智能一体化电动减压阀故障解决

                  智能一体化电动减压阀故障解决
                   上海申弘阀门有限公司

电动减压阀的故障及其解决方法  

之前介绍电动通风蝶阀在通风器应用，现在介绍智能一体化电动减压阀故障解决电动减压阀技术参数  
型号：Y945Y-100I-300 材质：WC6 内部件：304材质 
1 出口蒸汽流量 16-160t/h 

2 进口蒸汽压力 3.82Mpa 

3 进口蒸汽温度 450℃ 

4 额定出口蒸气压力 4.2Mpa 

5 额定出口蒸气温度 270℃ 

6 减温水压力 6.4Mpa 

7 减温水温度 104℃ 
8 减温后的压力 0.685-0.385Mpa 
9 阀门总长 L=835mm，法兰孔,Ф36-20 
注：（1）原使用电装为上仪（MIL智能一体化）电装； （2）法兰标准：HG20592-97

 

智能一体化电动减压阀故障解决故障分析
    1.现场给水调节阀故障：1阀震荡、鸣叫，表现在灵敏度调得太高，执行机构产生震荡；压力变化太大，执行机构推力不足；调节阀选择太大，阀常在小开度工作；阀芯和衬套磨损严重。2阀动作迟钝，表现在有堵塞现象；填料老化，填料压的太紧。3泄露量大，阀芯或阀座被腐蚀、磨损；阀座松动或螺纹被腐蚀；阀座、阀芯上有异物4填料及上、下阀盖连接处渗漏，表现在填料压盖没压紧；阀杆损坏；紧固螺母松动；密封垫损坏。
    2.锅炉电动给水调节阀产品选型不佳，主要表现在1锅炉供水压力表指针不停地摆动，供水压力及水位波动较大2调节阀杆不停地上下动作，造成阀杆磨损严重3调节时间长使调节阀杆变曲4电动执行器，电机易烧毁。
    3.锅炉电动给水调节阀与系统匹配程度不够，主要表现在1给水温度高一般在102—104℃，使给水调节阀体温度较高，不利于电机散热，极易烧毁电动调节阀的电机2电动给水调节阀两端压差大，出口压力随蒸汽压力而定，电动给水调节阀两端压差大，电动执行器电机输出力矩大，所以在低负荷时给水调节阀会关不小造成水位不稳3锅炉汽包液位控制参量时间常数小负荷变化大，调节过程易出现系统震荡，特别是采用三冲量调节器控制，选取三个参量时间常数都很小，高精度控制且周期较短，若不采取有效的抗干扰措施，给水调节阀杆会上下频繁动作，造成摩擦、磨损过快，密封处会出现严重漏水。
    4.锅炉电动调节阀使用单相交流电动机作为伺服电动，单相交流电动机有两个弱点1单机电机都为电容分相式起动。起动力矩比较小，具有调速功能2单机电动机启动电流却很大，近7倍额定电流频繁操作会使电机始终处在大电流的工作状态，导致电机发热严重时电机烧毁。
   工控仪表的控制信号为0~10mA,即“0”对应仪表的“全关”， “10”对应仪表的“全开”。
      随着计算机的发展，现代仪表越来越多的由计算机、DCS系统控制，同时也带来了问题；存在两种状态分辨不清（两种信号都为“0“的状态） 1）工控仪表的控制信号为”0“， 2）当计算机发生故障时，导致断信号产生”0“信号。
     为区分两种状态，防止误操作，0~10mA信号逐步淘汰，现在工控仪表的控制信号改为：4~20mA. 即：4mA对应”全关“，20mA对应”全开“



工作原理和功能
阀门的控制量为阀门开度，在应用场合往往会根据实际需要将阀门开或关，或者开到一定程度，甚至动态的以某种规律开关。在传统的模拟控制方式中用时间、电流的大小来表示阀门的开启角度。由于影响时间、电流(电压)等参数的因素很多，因此显示的开启角度与阀门的实际位置不易达到同步，经常出现明显的误差。同时，简单的模拟量控制提供的信息极为有限，不利于系统的调试和检修。笔者设计的智能型控制系统采用数字化的方法来控制电动执行机构运行。 
采用MOTOROLA公司单片微处理器和外围芯片组成智能化的位置控制单元，接收统一的标准直流信号(如4～20mA的电流信号)，经信号处理及A/D转换送至微处理器，微处理机将处理后的数据送至显示单元显示调节结果，运算处理后产生的控制信号驱动交流电机。此外，系统带通讯功能，可以接收上位机的指令，进行远程数字控制。同时也可以在智能控制器本地的人机界面上通过菜单和按钮实现现场手动控制。 


主要功能描述： 
(1)一体化结构设计，直接接收4～20mA/4～12mA/12～20mA/0～5V/1～5V等控制信号，输出隔离的4～20mA阀位反馈信号； 
(2)具有仿真运行功能，并可根据用户设定的流量特性曲线运行； 
(3)控制信号断路故障判断、报警及保护功能。断路故障时可使执行机构或开、或关、或保特、或在0～99%之间预置的任意值； 
(4)数字显示，显示控制信号值、阀位值、故障类别； 
(5)RS485远程通讯功能，通过通讯协议在上位机进行编程组态，对过程量、开关量作数据或图形处理。 
(6)阀门行程自整定，输入输出模拟信号自校准。 
系统硬件组成 
智能控制器根据智能化、可靠性高、抗干扰能力强、成本低等原则，控制核心采用8位微处理器MC68HC908SR12(SR12)，电机控制的主电路采用电力电子技术实现。
SR12具有速度快、功能强和价格低等特点。其高工作频率可达8MHz，有512字节的片内RAM、12K字节的片内FLASH存储器，14路10位A/D，及SCI、I2C、SPI等通讯接口［1，4］。 
系统应用SR12内部的A/D进行阀门位置信号及输入控制信号的采集，利用PWM输出经过滤波后的位置信号，利用I2C总线与外部存储器AT24C08进行通讯存储设置值，利用SCI接口通过MAX485与上位机进行数据交换，充分利用了该芯片的内部资源，节约了成本。 



工作原理和功能
上海申弘阀门有限公司主营阀门有：减压阀(气体减压阀,可调式减压阀,水减压阀,蒸汽减压阀的控制量为阀门开度，在应用场合往往会根据实际需要将阀门开或关，或者开到一定程度，甚至动态的以某种规律开关。在传统的模拟控制方式中用时间、电流的大小来表示阀门的开启角度。由于影响时间、电流(电压)等参数的因素很多，因此显示的开启角度与阀门的实际位置不易达到同步，经常出现明显的误差。同时，简单的模拟量控制提供的信息极为有限，不利于系统的调试和检修。笔者设计的智能型控制系统采用数字化的方法来控制电动执行机构运行。 


采用MOTOROLA公司单片微处理器和外围芯片组成智能化的位置控制单元，接收统一的标准直流信号(如4～20mA的电流信号)，经信号处理及A/D转换送至微处理器，微处理机将处理后的数据送至显示单元显示调节结果，运算处理后产生的控制信号驱动交流电机。此外，系统带通讯功能，可以接收上位机的指令，进行远程数字控制。同时也可以在智能控制器本地的人机界面上通过菜单和按钮实现现场手动控制。 
主要功能描述： 
(1)一体化结构设计，直接接收4～20mA/4～12mA/12～20mA/0～5V/1～5V等控制信号，输出隔离的4～20mA阀位反馈信号； 
(2)具有仿真运行功能，并可根据用户设定的流量特性曲线运行； 
(3)控制信号断路故障判断、报警及保护功能。断路故障时可使执行机构或开、或关、或保特、或在0～99%之间预置的任意值； 
(4)数字显示，显示控制信号值、阀位值、故障类别； 
(5)RS485远程通讯功能，通过通讯协议在上位机进行编程组态，对过程量、开关量作数据或图形处理。 
(6)阀门行程自整定，输入输出模拟信号自校准。 
系统硬件组成 
智能控制器根据智能化、可靠性高、抗干扰能力强、成本低等原则，控制核心采用8位微处理器MC68HC908SR12(SR12)，电机控制的主电路采用电力电子技术实现。
SR12具有速度快、功能强和价格低等特点。其高工作频率可达8MHz，有512字节的片内RAM、12K字节的片内FLASH存储器，14路10位A/D，及SCI、I2C、SPI等通讯接口［1，4］。 
系统应用SR12内部的A/D进行阀门位置信号及输入控制信号的采集，利用PWM输出经过滤波后的位置信号，利用I2C总线与外部存储器AT24C08进行通讯存储设置值，利用SCI接口通过MAX485与上位机进行数据交换，充分利用了该芯片的内部资源，节约了成本。 
2.1信号输入部分 
利用SR12内部A/D转换，将输入的模拟信号和阀门位置反馈的模拟信号进行量化。采用REF02作为A/D的基准电压，其温度漂移系数为3PPM/℃。
2.2信号输出部分 
SR12有3通道8位高速PWM，每个通道有独立的计数器，可选择PWM输入时钟以产生各种PWM频率，并有自动相位控制。利用其中一路PWM作为模拟量输出信号，其余两路作为电机控制信号。同时选择I/O口PTB6作为继电器开关量输出的控制信号。 
2.3输入输出隔离 
系统在工业现场使用时，涉及到各种仪表、传感器及执行机构，会由于各种原因引入信号干扰以及各种危险的强电压信号。为了保证系统的安全，保证检测的正确性和运行的可靠性，采用光耦LOC210对输入输出信号进行隔离。 
2.4通讯部分 
为了完成工业现场远程控制和组网的需要，系统支持RS485通讯方式。电平转换芯片采用MAX485。实际工作时，可以与上位机进行远程通讯，进行运行方式设定并监控运行状态。 
2.5电机驱动部分 
电机的驱动采用电力电子开关双向可控硅BTA16。双向可控硅具有开关速度快、寿命长、无火花和拉弧现象等特点［2］，保证执行机构在高温条件下的可靠运行，同时有助于对电机的保护。主电路与CPU之间采用光耦MOC302X驱动，如图3所示，图中ZL为电机负载。 
在设计中，MOC3020的二极管前向电流为15mA,MOC3021和MOC3023分别为8mA和3mA，所以可以由MC68HC908SR12的I/O口采用灌电流方式直接驱动。在实际工作时RC吸收回路的实际参数需要根据电机参数(ZL)的不同确定。 需要注意的是，MOC302X的耐压是400V，如果电机需要工作在380V下或者电机的反电势比较大时，要选用MOC308X系列。



2.1信号输入部分 
利用SR12内部A/D转换，将输入的模拟信号和阀门位置反馈的模拟信号进行量化。采用REF02作为A/D的基准电压，其温度漂移系数为3PPM/℃。
2.2信号输出部分 
SR12有3通道8位高速PWM，每个通道有独立的计数器，可选择PWM输入时钟以产生各种PWM频率，并有自动相位控制。利用其中一路PWM作为模拟量输出信号，其余两路作为电机控制信号。同时选择I/O口PTB6作为继电器开关量输出的控制信号。 
2.3输入输出隔离 
系统在工业现场使用时，涉及到各种仪表、传感器及执行机构，会由于各种原因引入信号干扰以及各种危险的强电压信号。为了保证系统的安全，保证检测的正确性和运行的可靠性，采用光耦LOC210对输入输出信号进行隔离。 
2.4通讯部分 
为了完成工业现场远程控制和组网的需要，系统支持RS485通讯方式。电平转换芯片采用MAX485。实际工作时，可以与上位机进行远程通讯，进行运行方式设定并监控运行状态。 
2.5电机驱动部分 
电机的驱动采用电力电子开关双向可控硅BTA16。双向可控硅具有开关速度快、寿命长、无火花和拉弧现象等特点［2］，保证执行机构在高温条件下的可靠运行，同时有助于对电机的保护。主电路与CPU之间采用光耦MOC302X驱动，如图3所示，图中ZL为电机负载。 
在设计中，MOC3020的二极管前向电流为15mA,MOC3021和MOC3023分别为8mA和3mA，所以可以由MC68HC908SR12的I/O口采用灌电流方式直接驱动。在实际工作时RC吸收回路的实际参数需要根据电机参数(ZL)的不同确定。 
需要注意的是，MOC302X的耐压是400V，如果电机需要工作在380V下或者电机的反电势比较大时，要选用MOC308X系列。1.本电动装置的安装形式无原则要求，但电机处于水平状态，电气箱盖处于水平或垂直向上状态为安装形式，这样有利于润滑、调试、维护和手动操作
  2.安装时应保证维修检查人员拆卸各部件所需的空间；
  3.安装与阀门连接的牙嵌轴向间隙不少于1~2mm
  4.与阀门连接的螺栓不得低于8.8级；
  5.当需要拆卸时，应先将手动手轮旋转数圈，在阀门稍开状态下进行；
  6.安装、拆卸、调试时不可损伤密封面、密封件和防爆型电装的防爆面，并应在隔爆面上涂防锈油，电气罩盖应盖严紧固，以防雨水或潮气进入
  7.视窗不得与硬物碰撞；
  8.阀门不经常使用时，应定期检查保养并操作运行，建议每月至少一次，运行时间约10分钟 采取的措施




    1.电动给水调节阀的选用，按照锅炉生产系统工艺流程要求选用给水阀门流量可调比应大些。锅炉给水阀门压差范围较大，可达1—3.82Mpa，负荷小时阀门开度小，压差大，正常运行流量大时压差较小。运行中调节阀动作较频繁，可将变频电动调节阀两次动作时间，正、反转动作时间间隔设定较长一些，并设定软启动时间较长一些。
    2.电动调节阀的安装1要求环境温度应在-25—60℃范围，相对湿度≤95%，如安装在露天式高温场合，应采取防水，降温措施2调节阀一般应垂直安装，特殊情况下可以倾斜。如倾斜角度很大或者阀本身自重太大时应增加支承件保护3安装调节阀的管道一般不要离地面或地板太高，管道高度大于2m时应设置平台，以利于操作手轮和便于进行维修4调节阀安装前应对管道进行清洗，排除污物和焊渣，安装后，为保证不使杂质残留在阀体内，还应再次对阀门进行清洗5为了使调节阀在发生故障或维修的情况下使生产过程能继续进行，调节阀应加旁通管路。
    3.采用智能控制器来进行控制，实现控制过程*化，减少电机启停次数减少阀门磨损，主要表现在内置智能控制模块是一种自适应多功能控制器，即动作过程始终随控制信号和阀位反馈偏着自适应调整，可确保以小的启停次数来实现高的控制精度，从而实现控制过程*化。也可因启停次数的减少而减少阀门的磨损。另外正反向动作间隔时间设定可有效避免干扰信号对阀门造成的不必要的震动。
    4.采用三相交流异步电动机，功率大，可靠性。强智能型变频电动给水调节阀伺服电机由单向可逆交流电机改为三相交流电机，由于三相交流电机结构简单、可靠性强，同体积情况下功率要大近3倍，因此智能变频给水电动调节阀采用三相交流异步电动机输出功率加大，可靠性提高。
    5.实行软启动可避免对阀门的冲击，以大力矩的低速度渐进调整阀门开度，并配以柔性软启动使启动电流大大减小，即使负荷变化非常频繁引起启动次数很多的场合也不会烧毁电机。在接近设定或极限位置时，变频器启动调整电机供电的频率和电压，降低电机转速，以低速度慢慢到达位置，避免因惯性对阀门造成的过度调节和冲撞而施加电制动功能，使执行机构的输出力矩永远都不会超过原先设定的关断力矩。
    6.改善阀门的线性特性，使用更为简单的阀门，完成复杂的控制。根据阀门的特性，内置智能控制模块自动调整全行程的运行速度，将全行程运行时间分为10挡，每一档都以不同的速度运行，通过参数设定来完成设置。同时还具备改善阀门的流量特性，内置智能控制模块通过参数设定可实行线性、等比近似快开流量特性之间的转换，满足给水系统控制要求。
    7.掌握阀门的状态，阀门的磨损和锈蚀会造成阀门运转不够灵活，内置智能模块内含自诊断、自累加功能，自动提升下限频率提高电机输出功率，解决阀门运转不够灵活问题。与本产品相关论文：减压阀裂纹检修