中央空调风阀执行器超调及限位失效故障分析

王和远

（成都双流国际机场股份有限公司，成都 610000）

1 引言

在机场、商场、车站、医院、办公楼、写字楼、体育馆、公寓等大型建筑中，广泛使用了中央空调系统对空气进行温度、湿度、流量、洁净度等方面的调节，其中一般包含了制冷系统、水系统、风系统、楼宇控制系统等[1]。

在风系统中一般设置有多个机组对不同局域进行空气调节，根据实际情况，每个机组中设置有新风阀、回风阀、送风阀、排风阀、混风阀等不同类型和数量的风阀[2]（见图1 和图2），以实现对不同空气的流量控制，通过旋转风阀调节轴，可改变风阀的开度（一般定义为0%～100%，0%为风阀关闭，100%为风阀最大开度）。

图1 组合式空调机组控制示意图

图2 风阀实物图

为了实现自动化、智能化、集中控制和联动控制，需要给风阀安装风阀执行器[3]，通常也称为风阀驱动器或者电动风阀。

2 风阀执行器基本介绍

风阀执行器（见图3）一般多采用交流或者直流24 V 供电。其内部由一个电动小马达带动夹具旋转，可实现0°～95°范围的旋转，夹具用于实现风阀执行器与风阀调节旋转轴的硬连接，并带动风阀调节轴旋转。根据风阀的长宽大小、空气流量负载等，需要选择不同扭矩大小的风阀执行器，常见的有5 N·m、10 N·m、15 N·m、25 N·m、35 N·m、45 N·m 等。

图3 风阀执行器实物图

控制信号和反馈信号一般均为直流电压信号[4]，不同的电压大小代表不同的风阀设定开度和风阀开度反馈。

通常采用一根四芯铜芯线将风阀执行器与楼宇自控系统控制连接，分别为电源正极、电源负极、控制信号、反馈信号。一般一根线对应控制一个风阀执行器，但若有两个或者多个风阀执行器功能完全一致，也可直接将这两个或者多个风阀执行器串联起来，即可实现多个风阀执行器的同步控制。若执行器数量过多，需要注意根据功率匹配合适线径的线材。

2.1 控制信号

控制信号多采用0～10 V 直流电压信号，0 V 对应风阀执行器开度为0%，10 V 对应风阀执行器开度为100%。如输入5.1 V 直流电压信号，则表示将风阀调整到51%开度的位置。部分型号会提供0～10V 或者2～10V 两种控制电压信号量程选择，可以使用风阀执行器上的拨码开关或者电位器开关进行选择，如图4 所示。

图4 控制信号量程和正反转选择

除了提供控制电压量程选择以外，为了更方便现场的安装施工和适配不同情形，一般还同时提供了正转、反转功能，如图4 所示。如在0～10 V 量程下，正转档位：0 V 对应风阀执行器开度为0%，10 V 对应风阀执行器开度为100%；反转档位：0 V 对应风阀执行器开度为100%，10 V 对应风阀执行器开度为0%。

2.2 反馈信号

反馈信号一般为0～10 V 的直流电压信号，0 V 表示风阀执行器当前开度为0%，10 V 表示风阀执行器当前开度为100%，如4.7 V 表示风阀执行器当前开度为47%。将反馈信号通过DDC 的AI 点位接入BAS，可实现风阀开度状态的程序监测和远程查看等功能。

DDC：现场直接数字控制器。

AI：模拟输入。

BAS：楼宇自控系统。

反馈信号数值大小由一个电位器（见图5）的阻值换算而来，该电位器通过齿轮与风阀执行器夹具相连，随着夹具的转动而转动，其阻值大小也随着风阀开度的大小变化而变化。

图5 齿轮电位器实物图

2.3 控制原理

风阀执行器控制原理如图6 所示，控制部分根据输入信号和反馈信号的比较，来决定执行器的旋转方向和停止与否，再通过驱动电路驱动电动马达运转。反馈开度小于设定开度，则增大执行器的开度；反馈开度大于设定开度，则减小执行器的开度；反馈开度等于设定开度，则停止执行器动作。

图6 风阀执行器控制原理图

3 超调故障分析及解决方法

因为反馈信号是由齿轮带动的电位器转化来的，所以既不连续也不精准。比如设定开度为60%，但是只能返回59.5%和60.5%反馈信号，就会造成风阀执行器不停地正转又反转，严重缩短了器件使用寿命，增加了风阀的磨损，浪费了能源，也产生了一定的噪声。

此故障在现场使用中不易解决，只能在发现后尽量避开相应开度设定值。更好的解决方法是生产厂家在生产中，将控制的精度低于反馈一个量级；或者增加一个合适的误差范围，输入信号和反馈信号之间允许存在一个合适的差值，即可解决此问题，且在空调系统的实际使用中基本不影响产品使用。比如，反馈信号能到0.1%，那控制比较部分只取1%即可或者控制信号和反馈信号之间允许存在1%或者2%的差值，具体数值要依据反馈电位器的精度来确定。

4 限位失效故障分析及解决方法

因安装或者使用的原因，风阀在物理上已经达到0%或者100%的开度，但是因为反馈信号未达到设定值，风阀执行器会继续运转，直到被机械限位卡停。此种情况极易将齿轮磨损，造成后期使用时风阀执行器的空转，损坏设备的同时也影响使用。使用中的建议是尽量不要将开度设定到极限值，比如0%和100%。设定到5%和95%即可。在一般的空调系统中，既不影响使用，也能更好地保护设备。

如果要更好地解决此故障，则应做好以下两方面。

一是安装要规范，且需要经常检查复核以及调整设备情况。安装时必须将风阀执行器的零位与风阀的零位对齐，且严格按照说明书的安装步骤和要求进行安装[5]。因使用中有频繁的机械旋转和振动等，且夹具是靠紧固的摩擦力与风阀调节旋转轴连接，经过长期使用后极易偏移。对于使用者来说，需要经常检查两者之间是否发生了偏移，如果偏移了需要及时重新安装和调整，还可以尽量选择风阀调节旋转轴轴头为方形而非圆形的风阀，此种风阀与风阀执行器的结合处更不易偏移。对于生产厂家来说，可以在夹具上预留能够与风阀调节旋转轴贯穿的孔位，这样后期安装时可用螺栓等将夹具与风阀调节旋转轴贯穿硬连接，不易发生移位。

二是生产厂家在设计生产中，增加限位反馈信号让执行器及时停止运转，而不是物理卡停。比如在风阀执行器夹具行程范围两端各增加一个机械限位开关（见图7）即可，运用成熟，成本低廉，简单可靠。还有一种不增加硬件成本的方法，也可以极大地减少此类损耗，即控制部分监测反馈信号的变化，如在较长一段时间不变化，说明风阀或者风阀执行器已超行程范围或者已卡死，此时都应该停止运转，避免造成更大的损失。比如监测到反馈信号2 s 都还没有变化，即可停止运转，时间可根据实际情况而定。

图7 限位开关