基于电机参数的机床在线监测与突发故障自动保护

　  在机械工业中,尤其是生产节拍快、批量大的汽车制造等工业领域,生产线上各种关键生产设备的任何故障造成的停机将直接导致严重的生产积压和失调.因此,针对关键生产设备的研制可广泛推广使用的突发故障在线自动报警与保护装置,以有效地避免突发故障带来的严重后果;基于引进和吸收国际先进的测控硬件,进一步模块化、高起点地攻克智能化软硬件等方面的技术难关,做到及时了解和预测设备状态并事先科学地安排和规划易损的待更换零部件及即将大修的时间,以实现设备的预测诊断维修和科学管理,是确保设备高效、快节奏生产,实现我国汽车工业发展战略的核心技术.

　　通过对企业多次实地考察与调研,掌握了汽车等行业大批大量生产多用的刚性生产线的生产任务量巨大,致使许多关键生产设备满负荷或超负荷地连续运转,由于设备的突发故障和异常工作将会严重地打乱生产节律,使得设备维护措手不及.为此进行了机床在线监测与突发故障自动保护系统的研究,并首先应用于一台206A专用曲轴加工车床上[1].

1　监测信号

　　工业环境要求在线监测系统既准确、可靠,又反应快速.因此在线监测,尤其是对难以预测的突发故障的在线监测与自动保护更要选取直接反映机床工作状态的信号.经过现场调研,确定了用机床电机的运行状态信号进行在线监测与保护.

　　在固定的加工条件下,机床设备的动态特性是缓变的,输出功率、扭矩及电机电流也相对稳定.当机床过载时,其电机输出功率、扭矩未必呈上升趋势,具有单调递增的函数关系.若机床发生突发故障,如刀具损坏,电机堵转等,则会引起电机电流、输出功率及扭矩急剧变化,并可能造成机床损坏.出于上述考虑,监控系统选用了与机床工作状态因果关系明显并能反映突发故障的电机电流、功率、扭矩和干扰大等信号作为在线监测信号.

2　监控模型

　　为适应在线监测对快速反应的要求,系统选用阈值监测的方法.考虑到工业现场对准确性和可靠性的要求,同时出于提高监控柔性的考虑,在系统中配合各级监控参数开发了时间控制功能.因此,系统采用阈值与时间双重控制的监测模型.

　　在机械加工过程中,电机的电流、输出功率、扭矩以及机床振动都是随机过程,随工件的不同变化较大.为了提高机床状态识别的精度,系统对各参数均进行四级监测.当机床设备过载,监控参数值超越门限值时,监控系统提示灯光闪烁报警;当持续过载时间达到设定值时,监控系统提示声音报警,表示机床设备的过载情况已经相当严重,如不干预就要采取整机掉电保护措施;当有突发故障发生,监控参数超越第四级门限值后,监控系统不经过报警,直接启动掉电保护装置,达到了突发故障自动保护的目的[2].

本系统监控的206A曲轴加工车床由四个电动机驱动工作,即主电机、液压电机、排屑电机和冷却电机.系统的监控模型如图1和图2所示.