變頻技術(shù)在智能執(zhí)行器中的應(yīng)用及常見故障分析

　　智能型變頻電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)成為現(xiàn)代電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的發(fā)展方向。根據(jù)智能電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的組成及基本工作原理，論述了變頻技術(shù)應(yīng)用于其中的優(yōu)點(diǎn)，并根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐分析了常見故障(Lowvoltage)發(fā)生的情形與解決對策。

　　關(guān)鍵字：自動化 智能電動執(zhí)行器 變頻技術(shù) 優(yōu)點(diǎn) 故障分析

　　1智能電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)概述

　　現(xiàn)代工業(yè)隨著自動化的進(jìn)步、控制技術(shù)的發(fā)展以及受數(shù)字技術(shù)和微處理技術(shù)的影響，人們對工業(yè)過程控制的終端———執(zhí)行器提出了新的要求，使得智能型變頻電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)成為現(xiàn)代電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的發(fā)展方向。

　　在傳統(tǒng)工業(yè)的設(shè)計(jì)當(dāng)中，采用伺服放大器和傳統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)組合而成，功能相對簡單，只可以完成基本的功能設(shè)計(jì)。智能電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)要完成人機(jī)交互、智能控制、通訊等一些相對比較復(fù)雜的功能，這就要求在傳統(tǒng)電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上增加一些新的模塊來支撐這些功能。

　　它的基本功能模塊主要由主控單元、接口模塊、電源模塊、伺服驅(qū)動控制模塊、檢測反饋模塊等組成。智能電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)主控單元通過接受上位機(jī)命令并結(jié)合所要調(diào)控對象(如閥門)的檢測傳感器反饋回來的信號，主控CPU拒此計(jì)算所需的速度控制信號，然后將該信號傳送。

　　2 變頻技術(shù)在智能電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的應(yīng)用及優(yōu)點(diǎn)

　　從智能電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的組成圖中，我們可以看出，電機(jī)通過功率驅(qū)動模塊驅(qū)動電機(jī)以不同的速度轉(zhuǎn)動，這里就運(yùn)用到了變頻技術(shù)。

　　SIPOS(西博思)5FLASH作為最典型、應(yīng)用最廣的智能型電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，采用內(nèi)置一體化變頻器控制輸出軸轉(zhuǎn)速，其原理是將頻率(如50Hz)和峰值固定的單相電源(如220V)或三相電源(如380V)轉(zhuǎn)換成頻率和峰值可調(diào)的三相電源來給電機(jī)供電，從而實(shí)現(xiàn)對輸出軸轉(zhuǎn)速的控制。這樣的設(shè)計(jì)簡化了機(jī)械結(jié)構(gòu)，滿足了執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制閥門以精確的速度運(yùn)行的過程要求，在不改變其內(nèi)部機(jī)械結(jié)構(gòu)的情況下，輸出軸轉(zhuǎn)速可在1∶8的范圍內(nèi)自行設(shè)定。

　　將變頻技術(shù)應(yīng)用于執(zhí)行機(jī)構(gòu)中，使得輸出軸可以根據(jù)主控單元的指令輸出相應(yīng)的轉(zhuǎn)速，這樣做在實(shí)際生產(chǎn)中有很多的優(yōu)點(diǎn)：

　　(1)由于機(jī)械重當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)被卡住時(shí)可產(chǎn)生最大力矩使閥門脫離被卡位置。

　　(2)柔性到達(dá)全關(guān)或全開位置，避免由于慣性對閥門造成的沖撞，保護(hù)閥門，延長使用壽命。

　　(3)啟動和運(yùn)行電流永遠(yuǎn)小于電機(jī)額定電流。

　　(4)在緊急情況下，可根據(jù)實(shí)際需要自行設(shè)定緊急開和緊急關(guān)速度。

　　(5)實(shí)現(xiàn)控制過程最優(yōu)化，通過自動改變輸出軸轉(zhuǎn)速以改善閥門線性等。

　　3 SIPOS5FLASH執(zhí)行機(jī)構(gòu)常見故障分析

　　在生產(chǎn)實(shí)踐中，由于閥門機(jī)械、環(huán)境溫度、動作頻率等因素，使得我們在檢查SIPOS電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)時(shí)常常會發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)在執(zhí)行機(jī)構(gòu)中變頻器部分的故障——“LowVoltage(低電壓故障)”。通常的處理辦法就是更換電子板，其實(shí)不然，我們應(yīng)該根據(jù)發(fā)生故障的具體情況來判斷。

　　3.1 SIPOS5FLASH執(zhí)行機(jī)構(gòu)LowVoltage檢測機(jī)理

　　SIPOS5FLASH采用內(nèi)置一體化變頻器，其原理是將頻率(如50Hz)和峰值固定的單相電源(如220V)或三相電源(如380V)轉(zhuǎn)換成頻率和峰值可調(diào)的三相電源來給電機(jī)供電，這一過程的實(shí)現(xiàn)首先是將交流電整流成直流電，然后再逆變成交流電的方式進(jìn)行的。

　　對上述故障檢測的原理就是通過測量變頻器中間回路中的直流母線電壓的大小，并根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)具體的運(yùn)行方式進(jìn)行判斷。直流母線電壓大小的測量對于專業(yè)型(PROTITRON)，可以通過觀察執(zhí)行機(jī)構(gòu)的參數(shù)d.clink-voltage(直流母線電壓)來查看;對于經(jīng)濟(jì)型(ECOTRON)，則必須用COMSIPOS軟件進(jìn)行在線觀察。

　　3.2 SIPOS5FLASH報(bào)告LowVoltage的情況分析及處理辦法

　　(1)靜態(tài)。

　　如果該故障是在執(zhí)行機(jī)構(gòu)完全不動的情形下發(fā)出的，則通過查看“d.clink-voltage(直流母線電壓)”的數(shù)值大小，檢查是否正常。參考值：220V供電的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，該值大約為320V左右;380V供電的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，該值大約為570V左右。若該值低于300V(220V供電)或500V(380V供電)，則有問題。

　?、僦攸c(diǎn)檢查電源回路的接線是否有問題;電源端子是否松動。

　　②如果該值飄忽不定，且變化很快，很可能是接線松了。

　　③當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)處于“Local就地”操作狀態(tài)時(shí)，再次上電時(shí)，不操作執(zhí)行機(jī)構(gòu)，就會在stateofunit下查看到“過電流故障”，或同時(shí)伴有“低電壓故障”。則很可能說明是電源板有問題。

　?、苋绻麍?zhí)行機(jī)構(gòu)有指示燈亮或電源板上指示燈亮，但直流母線的電壓值為0，則說明電源板上測量電壓回路部分出了故障，此時(shí)肯定需要更換電源板。

　　(2)動態(tài)。

　　當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)靜止不動時(shí)，并不報(bào)告低電壓故障。當(dāng)試圖電動運(yùn)行執(zhí)行機(jī)構(gòu)時(shí)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)不動作，查看stateofunit，發(fā)現(xiàn)不了故障;查看故障的歷史記錄(formererrors)，會從最近的記錄(formererror1)中發(fā)現(xiàn)該故障(因?yàn)橐坏膭討B(tài)轉(zhuǎn)為靜態(tài)，變頻器輸出停止，直流母線電壓恢復(fù)，在stateofunit中無法看到低電壓故障，該故障就會轉(zhuǎn)入到formererror中)。

　　對于SIPOS5FLASH智能型電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在末端位置范圍內(nèi)為了獲得足夠的啟動力矩，用以克服靜摩擦阻力，是不監(jiān)測力矩開關(guān)的動作與否，因此要“忽略”末端位置范圍內(nèi)力矩開關(guān)的狀態(tài)。在末端位置范圍內(nèi)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)只能靠其他故障來反映實(shí)際的狀態(tài)。比如，執(zhí)行機(jī)構(gòu)如果在末端位置內(nèi)啟動不了，按時(shí)間順序，可能會報(bào)告的故障有：highcurr.fault(過電流)/或lowvoltage(低電壓);之后會報(bào)runtimeerror(運(yùn)行時(shí)間故障);電機(jī)發(fā)熱嚴(yán)重、時(shí)間長了會報(bào)MotTemptoohigh(電機(jī)過熱故障)等。

　　可能的原因：

　?、匍y門卡澀、執(zhí)行機(jī)構(gòu)負(fù)載過重。當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)超載、又試圖電動操作執(zhí)行機(jī)構(gòu)時(shí)，變頻器啟動瞬間，此時(shí)電機(jī)處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，變頻器直流母線上存儲的電能很快消失，造成監(jiān)測到“低電壓故障”，(有的時(shí)候同時(shí)還會伴有”過電流故障”)。此時(shí)，就可以用手動操作執(zhí)行機(jī)構(gòu)，檢查閥門是否卡澀。如果確定閥門卡澀，操作齒輪箱的蝸桿，把閥門搖到不太卡澀的位置，即可繼續(xù)電動操作。

　?、谑謩訖z查發(fā)現(xiàn)閥門并不卡澀，但一旦電動操作，就會報(bào)告“過電流故障”，查看故障歷史記錄，可以發(fā)現(xiàn)最近的從前故障里有“過電流故障”或還有“低電壓故障”，此時(shí)再觀察“d.clink-voltage(直流母線電壓)”該數(shù)值波動較大，則很有可能是接線虛了。原因是若某相接線虛接之后，靜止時(shí)都正常，但一旦執(zhí)行機(jī)構(gòu)要電動操作，就會因?yàn)椤皠恿Α辈蛔?，帶動不了?fù)載，從而造成電機(jī)堵轉(zhuǎn)。若接線沒有問題，則需要更換電源板，繼續(xù)排查。

　　4結(jié)論

　　變頻技術(shù)在現(xiàn)代智能執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的應(yīng)用，給現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)帶來了很大的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)高度的集成化又使得設(shè)備在發(fā)生故障時(shí)沒有好的解決辦法。根據(jù)具體發(fā)生故障的情況、先從外圍比較簡單設(shè)備查起才能做出準(zhǔn)確地分析與判斷，使之更好地為生產(chǎn)服務(wù)。