智能一體化電動(dòng)減壓閥故障解決
上海申弘閥門有限公司
電動(dòng)減壓閥的故障及其解決方法
之前介紹電動(dòng)通風(fēng)蝶閥在通風(fēng)器應(yīng)用,現(xiàn)在介紹智能一體化電動(dòng)減壓閥故障解決電動(dòng)減壓閥技術(shù)參數(shù)
型號:Y945Y-100I-300 材質(zhì):WC6 內(nèi)部件:304材質(zhì)
1 出口蒸汽流量 16-160t/h
2 進(jìn)口蒸汽壓力 3.82Mpa
3 進(jìn)口蒸汽溫度 450℃
4 額定出口蒸氣壓力 4.2Mpa
5 額定出口蒸氣溫度 270℃
6 減溫水壓力 6.4Mpa
7 減溫水溫度 104℃
8 減溫后的壓力 0.685-0.385Mpa
9 閥門總長 L=835mm,法蘭孔,Ф36-20
注:(1)原使用電裝為上儀(MIL智能一體化)電裝; (2)法蘭標(biāo)準(zhǔn):HG20592-97
智能一體化電動(dòng)減壓閥故障解決故障分析
1.現(xiàn)場給水調(diào)節(jié)閥故障:1閥震蕩、鳴叫,表現(xiàn)在靈敏度調(diào)得太高,執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)生震蕩;壓力變化太大,執(zhí)行機(jī)構(gòu)推力不足;調(diào)節(jié)閥選擇太大,閥常在小開度工作;閥芯和襯套磨損嚴(yán)重。2閥動(dòng)作遲鈍,表現(xiàn)在有堵塞現(xiàn)象;填料老化,填料壓的太緊。3泄露量大,閥芯或閥座被腐蝕、磨損;閥座松動(dòng)或螺紋被腐蝕;閥座、閥芯上有異物4填料及上、下閥蓋連接處滲漏,表現(xiàn)在填料壓蓋沒壓緊;閥桿損壞;緊固螺母松動(dòng);密封墊損壞。
2.鍋爐電動(dòng)給水調(diào)節(jié)閥產(chǎn)品選型不佳,主要表現(xiàn)在1鍋爐供水壓力表指針不停地?cái)[動(dòng),供水壓力及水位波動(dòng)較大2調(diào)節(jié)閥桿不停地上下動(dòng)作,造成閥桿磨損嚴(yán)重3調(diào)節(jié)時(shí)間長使調(diào)節(jié)閥桿變曲4電動(dòng)執(zhí)行器,電機(jī)易燒毀。
3.鍋爐電動(dòng)給水調(diào)節(jié)閥與系統(tǒng)匹配程度不夠,主要表現(xiàn)在1給水溫度高一般在102—104℃,使給水調(diào)節(jié)閥體溫度較高,不利于電機(jī)散熱,極易燒毀電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的電機(jī)2電動(dòng)給水調(diào)節(jié)閥兩端壓差大,出口壓力隨蒸汽壓力而定,電動(dòng)給水調(diào)節(jié)閥兩端壓差大,電動(dòng)執(zhí)行器電機(jī)輸出力矩大,所以在低負(fù)荷時(shí)給水調(diào)節(jié)閥會(huì)關(guān)不小造成水位不穩(wěn)3鍋爐汽包液位控制參量時(shí)間常數(shù)小負(fù)荷變化大,調(diào)節(jié)過程易出現(xiàn)系統(tǒng)震蕩,特別是采用三沖量調(diào)節(jié)器控制,選取三個(gè)參量時(shí)間常數(shù)都很小,高精度控制且周期較短,若不采取有效的抗干擾措施,給水調(diào)節(jié)閥桿會(huì)上下頻繁動(dòng)作,造成摩擦、磨損過快,密封處會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重漏水。
4.鍋爐電動(dòng)調(diào)節(jié)閥使用單相交流電動(dòng)機(jī)作為伺服電動(dòng),單相交流電動(dòng)機(jī)有兩個(gè)弱點(diǎn)1單機(jī)電機(jī)都為電容分相式起動(dòng)。起動(dòng)力矩比較小,具有調(diào)速功能2單機(jī)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流卻很大,近7倍額定電流頻繁操作會(huì)使電機(jī)始終處在大電流的工作狀態(tài),導(dǎo)致電機(jī)發(fā)熱嚴(yán)重時(shí)電機(jī)燒毀。
工控儀表的控制信號為0~10mA,即“0”對應(yīng)儀表的“全關(guān)”, “10”對應(yīng)儀表的“全開”。
隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展,現(xiàn)代儀表越來越多的由計(jì)算機(jī)、DCS系統(tǒng)控制,同時(shí)也帶來了問題;存在兩種狀態(tài)分辨不清(兩種信號都為“0“的狀態(tài)) 1)工控儀表的控制信號為”0“, 2)當(dāng)計(jì)算機(jī)發(fā)生故障時(shí),導(dǎo)致斷信號產(chǎn)生”0“信號。
為區(qū)分兩種狀態(tài),防止誤操作,0~10mA信號逐步淘汰,現(xiàn)在工控儀表的控制信號改為:4~20mA. 即:4mA對應(yīng)”全關(guān)“,20mA對應(yīng)”全開“
工作原理和功能
閥門的控制量為閥門開度,在應(yīng)用場合往往會(huì)根據(jù)實(shí)際需要將閥門開或關(guān),或者開到一定程度,甚至動(dòng)態(tài)的以某種規(guī)律開關(guān)。在傳統(tǒng)的模擬控制方式中用時(shí)間、電流的大小來表示閥門的開啟角度。由于影響時(shí)間、電流(電壓)等參數(shù)的因素很多,因此顯示的開啟角度與閥門的實(shí)際位置不易達(dá)到同步,經(jīng)常出現(xiàn)明顯的誤差。同時(shí),簡單的模擬量控制提供的信息極為有限,不利于系統(tǒng)的調(diào)試和檢修。筆者設(shè)計(jì)的智能型控制系統(tǒng)采用數(shù)字化的方法來控制電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)行。
采用MOTOROLA公司單片微處理器和外圍芯片組成智能化的位置控制單元,接收統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)直流信號(如4~20mA的電流信號),經(jīng)信號處理及A/D轉(zhuǎn)換送至微處理器,微處理機(jī)將處理后的數(shù)據(jù)送至顯示單元顯示調(diào)節(jié)結(jié)果,運(yùn)算處理后產(chǎn)生的控制信號驅(qū)動(dòng)交流電機(jī)。此外,系統(tǒng)帶通訊功能,可以接收上位機(jī)的指令,進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)字控制。同時(shí)也可以在智能控制器本地的人機(jī)界面上通過菜單和按鈕實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場手動(dòng)控制。
主要功能描述:
(1)一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),直接接收4~20mA/4~12mA/12~20mA/0~5V/1~5V等控制信號,輸出隔離的4~20mA閥位反饋信號;
(2)具有仿真運(yùn)行功能,并可根據(jù)用戶設(shè)定的流量特性曲線運(yùn)行;
(3)控制信號斷路故障判斷、報(bào)警及保護(hù)功能。斷路故障時(shí)可使執(zhí)行機(jī)構(gòu)或開、或關(guān)、或保特、或在0~99%之間預(yù)置的任意值;
(4)數(shù)字顯示,顯示控制信號值、閥位值、故障類別;
(5)RS485遠(yuǎn)程通訊功能,通過通訊協(xié)議在上位機(jī)進(jìn)行編程組態(tài),對過程量、開關(guān)量作數(shù)據(jù)或圖形處理。
(6)閥門行程自整定,輸入輸出模擬信號自校準(zhǔn)。
系統(tǒng)硬件組成
智能控制器根據(jù)智能化、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、成本低等原則,控制核心采用8位微處理器MC68HC908SR12(SR12),電機(jī)控制的主電路采用電力電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)。
SR12具有速度快、功能強(qiáng)和價(jià)格低等特點(diǎn)。其高工作頻率可達(dá)8MHz,有512字節(jié)的片內(nèi)RAM、12K字節(jié)的片內(nèi)FLASH存儲器,14路10位A/D,及SCI、I2C、SPI等通訊接口[1,4]。
系統(tǒng)應(yīng)用SR12內(nèi)部的A/D進(jìn)行閥門位置信號及輸入控制信號的采集,利用PWM輸出經(jīng)過濾波后的位置信號,利用I2C總線與外部存儲器AT24C08進(jìn)行通訊存儲設(shè)置值,利用SCI接口通過MAX485與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,充分利用了該芯片的內(nèi)部資源,節(jié)約了成本。
工作原理和功能
上海申弘閥門有限公司主營閥門有:減壓閥(氣體減壓閥,可調(diào)式減壓閥,水減壓閥,蒸汽減壓閥的控制量為閥門開度,在應(yīng)用場合往往會(huì)根據(jù)實(shí)際需要將閥門開或關(guān),或者開到一定程度,甚至動(dòng)態(tài)的以某種規(guī)律開關(guān)。在傳統(tǒng)的模擬控制方式中用時(shí)間、電流的大小來表示閥門的開啟角度。由于影響時(shí)間、電流(電壓)等參數(shù)的因素很多,因此顯示的開啟角度與閥門的實(shí)際位置不易達(dá)到同步,經(jīng)常出現(xiàn)明顯的誤差。同時(shí),簡單的模擬量控制提供的信息極為有限,不利于系統(tǒng)的調(diào)試和檢修。筆者設(shè)計(jì)的智能型控制系統(tǒng)采用數(shù)字化的方法來控制電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)行。
采用MOTOROLA公司單片微處理器和外圍芯片組成智能化的位置控制單元,接收統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)直流信號(如4~20mA的電流信號),經(jīng)信號處理及A/D轉(zhuǎn)換送至微處理器,微處理機(jī)將處理后的數(shù)據(jù)送至顯示單元顯示調(diào)節(jié)結(jié)果,運(yùn)算處理后產(chǎn)生的控制信號驅(qū)動(dòng)交流電機(jī)。此外,系統(tǒng)帶通訊功能,可以接收上位機(jī)的指令,進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)字控制。同時(shí)也可以在智能控制器本地的人機(jī)界面上通過菜單和按鈕實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場手動(dòng)控制。
主要功能描述:
(1)一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),直接接收4~20mA/4~12mA/12~20mA/0~5V/1~5V等控制信號,輸出隔離的4~20mA閥位反饋信號;
(2)具有仿真運(yùn)行功能,并可根據(jù)用戶設(shè)定的流量特性曲線運(yùn)行;
(3)控制信號斷路故障判斷、報(bào)警及保護(hù)功能。斷路故障時(shí)可使執(zhí)行機(jī)構(gòu)或開、或關(guān)、或保特、或在0~99%之間預(yù)置的任意值;
(4)數(shù)字顯示,顯示控制信號值、閥位值、故障類別;
(5)RS485遠(yuǎn)程通訊功能,通過通訊協(xié)議在上位機(jī)進(jìn)行編程組態(tài),對過程量、開關(guān)量作數(shù)據(jù)或圖形處理。
(6)閥門行程自整定,輸入輸出模擬信號自校準(zhǔn)。
系統(tǒng)硬件組成
智能控制器根據(jù)智能化、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、成本低等原則,控制核心采用8位微處理器MC68HC908SR12(SR12),電機(jī)控制的主電路采用電力電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)。
SR12具有速度快、功能強(qiáng)和價(jià)格低等特點(diǎn)。其高工作頻率可達(dá)8MHz,有512字節(jié)的片內(nèi)RAM、12K字節(jié)的片內(nèi)FLASH存儲器,14路10位A/D,及SCI、I2C、SPI等通訊接口[1,4]。
系統(tǒng)應(yīng)用SR12內(nèi)部的A/D進(jìn)行閥門位置信號及輸入控制信號的采集,利用PWM輸出經(jīng)過濾波后的位置信號,利用I2C總線與外部存儲器AT24C08進(jìn)行通訊存儲設(shè)置值,利用SCI接口通過MAX485與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,充分利用了該芯片的內(nèi)部資源,節(jié)約了成本。
2.1信號輸入部分
利用SR12內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換,將輸入的模擬信號和閥門位置反饋的模擬信號進(jìn)行量化。采用REF02作為A/D的基準(zhǔn)電壓,其溫度漂移系數(shù)為3PPM/℃。
2.2信號輸出部分
SR12有3通道8位高速PWM,每個(gè)通道有獨(dú)立的計(jì)數(shù)器,可選擇PWM輸入時(shí)鐘以產(chǎn)生各種PWM頻率,并有自動(dòng)相位控制。利用其中一路PWM作為模擬量輸出信號,其余兩路作為電機(jī)控制信號。同時(shí)選擇I/O口PTB6作為繼電器開關(guān)量輸出的控制信號。
2.3輸入輸出隔離
系統(tǒng)在工業(yè)現(xiàn)場使用時(shí),涉及到各種儀表、傳感器及執(zhí)行機(jī)構(gòu),會(huì)由于各種原因引入信號干擾以及各種危險(xiǎn)的強(qiáng)電壓信號。為了保證系統(tǒng)的安全,保證檢測的正確性和運(yùn)行的可靠性,采用光耦LOC210對輸入輸出信號進(jìn)行隔離。
2.4通訊部分
為了完成工業(yè)現(xiàn)場遠(yuǎn)程控制和組網(wǎng)的需要,系統(tǒng)支持RS485通訊方式。電平轉(zhuǎn)換芯片采用MAX485。實(shí)際工作時(shí),可以與上位機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程通訊,進(jìn)行運(yùn)行方式設(shè)定并監(jiān)控運(yùn)行狀態(tài)。
2.5電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分
電機(jī)的驅(qū)動(dòng)采用電力電子開關(guān)雙向可控硅BTA16。雙向可控硅具有開關(guān)速度快、壽命長、無火花和拉弧現(xiàn)象等特點(diǎn)[2],保證執(zhí)行機(jī)構(gòu)在高溫條件下的可靠運(yùn)行,同時(shí)有助于對電機(jī)的保護(hù)。主電路與CPU之間采用光耦MOC302X驅(qū)動(dòng),如圖3所示,圖中ZL為電機(jī)負(fù)載。
在設(shè)計(jì)中,MOC3020的二極管前向電流為15mA,MOC3021和MOC3023分別為8mA和3mA,所以可以由MC68HC908SR12的I/O口采用灌電流方式直接驅(qū)動(dòng)。在實(shí)際工作時(shí)RC吸收回路的實(shí)際參數(shù)需要根據(jù)電機(jī)參數(shù)(ZL)的不同確定。 需要注意的是,MOC302X的耐壓是400V,如果電機(jī)需要工作在380V下或者電機(jī)的反電勢比較大時(shí),要選用MOC308X系列。
2.1信號輸入部分
利用SR12內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換,將輸入的模擬信號和閥門位置反饋的模擬信號進(jìn)行量化。采用REF02作為A/D的基準(zhǔn)電壓,其溫度漂移系數(shù)為3PPM/℃。
2.2信號輸出部分
SR12有3通道8位高速PWM,每個(gè)通道有獨(dú)立的計(jì)數(shù)器,可選擇PWM輸入時(shí)鐘以產(chǎn)生各種PWM頻率,并有自動(dòng)相位控制。利用其中一路PWM作為模擬量輸出信號,其余兩路作為電機(jī)控制信號。同時(shí)選擇I/O口PTB6作為繼電器開關(guān)量輸出的控制信號。
2.3輸入輸出隔離
系統(tǒng)在工業(yè)現(xiàn)場使用時(shí),涉及到各種儀表、傳感器及執(zhí)行機(jī)構(gòu),會(huì)由于各種原因引入信號干擾以及各種危險(xiǎn)的強(qiáng)電壓信號。為了保證系統(tǒng)的安全,保證檢測的正確性和運(yùn)行的可靠性,采用光耦LOC210對輸入輸出信號進(jìn)行隔離。
2.4通訊部分
為了完成工業(yè)現(xiàn)場遠(yuǎn)程控制和組網(wǎng)的需要,系統(tǒng)支持RS485通訊方式。電平轉(zhuǎn)換芯片采用MAX485。實(shí)際工作時(shí),可以與上位機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程通訊,進(jìn)行運(yùn)行方式設(shè)定并監(jiān)控運(yùn)行狀態(tài)。
2.5電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分
電機(jī)的驅(qū)動(dòng)采用電力電子開關(guān)雙向可控硅BTA16。雙向可控硅具有開關(guān)速度快、壽命長、無火花和拉弧現(xiàn)象等特點(diǎn)[2],保證執(zhí)行機(jī)構(gòu)在高溫條件下的可靠運(yùn)行,同時(shí)有助于對電機(jī)的保護(hù)。主電路與CPU之間采用光耦MOC302X驅(qū)動(dòng),如圖3所示,圖中ZL為電機(jī)負(fù)載。
在設(shè)計(jì)中,MOC3020的二極管前向電流為15mA,MOC3021和MOC3023分別為8mA和3mA,所以可以由MC68HC908SR12的I/O口采用灌電流方式直接驅(qū)動(dòng)。在實(shí)際工作時(shí)RC吸收回路的實(shí)際參數(shù)需要根據(jù)電機(jī)參數(shù)(ZL)的不同確定。
需要注意的是,MOC302X的耐壓是400V,如果電機(jī)需要工作在380V下或者電機(jī)的反電勢比較大時(shí),要選用MOC308X系列。1.本電動(dòng)裝置的安裝形式無原則要求,但電機(jī)處于水平狀態(tài),電氣箱蓋處于水平或垂直向上狀態(tài)為安裝形式,這樣有利于潤滑、調(diào)試、維護(hù)和手動(dòng)操作
2.安裝時(shí)應(yīng)保證維修檢查人員拆卸各部件所需的空間;
3.安裝與閥門連接的牙嵌軸向間隙不少于1~2mm
4.與閥門連接的螺栓不得低于8.8級;
5.當(dāng)需要拆卸時(shí),應(yīng)先將手動(dòng)手輪旋轉(zhuǎn)數(shù)圈,在閥門稍開狀態(tài)下進(jìn)行;
6.安裝、拆卸、調(diào)試時(shí)不可損傷密封面、密封件和防爆型電裝的防爆面,并應(yīng)在隔爆面上涂防銹油,電氣罩蓋應(yīng)蓋嚴(yán)緊固,以防雨水或潮氣進(jìn)入
7.視窗不得與硬物碰撞;
8.閥門不經(jīng)常使用時(shí),應(yīng)定期檢查保養(yǎng)并操作運(yùn)行,建議每月至少一次,運(yùn)行時(shí)間約10分鐘 采取的措施
1.電動(dòng)給水調(diào)節(jié)閥的選用,按照鍋爐生產(chǎn)系統(tǒng)工藝流程要求選用給水閥門流量可調(diào)比應(yīng)大些。鍋爐給水閥門壓差范圍較大,可達(dá)1—3.82Mpa,負(fù)荷小時(shí)閥門開度小,壓差大,正常運(yùn)行流量大時(shí)壓差較小。運(yùn)行中調(diào)節(jié)閥動(dòng)作較頻繁,可將變頻電動(dòng)調(diào)節(jié)閥兩次動(dòng)作時(shí)間,正、反轉(zhuǎn)動(dòng)作時(shí)間間隔設(shè)定較長一些,并設(shè)定軟啟動(dòng)時(shí)間較長一些。
2.電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的安裝1要求環(huán)境溫度應(yīng)在-25—60℃范圍,相對濕度≤95%,如安裝在露天式高溫場合,應(yīng)采取防水,降溫措施2調(diào)節(jié)閥一般應(yīng)垂直安裝,特殊情況下可以傾斜。如傾斜角度很大或者閥本身自重太大時(shí)應(yīng)增加支承件保護(hù)3安裝調(diào)節(jié)閥的管道一般不要離地面或地板太高,管道高度大于2m時(shí)應(yīng)設(shè)置平臺,以利于操作手輪和便于進(jìn)行維修4調(diào)節(jié)閥安裝前應(yīng)對管道進(jìn)行清洗,排除污物和焊渣,安裝后,為保證不使雜質(zhì)殘留在閥體內(nèi),還應(yīng)再次對閥門進(jìn)行清洗5為了使調(diào)節(jié)閥在發(fā)生故障或維修的情況下使生產(chǎn)過程能繼續(xù)進(jìn)行,調(diào)節(jié)閥應(yīng)加旁通管路。
3.采用智能控制器來進(jìn)行控制,實(shí)現(xiàn)控制過程*化,減少電機(jī)啟停次數(shù)減少閥門磨損,主要表現(xiàn)在內(nèi)置智能控制模塊是一種自適應(yīng)多功能控制器,即動(dòng)作過程始終隨控制信號和閥位反饋偏著自適應(yīng)調(diào)整,可確保以小的啟停次數(shù)來實(shí)現(xiàn)高的控制精度,從而實(shí)現(xiàn)控制過程*化。也可因啟停次數(shù)的減少而減少閥門的磨損。另外正反向動(dòng)作間隔時(shí)間設(shè)定可有效避免干擾信號對閥門造成的不必要的震動(dòng)。
4.采用三相交流異步電動(dòng)機(jī),功率大,可靠性。強(qiáng)智能型變頻電動(dòng)給水調(diào)節(jié)閥伺服電機(jī)由單向可逆交流電機(jī)改為三相交流電機(jī),由于三相交流電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、可靠性強(qiáng),同體積情況下功率要大近3倍,因此智能變頻給水電動(dòng)調(diào)節(jié)閥采用三相交流異步電動(dòng)機(jī)輸出功率加大,可靠性提高。
5.實(shí)行軟啟動(dòng)可避免對閥門的沖擊,以大力矩的低速度漸進(jìn)調(diào)整閥門開度,并配以柔性軟啟動(dòng)使啟動(dòng)電流大大減小,即使負(fù)荷變化非常頻繁引起啟動(dòng)次數(shù)很多的場合也不會(huì)燒毀電機(jī)。在接近設(shè)定或極限位置時(shí),變頻器啟動(dòng)調(diào)整電機(jī)供電的頻率和電壓,降低電機(jī)轉(zhuǎn)速,以低速度慢慢到達(dá)位置,避免因慣性對閥門造成的過度調(diào)節(jié)和沖撞而施加電制動(dòng)功能,使執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出力矩永遠(yuǎn)都不會(huì)超過原先設(shè)定的關(guān)斷力矩。
6.改善閥門的線性特性,使用更為簡單的閥門,完成復(fù)雜的控制。根據(jù)閥門的特性,內(nèi)置智能控制模塊自動(dòng)調(diào)整全行程的運(yùn)行速度,將全行程運(yùn)行時(shí)間分為10擋,每一檔都以不同的速度運(yùn)行,通過參數(shù)設(shè)定來完成設(shè)置。同時(shí)還具備改善閥門的流量特性,內(nèi)置智能控制模塊通過參數(shù)設(shè)定可實(shí)行線性、等比近似快開流量特性之間的轉(zhuǎn)換,滿足給水系統(tǒng)控制要求。
7.掌握閥門的狀態(tài),閥門的磨損和銹蝕會(huì)造成閥門運(yùn)轉(zhuǎn)不夠靈活,內(nèi)置智能模塊內(nèi)含自診斷、自累加功能,自動(dòng)提升下限頻率提高電機(jī)輸出功率,解決閥門運(yùn)轉(zhuǎn)不夠靈活問題。與本產(chǎn)品相關(guān)論文:減壓閥裂紋檢修