智能一體化電動減壓閥故障解決

                  智能一體化電動減壓閥故障解決
                   上海申弘閥門有限公司

電動減壓閥的故障及其解決方法  

之前介紹電動通風(fēng)蝶閥在通風(fēng)器應(yīng)用，現(xiàn)在介紹智能一體化電動減壓閥故障解決電動減壓閥技術(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；密封墊損壞。
    2.鍋爐電動給水調(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擺動，供水壓力及水位波動較大2調(diào)節(jié)閥桿不停地上下動作，造成閥桿磨損嚴(yán)重3調(diào)節(jié)時間長使調(diào)節(jié)閥桿變曲4電動執(zhí)行器，電機(jī)易燒毀。
    3.鍋爐電動給水調(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，極易燒毀電動調(diào)節(jié)閥的電機(jī)2電動給水調(diào)節(jié)閥兩端壓差大，出口壓力隨蒸汽壓力而定，電動給水調(diào)節(jié)閥兩端壓差大，電動執(zhí)行器電機(jī)輸出力矩大，所以在低負(fù)荷時給水調(diào)節(jié)閥會關(guān)不小造成水位不穩(wěn)3鍋爐汽包液位控制參量時間常數(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，選取三個參量時間常數(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)閥桿會上下頻繁動作，造成摩擦、磨損過快，密封處會出現(xiàn)嚴(yán)重漏水。
    4.鍋爐電動調(diào)節(jié)閥使用單相交流電動機(jī)作為伺服電動，單相交流電動機(jī)有兩個弱點(diǎn)1單機(jī)電機(jī)都為電容分相式起動。起動力矩比較小，具有調(diào)速功能2單機(jī)電動機(jī)啟動電流卻很大，近7倍額定電流頻繁操作會使電機(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，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間、電流的大小來表示閥門的開啟角度。由于影響時間、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，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、報警及保護(hù)功能。斷路故障時可使執(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間、電流的大小來表示閥門的開啟角度。由于影響時間、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，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、報警及保護(hù)功能。斷路故障時可使執(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，每個通道有獨(dú)立的計(jì)數(shù)器，可選擇PWM輸入時鐘以產(chǎn)生各種PWM頻率，并有自動相位控制。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，涉及到各種儀表、傳感器及執(zhí)行機(jī)構(gòu)，會由于各種原因引入信號干擾以及各種危險的強(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，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)動部分 
電機(jī)的驅(qū)動采用電力電子開關(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，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。在實(shí)際工作時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，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，每個通道有獨(dú)立的計(jì)數(shù)器，可選擇PWM輸入時鐘以產(chǎn)生各種PWM頻率，并有自動相位控制。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，涉及到各種儀表、傳感器及執(zhí)行機(jī)構(gòu)，會由于各種原因引入信號干擾以及各種危險的強(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，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)動部分 
電機(jī)的驅(qū)動采用電力電子開關(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，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。在實(shí)際工作時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，要選用MOC308X系列。1.本電動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)和手動操作
  2.安裝時應(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，應(yīng)先將手動手輪旋轉(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，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)行時間約10分鐘 采取的措施




    1.電動給水調(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)荷小時閥門開度小，壓差大，正常運(yùn)行流量大時壓差較小。運(yùn)行中調(diào)節(jié)閥動作較頻繁，可將變頻電動調(diào)節(jié)閥兩次動作時間，正、反轉(zhuǎn)動作時間間隔設(shè)定較長一些，并設(shè)定軟啟動時間較長一些。
    2.電動調(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。另外正反向動作間隔時間設(shè)定可有效避免干擾信號對閥門造成的不必要的震動。
    4.采用三相交流異步電動機(jī)，功率大，可靠性。強(qiáng)智能型變頻電動給水調(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調(diào)節(jié)閥采用三相交流異步電動機(jī)輸出功率加大，可靠性提高。
    5.實(shí)行軟啟動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，并配以柔性軟啟動使啟動電流大大減小，即使負(fù)荷變化非常頻繁引起啟動次數(shù)很多的場合也不會燒毀電機(jī)。在接近設(shè)定或極限位置時，變頻器啟動調(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功能，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出力矩永遠(yuǎn)都不會超過原先設(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調(diào)整全行程的運(yùn)行速度，將全行程運(yùn)行時間分為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