在线检测电磁阀控制回路方法探究与应用.pdf

Jul,20232023年7 月AUTOMATIOIINDUSTRY石自Vol.59,No.4动油第59 卷第4期化化在线检测电磁阀控制回路方法探究与应用朱志星，高明，胡林红，黄松源，向阳（中海石油（中国）有限公司深圳分公司，广东深圳518 0 0 0）摘要：故障安全型电磁阀控制回路，因其电磁阀线圈长时间处于通电状态，由于老化而容易出现误动作，导致生产关停造成财产损失。介绍了电磁阀的组成结构，控制回路出现的故障原因以及在线检测电磁阀控制回路电流的方法。基于控制回路的工作原理，根据欧姆定律采用在线检测回路电流值换算出回路电阻理论值，与实际测量值对比分析的方法。实际应用表明：该方法不仅可以快速判断出控制回路的状态，还可降低电磁阀误动作风险概率。关键词：电磁阀；控制回路；欧姆定律；在线检测；线圈中图分类号：TP214文献标志码：B文章编号：10 0 7-7 3 2 4(2 0 2 3)0 4-0 0 9 2-0 3电磁阀在石油化工行业应用广泛，对于应急关断系统的电磁阀，其安全可靠性直接影响系统是否正常运行。近年来由电磁阀故障引起的生产关停事件时有发生，而电磁阀的误动作存在不确定性，传统的维保方法不能及时发现问题，因此，有必要监测关键系统电磁阀控制回路状态，特别是线圈的老化现象，在其出现异常之前及时干预，避免造成重大经济损失事件。1电磁阀控制回路故障分析电磁阀控制回路故障主要包括：电缆破损、接线松动、腐蚀、进水、线圈老化、通道故障等原因。由于电缆破损、接线松动、腐蚀、进水等原因都可以通过外观检查发现，而通道故障属于系统内部故障，不可预估。线圈老化无法通过外观检查，只能通过检测发现，因此可以从线圈老化入手，提前进行干预。电磁阀由电磁线圈、阀芯、阀座组成。当线圈通电或断电时，阀芯的运动将导致流体通过阀体或被切断，以达到改变流体方向的目的。电磁阀内部结构如图1所示。弹簧电磁线圈阀芯阀座密封圈出气口一进气口图1电磁阀内部结构示意根据电磁阀线圈的结构及工作环境，导致线圈老化的主要因素有：高温环境、长时间励磁、电涌冲击、振动疲劳 2。线圈老化会导致线圈漆包线的直流电阻呈现趋势性变化。2传统维保方法目前，对于电磁阀现场维保的方法有两种：1）周期性维保。根据现场设备的重要性，制定对电磁阀的检查周期，主要以半年检或者年检为主。检查内容主要是对电磁阀进行功能性测试，同时检查电磁阀接线、电缆状态以及电磁阀线圈阻值等。但该方法需要对电磁阀进行隔离断电，如果无法隔离或隔离后容易对生产造成影响的，则需要在停产检修期间对其进行维保。2）定期更换。考虑到现场电磁阀老化因素，对于关键系统设备的电磁阀进行定期更换，为了避免误动作，采用保守维保，利用停产检修机会统一更换。但是该方案费用高、不能精准判断故障，更换新的电磁阀也会由于质量原因导致误动作。对于故障安全型电磁阀控制回路，随着服役时间的增加，电磁阀线圈将出现老化降质，并且电磁阀质量存在不同的差异。因此，不管是周期性维保或者是定期更换，都存在电磁阀误动作造成生产关停的风险，3在线检测方法3.1创新思路由于检测电磁阀控制回路电阻必须要断开回路进行测量，因此可以转换思路，通过测量回路电稿件收到日期：2 0 2 3-0 1-0 9，修改稿收到日期：2 0 2 3-0 4-2 1。作者简介：朱志星（198 3 一），男，广东肇庆人，2 0 0 8 年毕业于茂名学院（现广东石油化工学院）测控技术与仪器专业，获学士学位，现就职于中海石油（中国）有限公司深圳分公司，从事采油仪表维修工作，任高级工程师。93朱志星等.在线检测电磁阀控制回路方法探究与应用第4期流反算出回路电阻值，与理论数据比对，则可判断回路状态，在线检测电磁阀控制回路流程如图2所示。被测电磁阀控制回路回路电流I,测量直流钳流表，回路电压U万用表计算回路阻值R=U/1与理论Y(回路排查)值比较是否超出范围？线圈老化，电缆破损，接线松动，回路正常腐蚀进水图2在线检测电磁阀控制回路流程示意3.2理论分析根据欧姆定律，在同一电路中，通过某段导体的电流跟该段导体两端的电压成正比，跟该段导体的电阻成反比。因此通过测量回路的电流可以算出线圈的阻值。以某电磁阀控制回路为例，直流电压为恒定24V，电磁阀线圈正常值为2 0 0 Q。计算该电磁阀控制回路理论电流值，如式（1）所示：I=U/R=24/200=0.120(A)(1)如果测量回路电流值约0.12 0 A，则可判断回路状态正常，线圈阻值正常。3.3检测电流方法3.3.1固定式检测方法使用电流互感器，检测的信号通过转换显示，精度较低，一般用于工业生产、系统运行中，较笨重，成本较高，环境对其影响较小。由于生产流程中电磁阀数量很多，每个回路安装互感器费用昂贵，因此行业内应用少3.3.2移动式检测方法使用直流钳流表，直接测量回路中任意一根电线，则可以算出回路阻值，从而判断回路状态。直流钳流表由钳头、霍尔传感器、数据处理电路、显示模块组成。钳流表工作时，当电流I流过1根长导线，在导线周围将产生磁场，该磁场的大小与流过导线的电流成正比，产生的磁场聚集在磁环内，通过磁环间隙中霍尔传感器进行测量放大后显示数值，钳流表测量原理如图3 所示。霍尔传感器偏置数据处理电路电路DC不平衡电压放大AC修正A/D模数显示钳头补偿电路电路电路转换电路模块间隙图3钳流表测量原理示意从钳流表的测量原理可知，精度高及钳头小的钳流表可以完成回路在线检测，具有费用低，简单快捷的特点，但不宜在机柜接线排布密集的场合使用。4实验测试为了证实钳流表的应用可靠性，专门搭建了实验回路测试装置，分别使用万用表，普通钳流表，小电流钳流表进行测量。万用表直接串联到回路中，测量数值作为标准值；钳流表是间接测量回路电流值，通过与标准值进行比对判断钳流表测量值的可靠性。4.1搭建测试回路用直流2 4V开关电源作为恒压源供电，电磁阀及电阻箱作为负载搭建简单的回路，万用表串联到回路中测量实际电流，钳流表测量回路中任意一根电线。4.2不同钳流表实测数据通过使用万用表、普通钳流表和小电流钳流表测量电磁阀控制回路，得到如图4所示的电流测试曲线。由图4可以看出，小电流钳流表数值曲线平稳，与万用表数值曲线接近，而普通钳流表数值曲线波动大，并且精度低，不推荐使用。因此，选择精度高的小电流钳流表能够测量电磁阀控制回路实际电流值。5现场应用5.1应用现状及改进虽然在实际应用中，可以直接测量电磁阀控制回路中的2 根导线，但该方法适用于布线不密集94第59 卷石油化工自动化的情况，2 根导线一起测量相当于将测量数据放大了2 倍，因此实际回路电流值为测量值的50%。0.140.12V/婴申回0.100.080.06万用表读数普通钳流表0.04读数0.02小电流钳流表读数00.20.40.60.81.01.21.41.6回路电阻/k2图43种电流测量表测试曲线示意在I/O设备间机柜内进行电磁阀控制回路实际测量时，由于机柜接线端布线紧密，无法直接使用钳流表测量，因此需要将线槽拆开后，才有空间进行测量。为了便于检测，将其中1根回路线抽出做测量口，方便检测。5.2优化维保可根据生产运行实际情况，制定排查计划，优化维保策略。对关键的电磁阀控制回路巡检测量，并记录参数，发现异常及时处理，降低电磁阀误动作风险概率5.3故障判断从图4可以看出，电阻在2 0 0 40 0 Q时，电流有明显变化，降低约50%。考虑到电磁阀温升引起的阻值变化，以及小电流钳流表也会存在一定的误差等因素，自定义一个故障判断点。判断规则为检测电流与回路理论电流值误差超过2 5%时，或者每次检测数据都有趋势性变化，或者检测数据波动大，且不稳定等情况，则判断回路阻值有变化，需要排查回路。从现场测量记录中选取3 个有代表性的电磁阀控制回路测量电流数据，生成电磁阀控制回路电流趋势如图5所示。回路1曲线比较平稳，接近正常值，判断回路状态正常；回路2 曲线回路电流不断变小，可以判断为电阻不断在增加，超过报警值则需要进行回路排查；回路3 曲线在9月份之前都处于正常状态，突然回路电流变化很大，很有可能为回路有松动、损坏、进水等原因，需要排查回路。5.4应用效果通过实验测试装置，比对3 种在线检测电磁阀回路电流的方法，效果如下：1）经济效益高。与传统方式相比较，使用直流钳流表测量电磁阀控制回路工作效率提高约98%。完成1个电磁阀控制回路排查，在传统的测量方法中，需要隔离相关设备，然后才能对电磁阀线路脱开。检查1个回路传统方式需要2 个人约3 0 min，而使用钳流表测量，测量1个回路则需要1个人1min。0.14回路1V/电回0.12正常值0.10回路20.08报警值0.06回路3012345678910t/月图5电磁阀控制回路电流趋势示意2）有创新性。为长期不能开关动作的电磁阀提供一种有效的监控手段，改变传统停产/断电直接测电阻的方式，应用钳流表移动式在线检测提供了不需要停产/断电就可以进行在线排查的方法，避免电磁阀误动作的同时，提高了装置的运行效率。3）推广性强。该方法原理简单、可操作性好，可以推广到其他设施及装置。6结束语经过理论分析及实验测试，万用表传统方法检测电磁阀回路需要断开回路，不适用于长期处于运转状态的设备；而固定式在线监测系统，费用高，应用少；钳流表移动式在线检测方法更合适广泛应用。基于霍尔传感器在线检测电磁阀回路方法简单快捷，利用现有市场成熟产品，通过改造接线端布线方式，可随时巡检回路，及时发现并处理问题。为不具备在线检修条件电磁阀提供一种有效的监控手段，不需要停产就可以进行在线排查，具有极强的推广性。参考文献：1梁德龙，尚小菲，梁杰，等.防滑阀电磁线圈寿命研究 J.铁道机车车辆，2 0 19，3 9（增刊1）：6 7-7 0.2汪亮，云浩，高轩，等.核级电磁阀线圈寿命评估方法.科技视界，2 0 2 0(17)：17 9-18 2.3 徐承韬，何利源，蔡胜年，等.电磁阀动作寿命试验系统设计J.流体机械，2 0 12，40（10）：58-6 1.4吉展阳，孙乐.电磁阀线圈发热问题及应对方式探究 J.数字通信世界，2 0 19（0 6）：2 3 3-2 3 4.5潘柏根，赵云峰，张俊，等.基于无感线圈应用于电机在线检测和监控的探究.微电机，2 0 2 0，53（12）：10 0-10 3，111.6 曲双杰，姜春起，谭静轩.海洋石油16 1吊机电磁阀线圈的故障分析和改造 J.资源节约与环保，2 0 17（0 9）：99-10 0.7梁君，蒋庆，汤建斌，等.电磁阀线圈综合性能检测系统的研制 J.仪表技术与传感器，2 0 16（0 2）：45-48.8LINIGERJ,STUBKIER S,SOLTANI M,etal.电磁阀线圈故障的早期检测.家电科技，2 0 2 0（0 4）：16.9王智.直流电流测量技术原理及方法 J.大众用电，2 0 16，31(11):26-27.10杨俊龙.发电机定子线圈绝缘电热老化试验研究.煤炭技术，2 0 0 9,2 8（0 4）：3 43 5.