變頻技術(shù)在智能執行器中的應用及常見(jiàn)故障分析

　　智能型變頻電動(dòng)執行機構成為現代電動(dòng)執行機構的發(fā)展方向。根據智能電動(dòng)執行機構的組成及基本工作原理，論述了變頻技術(shù)應用于其中的優(yōu)點(diǎn)，并根據生產(chǎn)實(shí)踐分析了常見(jiàn)故障(Lowvoltage)發(fā)生的情形與解決對策。

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

　　1智能電動(dòng)執行機構概述

　　現代工業(yè)隨著(zhù)自動(dòng)化的進(jìn)步、控制技術(shù)的發(fā)展以及受數字技術(shù)和微處理技術(shù)的影響，人們對工業(yè)過(guò)程控制的終端———執行器提出了新的要求，使得智能型變頻電動(dòng)執行機構成為現代電動(dòng)執行機構的發(fā)展方向。

　　在傳統工業(yè)的設計當中，采用伺服放大器和傳統執行機構組合而成，功能相對簡(jiǎn)單，只可以完成基本的功能設計。智能電動(dòng)執行機構要完成人機交互、智能控制、通訊等一些相對比較復雜的功能，這就要求在傳統電動(dòng)執行機構的基礎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、伺服驅動(dòng)控制模塊、檢測反饋模塊等組成。智能電動(dòng)執行機構主控單元通過(guò)接受上位機命令并結合所要調控對象(如閥門(mén))的檢測傳感器反饋回來(lái)的信號，主控CPU拒此計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(dòng)執行機構中的應用及優(yōu)點(diǎn)

　　從智能電動(dòng)執行機構的組成圖中，我們可以看出，電機通過(guò)功率驅動(dòng)模塊驅動(dòng)電機以不同的速度轉動(dòng)，這里就運用到了變頻技術(shù)。

　　SIPOS(西博思)5FLASH作為最典型、應用最廣的智能型電動(dòng)執行機構，采用內置一體化變頻器控制輸出軸轉速，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)轉換成頻率和峰值可調的三相電源來(lái)給電機供電，從而實(shí)現對輸出軸轉速的控制。這樣的設計簡(jiǎn)化了機械結構，滿(mǎn)足了執行機構控制閥門(mén)以精確的速度運行的過(guò)程要求，在不改變其內部機械結構的情況下，輸出軸轉速可在1∶8的范圍內自行設定。

　　將變頻技術(shù)應用于執行機構中，使得輸出軸可以根據主控單元的指令輸出相應的轉速，這樣做在實(shí)際生產(chǎn)中有很多的優(yōu)點(diǎn)：

　　(1)由于機械重當執行機構被卡住時(shí)可產(chǎn)生最大力矩使閥門(mén)脫離被卡位置。

　　(2)柔性到達全關(guān)或全開(kāi)位置，避免由于慣性對閥門(mén)造成的沖撞，保護閥門(mén)，延長(cháng)使用壽命。

　　(3)啟動(dòng)和運行電流永遠小于電機額定電流。

　　(4)在緊急情況下，可根據實(shí)際需要自行設定緊急開(kāi)和緊急關(guān)速度。

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

　　3 SIPOS5FLASH執行機構常見(jiàn)故障分析

　　在生產(chǎn)實(shí)踐中，由于閥門(mén)機械、環(huán)境溫度、動(dòng)作頻率等因素，使得我們在檢查SIPOS電動(dòng)執行機構時(shí)常常會(huì )發(fā)現出現在執行機構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，我們應該根據發(fā)生故障的具體情況來(lái)判斷。

　　3.1 SIPOS5FLASH執行機構LowVoltage檢測機理

　　SIPOS5FLASH采用內置一體化變頻器，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)轉換成頻率和峰值可調的三相電源來(lái)給電機供電，這一過(guò)程的實(shí)現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(guò)測量變頻器中間回路中的直流母線(xiàn)電壓的大小，并根據執行機構具體的運行方式進(jìn)行判斷。直流母線(xiàn)電壓大小的測量對于專(zhuān)業(yè)型(PROTITRON)，可以通過(guò)觀(guān)察執行機構的參數d.clink-voltage(直流母線(xiàn)電壓)來(lái)查看;對于經(jīng)濟型(ECOTRON)，則必須用COMSIPOS軟件進(jìn)行在線(xiàn)觀(guān)察。

　　3.2 SIPOS5FLASH報告LowVoltage的情況分析及處理辦法

　　(1)靜態(tài)。

　　如果該故障是在執行機構完全不動(dòng)的情形下發(fā)出的，則通過(guò)查看“d.clink-voltage(直流母線(xiàn)電壓)”的數值大小，檢查是否正常。參考值：220V供電的執行機構，該值大約為320V左右;380V供電的執行機構，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(xiàn)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(xiàn)松了。

　?、郛攬绦袡C構處于“Local就地”操作狀態(tài)時(shí)，再次上電時(shí)，不操作執行機構，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。

　?、苋绻麍绦袡C構有指示燈亮或電源板上指示燈亮，但直流母線(xiàn)的電壓值為0，則說(shuō)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(dòng)態(tài)。

　　當執行機構靜止不動(dòng)時(shí)，并不報告低電壓故障。當試圖電動(dòng)運行執行機構時(shí)，執行機構不動(dòng)作，查看stateofunit，發(fā)現不了故障;查看故障的歷史記錄(formererrors)，會(huì )從最近的記錄(formererror1)中發(fā)現該故障(因為一旦從動(dòng)態(tài)轉為靜態(tài)，變頻器輸出停止，直流母線(xiàn)電壓恢復，在stateofunit中無(wú)法看到低電壓故障，該故障就會(huì )轉入到formererror中)。

　　對于SIPOS5FLASH智能型電動(dòng)執行機構，在末端位置范圍內為了獲得足夠的啟動(dòng)力矩，用以克服靜摩擦阻力，是不監測力矩開(kāi)關(guān)的動(dòng)作與否，因此要“忽略”末端位置范圍內力矩開(kāi)關(guān)的狀態(tài)。在末端位置范圍內，執行機構只能靠其他故障來(lái)反映實(shí)際的狀態(tài)。比如，執行機構如果在末端位置內啟動(dòng)不了，按時(shí)間順序，可能會(huì )報告的故障有：highcurr.fault(過(guò)電流)/或lowvoltage(低電壓);之后會(huì )報runtimeerror(運行時(shí)間故障);電機發(fā)熱嚴重、時(shí)間長(cháng)了會(huì )報MotTemptoohigh(電機過(guò)熱故障)等。

　　可能的原因：

　?、匍y門(mén)卡澀、執行機構負載過(guò)重。當執行機構超載、又試圖電動(dòng)操作執行機構時(shí)，變頻器啟動(dòng)瞬間，此時(shí)電機處于堵轉狀態(tài)，變頻器直流母線(xiàn)上存儲的電能很快消失，造成監測到“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)操作執行機構，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，即可繼續電動(dòng)操作。

　?、谑謩?dòng)檢查發(fā)現閥門(mén)并不卡澀，但一旦電動(dòng)操作，就會(huì )報告“過(guò)電流故障”，查看故障歷史記錄，可以發(fā)現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(guān)察“d.clink-voltage(直流母線(xiàn)電壓)”該數值波動(dòng)較大，則很有可能是接線(xiàn)虛了。原因是若某相接線(xiàn)虛接之后，靜止時(shí)都正常，但一旦執行機構要電動(dòng)操作，就會(huì )因為“動(dòng)力”不足，帶動(dòng)不了負載，從而造成電機堵轉。若接線(xiàn)沒(méi)有問(wèn)題，則需要更換電源板，繼續排查。

　　4結論

　　變頻技術(shù)在現代智能執行機構中的應用，給現實(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備在發(fā)生故障時(shí)沒(méi)有好的解決辦法。根據具體發(fā)生故障的情況、先從外圍比較簡(jiǎn)單設備查起才能做出準確地分析與判斷，使之更好地為生產(chǎn)服務(wù)。