智能型三斷保護氣動執行機構故障排除研究

摘 要：本文根據智能型三斷保護氣動執行機構的工作原理（以ZSL/DJ-XXXX-BW（ZN）系列為例），對智能型三斷保護氣動執行機構應用中的常見故障進行分析研究，提出有針對性的解決辦法，對于提高設備的有效使用率，保證生產的順利進行具有重要的指導意義。

關鍵詞：智能型三斷保護；氣動執行機構；故障排除研究

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.05.104

“三斷保護”是指在工業過程控制中 氣動執行機構遇到斷電（源）、斷氣、斷信號時執行器的開度保持在故障前的狀態[1]。“氣動執行機構”是自動化控制系統中的執行單元，它是以壓縮空氣為動力能源，接收來自控制器的控制信號，作用于被控對象以調節被控量，保證系統的穩定和實現良好的性能指標的裝置[2]。將智能型電氣閥門定位器、三斷保護裝置與氣動執行機構相結合完成以上功能的設備稱之為“智能型三斷保護型氣動執行機構”。該設備廣泛地應用于電站、冶金、石化、輕工等部門。為了幫助現場工作人員更好地了解設備原理，在出現故障時能夠快速發現問題并及時排除，提高設備的有效使用率，保證生產的正常進行，本文以ZSL/DJ-XXXX-BW（ZN）系列智能型三斷保護型氣動執行機構為例，依據其工作原理，對該設備的常見故障進行分析研究，提出有針對性的解決辦法。

1 ZSL/DJ-XXXX-BW（ZN）系列智能型三斷保護型氣動執行機構的工作原理

ZSL/DJ-XXXX-BW（ZN）系列智能型三斷保護型氣動執行機構選用西門子SIPART PS2定位器。該定位器功能強大，根據輸入信號的增量，分配壓縮空氣進入氣缸的 下（上）腔，通過上（下）腔排氣，使氣缸活塞桿位移推動主軸轉動，從而輸出臂轉動帶動負荷。主軸轉動的增量通過機械連桿傳遞到定位器的反饋軸，使氣動執行機構達到與輸入信號對應的工作位置（即平衡位置），并輸出位置反饋信號。當輸入信號、電源或氣源壓力斷失時，三斷保位裝置動作，使氣缸活塞保持原位不動，從而使整個氣動執行機構保持在故障前的位置。當三斷故障排除后，執行機構可自行恢復運行狀態，無需人為干預（參見圖1執行機構系統原理圖）。

“三斷保護”動作原理具體如下。

（1）斷氣保護：主要由鎖緊閥來實現，將鎖緊閥的動作壓力按需要調整在300-450KPa的某個值上，當氣壓高于調定值時，鎖緊閥打開，定位器通往氣缸兩端的氣路連通，即正常自動工作狀態。當氣壓低于調定值時，鎖緊閥閉鎖，定位器通往氣缸兩端的氣路切斷，氣缸上下腔的壓縮空氣被封死在上下腔內，從而維持負載的原有位置，實現斷氣自鎖保護。

（2）斷電源保護：主要由電磁閥來實現，來自切換閥的控制氣壓通過電磁閥到達鎖緊閥的控制氣路，當電壓正常時，電磁閥供氣給鎖緊閥的控制氣源打開鎖緊閥，即正常自動工作狀態。當電源斷電時，電磁閥換向，將鎖緊閥的控制氣壓排空，鎖緊閥閉鎖，定位器通往氣缸兩端的氣路被切斷，維持負載的原有位置，實現斷氣自鎖保護。

（3）斷信號保護： 由電子開關實現，電子開關能夠根據輸入信號的值來使電磁閥換向，再通過鎖緊閥實現自鎖保位。當輸入信號電流大于電子開關設定的下限電流時（3.5mA），電子開關導通，電磁閥通電，即正常自動工作狀態。當信號電流瞬時中斷時，電子開關阻斷，電磁閥失電，引起閉鎖閥動作，即鎖緊狀態。

2 常見故障分析及排除方法

根據ZSL/DJ-XXXX-BW（ZN）系列智能型三斷保護型氣動執行機構的工作原理，我們對其常見故障進行分析研究并經過了多年的實踐驗證，提出了有針對性的解決方案，具體內容如下。

（1）執行機構投自動時不動作。

我們分析產生這一現象原因有以下四種：一是氣源壓力低，二是執行機構被卡住。三是電子開關沒有打開。四是定位器氣路接口濾網被灰塵堵住。對應上述情況解決的辦法分別為：一調節氣源壓力到500Kpa以上、解除執行機構被卡問題、更換電子開關、清洗濾網。

（2）執行機構頻繁動作。

經過分析后，我們認為產生這種現象的原因是氣路系統漏氣。解決方法是用肥皂水沿著定位器輸出管道一直檢查到氣缸的上下接口，看有沒有漏氣。如果有漏氣，解決漏氣即可。

（3）閥門不能全開或全關。

產生原因可能是氣源壓力太小、定位器初始化數據不正確（例如整定時機械限位或未進行初始化）、用戶菜單設置了限位值、未設置緊密關閉功能。

（4）無閥位反饋電流。

這種現象，我們分析后認為可能是以下幾種情況造成的：閥位反饋模塊故障、外部無配電，閥位反饋模塊無工作電壓、外部接線極性反、電流檢測儀表壞。對于上述情況進行一一排查，屬于那種情況，進行解決即可。

（5）閥門檢修后，發現控制精度有問題。

我們分析這可能是由于閥門檢修后，定位器、閥門和反饋部分出現了變動造成的。對于這種情況下，必須進行系統初始化，定位器才能和執行機構相互配合，根據所接收到的控制信號，驅動執行機構按要求動作，從而排除故障。

（6）定位器初始化時停在RUN2，無法進行下去。

西門子SIPART PS2定位器初始化時停在RUN2，我們分析可能存在如下幾種情況并給出相應的解決辦法。①比率選擇器的比率選擇錯誤。解決辦法為：重新選擇。②有關參數設置不合理。解決辦法為：改變閥門定位器的參數2YAGL項的反饋軸轉角，將33°變為90°，再進行初始化。③定位器轉軸不在定位器的工作范圍。閥位低點超過10%。解決辦法為：撥動定位器下面的調整輪，將閥位調到10%以下，再按加號鍵，就可以進行下去了。

（7）西門子SIPART PS2定位器初始化時停在RUN3。

這一故障產生的原因我們分析后認為可能是執行機構定位時間太長所致。解決辦法為：完全打開限流器或調整壓力PZ（空氣入口壓力）到允許最高值，看執行機構的關時間能否減少。也可以在氣缸的上下缸接口裝上快排閥。加快上下缸排氣。

（8）西門子SIPART PS2定位器初始化時停在RUN5，沒達到Finish（等待時間>5min）。

產生這一故障的原因我們分析后，認為是定位器、執行機構及反饋部分的安裝問題。解決辦法為：檢查定位器、執行機構及反饋部分的安裝，發現問題及時校正，重新安裝后，再進行初始化，看能否縮短初始化時間。

（9）閥門開關方向和要求不一致。

我們分析這與定位器參數7SDIR、參數38YDIR這兩項的設置有關，7SDIR項是方向設置決定點，定位器在接收到4-20mA信號時，7SDIR項的設置決定執行機構的動作方向。38YDIR項是閥位方向顯示，可以顯示執行機構的開關。解決辦法為：通過與閥門實際開關方向和控制室的信號來對比，可以正確地設置參數7SDIR、參數38YDIR。

3 結語

綜上所述，我們以ZSL/DJ-XXXX-BW（ZN）系列智能型三斷保護型氣動執行機構為例，依據其工作原理，對該設備的常見故障進行分析，提出了有針對性的解決辦法。實踐表明這些方法對于排除故障非常有效，對現場的工作人員進行設備的維護，保證生產的順利進行具有重要的指導意義。

參考文獻：

[1]顧月帥.帶三斷保護的智能定位器的設計與實現[D].上海：復旦大學，2011.

[2]徐進.淺談氣動執行器發展狀況[J].科技致富向導，2013（05）.

作者簡介：劉建軍（1960-），男，工程師，主要研究領域：工業自動化控制。