摘 要：英格索蘭是全球知名的動力設備制造商，因其技術領先、品質可靠，在工業(yè)空壓縮機領域占領導地位。隨著節(jié)能技術的不斷發(fā)展，以及國家對節(jié)能減排的日益關注，英格索蘭推出NirvanaVSD系列變頻空壓機產品，不僅大幅提升了設備運行效率節(jié)省電能消耗，并讓機組壽命得到有效延長。但由于增加了電機變頻控制功能，設備在信號采集、控制以及保護方面都進行了相應擴展，使得變頻空壓機較工頻空壓機電路變得更為復雜，電氣故障也隨之增加。本文通過故障詳解，深入剖析故障報警觸發(fā)條件，并基于電路解析、確定關鍵檢測點以及自開發(fā)的檢修流程將故障診斷到芯片，最終實現(xiàn)該系列變頻控制器“VSD Falsity 7”故障的芯片級維修。

關鍵詞：英格索蘭變頻空壓機;VSD Falsity 7;芯片級維修技術

前言

空壓機問世于第二次工業(yè)革命，隨著工業(yè)技術的發(fā)展需要，空壓機已經列為供能設備為各類生產設備提供動力（壓縮空氣）能源，在供能設備中扮演著重要角色。英格索蘭是首個將螺桿機技術引進中國的外資品牌，此舉也奠定了其在壓縮機行業(yè)的領先地位。R160N_A10是英格索蘭公司設計的微油變頻調速螺桿空壓機產品，裝配了160KW的強勁混合型永磁電機（HPM）并匹配了相應功率的變頻調速器（Variable speed drive，以下簡稱VSD），以應對負載突變所出現(xiàn)的電機頻繁啟/停而導致機頭不良磨損，使用VSD后電機轉速可以根據氣壓變化自動調整，最大程度的發(fā)揮了變頻調速技術的節(jié)能特點，同時也改善氣源波動、機頭壽命短等問題。但由于維護不當、交變負荷、浪涌沖擊及電子元器件自身不良等因素影響，VSD電路出現(xiàn)異常也屢見不鮮，出現(xiàn)異常時雖然在控制器顯示屏上顯示了報警代碼，但憑代碼信息及設備的故障檢修手冊僅能判斷大致方向（指向性不強），其中又以“VSD Falsity 7”報警故障最為典型，也是較難處置的報警之一。由于該VSD控制器是由法國“利萊森瑪”公司為英格索蘭特別定制生產的高功率控制器，其電路復雜，配件價格昂貴，資料匱乏，一旦故障，未經訓練的維修人員通常束手無策，只能向廠商支付高額服務費用和配件成本。本文將基于故障代碼、報警觸發(fā)條件，通過故障詳解與電路解析、關鍵點檢測及自開發(fā)的檢修流程將問題診斷到芯片，系統(tǒng)性解決VSD控制器“VSD Falsity 7”報警的難題。

1 芯片級維修技術的構建

1.1故障詳解

如圖1所示，作業(yè)人員在按動設備控制面板“啟動”鍵后，主電機應正常運轉，但15秒左右控制面板的LCD屏顯示“VSD Falsity 7”及“Press RESET twice”（按兩次RESET 復位），按提示操作無法解除報警，需要切斷主電源再次重啟，但故障依舊。經查閱產品手冊得知該報警表示“編碼器（霍爾元件）故障”，但手冊并未說明潛在原因及影響因素，從表面上看需要檢查或更換電機編碼器組件，實際并非如此簡單。報警的機理是電機實際速度與目標速度不一致，也稱“失速報警”，從圖2（VSD驅動控制器框圖）可以看出，電機速度監(jiān)測是由安裝在電機內部的3只霍爾元件組成，通過屏蔽電纜與控制主板相連。深入分析報警原理可知，編碼器、電機、信號電纜和VSD控制主板其中一個或多個部件故障均可觸發(fā)該報警。然而最困擾用戶的是，一旦出現(xiàn)該報警，在沒有提前儲備相關備件的情況下是無法進行故障區(qū)分和判斷的，故障部位的精準確定已成為困擾維修作業(yè)人員的難點問題。我們需要擁有一套可行的解決方案，只需通過常規(guī)的儀器儀表，運用既定檢修流程和測量方法精準確定故障點，這是本文重點解決的主要課題。只有系統(tǒng)性掌握報警邏輯、自檢流程、關鍵點測試方法才能快速準確判斷故障部位。下面將基于對英格索蘭VSD變頻驅動的研究，繪制控制圖，分析控制時序，提出檢查流程，給出系統(tǒng)性的解決方案及維修方法。

1.2控制時序分析

基于圖2（VSD驅動控制電路框圖）的信號流向，設備正常情況下，作業(yè)人員在按下“啟動”按鈕后，VSD首先執(zhí)行自檢程序。VSD主控板向VSD驅動電路發(fā)出低轉速的PWM信號，VSD驅動電路將PWM信號放大并驅動主電機以每分鐘60r/min的速度旋轉2～3周，安裝在電機內部的編碼器實時采集電機運轉情況，轉速不同輸出頻率不同的脈沖信號，該信號經過屏蔽電纜送至VSD主板PX4端口，經信號放大、整形及調制后送到板載CPU，CPU實時分析并運算該信號，如果反饋回的信號滿足要求CPU隨即輸出高速PWM信號驅使控制電機進入全速運行模式。相反，在自檢時序內CPU未識別到正常轉速信號，則通過CAN總線接口PX3向控制面板發(fā)出 “VSD Falsity 7” 報警，同時進入故障保護模式。 從控制時序分析可知，啟動后電機運轉狀態(tài)、編碼器反饋信號都是故障診斷的關鍵分界點。

1.3關鍵測試點

故障的診斷離不開信號的測量與分析，而確定關鍵測試點則是提高故障診斷效率的最好途徑，適宜的關鍵測試點能快速縮小故障范圍，達到事半功倍的效果。從VSD驅動控制框圖（圖2）可知，電機本體內部安裝的三組霍爾傳感器模塊（型號LSY380-1-93）對電機的轉速信號進行實時采集，三組信號（A、B、C）通過電纜及D9插頭與VSD主控板PX4口相連，信號進入主板首先分別送達U22、U25、U45 運算放大器芯片LM293進行放大、整形，隨后信號再送至可編程邏輯芯片 U12（型號IM4A5-64-10VC）進行調制，經過調制后的信號最后到達U14（意法微處理器ST10F269Z2Q6）進行解析運算，基于信號處理流程，關鍵測試點應設在VSD主控板上。經過分析，利萊森瑪公司在VSD主控板設計之初預設了三組（6個）信號測試點，分別是：A1、B1、C1與A2、B2、C2、這6個測試點可成為故障判斷的關鍵節(jié)點。其中A1、B1、C1為霍爾編碼器信號輸出測試點，A2、B2、C2為運放輸出測試點，可選用帶寬為20MHz數字示波器進行在線測量判定。

1.4 “VSD Falsity 7”報警檢查流程

為了更準確更高效確定故障部位，僅有關鍵測試點是不夠的，還需要將故障檢查與診斷作業(yè)過程規(guī)范化、流程化。 基于VSD自檢的控制時序，信號處理流，繪制出“VSD Falsity 7”報警的檢查流程，流程圖中融合了詳細檢查步驟、測量方法、參考數據、判定標準以及處置方式。

2 結束語

經過實際驗證，當英格索蘭變頻空壓機出現(xiàn) “VSD Falsity7”報警，通過本文報警檢查流程的指引，基于關鍵測試點及判定方法，使用常規(guī)的儀器儀表，就能在較短的時間內完成設備報警的系統(tǒng)性檢查，準確鎖定故障部位，若查明故障在VSD主控板側的轉速信號放大、整形、調制方面，可依據檢查流程中的指引進一步開展芯片級維修，這不僅大幅減少故障停機時間，而且對減少備件儲備、降低委外維修費用方面發(fā)揮重要的作用，“VSD Falsity7”報警的故障診斷及維修方法可行、有效。

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作者簡介：

粟小寶（1980-），男，廣西南寧人，本科，工程師，企業(yè)內訓師，廣西柳工機械股份有限公司，專注高端數控系統(tǒng)及其板卡的芯片級維修技術研究以及培訓課程開發(fā)。

（廣西柳工機械股份有限公司，廣西 柳州 545007）