智能電動執行機構在石油庫區的應用和維修

陳 彬

(中化興中石油轉運(舟山)有限公司,浙江舟山 316000)

智能電動執行機構在石油庫區的應用和維修

陳 彬

(中化興中石油轉運(舟山)有限公司,浙江舟山 316000)

某石油庫區在生產管理自動化改造中大量使用了IQ系列智能電動執行機構。介紹了IQ系列電動執行機構相比機械型電動執行機構的基本特點以及自診斷故障的特殊功能。重點討論了IQ系列電動執行機構在石油庫區的前期測繪安裝調試、故障維修查找問題的剖析方法、使用維護保養以及常見故障等情況,并對該設備今后的管理、備檔提出了相關注意事項。

電動執行機構;特點;功能;自診斷;安裝調試;維修

0 引 言

隨著石油化工工業對生產穩定性要求越來越高,電動儀表逐步向數字化、智能化方向發展。為提高興中岙山庫區的生產管理自動化水平,同時由于原有電動執行機構銹蝕嚴重,故障率高等原因,對該原油庫區電動執行機構進行改造,ROTORK智能電動執行機構已經大批量安裝,并已進入應用階段。該文將主要介紹IQ系列智能電動執行機構在庫區的應用、維修情況以及注意事項,供大家借鑒。

1 應用概況

該庫區采用IQ系列智能電動執行機構(防爆型)124臺。電動執行機構輸入電壓均為交流380 V,功率從0.21 kW到4.44 kW不等,并廣泛應用于庫區各輸油主管線閥門上,其中平板閘閥70臺、球閥4臺、鍥式閘閥22臺,蝶閥24臺、將軍閥4臺。IQ系列智能電動執行機構的應用,提升了該庫區儀表智能化水平,減輕了操作員工的工作強度和壓力,為今后庫區自動化改造提供了堅實的基礎硬件設備平臺。

2 特 點

2.1 基本特點

a)IQ型智能化電動執行機構在保留機械開關式電動執行機構主要功能的前提下,將電動執行機構原先利用各種機械裝置實現的控制模式,變為以微處理器為控制核心的智能化控制模式,提高了設備穩定性、精確性。

b)IQ型智能電動執行機構具有判斷、記憶、保護、執行等能力,并可以通過手持紅外線遙控器對執行機構進行檢查、設定、整定,并且IQ型采用電子集成技術取代了傳統的電動執行機構的機械部件,減少維修量,為設備調試以及維護保養提供便利。

c)IQ型電動執行機構的位置信號采用無接觸霍爾感式脈沖全數字傳感器。精度高、線性好,抗外界干擾強,使用壽命長,閥位反饋信號及就地顯示精度已相當高。因裝有Eeprom芯片,可安全記憶預先設置的各項參數,并具有故障自我診斷和報警功能。

d)IQ電動執行機構Eeprom還能準確記憶被執行操作的時間、行程,如果發生安全事故,維護人員可通過紅外通信從電動執行機構讀取各類參數,通過Insight計算機軟件分析事故原因、明確責任。

另外,電動執行機構在力矩關閉或打開方式下,其力矩值可以在電動執行機構40%～100%額定力矩值之間任意選擇設定,并按1%的幅度增減。當閥門因為長期不使用而產生卡澀或是卡住現象時,可將電動執行機構“開”力矩設置為“加強”狀態,即力矩可達140%的額定力矩值以便打開卡住的閥門。根據目前使用經驗,由于力矩設為“加強”狀態即表示電動執行機構將超負荷運行,因此,為避免電動執行機構強制性損壞,在沒有查明閥門是否是因為長期不使用而產生卡澀的情況下,一般不予采納。

2.2 故障自診斷功能

ROTORK電動執行機構帶有故障自診斷功能,診斷結果在其顯示窗口上顯示報警圖標并在屏幕下方顯示文字信息對報警做出解釋,簡潔明了,維護人員通過查看屏幕顯示即可明確報警類型。其報警內容有閥門報警、執行機構報警、系統報警及備用電池故障報警等。當電動執行機構力矩動作時將出現閥門報警,這種情況通常由于閥門卡澀、限位設定不當或閥位記數裝置故障以及電動執行機構傳動裝置卡澀等原因造成。產生執行機構報警的可能為馬達熱敏開關動作、電源故障以及電動執行機構內部控制系統故障等。明確由哪一項故障引起電動執行機構報警必須通過電動執行機構的幫助菜單。

3 安裝及調試

筆者認為,無論電動執行機構是新裝還是改造,最重要的是在安裝之前確認閥門的類型、口徑,測繪閥桿螺距、行程高度、法蘭外圓、孔距等參數。閥門參數是定制電動執行機構連接銅套的必須依據,也是電動執行機構的選型依據,參數的正確與否決定了今后電動執行機構能否正常、穩定可靠地運行,因此必須高度重視。

值得注意的是,電動執行機構安裝要求極高,必須要求安裝人員對其性能相當熟悉。電動執行機構內部接線不正確、遙控器使用不當、機械安裝存在缺陷等情況均會引起電動執行機構不動作甚至損壞。

ROTORK電動執行機構在出廠時已經進行標準默認設定,所以不需要對所有的設定項重新設定。但在現實調試過程中,調試維護人員仍有必要對一些設定值進行修改。在設定閥門扭矩時,應根據實際情況設定,盡量避免當閥門卡澀等異常情況下對電動執行機構的傷害,同時也必須確保閥門正常工作。根據該庫區的使用效果來看,一般情況下電動執行機構開關扭矩設為其額定力矩值85%為宜。另外,IQ電動執行機構安裝后必須重新設定其限位以及打開、關閉方式。維護人員可通過說明書的介紹完成限位的設定,而閥門打開、關閉的方式應結合具體閥門類型,選擇不同的動作控制方式。電動執行機構正常操作閥門時,有兩種控制電動機停止運行的方式:限位開關式,即當電動執行機構帶動閥門關閉到位時,限位開關動作,切斷電動機電源,電動執行機構停止運行,在實際應用過程中,在采用限位開關式時力矩開關也同時起作用;力矩開關式,既當電動執行機構帶動閥門開關到位并且閥門阻力負荷產生的力矩值逐步增大并等于電動執行機構預先設定力矩值時,力矩開關動作,切斷電動機電源,電動執行機構停止運行。該庫區電動閥門主要有平行閘閥、蝶閥、球閥,根據這些閥門的操作特性,一般都選擇限位控制方式。

4 故障剖析與維修使用

4.1 故障剖析

該庫區針對電動執行機構建立了一套完整的檢修規程,根據多年維護經驗,與其他設備維修時的故障排查方法一樣,電動執行機構的故障剖析的基本方法:看、聽、摸、查、測等。

4.1.1 看

電動執行機構自診斷信息能通過其液晶顯示器進行查閱,因此控制部分中類似力矩報警、電池報警、缺相等故障均可直觀地被發現,而且機械部分中類似潤滑油泄漏、切換開關損壞、顯示器單元隔爆玻璃進霧氣等小故障也是顯而易見的。

4.1.2 聽

當電動執行機構動作時,發生異響,需要聽聲音發生的部位,以便確認故障點。一般情況下最容易發生異響的是閥門連接處。例如與平板閘閥連接的銅套尺寸與絲桿螺紋規格存在不匹配、缺少潤滑油等原因時,電動執行機構動作時均會產生異響。

4.1.3 摸

雖然電動執行機構將原先利用各種機械裝置實現的控制模式,革新成了以微處理器為控制核心的智能化控制模式,但其傳動電機還是核心組成,因此當電動執行機構不動作并發生嗡響時,應去摸一下執行機構的電機部位,感覺是否發燙,以初步確認電機有無損壞。

4.1.4 查

電動執行機構的故障排查是最繁瑣,也是最關鍵的。電動執行機構按功能可分為兩部分,即控制部分和機械部分。控制部分完成電動執行機構的控制,由卡件、連接線等組成;機械部分完成對閥門的驅動,由馬達、傳動機構等組成。因此,在設備發生故障時,除以上的簡單故障外,更應該根據不同的故障原因和故障現象,從兩個不同的層面著手。

a)控制部分。電動執行機構的控制部分總共有6塊卡件,按其安裝位置從外到里,分別是就地/遠程控制卡、主板、比例反饋卡、繼電器、電源卡和記數卡。

1)就地/遠程控制卡用于接收電動執行機構的遙控/就地控制選擇開關和就地開、關、停命令這5個開關量信號,結構比較簡單。通過閥門目前狀態和選擇開關的實際位置相對照就能判別該卡件的好壞。

2)電動執行機構的主板是其控制中心,帶有狀態顯示窗口和非易失內存。備用電池是主卡的備用電源。主卡故障時往往伴隨著無法進行操作、無法進行功能設定和無法查看電動執行機構狀態指示這3個現象。從該庫區使用的情況來看,尚未出現類似故障。

3)電動執行機構比例反饋卡用于電動執行機構4～20 mA模擬量反饋和控制,該卡安裝在主卡的背面。該卡故障時的明顯現象:模擬量反饋信號與開關量反饋不一致,如電動執行機構關位置開關動作,而模擬量反饋信號不是4 mA或1 V;模擬量控制信號與模擬量反饋信號不一致;固定的模擬量控制信號輸入情況下,電動執行機構有振蕩現象。在根據上面現象確定卡件故障前,根據使用經驗,維護人員先應檢查設定是否正確,設定不正確也會產生上面現象。

4)電動執行機構繼電器卡用于電動執行機構開關量狀態輸出,該卡上有8個繼電器,分別用于8個狀態量輸出。這8個狀態量分別命名為S1～S8,每個開關都可根據需要選擇輸出內容,包括關限位、開限位、開/關力矩動作、就地停、各類報警、電動執行機構狀態等。每個選項還有相關值和常開、常閉供設定。維護人員在排查故障時,可先查看電動執行機構的設定,然后根據測量結果與設定對照,從而排查繼電器的輸出故障。

5)電動執行機構記數卡完成電動執行機構的行程檢測。其故障表現為實際閥門位置跟電動執行機構顯示的閥門開度不一致或顯示的閥門開度在小范圍內漂動,出現類似情況應對記數卡進行更換。

b)機械部分。電動執行機構機械部分大致可分為手動/電動切換裝置、電動執行機構行程記數驅動裝置、電機、主軸、動力傳動齒輪等。其裝配非常嚴謹,因此需要熟悉電動執行機構整體構造,以便進行機械維修。對機械部分解體檢修時必須按下列順序執行。

1)拆下電動執行機構跟閥門的固定螺絲,往上抬高電動執行機構以便拆卸。

2)將手動/電動切換裝置切換至電動位置,否則拆電動執行機構主軸時會損壞該裝置的彈簧片。

3)清空潤滑油。

4)卸下手動開關閥門的手輪,只要將密封用的塑料環抽出就可將手輪卸下。

5)拆下電動執行機構電機,逆時針轉動電機驅動軸取出該軸。

6)拆下電動執行機構和閥門連接處固定主軸的卡簧。這時,主軸可以從安裝手動開關閥門的手輪處安全取出。

7)執行器行程記數驅動裝置只有這時才能拆下,卸下電動執行機構行程記數驅動裝置的磁鐵從安裝主軸位置往外拉出即可。

執行器裝復時按拆卸的順序倒過來就行。在安裝電機時,電機鐵芯外側軸上有一個彈簧,該彈簧沒有任何固定,往鐵芯套線圈時該彈簧容易掉出,引起線圈短路或接地。所以除了安裝時應特別注意外,裝復后上電前應檢查電機的絕緣。

4.1.5 測量部分

電動執行機構維修完成后,需要借助萬用表重新對繼電器輸出、模擬量輸出中的各端子、電機三相等進行測量。同時通過液晶顯示屏對力矩變化進行觀測,結合閥門實際限位對開度變化進行觀測,必要時重新進行設定。在觀測電動執行機構的同時,需同時聽、摸電動執行機構各部位的聲音、溫度等異常情況,確保設備正常運行。

4.2 維修與使用情況

該庫區首批電動執行機構投入運行至今,設備運行總體情況良好,達到庫區安全生產的要求,同時也出現一些缺陷和故障,值得借鑒并反省。

a)操作員工對電動執行機構操作不當。在未對舊有電動執行機構改造前,如出現隔離閥,操作員為防止混油會潛意識對電動執行機構手動切換并關緊,導致機械閥位發生變化。在電動執行機構改造完成后,操作員工的操作習慣尚未完全改變,因此需對電動執行機構改造限位進行多次重新設定,避免導致閥門壽命減少。

b)電動執行機構參數設置不當。由于閥門限位設置不合適以及關力矩設置不當而導致電動執行機構產生自我保護,導致閥門關閉不嚴。一般維護人員通過遙控器現場重新設置參數,即可迅速處理好這類缺陷。根據使用以來的初步統計,此類故障約占缺陷統計的80%。

c)電動執行機構內部電機供電線斷開,通過初步查找仍舊找不到原因;后對電動執行機構進行拆分,發現問題。通過對電機電源線重新連接,消除了故障。此類故障出現1起。

d)電動執行機構電路板件故障。此類故障出現過2起,通過更換電路板或重新啟動電路板即消除了缺陷。

e)電動執行機構顯示器單元隔爆玻璃進霧氣,此類故障出現過1起,通過對顯示器防護罩的更換,消除了缺陷。

從以上分析可以看出,電動執行機構改造中出現的絕大部分問題屬于簡單易處理的缺陷。大部分無須拆開密封外殼就能解決。

5 結束語

電動執行機構在該庫區的使用受到操作及維修人員的歡迎。從該庫區電動執行機構安裝、調試和運行、維修過程中暴露的問題看,在應用及維護保養時,應注意以下問題。

a)根據TnPM設備管理理念,建立系統的電動執行機構操作規程,對相關操作人員進行詳細培訓,引導操作維護人員對電動執行機構進行正確操作。

b)對設備改造時應盡量詳細地測繪各閥門參數以及須精確計算電動執行機構的力矩值,方便調試和維護時參數的設定,更是以后設備維修的保證。

c)安裝和維修電動執行機構時,小心輕放,防止電動執行機構內部振動使電子元件和芯片受到損壞。

d)需編制檢修維護規程,配備檢維修專用工具,確保維修質量,保證電動執行機構正常運行。

e)建立設備電子檔案對每臺電動執行機構運行參數進行登記并備案。

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TP273

B

1007-7324(2011)01-0082-04

2010-12-02(修改稿)。

陳 彬(1983—),男,浙江舟山人,2005年畢業于中國計量學院自動化專業,一直從事自控儀表技術管理工作,任助理工程師。