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橡胶成型机分切机维修说明

文章作者:公司简介 上传时间:2020-01-23

  第 30卷第 5期 2015年 10月 成 都 信 息 工 程 学 院 学 报 JOURNAL 0F CHENGDU U IVERSITY 0F INF0RMl AT10 TECHN0L0GY V01.30 No.5 0ct.2015 文章编号 :16711742(2015l05041506 新一代天气雷达伺服系统电机测速机信号检测技术 张福贵 , 舒 毅2, 张 双 , 任 雍3, 杨苏勤2 (1.成都信息工程大学电子工程学院,四川 成都 610225;2.福建省泉州市气象局 ,福建 泉州 362000;3.福建 省大气探测技术保 障中心,福建 福州 350000) 摘要:根据新一代天气雷达(CINRAD/SA)对伺服系统电机控制过程的特点 ,用典型的交 、直流电机测速机故 障实例 ,深入分析伺服电机控制的方位测速机和俯仰测速机的实际运行状态,分别对交、直流电机的测速机信号进 行检测 ,并总结雷达伺服系统交、直流电机测速机的信号传输流程以及关键信号检测点、检测技术等;可通过测量 点和调整参数来检测引发雷达伺服交 、直流电机测速机故障的检测要点和技巧,有利于快速、高效的检测电机信号 解决类似电机故障,希望可以为该型号以及相关雷达伺服系统的技术支持提供参考和帮助。 关 键 词 :气象学;大气探测仪器及设备;新一代天气雷达;天线服系统;交/直流电机;测速机信号检测 中图分类号:TN959.4 文献标志码:A 新一代天气雷达(CIN /SA)是探测能力较好 的一种灾 害性 天气探测和预警工具 ,现有 CIN / SA雷达中天线/伺服系统使用的分类 电机有直流电机 和交流电机 ,直流电机包括进 口和国产两种。国产伺 服电机 目前已经改进且在国内多个新一代天气雷达的 伺服系统中投入使用,从使用情况来看,技术性能和可 靠性均达到了预期的目标。后期生产的 CINRAD 雷达对伺服系统进行 了技术改进,采用了交流电机 ,提 高了伺服系统运行的可靠性、可维护性 ,满足了天气雷 达系统的高动态响应需求。何建新、潘新 民、周红根 、 杨传凤等_1-5 J对雷达天线侗 服系统原理和系统特殊 故障处理进行了介绍和总结;蔡勤、舒毅、李明元、胡东 明等E0 j分别对雷达 闪码 、轴角箱 、控制序列超 时以 及伺服系统方位典型故障进行了分析和处理 。而本文 运用实际的雷达/天线伺服系统 的电机故 障案例归纳 总结了雷达天线/伺服电机测速机信号检测技术方法, 此类方法可通过测量点和调整参数适用于目前中国布 网的 168部新一代天气雷达的天线侗 服系统的交值 流电机系统的信号检测和相关的故 障排查 ,同类型相 关天气雷达也可以参考本文的关键参数测量和调整方 法,均可借鉴,可为新一代天气雷达伺服系统的交、直 流电机测速机故障的现场维护、维修提供帮助和借鉴。 1 测速机信号的传输流程 1.1 直流伺服系统测速机 天线侗 服系统的直流电机测速机信号由电机自 收稿 日期 :201509.16 基金项目:国家公益性行业(气象)科研专项资助项 目(GYHY 200906040) 身 的测速机生成 ,俯仰系统 电机测速机信号通过滑环 系统传输并与方位电机测速机信号一起通过轴角盒传 输到天线座里面的上光端机设备 中,在上光端机设备 中俯仰电机和方位电机的测速机信号通过专用光纤系 统的变换传输和重建传输至接收机系统的RDA机柜 ,橡胶成型机 然后通过 DAU 数据采集单元 的转接进入 DCU数 据 控制单元。在 DCU数据控制单元内,信号反馈到天 线 /佰]服系统 的模拟板上进行天线位置的闭环控制 ,同 时也被反馈到天线/伺服系统数字板上 的 A/D数据采 样单元。如图 1直流电机系统测速机信号传输流程。 竺 H 竺墨竺H! 壁望H ! H 堡H呈里 竺 图1 直流电机系统测速机信号传输流程 1.2 交流伺服系统测速机 交流系统 电机也是 自带测速机 ,俯仰和方位 电机 产生的测速机信号经由各 自的电机信号线缆反馈至交 流功放单元 ,然后经过天线/佃]服交流系统功放单元的 变换,信号进入 DCU数据控制单元,在数据控制单元 DCU 内电机信号被反馈到天线侗 服控制系统 的模 拟 板上进行位置闭环控制 ,同时也传输到天线/伺服系统 数字板上 A/D采样。图 2为交流 电机 系统测速机 信 号传输流程。 电机 H 功放变生 H DCUH DAU底板 H RDA计算机 图2 交流电机系统测速机信号传输流程 4l6 成 都 信 息 工 程 学 院 学 报 第 3O卷 2 测速机信 号的幅度 比例 2.1 直流伺服系统 CINRAD/SA雷达天线 最大转 速为 36度 , 直流电机测速机的对应输 出为 39 V,深圳 、宁波 、连 云港雷达站的实测结果与此吻合 ,根据所使用的进 口 直流电机手册 ,对应输 出应 为 36.1 V,武汉雷达站 的实测结果与此手册吻合,而九江雷达站的实测结果 与此相比则明显偏小 ,由于进 口直流 电机手册标 明输 出纹波可达10%,若以纹波 为误差 幅度 ,则 九江雷达 站实测结果仍在此误差范围内。该测速机信号在上光 纤板经过 A/D变换成为数字量 ,经过光纤传输 ,在下 光纤板上通过 D/A转换重建为模拟量 ,信号 幅度与测 速机的原输出信号相同。 2.2 交流伺服 系统 CINR /SA雷达升级使用 的交流 电机测速机输 出为三相交流信号 ,它通过 电机反馈线缆进入交流功 放单元后 ,被功放模块变为生成直流信号。测速机输 出的交流信号的相位和幅度等信息,电机说 明书 中未 见 ,但据交流功放模块资料 ,其所变生的速度信号输出 范围是 10 V,据此推论 ,雷达 天线 最大转速 为 36 度 时,功放传输到DCU的电机速度信号为10 V (实测稍有偏大 )。 3 天线的方位和俯仰速度理论值 CINRAD/SA雷达天线运转时方位和俯仰 的速度 理论值,对于使用直流伺服系统和交流伺服 系统的新 一代天气雷达是相同的。 3.1 方位速度 雷达天线进行体扫时 ,在不 同的仰角其方位的理 论转速是不相同的 ,见表 l雷达体扫在不 同仰角 的方 位理论速度。 表 1 雷达体扫在不同仰角的方 位理论速 度 序号 体扫仰角 EL/度 方位理论转速 AZ/度/秒 0.5.1,5 0.5.1.5 2.4,3.35,4.3,6 9.9 14.6 l9.5 11.339 11.360 l1.184 14 26 14.33 14.26 据前文所述的电机测速机幅度 比例和本节的天线 理论转速 ,可以推算出天线体扫时 ,在各仰角的测速机 信号的额定值 ,但实测与之有偏差 。源于电机测速机 输出的纹波较大 ,造成偏差。对于直流伺服系统而言 , 该偏差可能是 由光纤系统对该信号进行转换与重建时 造成。对于交流伺服系统而言,该误 差则可能来源于 功放模块对电机测速机传来 的交流信号的变生过程。 3.2 俯仰速度 对 CINRpLD 天气雷达天线侗 服系统 由于俯 仰与方位控制策略不同 ,雷达天线的俯仰方 向在变换 角度控制时采用 DOUBU、T策略 :第一阶段用最大控 制速度从起始位置角度转向 目标位置角度 ,橡胶成型机第二 阶段 以反向最大速度控制实现 天线 的 目标位置制动,第三 阶段进行天线位置闭环控制 ,控制 天线停 留在 目标位 置角度。 前两个阶段各 自维持的时间随着俯仰方向运动的 角度距离变化 ,各 自的维 持时间也不 同,值得注 意的 是 ,很多情况下第二阶段时间为 0。俯仰方向测速信 号的在仰角变化时的波形可参见后文。 4 测速机信号的检测点 CINRAD/SA雷达伺服系统中对于反馈回来 的测 速机的测速信号 ,最方便 的测量点 位于 DCu 的数字 板上 ,为描述空间方 向,测量时请 面对 DCU数字板的 长边,并站在有电源接 口的一侧。见表 2测速信号检 测点 ,以敏视达交流伺服 DCU数字板实物为例 ,见图 3交流伺服 DCU数字板测速机信号检测点【10 。 表 2 测速信号检测点 生产厂家 直流伺服系统 交流伺服 系统 中国 电子科技集团公司 方位测速 R20右端 方位测速 R7上端 第五十四研究所 俯 仰测速 R24右端 俯仰测速 R14上端 北京敏视达 方 位测速 R20右端 方位测速 R20右端 雷达有限公司 俯 仰测速 R24右端 俯仰测速 R24右端 图 3 交流伺服 DCu数字板测速机信号检测点 第5期 张福贵,等:新一代天气雷达伺服系统电机测速机信号检测技术 417 5 电机测速机故障实例 5.1 直流伺服系统 ,方位电机测速机故障 根据技术资料 ,当方位 电机运转速度达到 10度/ 秒时 ,方位电机 的测速机反馈信号值为:(39 V/36度/ 每秒)*1O度/每秒 =10.8 V,使用软件进行测试 ,深 圳 ,宁波,连云港台站雷达实测结果与此相符 ,深圳雷 达该信号波动 幅度 100 mV左右 ,宁波雷达波 动可达 300~400 mV,而连 云港相 比最 佳 ,波动 为60 mV左 右 。 由于进 口直流 电机手册换算有所不同,电机与天 线的减速 比,则天线度 /SJ, x~应电机转速 1900转份 钟 ,而该手册标注 ,测速 信号为19 V/每分钟 1000转 ,则 1900转份 钟 ;即天线 V左 右,天线度仰角转第一圈时方位速度 为11.339度/8),则对应方位测速信号应为11.35 V左 右,武汉雷达的实测结果与此相符 ,使用软件测试 ,武 汉雷达方位速度为 10度 时,速 度反馈信号为 10.113~10.166 V,体扫 0.5度第一圈时 ,方 位速度 反馈为 11.484~11.532 V。而九江雷达则量值 明显 偏小,体扫 0.5度第一圈时,方位速度反馈最小为 9.9 V,如以测速机输出 10%的纹波为误差范围 ,则 此值可视为处于允许误差的下界 ,以上都是正常运行 的 C!NRAD/SA直流伺服系统雷达天线方位电机测速 信号的情况。 连云港天气雷达在 2010年 2月发生天线侗 服系 统故障报警导致雷达停机 ,用软件测试发现 ,当方位电 机测速机的速度控制命令为 10度 时,经检查方位 测速机的测速信号幅度仅仅为 4~6 V,幅度偏小 ,波 形扰动大,即可定位 为天线/N服 系统 的方位 电机故 障,更换方位电机后雷达故障修复,故障报警消除,雷 达正常运转。经仔细检查更换下来的故障方位电机后 确认方位电机损坏原因是漏油渗入到电机里面 ,直接 导致方位电机损坏。 5.2 直流伺服系统 。俯仰电机测速机故障 2010年 6月 24日,南 昌雷达站俯仰 电机开始发 生故障,其后故障频率迅速增加,到27 1 t彻底损坏,经 过检查损坏前后的俯仰电机测速机的信号波形输出明 显异常。雷达天线侗 服系统电机测速机彻底损坏前 其运行状态为:俯仰仰角从 l4.6。抬升到 l9.5。时 ,天 线。,然后再冲回负仰角角度,这要操作 5 - -6个来回才能将天线控制定位到 目标位置 l9.5。,而 其余大多数时候天线运行状态表现正常,其现象输 出 属于偶发故障,此时用示波器观察到的俯仰电机测速 机的测速信号波形如图 4俯仰电机测速机信号正常输 出波形 ,测试方法为 :使用雷达控制软件控制天线度 的定速扫描 ,可发现雷达天线的俯仰运行 现象是做往 、复运动的正向加 、减速运行 以及反 向加 、 减速运行过程 。 圆 图 4 俯仰 电机测速机信号正常输 出波形 俯仰电机损坏后 ,测速机信号输出极小 ,导致速度 环接近开环 ,前述的偶发故障现象成为必然现 象。俯 仰测速机损坏后的输 出波形 ,如 图 5俯仰 电机测速机 信号输 出异常波形 ,测试方法为 :使用软件进行多次体 扫或则多次泊位现象 为:雷达天线。和 负角度之间来回往复运行 ,雷达天线失控 ,只能通过关 闭伺服强电结束其运行。冲击运行时楼体震动感觉明 显 ,雷达天线的俯仰运动控制速度至少在 15。 左 右,但俯仰测速机的反馈信号 幅值绝大多数时候只有 (1~2 v)左右 ,偶有 (3~5 V),幅值偏小 。即可 定位为俯仰测电机速机损坏 ,更换俯仰 电机后雷达恢 复正常,损坏的直接原因应是电机接近工作寿命且维 护不佳 。 。 『_] I 兰 :I 厂 ] }耦合电阻I I 童逋 l I...... ...............一_J I...... ............. .... 厂 ] I ! j 图 5 俯仰 电机测速机信号输 H{异常波形 嚣 盈 418 成 都 信 息 工 程 学 院 学 报 第 30卷 5.3 交流伺服 系统 ,方位及俯仰电机测速机故障 自2010年 4月开始 ,秦皇 岛雷 达天线仰角下 降 时 ,会偶发楼体明显震动。而后频率不断增加 ,7月 4 日中午 ,在每次仰角下降时 ,楼体都有明显震动 ,不久 方位电机和俯仰电机彻底损坏 。仰角不动仅方位转动 时楼体也有 明显震动 ,并且 半分钟后 ,方位开始 在约 +/一100度之间来 回摆动 ,而后体扫 自动终止 ,雷达 停机 ,以上现象都在方位 测速机信号上 有所对应 ,见 图 6天线仰角抬升时方位 、俯仰测速机信号异常波形; 其 中黄色波形为方位 测速机信号 ,蓝色波形为俯仰测 速机信号。 在方位 电机损坏前 ,雷达虽然能维持基本运转 ,但 从测速机输 出信号可见 ,方位测速机输 出扰动过大 ,仰 角从 6度抬升到 9.9度时 ,方位速度应从 iI.184度/ 秒增大到 l8.88度 ,方位速度增大时,方位测速机 输 出扰动很大 。 (l1I 2 00 V l_ 、h2 2(10 M 4O0ms A Chl 卜72 V 图 6 天线仰角抬升时方位 、俯仰测速机信号异常波形 Ch1 q)O V Ch2 2 OlI M 400 Ills A Chl l 72 V 图7 天线仰角下降时方位、俯仰测速机信号异常波形 天线仰角下降时方位、俯仰测速电机信号异常波 形如图 7所示 ,在方位电机彻底损坏之前 ,仰角从19.5 度下降到 0.5度时 ,方位速 度从 19.06度 减 小到 II.339度/8)。可见,方位速度减小时 .方位测速机输 出扰动更 大,且超调 明显 ,分切机维修说明此时楼体震感 明显 ,由于扰 动过大的速度反馈信号作 用于伺服控制系统 ,引起 了 方位速度调节的振颤 ,因谐振效应导致了楼体震动。 而后方位电机测速机彻底损坏 ,一开始表现为体 扫仍在继续、方位仍在转动,但方位测速信号为 0,此 时虽然仰 角不动 ,只有方 位在转 ,但楼 体同样 明显 震 动 ,不久后 ,方位测速机信号间歇性出现,只在 0值和 (6~10)V以上 的大值之 间交替闪现 ,图 8(a)、(b) 方位测速机输出间歇性异常信号表现出的就是这种情 况 ,此时,方位在 +/一i00度之间来 回摆动 ,不 久体扫 自动停止 ,雷达停机 。 i 丁] 兰 I 雨] I旦! . 兰 : (b) 图8 方位测速机输出间歇性异常信号 在方位电机测 速机彻底损坏后 ,用软件进入天线 手动控制 界面 ,在 尚未发 出任何命令 时,方位 自行转 动 ,并且其测速反馈为 0。判断为方位电机损坏后 ,更 换方位电机 ,方位变速时方位测速信号 的扰动消失 ,楼 体震动再未发生。但仅更换方位电机时,使用软件测 试 ,天线动作仍会出现偶尔不响应伺 服系统 的动态控 制命令,或在不发命令时方位 自行旋转且 DCU 内得 第 5期 张福贵 ,等:新一代天气雷达伺服 系统 电机测速机信号检测技术 419 到的方位测速信号为 0的现象 ,这里判断故障为功放 在带动已损坏的电机工作时被烧损 ,更换功放后问题 彻底解决。 雷达修复后 ,仰角从 6度抬升到 9.9度时 ,方位速 度从 11.184度 增大到 18.88度 ,天线运行 正 常,此时方位和俯仰测速机正常信号 的波形见图 9天 线仰角抬升时方位 、俯仰测速机正常信号波形。 图 9 天线仰角抬升时方 位 、俯仰测速机正常信号波形 图 10天线仰角下降时方位 、俯仰测速机正常信号 波形 。雷达故 障修 复,仰角从 19.5度下 降到 0.5度 时 ,方位速度从 19.06度 减小到 11.339度 。由 图 l0可见 ,方位速度减小时 ,方位测速机输出平滑 、无 超调 ,天线运行平稳 ,楼体无感。 图 1() 天线仰角下降时方位 、俯仰测速机正常信号波形 6 结束语 通过对新一代天气雷达(CINRAD/SA)交、直流 伺服系统电机测速机信号的检测技术方法的总结,以 及故障案例的归纳,有利于通过测量点和调整参数快 速、高效的解决此类故障,从而为此型号相关雷达伺服 系统的实时技术支持提供参考,从而大大提高对天气 雷达的保障能力和设备可靠性卜I6 J。 参考文献: [1] 何建新.新一代天气雷达原理与系统[M].西安: 电子科技大学出版社 ,2004. 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Alternating-current and Direct-current Servo System Tachometer Signal Detection Technology of CINRAD/SA Radar ZHANG Fugui , SHU Yi , ZHANG Shuang , PEN Yong) , YANG Suqin2 (1.College of Electronic Engineering,Chengdu University of Information Technology,Chengdu 610225,China;2.Quanzhou Meteoro logical Bureau,Fujian Province,Quanzhou 362000,China;3.Technical support center exploration atmosphere of Fujian Pr ovince,Fuzhou 350000,China) Abstract:Based on the characteristics of the next generation weather radar(CINRAD/SA)in the process of motor servo control by using the typical AC and IX;M otor Speed Fault instance,we analyze the actual operation of the ser VO motor control azimuth and elevation tachometer tacho in great depth.Moreover,tacho signal AC and IX;motor are respectively detected.The radar servo system AC and DC motor tachometer signal transmission process,key signal detection point and detection technology are summarized.By using the measuring p oint and adj usting the parameters to detect trigger radar servo tips and Tricks of the AC IX;tacho failure,it is conducive to solve the similar motor fail ure of motor signals in a rapid and efficient way.Hoping that it can provide reference and be helpful for technical model associated with radar servo system. Key words:meteorology;atmospheric detection instrument and equipment;CINRAD/SA;antenna/servo systems; alternating- -current and direct current motor tachometer;signal detection

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关键词: 测速电动机