3.1.24 提高电动执行环节可靠性的新方法-2.doc

提高电动执行环节可靠性的新方法 上海石化股份有限公司热电总厂(200540) 金余庆 上海宝科自动化仪表研究所(200940) 纪 纲 【提要】巧妙地利用新型电动执行器中的断信号保护功能开发的新型操作器,大大提高了系统可靠性。 【关键词】电动执行器 可靠性 断信号保护 操作器 一 、 概 述 在自动调节系统中，执行环节将调节器输出的控制信号变为阀门或风门的开度，是系统的重要环节。如果处理得不得当，将会手脚不灵，大大降低调节系统的可靠性。 　　在仪表气源未得到解决的装置，工程师们在设计中常喜欢选用电动执行器，因为其动力随手可得。但在性能优越的新型电动执行器得到广泛应用之前，老式电动执行器的应用大多不尽人意，其原因有两。一是电路复杂，还须配伺服放大器，调整麻烦，稳定性也差。二是元器件数目多，可靠性较低。因此，维修工作量大。常使人们望而怯步，甚至不得不花上数万元去配备仪表气源，最终改用气动执行器。 　　随着微电子技术和电机、电器技术的发展，新型的电动执行器相继问世，如日本工装3610型，德国PS自控阀门公司的PS电动执行器，英国的ROTORK，法国的伯纳德等。这些新型执行器将伺服放大器与执行机构合为一体，并增设了行程保护，过力矩保护和电动机过热保护等，使可靠性大大提高。 　　这种执行器直接接受调节器送来的控制信号（通常为4~20 mA或1~5 V DC），配用的操作器是所谓的Q型。 　　操作器与执行器配合，对提高系统运行的可靠性及操作的灵活性具有重要作用，主要完成对电动执行器的手动操作及手动/自动之间的无扰动切换，同时具有阀位指示和调节器故障报警功能。 　　作者在应用现场发现，采用新型电动执行器后，执行器本身确实是可靠了，但是操作器的矛盾突出表现出来。因为Q型操作器电路复杂，元器件数目多，故障率高。操作器故障时，使其输出电流趋向于一端，给系统的安全带来危害。为了提高整个系统的可靠性，我们对操作器作了改进。 二 、新型操作器原理 1. 执行器的断信号保护功能 　　PS系列执行器中共有三种断信号保护方式可供选择，当选定方式2[1]时，在输入的控制信号≤3mA后，执行机构停止转动，保持原有阀位（输入信号范围为4～20mA DC），其他型号的新型操作器也大同小异。DFD-1010型电动操作器就是利用这一功能而巧妙设计的新型操作器，这种操作器的应用使调节系统的可靠性大大提高。 2. 新型操作器工作原理 DFD-1010型操作器由手动/自动切换开关，开大、关小按钮，指示表头和状态指示，报警指示等组成[2]。其简化原理图见图1。 (1) 手操 当操作器处于“手动”位置时，调节器输出与执行器输入之间被切断，执行器保持原有阀位，若按下按钮K1，则22mA恒定电流送至执行器，阀门向“开大”方向移动，所到达的阀位可以从表头的下指针Ml中显示出来。若按下按钮K2，则3.5 mA恒定电流送至执行器，阀门向“关小”方向移动。当阀位到达预定值时，放开按钮，从而完成对执行器的手操。 (2) 跟踪及“手动”→“自动”的无扰动切换 　　阀位反馈电流从③ ④端子引入操作器，在指示器Ml上显示，并经250Ω精密电阻转换成1~5V电压信号从⑦ ⑧端子输出，送至调节器。 与此同时，操作器将状态信号从⑤ ⑥端子输出送至调节器。“自动”状态为“通”，“手动”状态为“断”。 调节器内设计有自动跟踪程序，即在操作器处于“手动”状态时，使其输出AO跟踪阀位信号。从指示器显示可以看出，此时上指针与下指针对齐。具备自动跟踪性能的调节系统，通过操作器面板上的拨动开关SW，从“手动”切换到“自动”时就实现了无扰动切换。 (3) “自动”→“手动”的无扰动切换 　　从“自动”切换到“手动“时，切换开关SW从“A”位置切换到“M”位置，使执行器的信号输入端开路，即呈“断信号”状态，从而保持切换前的阀位，实现“自动”→“手动”的无平衡无扰动切换。 (4) 联锁保护 　　联锁保护是调节系统的重要功能，工控机和小型DCS，由于冗余欠完善，调节器也是如此，都需要配以后备手操，操作器在调节器的配合下，完成系统的联锁保护，从而大大提高系统的安全可靠性。 　　在图1中，操作器的外部联锁信号从⑨ ⑩端子输入，当调节器异常时，⑨端子变为低电平，继电器RJ被激励，切断调节器送至执行器的控制信号，使执行器保持阀位。继电器同时接通闪光电路和外接电铃。 联锁保护动作后，由于SW仍处于“A”位置，手操电流还无法送到执行器，因此，必须将SW打到“手动”位置，才能实现手操。 (5) 调节器输出值的指示 　　操作器处于“自动”位置时，调节器输出电流从操作器的① ②端子进入操作器