CN110599887A - 一种用于实训的机器人电柜故障诊断系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于实训的机器人电柜故障诊断系统，其通过人为设置的“故障”来学习在实际的设计调试中会遇到的故障表现形式，故障发生原因以及故障排除的方法。其包括故障发生系统和故障排查与验证系统，所述故障发生系统设定不同的故障类型，通过故障发生程序和故障发生电路对故障排查与验证系统作用，在故障排查与验证系统上体现出所选择的故障类型，并等待排查；所述的故障排查与验证系统当故障发生系统执行所有选择的故障后，故障排查与验证系统将这些故障全部体现出来，用户根据这些故障表现形式，对故障排查与验证系统进行修改，排除所有故障，并最终检测故障排除情况。

Description

一种用于实训的机器人电柜故障诊断系统

技术领域

本发明涉及机器人实训的技术领域，具体为一种用于实训的机器人电柜故障诊断系统。

背景技术

现有的实训机器人系统为学生提供掌握扎实的专业技能培训，实现技能操作技术工作双赢，培养稳定高质量制造业一线人才，使学生具备胜任机器人自动化技能岗位的能力；其应用于职业技能鉴定实操和鉴定基地，将课程从以讲解教授为主变为边讲边练，提高核心能力和综合能力，自动引导受训者，直到到达预定的目标，其适用于各类院校及培训机构对机器人系统实际应用、操作编程的实训教学需要。然而，机器人相关专业的学生很少通过各种故障实训系统进行实际操练，因此急需推出一种机器人电柜故障诊断系统，以此来提升学生故障检测与排除的能力。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种用于实训的机器人电柜故障诊断系统，其通过人为设置的“故障”来学习在实际的设计调试中会遇到的故障表现形式，故障发生原因以及故障排除的方法。

一种用于实训的机器人电柜故障诊断系统，其特征在于：其包括故障发生系统和故障排查与验证系统，所述故障发生系统设定不同的故障类型，通过故障发生程序和故障发生电路对故障排查与验证系统作用，在故障排查与验证系统上体现出所选择的故障类型，并等待排查；所述的故障排查与验证系统当故障发生系统执行所有选择的故障后，故障排查与验证系统将这些故障全部体现出来，用户根据这些故障表现形式，对故障排查与验证系统进行修改，排除所有故障，并最终检测故障排除情况。

其进一步特征在于：所述故障发生系统的硬件包括控制器、I/O模块、接触器、中间继电器，所述的故障发生系统的软件人为设定不同的故障，控制故障发生系统所对应的硬件动作，通过硬件的电路作用于故障排查与验证系统，产生相应的可控的异常现象；

所述故障排查与验证系统的硬件包括电气控制电路和受控对象，所述电气控制电路受故障发生系统控制，展现对应异常现象的电气控制电路，所述电气控制电路包括控制器、I/O模块，接触器、中间继电器在内的电器元件；所述受控对象为故障发生后，出现异常的受控对象，所述受控对象包括但不限于为传感器、启动元件、指示灯、传动系统、通讯系统；所述故障排查与验证系统的软件测试受控对象是否正常动作，并反馈所有故障是否排除；

所述故障排查与验证系统内设置有故障诊断模块，所述故障诊断模块设置有诊断与排查顺序：受控对象不受控→分析受控对象的受控条件→逐一排查控制条件→找到故障环节→排除故障，其是按照选定故障对象→选择故障原因的顺序来设置的；

所述故障发生系统和所述故障排查与验证系统中的硬件的控制器为同一控制器，所述控制器作为整个系统的大脑，需要接收外部传感器信息，对各执行机构进行有序控制，设定控制器产生故障的情形，包括但不限于为下列情况：硬件组态类故障、参数设置类故障、通讯类故障；

所述硬件组态将程序中的寄存器与硬件物理I/O映射，接收外部传感器信息以及控制对应受控对象，其设定如下故障：

a硬件选择错误，硬件组态时，模块型号选择错误与实际模块不符；

b地址分配错误，程序逻辑与监控完全正常，但是程序中控制寄存器状态改变时，实际物理输出点无动作，或者当外部信号输入时，物理输入端信号可读但程序中输入寄存器无变化；

c系统功能寄存器无作用；

d特殊控制端口或出入端口无响应；

e机器人专用功能I/O配置错误，机器人使用中会有专用的外部启动、停止、机器人运行中、报警等专用信号，本质上还是开关量信号，也需要在元件上关联这些专用信号到实际物理I/O口上，配置错误便无法正常启动和获取机器人信息；

参数设置常常影响到设备的性能以及产品的质量，参数设置不当常会出现定位错误、抓取不准确、加工产品不合格的故障，其设定如下故障：

a丝杆导程参数不匹配导致目标位移与实际位移之间出现差异；

b控制器脉冲当量与驱动脉冲当量不匹配，目标圈数和转速与实际运行数据不匹配；

c扫描周期、编码器读取脉冲数与实际编码器测得脉冲数不匹配，最终得到的速度、位移等数据与实际值出现差异；

在智能制造系统中，通讯起着数据交互、状态监控、连接系统中所有的控制器、相互协调管理的作用，通讯类故障设定具体为地址冲突、通道占用、收发数据的长度错误、数据命令、格式错误、数据类型不一致；

老师通过在控制器进入操作选项，设置对应的故障，让学生进行故障排除；

老师设置控制器的主控输入信号异常时，学生看到系统的信号输入没有变化，进而检测对应的信号输入检测回路接线；老师设置控制器的主控输出信号异常时，学生看到信号输出所对应控制的对象无动作，进而检测对应的信号输出与对象控制端的接线。

采用上述技术方案后，“故障”并不是真正的系统或设备的故障，即使“故障”没有被排除或者排除错误，也不会影响其余模块。首先设备的稳定性得到保障，其次例如短路、相序错误等危险性的故障，通过程序模拟的方式呈现，一方面保证故障诊断模块“故障”的全面性，另一方面也保证了设备和人员的安全，本系统针对这些常见的机器人电柜故障从故障表现-发生原因- 排查方式-解决方法进行分析和讲解，强化学生在光机电气一体化的安装、调试以及设备故障分析解决能力。

具体实施方式

一种用于实训的机器人电柜故障诊断系统：其包括故障发生系统和故障排查与验证系统，故障发生系统设定不同的故障类型，通过故障发生程序和故障发生电路对故障排查与验证系统作用，在故障排查与验证系统上体现出所选择的故障类型，并等待排查；的故障排查与验证系统当故障发生系统执行所有选择的故障后，故障排查与验证系统将这些故障全部体现出来，用户根据这些故障表现形式，对故障排查与验证系统进行修改，排除所有故障，并最终检测故障排除情况。

故障发生系统的硬件包括控制器、I/O模块、接触器、中间继电器，的故障发生系统的软件人为设定不同的故障，控制故障发生系统所对应的硬件动作，通过硬件的电路作用于故障排查与验证系统，产生相应的可控的异常现象；

故障排查与验证系统的硬件包括电气控制电路和受控对象，电气控制电路受故障发生系统控制，展现对应异常现象的电气控制电路，电气控制电路包括控制器、I/O模块，接触器、中间继电器在内的电器元件；受控对象为故障发生后，出现异常的受控对象，受控对象包括但不限于为传感器、启动元件、指示灯、传动系统、通讯系统；故障排查与验证系统的软件测试受控对象是否正常动作，并反馈所有故障是否排除；

故障排查与验证系统内设置有故障诊断模块，故障诊断模块设置有诊断与排查顺序：受控对象不受控→分析受控对象的受控条件→逐一排查控制条件→找到故障环节→排除故障，其是按照选定故障对象→选择故障原因的顺序来设置的；

故障发生系统和故障排查与验证系统中的硬件的控制器为同一控制器，控制器作为整个系统的大脑，需要接收外部传感器信息，对各执行机构进行有序控制，设定控制器产生故障的情形，包括但不限于为下列情况：硬件组态类故障、参数设置类故障、通讯类故障；

硬件组态将程序中的寄存器与硬件物理I/O映射，接收外部传感器信息以及控制对应受控对象，其设定如下硬件组态类故障：

a硬件选择错误，硬件组态时，模块型号选择错误与实际模块不符；

b地址分配错误，程序逻辑与监控完全正常，但是程序中控制寄存器状态改变时，实际物理输出点无动作，或者当外部信号输入时，物理输入端信号可读但程序中输入寄存器无变化；

c系统功能寄存器无作用；

d特殊控制端口或出入端口无响应；

e机器人专用功能I/O配置错误，机器人使用中会有专用的外部启动、停止、机器人运行中、报警等专用信号，本质上还是开关量信号，也需要在元件上关联这些专用信号到实际物理I/O口上，配置错误便无法正常启动和获取机器人信息了；

参数设置常常影响到设备的性能以及产品的质量，参数设置不当常会出现定位错误、抓取不准确、加工产品不合格的故障，其设定如下参数设置类故障：

a丝杆导程参数不匹配导致目标位移与实际位移之间出现差异；

b控制器脉冲当量与驱动脉冲当量不匹配，目标圈数和转速与实际运行数据不匹配；

c扫描周期、编码器读取脉冲数与实际编码器测得脉冲数不匹配，最终得到的速度、位移等数据与实际值出现差异；

在智能制造系统中，通讯起着数据交互、状态监控、连接系统中所有的控制器、相互协调管理的作用，通讯类故障设定具体为地址冲突、通道占用、收发数据的长度错误、数据命令、格式错误、数据类型不一致。

老师通过在控制器进入操作选项，设置对应的故障，让学生进行故障排除；

老师设置控制器的主控输入信号异常时，学生看到系统的信号输入没有变化，进而检测对应的信号输入检测回路接线；老师设置控制器的主控输出信号异常时，学生看到信号输出所对应控制的对象无动作，进而检测对应的信号输出与对象控制端的接线。

其工作原理如下：“故障”并不是真正的系统或设备的故障，即使“故障”没有被排除或者排除错误，也不会影响其余模块。首先设备的稳定性得到保障，其次例如短路、相序错误等危险性的故障，通过程序模拟的方式呈现，一方面保证故障诊断模块“故障”的全面性，另一方面也保证了设备和人员的安全。故障诊断与排查是实际设计调试、设备应用过程中非常重要的一项工作，涉及到机构组装、电气接线、电气元件的检测、传感器调试、气动系统、传动机构、控制器信号、多系统通讯等很多方面，本系统针对这些常见的机器人电柜故障从故障表现-发生原因-排查方式-解决方法进行分析和讲解，强化学生在光机电气一体化的安装、调试以及设备故障分析解决能力。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种用于实训的机器人电柜故障诊断系统，其特征在于：其包括故障发生系统和故障排查与验证系统，所述故障发生系统设定不同的故障类型，通过故障发生程序和故障发生电路对故障排查与验证系统作用，在故障排查与验证系统上体现出所选择的故障类型，并等待排查；所述的故障排查与验证系统当故障发生系统执行所有选择的故障后，故障排查与验证系统将这些故障全部体现出来，用户根据这些故障表现形式，对故障排查与验证系统进行修改，排除所有故障，并最终检测故障排除情况。

2.如权利要求1所述的一种用于实训的机器人电柜故障诊断系统，其特征在于：所述故障发生系统的硬件包括控制器、I/O模块、接触器、中间继电器，所述的故障发生系统的软件人为设定不同的故障，控制故障发生系统所对应的硬件动作，通过硬件的电路作用于故障排查与验证系统，产生相应的可控的异常现象。

3.如权利要求2所述的一种用于实训的机器人电柜故障诊断系统，其特征在于：所述故障排查与验证系统的硬件包括电气控制电路和受控对象，所述电气控制电路受故障发生系统控制，展现对应异常现象的电气控制电路，所述电气控制电路包括控制器、I/O模块，接触器、中间继电器在内的电器元件；所述受控对象为故障发生后，出现异常的受控对象，所述受控对象包括但不限于为传感器、启动元件、指示灯、传动系统、通讯系统；所述故障排查与验证系统的软件测试受控对象是否正常动作，并反馈所有故障是否排除。

4.如权利要求1所述的一种用于实训的机器人电柜故障诊断系统，其特征在于：所述故障排查与验证系统内设置有故障诊断模块，所述故障诊断模块设置有诊断与排查顺序：受控对象不受控→分析受控对象的受控条件→逐一排查控制条件→找到故障环节→排除故障，其是按照选定故障对象→选择故障原因的顺序来设置的。

5.如权利要求3所述的一种用于实训的机器人电柜故障诊断系统，其特征在于：所述故障发生系统和所述故障排查与验证系统中的硬件的控制器为同一控制器，所述控制器作为整个系统的大脑，需要接收外部传感器信息，对各执行机构进行有序控制，设定控制器产生故障的情形，包括但不限于为下列情况：硬件组态类故障、参数设置类故障、通讯类故障。

6.如权利要求5所述的一种用于实训的机器人电柜故障诊断系统，其特征在于，所述硬件组态将程序中的寄存器与硬件物理I/O映射，接收外部传感器信息以及控制对应受控对象，其设定如下故障：

a硬件选择错误，硬件组态时，模块型号选择错误与实际模块不符；

b地址分配错误，程序逻辑与监控完全正常，但是程序中控制寄存器状态改变时，实际物理输出点无动作，或者当外部信号输入时，物理输入端信号可读但程序中输入寄存器无变化；

c系统功能寄存器无作用；

d特殊控制端口或出入端口无响应；

e机器人专用功能I/O配置错误，机器人使用中会有专用的外部启动、停止、机器人运行中、报警等专用信号，本质上还是开关量信号，也需要在元件上关联这些专用信号到实际物理I/O口上，配置错误便无法正常启动和获取机器人信息。

7.如权利要求5所述的一种用于实训的机器人电柜故障诊断系统，其特征在于，参数设置常常影响到设备的性能以及产品的质量，参数设置不当常会出现定位错误、抓取不准确、加工产品不合格的故障，其设定如下故障：

a丝杆导程参数不匹配导致目标位移与实际位移之间出现差异；

b控制器脉冲当量与驱动脉冲当量不匹配，目标圈数和转速与实际运行数据不匹配；

c扫描周期、编码器读取脉冲数与实际编码器测得脉冲数不匹配，最终得到的速度、位移等数据与实际值出现差异。

8.如权利要求1所述的一种用于实训的机器人电柜故障诊断系统，其特征在于：在智能制造系统中，通讯起着数据交互、状态监控、连接系统中所有的控制器、相互协调管理的作用，通讯类故障设定具体为地址冲突、通道占用、收发数据的长度错误、数据命令、格式错误、数据类型不一致。

9.如权利要求5所述的一种用于实训的机器人电柜故障诊断系统，其特征在于：老师通过在控制器进入操作选项，设置对应的故障，让学生进行故障排除。

10.如权利要求9所述的一种用于实训的机器人电柜故障诊断系统，其特征在于：老师设置控制器的主控输入信号异常时，学生看到系统的信号输入没有变化，进而检测对应的信号输入检测回路接线；老师设置控制器的主控输出信号异常时，学生看到信号输出所对应控制的对象无动作，进而检测对应的信号输出与对象控制端的接线。