張愛霞

（天津津濱石化設備有限公司，天津 300270）

1 工藝概況

中沙石化高密度聚乙烯裝置儲料罐V4001 底部共有四條排料線，分別為SAS A、SAS B、LV40005A線及LV40005B 線。在正常工況下，V4001 底部通過SAS A 及SAS B 線進行交替排料。當SAS 系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，要將V4001 的出料切換至備用排料線LV40005A/B 進行排料，而LV40005A/B 排料線的柱塞閥位于反應框架12 樓，且均為手動柱塞閥，當SAS 異常需要需打開LV40005A/B 備用排料線閥門時，操作人員從外操間到12 樓進行手動操作直至打開閥門至少需要30min，排料閥門不能及時打開易造成儲料罐V4001 料位高高報警，從而聯(lián)鎖反應造成高密生產(chǎn)裝置全面停車。

為方便人員操作，避免裝置停車，對LV40005A/B排料線的手動柱塞閥進行技術改造，在現(xiàn)有柱塞閥的基礎上增加羅托克（Rotork）IQ 智能型電動執(zhí)行機構，實現(xiàn)現(xiàn)場就地控制和中控室遠程控制，縮短閥門的開關時間。

2 工作原理

執(zhí)行機構又稱執(zhí)行器，是一種自動控制領域常用的機電一體化設備，是自動化儀表的三大組成部分（檢測設備、調(diào)節(jié)設備和執(zhí)行設備）中的執(zhí)行設備。主要對一些設備和裝置進行自動操作，代替人工作業(yè)。

IQ 智能型電動執(zhí)行機構是英國羅托克（Rotork）公司推出的第二代電動執(zhí)行機構，它的基型是Rotork 多轉電動執(zhí)行機構，在此基礎上增加微處理器、外圍芯片電路和軟件實現(xiàn)智能控制。它采用紅外線手操器設置執(zhí)行機構參數(shù)和現(xiàn)場調(diào)試，實現(xiàn)無需“開蓋”調(diào)試技術。它的限位機構通過霍爾傳感器產(chǎn)生數(shù)字信號來設定，力矩保護通過測定電機電流和磁場來獲得。IQ35 智能型電動執(zhí)行機構通過電子傳感器取代常規(guī)的計數(shù)器傳動機構及凸輪開關組件，便于局部工況監(jiān)視及安全保障，并簡化了調(diào)試工作。

3 操作方法

IQ 執(zhí)行器帶有安裝底座和輸出驅動連接裝置，自帶的手輪可在電源中斷時手動操作閥門。在電動操作執(zhí)行器期間，手輪通過機械傳動與驅動裝置脫開。如使用手輪操作，需按下手動/自動選擇切換手柄，旋轉手輪則可掛上離合器，松開后手輪將保持嚙合手動狀態(tài)。在電動操作開始時，執(zhí)行器將自動返回電機驅動方式，手輪自動脫離而無需再搬動手柄。

在執(zhí)行器電氣控制端蓋上配置兩個開關，一個是紅色的“就地/停止/遠程”選擇開關，另一個是黑色的“開閥/關閥”開關。將選擇開關打至“就地”位置時，使用相鄰的開閥/關閥開關就地開閥、關閥。選擇開關打至遠程時，可通過來自DCS 的命令控制開關閥。打至停止位置時，閥門停止運轉。

4 主要組成

1）電機

IQ 執(zhí)行器具有高力矩、低慣性的三相F 級絕緣鼠籠式電機，用于把電能轉化為機械能，驅動執(zhí)行機構動作。在標準電壓下，以33%的額定輸出力矩、25%的周期長度系數(shù)運行15min，其溫升不超過B 級絕緣的允許值。通過一個緊急狀態(tài)下具有旁路功能的埋入式溫度保護器，可防止電機燒毀。

2）電源模塊

IQ 執(zhí)行器電源模塊包括：一個機電聯(lián)鎖接觸啟動器、一個為內(nèi)部控制電路供電的電源模塊，該電源模塊由取自電源中的兩相來供電的變壓器提供電源，一個由整流電路整流成直流24V DC、5W 的用戶電源模塊，該電源用于執(zhí)行器的遠程控制，一個相同步(Syncrophase)電路，用于提供了相序調(diào)整和掉相保護。

3）控制模塊

IQ 執(zhí)行器包括單片集成電路、執(zhí)行器邏輯控制硬連線、用于外部設定的紅外線接口和可通過PC查詢的IQ-Insight 組態(tài)及數(shù)據(jù)記錄器。內(nèi)置數(shù)據(jù)記錄器可隨時記錄運行數(shù)據(jù)、閥門力矩/位置分布情況及統(tǒng)計信息。

4）力矩和閥位控制器

輸出力矩可以通過直接測量帶負載時蝸桿的位移而獲得，且不受電壓、頻率、溫度波動的影響。在行程中間啟動或者反轉時，高慣量負載將使力矩跳斷。如收到開閥/關閥信號后未驅動閥門動作，“閥門卡住”的保護電路將使電機電源斷開。閥位控制使用簡單的無觸點式編碼器，運行可靠。

5 IQ 執(zhí)行器安裝

1）現(xiàn)場實測定制過渡法蘭、連接軸套等，確保與現(xiàn)場原閥門匹配

2）拆卸原來手動閥減速箱及手輪

由于原來的閥門為手動柱塞閥，現(xiàn)改為Rotork電動執(zhí)行機構，則需要拆除原來的手動執(zhí)行機構和手輪，安裝過度法蘭、減速機構，以實現(xiàn)Rotork 電動執(zhí)行機構與原來閥門固定連接。拆除舊的執(zhí)行機構前，必須經(jīng)過確認泄壓完全，閥內(nèi)無壓力，確保操作安全。

3）組裝匹配的減速機構

根據(jù)現(xiàn)場原柱塞閥的設備實際情況，為保證執(zhí)行器與原來閥門匹配，選用的智能執(zhí)行器型號為IQ35F16B4，該執(zhí)行器的底座為可拆卸非推力式底座，帶有標準的法蘭和驅動軸套， 軸套為實心軸套，需要重新加工組裝。

（1）拆卸驅動軸承套重新加工：①卸下底盤的四個螺栓，確保底盤安全，卸下底盤可看到驅動軸套和卡簧；②用外卡簧鉗脹開卡簧，同時向外拉動驅動軸套。驅動軸套將從執(zhí)行器中心套筒上脫開，但卡簧仍留在軸套的槽中；③將驅動軸承套送至生產(chǎn)廠家，按照閥桿尺寸進行加工使其適用于閥桿。

（2）重新組裝驅動軸套：①潤滑驅動軸套和卡簧，將卡簧裝入驅動軸套的槽中；②將驅動軸套送入執(zhí)行器中心套筒底部，對準鍵和槽。在驅動軸套推入中心套筒時，脹開卡簧，驅動軸套將繼續(xù)進入； ③放開卡簧，確?？ɑ烧_卡進驅動軸套和中心套筒的槽中；④重新安裝底盤并用四個螺栓固定緊。

4）固定新的執(zhí)行器至連接法蘭

將執(zhí)行器與底座連為一體，將已加工的驅動軸套按位置要求裝入底座，將執(zhí)行器吊裝，降低執(zhí)行器到閥桿螺紋上，將執(zhí)行器切換到手動模式，向開閥方向旋轉手輪，使驅動軸套與閥桿嚙合，繼續(xù)旋轉直到執(zhí)行器落實到閥門法蘭上，再旋轉兩圈，安裝固定螺栓并上緊。在執(zhí)行器驅動軸套與閥桿全部嚙合，執(zhí)行器與閥門的法蘭吻合之前，執(zhí)行器被吊裝設備吊起以方便安裝。

6 電纜敷設及接線

1）電纜敷設

至IQ 執(zhí)行器接線端子盒敷設動力電纜和控制電纜各300m，動力電纜起點為高密變電所低壓配電柜備用抽屜單元，控制電纜起點為DCS 室控制柜。動力電纜和控制電纜均沿著反應框架電纜橋架敷設，至電動閥IQ 執(zhí)行器附近時配保護鋼管，電纜穿鋼管敷設至電動閥接線盒。

2）接線

打開端蓋，使用6mm 的六角扳手松開四個固定螺栓，不能使用螺絲刀撬開端蓋，防止損壞密封圈和防爆面。

（1）動力電纜接線

動力電纜為執(zhí)行器內(nèi)部的三相交流電動機提供動力電源，前三芯接至端子1、2、3，第四芯保護接地線接至外殼接地端子。

（2）控制電纜接線

控制電纜提供來自儀表DCS 的開閥、關閥干接點命令和手自動狀態(tài)及閥位回訊信號至DCS。工藝生產(chǎn)要求此電動閥的關閥命令優(yōu)先于其它任何指令，無論電動閥當前處于何種狀態(tài)，收到關閥命令時立即關閉閥門以滿足工藝生產(chǎn)需要，因此關閥命令信號線接至緊急保護（ESD）端子。對于工藝控制要求比較低的電動閥，其關閥命令接至普通關閥命令輸入端子33、36 而不是緊急保護（ESD）端子25、31。具體接線方式如圖1所示。

圖1 IQ 執(zhí)行器接線圖

7 組態(tài)調(diào)試

IQ 執(zhí)行器控制板具有簡單邏輯編程功能，使用紅外線設定器可以設定力矩、限位、輸入輸出等功能。使用設定器對準執(zhí)行器液晶面板，可以設置相應的參數(shù)。所有設定功能均存儲在執(zhí)行器內(nèi)部非易失性存儲器內(nèi)。只有各種參數(shù)設置正確，輸入輸出端子功能正確組態(tài)后，電動閥執(zhí)行機構才能正確動作。

1）調(diào)試基本要求

首先，就地/選擇開關必須選擇在就地停止位置；其次，必須輸入密碼，密碼正確后才允許設置更改參數(shù)，否則只能瀏覽菜單。

2）設置方法

按下設定器“向下”鍵，進入基本設置菜單。多次按“向下”鍵，直到液晶窗口顯示需要設置的參數(shù)代碼，按“+”或者“-”更改數(shù)值，按“回車”鍵確認。

3）基本參數(shù)清單

基本參數(shù)需要設置關閥方向C1、關閥方式C2、開閥方式C3、關閥力矩tC、開閥力矩tO、全開限位LC、全關限位LO。全開限位LC 和全關限位LO 需要工藝配合確定具體位置。基本參數(shù)調(diào)試清單見表1基本參數(shù)清單。

4）組態(tài)設定參數(shù)清單

組態(tài)設定是根據(jù)工藝要求來進行的。工藝要求電動閥打至遠程自動時，可以實現(xiàn)DCS 開閥和關閥，并且來自DCS 的關閥命令必須是最高級別的，要超越其他任何現(xiàn)場和遠程的命令優(yōu)先執(zhí)行?？刂贫俗?5、31 是ESD 緊急停車命令輸入端子，所以關閥命令控制線必須接至控制端子25、31 然后再進行相關參數(shù)組態(tài)。其他參數(shù)如開閥命令、開閥回信、關閥回信、手自動選擇狀態(tài)回信信號均已經(jīng)按要求接線完畢后，方可進行參數(shù)組態(tài)。

表1 基本參數(shù)清單

組態(tài)參數(shù)調(diào)試前，基本參數(shù)必須已經(jīng)調(diào)試完畢。

組態(tài)設定包括指示觸點組態(tài)和控制模式組態(tài)。

指示觸點組態(tài)：需要設置執(zhí)行器指示觸點R1-R4的功能，這些觸點可以代表當前執(zhí)行器的動作狀態(tài)，例如是在全關位置還是處于全開位置，是報警還是ESD 動作等狀態(tài)信號，同時還要設置R1-R4 四組組觸點的動作形式，是選擇常開點還是常閉點。

控制模式組態(tài)：是決定在ESD 控制、就地控制、遠程控制以及兩線遠程控制條件下如何響應。ESD輸入命令是最高級命令，無論電動閥處于何種工作狀態(tài)，一旦ESD 端子有命令輸入，則立即按照ESD 組態(tài)的模式動作。由于有ESD 命令輸入，必須對A1-A9參數(shù)進行組態(tài)， ESD 命令才能正確執(zhí)行。（注意：如果ESD 端子沒有命令輸入，則A1-A9 不需要進行組態(tài)，均為默認值，只需要設置基本參數(shù)即可）。具體組態(tài)參數(shù)設置清單見表2組態(tài)參數(shù)設置清單。

表2 組態(tài)參數(shù)設置清單

8 應用中的故障處理

1）電動閥現(xiàn)場無法手動開關操作和手操器控制均無法操作，閥門不動作：是由于來自控制室的EDS聯(lián)鎖信號未解除，導致遠程、就地控制均不起作用。 控制室取消ESD 信號，則恢復正常。

2）工藝要求的開閥、關閥時，電動閥執(zhí)行相反命令：是由于執(zhí)行器參數(shù)A1 組態(tài)錯誤。 A1 組態(tài)參數(shù)由CL(ESD時關閥)改為OP（ESD時開閥）。

3）力矩開關跳斷：屏幕顯示力矩跳斷報警圖標，即執(zhí)行器當前力矩值達到基本參數(shù)設置的開閥tO或者關閥tC 力矩值。若為一個方向過力矩報警，可能是閥門卡澀。此時不能再繼續(xù)向同一方向操作閥門，而應該反方向操作，并清理閥桿內(nèi)的臟污。如果閥門在中間位置，兩個方向均過力矩，使用手輪操作閥門并未有卡澀現(xiàn)象，則可能是執(zhí)行器的主板或力矩部件故障，需要更換。

4）就地使用設定器或者手輪操作閥門動作正常，切至遠方自動控制時閥門不動作：輸入信號接線錯誤，接錯端子，或者組態(tài)錯誤，也可能是來自DCS 的命令未到達執(zhí)行器端子，需要檢查接線、組態(tài)參數(shù)、DCS 信號是否正常。

9 結論

近年來智能電動執(zhí)行機構獲得了快速發(fā)展。新型的電動執(zhí)行器利用微機和現(xiàn)場總線通信技術將伺服放大器與執(zhí)行機構合為一體，不僅實現(xiàn)了PID 調(diào)節(jié)、自校正與自診斷等多種控制技術要求的功能，還增加了行程保護、過力矩保護、電動機過熱保護等功能。智能化控制技術取代純電子控制技術，紅外遙控的非接觸式調(diào)試技術取代接觸式手動調(diào)試技術，是今后執(zhí)行機構發(fā)展的必然趨勢。

[1] 廠家資料.Rotork IQ 系列安裝維護手冊.

[2] 付敬奇.執(zhí)行器及其應用[M].北京:機械工業(yè)出版社,2009.