智能型三断保护气动执行机构故障排除研究

摘 要：本文根据智能型三断保护气动执行机构的工作原理（以ZSL/DJ-XXXX-BW（ZN）系列为例），对智能型三断保护气动执行机构应用中的常见故障进行分析研究，提出有针对性的解决办法，对于提高设备的有效使用率，保证生产的顺利进行具有重要的指导意义。

关键词：智能型三断保护；气动执行机；故障排除研究

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.05.104

“三断保护”是指在工业过程控制中 气动执行机构遇到断电（源）、断气、断信号时执行器的开度保持在故障前的状态[1]。“气动执行机构”是自动化控制系统中的执行单元，它是以压缩空气为动力能源，接收来自控制器的控制信号，作用于被控对象以调节被控量，保证系统的稳定和实现良好的性能指标的装置[2]。将智能型电气阀门定位器、三断保护装置与气动执行机构相结合完成以上功能的设备称之为“智能型三断保护型气动执行机构”。该设备广泛地应用于电站、冶金、石化、轻工等部门。为了帮助现场工作人员更好地了解设备原理，在出现故障时能够快速发现问题并及时排除，提高设备的有效使用率，保证生产的正常进行，本文以ZSL/DJ-XXXX-BW（ZN）系列智能型三断保护型气动执行机构为例，依据其工作原理，对该设备的常见故障进行分析研究，提出有针对性的解决办法。

1 ZSL/DJ-XXXX-BW（ZN）系列智能型三断保护型气动执行机构的工作原理

ZSL/DJ-XXXX-BW（ZN）系列智能型三断保护型气动执行机构选用西门子SIPART PS2定位器。该定位器功能强大，根据输入信号的增量，分配压缩空气进入气缸的 下（上）腔，通过上（下）腔排气，使气缸活塞杆位移推动主轴转动，从而输出臂转动带动负荷。主轴转动的增量通过机械连杆传递到定位器的反馈轴，使气动执行机构达到与输入信号对应的工作位置（即平衡位置），并输出位置反馈信号。当输入信号、电源或气源压力断失时，三断保位装置动作，使气缸活塞保持原位不动，从而使整个气动执行机构保持在故障前的位置。当三断故障排除后，执行机构可自行恢复运行状态，无需人为干预（参见图1执行机构系统原理图）。

“三断保护”动作原理具体如下。

（1）断气保护：主要由锁紧阀来实现，将锁紧阀的动作压力按需要调整在300-450KPa的某个值上，当气压高于调定值时，锁紧阀打开，定位器通往气缸两端的气路连通，即正常自动工作状态。当气压低于调定值时，锁紧阀闭锁，定位器通往气缸两端的气路切断，气缸上下腔的压缩空气被封死在上下腔内，从而维持负载的原有位置，实现断气自锁保护。

（2）断电源保护：主要由电磁阀来实现，来自切换阀的控制气压通过电磁阀到达锁紧阀的控制气路，当电压正常时，电磁阀供气给锁紧阀的控制气源打开锁紧阀，即正常自动工作状态。当电源断电时，电磁阀换向，将锁紧阀的控制气压排空，锁紧阀闭锁，定位器通往气缸两端的气路被切断，维持负载的原有位置，实现断气自锁保护。

（3）断信号保护： 由电子开关实现，电子开关能够根据输入信号的值来使电磁阀换向，再通过锁紧阀实现自锁保位。当输入信号电流大于电子开关设定的下限电流时（3.5mA），电子开关导通，电磁阀通电，即正常自动工作状态。当信号电流瞬时中断时，电子开关阻断，电磁阀失电，引起闭锁阀动作，即锁紧状态。

2 常见故障分析及排除方法

根据ZSL/DJ-XXXX-BW（ZN）系列智能型三断保护型气动执行机构的工作原理，我们对其常见故障进行分析研究并经过了多年的实践验证，提出了有针对性的解决方案，具体内容如下。

（1）执行机构投自动时不动作。

我们分析产生这一现象原因有以下四种：一是气源压力低，二是执行机构被卡住。三是电子开关没有打开。四是定位器气路接口滤网被灰尘堵住。对应上述情况解决的办法分别为：一调节气源压力到500Kpa以上、解除执行机构被卡问题、更换电子开关、清洗滤网。

（2）执行机构频繁动作。

经过分析后，我们认为产生这种现象的原因是气路系统漏气。解决方法是用肥皂水沿着定位器输出管道一直检查到气缸的上下接口，看有没有漏气。如果有漏气，解决漏气即可。

（3）阀门不能全开或全关。

产生原因可能是气源压力太小、定位器初始化数据不正确（例如整定时机械限位或未进行初始化）、用户菜单设置了限位值、未设置紧密关闭功能。

（4）无阀位反馈电流。

这种现象，我们分析后认为可能是以下几种情况造成的：阀位反馈模块故障、外部无配电，阀位反馈模块无工作电压、外部接线极性反、电流检测仪表坏。对于上述情况进行一一排查，属于那种情况，进行解决即可。

（5）阀门检修后，发现控制精度有问题。

我们分析这可能是由于阀门检修后，定位器、阀门和反馈部分出现了变动造成的。对于这种情况下，必须进行系统初始化，定位器才能和执行机构相互配合，根据所接收到的控制信号，驱动执行机构按要求动作，从而排除故障。

（6）定位器初始化时停在RUN2，无法进行下去。

西门子SIPART PS2定位器初始化时停在RUN2，我们分析可能存在如下几种情况并给出相应的解决办法。①比率选择器的比率选择错误。解决办法为：重新选择。②有关参数设置不合理。解决办法为：改变阀门定位器的参数2YAGL项的反馈轴转角，将33°变为90°，再进行初始化。③定位器转轴不在定位器的工作范围。阀位低点超过10%。解决办法为：拨动定位器下面的调整轮，将阀位调到10%以下，再按加号键，就可以进行下去了。

（7）西门子SIPART PS2定位器初始化时停在RUN3。

这一故障产生的原因我们分析后认为可能是执行机构定位时间太长所致。解决办法为：完全打开限流器或调整压力PZ（空气入口压力）到允许最高值，看执行机构的关时间能否减少。也可以在气缸的上下缸接口装上快排阀。加快上下缸排气。

（8）西门子SIPART PS2定位器初始化时停在RUN5，没达到Finish（等待时间>5min）。

产生这一故障的原因我们分析后，认为是定位器、执行机构及反馈部分的安装问题。解决办法为：检查定位器、执行机构及反馈部分的安装，发现问题及时校正，重新安装后，再进行初始化，看能否缩短初始化时间。

（9）阀门开关方向和要求不一致。

我们分析这与定位器参数7SDIR、参数38YDIR这两项的设置有关，7SDIR项是方向设置决定点，定位器在接收到4-20mA信号时，7SDIR项的设置决定执行机构的动作方向。38YDIR项是阀位方向显示，可以显示执行机构的开关。解决办法为：通过与阀门实际开关方向和控制室的信号来对比，可以正确地设置参数7SDIR、参数38YDIR。

3 结语

综上所述，我们以ZSL/DJ-XXXX-BW（ZN）系列智能型三断保护型气动执行机构为例，依据其工作原理，对该设备的常见故障进行分析，提出了有针对性的解决办法。实践表明这些方法对于排除故障非常有效，对现场的工作人员进行设备的维护，保证生产的顺利进行具有重要的指导意义。

参考文献：

[1]顾月帅.带三断保护的智能定位器的设计与实现[D].上海：复旦大学，2011.

[2]徐进.浅谈气动执行器发展状况[J].科技致富向导，2013（05）.

作者简介：刘建军（1960-），男，工程师，主要研究领域：工业自动化控制。