臺灣博碩士論文加值系統

隨著現代工業生產設備發展日益精進，生產設備皆朝向精密化、自動化及複雜化趨近，而設備維修管理也成為重要的一環，如何做好設備故障預測，可即時預測設備故障時間點，利用並制定有效的設備預測性維修（Predictive Maintenance,PDM）計畫，又稱預測性維護或預知性維護，以提升設備有效利用率、稼動率、降低維修成本、有效備件管理靈活度及安排適當之維護維修排程時間。
以無線胎壓監測系統(Tire-Pressure Monitoring System,TPMS)自動化組裝線為例，氣壓缸數量佔取動作元件之80%以上，本研究將氣壓缸故障為預測對象，建立一氣壓缸動作機構及控制系統，擷取氣壓缸在動作和靜止時之相關數據，利用空氣流量計、壓力計、微壓計及洩漏測試等輔助儀器，以及偵測氣壓缸動作時間和氣室活塞洩漏值，先透過通訊、信號輸入及類比訊號方式將各項量測數據傳送至三菱Q系列之可程式邏輯控制器(PLC)，再藉由乙太網路之MC協定與實驗室虛擬儀器工程平台(LABVIEW)開發之人機介面進行資料交渥，將所收集資訊進行LABVIEW人機介面資料庫建立，接著以經驗法則建立模糊規則庫，最後經由LABVIEW內建之FUZZY解模糊化推論及模糊分析後，可判斷氣壓缸之劣化情況，而得知氣壓缸之故障預測，即可進行該氣壓缸之預測維修計畫。

With the increasingly sophisticated development of modern industrial production equipment, production equipment is approaching precision, automation and complexity, and equipment maintenance management has also become an important part. And formulate effective equipment predictive maintenance plan, also known as predictive maintenance or predictive maintenance, in order to improve the effective utilization rate of equipment, utilization rate, reduce maintenance costs, effective spare parts management flexibility and appropriate arrangements Maintenance schedule time.
Taking the automatic assembly line of a wireless tire pressure monitoring system (TPMS) as an example, the number of pneumatic cylinders accounts for more than 80% of the action components. In this study, the failure of the pneumatic cylinder is taken as the prediction object, and a pneumatic cylinder action mechanism and control system are established to capture the air pressure. The relevant data of the cylinder in action and at rest, using auxiliary instruments such as air flow meter, pressure gauge, micro pressure gauge and leak test, as well as detecting the action time of the pneumatic cylinder and the leakage value of the air chamber piston, first through communication, signal input and analog signals The measurement data is transmitted to the programmable logic controller (PLC) of the Mitsubishi Q series, and then the data is processed through the MC protocol of the Ethernet network and the human-machine interface developed by the laboratory virtual instrument engineering platform (LABVIEW). Crossover, the collected information is established in the LABVIEW human-machine interface database, and then the fuzzy rule library is established by the empirical rule. Finally, after the defuzzification inference and fuzzy analysis built in the FUZZY built in LABVIEW, the deterioration of the air cylinder can be judged. Knowing the failure prediction of the pneumatic cylinder, the predictive maintenance plan of the pneumatic cylinder can be carried out.

摘要i
Abstract ii
目錄 iv
圖目錄 viii
表目錄 xiv
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機及目的 2
1.3 故障預測探討 4
1.3.1 預測性維修發展 4
1.3.2 預測性維修定義 5
1.3.3 SCADA系統 7
1.4 論文架構 8
第二章 研究內容與方法 10
2.1 氣壓缸種類及介紹 10
2.1.1 構造及出力 10
2.1.2 氣壓缸種類介紹 13
2.1.3 氣壓缸類型介紹 14
2.2 感測器 22
2.2.1 壓力開關 22
2.2.2 流量計 25
2.2.3 微漏感測器 29
2.2.4 磁簧開關 32
2.3 可程式化邏輯控制器(PLC) 33
2.3.1 PLC架構 33
2.3.2 PLC種類 35
2.4 人機介面(HMI) 37
2.5 實驗室虛擬儀器工程平台 38
2.6 串列通訊 39
2.7 MELSEC協定簡述 39
2.8 模糊理論概述 41
2.8.1 歸屬函數 41
2.8.2 模糊系統 43
第三章 氣壓缸故障預測系統 46
3.1 故障系統資料收集架構 46
3.2 故障預測系統硬體說明 47
3.2.1 機構單元 47
3.2.2 執行單元 48
3.2.3 控制單元 57
3.2.4 偵測單元 60
第四章 預測系統建置規劃流程 61
4.1 PLC程式規劃 61
4.1.1 硬體插槽及起始I/O 63
4.1.2 輸出/輸入規劃 65
4.1.3 暫存器規劃 66
4.1.4 PLC通訊設定 67
4.1.5 儀器通訊設定 70
4.1.6 類比模組設定 72
4.2 PLC程式設計說明 73
4.2.1 MAIN 74
4.2.2 OUTPUT 74
4.2.3 RS232 75
4.2.4 RS485 75
4.2.5 DATALOG 75
4.2.6 ADC 76
4.2.7 DAC 76
4.2.8 ETHERNET 76
4.3 HMI規劃 77
4.3.1 測試操作頁面 77
4.3.2 監控I/O頁面 78
4.3.3 參數設定頁面 78
4.3.4 小型資料庫 79
4.4 LABVIEW軟體規劃 80
4.4.1 MC協定通訊設計 80
4.4.2 模糊系統規劃 83
4.4.3 模糊系統測試 93
4.4.4 程式整合 94
第五章 驗證實驗與討論 102
5.1 標準件條件建立 103
5.2 正常件測試結果 104
5.3 可疑件測試結果 104
5.4 故障件測試結果 105
5.5 分析比較 106
5.5.1 動作時間分析 106
5.5.2 洩漏值分析 107
5.5.3 流量值分析 109
5.5.4 解模糊化分析 110
第六章 結論與未來展望 114
6.1 結論 114
6.2 未來展望 115
參考文獻 116
附錄 PLC各項相關參數設定及階梯圖程式 120

[1]顧尚芳，生產系統中利用製程不良率評估設備預防維護之研究，中原大學工業工程學系碩士論文，2003年6月。
[2]林添桂，控討氣壓缸之氣密性設計與實驗，崑山科技大學碩士學位論文，2021年1月。
[3]鈦思科技網站，利用MATLAB® & Simulink®進行預測性維護，https://www.terasoft.com.tw
[4]李密合，利用廣義指數分配預測可維修系統的故障時間，國立新竹大學應用數學系碩士論文，2007年6月。
[5]黃耀慶，模糊邏輯在捷運環控系統可用度-可用度-可維修度分析之應用，國立高雄應用科技大學電機工程系碩士論文，2006年6月。
[6]Cui, Y., Bangalore, P., Tjernberg, L. B., “An Anomaly Detection Approach Based on Machine Learning and SCADA Data for Condition Monitoring of Wind Turbines“, Proceedings of IEEE International Conference on Probabilistic Methods Applied to Power Systems, Boise,USA, 24-28 June 2018.
[7]陳正義、蘇永仁、陳榮良，圖形監控系統設計實務，全華科技圖書股份有公司104年8月。
[8]劉得政，機電設備、監控及資料收系統之技術整合研究-以柴油發電機組為例，東南科技大學機電整合碩士論文，2010年7月。
[9]楊均祥，生產設備即時監測平台系統，勤益科技大學電子工程系碩士論文，2020年6月。
[10]Bruce, A. G., Reliability analysis of electric utility SCADA systems, IEEE Trans. On Power Systems, Vol. 13, No. 3, pp. 830-878, 1998.
[11]SMC網站，標準氣壓缸，CJ系列目錄，https://www.smc.com.tw
[12]曾賢壎、陳義男，氣壓學，2017年3月，高立圖書有限公司。
[13]金器網站，https://www.mindman.com.tw
[14]斯麥特自動化網站，http://www.smt66.com
[15]SMC網站，磁偶式無桿氣壓缸，CY3 系列目錄，https://www.smc.com.tw
[16]SMC網站，平行開閉氣壓夾爪，MHZ 系列目錄，https://www.smc.com.tw
[17]SMC網站，旋轉氣壓缸，CRQ2X/MSQX系列目錄，https://www.smc.com.tw
[18]SMC網站，自由安裝型氣壓缸，CU系列目錄，https://www.smc.com.tw
[19]SMC網站，滑台型氣壓缸，MXS系列目錄，https://www.smc.com.tw
[20]SMC網站，雙軸氣壓缸，CXSJ系列目錄，https://www.smc.com.tw
[21]亞科源自動化ASIANTECH，高精度數位壓力開關，NP43系列目錄，http://www.asiantech.biz/
[22]路昌電子LUTRON，多功能壓力計PS-9302，中文操作手冊。
[23]欣原精機網站，面積式流量計，https://www.sypm.com.tw
[24]亞科源自動化ASIANTECH，新型流量&壓力傳感器，EFP01多功能智慧傳感器操作手冊，http://www.asiantech.biz/
[25]基恩斯KEYENCE，流量傳感器技術操作手冊，https://www.keyence.com.tw
[26]基恩斯KEYENCE，夾鉗式氣體流量計FD-G系列，https://www.keyence.com.tw
[27]亞科源自動化ASIANTECH，微壓壓力通訊壓力開關，NP7800系列目錄， http://www.asiantech.biz
[28]爾太股份有限公司ATEQ ，F520使用手冊，1.16版 2003年。
[29]LIYIDA網站，磁性開關的動作原理及裝置，http://www.lydtek.com
[30]龍仁光，PLC與網路監控，高立圖書有限公司，2005年3月。
[31]陳福春，可程式控制器原理與實習，高立圖書有限公司，2017年。
[32]贊翔實業有限公司網站，https://www.sensortex.com.tw
[33]林建宇，自動鎖螺絲機系統整合之研究，國立勤益科技大學電機工程系碩士論文，2018年1月。
[34]謝岱凌 張家維 徐如欣 蕭子健，LabVIEW 201X 虛擬儀控程式設計，高立圖書有限公司，2013。
[35]至衡實業有限公司，串列通訊基礎知識，https://www.accus.com.tw
[36]三菱電機，Q系列MELSEC通訊協議參考手冊，2008年5月。
[37]攝陽企業股份有限公司，三菱可程式控制器 MELSEC-Q-工業乙太網路系統參考手冊，2007年7月。
[38]陳柏宏，應用差分模糊與模糊PID於生物產氫系統最佳化之研究，逢甲大學綠色能源科技碩士論文，2012年8月。
[39]C.C. Lee, Fuzzy logic in control systems：fuzzy logic controller-partⅠ, IEEE trans.SMC,Vol.20, No. 2,pp.404-418,1990.
[40]C.C. Lee, Fuzzy logic in control systems：fuzzy logic controller-partⅡ, IEEE trans.SMC,Vol.20, No. 2,pp.419-435,1990.
[41]CHANTO網站，UAW過濾調壓閥，https://www.chanto.com.tw
[42]AIRTAC，二口二位電磁閥, 4V220系列目錄，https://as-tw.airtac.com
[43]廣華電子、直動閥HA1B-R-DC24，https://shop.cpu.com.tw
[44]SMC，直動提動型三通口電磁閥，VT307SERIES目錄，https://www.smc.com.tw
[45]SMC，電空比例閥，ITV2000系列型錄，https://www.smc.com.tw
[46]AIRTAC，節流閥、逆止閥，AKH系列目錄，https://as-tw.airtac.com
[47]PISCO，節流閥，JNMU系列目錄，https://www.pisco-taiwan.com.tw
[48]柏叡科技，繼電器模組G2R-OC08系列，https://www.bore.com.tw
[49]双象貿易股份有限公司，Q系統中文使用手冊，文笙書局股份有限公司，2004年3月。
[50]三菱電機，Q系列CPU使用操作手冊，2008年5月。
[51]三菱電機自動化(上海)有限公司，QnUCPU用戶手冊-功能解說與程序基礎篇，2009年3月。
[52]簡佑丞，一氧化碳應用於模糊理論控制器之研究，龍華科技大學電機工程研究所碩士論文，2019年7月。