Rotork 執(zhí)行機(jī)構(gòu)在輸氣場(chǎng)站的應(yīng)用及故障診斷

楊天龍，王 瑞

（陜西省天然氣股份有限公司，陜西西安 710016）

0 引言

Rotork IQ 系列電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)在陜西省天然氣股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)為“公司”）長(zhǎng)輸管道有著廣泛的應(yīng)用，場(chǎng)站通過(guò)SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition，數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制）系統(tǒng)對(duì)電動(dòng)閥門(mén)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，主要功能有遠(yuǎn)程開(kāi)閥、遠(yuǎn)程關(guān)閥和主要閥門(mén)ESD（Emergency Shutdown Device，緊急停車(chē)系統(tǒng)）控制，還將閥門(mén)開(kāi)狀態(tài)、關(guān)狀態(tài)、運(yùn)行狀態(tài)、遠(yuǎn)程/就地故障等狀態(tài)等開(kāi)關(guān)量信號(hào)采用硬線連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)電動(dòng)閥門(mén)的可靠控制。

1 Rotork IQ 系列電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)

（1）可靠性高。因設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)明、可靠的防爆密封外殼、紅外線設(shè)定及人機(jī)窗口，全面的電器保護(hù)系統(tǒng)，維護(hù)費(fèi)用較低、故障診斷及更換備件較為簡(jiǎn)單，使用者不需要專(zhuān)門(mén)記憶維修調(diào)試過(guò)程。

（2）調(diào)試方便。廠家提供的獨(dú)特本安型手操器在任何環(huán)境中，無(wú)論動(dòng)力電源提供與否，只需DC 9 V 電池供電，即可用紅外線手操器可進(jìn)行簡(jiǎn)單、安全和快速的非侵入式閥門(mén)調(diào)試。

（3）排除故障簡(jiǎn)便。人機(jī)窗口具有背景燈照明，可對(duì)閥門(mén)運(yùn)行狀況、控制和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的報(bào)警圖標(biāo)進(jìn)行查看顯示。用手操器可以查看全面、實(shí)時(shí)的診斷幫助屏幕，通過(guò)幫助屏幕條狀圖形的狀態(tài)就可以知道執(zhí)行機(jī)構(gòu)就地和遠(yuǎn)程控制狀態(tài)、組態(tài)、實(shí)時(shí)閥位、閥門(mén)力矩。

2 Rotork IQ 系列電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)

Rotork IQ 系列電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)主要由手動(dòng)操作、紅外線設(shè)定窗口、就地控制、閥位控制、接線端子箱、電機(jī)及驅(qū)動(dòng)和推力座組成。

（1）手動(dòng)操作（手輪）。在電源故障時(shí)，使用離合器掛入手動(dòng)位，使用手輪進(jìn)行緊急操作。電動(dòng)操作時(shí)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)離合器自動(dòng)轉(zhuǎn)入自動(dòng)模式。

（2）紅外線設(shè)定窗口。通過(guò)密封的有機(jī)玻璃指示窗，無(wú)需打開(kāi)電氣端蓋，使用手操器即可完成執(zhí)行機(jī)構(gòu)的全部設(shè)定和診斷。

（3）就地控制?，F(xiàn)場(chǎng)控制開(kāi)關(guān)旋鈕及就地/停止/遠(yuǎn)程選擇旋鈕采用磁性感應(yīng)結(jié)構(gòu)，沒(méi)有與就地控制板連接的貫通軸，無(wú)密封點(diǎn)，維修簡(jiǎn)單。

（4）閥位控制。霍爾效應(yīng)磁性脈沖探頭可精確地測(cè)量和控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的行程，而不需要齒輪和開(kāi)關(guān)。

（5）接線端子箱。接線端子箱蓋與電氣控制端及電機(jī)進(jìn)行單獨(dú)密封，即使在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行接線，也可保證電氣裝置密封的完整性。

（6）電機(jī)及驅(qū)動(dòng)。電機(jī)軸與蝸桿相互獨(dú)立，便于快速更換。低慣量、高力矩電機(jī)使得電機(jī)啟動(dòng)后可迅速達(dá)到峰值力矩。線圈內(nèi)有精確的溫度傳感器，它不受周?chē)h(huán)境溫度的影響，可以使電機(jī)處于最佳工作環(huán)境。

（7）推力座。IQ35 以下型號(hào)使用可潤(rùn)滑及可拆卸式推力型底座，可在不改變閥位的情況卸下執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

3 Rotork IQ 系列電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的應(yīng)用

（1）控制室Rotork 電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)主要由控制室接線端子、繼電器、輸入和輸出板卡及人機(jī)界面等組成，控制室PLC接線如圖1 所示。DC 24 V 電源采用站控系統(tǒng)供給。主要的控制有遠(yuǎn)程開(kāi)閥、遠(yuǎn)程關(guān)閥，上傳的閥門(mén)狀態(tài)有閥門(mén)全開(kāi)指示、閥門(mén)全關(guān)指示、閥門(mén)運(yùn)行中指示、遠(yuǎn)程/就地指示。進(jìn)出站閥門(mén)采用ESD 單獨(dú)控制回路接入SIS（Safety Instrumented System，安全儀表系統(tǒng)）系統(tǒng)。

圖1 控制室PLC 接線

（2）Rotork 電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)電氣控制部分由主控制板、電源板、數(shù)字閥位指示器、變壓器及接觸器、就地控制板、力矩傳感器、閥位傳感器等組成，Rotork 內(nèi)部接線如圖2 所示。

圖2 Rotork 內(nèi)部接線

（3）接線端子排序號(hào)及定義如下：②①③為AC 380 V 供電電源；為接地線；④為內(nèi)部供電24 V+Ve；⑤為內(nèi)部供電24 V-Ve；⑥⑦為S1 繼電器觸點(diǎn)，設(shè)置為全關(guān)時(shí)閉合；⑧⑨為S2 繼電器觸點(diǎn)，設(shè)置為全開(kāi)時(shí)閉合；⑩為S3 繼電器觸點(diǎn)，設(shè)置為運(yùn)行時(shí)閉合；為S3 繼電器觸點(diǎn)，設(shè)置為就地時(shí)閉合；為緊急保護(hù)ESD 信號(hào)，設(shè)置為常閉失電關(guān)閥；為ESD、開(kāi)、關(guān)聯(lián)鎖功能DC 24 V 公共端-Ve為遠(yuǎn)程開(kāi)閥信號(hào)；為遠(yuǎn)程選擇開(kāi)關(guān)、點(diǎn)動(dòng)/自保持及停止控制端為遠(yuǎn)程關(guān)閥信號(hào)；為遠(yuǎn)程開(kāi)、關(guān)、自保持、停止功能DC 24 V 公共端-Ve；為故障公共端+Ve；為故障狀態(tài)常閉觸點(diǎn)；為故障狀態(tài)常開(kāi)觸點(diǎn)；⑥⑧⑩端子在現(xiàn)場(chǎng)短接。

4 Rotork IQ 系列電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)常見(jiàn)故障診斷

4.1 報(bào)警類(lèi)

4.1.1 閥門(mén)報(bào)警

當(dāng)閥門(mén)動(dòng)作時(shí)的力矩超出執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)定值時(shí)，會(huì)使執(zhí)行機(jī)構(gòu)力矩跳斷并顯示?？赡艿脑蚴牵孩匍y門(mén)過(guò)緊或在開(kāi)關(guān)行程中卡阻；②閥門(mén)所處管道內(nèi)介質(zhì)運(yùn)行技術(shù)指標(biāo)發(fā)生變化（壓力、流量、閥門(mén)兩端壓差等增大）。由于執(zhí)行機(jī)構(gòu)力矩跳斷，則在（開(kāi)閥/關(guān)閥）同方向上的電動(dòng)操作被禁止，圖標(biāo)也將保留。將執(zhí)行機(jī)構(gòu)沿相反方向運(yùn)行即可消除圖標(biāo)。對(duì)閥門(mén)進(jìn)行手動(dòng)操作，確定是本體問(wèn)題時(shí)，對(duì)閥門(mén)進(jìn)行定期盤(pán)活、清洗保養(yǎng)，若是執(zhí)行器問(wèn)題檢查力矩設(shè)定是否合理。

4.1.2 控制報(bào)警

在遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)保持一個(gè)有效的ESD 或聯(lián)鎖信號(hào)（ESD、聯(lián)鎖）實(shí)際存在時(shí)顯示。在ESD 或聯(lián)鎖信號(hào)實(shí)際存在時(shí)，就地和遠(yuǎn)程操作將被禁止。

4.1.3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)報(bào)警

在一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)報(bào)警實(shí)際存在時(shí)顯示?？赡艿脑蚴牵孩匐姍C(jī)溫度保護(hù)跳斷；②斷電時(shí)電池電量過(guò)低；③電源故障；④執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)報(bào)警。當(dāng)報(bào)警存在時(shí)，遠(yuǎn)程/就地電動(dòng)操作會(huì)被禁止動(dòng)作，需要結(jié)合“報(bào)警顯示”和“H 診斷幫助屏幕”對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行檢查。

4.1.4 電池報(bào)警

在執(zhí)行機(jī)構(gòu)檢測(cè)到DC 9 V 電池電壓過(guò)低時(shí)顯示?？赡茉蚴牵孩貲C 9 V 電池電壓低；②電池座因腐蝕或其他原因接觸不良；③電池連接至控制板導(dǎo)線斷路。在AC 380 V 電源接通時(shí)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)如果檢測(cè)到電池電壓低，且執(zhí)行機(jī)構(gòu)電源掉電禁止操作功能［OS］設(shè)置為“ON”時(shí)，電池報(bào)警和執(zhí)行機(jī)構(gòu)報(bào)警圖標(biāo)都將在屏幕上顯示，電動(dòng)操作將被禁止。當(dāng)電池報(bào)警圖標(biāo)顯示時(shí)，應(yīng)盡快更換電池或檢查相連接的導(dǎo)線電池座及連接導(dǎo)線上保險(xiǎn)絲。執(zhí)行機(jī)構(gòu)大約每10 min 檢查一次DC 9 V 電池電壓。更換電池后，電池報(bào)警圖標(biāo)將繼續(xù)顯示10 min，直到下一次檢測(cè)到DC 9 V 電池電壓正常時(shí)，報(bào)警圖標(biāo)才會(huì)消失。

4.2 故障類(lèi)

4.2.1 顯示閥位與實(shí)際閥位不一致故障

顯示閥位與實(shí)際閥位不一致原因如下：①由于電源丟失或電池電量低；②執(zhí)行機(jī)構(gòu)失電時(shí)“關(guān)/開(kāi)閥限位LC/LO”參數(shù)已經(jīng)丟失?？梢杂檬植倨髦匦略O(shè)定“關(guān)/開(kāi)閥限位LC/LO”，若動(dòng)作幾次閥位又發(fā)生漂移，可能是計(jì)數(shù)板損壞，更換計(jì)數(shù)板。

4.2.2 閥桿與閥門(mén)物理限位發(fā)生頂撞原因及處理方法

在全開(kāi)/全關(guān)時(shí)屏幕顯示閥門(mén)處于中間某一位置，閥桿與閥門(mén)物理限位發(fā)生頂撞可能原因是：開(kāi)關(guān)限位設(shè)定不正確或“關(guān)/開(kāi)閥限位LC/LO”參數(shù)已經(jīng)丟失。這時(shí)應(yīng)在閥門(mén)物理限位后反轉(zhuǎn)1 圈，再用手操器重設(shè)“關(guān)/開(kāi)閥限位LC/LO”。

4.2.3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)遠(yuǎn)控不動(dòng)作，就地動(dòng)作正常故障

4.2.3.1 原因

（1）65KA/66KA 繼電器不動(dòng)作。

（3）回路斷路。

（4）內(nèi)部故障。

4.2.3.2 處理方法

（1）測(cè)量遠(yuǎn)程開(kāi)/關(guān)閥信號(hào)是否存在，若存在，則檢查執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)部接線及設(shè)置。

（2）若不存在，檢查65KA/66KA 繼電器電源及觸點(diǎn)是否正常。

（3）信號(hào)和設(shè)置均正常，必要時(shí)更換控制板。

4.2.4 執(zhí)行機(jī)構(gòu)報(bào)警故障

4.2.4.1 原因

執(zhí)行機(jī)構(gòu)遠(yuǎn)控動(dòng)作正常，就地控制位時(shí)顯示“執(zhí)行機(jī)構(gòu)報(bào)警”可能原因是就地控制板損壞。處理方法是執(zhí)行機(jī)構(gòu)斷電，拆開(kāi)前端蓋，更換就地控制板。

（1）執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)置錯(cuò)誤。

（2）內(nèi)部故障。

4.2.4.2 處理方法

（1）檢查各參數(shù)設(shè)定，重新確認(rèn)限位。

（2）斷電，拆開(kāi)前端蓋，更換控制板。

4.2.5 執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作，但沒(méi)有閥位指示故障

原因是圓形磁鋼圈損壞或計(jì)數(shù)器板損壞。處理方法是對(duì)設(shè)備斷電，拆開(kāi)前端蓋及主控制板，更換圓形磁鋼圈或計(jì)數(shù)器，重新設(shè)定“關(guān)/開(kāi)閥限位LC/LO”參數(shù)。

4.2.6 執(zhí)行機(jī)構(gòu)遠(yuǎn)程/就地動(dòng)作正常，但閥位反饋不正確故障

4.2.6.1 原因

（1）執(zhí)行機(jī)構(gòu)無(wú)DC 24 V。

（2）S1、S2、S3 繼電器觸點(diǎn)設(shè)置不正確或損壞。

（3）回路斷路。

4.2.6.2 處理方法

（3）用手操器檢查S1、S2、S3 組繼電器設(shè)置。

（5）以上檢查正常時(shí)，初步分析為電纜斷路，進(jìn)行維修或更換。

4.2.7 執(zhí)行機(jī)構(gòu)遠(yuǎn)程/就地狀態(tài)反饋不正確故障

4.2.7.1 原因

（1）執(zhí)行機(jī)構(gòu)無(wú)DC 24 V。

（2）觸點(diǎn)損壞。

（3）回路斷路。

4.2.7.2 處理方法

4.2.8 執(zhí)行機(jī)構(gòu)屏幕無(wú)顯示故障

4.2.8.1 原因

（1）執(zhí)行機(jī)構(gòu)AC 380 V 掉電后，因DC 9 V 電池電量過(guò)低。

（2）內(nèi)部故障。

4.2.8.2 處理方法

（1）測(cè)量①②③端子間有無(wú)AC 380 V，確保供電正常，并更換DC 9 V 電池。

（2）斷電，檢查執(zhí)行機(jī)構(gòu)電源板保險(xiǎn)絲是否燒斷，必要時(shí)更換電源板。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)Rotork 電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)生故障因素分析，結(jié)合運(yùn)用現(xiàn)場(chǎng)故障排除方法，電氣儀表工作人員能夠快速有效的解決執(zhí)行機(jī)構(gòu)的同類(lèi)故障問(wèn)題，該診斷方法也可為其他品牌及類(lèi)型的智能電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)提供借鑒。