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　1.前言

　　随着机电一体化技术的发展及机电一体化系统规模的不断增大，对其可靠性的要求越来越高，从而使机电一体化系统的可靠性研究日益受到广泛重视。RAS技术的研究和发展为机电一体化系统的可靠性研究提供了广泛的理论基础和技术依据。在RAS技术中，为了比较预定要修复系统的可靠度。常采用系统的利用率的定义：

　　从上式中可以看出：欲提高n则必须从减小妒和t两个方面着手，即RAS技术所研究的两个主要问题：可靠性设计和故障诊断技术。减小妒意味着使系统不出或少出故障，而对于一个系统而言尽管从可靠性设计、元件的严格筛选到可靠的工艺措施都考虑得很周密，但事实证明：要确保一个系统不出故障，这是不可能的，也是不现实的;减小t意味着当系统发生故障后，如何检测故障，判断故障的原因，并准确定位故障点，以便减小维修时间，这就需要故障诊断技术。本文针对机电一体化系统讨论其故障机理、故障模型及诊断方法。

　　2.机电一体化系统的故障机理与故障模型

　　众所周知：机电一体化技术涉及范围十分广泛。不同的系统规模有着不同的控制装置。PCL由于结构紧凑、性能价格比较高、编程容易，尤其它的高可靠性和高抗干扰性能，使它作为机电一体化的一项技术及其在机电一体化系统中作为顺序控制和过程控制的核心控制装置，正在机电一体化领域中起着愈来愈重要的作用。在控制系统中，PLC主要用来担负对各类检测开关的输入和对各种输出执行元件的控制。

　　所谓各类输入检测开关指的是控制按钮、行程开关、转换开关、限位开关、无触点开关、光电开采以及压力开关等;而输出执行元件主要指的是各类继电器、接触器、电磁阀等。在PLC控制的机电一体化系统中，其控制装置本身的可靠性已经基本解决。大量的故障机理的研究资料和实践表明：运行过程所发生的故障，主要来源于输入检测开关和输出执行元件。对于一个比较复杂的机电一体化系统。查找和发现输入检测开关和输出执行元件的故障一般是比较麻烦和复杂的，也需耗费大量的时间和精力。因此，对输入检测开关和输出执行元件进行故障诊断，这对于缩短维修时间，提高系统的利用率显然具有重要的意义。

　　一般来说，输入检测元件和输出执行元件的故障主要有两种表现形式，即瞬时性故障和性故障。前者主要由输入输出的触点抖动或其它瞬时干扰所引起的。对此可采用硬件去抖动和抗干扰线路、软件延时、重读等措施进行处理。由于PLC内部本身已经具备了高抗干扰性能，且工作时对输入、输出始终处于循环扫描状态，因此一般瞬时性故障是可以避免的，性故障则分为固定于1(s—a一1)和固定于0(s—a一0)两种。这种故障表现出来的不正常现象是：在正常的激励信号作用下，该接通的没有接通，该断开的没有断开，这些故障与系统工作状态和信号流密切相关。因此必须从故障的影响范围抽象出故障的特征，从而得到故障模型。

　　在机电一体化系统中，输出执行元件和输入检测元件一个比较典型的关系是：执行元件YA控制一运动部件在A、B之间运动，为了检测运动部件的位置，在A、B两处分别装上检测开关SQ.和SQB。当YA通电时.运动部件从A向B运输，到B后停止;当YA失电后，运动部件从B返回到A而停止。对于这种形式的运动，其故障模型可表示为：

　　式中：t——运动部件由A向B或者由B向A的运动时间。

　　由式(4)分析可知：当F=0时，表明该部件未发生故障，反之，若F=I时，则表明该部件已经发生故障。为了更准确定位故障点，可将上式进行分解：

　　由上述分析可知，上述故障模型的特点是：基本上代表了所有机电一体化系统中开关量输入和开关量输出的故障状态。这种模型和它的分解可以将故障定位到某一元件的某一故障形式，这种模型很容易从梯形图人手编制故障检测控制程序。实现故障的检测。

　　3.故障诊断

　　故障诊断的实现，首先是故障检测。对于式(4)所示的故障模型。采用PLC进行故障检测是很容易的，而且不受其编程语言的任何限制。

　　当故障检测出来后，则应以可见性方式告知操作者，即故障的显示问题。故障显示根据系统的不同结构，可分为两种不同的方式。对于PLC作为主控装置的系统，故障显示的方法常常是将系统可能发生的故障按顺序编号。当系统发生故障后，PLC对发生的故障按编号进行译码，把结果送数码显示管进行显示。操作者根据显示数字查表即可知道故障发生点。

　　当PLC作为主控计算机的下一级控制装置时，主控计算机用串行或并行方式与PLC进行通讯，获取PLC的有关信息。系统发生任何一个或多个故障后，PLC发出一个中断请求信号请求主机中断，主控计算机中断后，从PLC中将有关故障信号读出，并根据其状态判断故障发生点，然后将故障发生的部位、原因、维护方法法显示在CRT上，给操作者提供维修信息，达到减小维修时间，提高系统利用率的目的。

　　考虑到目前机电一体化系统的用户程序大都以CCDOS作为环境的实际情况，同时又考虑到故障诊断的实时性、快速性、实用性和通用性，故障的显示可采用直接写屏的汉字处理方式，其方法是：

　　1.在uCDOs环境下建立故障信息源文件，它包括故障号、故障部位、故障原因和维修方法等。

　　2.根据源文件自动生成专用汉字库，专用汉字库只包括故障显示所需的各种汉字。

　　3.根据专用汉字库自动生产显示指针表，指针表指出各不同故障所显示的内容在专用汉字库中的位置。

　　4.如有故障，读状态区，判别故障点，显示相应的汉化故障信息供操作者使用。

　　4.结束语

　　对PLC控制的机电一体化系统进行故障诊断。其诊断决策是面向输入检测元件和输出执行元件，重点诊断这些部件可能发生的性故障。其方法是根据故障极力建立故障模型，再用PLC的程序实现故障检测，将检测到的故障信息用可见性方法告知操作者。这种故障诊断方法对于无论是PLC作为主控装置还是仅将PLC作为输入输出控制部件的机电一体化系统.都是十分有用而有效的一种故障诊断方法。

随着对玻璃酒瓶质量(包括外观清洁度)要求的不断捉高，传统的麻袋包装方式已不能适应生产和市场的需要。我厂现用的托盘包装正好能克服麻袋包装的弊端，可减少包装和运输中玻璃瓶(尤其是螺口瓶和异形瓶)的破碎，同时也避免了因麻袋放久后在瓶子上的积灰甚至被粘附上麻袋腐朽物的难题。

　　由于成套的在线玻璃瓶托盘包装机的机械结构复杂，安装要求严格，设备投资较大，所以我厂选用了结构简单、使用方便、成本低廉的PLC托盘式缠绕机，它以LLDPE拉伸薄膜为包装材料，对托盘上的玻璃瓶进行拉伸裹包。包装后的托盘十分适宜玻璃瓶罐的储运，极大地减少了瓶子破损率，还提高了瓶子的清洁度。

　　1、玻璃瓶托盘包装工艺要求与系统工作过程

　　先将玻璃瓶从递送带上用人工装满托盘(可根据瓶子尺寸分若干层，规格1300mm×1300mm;高度800～2200mm)，并用手动液压搬运车拉到Φ1650的钢板转盘上。再将宽度为500mm、厚度为17～35μm的LLDPE拉伸薄膜穿进托盘下端。通过“人机界面”选择“手动”或“自动”工作模式。

　　系统工作过程：先启动转盘，接近开关接通，送膜电机转动，让薄膜在托盘下端绕2圈(圈数可设置)。由于光线被匀速转动托盘上的玻璃瓶阻挡，使得固定在薄膜架上、且对准被裹包玻璃瓶的光电开关“暗通”，所以薄膜架带着薄膜和光电开关上升。当薄膜从托盘下端裹包到托盘上端玻璃瓶时，升高了的光电开关可以接收到托盘外的光线，致使光电开关“亮断”。但为了让顶端盖边裹包严密，可以设置在光电开关“亮断”后，让薄膜架继续边包瓶边上升数秒钟(注意：薄膜架只作上下运动，而托盘始终在匀速转动)才停止，并再在托盘的上方缠绕2圈(圈数可设置)。然后薄膜架下降，再让薄膜从上往下裹包玻璃瓶。后在托盘下端又缠绕2圈薄膜，托盘停止转动。玻璃瓶托盘包装结束。

　　2、系统硬件配制

　　可编程控制器TSX08CD8R6AS为整个系统的榨制中心，该PLC功能齐全，可减少许多中间接触件，便于实现简化布线，优化设计，提高设备运行的可靠性。又采用TSX08H04M型人机界面，可方便选择“手动操作”、“自动运行”、“参数设置”等5页画面，以分别进行系统调试、参数设置、调整和选择系统运行的方式等。同时外接变频器U1、U2、U3，用以分别控制转盘电机、薄膜架升降电机和送膜电机转速。另外，PLC的输入还分别接人S1“托盘原位”、S2“膜架下限位”、S3“高度限位”、S4“膜架上限位”、S5“进膜启动”和S6“紧急停止”等开关信号，以使系统正常、安全运行。

　　3、系统软件设计

　　按照“包装工艺要求与工作过程”要求，该托盘包装系统有手动模式和自动模式两种使用方式。使用手动模式时分别手动按“人机界面”操作面板上的“A1”～“A8”专用按键1次或数次。遇到特殊紧急情况可按动S6急停按钮，使系统紧急停止。使用自动模式前必须先预置好“底圈缠绕次数”、“顶圈缠绕次数”、“上下运行循环次数”和光电开关在托盘顶端受光后薄膜架停升的“延时时间”。然后按动A8将画面翻至自动运行页面。

　　设计时还要注意：允许分别调整转盘电机、薄膜架升降电机和送膜电机3台变频器的控制频率设定值，使3台电机转速配合合适，让玻璃瓶的包装效果佳;为了安全运行，还应分别考虑薄膜架的升降极限位置;因某些异形玻璃瓶层间进光较强，需适当修正光电开关方向或调节光电开关感测距离。另外，不允许在自动停止过程中按动S6按键使其急停。