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  

之前介紹電動通風蝶閥在通風器應用，現在介紹智能一體化電動減壓閥故障解決電動減壓閥技術參數  
型號：Y945Y-100I-300 材質：WC6 內部件：304材質 
1 出口蒸汽流量 16-160t/h 

2 進口蒸汽壓力 3.82Mpa 

3 進口蒸汽溫度 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）法蘭標準：HG20592-97

 

智能一體化電動減壓閥故障解決故障分析
    1.現場給水調節閥故障：1閥震蕩、鳴叫，表現在靈敏度調得太高，執行機構產生震蕩；壓力變化太大，執行機構推力不足；調節閥選擇太大，閥常在小開度工作；閥芯和襯套磨損嚴重。2閥動作遲鈍，表現在有堵塞現象；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.鍋爐電動給水調節閥產品選型不佳，主要表現在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調節閥桿不停地上下動作，造成閥桿磨損嚴重3調節時間長使調節閥桿變曲4電動執行器，電機易燒毀。
    3.鍋爐電動給水調節閥與系統匹配程度不夠，主要表現在1給水溫度高一般在102—104℃，使給水調節閥體溫度較高，不利于電機散熱，極易燒毀電動調節閥的電機2電動給水調節閥兩端壓差大，出口壓力隨蒸汽壓力而定，電動給水調節閥兩端壓差大，電動執行器電機輸出力矩大，所以在低負荷時給水調節閥會關不小造成水位不穩3鍋爐汽包液位控制參量時間常數小負荷變化大，調節過程易出現系統震蕩，特別是采用三沖量調節器控制，選取三個參量時間常數都很小，高精度控制且周期較短，若不采取有效的抗干擾措施，給水調節閥桿會上下頻繁動作，造成摩擦、磨損過快，密封處會出現嚴重漏水。
    4.鍋爐電動調節閥使用單相交流電動機作為伺服電動，單相交流電動機有兩個弱點1單機電機都為電容分相式起動。起動力矩比較小，具有調速功能2單機電動機啟動電流卻很大，近7倍額定電流頻繁操作會使電機始終處在大電流的工作狀態，導致電機發熱嚴重時電機燒毀。
   工控儀表的控制信號為0~10mA,即“0”對應儀表的“全關”， “10”對應儀表的“全開”。
      隨著計算機的發展，現代儀表越來越多的由計算機、DCS系統控制，同時也帶來了問題；存在兩種狀態分辨不清（兩種信號都為“0“的狀態） 1）工控儀表的控制信號為”0“， 2）當計算機發生故障時，導致斷信號產生”0“信號。
     為區分兩種狀態，防止誤操作，0~10mA信號逐步淘汰，現在工控儀表的控制信號改為：4~20mA. 即：4mA對應”全關“，20mA對應”全開“



工作原理和功能
閥門的控制量為閥門開度，在應用場合往往會根據實際需要將閥門開或關，或者開到一定程度，甚至動態的以某種規律開關。在傳統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)等參數的因素很多，因此顯示的開啟角度與閥門的實際位置不易達到同步，經常出現明顯的誤差。同時，簡單的模擬量控制提供的信息極為有限，不利于系統的調試和檢修。筆者設計的智能型控制系統采用數字化的方法來控制電動執行機構運行。 
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，接收統一的標準直流信號(如4～20mA的電流信號)，經信號處理及A/D轉換送至微處理器，微處理機將處理后的數據送至顯示單元顯示調節結果，運算處理后產生的控制信號驅動交流電機。此外，系統帶通訊功能，可以接收上位機的指令，進行遠程數字控制。同時也可以在智能控制器本地的人機界面上通過菜單和按鈕實現現場手動控制。 


主要功能描述： 
(1)一體化結構設計，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)具有仿真運行功能，并可根據用戶設定的流量特性曲線運行； 
(3)控制信號斷路故障判斷、報警及保護功能。斷路故障時可使執行機構或開、或關、或保特、或在0～99%之間預置的任意值； 
(4)數字顯示，顯示控制信號值、閥位值、故障類別； 
(5)RS485遠程通訊功能，通過通訊協議在上位機進行編程組態，對過程量、開關量作數據或圖形處理。 
(6)閥門行程自整定，輸入輸出模擬信號自校準。 
系統硬件組成 
智能控制器根據智能化、可靠性高、抗干擾能力強、成本低等原則，控制核心采用8位微處理器MC68HC908SR12(SR12)，電機控制的主電路采用電力電子技術實現。
SR12具有速度快、功能強和價格低等特點。其高工作頻率可達8MHz，有512字節的片內RAM、12K字節的片內FLASH存儲器，14路10位A/D，及SCI、I2C、SPI等通訊接口［1，4］。 
系統應用SR12內部的A/D進行閥門位置信號及輸入控制信號的采集，利用PWM輸出經過濾波后的位置信號，利用I2C總線與外部存儲器AT24C08進行通訊存儲設置值，利用SCI接口通過MAX485與上位機進行數據交換，充分利用了該芯片的內部資源，節約了成本。 



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,可調式減壓閥,水減壓閥,蒸汽減壓閥的控制量為閥門開度，在應用場合往往會根據實際需要將閥門開或關，或者開到一定程度，甚至動態的以某種規律開關。在傳統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)等參數的因素很多，因此顯示的開啟角度與閥門的實際位置不易達到同步，經常出現明顯的誤差。同時，簡單的模擬量控制提供的信息極為有限，不利于系統的調試和檢修。筆者設計的智能型控制系統采用數字化的方法來控制電動執行機構運行。 


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，接收統一的標準直流信號(如4～20mA的電流信號)，經信號處理及A/D轉換送至微處理器，微處理機將處理后的數據送至顯示單元顯示調節結果，運算處理后產生的控制信號驅動交流電機。此外，系統帶通訊功能，可以接收上位機的指令，進行遠程數字控制。同時也可以在智能控制器本地的人機界面上通過菜單和按鈕實現現場手動控制。 
主要功能描述： 
(1)一體化結構設計，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)具有仿真運行功能，并可根據用戶設定的流量特性曲線運行； 
(3)控制信號斷路故障判斷、報警及保護功能。斷路故障時可使執行機構或開、或關、或保特、或在0～99%之間預置的任意值； 
(4)數字顯示，顯示控制信號值、閥位值、故障類別； 
(5)RS485遠程通訊功能，通過通訊協議在上位機進行編程組態，對過程量、開關量作數據或圖形處理。 
(6)閥門行程自整定，輸入輸出模擬信號自校準。 
系統硬件組成 
智能控制器根據智能化、可靠性高、抗干擾能力強、成本低等原則，控制核心采用8位微處理器MC68HC908SR12(SR12)，電機控制的主電路采用電力電子技術實現。
SR12具有速度快、功能強和價格低等特點。其高工作頻率可達8MHz，有512字節的片內RAM、12K字節的片內FLASH存儲器，14路10位A/D，及SCI、I2C、SPI等通訊接口［1，4］。 
系統應用SR12內部的A/D進行閥門位置信號及輸入控制信號的采集，利用PWM輸出經過濾波后的位置信號，利用I2C總線與外部存儲器AT24C08進行通訊存儲設置值，利用SCI接口通過MAX485與上位機進行數據交換，充分利用了該芯片的內部資源，節約了成本。 
2.1信號輸入部分 
利用SR12內部A/D轉換，將輸入的模擬信號和閥門位置反饋的模擬信號進行量化。采用REF02作為A/D的基準電壓，其溫度漂移系數為3PPM/℃。
2.2信號輸出部分 
SR12有3通道8位高速PWM，每個通道有獨立的計數器，可選擇PWM輸入時鐘以產生各種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，其余兩路作為電機控制信號。同時選擇I/O口PTB6作為繼電器開關量輸出的控制信號。 
2.3輸入輸出隔離 
系統在工業現場使用時，涉及到各種儀表、傳感器及執行機構，會由于各種原因引入信號干擾以及各種危險的強電壓信號。為了保證系統的安全，保證檢測的正確性和運行的可靠性，采用光耦LOC210對輸入輸出信號進行隔離。 
2.4通訊部分 
為了完成工業現場遠程控制和組網的需要，系統支持RS485通訊方式。電平轉換芯片采用MAX485。實際工作時，可以與上位機進行遠程通訊，進行運行方式設定并監控運行狀態。 
2.5電機驅動部分 
電機的驅動采用電力電子開關雙向可控硅BTA16。雙向可控硅具有開關速度快、壽命長、無火花和拉弧現象等特點［2］，保證執行機構在高溫條件下的可靠運行，同時有助于對電機的保護。主電路與CPU之間采用光耦MOC302X驅動，如圖3所示，圖中ZL為電機負載。 
在設計中，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動。在實際工作時RC吸收回路的實際參數需要根據電機參數(ZL)的不同確定。 需要注意的是，MOC302X的耐壓是400V，如果電機需要工作在380V下或者電機的反電勢比較大時，要選用MOC308X系列。



2.1信號輸入部分 
利用SR12內部A/D轉換，將輸入的模擬信號和閥門位置反饋的模擬信號進行量化。采用REF02作為A/D的基準電壓，其溫度漂移系數為3PPM/℃。
2.2信號輸出部分 
SR12有3通道8位高速PWM，每個通道有獨立的計數器，可選擇PWM輸入時鐘以產生各種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，其余兩路作為電機控制信號。同時選擇I/O口PTB6作為繼電器開關量輸出的控制信號。 
2.3輸入輸出隔離 
系統在工業現場使用時，涉及到各種儀表、傳感器及執行機構，會由于各種原因引入信號干擾以及各種危險的強電壓信號。為了保證系統的安全，保證檢測的正確性和運行的可靠性，采用光耦LOC210對輸入輸出信號進行隔離。 
2.4通訊部分 
為了完成工業現場遠程控制和組網的需要，系統支持RS485通訊方式。電平轉換芯片采用MAX485。實際工作時，可以與上位機進行遠程通訊，進行運行方式設定并監控運行狀態。 
2.5電機驅動部分 
電機的驅動采用電力電子開關雙向可控硅BTA16。雙向可控硅具有開關速度快、壽命長、無火花和拉弧現象等特點［2］，保證執行機構在高溫條件下的可靠運行，同時有助于對電機的保護。主電路與CPU之間采用光耦MOC302X驅動，如圖3所示，圖中ZL為電機負載。 
在設計中，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動。在實際工作時RC吸收回路的實際參數需要根據電機參數(ZL)的不同確定。 
需要注意的是，MOC302X的耐壓是400V，如果電機需要工作在380V下或者電機的反電勢比較大時，要選用MOC308X系列。1.本電動裝置的安裝形式無原則要求，但電機處于水平狀態，電氣箱蓋處于水平或垂直向上狀態為安裝形式，這樣有利于潤滑、調試、維護和手動操作
  2.安裝時應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.當需要拆卸時，應先將手動手輪旋轉數圈，在閥門稍開狀態下進行；
  6.安裝、拆卸、調試時不可損傷密封面、密封件和防爆型電裝的防爆面，并應在隔爆面上涂防銹油，電氣罩蓋應蓋嚴緊固，以防雨水或潮氣進入
  7.視窗不得與硬物碰撞；
  8.閥門不經常使用時，應定期檢查保養并操作運行，建議每月至少一次，運行時間約10分鐘 采取的措施




    1.電動給水調節閥的選用，按照鍋爐生產系統工藝流程要求選用給水閥門流量可調比應大些。鍋爐給水閥門壓差范圍較大，可達1—3.82Mpa，負荷小時閥門開度小，壓差大，正常運行流量大時壓差較小。運行中調節閥動作較頻繁，可將變頻電動調節閥兩次動作時間，正、反轉動作時間間隔設定較長一些，并設定軟啟動時間較長一些。
    2.電動調節閥的安裝1要求環境溫度應在-25—60℃范圍，相對濕度≤95%，如安裝在露天式高溫場合，應采取防水，降溫措施2調節閥一般應垂直安裝，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增加支承件保護3安裝調節閥的管道一般不要離地面或地板太高，管道高度大于2m時應設置平臺，以利于操作手輪和便于進行維修4調節閥安裝前應對管道進行清洗，排除污物和焊渣，安裝后，為保證不使雜質殘留在閥體內，還應再次對閥門進行清洗5為了使調節閥在發生故障或維修的情況下使生產過程能繼續進行，調節閥應加旁通管路。
    3.采用智能控制器來進行控制，實現控制過程*化，減少電機啟停次數減少閥門磨損，主要表現在內置智能控制模塊是一種自適應多功能控制器，即動作過程始終隨控制信號和閥位反饋偏著自適應調整，可確保以小的啟停次數來實現高的控制精度，從而實現控制過程*化。也可因啟停次數的減少而減少閥門的磨損。另外正反向動作間隔時間設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，功率大，可靠性。強智能型變頻電動給水調節閥伺服電機由單向可逆交流電機改為三相交流電機，由于三相交流電機結構簡單、可靠性強，同體積情況下功率要大近3倍，因此智能變頻給水電動調節閥采用三相交流異步電動機輸出功率加大，可靠性提高。
    5.實行軟啟動可避免對閥門的沖擊，以大力矩的低速度漸進調整閥門開度，并配以柔性軟啟動使啟動電流大大減小，即使負荷變化非常頻繁引起啟動次數很多的場合也不會燒毀電機。在接近設定或極限位置時，變頻器啟動調整電機供電的頻率和電壓，降低電機轉速，以低速度慢慢到達位置，避免因慣性對閥門造成的過度調節和沖撞而施加電制動功能，使執行機構的輸出力矩永遠都不會超過原先設定的關斷力矩。
    6.改善閥門的線性特性，使用更為簡單的閥門，完成復雜的控制。根據閥門的特性，內置智能控制模塊自動調整全行程的運行速度，將全行程運行時間分為10擋，每一檔都以不同的速度運行，通過參數設定來完成設置。同時還具備改善閥門的流量特性，內置智能控制模塊通過參數設定可實行線性、等比近似快開流量特性之間的轉換，滿足給水系統控制要求。
    7.掌握閥門的狀態，閥門的磨損和銹蝕會造成閥門運轉不夠靈活，內置智能模塊內含自診斷、自累加功能，自動提升下限頻率提高電機輸出功率，解決閥門運轉不夠靈活問題。與本產品相關論文：減壓閥裂紋檢修