程控電動(dòng)閥操作控制回路優(yōu)化

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

關(guān)鍵詞：分子篩；程控電動(dòng)閥；拒動(dòng)、釋能電阻；運(yùn)行狀態(tài)及故障性質(zhì)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(shù)。美國德士古氣化專利技術(shù)，丹麥托普索合成專利技術(shù)。100號空氣分離工序是接受空壓機(jī)來的加工空氣，經(jīng)凈化除去有害雜質(zhì)后，通過精餾、在低溫下進(jìn)行分離，為生產(chǎn)合成氨提供高壓氧氣、高壓氮?dú)狻⒌蛪旱獨(dú)?、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(shù)及成套），采用分子篩吸附CO2和C2H2等碳?xì)浠衔?。兩臺分子篩吸附器并聯(lián)配置，一臺吸附運(yùn)行、另一臺再生，交替使用，吸附與再生分別在兩個(gè)分子篩吸附器中同時(shí)進(jìn)行，交替運(yùn)行的切換程序是自動(dòng)進(jìn)行的。分子篩吸附器程序控制電動(dòng)閥門開關(guān)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(dòng)閥在實(shí)際生產(chǎn)使用中經(jīng)常出現(xiàn)電動(dòng)閥運(yùn)行到限位后仍繼續(xù)運(yùn)行直至到過扭矩才停止（限位沒限制住），即我們所說的拒動(dòng)。出現(xiàn)拒動(dòng)情況后，現(xiàn)場化工操作員就必須及時(shí)到現(xiàn)場手動(dòng)將閥搖到需要的正常位置，并為下一次程控閥自動(dòng)循環(huán)做準(zhǔn)備。同時(shí)電動(dòng)閥控制系統(tǒng)中的限位繼電器損壞嚴(yán)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(dòng)閥運(yùn)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(shí)也消耗著大量的人力和財(cái)力。為此對程控電動(dòng)閥的控制回路進(jìn)行了較全面的技術(shù)改進(jìn)。

1 程序控制電動(dòng)閥控制電路對運(yùn)行狀態(tài)及故障類型的快速識別

由于程控電動(dòng)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(jìn)行相關(guān)技術(shù)改造，實(shí)現(xiàn)了程序控制電動(dòng)閥運(yùn)行及故障快速識別。

雙色燈的特點(diǎn)：有三個(gè)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(shí)；

雙色燈顯示綠色：X0與X2加入220V交流電壓時(shí)；

雙色燈顯示黃色：紅色、綠色同時(shí)亮?xí)r（即：混色光）；

1.1 開閥操作

改前：程控電動(dòng)閥控制回路顯示單一，程控電動(dòng)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(dòng)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(guān)閥操作

改前：程控電動(dòng)閥控制回路顯示單一，程控電動(dòng)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(dòng)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(dòng)閥在開閥操作過程中出現(xiàn)過限位并達(dá)到過扭矩時(shí)，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(shí)H3故障黃燈亮。表示該程控閥出現(xiàn)故障，因?yàn)楦那癏3故障黃燈是故障綜合的顯示，此時(shí)無法判斷具體故障類型。

改后：程控電動(dòng)閥控制回路顯示單一，程控電動(dòng)閥在開閥操作過程中出現(xiàn)過限位并達(dá)到過扭矩時(shí)，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(shí)H3故障黃燈同時(shí)也亮。由此可以準(zhǔn)確判斷故障類型是開閥過扭矩。

1.4 關(guān)閥過扭矩

H2信號燈顯示情況參考H1開閥過扭矩動(dòng)作過程。

2 程控電動(dòng)閥拒動(dòng)及因釋能電阻發(fā)熱使得限位繼電器損壞嚴(yán)重問題的解決

2.1 問題介紹

兩個(gè)問題放在一起解決的原因是：為了解決程控電動(dòng)閥拒動(dòng)問題而在限位繼電器線圈兩端并釋能電阻。由于程控電動(dòng)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(yán)重使限位接觸器彈簧彈性性能大大減弱，造成接點(diǎn)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(gè)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(jìn)行對限位接觸器的全面更換（一次大停檢修要更換60個(gè)限位接觸器）損失及浪費(fèi)很大。因?yàn)閮蓚€(gè)問題互相關(guān)聯(lián)，所以解決問題時(shí)必須綜合考慮。

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

2.2 程控電動(dòng)閥拒動(dòng)問題分析

限位接觸器的線圈是由銅導(dǎo)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(zhuǎn)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(dòng)勢與繞組電感L和電流的變化率Δi/Δt成正比.當(dāng)繞組突然從電源上斷開時(shí)，電流由一個(gè)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(dòng)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(dòng)閥電路，既程序控制電動(dòng)閥電路的限位接觸器的線圈在限位接點(diǎn)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(dòng)勢，其產(chǎn)生的自感電動(dòng)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(dòng)作出現(xiàn)延時(shí)現(xiàn)象，造成程序控制閥在開、關(guān)操作運(yùn)行時(shí)時(shí)常出現(xiàn)兩種現(xiàn)異常情況的發(fā)生（一是易出現(xiàn)運(yùn)行過扭矩現(xiàn)象，二是不執(zhí)行程序的開閥）。

2.3 程控電動(dòng)閥拒動(dòng)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(dòng)閥拒動(dòng)異常情況的發(fā)生及發(fā)熱嚴(yán)重狀況。最佳方案有兩個(gè)。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(dòng)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(shí)將電動(dòng)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(cè)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(shí)現(xiàn)。所以只能從繼電器線圈并電阻的方法解決拒動(dòng)問題，同時(shí)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(shí)間。

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

2.3.2 在操作控制會路中增加了開或關(guān)閥過扭矩控制聯(lián)鎖回路（見圖2），當(dāng)出現(xiàn)過扭矩后聯(lián)鎖開或關(guān)閥繼電器線圈斷電。即禁止閥出現(xiàn)過扭矩后的開或關(guān)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(guān)閥主繼電器接點(diǎn)與釋能電阻做相關(guān)聯(lián)鎖（見圖2），開和關(guān)限位繼電器由各并接一個(gè)改為共用一個(gè)釋能電阻，（在開閥或關(guān)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(shí)間縮短到最小，使得釋能電阻發(fā)熱時(shí)間減到最?。?。

3 結(jié)束語

通過對程控電動(dòng)閥操作控制回路的技術(shù)改造后，程控電動(dòng)閥拒動(dòng)情況被消除。每個(gè)電動(dòng)閥操作控制回路僅僅保留一個(gè)釋能電阻，而且釋能電阻的帶電時(shí)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(jìn)行顯示功能的技術(shù)改造后，程控電動(dòng)閥的運(yùn)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(shí)準(zhǔn)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(tuán)有限責(zé)任公司合成氨廠電氣技術(shù)專責(zé)。endprint