀態(tài)可查詢。受到任何損毀，或易損壞的單元設(shè)置有監(jiān)測(cè)狀態(tài)可查詢。 p系統(tǒng)的程序及固化常數(shù)不會(huì)因干擾的侵入而變化。系統(tǒng)的程序及固化常數(shù)不會(huì)因干擾的侵入而變化。 pRAM區(qū)中的重要數(shù)據(jù)在干擾侵入后可重新建立，并且系統(tǒng)重新區(qū)中的重要數(shù)據(jù)在干擾侵入后可重新建立，并且系統(tǒng)重新 運(yùn)行時(shí)不會(huì)出現(xiàn)不允許的數(shù)據(jù)。運(yùn)行時(shí)不會(huì)出現(xiàn)不允許的數(shù)據(jù)。 機(jī)械設(shè)備控制系統(tǒng) 2數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的軟件抗干擾數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的軟件抗干擾 （1）數(shù)字濾波）數(shù)字濾波 n算術(shù)平均值法算術(shù)平均值法 n中值濾波法中值濾波法 n比較