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電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)可分為直行程和角行程兩大類(lèi)，它是自動(dòng)控制系統(tǒng)中不可缺少的重要設(shè)備，其主要任務(wù)是將調(diào)節(jié)器送來(lái)的控制信號(hào)成比例地轉(zhuǎn)換成直線位移或角位移去帶動(dòng)閥門(mén)、擋板等調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。因而廣泛用于電力、冶金、石油、化工等工業(yè)部門(mén)的自動(dòng)控制領(lǐng)域。
近10年來(lái)，由于廣泛采用和吸收微計(jì)算機(jī)控制、微機(jī)械等新技術(shù)、新成果與成熟經(jīng)驗(yàn)，電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)得到迅速發(fā)展，現(xiàn)已廣泛使用“微機(jī)+隨動(dòng)系統(tǒng)”結(jié)構(gòu)模式的微機(jī)型電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，由微處理器完成信號(hào)傳遞、調(diào)節(jié)參數(shù)切換、狀態(tài)指示、控制量的輸出，以提高調(diào)節(jié)性能、使用及維護(hù)保養(yǎng)等方面的靈活性。
一電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的可靠性
電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的可靠性是指它在規(guī)定的條件下、規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力。
“規(guī)定的條件”一般可概括為：
(1)環(huán)境條件：指能影響電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)性能的環(huán)境特性，如溫度、濕度、氣壓、磁場(chǎng)、機(jī)械沖擊、振動(dòng)、粉塵等。
(2)動(dòng)力條件：指能影響電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)性能的動(dòng)力特性。
(3)負(fù)載條件：指能影響電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)性能的負(fù)載特性，如力矩、被控對(duì)象的類(lèi)型與特性等。
(4)使用和維護(hù)條件：電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的可靠性只有在使用中得以實(shí)現(xiàn)，并在維護(hù)中得到提高，對(duì)于使用和維護(hù)條件而言，首先要注意的是完善的使用和維護(hù)保養(yǎng)；其次是必須要求操作者達(dá)到相應(yīng)的技術(shù)水平。
“規(guī)定的條件”是電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)可靠性定義中最重要而又最容易忽略的部分。不同條件下，其可靠性是絕然不同的，離開(kāi)具體條件談可靠性將毫無(wú)意義。而“規(guī)定的功能”是表征電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成任務(wù)的各參量，如力矩、開(kāi)/關(guān)及時(shí)間、行程、不動(dòng)時(shí)間、死區(qū)等。
電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)在壽命期內(nèi)的可靠性變化規(guī)律是研究其可靠性的基礎(chǔ)，取決于早期失效、隨機(jī)失效及耗損失效。理論上常用可靠度(R)這一定量指標(biāo)來(lái)表征設(shè)備的可靠性，它是指設(shè)備在規(guī)定條件和時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的概率。為簡(jiǎn)便直觀起見(jiàn)，電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)行業(yè)在實(shí)際使用時(shí)，簡(jiǎn)單地用平均無(wú)故障時(shí)間(MTBF)來(lái)表征可靠性的特征量，并作為代表電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)可靠性的性能指標(biāo)。
電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的可靠性一般受下列主要因素的制約與影響：系統(tǒng)選擇與設(shè)計(jì)、元件/組件適用性、動(dòng)作參數(shù)、機(jī)械構(gòu)造、制造技術(shù)、裝配精確度、運(yùn)行與維護(hù)人員能力、操作與維護(hù)程序、操作正確性、維護(hù)結(jié)果、現(xiàn)場(chǎng)裝配與施工條件、備品性能的退化、運(yùn)輸及使用影響等。
為使電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)具有眾多功能與優(yōu)異性能，常常不得不增加系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，為保證這些功能與性能在使用時(shí)付諸實(shí)踐，使得可靠性問(wèn)題更為突出。由于電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)直接控制著機(jī)組的運(yùn)行過(guò)程，影響著機(jī)組及發(fā)電廠的安全與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，因此研究、分析電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的可靠性十分重要且有意義。
二 電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的故障分析
提高電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的可靠性，就要盡可能減少和消除故障，而事實(shí)上這種故障是多種多樣的。有的是某一元件失靈引起的，有的是系統(tǒng)中元件/組件綜合因素引起的，有的則是電氣、二次回路以及外界因素引起的。有些故障通過(guò)調(diào)整的方法就可以解決，有的則是由于使用時(shí)間長(zhǎng)、精確度差，需要修配、更換部件才能恢復(fù)其性能，也有些是因原始設(shè)計(jì)不周，需改進(jìn)才能排除。
1. 電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的故障特征
(1)調(diào)試階段故障
新電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的故障問(wèn)題比較復(fù)雜，其特征是設(shè)計(jì)、制造、安裝及管理等質(zhì)量問(wèn)題交織在一起。常見(jiàn)故障有泄漏嚴(yán)重、速度難以調(diào)整穩(wěn)定，臟物或油污使傳動(dòng)機(jī)構(gòu)卡澀或動(dòng)作失靈。某些組件漏裝或裝錯(cuò)彈簧、密封件，也有屬于設(shè)計(jì)欠妥，元件選擇不當(dāng)，動(dòng)作不平穩(wěn)、定位精確度差等，對(duì)待這類(lèi)故障，應(yīng)耐心細(xì)致、慎重處理，逐一排除。
(2)運(yùn)行初期和中期故障
調(diào)試后進(jìn)入正常生產(chǎn)階段的故障特征有：少數(shù)密封件由于裝配質(zhì)量和材料質(zhì)量問(wèn)題短期內(nèi)損壞而漏油；原先粘附在管壁、孔壁上的毛刺、粘沙、雜質(zhì)和臟物脫落導(dǎo)致某些元件工作不穩(wěn)定。一般到運(yùn)行中期，系統(tǒng)元件/組件處于最佳運(yùn)行工作狀態(tài)，故障率較低。
(3)運(yùn)行后期故障
電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)行一段時(shí)間后，各類(lèi)元件/組件因工作頻率和負(fù)載條件的差異，各易損件先后磨損超標(biāo)。這個(gè)階段的故障特征是位置反饋接觸不良、定位精確度差、穩(wěn)定性下降、效率顯著降低、故障率逐漸增加。這時(shí)應(yīng)全面檢查，更換失效部件，不應(yīng)有湊合、對(duì)付想法，應(yīng)科學(xué)、嚴(yán)格地下決心投資,予以全面修復(fù)，否則可能給運(yùn)行人員帶來(lái)很多麻煩，甚至嚴(yán)重影響機(jī)組的正常調(diào)節(jié)和控制。
2. 偶發(fā)性、突發(fā)性故障
這類(lèi)故障在時(shí)間上表現(xiàn)為偶然突變，故障區(qū)域及產(chǎn)生原因較為明顯，由非人為和人為因素造成，如位置反饋器件接觸不良、剎車(chē)片磨損及“抱死”、零部件損壞、線圈燒壞、密封件失效等。
三電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的維護(hù)保養(yǎng)
電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要由電動(dòng)機(jī)、軸承、齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)和電子部分等組成。根據(jù)美國(guó)軍標(biāo)MIL-HDBK-338發(fā)表的可靠性數(shù)據(jù)表明，執(zhí)行器故障主要集中在電動(dòng)機(jī)和軸承方面，在電動(dòng)機(jī)故障中：繞組失效占20%，軸承失效占45%，滑環(huán)、電刷、整流子損壞占5%，其他占30%；在軸承故障中：潤(rùn)滑劑變質(zhì)、消失占45%，污染占30%，剝蝕占5%，誤調(diào)占5%，腐蝕占5%，其他占10%。因此，良好的維護(hù)保養(yǎng)能補(bǔ)充電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的可靠性不足，提高其有效性。
1. 加強(qiáng)潤(rùn)滑油的清潔度管理
電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)最大特點(diǎn)是需使用潤(rùn)滑油。其黏度隨油溫變化，黏度過(guò)低，渦輪蝸桿及齒輪等傳動(dòng)部件磨損會(huì)增大，傳動(dòng)精確度下降；黏度過(guò)高，動(dòng)作不良。而潤(rùn)滑油脂清潔度管理更為困難，渦輪蝸桿及齒輪等傳動(dòng)部件磨損、老化產(chǎn)生的雜質(zhì)與水分的滲入，內(nèi)部涂層的脫落、銹蝕等都會(huì)影響潤(rùn)滑油清潔度。
2. 及時(shí)消除潤(rùn)滑油脂泄漏
由于電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作頻率高、速度快，難以避免受沖擊，這是導(dǎo)致潤(rùn)滑油脂泄漏的一個(gè)重要原因，一旦潤(rùn)滑油脂泄漏，需要及時(shí)加以解決。
3. 改善工作環(huán)境和使用條件
可靠性和壽命與使用情況、所處環(huán)境條件、人員知識(shí)等因素有著直接關(guān)系。只有在維護(hù)管理上改善其工作環(huán)境與使用條件，才可能使之延長(zhǎng)壽命。
4. 故障初期特別要加強(qiáng)維護(hù)
在所有故障中，初期故障比例一般都較高。初期故障大多是由設(shè)計(jì)、制造、安裝上的初步誤差而引起。這些初期故障的發(fā)現(xiàn)需要花費(fèi)一定功夫，解決也需要時(shí)間。因此，初期故障期間要特別加強(qiáng)維護(hù)管理。
5. 做好數(shù)據(jù)管理以防偶發(fā)故障
偶發(fā)故障一般較難預(yù)測(cè)。為防止偶發(fā)故障，要定期檢查和保養(yǎng)，掌握某階段維護(hù)資料和歷史檔案數(shù)據(jù)，這對(duì)于準(zhǔn)確實(shí)施故障判斷和日常維護(hù)十分重要。
6. 提高運(yùn)行維護(hù)人員的專(zhuān)業(yè)知識(shí)
運(yùn)行維護(hù)人員專(zhuān)業(yè)知識(shí)的掌握程度直接影響維護(hù)管理。近年來(lái)，由于結(jié)構(gòu)變化，使得運(yùn)行維護(hù)人員對(duì)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的知識(shí)、技術(shù)水平有了較大提高，然而，仍有不少仍缺乏應(yīng)有的專(zhuān)業(yè)知識(shí)和技術(shù)。對(duì)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)處于“似懂非懂”的狀況，這也是維護(hù)管理薄弱的環(huán)節(jié)所在。
為使運(yùn)行維護(hù)人員方便地進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)管理，在進(jìn)行電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要有超前意識(shí)，要充分考慮到便于維護(hù)管理的實(shí)施，努力做到：系統(tǒng)要簡(jiǎn)化；標(biāo)準(zhǔn)化程度高、互換性好、容易修復(fù)；集成化、組合化；調(diào)整、檢查方便；引入故障診斷和定位、容錯(cuò)/糾錯(cuò)等新技術(shù)。
四 RK-Z系列智能電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)介紹
1. 裝置概況
從國(guó)產(chǎn)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)使用情況分析，雖然在某些技術(shù)指標(biāo)上與國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品相媲美，但可靠性和穩(wěn)定性問(wèn)題卻長(zhǎng)期得不到根本性解決，其主要原因有：長(zhǎng)期忽視基礎(chǔ)技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)；國(guó)產(chǎn)通用件和基礎(chǔ)件質(zhì)量不過(guò)關(guān)；企業(yè)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量控制和管理不力。
針對(duì)上述問(wèn)題，上海銳凱儀表有限公司花大力氣開(kāi)發(fā)了新一代RK-Z系列智能電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，較好解決了這些缺陷和不足。RK-Z系列智能電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)系統(tǒng)構(gòu)成見(jiàn)圖1所示。它采用全封閉、一體化結(jié)構(gòu)，配以單相永磁式交流同步電動(dòng)機(jī)，體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳動(dòng)慣量小、轉(zhuǎn)矩大等特點(diǎn)。限位和剎車(chē)采用逐步逼近電子技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了閥門(mén)“柔性全開(kāi)”和“柔性全關(guān)”，取消了限位開(kāi)關(guān)和剎車(chē)片，解決了長(zhǎng)期以來(lái)困擾的限位開(kāi)關(guān)易失靈、剎車(chē)片易“抱死”以及剎車(chē)時(shí)易產(chǎn)生大沖擊電流燒壞電動(dòng)機(jī)等老大難問(wèn)題。為提高整機(jī)可靠性，采用了可靠性設(shè)計(jì)、可靠性試驗(yàn)、失效分析和嚴(yán)格的篩選、老化等工藝措施，并最大限度地減少了可動(dòng)部件，使整機(jī)MTBF值達(dá)到40000萬(wàn)小時(shí)以上。
2. 控制軟件
控制軟件采用C語(yǔ)言，為提高程序的可靠性和可理解性，將程序設(shè)計(jì)成相對(duì)獨(dú)立的子程序，有利于程序的移植和修改�？刂栖浖饕δ苁墙邮諄�(lái)自控制中心的指令或控制器上開(kāi)、關(guān)鍵指令；接受閥門(mén)開(kāi)度反饋信號(hào)，計(jì)算后輸出控制信號(hào)；向控制中心反饋信息；實(shí)時(shí)顯示閥門(mén)開(kāi)度；故障報(bào)警、故障處理，其程序主框圖如圖2。
3. 裝置特點(diǎn)
(1)可接受0～10mA、4～20mA、0～5V、1～5V等多種模擬信號(hào)，輸入信號(hào)的選擇和正、反行程的切換以及上、下限的定位調(diào)整等，無(wú)需開(kāi)蓋，只需通過(guò)顯示窗的觸摸式按鍵，就可完成所有調(diào)試。
(2)具有多種控制方式：輸入模擬量控制、無(wú)源開(kāi)關(guān)量遠(yuǎn)程控制(內(nèi)、外置24VDC，10mA)、有源(220V，10mA交流)開(kāi)關(guān)量遠(yuǎn)程控制等。
(3)采用智能化技術(shù)控制過(guò)力矩和超限位保護(hù)，取消了需要進(jìn)行復(fù)雜調(diào)整的機(jī)械式力矩開(kāi)關(guān)和限位開(kāi)關(guān)。
(4)可實(shí)現(xiàn)閥門(mén)全行程任意設(shè)定。
(5)頻繁通斷次數(shù)可達(dá)1200次/h。
(6)防護(hù)等級(jí)：IP66。
4. 裝置自診斷功能
(1)當(dāng)輸出軸位移到行程起始點(diǎn)(0%)或行程終點(diǎn)(100%)時(shí)，電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)會(huì)輸出無(wú)源常開(kāi)觸點(diǎn)各一副，供控制系統(tǒng)選用。
(2)當(dāng)電網(wǎng)電壓驟降或停電時(shí)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)部控制電路會(huì)使執(zhí)行機(jī)構(gòu)停留在當(dāng)前位置，并自動(dòng)記憶此前瞬間的有關(guān)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，一旦電壓恢復(fù)正常，執(zhí)行機(jī)構(gòu)能自動(dòng)恢復(fù)有關(guān)數(shù)據(jù)而繼續(xù)正常工作。
(3)當(dāng)機(jī)械部件發(fā)生故障卡澀，致使電動(dòng)機(jī)超負(fù)荷時(shí)，其輸出軸會(huì)維持在原來(lái)位置上，控制電路會(huì)切斷電動(dòng)機(jī)電源，并發(fā)出顯示報(bào)警信號(hào)(但仍保持反向運(yùn)動(dòng)方式)，同時(shí)輸出無(wú)源常開(kāi)觸點(diǎn)一副。當(dāng)故障排除后，自動(dòng)進(jìn)入正常工作。
(4)碰到自動(dòng)化系統(tǒng)故障時(shí)，可根據(jù)工藝過(guò)程要求設(shè)定閥門(mén)的全開(kāi)、關(guān)閉和保持原位3種狀態(tài)，省略了系統(tǒng)的一些聯(lián)鎖保護(hù)措施，使運(yùn)行更穩(wěn)定。
(5)具有多“協(xié)議”通信功能：根據(jù)用戶(hù)要求可設(shè)置RS-485等其他通信協(xié)議，通過(guò)接口，掛接到數(shù)據(jù)總線上，接收來(lái)自系統(tǒng)的指令、數(shù)據(jù)等，并協(xié)同工作。
五結(jié)束語(yǔ)
在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，選擇高質(zhì)量的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，對(duì)“壽命周期費(fèi)用”是很重要的，如果電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)選擇不當(dāng)或質(zhì)量不過(guò)關(guān)，再完美的控制思路、高超的控制策略也難以達(dá)到預(yù)想的控制效果。為此，生產(chǎn)、制造和選用高可靠性的產(chǎn)品日益受到過(guò)程控制界的重視。本文介紹的RK-Z系列智能電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)目前已在楊樹(shù)浦、崇明、南市、高橋、洛河、匯源等電廠以及冶金、化工等行業(yè)運(yùn)行，其以人為本的設(shè)計(jì)思路、便利的維護(hù)調(diào)整方式，得到了現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員的青睞。
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