程控電動閥操作控制回路優(yōu)化

摘 要：電動閥在化工生產(chǎn)中被廣泛應用，我們使用的程控電動閥在實際生產(chǎn)中電氣控制部分有三大問題需要解決。一是拒動，即：電動閥運行到開（或關）限位后存在著并不能可靠的停止運行。二是開（或關）閥限位及開（或關）閥過扭矩限位繼電器損壞嚴重。三是程控電動閥運行狀態(tài)及故障類型的判斷困難。為此我們進行了有針對性的技術改造并取得了相當好的效果。

關鍵詞：分子篩；程控電動閥；拒動、釋能電阻；運行狀態(tài)及故障性質識別

大化公司日產(chǎn)千噸合成氨裝置是由林德公司總成套，采用林德公司空分、甲醇洗、液氨洗專利技術。美國德士古氣化專利技術，丹麥托普索合成專利技術。100號空氣分離工序是接受空壓機來的加工空氣，經(jīng)凈化除去有害雜質后，通過精餾、在低溫下進行分離，為生產(chǎn)合成氨提供高壓氧氣、高壓氮氣、低壓氮氣、液氮、儀表空氣、工廠空氣、液氨產(chǎn)品。

其中的凈化工藝是采用西德林德公司提供的液氮洗裝置，（林德技術及成套），采用分子篩吸附CO2和C2H2等碳氫化合物。兩臺分子篩吸附器并聯(lián)配置，一臺吸附運行、另一臺再生，交替使用，吸附與再生分別在兩個分子篩吸附器中同時進行，交替運行的切換程序是自動進行的。分子篩吸附器程序控制電動閥門開關有15臺，編號是KV-01321、KV-01322、KV-01327、KV-01328、KV-01341、KV-01342、KV-01325、KV-01345、KV-01346、KV-01347、KV-01348、KV-01349、KV-01350、KV-01332、KV-01334。

程控電動閥在實際生產(chǎn)使用中經(jīng)常出現(xiàn)電動閥運行到限位后仍繼續(xù)運行直至到過扭矩才停止（限位沒限制?。?，即我們所說的拒動。出現(xiàn)拒動情況后，現(xiàn)場化工操作員就必須及時到現(xiàn)場手動將閥搖到需要的正常位置，并為下一次程控閥自動循環(huán)做準備。同時電動閥控制系統(tǒng)中的限位繼電器損壞嚴重，為此每年大停檢修中都安排更換一次。另一方面程控電動閥運行狀態(tài)及故障類型的判斷困難。這些問題一直困擾著我們。它們不僅影響著正常生產(chǎn)，同時也消耗著大量的人力和財力。為此對程控電動閥的控制回路進行了較全面的技術改進。

1 程序控制電動閥控制電路對運行狀態(tài)及故障類型的快速識別

由于程控電動閥抽屜柜抽屜的面板位置所限，沒有足夠的地方來增加信號燈等電氣元器件，為此我們采用交流220V雙色信號燈進行相關技術改造，實現(xiàn)了程序控制電動閥運行及故障快速識別。

雙色燈的特點：有三個接線端：X0、X1、X2其中X0是公共接線端，X1、X2為火線。

雙色燈顯示紅色：X0與X1加入220V交流電壓時；

雙色燈顯示綠色：X0與X2加入220V交流電壓時；

雙色燈顯示黃色：紅色、綠色同時亮時（即：混色光）；

1.1 開閥操作

改前：程控電動閥控制回路顯示單一，程控電動閥在開閥操作過程中，圖1中的H1（綠燈）亮，開到限位后H1燈滅。

改后：程控電動閥在開閥操作過程中，圖1中的H1顯示紅色，開到限位后H1燈由紅色變綠色。

1.2 關閥操作

改前：程控電動閥控制回路顯示單一，程控電動閥在開閥操作過程中，圖1中的H2（綠燈）亮，開到限位后H2燈滅。

改后：程控電動閥在開閥操作過程中，圖1中的H2顯示紅色，開到限位后H2燈由紅色變綠色。

1.3 開閥過扭矩

改前：程控電動閥在開閥操作過程中出現(xiàn)過限位并達到過扭矩時，圖1中的H1在開閥操作過程中顯示綠色，其余都不亮，但此時H3故障黃燈亮。表示該程控閥出現(xiàn)故障，因為改前H3故障黃燈是故障綜合的顯示，此時無法判斷具體故障類型。

改后：程控電動閥控制回路顯示單一，程控電動閥在開閥操作過程中出現(xiàn)過限位并達到過扭矩時，圖1中的H1顯示紅色（開閥工作中），開到限位后H1由紅色變綠色（開閥到限位），H1由綠色變黃色（開閥過扭矩）。此時H3故障黃燈同時也亮。由此可以準確判斷故障類型是開閥過扭矩。

1.4 關閥過扭矩

H2信號燈顯示情況參考H1開閥過扭矩動作過程。

2 程控電動閥拒動及因釋能電阻發(fā)熱使得限位繼電器損壞嚴重問題的解決

2.1 問題介紹

兩個問題放在一起解決的原因是：為了解決程控電動閥拒動問題而在限位繼電器線圈兩端并釋能電阻。由于程控電動閥供電的主回路及控制回路都集中在較密集的抽屜內(nèi)，由于空間問題，并接的釋能電阻只能與限位繼電器很近。釋能電阻由于大部分都長期帶電，由此產(chǎn)生大量的熱量，使得限位繼電器故障率很高。使得限位接觸器損壞率非常高（因限位接觸器大都長期帶電及發(fā)熱嚴重使限位接觸器彈簧彈性性能大大減弱，造成接點壓力低，接觸不可靠，限位接觸器的線圈兩端分別并聯(lián)一個8W、10KΩ的電阻，由于大都長期帶電發(fā)熱，使得限位接觸器外殼變色、變形、烤焦而損壞）。每年的大停檢修都要進行對限位接觸器的全面更換（一次大停檢修要更換60個限位接觸器）損失及浪費很大。因為兩個問題互相關聯(lián)，所以解決問題時必須綜合考慮。

15臺程序控制電動閥在投產(chǎn)安裝調試時就出現(xiàn)異常情況，即：程序控制電動閥執(zhí)行到開（關）閥操作過程中，在閥行至開（關）限位并且限位點動作后，閥電動機的運行并沒有停止，直到運行至開（關）閥過扭矩限位接點動作后操作才停止。一是易出現(xiàn)運行過扭矩現(xiàn)象，二是不執(zhí)行程序的開閥、關閥操作命令，此后經(jīng)過德國電氣工程師進行了相應的整改措施，既在開閥限位、關閥限位、開閥過扭矩限位、關閥過扭矩限位接觸器的線圈兩端分別并聯(lián)一個8W、10KΩ的電阻，見圖示1中所示的釋能電阻。在限位接觸器的線圈兩端分別并聯(lián)一個8W 、10KΩ的電阻后，程序控制閥出現(xiàn)的拒動現(xiàn)象大大減少，但沒有根除。而且釋能電阻發(fā)熱嚴重問題也是急待待解決的問題。endprint

2.2 程控電動閥拒動問題分析

限位接觸器的線圈是由銅導線繞成繞組，在交流電回路中可以分解成電阻與電感的串聯(lián)，線圈通過一定的電流IL，在它周圍就建立了磁場，而在磁場中就儲存著一定的磁場能，這種磁場能是由電源供給的電能轉化來的。磁場能量與線圈中電流的平方及線圈電感成反比，既WL=0.5LI2，自感電動勢與繞組電感L和電流的變化率Δi/Δt成正比.當繞組突然從電源上斷開時，電流由一個很大的數(shù)值很快減小到零，也就是說， 電流的變化率Δi/Δt具有很大的數(shù)值，所以線圈中產(chǎn)生的自感電動勢很高。線圈電路的磁場能和電能一樣，不能發(fā)生突變。由于磁場能與線圈電流的平方成正比，所以通過線圈的電流也不能突變。根據(jù)以上理論分析程序控制電動閥電路，既程序控制電動閥電路的限位接觸器的線圈在限位接點從閉合狀態(tài)到打開瞬間，由于限位接觸器磁場能和電能不能發(fā)生突變，通過接觸器線圈的電流也不能突變的原理。限位接觸器的線圈兩端產(chǎn)生自感電動勢，其產(chǎn)生的自感電動勢足夠限位接觸器吸合，通過自然釋放能量才能使得限位接觸器返回。如此可以造成限位接觸器動作出現(xiàn)延時現(xiàn)象，造成程序控制閥在開、關操作運行時時常出現(xiàn)兩種現(xiàn)異常情況的發(fā)生（一是易出現(xiàn)運行過扭矩現(xiàn)象，二是不執(zhí)行程序的開閥）。

2.3 程控電動閥拒動及釋能電阻發(fā)熱問題根本解決

為了從根本上改變程序控制電動閥拒動異常情況的發(fā)生及發(fā)熱嚴重狀況。最佳方案有兩個。方案一：將繼電器由原來較小的自身功耗換成大容量自身功耗的接觸器。這樣就可保證動作的可靠性，繼電器線圈又不用并接電阻。方案二：將操作電源由交流220V改為直流220V，同時將電動閥控制回路中的繼電器都電源由交流220V換成直流220V。并在限位繼電器線圈兩側并接續(xù)流二極管。但都因抽屜柜內(nèi)空間所限，根本無法實現(xiàn)。所以只能從繼電器線圈并電阻的方法解決拒動問題，同時為了減少發(fā)熱，盡可能減少釋能電阻的使用數(shù)量和帶電時間。

2.3.1 將電動閥控制電路中的開閥限位、關閥限位、開閥過扭矩限位、關閥過扭矩限位接點由常閉接點全部改為常開接點，限位繼電器線圈中長時間帶電的由3個減少到一個，相應的釋能電阻發(fā)熱也由3個變成1個。

2.3.2 在操作控制會路中增加了開或關閥過扭矩控制聯(lián)鎖回路（見圖2），當出現(xiàn)過扭矩后聯(lián)鎖開或關閥繼電器線圈斷電。即禁止閥出現(xiàn)過扭矩后的開或關閥的繼續(xù)操作。為此過扭矩限位接觸器線圈兩端并聯(lián)的電阻拆除。又減少了兩處發(fā)熱源。

2.3.3 經(jīng)開或關閥主繼電器接點與釋能電阻做相關聯(lián)鎖（見圖2），開和關限位繼電器由各并接一個改為共用一個釋能電阻，（在開閥或關閥操作執(zhí)行過程中釋能電阻才起作用，將釋能電阻帶電時間縮短到最小，使得釋能電阻發(fā)熱時間減到最?。?。

3 結束語

通過對程控電動閥操作控制回路的技術改造后，程控電動閥拒動情況被消除。每個電動閥操作控制回路僅僅保留一個釋能電阻，而且釋能電阻的帶電時間縮短到最小。限位繼電器因釋能電阻長期通電發(fā)熱，引起限位繼電器故障率高的問題徹底解決。

采用雙色信號燈進行顯示功能的技術改造后，程控電動閥的運行狀態(tài)及故障類型就可以一目了然了。處理問題和發(fā)現(xiàn)問題更及時準確

4 附圖：

作者簡介：王林，男，1962年出生，工程師，本科畢業(yè)，現(xiàn)任遼寧省大連市大化集團有限責任公司合成氨廠電氣技術專責。endprint