机电故障诊断原则讲解

第六章机电系统故障诊断案例分析目录机电系统故障诊断案例分析6.1故障诊断仿真软件简介6.2电气系统故障诊断案例6.2.1电源系统故障诊断案例分析6.2.2电气系统传感器故障案例分析6.2.3电气系统电机故障案例分析6.2.4电气系统PLC输出模块故障案例分析6.2.5气动系统故障案例分析其功能是对金属圆柱体工件进行压制，圆柱体工件经过后续加工将被制成活塞。故障诊断仿真软件机电系统介绍(a)初始位置(b)左侧零件库抓取工件(c)预压(d)终压(e)送到右侧零件库6.1故障诊断仿真软件简介真实系统故障诊断仿真软件机电系统介绍系统工作步骤第1步：导轨1从它的初始位置向左移动到左零件库停下来；第2步：导轨2朝着抓取工件的方向伸出；第3步：气动手指闭合抓取工件；第4步：导轨2返回到末端位置；第5步：导轨1向右移动到和第一个液压缸（预压缸）对齐停下来；第6步：导轨2伸出；第7步：气动手指打开释放工件；第8步：导轨2返回到末端位置；第9步：预压缸伸出；第10步：预压缸缩回到初始位置，结束预压过程；第11步：导轨2伸出；第12步：气动手指闭合抓取工件；第13步：导轨2返回到末端位置；6.1故障诊断仿真软件简介故障诊断仿真软件机电系统介绍第14步：导轨1继续右移到和第二个液压缸（终压缸）对齐停下来；第15步：导轨2伸出；第16步：气动手指打开释放工件；第17步：导轨2返回到末端位置；第18步：终压缸伸出；第19步：终压缸缩回到初始位置，结束终压过程；第20步：导轨2伸出；第21步：气动手指闭合抓取工件；第22步：导轨2返回到末端位置；第23步：导轨1后退到和右零件库对齐停下来；第24步：导轨2伸出；第25步：气动手指打开，释放零件；第26步：导轨2缩回到其初始位置。6.1故障诊断仿真软件简介系统工作步骤故障诊断仿真软件机电系统介绍Step(步骤)Output(输出)Actuator(执行元件)Action(动作)Sensor(传感器)Input(输入)1Q4.1Q4.4KC2KC5导轨1从初始位置向左移动到左零件库SE1V11.12Q4.5Q5.0KC6KC9导轨2朝着抓取工件的方向伸出SE2VI1.23Q5.6YP5V气动手指闭合抓取工件(extendCylinder5)SE5VI1.64Q4.6Q5.0KC7KC9导轨2返回到末端位置SE2RI1.35Q4.2Q4.4KC3KC5导轨1向右移动到和第一个液压缸对齐SE1V2I1.06Q4.5Q5.0KC6KC9导轨2伸出SE2V1I3.47Q5.7YP5R气动手指打开释放工件(retractcylinder5)SE5RI1.78Q4.6Q5.0KC7KC9导轨2返回到末端位置SE2RI1.39Q5.1YH3V预压缸伸出(Cylinder3)SE3VI2.210Q5.2YH3R预压缸缩回(Cylinder3)SE3RI2.311Q4.5Q5.0KC6KC9导轨2伸出SE2V1I3.412Q5.6YP5V气动手指闭合抓取工件(extendCylinder5)SE5VI1.613Q4.6Q5.0KC7KC9导轨2返回到末端位置SE2RI1.36.1故障诊断仿真软件简介Step(步骤)Output(输出)Actuator(执行元件)Action(动作)Sensor(传感器)Input(输入)14Q4.2Q4.4KC3KC5导轨1继续右移到和第二个液压缸对齐SE1V1I0.715Q4.5Q5.0KC6KC9导轨2伸出SE2V1I3.416Q5.7YP5R气动手指打开释放工件(retractcylinder5)SE5RI1.717Q4.6Q5.0KC7KC9导轨2返回到末端位置SE2RI1.318Q5.4YH4V终压缸伸出(Cylinder4)SE4VI2.619Q5.3YH4R终压缸缩回(Cylinder4)SE4RI2.720Q4.5Q5.0KC6KC9导轨2伸出SE2V1I3.421Q5.6YP5V气动手指闭合抓取工件(extendCylinder5)SE5VI1.622Q4.6Q5.0KC7KC9导轨2返回到末端位置SE2RI1.323Q4.2Q4.4KC3KC5导轨1后退到和右零件库对齐SE1RI0.624Q4.5Q5.0KC6KC9导轨2伸出SE2VI1.225Q5.7YP5R气动手指打开释放工件(retractcylinder5)SE5RI1.726Q4.6Q5.0KC7KC9导轨2返回到末端位置SE2RI1.36.1故障诊断仿真软件简介故障诊断仿真软件机电系统介绍6.1故障诊断仿真软件简介故障诊断仿真软件1-控制柜；2-气爪；3-导轨2；4-操作面板；5-导轨1；6-终压缸；7-预压缸；8-工件；9-液压控制系统故障诊断软件零件压制系统仿真界面故障诊断仿真软件机电系统介绍6.1故障诊断仿真软件简介故障诊断仿真软件结合实际系统，导轨1运动机构在初始位置（右侧零件库位置）、左侧零件库位置、预压缸位置、终压缸位置对应的位置检测传感器分别为SE1R、SE1V、SE1V2、SE1V1。故障诊断仿真软件机电系统介绍6.1故障诊断仿真软件简介故障诊断仿真软件操作面板布局设备的操作人员可以通过选择不同的按钮用不同的方式来操作系统。系统自动运行模式的操作过程为：按下上电按钮（ControlVoltageON），选择自动模式（Auto），按开始（StartON）。操作面板的上半区有两个功能。一是指示不同位置检测传感器的状态，二是在点动模式下，作为执行各种动作的点动按钮。故障诊断仿真软件机电系统介绍6.1故障诊断仿真软件简介元件符号作用元件符号作用SL1R移动导轨1到反向末端SL2R移动导轨2到反向末端SL1V1导轨1与液压缸4对齐的位置SL2V移动导轨2到正向末端SL1V2导轨1与液压缸3对齐的位置SL3R液压缸3缩回SL1V移动导轨1到正向末端SL3V液压缸3伸出SL4R液压缸4缩回SL5R气爪缩回SL4V液压缸4伸出SL5V气爪伸出点动模式下按钮及作用故障诊断仿真软件机电系统介绍6.1故障诊断仿真软件简介电源气源操作时，首先将系统能量供应，即合上电源总闸，开启气源，液压系统的阀门。单击各电气元件，可以进入元件参数测量界面。PLC输入输出端口状态检测窗口故障诊断仿真软件机电系统介绍6.2电气系统故障诊断案例电源系统故障诊断案例分析一、故障描述基于以上机电一体化设备，控制柜中总电源开关合闸以后，按下操作面板上的上电按钮（ControlVoltageON），系统不工作（没电，电源指示灯HL2不亮）。不亮故障诊断仿真软件机电系统介绍6.2电气系统故障诊断案例电源系统故障诊断案例分析故障诊断仿真软件机电系统介绍6.2电气系统故障诊断案例二、分析检测过程基于上述故障描述，可以确定是电源系统出现故障。根据电源系统原理图，分析故障所在。从原理图中看出，系统取三相电源系统的线电压作为变压器T1的输入，T1输出经整流滤波得到24VDC电压给上电指示灯HL2及后续回路供电。接触器K0线圈电压为230VAC。电源系统故障诊断案例分析故障诊断仿真软件机电系统介绍6.2电气系统故障诊断案例Step1：用万用表测接触器K0的线圈电压，测得实际值为230V，证明线圈支路正常；二、分析检测过程故障诊断仿真软件机电系统介绍6.2电气系统故障诊断案例Step2：用万用表测变压器T1输入侧电压，测得实际值为400VAC，说明K0触点已经闭合，熔断器F10、F11正常，变压器输入回路正常；二、分析检测过程故障诊断仿真软件机电系统介绍6.2电气系统故障诊断案例二、分析检测过程Step3：用万用表测变压器T1输出侧电压，测得实际值为24VAC，变压器正常；故障诊断仿真软件机电系统介绍6.2电气系统故障诊断案例二、分析检测过程Step4：用万用表测整流器V1输入侧电压，测得实际值为0V；故障诊断仿真软件机电系统介绍6.2电气系统故障诊断案例二、分析检测过程Step5：用万用表测熔断器F12电压，测得实际值为24V。因此，判定熔断器F12熔断（正常情况下，熔断器F12电压应为0V）。断开电源总开关，更换同型号的熔断器。故障诊断仿真软件机电系统介绍6.2电气系统故障诊断案例传感器故障诊断案例分析一、故障描述系统启动后，导轨1向左移动到的毛坯位置（第一步），导轨2伸出（第二步），气动手指抓取毛坯工件（第三步）完成，导轨2没有缩回，即第四步没有执行。Step(步骤)Output(输出)Actuator(执行元件)Action(动作)Sensor(传感器)Input(输入)3Q5.6YP5V气动手指闭合抓取工件(extendCylinder5)SE5VI1.64Q4.6Q5.0KC7KC9导轨2返回到末端位置SE2RI1.3PLC作为系统的控制核心，依据系统工作流程图（包括工作步骤、各步工作PLC的输出及执行元件，以及各步工作是否完成的检测传感器及对应的PLC输入地址），可以从观测PLC输入输出状态来判断故障出现在控制系统输入部分还是输出部分。故障诊断仿真软件机电系统介绍6.2电气系统故障诊断案例二、分析检测过程根据故障的现象，找出导轨2电机控制原理图。结合工作步骤表和PLC系统输出端口接线图，进行检测分析。故障诊断仿真软件机电系统介绍6.2电气系统故障诊断案例二、分析检测过程故障诊断仿真软件机电系统介绍6.2电气系统故障诊断案例Step1：接触器KC7和KC9的线圈由PLC控制，地址为Q4.6和Q5.0。观测PLC对应的输出端口Q4.6和Q5.0状态，测得Q4.6和Q5.0都等于“0”，没有输出，基本排除输出端所控制负载的故障；二、分析检测过程故障诊断仿真软件机电系统介绍6.2电气系统故障诊断案例二、分析检测过程Step2：观测PLC输入端口I1.6的状态，测得I1.6等于“0”。这表明，检测上一步工作是否完成的传感器并没有发信号给PLC，控制器认为上一步工作还没有完成，所以未执行当前工作（导轨2缩回）；故障诊断仿真软件机电系统介绍6.2电气系统故障诊断案例二、分析检测过程Step3：用万用表测传感器SE5V（功能为检测气动手指是否关闭）的信号状态，测得传感器1、3接线端之间的电压为24VDC，表明传感器电源正常，测得1、4接线端电压为0V，即传感器信号输出端的电压为0V，无输出信号。故障诊断仿真软件机电系统介绍6.2电气系统故障诊断案例二、分析检测过程结论：从系统实际运行情况知，气动手指已经闭合完成了抓取工件的动作，但是传感器SE5V并没有检测到该动作执行完成，没有发送状态信号给控制器，所以判定传感器SE5V发生故障。解决办法：断开电源总开关，更换同型号的传感器。故障诊断仿真软件机电系统介绍6.2电气系统故障诊断案例知识拓展——接近开关与PLC的连接PLC开关量输入电路分为直流输入（源型输入，漏型输入，混合型输入）和交流输入。以三菱PLC厂商对漏型和源型的定义为例1.PLC的输入电路故障诊断仿真软件机电系统介绍6.2电气系统故障诊断案例知识拓展——接近开关与PLC的连接漏型输入电路PLC公共端接外接DC电源的正极。电流从PLC公共端（COM端）流进，从输入端流出，故障诊断仿真软件机电系统介绍6.2电气系统故障诊断案例知识拓展——接近开关与PLC的连接源型输入电路源型输入电路的电流是从PLC的输入端流进，从公共端流出，即公共端接外接电源的负极。故障诊断仿真软件机电系统介绍6.2电气系统故障诊断案例知识拓展——接近开关与PLC的连接混合型输入电路PLC公共端既可以接外接电源的正极，也可以接负极。可以根据现场的需要来接线。故障诊断仿真软件机电系统介绍6.2电气系统故障诊断案例知识拓展——接近开关与PLC的连接交流输入电路与直流输入电路的区别主要是增加了一个整流的环节。交流输入的输入电压一般为220VAC。输入信号的延迟时间比直流输入电路的长。输入信号的可靠性比直流输入电路要高。一般，交流输入方式用于有油雾、粉尘等恶劣环境中，对响应性要求不高的场合，而直流输入方式用于环境较好，电磁干扰不严重，对响应性要求高的场合。故障诊断仿真软件机电系统介绍6.2电气系统故障诊断案例知识拓展——接近开关与PLC的连接2.开关量信号和PLC输入电路的连接NPN和PNP输出电路的形式NPN集电极开路输出PNP集电极开路输出传感器动作时，输出高电平信号。传感器动作时，输出低电平信号。故障诊断仿真软件机电系统介绍6.2电气系统故障诊断案例NPN和PNP输出电路和PLC输入模块的连接NPN集电极开路输出和PLC的连接NPN集电极开路输出只能接漏型（即公共端接外部电源正极）或混合式输入电路形式的PLC。故障诊断仿真软件机电系统介绍6.2电气系统故障诊断案例NPN和PNP输出电路和PLC输入模块的连接PNP集电极开路输出和PLC的连接PNP集电极开路输出只能接源型（即公共端接外部电源负极）或混合型输入电路形式的PLC。故障诊断仿真软件机电系统介绍6.2电气系统故障诊断案例电机故障案例分析一、故障描述导轨1左移到毛坯工件处（第1步），导轨2伸出（第2步），气动手指闭合抓取工件（第3步），导轨2缩回（第4步），导轨1右移到预压缸位置（第5步），导轨2伸出到预压位置（第6步），气动手指打开（第7步），导轨2缩回到位并停止（第8步），预压缸没有伸出冲压工件。即第8步完成，第9步未执行。故障诊断仿真软件机电系统介绍6.2电气系统故障诊断案例二、分析检测过程Step(步骤)Output(输出)Actuator(执行元件)Action(动作)Sensor(传感器)Input(输入)8Q4.6Q5.0KC7KC9导轨2返回到末端位置SE2RI1.39Q5.1YH3V预压缸伸出(Cylinder3)SE3VI2.2Step1：观测PLC对应的输出端口状态（Q5.1），测得Q5.1等于“1”；说明控制器已经发出执行第9步动作的控制信号，但该动作并未执行，基本确定故障位于控制系统输出部分（执行机构）或者液压系统；故障诊断仿真软件机电系统介绍6.2电气系统故障诊断案例二、分析检测过程电磁阀线圈与PLC输出端口接线图故障诊断仿真软件机电系统介绍6.2电气系统故障诊断案例二、分析检测过程故障诊断仿真软件机电系统介绍6.2电气系统故障诊断案例二、分析检测过程Step2：用万用表测电磁阀3V1线圈YH3V的电压，测得线圈电压为24V（图6.26所示）；基于Step1和Step2可确定电磁换向阀的电气控制部分正常无故障，下面转向分析液压系统；故障诊断仿真软件机电系统介绍6.2电气系统故障诊断案例二、分析检测过程Step3：用压力表测量泵的出口压力，测得泵的出口压力为0MPa，基本确定液压泵拖动电机故障或电机控制线路故障（电机不转）；故障诊断仿真软件机电系统介绍6.2电气系统故障诊断案例二、分析检测过程Step4：液压泵电机电气控制原理图如图6.28所示。测量电动机三相绕组之间的线电压，测得绕组1和2之间是400VAC（OK），绕组1和3之间是400VAC（OK），绕组2和3之间是400VAC（OK）。故障诊断仿真软件机电系统介绍6.2电气系统故障诊断案例二、分析检测过程结论：通过测量三相电机各相绕组的线电压，得出各相绕组电压均正常，可以断定液压泵拖动电机内部绕组烧毁断路或者电机发生其他故障。解决办法：断开电源总开关，维修电机或更换同规格电机。故障诊断仿真软件机电系统介绍6.2电气系统故障诊断案例PLC输出模块故障案例分析一、故障描述导轨1左移到左侧零件库，导轨2未伸出，即第1步动作执行完成，第2步未执行。二、分析检测过程Step(步骤)Output(输出)Actuator(执行元件)Action(动作)Sensor(传感器)Input(输入)1Q4.1Q4.4KC2KC5导轨1从初始位置向左移动到左零件库SE1V11.12Q4.5Q5.0KC6KC9导轨2朝着抓取工件的方向伸出SE2VI1.2故障诊断仿真软件机电系统介绍6.2电气系统故障诊断案例二、分析检测过程根据工作流程图可知，执行第2步工作导轨2伸出，PLC的输出端口为Q4.5和Q5.0，分别控制接触器KC6和KC9。故障诊断仿真软件机电系统介绍6.2电气系统故障诊断案例Step1：观测PLC对应的输出端口状态（Q4.5和Q5.0），测得Q4.5等于“1”、Q5.0等于“0”（正常应为1）；进一步测得KC9的线圈无电压；二、分析检测过程故障诊断仿真软件机电系统介绍6.2电气系统故障诊断案例二、分析检测过程Step2：测量检测第1步工作是否完成的传感器SE1V对应的PLC输入端口I1.1状态，测得I1.1为“1”；既然I1.1等于“1”，在控制程序正确的情况下，PLC输出Q4.5和Q5.0应该都为“1”；故障诊断仿真软件机电系统介绍6.2电气系统故障诊断案例二、分析检测过程Step3：进一步观测PLC输出模块05，测得字节地址为5的所有输出端口状态都为“0”；结论：PLC输出模块05故障。解决办法：断开电源，更换PLC的输出模块。故障诊断仿真软件机电系统介绍6.2电气系统故障诊断案例气动系统故障案例分析一、故障描述导轨1左移到毛坯工件处（第1步），导轨2伸出（第2步），气动手指未闭合（第3步），即第2步工作执行完成，第3步工作未执行。Step(步骤)Output(输出)Actuator(执行元件)