淺談電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)在火電廠的應(yīng)用

陳愫珠

摘 要：隨著科技的發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化程度越來越高，電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)也正逐步走向智能化和數(shù)字化。下面將介紹分析電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作原理、性能特點(diǎn)和在臺(tái)州發(fā)電廠的使用情況，并羅列了電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)在應(yīng)用過程中可能出現(xiàn)的故障和排除方法。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)；閥門；編碼器；轉(zhuǎn)矩

中圖分類號(hào)：TP215 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-6835（2014）05-0001-02

在臺(tái)州發(fā)電廠的閥門電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)中，大部分是智能一體化產(chǎn)品。下文將主要介紹智能型閥門電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)在本廠的應(yīng)用。

1 智能型電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的基本性能

1.1 工作原理

電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)是通過聯(lián)軸機(jī)構(gòu)直接帶動(dòng)蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)，蝸桿帶動(dòng)蝸輪轉(zhuǎn)動(dòng)，再通過離合器帶動(dòng)輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)手、電動(dòng)切換手柄調(diào)在手動(dòng)位置時(shí)，離合器上移，脫開蝸輪與手輪聯(lián)接，轉(zhuǎn)動(dòng)手輪驅(qū)動(dòng)輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)。電動(dòng)操作總是優(yōu)先，除非操作手柄被鎖定在手動(dòng)擋。在輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)帶動(dòng)一對(duì)錐齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過閥位傳感器檢測閥位變化。具體操作如圖1所示。

圖1 電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作原理示意圖

1.2 功能特點(diǎn)

1.2.1 雙密封結(jié)構(gòu)

智能型電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的防護(hù)等級(jí)可達(dá)到IP68.在工程安裝和調(diào)試階段，即使執(zhí)行機(jī)構(gòu)的端子蓋長期打開，由于端子盤與外殼之間第二級(jí)密封的存在，也能阻止灰塵和潮氣進(jìn)入電機(jī)和電氣殼體內(nèi)部，使電機(jī)和控制電路免受侵蝕。這樣，提高了電動(dòng)閥門在電廠凝泵坑、循門坑等特殊環(huán)境下運(yùn)行的可靠性。如圖2所示。

1.2.2 非侵入式結(jié)構(gòu)

非侵入式結(jié)構(gòu)體現(xiàn)在兩個(gè)方面：①操作方式選擇開關(guān)和就地操作旋鈕采用條狀磁鋼控制電氣殼內(nèi)的舌簧管，摒棄了傳統(tǒng)的旋鈕貫通軸；②采用紅外設(shè)定器對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行參數(shù)設(shè)定、更改和調(diào)試，不需要打開執(zhí)行機(jī)構(gòu)的外殼。

圖2 雙密封結(jié)構(gòu)示意圖

1.2.3 絕對(duì)編碼器檢測閥位

智能型電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的閥位檢測使用了先進(jìn)的光電絕對(duì)編碼器，輸出軸帶動(dòng)光電絕對(duì)編碼器轉(zhuǎn)動(dòng)，形成的編碼信號(hào)送入主控芯片計(jì)算出當(dāng)前閥位值，并將其作為閥位顯示信號(hào)。由于絕對(duì)編碼器獲取的是閥位的絕對(duì)信息，掉電和干擾都不會(huì)對(duì)它造成影響，所以檢測得到的閥位始終是正確的。

1.2.4 手、電動(dòng)切換，電動(dòng)優(yōu)先

智能電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)可進(jìn)行手動(dòng)和電動(dòng)切換操作，切換手柄是用于將執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)切換到手動(dòng)操作，如果電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)操作手柄自動(dòng)切換到電動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，便是電動(dòng)優(yōu)先設(shè)計(jì)的結(jié)果。

1.2.5 智能電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)保護(hù)功能

轉(zhuǎn)矩保護(hù)。智能電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩的大小和特性是一個(gè)重要參數(shù)，可以防止執(zhí)行機(jī)構(gòu)在操作過程中轉(zhuǎn)矩，起到保護(hù)閥門和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的作用，轉(zhuǎn)矩保護(hù)定值由設(shè)定器設(shè)定。

閥位限位保護(hù)。智能電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的限位，由行程開關(guān)來控制，當(dāng)閥門運(yùn)行到全關(guān)閉或全打開位置時(shí)，行程開關(guān)動(dòng)作自動(dòng)停止執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)行（與設(shè)定的工作方式有關(guān)）。

自動(dòng)相序調(diào)整。智能電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)自動(dòng)檢測接入電源端子的三相電源的相序，通過邏輯運(yùn)算，決定執(zhí)行機(jī)構(gòu)操作時(shí)將激勵(lì)正轉(zhuǎn)回路或激勵(lì)反轉(zhuǎn)回路的接觸器，確保以正確的相序接通電機(jī)。如果沒有自動(dòng)相序調(diào)整功能，有可能會(huì)因接線相序錯(cuò)誤而損壞閥門。由于有了自動(dòng)相序調(diào)整功能，執(zhí)行機(jī)構(gòu)電源的接線可以不考慮相序。

瞬時(shí)反轉(zhuǎn)保護(hù)。當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)接受向相反方向動(dòng)作的命令時(shí)，自動(dòng)加上一個(gè)時(shí)間延遲，防止對(duì)閥軸和變速箱產(chǎn)生不必要的磨損。

電源缺相保護(hù)。智能電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)還具有電源缺相保護(hù)功能。通過監(jiān)視電壓和電流相結(jié)合的方法，既能檢測電機(jī)靜止時(shí)發(fā)生的電源缺相，又能檢測電機(jī)運(yùn)行時(shí)發(fā)生的電源缺相，從而禁止電機(jī)運(yùn)行，避免缺相運(yùn)行造成電機(jī)過熱。

閥門卡住時(shí)的動(dòng)作。無論執(zhí)行機(jī)構(gòu)向打開方向還是關(guān)閉方向動(dòng)作，在發(fā)出激勵(lì)電機(jī)信號(hào)之后的5～10 s，內(nèi)暫時(shí)禁止轉(zhuǎn)矩保護(hù)功能（如果在上述5～10 s的時(shí)間內(nèi)執(zhí)行機(jī)構(gòu)沒有動(dòng)作，控制電路則會(huì)切斷電機(jī)的供電）。此項(xiàng)功能可以實(shí)現(xiàn)閥門卡住時(shí)的解卡。

過熱保護(hù)。在電機(jī)繞組的端部裝有2個(gè)熱繼電器，直接檢測電機(jī)繞組的溫度。當(dāng)熱繼電器檢測到繞組過熱時(shí)，控制電路將禁止執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作。

電氣保護(hù)。輸入輸出通道均采用光電隔離。

1.2.6 閥位和轉(zhuǎn)矩的檢測

智能執(zhí)行機(jī)構(gòu)的閥位檢測采用絕對(duì)光電編碼技術(shù)，即使主電源掉電或人為改變了閥位，無論有無電池存在，主電源恢復(fù)后閥位仍然正確且永不丟失。執(zhí)行機(jī)構(gòu)可設(shè)定行程范圍很大，輸出軸轉(zhuǎn)數(shù)的累計(jì)值上限可達(dá)2 040轉(zhuǎn)，突破了以往執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)行程的限制。

轉(zhuǎn)矩的檢測是靠檢測電機(jī)的電流和磁通來獲得轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)了對(duì)輸出轉(zhuǎn)矩的連續(xù)測量。通過設(shè)定器來調(diào)整轉(zhuǎn)矩保護(hù)值，可以避免機(jī)械的磨損，并使轉(zhuǎn)矩保護(hù)值長期保持穩(wěn)定。

2 智能電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的調(diào)試

2.1 多回轉(zhuǎn)系列電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)

多回轉(zhuǎn)系列電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用免開蓋遙控器調(diào)試，可以先設(shè)置關(guān)限位，也可以先設(shè)置開限位。以下步驟是以先設(shè)置關(guān)限位再設(shè)置開限位的設(shè)置方法：①首先用電動(dòng)或手動(dòng)的方式將閥門關(guān)到全關(guān)位置，如果用手動(dòng)的方式，將閥門關(guān)到位后，需再將手輪回半圈。②用設(shè)定器進(jìn)入菜單，將開關(guān)切至“就地”位置，一級(jí)設(shè)定選中“行程極限”出現(xiàn)“關(guān)到位”，此時(shí)用設(shè)定器 “回車”鍵確認(rèn)一下，“關(guān)到位” 紅燈會(huì)閃兩下亮，此時(shí)關(guān)限位設(shè)置完畢。之后不用返回菜單，用電動(dòng)或手動(dòng)將閥門開到全開位置，用設(shè)定器“+”或“-”鍵將行程極限“關(guān)到位”改為“開到位”，再用設(shè)定器“回車”鍵確定一下，綠燈亮顯示100%，退出菜單，至此整個(gè)行程極限設(shè)定完畢。

設(shè)定“關(guān)限位”后不需要退出菜單，等“開限位”設(shè)好之后才能退出，設(shè)置過程中閥位不會(huì)變化。

2.2 角行程系列執(zhí)行機(jī)構(gòu)

角行程系列執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用旋鈕調(diào)試，以黑色操作旋鈕和紅色方式旋鈕的執(zhí)行機(jī)構(gòu)為例，調(diào)試步驟如下：①紅色方式旋鈕。分遠(yuǎn)程、就地、停止三種方式。在調(diào)試過程中，先將紅色方式旋鈕放在“停止”位置。在調(diào)試過程中，把紅色方式旋鈕從“停止”調(diào)至“就地”位置相當(dāng)于確認(rèn)，把紅色方式旋鈕從“停止”調(diào)至“遠(yuǎn)程”位置相當(dāng)于退出。②黑色操作旋鈕。分打開、關(guān)閉兩種操作。當(dāng)將紅色方式旋鈕放在“停止”位置時(shí)，用黑色操作旋鈕調(diào)至“關(guān)閉”3 s，可以進(jìn)入設(shè)置菜單，用黑色操作旋鈕調(diào)至“打開”5 s可進(jìn)行一次復(fù)位操作。當(dāng)進(jìn)入菜單后，黑色操作旋鈕相當(dāng)于“+”“-”鍵，用于上、下選擇各功能菜單。

例如，想進(jìn)入H-02菜單設(shè)置行程，操作方法如下：①將紅色方式旋鈕放在“停止”位置，這時(shí)用黑色操作旋鈕調(diào)至“關(guān)閉”3 s進(jìn)入菜單，剛進(jìn)入菜單顯示屏上會(huì)出現(xiàn)H-01，用“+”或“-”鍵進(jìn)行選擇時(shí)依次會(huì)出現(xiàn)H-01，H-02，H-04…H-08。②當(dāng)選定H-02時(shí)，把紅色方式旋鈕從“停止”調(diào)至“就地”位置（相當(dāng)于確認(rèn)進(jìn)入此菜單），此時(shí)顯示屏上顯示H-02 0（H-02 0是關(guān)限位設(shè)定菜單），然后再將紅色方式旋鈕從“就地”調(diào)至“停止”，再調(diào)回至“就地”位時(shí)紅燈閃爍兩下，這樣關(guān)限位就設(shè)定好了。這時(shí)把閥門開到全開（不退出菜單，電動(dòng)或手動(dòng)開均可以），再將“就地”調(diào)回至“停止”位，用黑色操作旋鈕（相當(dāng)于“+”“-”鍵）把H-02 0的“0”改為“1”，顯示屏顯示H-02 1，再把紅色方式旋鈕從“停止”調(diào)至“就地”，綠燈閃兩下，這樣開限位就設(shè)定好了。然后把紅色方式旋鈕從“就地”調(diào)至“停止”位置，再調(diào)回至“遠(yuǎn)程”位置（相當(dāng)于退出菜單），再調(diào)至“停止”位置，最后再放回“遠(yuǎn)程”位置，退出全部菜單，閥門位置就設(shè)定結(jié)束了。

3 常見故障及處理方法

執(zhí)行機(jī)構(gòu)診斷功能具有記錄故障信息功能，使得故障查找更加方便和快捷。

3.1 閥位不變故障

原因分析：電機(jī)空轉(zhuǎn)，未帶動(dòng)編碼器齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)。常見為機(jī)械錯(cuò)誤，例如手動(dòng)/電動(dòng)手柄切換不成功，大扭矩執(zhí)行機(jī)構(gòu)常見此故障，原因是手動(dòng)操作后咬合過緊，導(dǎo)致電動(dòng)時(shí)，手動(dòng)/電動(dòng)手柄不能正常回切。

排除方法：在手動(dòng)操作到位后，再回轉(zhuǎn)2～3圈，可以保證手動(dòng)/電動(dòng)手柄正?；厍小?/p>

3.2 閥位出錯(cuò)故障

原因分析1：手動(dòng)/電動(dòng)切換裝置鎖死，電機(jī)空轉(zhuǎn)。

排除方法：轉(zhuǎn)動(dòng)手輪使執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作到中間閥位，然后就地電動(dòng)操作執(zhí)行機(jī)構(gòu)，可切換到電動(dòng)方式。如未能切換到電動(dòng)方式，則需多次重復(fù)前面的操作步驟。

原因分析2：控制電機(jī)的交流接觸器或固態(tài)繼電器連線松動(dòng)或損壞，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)電機(jī)主或副繞組未接通電源（220 V供電）。

排除方法：壓緊或者直接更換交流接觸器或固態(tài)繼電器上的連線。

原因分析3：執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)部的閥位模塊或主控板相關(guān)的電路元件損壞。

排除方法：更換閥位模塊或主控板。

3.3 關(guān)閥過矩或開閥過矩故障

原因分析1：執(zhí)行機(jī)構(gòu)關(guān)閉過矩或開閥過矩保護(hù)參數(shù)設(shè)置偏小。

排除方法：用設(shè)定器重新設(shè)定關(guān)閉轉(zhuǎn)矩或開閥過矩保護(hù)值（增大），在就地方式下使其來回運(yùn)行2～3個(gè)全行程，不出現(xiàn)關(guān)閥過矩或開閥過矩報(bào)警即可。如果出現(xiàn)過矩報(bào)警，則繼續(xù)調(diào)整過矩保護(hù)值，直到執(zhí)行機(jī)構(gòu)正常運(yùn)行。

原因分析2：執(zhí)行機(jī)構(gòu)選型與現(xiàn)場的運(yùn)行條件不匹配。

排除方法：選擇更大轉(zhuǎn)矩的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

原因分析3：外部有阻礙執(zhí)行機(jī)構(gòu)正常運(yùn)行的因素，例如閥門被卡住。

排除方法：用戶排除影響執(zhí)行機(jī)構(gòu)正常運(yùn)行的因素。

4 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的使用情況和日常維護(hù)

電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)在應(yīng)用中要注意：①電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)參數(shù)設(shè)置不當(dāng)。由于開關(guān)力矩值設(shè)置太低或閥門限位設(shè)置不當(dāng)而導(dǎo)致電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)生過力矩報(bào)警信號(hào)，導(dǎo)致閥門關(guān)閉不嚴(yán)。一般維護(hù)人員通過遙控器現(xiàn)場重新設(shè)置參數(shù)，就可以處理這類問題。②改善電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作環(huán)境和使用條件。電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的可靠性和壽命與其使用情況、所處的環(huán)境條件、操作人員的素質(zhì)等因素有著直接的關(guān)系。在維護(hù)管理上，改善其工作環(huán)境和使用條件，延長使用壽命。

5 結(jié)束語

通過對(duì)智能執(zhí)行機(jī)構(gòu)技術(shù)參數(shù)及現(xiàn)場應(yīng)用的分析，可以得到以下結(jié)論：①智能執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用中文顯示，免開蓋及遙控器調(diào)試，操作、維護(hù)方便；采用非接觸式絕對(duì)編碼器檢測閥位，精度高，抗干擾強(qiáng)，無需電池支持，閥位永遠(yuǎn)正確。②智能執(zhí)行機(jī)構(gòu)性能穩(wěn)定，大大提高了電動(dòng)閥門的運(yùn)行可靠性，減少了檢修工作量，提高了運(yùn)行人員的操作效率。

參考文獻(xiàn)

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〔編輯：王霞〕

On the Electric Actuator Applications in Thermal Power Plants

Chen Suzhu

Abstract： With the development of technology， more and more high degree of automation of industrial production， electric actuators are also gradually moving towards intelligent and digitized. The following describes the analysis of the working principle of electric actuators， performance characteristics and the use of Taizhou Power Plant， and a list of faults and troubleshooting electric actuators that may arise in the application process.