變頻技術(shù)在智能執(zhí)行器中的應(yīng)用及常見(jiàn)故障分析

　　智能型變頻電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)成為現(xiàn)代電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的發(fā)展方向。根據(jù)智能電動(dòng)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(jiàn)故障(Lowvoltage)發(fā)生的情形與解決對(duì)策。

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

　　1智能電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)概述

　　現(xiàn)代工業(yè)隨著自動(dòng)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(duì)工業(yè)過(guò)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(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)成為現(xiàn)代電動(dòng)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(duì)簡(jiǎn)單，只可以完成基本的功能設(shè)計(jì)。智能電動(dòng)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(duì)比較復(fù)雜的功能，這就要求在傳統(tǒng)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上增加一些新的模塊來(lái)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(dòng)控制模塊、檢測(cè)反饋模塊等組成。智能電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)主控單元通過(guò)接受上位機(jī)命令并結(jié)合所要調(diào)控對(duì)象(如閥門(mén))的檢測(cè)傳感器反饋回來(lái)的信號(hào)，主控CPU拒此計(jì)算所需的速度控制信號(hào)，然后將該信號(hào)傳送。

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

　　從智能電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的組成圖中，我們可以看出，電機(jī)通過(guò)功率驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)電機(jī)以不同的速度轉(zhuǎn)動(dòng)，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(dòng)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(lái)給電機(jī)供電，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出軸轉(zhuǎn)速的控制。這樣的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化了機(jī)械結(jié)構(gòu)，滿足了執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制閥門(mén)以精確的速度運(yùn)行的過(guò)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(mén)脫離被卡位置。

　　(2)柔性到達(dá)全關(guān)或全開(kāi)位置，避免由于慣性對(duì)閥門(mén)造成的沖撞，保護(hù)閥門(mén)，延長(zhǎng)使用壽命。

　　(3)啟動(dòng)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(kāi)和緊急關(guān)速度。

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

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

　　在生產(chǎn)實(shí)踐中，由于閥門(mén)機(jī)械、環(huán)境溫度、動(dòng)作頻率等因素，使得我們?cè)跈z查SIPOS電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)時(shí)常常會(huì)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(lái)判斷。

　　3.1 SIPOS5FLASH執(zhí)行機(jī)構(gòu)LowVoltage檢測(cè)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(lái)給電機(jī)供電，這一過(guò)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(duì)上述故障檢測(cè)的原理就是通過(guò)測(cè)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(cè)量對(duì)于專業(yè)型(PROTITRON)，可以通過(guò)觀察執(zhí)行機(jī)構(gòu)的參數(shù)d.clink-voltage(直流母線電壓)來(lái)查看;對(duì)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(dòng)的情形下發(fā)出的，則通過(guò)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(wèn)題。

　?、僦攸c(diǎn)檢查電源回路的接線是否有問(wèn)題;電源端子是否松動(dòng)。

　?、谌绻撝碉h忽不定，且變化很快，很可能是接線松了。

　?、郛?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(huì)在stateofunit下查看到“過(guò)電流故障”，或同時(shí)伴有“低電壓故障”。則很可能說(shuō)明是電源板有問(wèn)題。

　　④如果執(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(shuō)明電源板上測(cè)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(dòng)態(tài)。

　　當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)靜止不動(dòng)時(shí)，并不報(bào)告低電壓故障。當(dāng)試圖電動(dòng)運(yùn)行執(zhí)行機(jī)構(gòu)時(shí)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)不動(dòng)作，查看stateofunit，發(fā)現(xiàn)不了故障;查看故障的歷史記錄(formererrors)，會(huì)從最近的記錄(formererror1)中發(fā)現(xiàn)該故障(因?yàn)橐坏膭?dòng)態(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(wú)法看到低電壓故障，該故障就會(huì)轉(zhuǎn)入到formererror中)。

　　對(duì)于SIPOS5FLASH智能型電動(dòng)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(dòng)力矩，用以克服靜摩擦阻力，是不監(jiān)測(cè)力矩開(kāi)關(guān)的動(dòng)作與否，因此要“忽略”末端位置范圍內(nèi)力矩開(kāi)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(lái)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(dòng)不了，按時(shí)間順序，可能會(huì)報(bào)告的故障有：highcurr.fault(過(guò)電流)/或lowvoltage(低電壓);之后會(huì)報(bào)runtimeerror(運(yùn)行時(shí)間故障);電機(jī)發(fā)熱嚴(yán)重、時(shí)間長(zhǎng)了會(huì)報(bào)MotTemptoohigh(電機(jī)過(guò)熱故障)等。

　　可能的原因：

　　①閥門(mén)卡澀、執(zhí)行機(jī)構(gòu)負(fù)載過(guò)重。當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)超載、又試圖電動(dòng)操作執(zhí)行機(jī)構(gòu)時(shí)，變頻器啟動(dòng)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(chǔ)的電能很快消失，造成監(jiān)測(cè)到“低電壓故障”，(有的時(shí)候同時(shí)還會(huì)伴有”過(guò)電流故障”)。此時(shí)，就可以用手動(dòng)操作執(zhí)行機(jī)構(gòu)，檢查閥門(mén)是否卡澀。如果確定閥門(mén)卡澀，操作齒輪箱的蝸桿，把閥門(mén)搖到不太卡澀的位置，即可繼續(xù)電動(dòng)操作。

　?、谑謩?dòng)檢查發(fā)現(xiàn)閥門(mén)并不卡澀，但一旦電動(dòng)操作，就會(huì)報(bào)告“過(guò)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(guò)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(dòng)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(dòng)操作，就會(huì)因?yàn)椤皠?dòng)力”不足，帶動(dòng)不了負(fù)載，從而造成電機(jī)堵轉(zhuǎn)。若接線沒(méi)有問(wèn)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(lái)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(méi)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(jiǎn)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)。