探析電動(dòng)執(zhí)行器的故障診斷策略

常兵

摘要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電動(dòng)執(zhí)行器在現(xiàn)代大型工業(yè)、礦業(yè)中應(yīng)用的也越來越廣泛，成為保障生產(chǎn)、提高效益的重要關(guān)鍵因素。在整個(gè)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，電動(dòng)執(zhí)行器的故障成為導(dǎo)致控制系統(tǒng)失效的主要原因。傳統(tǒng)的電動(dòng)執(zhí)行器的故障診斷，往往集中于仿真層面，但是其效果并不實(shí)用。論文結(jié)合筆者研究，通過分析電動(dòng)執(zhí)行器故障的特點(diǎn)，從而提出了切實(shí)有效的電動(dòng)執(zhí)行器故障排查與診斷策略。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)執(zhí)行器；故障；診斷

電動(dòng)執(zhí)行器一般被安裝在高溫、高壓、高腐蝕的環(huán)境下，往往會(huì)產(chǎn)生各種故障，從而嚴(yán)重影響自動(dòng)化系統(tǒng)的運(yùn)行效率，甚至帶來嚴(yán)重的生產(chǎn)事故。因此，對(duì)于電動(dòng)執(zhí)行器的故障診斷策略的研究是勢(shì)在必行的，受到業(yè)界相關(guān)專家學(xué)者的廣泛關(guān)注?，F(xiàn)以常見的進(jìn)口品牌伯納德執(zhí)行器為例，分析其故障診斷策略。

1.死區(qū)故障的診斷分析

死區(qū)故障可以分為兩類，即自振蕩故障以及死區(qū)太大故障。

位置控制板

一般來說，電動(dòng)執(zhí)行器的死區(qū)故障與觸發(fā)器有很大的關(guān)系，當(dāng)死區(qū)過大時(shí)，就可能導(dǎo)致執(zhí)行器對(duì)于輸入信號(hào)的跟蹤效率不高，反映不靈敏。這樣一來，就可能會(huì)導(dǎo)致執(zhí)行器的閥門滯留在某一區(qū)域位置，也就是說這時(shí)執(zhí)行器對(duì)調(diào)節(jié)器輸出的小于死區(qū)范圍的信號(hào)不再做出反應(yīng)，系統(tǒng)對(duì)執(zhí)行器失去了有效的控制，進(jìn)而影響系統(tǒng)的控制性能。對(duì)于死區(qū)故障的診斷來說，主要可以通過觀測(cè)反饋閾值信號(hào)以及輸入信號(hào)。當(dāng)反饋信號(hào)和輸入信號(hào)的延遲已經(jīng)超越了正常值時(shí)，就基本可以判斷存在死區(qū)故障。

電動(dòng)執(zhí)行器死區(qū)故障的解決策略主要是通過對(duì)死區(qū)設(shè)定電位器進(jìn)行調(diào)節(jié)，以便減小電動(dòng)執(zhí)行器內(nèi)的死區(qū)范圍。在調(diào)節(jié)時(shí)要注意，因?yàn)槠湔{(diào)節(jié)方向是由大到小，因此要避免將死區(qū)調(diào)到過小，這樣反而還會(huì)形成自振蕩，此時(shí)電動(dòng)執(zhí)行器就會(huì)因?yàn)樽哉穸y以正常運(yùn)行，甚至導(dǎo)致電機(jī)過熱燒毀，這就是自振蕩故障。

因?yàn)殡姍C(jī)在斷電時(shí)會(huì)因?yàn)閼T性惰走的緣故導(dǎo)致電機(jī)反轉(zhuǎn)，如果電機(jī)轉(zhuǎn)向反復(fù)變更的話，我們就可以說此時(shí)的自振蕩故障較為嚴(yán)重。這種故障對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的影響較為嚴(yán)重，必須今早解決。自振蕩故障的表現(xiàn)也比較簡(jiǎn)單，即電動(dòng)執(zhí)行器的反饋信號(hào)變化非常頻繁。

自振蕩故障的解決方法一般為通過調(diào)節(jié)死區(qū)設(shè)定電位器增大死區(qū)范圍，確保死區(qū)適度增加，以便于確保局部反饋Iβ值的增大。為了預(yù)防自振蕩故障的發(fā)生，在平時(shí)可以改善自動(dòng)措施以克服慣性惰走問題。

2.恒偏差故障的診斷分析

恒偏差故障主要是因?yàn)樗绤^(qū)電流大于150 ?A，對(duì)于故障的診斷可以檢測(cè)其偏差值是否已超過死區(qū)范圍，且是否數(shù)值較為固定。此時(shí)，可以統(tǒng)計(jì)同一時(shí)間段內(nèi)的輸入與反饋信號(hào)的差值，當(dāng)出現(xiàn)如下托所示，差值超過死區(qū)范圍并且數(shù)值較為穩(wěn)定時(shí)，我們就可以判斷其屬于恒偏差故障。

恒偏差故障的解決策略為調(diào)節(jié)死區(qū)設(shè)定電位器，確保死區(qū)恢復(fù)為正常值。

3.恒增益故障的診斷分析

一般來說，執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出的軸全程范圍內(nèi)的0至90度角的位移信號(hào)就會(huì)被位置發(fā)送器轉(zhuǎn)換為4至20毫安的直流信號(hào)。當(dāng)發(fā)生恒增益故障時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)直流信號(hào)與角位移信號(hào)不對(duì)應(yīng)的情況。對(duì)于電動(dòng)執(zhí)行器的增益值可以用以下公式計(jì)算： ，其中△x表示閾位變化量，而△v表示輸入指令變化量。

有效解決恒增益故障的主要方法就是對(duì)電動(dòng)執(zhí)行器反饋電流0%和100%位置加以調(diào)節(jié)，以確保執(zhí)行機(jī)構(gòu)能夠保證0%即4mA對(duì)應(yīng)0度全關(guān)位置，100%即20mA滿量程于90度的全開位置。這樣，就能夠確保執(zhí)行器旋轉(zhuǎn)角度與反饋電流之間達(dá)到相互對(duì)應(yīng)的程度，也就解決了電動(dòng)執(zhí)行器恒增益故障的問題。

4.卡死故障

對(duì)于卡死故障來說，其表現(xiàn)行為可以分為兩類。第一類表現(xiàn)為某一段時(shí)間內(nèi)電動(dòng)執(zhí)行器雖然指令的變化幅度非常大，但是反饋信號(hào)卻沒有跟隨指令進(jìn)行相應(yīng)的變化；第二類則是指某一時(shí)間段內(nèi)雖然指令沒有發(fā)生變化，并且電動(dòng)執(zhí)行器的反饋以及角度也沒有產(chǎn)生變化，但是反饋出的信號(hào)卻和原本的指令有較大的出入。第一種情形在現(xiàn)場(chǎng)判斷起來較為簡(jiǎn)單，我們可以根據(jù)它最主要的特征，也就是在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，反饋信號(hào)保持不變，基本不發(fā)生變化。如下圖所示，圖中顯示指令信號(hào)的變化浮動(dòng)較大，但是反饋卻一直保持不動(dòng)，我們就可以判斷其為卡死故障。

對(duì)于這種卡死故障來說，其解決方式也較為簡(jiǎn)單，一般就是先進(jìn)行電動(dòng)執(zhí)行器的凸輪是不是超出了滿量程的檢查，然后再對(duì)位置發(fā)送器進(jìn)行檢查，查看其中的推桿是不是因?yàn)槠渌蚨豢ㄖ鳌?/p>

5.結(jié)語

綜上所述，通過對(duì)電動(dòng)執(zhí)行器故障特點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)分析，利用不同信號(hào)的處理方法，有針對(duì)性的診斷電動(dòng)執(zhí)行器的故障。這種方式具有較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，即使不需要建立較為復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)執(zhí)行器故障的診斷。實(shí)踐證明，通過這種方式，可以有效的解決電動(dòng)執(zhí)行器的故障，取得良好的效果。

參考文獻(xiàn)：

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