程控電動閥操作控制回路優化

摘 要：電動閥在化工生產中被廣泛應用，我們使用的程控電動閥在實際生產中電氣控制部分有三大問題需要解決。一是拒動，即：電動閥運行到開（或關）限位后存在著并不能可靠的停止運行。二是開（或關）閥限位及開（或關）閥過扭矩限位繼電器損壞嚴重。三是程控電動閥運行狀態及故障類型的判斷困難。為此我們進行了有針對性的技術改造并取得了相當好的效果。

關鍵詞：分子篩；程控電動閥；拒動、釋能電阻；運行狀態及故障性質識別

大化公司日產千噸合成氨裝置是由林德公司總成套，采用林德公司空分、甲醇洗、液氨洗專利技術。美國德士古氣化專利技術，丹麥托普索合成專利技術。100號空氣分離工序是接受空壓機來的加工空氣，經凈化除去有害雜質后，通過精餾、在低溫下進行分離，為生產合成氨提供高壓氧氣、高壓氮氣、低壓氮氣、液氮、儀表空氣、工廠空氣、液氨產品。

其中的凈化工藝是采用西德林德公司提供的液氮洗裝置，（林德技術及成套），采用分子篩吸附CO2和C2H2等碳氫化合物。兩臺分子篩吸附器并聯配置，一臺吸附運行、另一臺再生，交替使用，吸附與再生分別在兩個分子篩吸附器中同時進行，交替運行的切換程序是自動進行的。分子篩吸附器程序控制電動閥門開關有15臺，編號是KV-01321、KV-01322、KV-01327、KV-01328、KV-01341、KV-01342、KV-01325、KV-01345、KV-01346、KV-01347、KV-01348、KV-01349、KV-01350、KV-01332、KV-01334。

程控電動閥在實際生產使用中經常出現電動閥運行到限位后仍繼續運行直至到過扭矩才停止（限位沒限制住），即我們所說的拒動。出現拒動情況后，現場化工操作員就必須及時到現場手動將閥搖到需要的正常位置，并為下一次程控閥自動循環做準備。同時電動閥控制系統中的限位繼電器損壞嚴重，為此每年大停檢修中都安排更換一次。另一方面程控電動閥運行狀態及故障類型的判斷困難。這些問題一直困擾著我們。它們不僅影響著正常生產，同時也消耗著大量的人力和財力。為此對程控電動閥的控制回路進行了較全面的技術改進。

1 程序控制電動閥控制電路對運行狀態及故障類型的快速識別

由于程控電動閥抽屜柜抽屜的面板位置所限，沒有足夠的地方來增加信號燈等電氣元器件，為此我們采用交流220V雙色信號燈進行相關技術改造，實現了程序控制電動閥運行及故障快速識別。

雙色燈的特點：有三個接線端：X0、X1、X2其中X0是公共接線端，X1、X2為火線。

雙色燈顯示紅色：X0與X1加入220V交流電壓時；

雙色燈顯示綠色：X0與X2加入220V交流電壓時；

雙色燈顯示黃色：紅色、綠色同時亮時（即：混色光）；

1.1 開閥操作

改前：程控電動閥控制回路顯示單一，程控電動閥在開閥操作過程中，圖1中的H1（綠燈）亮，開到限位后H1燈滅。

改后：程控電動閥在開閥操作過程中，圖1中的H1顯示紅色，開到限位后H1燈由紅色變綠色。

1.2 關閥操作

改前：程控電動閥控制回路顯示單一，程控電動閥在開閥操作過程中，圖1中的H2（綠燈）亮，開到限位后H2燈滅。

改后：程控電動閥在開閥操作過程中，圖1中的H2顯示紅色，開到限位后H2燈由紅色變綠色。

1.3 開閥過扭矩

改前：程控電動閥在開閥操作過程中出現過限位并達到過扭矩時，圖1中的H1在開閥操作過程中顯示綠色，其余都不亮，但此時H3故障黃燈亮。表示該程控閥出現故障，因為改前H3故障黃燈是故障綜合的顯示，此時無法判斷具體故障類型。

改后：程控電動閥控制回路顯示單一，程控電動閥在開閥操作過程中出現過限位并達到過扭矩時，圖1中的H1顯示紅色（開閥工作中），開到限位后H1由紅色變綠色（開閥到限位），H1由綠色變黃色（開閥過扭矩）。此時H3故障黃燈同時也亮。由此可以準確判斷故障類型是開閥過扭矩。

1.4 關閥過扭矩

H2信號燈顯示情況參考H1開閥過扭矩動作過程。

2 程控電動閥拒動及因釋能電阻發熱使得限位繼電器損壞嚴重問題的解決

2.1 問題介紹

兩個問題放在一起解決的原因是：為了解決程控電動閥拒動問題而在限位繼電器線圈兩端并釋能電阻。由于程控電動閥供電的主回路及控制回路都集中在較密集的抽屜內，由于空間問題，并接的釋能電阻只能與限位繼電器很近。釋能電阻由于大部分都長期帶電，由此產生大量的熱量，使得限位繼電器故障率很高。使得限位接觸器損壞率非常高（因限位接觸器大都長期帶電及發熱嚴重使限位接觸器彈簧彈性性能大大減弱，造成接點壓力低，接觸不可靠，限位接觸器的線圈兩端分別并聯一個8W、10KΩ的電阻，由于大都長期帶電發熱，使得限位接觸器外殼變色、變形、烤焦而損壞）。每年的大停檢修都要進行對限位接觸器的全面更換（一次大停檢修要更換60個限位接觸器）損失及浪費很大。因為兩個問題互相關聯，所以解決問題時必須綜合考慮。

15臺程序控制電動閥在投產安裝調試時就出現異常情況，即：程序控制電動閥執行到開（關）閥操作過程中，在閥行至開（關）限位并且限位點動作后，閥電動機的運行并沒有停止，直到運行至開（關）閥過扭矩限位接點動作后操作才停止。一是易出現運行過扭矩現象，二是不執行程序的開閥、關閥操作命令，此后經過德國電氣工程師進行了相應的整改措施，既在開閥限位、關閥限位、開閥過扭矩限位、關閥過扭矩限位接觸器的線圈兩端分別并聯一個8W、10KΩ的電阻，見圖示1中所示的釋能電阻。在限位接觸器的線圈兩端分別并聯一個8W 、10KΩ的電阻后，程序控制閥出現的拒動現象大大減少，但沒有根除。而且釋能電阻發熱嚴重問題也是急待待解決的問題。endprint

2.2 程控電動閥拒動問題分析

限位接觸器的線圈是由銅導線繞成繞組，在交流電回路中可以分解成電阻與電感的串聯，線圈通過一定的電流IL，在它周圍就建立了磁場，而在磁場中就儲存著一定的磁場能，這種磁場能是由電源供給的電能轉化來的。磁場能量與線圈中電流的平方及線圈電感成反比，既WL=0.5LI2，自感電動勢與繞組電感L和電流的變化率Δi/Δt成正比.當繞組突然從電源上斷開時，電流由一個很大的數值很快減小到零，也就是說， 電流的變化率Δi/Δt具有很大的數值，所以線圈中產生的自感電動勢很高。線圈電路的磁場能和電能一樣，不能發生突變。由于磁場能與線圈電流的平方成正比，所以通過線圈的電流也不能突變。根據以上理論分析程序控制電動閥電路，既程序控制電動閥電路的限位接觸器的線圈在限位接點從閉合狀態到打開瞬間，由于限位接觸器磁場能和電能不能發生突變，通過接觸器線圈的電流也不能突變的原理。限位接觸器的線圈兩端產生自感電動勢，其產生的自感電動勢足夠限位接觸器吸合，通過自然釋放能量才能使得限位接觸器返回。如此可以造成限位接觸器動作出現延時現象，造成程序控制閥在開、關操作運行時時常出現兩種現異常情況的發生（一是易出現運行過扭矩現象，二是不執行程序的開閥）。

2.3 程控電動閥拒動及釋能電阻發熱問題根本解決

為了從根本上改變程序控制電動閥拒動異常情況的發生及發熱嚴重狀況。最佳方案有兩個。方案一：將繼電器由原來較小的自身功耗換成大容量自身功耗的接觸器。這樣就可保證動作的可靠性，繼電器線圈又不用并接電阻。方案二：將操作電源由交流220V改為直流220V，同時將電動閥控制回路中的繼電器都電源由交流220V換成直流220V。并在限位繼電器線圈兩側并接續流二極管。但都因抽屜柜內空間所限，根本無法實現。所以只能從繼電器線圈并電阻的方法解決拒動問題，同時為了減少發熱，盡可能減少釋能電阻的使用數量和帶電時間。

2.3.1 將電動閥控制電路中的開閥限位、關閥限位、開閥過扭矩限位、關閥過扭矩限位接點由常閉接點全部改為常開接點，限位繼電器線圈中長時間帶電的由3個減少到一個，相應的釋能電阻發熱也由3個變成1個。

2.3.2 在操作控制會路中增加了開或關閥過扭矩控制聯鎖回路（見圖2），當出現過扭矩后聯鎖開或關閥繼電器線圈斷電。即禁止閥出現過扭矩后的開或關閥的繼續操作。為此過扭矩限位接觸器線圈兩端并聯的電阻拆除。又減少了兩處發熱源。

2.3.3 經開或關閥主繼電器接點與釋能電阻做相關聯鎖（見圖2），開和關限位繼電器由各并接一個改為共用一個釋能電阻，（在開閥或關閥操作執行過程中釋能電阻才起作用，將釋能電阻帶電時間縮短到最小，使得釋能電阻發熱時間減到最小）。

3 結束語

通過對程控電動閥操作控制回路的技術改造后，程控電動閥拒動情況被消除。每個電動閥操作控制回路僅僅保留一個釋能電阻，而且釋能電阻的帶電時間縮短到最小。限位繼電器因釋能電阻長期通電發熱，引起限位繼電器故障率高的問題徹底解決。

采用雙色信號燈進行顯示功能的技術改造后，程控電動閥的運行狀態及故障類型就可以一目了然了。處理問題和發現問題更及時準確

4 附圖：

作者簡介：王林，男，1962年出生，工程師，本科畢業，現任遼寧省大連市大化集團有限責任公司合成氨廠電氣技術專責。endprint