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上海明精防腐閥門制造電動執行器的原理及故障處理
2015-06-29 09:26:57隨著我國經濟的快速發展，現代工業設備日益朝著大型化、復雜化、智能化發展。傳統的半自動特別是手動控制的系統、誤差大、生產效率低下。參數報警和連鎖保護已經不能滿足現代化生產過程的需要。執行機構除應用于工業也應用于其他控制領域，減少了勞動強度，提高了控制精度和生產效率。在當今計算機控制系統中，軟硬件的可靠性和穩定性已經非常高，所以執行器的穩定性和控制精度已經成為自動控制系統中的重要環節。
1 執行器的工作原理
電動執行器，是一種自動控制領域的常用機電一體化設備器件，是自動化儀表終端的執行設備。上海明精主要是對一些閥門、擋板等設備進行開關和調節控制，代替人工作業。它由伺服放大器和執行機構兩部分組成。其原理如圖1所示。
圖1 電動執行機構的工作原理圖
注：Ii為輸入電流即指令；If為變送器的反饋電流；
輸出量θ為執行器旋轉的角度或位移。
DKJ角行程電動執行器是一個具有深度負反饋的閉合隨動系統。伺服放大器將輸入信號Ii和來自執行機構的位置反饋信號If進行比較，將兩者的偏差進行放大以驅動兩相電機轉動，再經減速機減速，帶動輸出軸改變轉角。輸出軸轉角的變化又經過位置發送器按比例轉換成相應的位置反饋電流If，反饋到伺服放大器的輸入端。當Ii與If偏差為0時，兩相電動機停止轉動，輸出軸穩定在與輸入Ii相對應的位置上。電動執行機構輸出軸轉角θ與輸入信號電流之間的關系為：
θ=KIi （1）
式中：K=9 /mA，可以近似看成一個比例環節。前置磁放大器是伺服放大器的主要部件，它是一個具有內部反饋的直流雙推挽式磁放大器，它利用磁鐵材料的非線性原理，將電流轉換成電壓輸出。
1.1 電動執行器工作模式
就地方式、遠程方式和自動調節方式。當執行機構出現故障或緊急事故時，旋鈕切到“手動”位置，搖動手輪就可以實現手動操作。遙控方式是把中控室內的操作器切換開關放在“手動”位置時，通過旋轉“開”或“關”旋鈕發出控制信號控制執行機構正轉或反轉。
在自動調節方式時，其控制過程：輸入信號Iλ1=0時，位置發送器反饋電流I反=0，此時伺服放大器沒有輸出電壓，電機停轉，執行機構輸出軸穩定在預選好的零位。
輸入信號Iλ1>0時，此輸入信號與系統本身的位置反饋電流在伺服放大器中進行磁勢綜合比較，由于這2個信號大小不相等且極性相反就有誤差磁勢出現，從而使伺服放大器有足夠的輸出功率驅動電機，執行機構輸出軸就朝著減少這個誤差磁勢的方向運動，直到輸入信號和位置反饋信號兩者相等為止，此時輸出軸就穩定在與輸入信號相對應的位置上。
2 電動執行機構的組成及功能
電動執行機構由電機、減速器及位置發送器3部分組成。
2.1 電機
電機是接受伺服放大器或電動操作器輸出的開關電源，把電能轉化為機械能，從而驅動執行機構動作。
2.2 減速器
減速器是將電機的高轉速、小轉矩轉換為低轉速、大轉矩的輸出功率，驅動輸出臂轉角限制在90°范圍內，產生的扭矩通過聯桿驅動閥板開啟。
2.3 位置發送器
是通過連桿產生軸向位移，改變鐵芯在差動變壓器線圈中的位置，使差動變壓器輸出對應位置的電壓轉換成標準的直流電流信號（4~20mA）。減速器輸出軸的轉角位移與位置發送器的輸出電流呈線性關系。
3 電動執行機構常見故障的分析
3.1 經常發生電源保險絲被燒斷或空開跳閘；執行機構電機不轉動故障分析
（1）執行機構大部分都安裝在工作環境惡劣、灰塵大、易漏水的地方。或有漏水滴在了電源插座上引起保險絲燒壞或空開跳閘；如：執行機構內部或傳輸線路有了問題。也可引起空開跳閘，此時，可以把執行機構的插頭拔掉以檢查是否是其內部還是傳輸線路的問題。如拔掉該插頭后，保險絲不再被燒壞或空開不跳閘，就是其內部有問題，否則很可能是傳輸線路出了問題。很可能是臨近插頭的線路受潮，致使電源造成短路。
（2）執行機構電機啟動電容擊穿、電機繞組短路或開路，此時，更換電容或電機或者查出繞組開路點。
3.2 調節器輸出變化但執行機構始終不動作故障分析
（1）閉環回路上各連接線有斷開或各接點接觸不良的現象。
（2）伺服放大器無輸出，伺服放大器本體故障，一般在放大器前級，導致伺服放大器無輸出。
（3）電機故障造成執行機構不動作，電動執行機構的電機燒壞，或電機繞組損壞；電機繞組斷路或短路造成執行機構不動作。有時電機內剎車片斷裂，造成電機卡死。導致執行機構不動作。
3.3 執行機構在開或關過程中反饋信號實時跟蹤閥門當前位置時，反饋信號上下漂移，造成執行機構擺動的故障分析。
（1）當執行機構電機的電動剎車失靈，執行器無法精確定位，容易引起反饋信號漂移。
（2）差動變壓器的鐵芯連桿鎖緊裝置松動，輸出軸的轉角位移與位置發送器的輸出電流波動不呈線性關系。
（3）全開位置與全關位置的角度太小，使差動變壓器輸出過于敏感。適當擴大靈敏度（死區）的設置。
3.4 執行機構的動作方向與調節器給定方向相反的故障分析
上海明精從調節器給出閥位調節信號，當要求閥位開大時，閥位反饋信號卻顯示關小了。經檢查發現是由于伺服放大器輸出的正反轉信號線接反造成，這樣導致電機該增大輸出轉角時卻反而減小。
3.5 閥位輸出線性不好或沒有輸出信號故障分析
（1）導電塑料電位器損壞。調整電位器但電阻值不變化或變化很小。
（2）位置發送器工作不正常，導致電流信號無輸出。
4 結束語
在日常維護中發現，上海明精電動執行機構的故障多發于伺服放大器故障。而伺服放大器是由電器元件組成的電子線路板構成，電子元件的質量和電路板的可靠性決定了伺服放大器的可靠性。常規伺服放大器抗干擾的能力普遍不高，電壓的波動、高溫、高粉塵、振動等外部環境的影響都容易導致伺服放大器故障。針對伺服放大器存在可靠性差的缺點，建議利用DCS來實現伺服放大器的控制功能。因為DCS具有靈活的組態方法、豐富的軟件功能和很高的可靠性。可自動判斷執行機構的狀態，當固態繼電器擊穿或者閥位反饋信號有誤時能夠使電動執行機構保持在原位置，以防止事故的擴大化。而且在可靠性方面有了很大程度的提高。
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