智能电动执行机构在石油库区的应用和维修.pdf

第 4 7卷第 1 期 2 0 1 1年 2月 石油化工 自动化 AUTOM AT1 0N I N PETR0一 CHEM I CAL I NDUSTRY Vo 1 ． 4 7。No ． 1 Fe b r u a r y，2 01 1 智能 电动执行机构在 石油库区的应用和维修 陈 彬 中化兴 中石油转运 舟山 有 限公 司， 浙江 舟山 3 1 6 0 0 0 摘 要 某石油库区在生产管理 自动化改造 中大量使用了 I Q系列智 能电动执行机构 。介绍 了 I Q 系列电动执行机构相 比 机械型电动执行机构 的基本特点 以及 自诊断故障的特殊功 能。重点讨论 了 I Q系列电动执行机构在石 油库区的前期测绘安 装 调试 、 故障维修查找 问题 的剖析方法 、 使用维护保 养以及 常见故 障等情况 ， 并对该设备今后的管理 、 备档提出了相关注意事项。 关 键 词 电动执行机构 ； 特点 ； 功能 ； 自诊断 ； 安装 调试 ； 维修 中图分类 号T P 2 7 3 文献标志码 B 文章编号 1 0 0 7 ～ 7 3 2 4 2 0 1 1 0 1 0 0 8 2 。 0 4 0 引 言 随着石油化工工业对生产稳定性要求越来越 高 ， 电动仪表逐步 向数字化 、 智能化方 向发展。为 提高兴中岙山库 区的生产管理 自动化水平 ， 同时由 于原有 电动执行机构锈蚀严重 ， 故 障率高等原因， 对该原油库区电动执行机构进行改造 ， R OTO RK 智能电动执行机构已经大批量安装 ， 并 已进入应用 阶段 。该文将 主要介绍 I Q 系列智 能电动执行机 构在库区的应用、 维修情况 以及注意事项 ， 供大家 借鉴 。 1 应用概 况 该库区采用 I Q系列智能电动执行机构 防爆 型 1 2 4台。电动 执行 机 构 输 入 电压 均 为 交 流 3 8 0 V， 功率从 0 ． 2 1 k W 到 4 ． 4 4 k W 不等 ， 并广泛 应用于库 区各输油 主管线阀 门上 ， 其 中平板 闸阀 7 0台、 球阀4台、 锲式闸阀 2 2台， 蝶 阀 2 4台、 将军 阀 4台。I Q系列智 能电动执行机构 的应用 ， 提升 了该库区仪表智能化水平， 减轻了操作员工的工作 强度和压力 ， 为今后库区 自动化改造提供了坚实的 基础硬件设备平台。 2 特 点 2 ． 1 基本特 点 a I Q型智能化 电动执行机构 在保 留机械开 关式电动执行机构主要功能的前提下 ， 将电动执行 机构原先利用各种机械装置实现 的控制模式 ， 变为 以微处理器为控制核心的智能化控制模式 ， 提高了 设备稳定性 、 精确性 。 b I Q型智能 电动执行机构具有 判断、 记忆 、 保护、 执行等能力 ， 并可 以通过手持红外线遥控器 对执行机构进行检查 、 设定 、 整定， 并且 I Q型采用 电子集成技术取代了传统 的电动执行机构 的机械 部件 ， 减少维修量 ， 为设备调试 以及维护保养提供 便利。 c I Q型 电动执行机构 的位置信号采用无 接 触霍尔感式脉冲全数字传感器。精度高、 线性好 ， 抗外界干扰强， 使用寿命长， 阀位反馈信号及就地 显示精度已相当高。因装有 E e p r o m 芯片， 可安全 记忆预先设置的各项参数 ， 并具有故障自我诊断和 报警功能。 d I Q 电动执行机构 E e p r p m还能准确记忆被 执行操作的时间、 行程 ， 如果发生安全事故 ， 维护人 员可通过红外通信从电动执行机构读取各类参数 ， 通过 I n s i g h t 计算机软件分析事故原因、 明确责任。 另外 ， 电动执行机构在力矩 关闭或打 开方式 下， 其力矩值可 以在电动执行机构 4 0 ～1 0 0 ％额 定力矩值之 问任意选择设 定 ， 并按 1 的幅度增 减。当阀门因为长期不使用而产生卡涩或是卡住 现象时 ， 可将电动执行机构“ 开” 力矩设置为“ 加强” 状态 ， 即力矩可达 1 4 0 的额定力矩值 以便打开卡 住的阀门。根据 目前使用经验 ， 由于力矩设为“ 加 强” 状态即表示 电动执行机构将超负荷运行 ， 因此 ， 为避免电动执行机构强制性损坏 ， 在没有查明阀门 是否是因为长期不使用而产生卡涩的情况下 ， 一般 不予 采 纳 。 2 ． 2故障 自诊 断功能 R OTOR K 电动 执 行 机 构 带 有 故 障 自诊 断 功 能， 诊断结果在其显示窗 口上显示报警图标并在屏 收稿 E l 期 2 0 1 01 20 2 修改稿 。 作者简介 陈彬 1 9 8 3 一 ， 男 ， 浙江 舟 山人 ， 2 0 0 5年毕业 于 中国计 量学院 自动化专业 ， 一直从事 自控仪表技术管理 工作 ， 任助 理工程师 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1期 陈彬．智能电动执行机构在 石油库区的应用和维修 幕下方显示文字信息对报 警做 出解释 ， 简洁明了， 维护人员通过查看屏 幕显示 即可明确报 警类型 。 其报警 内容有阀门报警 、 执行机构报警 、 系统报警 及备用电池故障报警等 。当电动执行 机构力矩动 作时将出现 阀门报警 ， 这种情况 通常 由于阀 门卡 涩、 限位设定不当或阀位记数装置故障以及 电动执 行机构传动装置卡涩等原 因造成。产生执行机构 报警的可能为马达热敏开关动作、 电源故 障以及电 动执行机构内部控制系统故障等。明确 由哪一项 故障引起电动执行机构报警必须通过 电动执行机 构 的帮助菜单 。 3 安 装及 调试 笔者认为 ， 无论 电动执行机构 是新装 还是改 造 ， 最重要的是在安装之前确认阀门的类型、 口径 ， 测绘阀杆螺距 、 行程高度、 法兰外圆、 孑 L 距等参数。 阀门参数是定制 电动执行机构连接铜套 的必须依 据 ， 也是 电动执行机构 的选 型依据 ， 参数 的正确与 否决定了今后电动执行机构能否正常 、 稳定可靠地 运行 ， 因此必须高度重视。 值得注意的是 ， 电动执行机构安装要求极 高， 必须要求安装人员对其性能相当熟 悉。电动执行 机构内部接线不正确、 遥控器使用不 当、 机械安装 存在缺陷等情况均会 引起 电动执行机构不动作甚 至损 坏 。 ROT ORK电动执行 机构在 出厂 时已经进 行 标准默认设定 ， 所以不需要对所有的设定项重新设 定 。但在现实调试过程中， 调试维护人员仍有必要 对一些设定值进行修改 。在设定阀门扭矩时 ， 应根 据实际情况设定 ， 尽量避免当阀门卡涩等异常情况 下对 电动执行机构的伤害， 同时也必须确保阀门正 常工作。根据该库区的使用效果来看 ， 一般情况下 电动执行机构开关扭矩设为其额定力矩值 8 5 9 ／ 6 为 宜。另外 ， I Q电动执行机构安装后必须重新设定 其限位以及打开 、 关闭方式 。维护人员可通过说 明 书的介绍完成限位的设定， 而阀门打开、 关闭的方 式应结合具体 阀门类型 ， 选择不 同的动作控 制方 式 。电动执行机构正常操作 阀门时 ， 有两种控制电 动机停止运行的方式 限位开关式 ， 即当电动执行 机构带动阀门关 闭到位 时， 限位 开关 动作 ， 切断电 动机电源 ， 电动执行机构停止运 行， 在实际应 用过 程中， 在采用 限位 开关 式 时力 矩开关也 同时起作 用 ； 力矩开关式 ， 既 当电动执行机构带动阀门开关 到位并且 阀门阻力负荷产生的力矩值逐步增大并 等于电动执行机构预先设定力矩值时 ， 力矩开关动 作， 切断电动机 电源， 电动执行机构停止运行 。该 库 区电动阀门主要有平行闸阀、 蝶阀、 球阀， 根据这 些阀门的操作特性 ， 一般都选择限位控制方式。 4 故障剖析与维修使用 4 ． 1 故障 剖析 该库区针对 电动执行机构建立了一套完整 的 检修规程 ， 根据多年维护经验 ， 与其他设备维修时 的故障排查方法一样 ， 电动执行机构的故障剖析的 基本方法 看、 听、 摸 、 查 、 测等。 4 ． 1 ． 1 看 电动执行机构 自诊断信息能通过其 液晶显示 器进行查阅， 因此控制部分 中类似力矩报警 、 电池 报警、 缺相等故障均可直观地被发现 ， 而且机械部 分中类似润滑油泄漏 、 切换开关损坏、 显示器单元 隔爆玻璃进雾气等小故障也是显而易见的。 4 ． 1 ． 2 听 当电动执行机构动作 时， 发生异 响， 需要 听声 音发生的部位 ， 以便确认故障点 。一般情况下最容 易发生异响的是 阀门连接处。例如与平板 闸阀连 接的铜套尺寸与丝杆螺纹规格存在不匹配 、 缺少润 滑油 等原 因时 ， 电动 执行 机构 动 作 时均会 产 生 异响 。 4 ． 1 ． 3 摸 虽然 电动执行 机构将原先利用各种机械装置 实现的控制模式， 革新成 了以微处理器为控制核心 的智能化控制模 式， 但其传动电机还是核心组成 ， 因此当电动执行机构不动作并发生嗡响时 ， 应去摸 一 下执行机构的电机部位 ， 感觉是否发烫 ， 以初 步 确认 电机有无损坏。 4 ． 1 ． 4查 电动执行机构的故障排查是最繁琐 ， 也是最关 键的。电动执行机构按功能可分为两部分， 即控制 部分和机械部分 。控制部分完成 电动执行机构的 控制 ， 由卡件 、 连接线等组成 ； 机械部分完成对阀门 的驱动 ， 由马达、 传动机构等组成 。因此， 在设备发 生故障时， 除以上 的简单故障外 ， 更应该根据不同 的故障原因和故障现象 ， 从两个不 同的层面着手 。 a 控制部分 。电动执行机构的控制部分总共 有 6 块卡件 ， 按其安装位置从外到里， 分别是就地／ 远程控制卡 、 主板 、 比例反馈卡、 继电器 、 电源卡和 记数卡 。 1 就地／ 远程控 制卡用 于接 收电动执行机 构 的遥控／ 就地控制选择开关和就地开、 关 、 停命令这 5个开关量信号 ， 结构比较简单 。通过 阀门目前状 态和选择开关的实际位置相对照就能判别该卡件 的好 坏 。 2 电动执行机构的主板是其控制中心 ， 带有 状态显示 窗口和非易失 内存 。备用 电池是主卡的 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 8 4 石油化工 自动化 第 4 7 卷 备用电源。主卡故障时往往伴随着无法进行操作 、 无 法进 行功 能设 定 和无 法 查 看 电动 执行 机 构 状 态 指示这 3 个现象 。从该库区使用的情况来看， 尚未 出现类似故障 。 3 电动执行机构比例反馈卡用于电动执行机 构 4 ～2 0 mA模拟量反馈和控制， 该卡安装在主卡 的背面。该卡故 障时 的明显现象 模 拟量反馈信 号与开关量反馈不一致 ， 如电动执行机构关位置开 关动作 ， 而模拟量反馈信号不是 4 mA或1 V； 模拟 量控制信号与模拟量反馈信号不一致 ； 固定的模拟 量控制信号输入 情况下 ， 电动 执行机构有振荡 现 象 。在根据上面现象确定卡件故障前 ， 根据使用经 验 ， 维护人员先应检查设定是否正确 ， 设定不正确 也 会产 生上 面现 象 。 4 电动执行机构继电器卡用于电动执行机构 开关量状态输 出， 该卡上有 8个继 电器 ， 分别用于 8个状态量输出。这 8个状态量分别命名为 S 1 ～ S 8 ， 每个开关都可根据需要选择输 出内容 ， 包括关 限位 、 开限位、 开／ 关力矩动作、 就地停 、 各类报警、 电动执行机构状态等 。每个选项还有相关值和常 开、 常闭供设定。维护人员在排查故障时， 可先查 看电动执行机构的设定 ， 然后根据测量结果与设定 对照， 从而排查继电器的输出故障。 5 电动执行机构记数卡完成电动执行机构的 行程检测 。其故障表现为实际阀门位置跟电动执 行机构显示的阀门开度不一致或显示 的阀门开度 在小范围内漂动 ， 出现类似情 况应对记数卡进行 更换 。 b 机械部分。电动执行机构机械部分大致可 分为手动／ 电动切换装置、 电动执行机构行程记数 驱动装置、 电机、 主轴 、 动力传动齿轮等。其装配非 常严谨 ， 因此需要熟悉 电动执行机构整体构造 ， 以 便进行机械维修 。对机械部分解体检修 时必须按 下列顺序执行。 1 拆下电动执行机构跟 阀门的固定螺丝 ， 往 上抬高 电动执行机构 以便拆卸 。 2 将手动／ 电动切换装置切换至电动位置 ， 否 则拆电动执行机构主轴时会损坏该装置的弹簧片。 3 清空润滑油。 4 卸 下 手 动 开 关 阀 门 的手 轮 ， 只要 将 密 封用 的塑料环抽出就可将手轮卸下。 5 拆下 电动执行机构电机 ， 逆 时针转动电机 驱动轴取出该轴 。 6 拆下电动执行机构和阀门连接处 固定主轴 的卡簧。这时 ， 主轴可以从安装手动开关阀门的手 轮处 安全 取 出 。 7 执行器行程记数驱动装置只有这时才能拆 下 ， 卸下电动执行机构行程记数驱动装置的磁铁从 安装主轴位置往外拉出即可 。 执行器装复时按拆 卸的顺序倒过来 就行 。在 安装电机时 ， 电机铁芯外侧轴上有一个弹簧， 该 弹 簧没有任何周 定 ， 往铁 芯套 线圈时该弹簧容 易掉 出， 引起线圈短路或接地。所以除了安装时应特别 注意外 ， 装复后上电前应检查电机的绝缘 。 4 ． 1 ． 5 测量部分 电动执行机构维修完成后 ， 需要借助万用表重 新对继电器输 出、 模拟量输 出中的各 端子 、 电机三 相等进行测量 。同时通过液晶显示屏对力矩变化 进行观测 ， 结合 阀 门实 际限位对 开度变化进行观 测 ， 必要 时重新 进 行设定 。在 观测 电动 执行 机构 的 同时， 需 同时听、 摸 电动执行机构各部位 的声音、 温 度等异常情况， 确保设备正常运行 。 4 ． 2维修 与使 用情况 该库区首批电动执行机构投入运行至今， 设备 运行总体情况良好 ， 达到库区安全生产 的要求 ， 同 时也出现一些缺陷和故障， 值得借鉴并反省 。 a 操作员工对电动执行机构操作不 当。在未 对 旧有 电动执行机构改造 前， 如出现 隔离 阀， 操作 员为 防止混 油会 潜 意 识对 电动 执 行 机 构 手 动切 换 并关紧， 导致机械阀位发生变化 。在电动执行机构 改造完成后 ， 操作员工的操作 习惯 尚未完全改变 ， 因此需对电动执行机构改造 限位进行多次重新设 定 ， 避免导致阀门寿命减少。 b 电动执行机构参数设置不当。由于阀门限 位设置不合适 以及关力矩设置不当而导致 电动执 行机构产生 自我保护， 导致阀门关闭不严 。一般维 护人员通过遥控器现场重新设置参数 ， 即可迅速处 理好这类缺陷。根据使用以来 的初步统计 ， 此类故 障约占缺陷统计的 8 0 。 C 电动执行机构 内部电机供 电线断开 ， 通过 初步查找仍 旧找不到原 因； 后对电动执行机构进行 拆分 ， 发现问题 。通过对电机 电源线重新连接， 消 除了故障。此类故障出现 1起。 d 电动执行机构 电路板件故 障。此类故 障出 现过 2起 ， 通过更换电路板或重新启动电路板即消 除 了缺 陷 。 e 电 动执行 机构显示器单 元隔爆玻 璃进雾 气 ， 此类故障出现过 1起 ， 通 过对显示器防护罩 的 更换 ， 消除了缺陷 。 从以上分析可 以看出， 电动执行机构改造中出 现的绝大部分问题属于简单易处理 的缺陷。大部 分无须拆开密封外壳就能解决。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1期 陈彬 ．智能 电动执行 机构 在石油库 区的应用 和维修 8 5 5 结束 语 电动执行机构在该库 区的使用受到操作及维 修人员的欢迎 。从该库区电动执行机构安装 、 调试 和运行 、 维修过程 中暴露的问题看 ， 在应用及维护 保养时， 应注意以下 问题 。 a 根据 Tn P M 设备管理理念 ， 建立系统的电 动执行机构操作规程 ， 对相关操作人员进行详细培 训 ， 引导操作维护人 员对 电动执行机构进 行正确 操作 。 b 对设备改造时应尽量详细地测绘各阀门参 数以及须精确计算 电动执行机构的力矩值 ， 方便调 试和 维 护 时参 数 的设 定 ， 更 是 以后 设 备 维修 的 保证 。 c 安装和维修电动执行机构 时， 小心轻放 ， 防 止电动执行机构内部振动使 电子元件和芯片受到 损 坏 。 d 需编制 检修维护规程 ， 配 备检维修专 用工 具 ， 确保维修质量 ， 保证电动执行机构正常运行。 e 建立设备电子档案对每台电动执行机构运 行参数进行登记并备案 。 参考文献 [ 1 ] R OTOR K公 司． I Q R a n g e I n s t a l l a t i o n a n d Ma i n t e n a n c e I n s t r u c t i o n s Ro t o r k Ac t u a t io n[ G] ． R OTO RK公司 ， 2 0 0 6 ． E 2 ] R OTO RK公 司． I Q系列安装及维 护手册 E G ] ．ROT OR K 公 司 ， 2 0 0 5 ． I- 3 ] 朱继峰． 新 型 电动 执 行 器 维 修 E J 3 ．电工 技 术 ， 2 0 0 8 ， 1 14 ． [ 4 ] ROT ORK公司． I Q系列 安装及 维护 手册[ G ] ． R OTO RK公 司 ， 2 0 0 5 ． E s ] 国家石油 和化学 工业局 ．HGT2 0 5 0 7 -- 2 0 0 0自动化仪表选 型设计规定 E s ] ． 北京 中国石化 出版社 ， 2 0 0 1 ． [ 6 ] 杨波 ， 王金全．电动阀门 的转矩 辨识 和智能化研究 E J ] ， 阀 门， 2 0 0 5 ， 5 1 51 8 ． E 7 ] 王桂红 ， 王兆东． 阀门电动装 置常见故障及其 预防E J ] ． 阀 门， 1 9 9 8， 3 2 72 8． E s ] RO TOR K公 司． ROT OR K I O 系 列 执行 器 [ G] ．R OTO RK 公 司， 2 0 0 1 ． 施 耐德 电气全面挺进新能源产业首次 携手 中国最大光伏组件封装设备制造 商 2 0 1 0年 1 2月 ， 全球 能效管理专家施耐德 电气公 司与中国最大的太 阳能光伏组 件封 装设 备制造商 秦皇岛奥瑞特科 技签订销售合 同 ， 将为其提供包括触摸 屏 、 变频器 、 伺服系统 和低压 元件在 内的一系列综 合解决 方案 。此 番首 次合作标 志 着施 耐德 电气在新 能源工业 控制领域跨 出的重要一 步 ， 公 司正全 面挺进 中国新能源产业 ， 将 助力清 洁能源市场 整体跨人节 能增效时代 。 施耐德 电气 中国区副总裁 、 工业事业部 负责人修德华表示 “ 近几 年来 ， 新 能源的发 展成 为优化 中国能 源结构 、 确保能 源安全的战略性选 择。作为能效解决方案 的领导者 ， 施耐德 电气积极 响应中 国新能源发展 的需 要 ， 凭 借客户管 理和技术方 面的优势 ， 在 包括风能 、 核 能在内的新能源领域实现 了重 大突破和增长 ， 此 次与太 阳能层压行业 领先企业 的合作 ， 正是公 司 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