自动控制仪表系统的研究现状故障诊断及发展方向.doc

自动控制仪表系统的研究现状故障诊断及发展方向现代控制仪表系统的研究现状、特点和发展趋势摘要： 随着人类科学技术的进步，控制理论及仪表技术不断发展和完善，4C技术的发展。控制仪表系统的发展由模拟控制系统数字控制系统网络控制系统。控制仪表与装置涉及的面十分广泛，但它们的发展都围绕着实现工厂整体自动化（FA）这个总目标，实现工厂整体的自动化、综合化、最佳化。关键词： 控制仪表 发展 概况 特点 趋势过程控制是满足过程工业自动化需求的一门科学技术，它渗透在石油、化工、电力、冶金、食品、饮料等几乎任何工业领域里。控制仪表和装置是自动控制系统的重要设备(硬件)，在自动控制系统中，由检测仪表将生产工艺参数变为电信号或气压信号后，不仅要由显示仪表显示或记录，让人们了解生产过程的情况，还需将信号传送给控制仪表和装置，对生产过程进行自动控制，使工艺参数符合预期要求，因此他们是实际生产过程自动化的重要工具。一、发展概况随着人类科学技术的进步，控制理论及仪表技术不断发展和完善。在一个多世纪中，伴随着4C技术，即计算机（Computer）、控制器 （Controller）、通信（Communication）和显示器（CRT）技术的发展，过程控制仪表经历了自力式、基地式、单元组合式、集散式及 现场总线式几个发展阶段。如果从信号及传输形式划分，我们将其发展划分为模拟控制系统、数字控制系统和网络控制系统。考证控制理论的发展历史，IEEE Cintrol Systems Magazine主编Antsaklis教授认为，控制理论的每一步发展都要满足处理不断复杂的对象的需要、完成不断复杂的设计的需要、对过程与环境高度不确定情况下进行控制的需要，因此受到控制仪表、不断变化的对象以及其它科学技术的不断推动。20世纪末，全球市场逐渐形成，企业竞争空前加剧，工业生产必须按市场需求加快新产品的开发，降低成本，完善服务。这就需要把市场生产计划、制造过程、企业管理、售后服务看作要统一考虑的生产过程，并采用计算机、自动化、通信等技术实现整个过程的综合自动化，以改善生产加工和管理决策。要实现综合自动化，实现整个生产过程的信息集成，就必须要在工业现场实现设备间的多点数字通信，构成工厂底层网络系统，以实现底层现场设备之间以及生产现场与外界之间的信息交换。同时，随着计算机、通信，尤其是ASIC芯片技术的快速发展，使得在传感器、执行器等设备上加装智能接口成为现实，促使带有微处理器芯片仪表（智能化仪表）的产生，智能化仪表实现了传输信号数字化，为现场总线的出现奠定了基础 。在市场需求和技术推动下，现场总线终于在20世纪80年代开始出现。现场总线是应用在生产现场在微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信的系统，也被称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络。实质上就是把微处理器置入传统仪表，使自控系统与设备具有了通信能力，通过现场总线连接成网络系 统，加入到信息网络的行列。国际电工委员会（IEC）历时12年于2000年1月4日公布通过了IEC6115现场总线标准。控制仪表和装置的发展由模拟式控制仪表数字模拟混合式系统全数字控制仪表。二、分类按控制仪表与装置所用能源的不同，可以将其分为电动、气动、液动和混合式等几大类。其中，气动和液动控制仪表和装置发展最早，但电动控制仪表与装置发展异常迅速，现在已经占绝对统治地位。气动控制仪表的特点是：性能稳定，可靠性高，具有本质安全防爆性能，不受电磁场干扰、结构简单、维护方便。在电子技术和计算机技术高度发展的今天，气动控制仪表所占领地虽然已十分狭小，但在一些大型装置的主体设备周围，仍有采用基地式气动控制仪表对单一的工艺参数进行就地单回路调节。尤其是气动执行器，具有安全、可靠及工作平衡等优点。应用仍十分广阔，在许多由电动控制仪表和装置构成的系统中，执行器仍彩气动式的。因此，我国及世界上一些大型自动控制仪表装置生产公司仍在生产气动控制仪表。随着生产过程自动化的发展，远距离集中控制控制日益增多，控制系统规模和复杂程度不断增加，气动和液动控制仪表在许多场合已不能满足要求，而电动控仪表与装置则得到起来越广泛的应用和飞速的发展。尤其是随着微电子技术的发展，过去被认为影响电动控制仪表发展的一些技术问题已经得到解决，品种规格更趋完善，质量不断提高。如过去认为影响电动控制仪表广泛使用的防爆问题，现在彩防爆结构、直流低电压、小电流的本质安全型防爆电路及防爆栅等措施，得到了很好地解决。电动控制仪表与装置也因此能应用到石油、化工等工业部门的自动化系统中。电动控制仪表与装置都采用了电子技术，从原理上分，电子控制仪表与装置又可分为两大类：模拟式控制仪表与装置和数字式控制仪表与装置。模拟式控制仪表与装置按结构形式可分为基地式、单元组合式、组件组装式三大类。1） 基地式控制仪表一般结构比较简单，价格低廉，它不仅能够进行控制，同时还可指示、记录。因此适用于小型企业的单机自动控制系统。2） 单元组合式控制仪表应用灵活、通用性强，便于控制仪表的生产、维护及备品库存等。3） 组件组装式控制仪表可由仪表制造厂预先根据用户要求，组装好整套自控系统，再以成套装置形式提供给用户，从而可使自控系统的现场施工、系统安装和调试工作量大大减小，也使维护、检修和系统改组工作大大简化。三、特点数字模拟混合式系统：现场仪表与控制室装置之间通信采用模拟信号420mA，数字控制仪表内部的信号处理为数字信号，但输入仍为420mA，控制装置之间和控制装置与上位计算机之间采用数字通信技术。例如目前数字控制仪表，DCS系统，PLC系统，FCS系统等。三大控制系统之间的差异： 目前，新型的DCS与新型的PLC，都有向对方靠拢的趋势。新型的DCS已有很强的顺序控制功能；而新型的PLC，在处理闭环控制方面也不差，并且两者都能组成大型网络，DCS与PLC的适用范围，已有很大的交叉。下面就仅以DCS与FCS进行比较。DCS系统的关键是通信。也可以说数据公路是分散控制系统DCS的脊柱。由于它的任务是为系统所有部件之间提供通信网络，因此，数据公路自身的设计就决定了总体的灵活性和安全性。目前在DCS系统中一般使用两类通信手段，即同步的和异步的，同步通信依靠一个时钟信号来调节数据的传输和接收，异步网络采用没有时钟的报告系统。数字通信和模拟信号通信方式比较：简化了硬件结构，提高了装置精度；提高了信号传输精度；传输的信息更加丰富；大大降低了布线的复杂性和费用。现场总线控制系统（FCS）：它是将智能现场仪表与控制室的装置利用现场总线连接起来，构成一种全数字全分散全开放的新一代控制系统。传统的DCS和FCS的区别：传统的DCS和FCS原理结构如下图所示。四、发展趋势控制仪表与装置涉及的面十分广泛，如DCS、PLC、新型控制仪表、变送器及执行器等都有自己的发展轨迹，但它们的发展都围绕着实现工厂整体自动化（FA）这个总目标，即将自动控制装置用于生产流程的整个操作过程，从开机到停机的全程控制及将控制、生产计划安排和工厂全面管理有机的结合起来，实现工厂整体的自动化、综合化、最佳化。测量单元微小型化、智能化测量控制与仪器仪表大量采用新的传感器、大规模和超大规模集成电路、计算机及专家系统等信息技术产品，不断向微小型化、智能化发展，从目前出现的“芯片式仪器仪表”，“芯片实验室”、“芯片系统”等看，测量单元的微小型化和智能化将是长期发展趋势。从应用技术看，微小型化和智能化测量单元的嵌入式连接和联网应用技术得到重视。 测控范围向立体化、全球化扩展，测量控制向系统化、网络化发展。随着仪器仪表所测控的既定区域不断向立体化、全球化甚至星球的发展，仪器仪表和测控装置已不再呈单个装置形式，它必然向测控装置系统化、网络化方向发展。例如一个大型水电站的测控系统，仅检测大坝安全性的传感器就达数千个，此外各个发电机组状态及水位情况的检测控制点（ I/O 测控点）将超过万点，要达到大型水电站的正常发电和送电，必须将各个测控点的测控装置形成一个有机的测控网络系统。又例如卫星测控系统，运载火箭上配置的各种传感器就达到数千，而卫星上各种测控装置构成一个完整的自动测控系统，然后和多个地面站的测控系统构成一个广域测控系统。 控制仪表与装置的发展趋势有：逐步实现全数字式、开放式的DCS系统：由于计算机网络技术的迅速发展，推动着DCS体系结构发生重大变革。数字通信将一直延伸到现场，传统的420mA直流模拟信号制将逐步被双向数字通信的现场总线所取代。发展智能变送器和智能执行器、扩展量程、改善精度、提高可用性和可靠性，使现有的DCS系统换代为全数字、全分散、全开放的新一代控制系统现场控制系统（FCS）。1） 发展小型DCS系统，扩展应用覆盖面：许多主流的DCS系统功能强、质量好、可靠性高，而价格则相当昂贵，中小型企业无力选用。针对这种情况，近年来一些DCS生产企业相继推出了小型DCS系统。由于中小型企业所占比例很大，因而提高小型DCS系统的性能和功能、降低价格必将极大地拓展DCS系统的应用覆盖面，提高整个工业生产的自动化水平和经济效益。2） 开发先进的过程控制软件：以往DCS生产企业大多数只提供基本控制软件，即PID、比值、串级、前馈等控制软件，更高层次的先进控制软件须由用户自行开发。随着先进控制算法因广泛的应用和经验的积累而日趋成熟，一些DCS生产企业近年来也陆续推出一些先进的过程控制模块，如预测控制、自适应控制、模糊控制、参数自整定控制及智能控制等软件模块，使一些复杂的生产过程自动控制难题得以解决。今后还会有更多的先进控制（如多变量预测控制、鲁棒控制和神经网络控制等）引入到数字调节器、工业控制机及DCS系统中，以满足各工业部门的需求，并将带来巨大的经济效益。3） 人工智能、专家系统在工业控制中的应用将逐步深入：近年来，人工智能、专家系统在工业生产自动控制中的应用已引起人们普遍的关注，现已开始用于管理、在线设备诊断、计划调度、生产工况判断、操作指导以及直接用于生产过程的优化控制。一方面这些应用还需要完善和推广，另一方面人工智能、专家系统还将向更高阶段发展，将继续把人的感知、分析、揄、判断、决策及自学习等功能用于控制和管理，产生众多的新一代专家系统。人-机接口界面不断更新、完善，方便工作人员的监视与操作：如运用语音输入技术，使操作人员可以用讲话的方式与控制系统进行对话；在图像显示上的士能给出更多的信息和更清晰的图像，以使操作人员更方便地全面了解生产状况。生产过程自动化仪表常见故障分析 摘 要：生产过程中经常出现仪表故障现象,由于检测与控制过程中出现的故障现象比较复杂,正确判断、及时处理生产过程中仪表故障,不但直接关系到生产的安全与稳定,同时,也涉及到产品的质量和消耗,而且也最能反映出仪表维护人员的实际工作能力和业务水平,也是仪表维护人员能否获得工艺操作人员信任,彼此配合密切的关键。现阶段自动化水平的不断提高,对现场仪表维护人员的技术水平提出了更高要求,要随时对生产过程中使用的仪表进行维护并能对常见故障及时处理。1 引言生产过程中经常出现仪表故障现象,由于检测与控制过程中出现的故障现象比较复杂,正确判断、及时处理生产过程中仪表故障,不但直接关系到生产的安全与稳定,同时,也涉及到产品的质量和消耗,而且也最能反映出仪表维护人员的实际工作能力和业务水平,也是仪表维护人员能否获得工艺操作人员信任,彼此配合密切的关键。现阶段自动化水平的不断提高,对现场仪表维护人员的技术水平提出了更高要求,要随时对生产过程中使用的仪表进行维护并能对常见故障及时处理。2生产过程自动化仪表系统故障的判断思路由于生产操作管道化、流程化、全封闭等特点,尤其是现代化的企业自动化水平很高,工艺操作与检测仪表密切相关,工艺人员通过检测仪表显示的各类工艺参数,诸如反应温度、物料流量、容器的压力和液位、原料的成分等来判断工艺生产是否正常,产品的质量是否合格,根据仪表指示进行加量或减产,甚至停车。 仪表指示出现异常现象(指示偏高、偏低,不变化,不稳定等),本身包含两种因素:一是工艺因素,仪表正确的反映出工艺异常情况;二是仪表因素,由于仪表(测量系统)某一环节出现故障而导致工艺参数指示与实际不符。这两种因素总是混淆在一起,很难马上判断出故障到底出现在哪里。仪表维护人员要提高仪表故障判断能力,除了对仪表工作原理、结构、性能特点熟悉外,还需熟悉测量系统中每一个环节,同时,对工艺流程及工艺介质的特性、设备的特性应有所了解,这能帮助仪表维护。 总之,分析现场仪表故障原因时,要特别注意被测控制对象和控制阀的特性变化,这些都可能是造成现场仪表系统故障的原因。所以,我们要从现场仪表系统和工艺操作系统两个方面综合考虑、仔细分析,检查原因所在。3、四大测量参数仪表控制系统故障分析步骤1.温度控制仪表系统故障分析步骤 温度控制仪表系统故障时,首先要注意两点:该系统仪表多采用电动仪表测量、指示、控制;该系统仪表的测量往往滞后较大。 (1)温度仪表系统的指示值突然变到最大或最小,一般为仪表系统故障。因为温度仪表系统测量滞后较大,不会发生突然变化。此时的故障原因多是热电偶、热电阻、补偿导线断线或变送器放大器失灵造成。 (2)温度控制仪表系统指示出现快速振荡现象,多为控制参数PID调整不当造成。 (3)温度控制仪表系统指示出现大幅缓慢的波动,很可能是由于工艺操作变化引起的,如当时工艺操作没有变化,则很可能是仪表控制系统本身的故障。 (4)温度控制系统本身的故障分析步骤:检查调节阀输入信号是否变化,输入信号不变化,调节阀动作,调节阀膜头膜片漏了;检查调节阀定位器输入信号是否变化,输入信号不变化,输出信号变化,定位器有故障;检查定位器输入信号有变化,再查调节器输出有无变化,如果调节器输入不变化,输出变化,此时是调节器本身的故障。 2.压力控制仪表系统故障分析步骤 (1)压力控制系统仪表指示出现快速振荡波动时,首先检查工艺操作有无变化,这种变化多半是工艺操作和调节器PID参数整定不好造成。 (2)压力控制系统仪表指示出现死线,工艺操作变化了压力指示还是不变化,一般故障出现在压力测量系统中,首先检查测量引压导管系统是否有堵的现象,不堵,检查压力变送器输出系统有无变化,有变化,故障出在控制器测量指示系统。 3.流量控制仪表系统故障分析步骤 (1)流量控制仪表系统指示值达到最小时,首先检查现场检测仪表,如果正常,则故障在显示仪表。当现场检测仪表指示也最小,则检查调节阀开度,若调节阀开度为零,则常为调节阀到调节器之间故障。当现场检测仪表指示最小,调节阀开度正常,故障原因很可能是系统压力不够、系统管路堵塞、泵不上量、介质结晶、操作不当等原因造成。若是仪表方面的故障,原因有:孔板差压流量计可能是正压引压导管堵;差压变送器正压室漏;机械式流量计是齿轮卡死或过滤网堵等。 (2)流量控制仪表系统指示值达到最大时,则检测仪表也常常会指示最大。此时可手动遥控调节阀开大或关小,如果流量能降下来则一般为工艺操作原因造成。若流量值降不下来,则是仪表系统的原因造成,检查流量控制仪表系统的调节阀是否动作;检查仪表测量引压系统是否正常;检查仪表信号传送系统是否正常。 (3)流量控制仪表系统指示值波动较频繁,可将控制改到手动,如果波动减小,则是仪表方面的原因或是仪表控制参数PID不合适,如果波动仍频繁,则是工艺操作方面原因造成。 4.液位控制仪表系统故障分析步骤 (1)液位控制仪表系统指示值变化到最大或最小时,可以先检查检测仪表看是否正常,如指示正常,将液位控制改为手动遥控液位,看液位变化情况。如液位可以稳定在一定的范围,则故障在液位控制系统;如稳不住液位,一般为工艺系统造成的故障,要从工艺方面查找原因。 (2)差压式液位控制仪表指示和现场直读式指示仪表指示对不上时,首先检查现场直读式指示仪表是否正常,如指示正常,检查差压式液位仪表的负压导压管封液是否有渗漏;若有渗漏,重新灌封液,调零点;无渗漏,可能是仪表的负迁移量不对了,重新调整迁移量使仪表指示正常。 (3)液位控制仪表系统指示值变化波动频繁时,首先要分析液面控制对象的容量大小,来分析故障的原因,容量大一般是仪表故障造成。容量小的首先要分析工艺操作情况是否有变化,如有变化很可能是工艺造成的波动频繁。如没有变化可能是仪表故障造成。三、结束语 通过对生产过程中仪表故障判断思路的论述及相应的仪表故障处理,说明了怎样在生产过程中检查和处理仪表的故障,对怎样处理和判断仪表常见故障提供了一种工作思路和方法。由于仪表检测与控制过程中出现的故障现象比较复杂,正确判断、及时处理生产过程中仪表故障,是仪表维护人员必须具备的能力。只有在工作实践中不断的学习、不断的总结经验,这样才能提高自己的工作能力和业务水平。 变频器在运行中常见故障及对策 摘要：介绍我厂变频器使用情况，分析变频器在运行中常见故障产生的原因，并制定相应的预防措施。关键词：变频器组成 调速 常见故障0 引言随着电力电子技术迅猛发展，电气自动化控制水平的提高，变频调速装置应用越来越广泛。变频调速系统与PLC、DCS等自动化控制系统接口可以自动调节机泵的排量、出口压力等工艺参数。与恒速电机相比较，变频调速系统能节约大量电能，降低能耗。1992年6月以来，我厂丁辛醇两台原料油泵、丙酮4台搅拌器、丙烯腈计量泵先后进行了变频调速技术改造。特别是今年10月有对丙酮真空泵进行了提高转数控制系统真空度。这些变频调速改造投产运行以来，运行效果良好，节能效果明显。伴随着大乙烯丁辛醇项目的建设，我厂又将有18台变频调速系统应用到原料油给料泵、工艺水泵等及泵中。近年来，特别是今年11月，公司电力系统先后出现两次电网波动故障，造成变频器保护停机，严重影响了装置生产的安全平稳运行。如何提高供电的可靠性以及如何增强变频器对电网波动的适应性，是摆在我们面前的一个课题。1变频器常见故障变频器由主回路、电源回路、IPM驱动及保护回路、冷却风扇等几部分组成。其结构多为单元化或模块化形式。由于使用方法不正确或设置环境不合理,将容易造成变频器发生故障,或者无法满足预期的运行效果。为防患于未然,事先对故障原因进行认真分析尤为重要。1.1主回路常见故障分析主回路主要由三相或单相整流桥、平滑电容器、滤波电容器、IPM逆变桥、限流电阻、接触器等元件组成。其中许多常见故障是由电解电容引起。电解电容的寿命主要由加在其两端的直流电压和内部温度所决定,在回路设计时已经选定了电容器的型号,所以内部的温度对电解电容器的寿命起决定作用。电解电容器会直接影响到变频器的使用寿命,一般温度每上升10,寿命减半。因此一方面在安装时要考虑适当的环境温度,另一方面可以采取措施减少脉动电流。采用改善功率因数的交流或直流电抗器可以减少脉动电流,从而延长电解电容器的寿命。在电容器维护时,通常以比较容易测量的静电容量来判断电解电容器的劣化情况,当静电容量低于额定值的80%,绝缘阻抗在5M以下时,应考虑更换电解电容器。1.2主回路典型故障分析故障现象：变频器在加速、减速或正常运行时出现过电流跳闸。首先应区分是由于负载原因,还是变频器的原因引起的。如果是变频器的故障,可通过历史记录查询在跳闸时的电流,超过了变频器的额定电流或电子热继电器的设定值,而三相电压和电流是平衡的,则应考虑是否有过载或突变,如电机堵转等。在负载惯性较大时,可适当延长加速时间,此过程对变频器本身并无损坏。若跳闸时的电流,在变频器的额定电流或在电子热继电器的设定范围内,可判断是IPM模块或相关部分发生故障。首先可以通过测量变频器的主回路输出端子U、V、W,分别与直流侧的P、N端子之间的正反向电阻,来判断IPM模块是否损坏。如模块未损坏,则是驱动电路出了故障。如果减速时IPM模块过流或变频器对地短路跳闸,一般是逆变器的上半桥的模块或其驱动电路故障;而加速时IPM模块过流,则是下半桥的模块或其驱动电路部分故障,发生这些故障的原因,多是由于外部灰尘进入变频器内部或环境潮湿引起。1.3控制回路故障分析控制回路影响变频器寿命的是电源部分,是平滑电容器和IPM电路板中的缓冲电容器,其原理与前述相同,但这里的电容器中通过的脉动电流,是基本不受主回路负载影响的定值,故其寿命主要由温度和通电时间决定。由于电容器都焊接在电路板上,通过测量静电容量来判断劣化情况比较困难,一般根据电容器环境温度以及使用时间,来推算是否接近其使用寿命。电源电路板给控制回路、IPM驱动电路和表面操作显示板以及风扇等提供电源,这些电源一般都是从主电路输出的直流电压,通过开关电源再分别整流而得到的。一般通过观察电源电路板就比较容易发现。逻辑控制电路板是变频器的核心,它集中了CPU、MPU、RAM、EEPROM等大规模集成电路,具有很高的可靠性,本身出现故障的概率很小,但有时会因开机而使全部控制端子同时闭合,导致变频器出现EEPROM故障,这只要对EEPROM重新复位就可以了。IPM电路板包含驱动和缓冲电路,以及过电压、缺相等保护电路。从逻辑控制板来的PWM信号,通过光耦合将电压驱动信号输入IPM模块,因而在检测模快的同时,还应测量IPM模块上的光耦。1.4冷却系统冷却系统主要包括散热片和冷却风扇。其中冷却风扇寿命较短,临近使用寿命时,风扇产生震动,噪声增大最后停转,变频器出现IPM过热跳闸。冷却风扇的寿命受陷于轴承,大约为1000035000h。当变频器连续运转时,需要23年更换一次风扇或轴承。为了延长风扇的寿命,一些产品的风扇只在变频器运转时而不是电源开启时运行。1.5外部的电磁感应干扰如果变频器周围存在干扰源,它们将通过辐射或电源线侵入变频器的内部,引起控制回路误动作,造成工作不正常或停机,严重时甚至损坏变频器。减少噪声干扰的具体方法有：变频器周围所有继电器、接触器的控制线圈上,加装防止冲击电压的吸收装置,如RC浪涌吸收器,其接线不能超过20cm，;尽量缩短控制回路的配线距离,并使其与主回路分离;变频器距离电动机很远时(超过100m),这时一方面可加大导线截面面积,保证线路压降在2%以内,同时应加装变频器输出电抗器,用来补偿因长距离导线产生的分布电容的充电电流。变频器接地端子应按规定进行接地,必须在专用接地点可靠接地,不能同电焊、动力接地混用;变频器输入端安装无线电噪声滤波器,减少输入高次谐波,从而可降低从电源线到电子设备的噪声影响;同时在变频器的输出端也安装无线电噪声滤波器,以降低其输出端的线路噪声。1.6安装环境变频器属于电子器件装置,对安装环境要求比较严格,在其说明书中有详细安装使用环境的要求。在特殊情况下,若确实无法满足这些要求,必须尽量采用相应抑制措施:振动是对电子器件造成机械损伤的主要原因,对于振动冲击较大的场合,应采用橡胶等避振措施;潮湿、腐蚀性气体及尘埃等将造成电子器件锈蚀、接触不良、绝缘降低而形成短路,作为防范措施,应对控制板进行防腐防尘处理,并采用封闭式结构;温度是影响电子器件寿命及可靠性的重要因素,特别是半导体器件,应根据装置要求的环境条件安装空调或避免日光直射。2采取对策2.1 谐波问题及其对策 通用变频器的主电路形式一般由三部分组成:整流部分、逆变部分和滤波部分。整流部分为三相桥式不可控整流器，逆变器部分为IGBT三相桥式逆变器，且输出为PWM波形。其输出的电压中含有除基波以外的其他谐波。较低次谐波通常对电机负载影响较大，引起转矩脉动，而较高的谐波又使变频器输出电缆的漏电流增加，使电机出力不足，故变频器输出的高低次谐波都必须抑制。如前所述，由于通用变频器的整流部分采用二极管不可控桥式整流电路，中间滤波部分采用大电容作为滤波器，所以整流器的输入电流实际上是电容器的充电电流，呈较为陡峻的脉冲波，其谐波分量较大。为了消除谐波，可采用以下对策：2.1.1增加变频器供电电源内阻抗 通常情况下，电源设备的内阻抗可以起到缓冲变频器直流滤波电容的无功功率的作用。这种内阻抗就是变压器的短路阻抗。当电源容量相对变频器容量越小时，则内阻抗值相对越大，谐波含量越小；电源容量相对变频器容量越大时，则内阻抗值相对越大，谐波含量越大。2.1.2 安装电抗器安装电抗器实际上从外部增加变频器供电电源的内阻抗。在变频器的交流侧安装交流电抗器或在变频器的直流侧安装直流电抗器，或同时安装，抑制谐波电流。通用变频器的整流部分是六脉波整流器，所以产生的谐波较大。如果应用变压器的多相运行，使相位角互差30 如Y-、-组合的两个变压器构成相当于12脉波的效果则可减小低次谐波电流28%，起到了很好的谐波抑制作用。2.1.4专用滤波器该专用滤波器用于检测变频器谐波电流的幅值和相位，并产生一个与谐波电流幅值相同且相位正好相反的电流，通到变频器中，从而可以非常有效地吸收谐波电流。 2.2 负载匹配问题及其对策生产机械的种类繁多，性能和工艺要求各异，其转矩特性是复杂的，大体分为三种类型：恒转矩负载、风机泵类负载和恒功率负载。针对不同的负载类型，应选择不同类型的变频器。2.2.1 恒转矩负载恒转矩负载是指负载转矩与转速无关，任何转速下，转矩均保持恒定。恒转矩负载又分为摩擦类负载和位能式负载。摩擦类负载的起动转矩一般要求额定转矩的150%左右，制动转矩一般要求额定转矩的100%左右，所以变频器应选择那些具有恒定转矩特性,并且起动和制动转矩都比较大，过载时间长和过载能力大的变频器。2.2.2风机泵类负载风机类负载是目前工业现场应用最多的设备，虽然泵和风机的特性多种多样，但是主要以离心泵和离心风机应用为主，通用变频器在这类负载上的应用最多。这类负载对变频器的性能要求不高，只要求经济性和可靠性，所以选择具有U/f=const控制模式的变频器即可。泵类负载在实际运行过程中，容易发生喘振、憋压和水垂效应，所以变频器选型时，要选择适于泵类负载的变频器且变频器在功能设定时要针对上述问题进行单独设定：喘振：测量易发生喘振的频率点，通过设定跳跃频率点和宽度，避免系统发生共振现象。憋压：泵类负载在低速运行时，由于系统憋压而导致流量为零，从而造成泵烧坏。在变频器功能设定时，通过限定变频器的最低频率，而限定了泵流量的临界点处的系统最低转速，这就避免了此类现象的发生。水垂效应：泵类负载在突然断电时，由于泵管道中的液体重力而倒流。若逆止阀不严或没有逆止阀，将导致电机反转，因电机发电而使变频器发生故障报警烧坏。在变频器系统设计时，应使变频器按减速曲线停止，在电机完全停止后再断开主电路电，或者设定“断电减速停止”功能，这样就避免了该现象的发生。2.2.3恒功率负载 恒功率负载是指转矩大体与转速成反比的负载，如卷取机、开卷机等。利用变频器驱动恒功率负载时，应该是就一定的速度变化范围而言的，通常考虑在某个转速点以下采用恒转矩调速方式，而在高于该转速点时才采用恒功率调速方式。我们通常将该转速点称为基频，该点对应的电压为变频器输出额定电压。从理论上讲，要想实现真正意义上的恒功率控制，变频器的输出频率f和输出电压U必须遵循U2/f=const协调控制，但这在实际变频器运行过程中是不允许的，因为在基频以上，变频器的输出电压不能随着其输出频率增加，只能保持额定电压，所以只能是一种近似意义上的恒功率控制。 2.3发热问题及其对策变频器的发热是由内部的损耗产生的。在变频器中各部分损耗中主要以主电路为主，约占98%，控制电路占2%。为了保证变频器正常可靠运行，必须对变频器进行散热，通常采用以下方法：2.3.1 采用风扇散热变频器的内装风扇可将变频器的箱体内部散热带走，若风扇不能正常工作，应立即停止变频器运行。2.3.2 降低安装环境温度由于变频器是电子装置，内含电子元、电解电容等，所以温度对其寿命影响比较大。通用变频器的环境运行温度一般要求-10-50，如果能够采取措施尽可能降低变频器运行温度，那么变频器的使用寿命就延长，性能也比较稳定。我们采取两种方法:一种方法是建造单独的变频器低压间，内部安装空调，保持低压间温度在+15+20之间。另一种方法是变频器的安装空间要满足变频器使用说明书的要求。以上所谈到的变频器发热是指变频器在额定范围之内正常运行的损耗。当变频器发生非正常运行（如过流，过压，过载等）产生的损耗必须通过正常的选型来避免此类现象的发生。3 结束语本文通过对通用变频器运行过程中存在问题的分析，提出了解决这些问题的实际对策，随着新技术和新理论不断在变频器上的应用，变频器存在的这些问题有望通过变频器本身的功能和补偿来解决。提高变频器的应用范围 摘要：现代交流变频调速技术已在工业界中得到广泛应用，它为交流异步电动机驱动的电动机大范围、高质量地调速提供了全新的方案。关键词：变频器、优点15变频器具有高性能的调速指标，可以使用结构简单、工作可靠、维护方便的鼠笼异步电动机，并且高效、节能，其外围控制线路简单，维护工作量小，保护监测功能完善，运行可靠性较传统的交流调速系统有较大的提高。所以，采用交流变频调速是工厂电动机交流调速技术发展的主流。1、变频器的优点变频器是把工频电源(50Hz或60Hz)变换成各种频率的交流电源，以实现电机的变速运行的设备，其中控制电路完成对主电路的控制，整流电路将交流电变换成直流电，直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波，逆变电路将直流电再逆变成交流电。（1）变频电动机运行平稳，起、制动平缓，运行中加、减速时整机振动和冲击明显减小，安全性提高，并且延长了电动机机械部分的寿命。（2）交流变频调速系统属高效率调速系统，运行效率高，发热损耗小，因此比机械调速系统有更长的寿命，也更经济。（3）交流接触器大量减少，电动机主回路实现了无触点化控制，避免了因接触器触头频繁动作而烧损以及由于接触器触头烧损而引起的电动机损坏故障。2、变频器主要性能指标变频器的按照主电路工作方式分类，可以分为电压型变频器和电流型变频器；按照开关方式分类，可以分为PAM控制变频器、PWM控制变频器和高载频PWM控制变频器；按照工作原理分类，可以分为V/f控制变频器、转差频率控制变频器和矢量控制变频器等；按照用途分类，可以分为通用变频器、高性能专用变频器、高频变频器、单相变频器和三相变频器等。 变频器控制方式有很多种，我厂主要的控制方式有：(1) 数字控制变频器的实现（PLC单片机控制）见图1变频器的控制方式用数字处理器可以实现比较复杂的运算，变频器数字化是一个重要的发展方向，目前进行变频器数字化主要采用单片机MCS51或80C196MC等，辅助以SLE4520或EPLD液晶显示器等来实现更加完善的控制性能。硫铵码垛机就是应用此项原理进行控制，变频器起停完全受单片机控制，精确到毫厘之间，保证装袋、转袋、传袋等运动完美无误。图1 (2) 远程控制的实现计算机网络的发展，使“天涯若咫尺”，依靠计算机网络对变频器进行远程控制也是一个发展方向。通过RS485接口及一些网络协议对变频器进行远程控制，我厂丙酮计量泵的控制方式是应用DCS进行远程控制，控制计量泵电机的转速达到控制添加物料的流量。(3) 多种控制方式的结合单一的控制方式有着各自的优缺点，并没有“万能”的控制方式，在有些控制场合，需要将一些控制方式结合起来，自适应控制与模糊控制相结合，直接转矩控制与神经网络控制相结合，或者称之为“混合控制”，这样取长补短，控制效果将会更好。3、扩大应用范围的论证1、增加电机控制方式我厂大部分变频器还是单一的控制方式，丙酮R801系列搅拌器的变频器是单一控制，由变频器本体进行控制。当然变频器的控制还有很多种，但根据化工二厂的情况，还是有很多环境可以使用变频器进行控制， 硫铵P-915A/S电机是电机轴直接带动叶轮进行鼓风，其转速为2950转，可以用变频器对其转速进行升速或降速，以达到更好工艺要求。丙烯腈G-101搅拌器在冬天时启动困难，得用蒸汽吹后才能正常启动。可以改装变频器控制，降低电机转速达到低速运转，待物料温度提高后再提高转速。 2、延长电机使用寿命电机的动力电缆长时，在电机的连接端发生极其微细的浪涌电压（微浪涌），造成电机老化和绝缘破坏、噪声增大等问题。通过使用变频器的浪涌抑制单元可以抑制浪涌电压。只要在电机上连接浪涌单元，不需用进行追加施工，便于现有设备的安装（见图2），且与电动机功率没有关系，75KW及以下电机都可以直接进行安装，不需要单独的电源，维护量小不需用定期维护保养。 图23、更方便的维护保养化工二厂现阶段在用的变频器主要是日本富士变频器，主要是G11和MEGA系列，由于MEGA系列是日本富士公司最新的产品，其较G11系列拥有更多的功能，机器更加小巧，操作更为人性化。MEGA系列配置USB端口，直接用计算机就可以对其内部数据进行编辑、比较、复制，报警信息查询（近4次报警）输出到计算机，可以对设备机械的异常情况进行确认、在线检查运行功能及故障等等见图3。图3由于变频器是电子设备，其设计之初就考虑到设备的使用寿命， 富士变频器主电路电容、主板上电解电容及冷却风扇的设计寿命都是10年，其内部设计了维护保养功能，具体见下表：感应电动机故障的综合诊断提 要 电机作为一种“复杂的旋转机械”，其相应的故障表现及产生原因也很复杂，本文通过对电机故障进行振动和电气双重诊断，确诊热电厂锅炉车间吸风机组转子断条故障,论证了综合诊断的有效性。关键词 感应电动机 转子断条一、引 言电动机作为一种驱动设备，因具有简化生产机械结构、能实现自动控制和远程操纵等优点，广泛应用于各行各业，对压缩机、泵、风机等机械进行驱动。感应电动机在运行时受到机械力和电磁力的双重作用，不可避免地会发生机械故障或电气故障。通常的故障诊断都包括在机械诊断和电气诊断两个方面之内。我公司针对本公司的感应电动机的运行历史和状况，在机械方面开展了振动诊断，在电气诊断方面开展了MOTOR MONITOR（以下简称MM）诊断。这两种诊断方法从力和电的相互作用中互为参照和补充，对更准确的诊断电机故障提供了保障，为维修人员提供精确的维修建议奠定了基础。二、感应电动机的常见故障与诊断方法1、 振动诊断从电机的受力(电磁力、机械力、电的相互作用)角度看,它被称为“复杂的旋转机械”.通常采用在电机机壳、轴承附近测量机械振动的方法来监测诊断其转子的不平衡、轴承磨损和转子的其他问题。引起电机振动的原因很复杂,可大致归纳为以下四方面原因:(1)转子动力学特征;(2)电机定子铁芯对转子与定子之间作用的响应;(3)电机端部绕组对作用在绕组导体上的电磁力的响应;(4)轴承对转子振动的响应;在实际工作中,我们关心的是怎样更快更准确地诊断出电机的故障,经过多年实践经验的总结和归纳,我们把电机的故障原因分成机械原因和电气原因。其中,机械原因又包括转子自身支撑系统和轴系等类别。具体分类如下表所示：表一 电机振动故障原因分类表类别故 障 原 因类别故 障 原 因转 子 自 身转子质量偏心转子上部件松动轴永久性弯曲轴瞬态弯曲轴裂纹轴弯曲刚度不对称电气转子断条静态气隙偏心动态气隙偏心轴磁化定子短路绝缘损伤支承系统轴承偏心径向轴承损伤支承松动轴承支承刚度水平垂直不等轴系轴系不平衡角对中不良对中不良对应于各类故障，我们采取不同的诊断方法来查找故障。对于转子自身和轴系原因，可通过监测其振动频谱和相位来分析；对支承系统原因，可通过查看其轴心轨迹、监测润滑油温去分析；对于电气原因，一般要在振动诊断基础上再结合MM软件进行诊断，这样我们就可以比较方便的诊断出电机的故障原因。2、MM诊断MM系统是我公司从ENTEK公司引进的一套电机故障诊断专家系统，它是利用对电机在正常负载下的工作电流进行分析来诊断电机是否存在故障及何种故障的方法。该系统的基本配置为:用具有高分辨率的数据采集器或频谱分析仪从电机的供电一次回路或二次回路上取得电流信号,系统通过对电流信号的频谱进行分析,得出被测电机的高阻、转子断条及气隙偏心情况。（1） 转子断条分析在感应电机正常运转时，定子回路中流过的是频率为f的三相对称电流，在转子中则相应感应出频率为sf的与定子电流相对应的三相对称电流，其中s为转差率。在转子回路完好的情况下，三相转子电流的矢量和为零。当转子回路有缺陷或存在笼条断裂的情况时，转子电流的对称结构被破坏，矢量和不再为零，出现了不平衡的三相转子电流。此不平衡的三相转子电流就会对定子电流进行调制，调制度的大小与转子的不平衡电流呈正相关。于是定子回路中出现了频率等于（12s）f的电流脉动成分，该成分是转子断条所特有的频率成分，其成分的大小反映了转子断条的严重程度。对定子电流进行频谱分析，就会得到（12s）f的频率成分，根据该成分与频率f之间的电流幅值dB差值的大小即可预测断裂的笼条数。（2） 气隙偏心度的分析电动机的气隙很小，气隙的偏心往往会成为故障的诱因，如振动值超限，定、转子相擦等。气隙偏心有两种类型，一种是静态偏心，在空间是固定的，与转子的位置无关。另一种是动态偏心，是由转轴弯曲、轴径椭圆、临界转速时的机械共振、轴承磨损造成的。其偏心位置在空间是变化的，通常与转子的位置和旋转频率有关。气隙偏心将导致沿气隙圆周方向的磁导不均匀，造成气隙磁场的不对称分布，这种不对称磁场分布将在定子电流中以谐波形式反映出来。对定子电流频谱进行分析就能鉴别出这种独特的、具有气隙偏心特征的频谱成分，这些频谱成分的频率可由下式计算得出：fag=（nrtZ2nd）（1-s）/Pnws*f1 （HZ） 式中f1电源频率，HZ；nrt任一整数；Z2转子槽数；nd任意整数；（nd=0，用于静态偏心；nd=1，2用于动态偏心）；p极对数；s转差率； nws奇整数（1、3、5）。根据特征频率分量的大小和变化情况，就能确定转子在气隙中的动态位移值。3、振动诊断和MM诊断的综合前面已讨论过，电机的振动在很多情况下是由电磁力引起的。因此，在实际工作中，我们经常把振动诊断与MM诊断综合起来，运用机械故障和电气故障的不同特点及电磁力的特性综合诊断出被测电机的故障原因。三 应 用 实 例 2002年8月6日，我公司热电厂1#乙侧吸风机组电机振动异常。该电机的主要技术参数为： 额定功率：1000KW； 额定电压：6KV；额定电流：119A； 工作电流：66A； 转子铸条数：91条；工作转数：745r/min；对该机进行测试，测 试简图如图1所示。用全频测振仪VM63、频谱分析仪DI2200测得电机各测点的全频振值及频谱图如表2、图2所示。 图1机组测试简图 表2：电机各测点振动位移值（单位:m） 图2 A点水平振动频谱图 测点方向ABC垂直302513水平16012365 表2中的测试数据表明：电机非负荷端（A端）振值较大，机组振动由电机引起，电机两端都是水平方向振动远超过垂直方向振动，且图2所示频谱图表明振动以工频占主导，经相位测试知相位稳定，且振动主要表现为径向振动，因此转子轴系可能存在不平衡。对该电机进行MM诊断，测得的二次电流频谱图如图3所示。图3 二次电流频谱图得出结论为：该机已发展成严重断条，应立即停机检修。在停机过程中，我们应用频谱分析仪测试其停车过程中振动变化情况，发现电机振动值于停车瞬间骤然大幅度减小，该现象是电气原因造成振动的显著特征,于是判定电机的高振动故障是由转子断条引起电磁力失衡造成的。解体该机后发现，其鼠笼条已断裂44条。 总 结论本文通过对感应电动机综合诊断方法的理论和实践应用的论述，证明该方法的有效性。大电机作为生产中的重要设备，对其进行准确及时有效的故障诊断具有巨大的潜在经济效益。因此，对电机的故障诊断也应该象有着悠久历史的人体病理诊断一样，趋于多种手段的综合诊断，达到故障诊断的及时有效，保证生产的安全稳定运行。变频调速恒压供水系统在节能项目中的应用摘要：合成树脂厂脱盐水系统配置相对落后，压力的控制与调节主要依靠操作人员的手工操作, 手动控制过程不但繁琐，而且无法对供水管网的压力和水位变化及时作出反应。为了保证供水，机组通常处于超压运行状态，不但效率低、耗电量大，而且管网长期处于超压运行状态，损耗也十分严重。本文结合脱盐水系统的现状，设计了一套基于变频调速恒压供水系统。该系统能够对供水过程进行自动控制，既能有效地降低能耗，保证供水系统维持在最佳运行状态，又能提高生产管理水平,达到节能的目的。关键词：变频调速；恒压供水；节能；合成树脂厂很多泵类均存在“大马拉小车”现象，工艺控制压力模式均为阀门调节，存在较大的电能、水能的损耗。若采用变频调速控制技术进行改造，其节能效果相当显著。该技术根据现场反馈的压力信号，通过自动控制系统对电动机进行自动跟踪调速控制，所消耗的功率是随着转速以三次方的速度下降。比如：100kW的电机，当它的运行频率下降10Hz（到原来的80）时，此时流量亦为原来的80，功率为原来的51.2（即节约了48.8的功率）。因此说，采用变频技术根据系统的实际需要来改变电机的轴上输出功率可以有效地提高系统的效率，节约能源