總線型電動(dòng)執(zhí)行器在油氣儲(chǔ)運(yùn)罐區(qū)的應(yīng)用

葉創(chuàng)林

（中海油惠州石化有限公司，廣東惠州 516086）

1 總線電動(dòng)執(zhí)行器應(yīng)用概況

惠州石化儲(chǔ)運(yùn)罐區(qū)在用總線電動(dòng)執(zhí)行器1800臺(tái)，都是Rotork 的IQ 系列電動(dòng)執(zhí)行器。IQ 執(zhí)行器是對(duì)閥門進(jìn)行就地及遠(yuǎn)程電動(dòng)控制的非侵入式自控設(shè)備。它包括電機(jī)、現(xiàn)場(chǎng)控制反轉(zhuǎn)啟動(dòng)器、帶電子邏輯控制的力矩、限位和監(jiān)視裝置。

IQ 執(zhí)行器與P3控制器之間采用Pakscan 總線通信。Pakscan 總線是Rotork 公司開發(fā)的雙線系統(tǒng)，用于對(duì)執(zhí)行器的控制以及數(shù)據(jù)的雙向傳輸。在執(zhí)行器內(nèi)部裝有現(xiàn)場(chǎng)控制卡即Pakscan 模塊，用于組成現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)電纜的環(huán)路布線，系統(tǒng)為數(shù)據(jù)信號(hào)提供了一個(gè)容錯(cuò)的冗余通道。

2 總線型電動(dòng)執(zhí)行器P3控制器的框架圖

2.1 Pakscan環(huán)路系統(tǒng)特點(diǎn)

雙線電纜依次連接每一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制單元，從主控站出發(fā)并返回（圖1），用一根雙芯電纜形成一個(gè)雙線環(huán)路。每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備均具備兩個(gè)方向上冗余的通信通道，Pakscan 充分利用這一特性來(lái)避免線路故障。

圖1 P3控制器及Pakscan總線通信回路結(jié)構(gòu)圖

2.2 電纜故障容錯(cuò)

在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，雙線電纜始終被連續(xù)檢測(cè)。正常工作時(shí)，端口A 是一個(gè)發(fā)送器，端口B 僅為接收器。從主控站發(fā)出20 mA 環(huán)路電流，從端口A 的“出”至端口B 的“入”，再?gòu)亩丝贐 的“出”回至端口A的“入”。端口B 可以通過(guò)電纜來(lái)監(jiān)測(cè)從端口A 發(fā)出的通信信號(hào)。對(duì)于任何原因的通信故障，主控站將停止發(fā)送信號(hào)，每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)模塊將啟動(dòng)“環(huán)路回流”電路，然后主控站開始從端口A 依次關(guān)閉每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)模塊的環(huán)路回流電路，逐漸擴(kuò)大直至找到故障模塊。然后端口B 將作為發(fā)送器并重復(fù)以上程序。當(dāng)此過(guò)程完成后，系統(tǒng)可將故障定位、識(shí)別故障類型，并與故障點(diǎn)兩邊的現(xiàn)場(chǎng)單元保持通信?！碍h(huán)路回流”是Pakscan 系統(tǒng)獨(dú)特的功能，使得系統(tǒng)無(wú)需兩根電纜即可具備雙通信通道。該系統(tǒng)還可以處理電纜短路、控制板短路或接地的故障。

2.3 故障指示

如果電纜發(fā)生故障，Pakscan 可以告知維護(hù)人員故障的位置以及故障類型，主控站的診斷屏幕可以顯示哪一臺(tái)執(zhí)行器啟動(dòng)了環(huán)路回流電路以及該執(zhí)行器在環(huán)路中地址，出現(xiàn)環(huán)路回流的執(zhí)行器的位置與電纜故障點(diǎn)。

2.4 P3控制器的參數(shù)配置

P3控制器主要作用有：①控制現(xiàn)場(chǎng)電動(dòng)執(zhí)行器；②總線電動(dòng)執(zhí)行器信息采集匯總分類后上傳至DCS，用于DCS 對(duì)總線控制器的監(jiān)視和控制。因此P3設(shè)置參數(shù)分為對(duì)上和對(duì)下兩部分。

對(duì)上即為與DCS 通信，在設(shè)置——SerialSettings——設(shè)置Port01、02，為9600、odd。在Modbus 選項(xiàng)中設(shè)置modbusaddress 為200。同時(shí)在HostSettings設(shè)置Port0102ethernet 協(xié)議為Yokogawa。

對(duì)下即為與現(xiàn)場(chǎng)電動(dòng)執(zhí)行器工作，在loopsettings中CurrentSpeed（環(huán)路通信速率），必須與全部環(huán)路中執(zhí)行器設(shè)置的值保持一致，這里采用為600。HighestFCU，即環(huán)路中安裝的執(zhí)行器的最大數(shù)量，也即最高通信地址。第一調(diào)試完成后要做好該回路電動(dòng)執(zhí)行器地址表（地址表要包括回路通信地址、物理地址、位置描述），以方便后需維護(hù)。

3 總線型電動(dòng)執(zhí)行器工作原理

電動(dòng)執(zhí)行器的動(dòng)作流程：控制旋鈕切換至就地操作模式，用就地控制開關(guān)進(jìn)行開閥，將開閥信號(hào)傳遞給就地控制板，就地控制板將信號(hào)轉(zhuǎn)交給主板，主板接受到就地開閥命令，操作交流接觸器閉合觸點(diǎn)，交流接觸器接通電機(jī)電源，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)并帶動(dòng)渦輪蝸桿機(jī)構(gòu)，渦輪蝸桿機(jī)構(gòu)通過(guò)軸套帶動(dòng)閥桿上升，閥桿連接閘板，閥板上提，從而打開工藝管道。通過(guò)計(jì)數(shù)板可以精確測(cè)量執(zhí)行器的行程，測(cè)量反饋閥位信號(hào)給主板，主板進(jìn)行判斷后再進(jìn)行操作交流接觸器，如果開關(guān)到位，發(fā)出命令斷開交流接觸器的觸點(diǎn)，切斷電機(jī)的電源實(shí)現(xiàn)電機(jī)停止，實(shí)現(xiàn)閥位精確控制，如圖2所示。

圖2 執(zhí)行器結(jié)構(gòu)原理

4 Pakscan防雷方法

Pakscan 系統(tǒng)使用三種方法來(lái)防雷。這涉及使用吸收器、壓敏電阻和光電耦合器。

所有雙線網(wǎng)絡(luò)電纜終端點(diǎn)和電纜本身的阻抗水平應(yīng)保持在最低水平。這具有最小化由感應(yīng)電流引起的瞬態(tài)電壓的效果。

雙線回路上的所有元件都具有使用瞬態(tài)吸收器和壓敏電阻組件安裝的電子保護(hù)電路。在雙線電纜上使用正確的終端和連接的屏蔽可減少電磁感應(yīng)信號(hào)的影響。

4.1 Pakscan主站保護(hù)

主站雙線回路通信端口A 和B 均配有吸收器和壓敏電阻，如圖3所示。

圖3 P3控制器防雷結(jié)構(gòu)

吸收器：1500W 浪涌，20V。2.1J。壓敏電阻：460V，17J（10/1000μs）。

4.2 Pakscan現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備保護(hù)

現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備都配有三個(gè)吸收器和一個(gè)壓敏電阻。執(zhí)行器屏蔽連接與機(jī)箱接地有一個(gè)壓敏電阻連接。

在所有情況下，保護(hù)裝置都盡可能靠近電路板上的現(xiàn)場(chǎng)連接，從而將電阻降至最低。

此外，所有回路電路組件和現(xiàn)場(chǎng)連接都與處理器光學(xué)隔離。這確保了現(xiàn)場(chǎng)單元檢測(cè)器的故障電路不會(huì)傳輸?shù)竭B接的執(zhí)行器的電路，使其繼續(xù)工作，如圖4所示。

圖4 電動(dòng)執(zhí)行器防雷結(jié)構(gòu)

按照調(diào)試及注意事項(xiàng)見表1。

表1 安裝調(diào)試及注意事項(xiàng)

5 故障案例分析

5.1 電動(dòng)執(zhí)行器回路斷線故障

（1）通過(guò)P3 控制器確認(rèn)電動(dòng)執(zhí)行器斷點(diǎn)位置，通過(guò)事先的FCU 與物理地址對(duì)照表，確認(rèn)故障點(diǎn)的電動(dòng)執(zhí)行器的位置。

（2）檢查故障點(diǎn)電動(dòng)執(zhí)行器及其前后的電動(dòng)執(zhí)行器供電是否正常，如果正常，否則進(jìn)入下一步。

（3）檢查故障點(diǎn)電動(dòng)執(zhí)行器及其前后的電動(dòng)執(zhí)行器通信參數(shù)是否設(shè)置正常，如地址波特率、掩碼，如果正常，否則進(jìn)入下一步。

（4）重新搜索地址，如果正常，否則進(jìn)入下一步。

（5）打開故障點(diǎn)電動(dòng)執(zhí)行器及其前后的電動(dòng)執(zhí)行器接線盒，脫開電動(dòng)執(zhí)行器的通信線，短接26、27端子，跳過(guò)此臺(tái)電動(dòng)執(zhí)行器，重新搜索地址，逐臺(tái)一排查。

結(jié)論：電動(dòng)執(zhí)行器通信線虛接。

5.2 電動(dòng)執(zhí)行器DCS不能遠(yuǎn)程控制

（1）切換到手動(dòng)操作，閥體和執(zhí)行器無(wú)卡塞，否則進(jìn)入下一步。

（2）通過(guò)就地旋鈕切換到就地，就地開關(guān)旋鈕操作電動(dòng)執(zhí)行器，電機(jī)和交流接觸器正常，則進(jìn)入下一步。

（3）將電動(dòng)執(zhí)行器切換至遠(yuǎn)程狀態(tài)，在P3控制器檢查電動(dòng)執(zhí)行器是否上線，如果正常，則進(jìn)入下一步。

（4）利用P3操作閥門，如果正常，則進(jìn)入下一步。

（5）聯(lián)系DCS 核對(duì)該地址電動(dòng)執(zhí)行器的操作寄存器地址，與廠家核實(shí)地址。

結(jié)論：模擬量地址表錯(cuò)誤。

5.3 ESD觸發(fā)后執(zhí)行器不動(dòng)作

（1）用萬(wàn)用表在電動(dòng)執(zhí)行器脫開接線測(cè)量是否帶電，如果正常，判定DCS 發(fā)現(xiàn)的ESD 信號(hào)正常，則進(jìn)入下一步。

（2）檢查電動(dòng)執(zhí)行器接線到主板的電線是否正常，測(cè)量此通信線如果正常，則進(jìn)入下一步。

（3）檢查電動(dòng)執(zhí)行器參數(shù)配置，如果正常，則進(jìn)入下一步。

結(jié)論：原來(lái)參數(shù)設(shè)置applied 改為removecontract4-NO 改為NC。

5.4 總線回路所有執(zhí)行器掉線

（1）檢查電動(dòng)執(zhí)行器上電是否正常，如果正常，則進(jìn)入下一步。

（2）重新搜索地址，如果正常，則進(jìn)入下一步。

（3）檢查電動(dòng)執(zhí)行器P3通信參數(shù)，則進(jìn)入下一步。

（4）核對(duì)電動(dòng)執(zhí)行器通信參數(shù)與P3通信參數(shù)是否匹配，如波特率、掩碼、FCU 最高地址。

結(jié)論：P3總線控制器設(shè)置出錯(cuò)，NEWSPEED 設(shè)置為110，在回路自動(dòng)搜索時(shí)將現(xiàn)場(chǎng)電動(dòng)執(zhí)行器通信波特率改為為110，導(dǎo)致主機(jī)與從及波特率不一致，無(wú)法正常通信。

6 結(jié)束語(yǔ)

闡述了總線電動(dòng)執(zhí)行器的工作原理，總結(jié)了總線型電動(dòng)執(zhí)行器安裝調(diào)試注意事項(xiàng)和常見故障判斷處理步驟，為總線型電動(dòng)執(zhí)行器在油氣儲(chǔ)運(yùn)罐區(qū)的推廣提供借鑒。