Rotork二代电动执行器典型故障分析与处理方法.pdf

Rotork二代电动执行器典型故障分析与处理方法杨卫东（西南油气田公司重庆气矿，重庆40 0 0 2 0）摘要：通过电机失速、电动执行器拒动、力矩跳断典型故障原因分析和定位排查，逐一对蜗轮蜗杆减速系统、离合器、阀位伞形齿轮机械故障和电源板、主板、RTU柜等电气故障进行分析，并借助电动执行器液晶显示屏故障警报、H诊断屏幕、电路板接口电压多措施并举方法诊断执行器故障。检测结果表明，综合检测方法思路清晰，故障判断准确。基于3种综合检测方法判断故障位置精准，故障恢复时间明显缩短，减少了人员在易燃、易爆炸场所停留时间，降低了安全风险。关键词：Rotork电动执行器；工作原理；典型故障；处理方法中图分类号：TP2150引言RotorkIQ2系列智能型非侵人式执行器是一种无需打开电气端盖即可进行调试和参数查询的阀门执行机构，广泛用于电力、冶金、石油、化工等工业部门的自动控制领域，是燃气管道发生泄漏、爆管等突发事件时能够在智能、人工干预下做出快速反应，能可靠关断天然气的关键设备。电动执行机构在使用中会出现各种故障，目前Rotork电动执行器现场故障维修只局限于主板液晶显示故障警报的内容和红外线设定器进入诊断菜单来确定故障类型，采用替换电路板的方法，直至故障排除。逐一对造成电动执行器“MOTORSTALLED”电动执行器拒动、力矩跳断等典型故障原因予以分析，对执行器故障原因的产生、处理方法进行详细的论述。提出基于主板液晶显示屏故障警报内容、执行器诊断菜单和测量主板、电源板、阀位传感器等电路板接口电压三位一体综合判断故障点位方法，同时也为其他品牌的电动执行器故障分析，提供值得借鉴的经验数据和参考思路。1Rotork智能电动执行器的工作原理和结构1.1工作原理Rotork智能电动执行器控制原理如图1所示。电动阀门兼具电动控制和手动操作功能，其手动操作通过电动装置的手动机构实现!。当手柄处于手动位置时，操作手轮，通过离合器带动输出轴转动来驱动阀门旋转。电动操作执行机构工作时，执行器接收的现场就地或远程控制信号与阀门位置反馈信号比较的值不等于零，其差值经CPU处理后，控制电机工作，手轮将自动脱离，回到电机驱动状态，输出轴带动阀门运动，直到电动执行器接收的阀位反馈信号与输入信号相符。力矩反馈基本设定输出组态设定电机CPU开关、模拟量阀位反馈信号输人/输出总线图1ROTORK执行器控制原理106设备管理与维修2 0 2 3No10（上）文献标识码：BDOl:10.16621/ki.issn1001-0599.2023.10.36红外设定器1.2基本结构RotorkIQ2系列电动执行机构主要包括电路、机械两大部分。由电机、接线箱、控制板、位置计数器、控制旋钮、减速机构或轴套、手轮组成。机械部分完成对阀门的驱动，由手轮、涡轮蜗杆(减速器）离合器、伞形齿轮、输出轴等组成。电路部分完成执行器的控制，由电机、主板、液晶显示屏、操作板、电源板、阀位、力矩传感器等组成（图2）。力矩传感器输出轴电机一离合器力矩传感器涡轮蜗杆阀位传感器伞形齿轮图2 Rotork执行器基本结构2典型故障分析与处理方法2.1Motor Stalled 故障“MotorStalled”属于阀门报警信号。指主板接收就地或远程命令并向电源板发出运行信号后，电机空转或未运行（电机失速）。故障报警信号出现后，如果需要报警信号消失，必须反向运行执行器。执行器“MotorStalled”主要原因如下：（1)机械故障。电源板接收到主板发出运行信号后，输出DC24V(AC110V)使接触器或固态继电器控制电机运行。电机通过减速器、离合器和输出轴带动阀门旋转。如蜗轮蜗杆减速系统、手/自动切换装置、离合器、阀位伞形齿轮发生故障，都可造成电机转子卡死或空转。主板检测不到阀位传感器实时数据，为防止执行器损坏，主板控制电机停止运行并报 MotorStalled”。首先观察手/自动切换装置，如离合器未回到自动位置，一般是弹簧卡阻失效，离合器不能复位，抽出手轮和执行器壳体结合部位环形尼龙条，卸下手轮，松开中心套筒上的卡环，使弹簧复位；其次对执行器解体，重点检查蜗轮蜗杆或阀位传感器伞形齿轮啮合，如有问题则更换故障齿轮。手轮一阀位传感器一电源板主板维护与修理(2)电气故障。现场就地电动或远程操作，电源板接收到主板发出运行信号后，输出控制信号使接触器或固态继电器控制电机运行。如电机、电源板、阀位传感器、接触器或固态继电器故障,均可造成 MotorStalled故障。电源板检查：旋转开关旋到开阀（关阀），多用表测试电源板上接触器（固态继电器)CC与C1(C2)电压，如电压为DC24V(AC110V),执行器不运行说明是接触器（固态继电器）故障。反之是电源板故障。接触器（固态继电器）检查：接触器线圈得电，主触点闭合，观察接触器机械联锁是否卡阻、输出端三相交流动力电源是否缺相，如有故障需更换接触器。同时检测接触器常闭辅助触点的电阻值，如果测量的电阻值偏大，则是辅助触点接触不良，需更换新的交流接触器。检查固态继电器输入端控制电压有DC24V，固态继电器输出端无输出，说明是固态继电器故障，反之是电源板内部电路故障。阀位传感器检查：打开主板液晶显示屏一侧端盖，转动手轮观察阀位传感器伞形齿轮啮合，如齿轮有问题，更换即可；用红外设定器调出帮助诊断屏幕H8，手动操作执行器可观察到阀位传感器A和B指示条同时亮和灭2,说明阀位传感器正常，反之阀位传感器故障。还可测试主板阀位传感器SK7插头接口数据来诊断，每针功能定义见表1。4#线和8#线为阀位传感器DC5V工作电源，2#线、1线、5#线分别连接干簧管公共点、常开触点和常闭触点。在手动位置，转动手轮，多用表分别测试2#线与1#线、5#线通断。如正常是主板故障，反之是传感器故障。1线2#线干簧管常开触点干簧管公共点未使用2.2电动操作执行器拒动执行器操作分为手动和电动两种方式，电动分现场和中控室操作，是通过操作板、远程开关量、模拟量输入控制和总线控制执行器。就地电动操作，操作板旋钮开关上的强力磁铁使充满稀有气体的干簧管触点磁化后接通或断开，产生的通断信号传给主板CPU处理，CPU让执行器去执行指令。如果干簧管损坏，干簧管的金属触点不能可靠地接通或断开，主板接收不到触发信号，造成执行器拒动。远程控制是在葵花接线端子上通过外部控制接线对执行器进行控制，如计算机组态、RTU柜、传输线路、执行器主板和电源板故障，都会使执行器拒动。2.2.1就地电动执行器检查红外设定器进人帮助诊断菜单H5,就地电动开阀或关阀，观察H5菜单“无就地开阀信号”（无就地关阀信号）指示条灭，说明主板收到就地开阀（关阀）信息，反之指示条常亮，说明操作板故障；红色功能选择开关分别旋转就地、停止和远程，观察H5菜单就地、停止和远程指示条灭，说明主板收到就地、停止和远程信号，反之指示条常亮，说明操作板故障。红外设定器就地控制 or设定为 on,设定器按键能开阀或关阀，说明操作板故障，反之主板故障。维护与修理通过测试主板上SK12插头进一步判断，主板SK12插座和操作板SK1插座用8 针插头连接，每针功能定义见表2。表2 主板SK12插头1#线2#线3#线4#线5#线0V关空开远程停止就地0V当红色功能选择开关分别旋转到接地、停止和远程状态，测量SK12-8与SK12-5SK12-7的电压为0；黑色就地控制旋钮分别旋到开阀、关阀位置时，测量SK12-8与SK12-2、SK 12-4的电压为0,即低电位有效，说明操作板无故障，下一步需检查主板和电源板。2.2.2RTU控制检查电动执行器的远程控制信号有开关量、模拟量和总线信号。远程控制电动执行器拒动，故障处理分RTU(PLC)和执行器本体检查。计算机发出开阀或关阀指令，如RTU(PLC)控制器通信指示灯、输出信号灯亮、继电器线圈吸合，说明外部软硬件工作正常。用红外设定器进入执行器H4远程控制诊断菜单,RTU发出控制命令，执行器接收到远程开阀信号，远程开阀指示条亮或执行器接收到远程关阀信号，远程开阀指示条灭，说明执行器收到外部远程开阀或关阀信号。确认葵花接线排4#端子与5#端子DC24V电压正常，外控端子33#34#、35#36#、2 6#、2 7#有无松动，线路有无接地故障。对开关型执行器测试36 端子与33#、34#35 端子是否有DC24V；表1阀位传感器SK7插头对调节型执行器，在2 6#端子与2 7#端子之3#线4#线5#线OV干簧管常闭触点霍尔输出霍尔输出都由主板发出。检查这类型故障，在确认交流三相电压正常情况下，通过检测电源板上输出到接触器(固态继电器)线圈CC与C1(C2)直流电压来区分故障类型。开关旋到开阀（关阀），对调节型用多用表测试电源板上CC与C1(C2)有DC24V,对开关型电源板测试接触器线圈电压有DC24V或AC110V,如电压正常但执行器不运行是接触器(固态继电器)故障。其次通过检测主板上SK11数据线进一步区分电源板、主板故障。SK11数据线为CPU、显示器、备选控制卡等提供电源，并将主板发出的运行指令传输到电源板，功能定义见表3。设备管理与维修2 0 2 3No10（上）1076#线7#线8#线6#线7线8#线间串接多用表mA挡测得是否有4 2 0 mA5V输入信号，如正常但执行器不运行，应进一步检查电源板或主板。2.2.3电源板、主板检查执行器电源板的作用是提供电源、控制电机、相序检测，分开关型和调节型。由电源变压器、相序检测、内部整流控制电路和接触器（固态继电器）3个部分组成。电源变压器把38 0 V(220V）交流电压变成所需的12 V、2 4V、12 0 V,经内部控制电路整流、滤波将这些直流电源提供给主板及执行器的外部控制电源3。相序检测是把经隔离的三相电源采样后送给CPU,再由主板判断相序。电源板还接收主板发出的开阀、关阀指令，输出电压(CC、C1、C 2)控制接触器线圈（固态继电器），控制电机运行。执行器主板由CPU、液晶显示屏、红外通信、继电器、模拟量控制输人、阀位模拟量输出、总线接口电路、力矩和阀位传感器等电路组成,其是电动执行器的大脑,所有的功能和控制命令油浆蒸汽发生器管束泄漏的分析与对策吴艳萍1,孙烈斌1,尚伟（1.中国石油兰州石化公司，甘肃兰州7 30 0 6 0;2.上海巴斯夫聚氨酯有限公司，上海2 0 140 0）摘要：油浆蒸汽发生器是催化裂化装置重要的热量回收设备。通过某催化裂化装置油浆蒸汽发生器腐蚀泄漏的案例，从设备材料、垢物分析、设备运行和工艺介质等方面分析泄漏原因，并提出油浆采用上进下出流程、管束增设防冲挡板和除盐水流程增加除氧设施等优化措施，对同类设备的失效分析和设备安全具有一定借鉴意义。关键词：腐蚀；泄漏；原因分析；对策；中图分类号：TG1720引言油浆蒸汽发生器是催化裂化装置重要的热量回收设备。在催化裂化装置分馏系统中，油浆蒸汽发生器通过回收利用催化油浆的热量生产蒸汽以维持蒸汽系统平衡。油浆蒸汽发生器泄漏对分馏塔操作、产品质量和下游生产装置均存在不利影响叫。某催化裂化装置油浆蒸汽发生器管程介质为油浆，管束材料为10#钢，壳程介质为除盐水，壳程材料为Q345R，管束投用表3主板SK11数据线每针功能编号功能1未使用2鉴相检测3电机控制4电机正传控制电机反转控制5未使用678910执行器电动就地或远程控制操作，主板通过SK11数据线向电源板发出了开阀或关阀指令，多用表分别在SK11-3与SK11-4,SK11-3与SK2-5之间测得DC5V,说明主板正常。执行器不运行，检查电源板。2.3TORQUETRIPCL或TORQUETRIPOP故障电机轴上装有力矩传感器，力矩传感器是用于测量执行器力矩的部件，主要由压力盘、应变电阻、信号放大器组成。“TORQUETRIPCL是关阀方向运行时力矩跳断，TORQUETRIPOP是开阀方向运行时力矩跳断，它们都属于阀门报警信号。当执行器产生的力矩值与设定的开阀力矩值或关阀力矩值相等时，执行器将停止运行，以保护执行器和阀门不被破坏。检查这类型故障，首先用手动旋转手轮，确认执行器本体、阀108设备管理与维修2 0 2 3No10（上）文献标识码：B电位一一开阀、关阀公共点DC5VDC5V一未使用一电源+DC12 V相位交变电平电源-0VDOl:10.16621/ki.issn1001-0599.2023.10.37仅3年即发生泄漏。1腐蚀排查1.1设备运行参数油浆蒸汽发生器采用油浆下进上出流程，设计压力2.5 MPa，设计温度35 0(管程)/2 0 0(壳程）,实际运行参数见表1。由表1可知，设备实际运行参数符合设计要求。设备投用3年来未发生超温超压运行，设备运行稳定，因此可以排除设备运行参数波动导致设备泄漏。门无过紧、粘住、卡阻现象。其次用红外线设定器进入设定菜单，备注查看关阀/开阀力矩设定值是否过小，如果过小，将力矩按1%比例慢慢调大，直到新设置力矩可以动作阀门；用红外设定器进人一鉴相故障CC开阀C1关阀C2红色导线一主板电源+一主板电源-H6诊断菜单，当力矩开关跳段指示条亮，说明阀门过力矩。3结束语RotorkIQ2系列电动执行机构是一种无需打开电气端盖即可实现参数调节和查询的阀门执行机构，是一种自动控制领域的集机械与智能控制于一体的高度集成化设备，是自动化仪表终端的执行设备5 。其使用方便、操作简单、故障率低,在电力、冶金、石油、化工等工业部门的自动控制领域应用越来越普及。基于RotorkIQ2型电动执行器典型维修案例，通过液晶显示屏故障警报、H诊断菜单、电路板接口电位检测3种方法，对执行器故障进行系统分析，明确故障分析思路和故障处理方法，为电动执行器故障维修提供新的参考思路。参考文献1王景军.电动阀门手动操作的常见问题及其解决措施 J.流体机械，2018(3):50-54.2罗托克电动头IQ系列安装及维护手册 Z.3徐明东.Rotork电动执行器板件深度解析和故障维护 J.机电信息，2021,(25):62-64.4徐德义.延迟焦化装置智能电动执行机构故障诊断及维护 J.化工管理,2 0 2 0,(10):18 9-19 0.5王慧，李彦君，吕震.电动执行器的应用原理及故障处理 J.中国仪器仪表,2 0 15(2)：41-43.【编辑毕来金】维护与修理