AUTORK 執行器故障分析與處理方法

楊衛東，甘德順，楊 勝

（西南油氣田公司重慶氣礦，重慶 401220）

0 引言

智能電動執行器不僅是天然氣生產場站閥門的驅動裝置，也是燃氣管道發生泄漏、爆管等情況下，快速可靠地關斷天然氣的關鍵設備，其保護功能眾多，包括掉相報警、力矩報警、24 V報警、電機超溫等[1]。因此執行器的各電氣部分的工作狀態也影響到天然氣管道安全運行。目前，AUTORK 智能電動執行器采用大規模數字集成芯片，功能強大，精度等級高，專業的壓力、閥位傳感器可測量輸出軸力矩值和閥位值，提高了力矩測量值的準確度和閥門定位精度。智能電動執行器同時涉及機械、電力電子、通信等技術領域，故障處理復雜，要求維護人員能準確快速地處理故障，減少滯留在天然氣生產場站時間，特別是在高含硫生產現場。

目前，智能電動執行器現場故障維修只局限于主板液晶顯示故障警報的內容和用紅外線設定器進入診斷菜單來確定故障類型，而對主板、電源板、閥位、力矩等故障，只能采用替換配件的方式解決。針對以上問題，提出基于主板液晶顯示屏故障警報提示、診斷菜單和測量主板、電路板接口電壓三位一體綜合判斷故障點位，為維修執行器提供新的思路。

1 智能電動執行器的工作原理和結構

1.1 智能電動執行器工作原理

智能電動執行器控制原理如圖1 所示。電動執行器接受的就地或遠程信號與閥門位置反饋信號比較，當輸入信號和反饋信號比較差值不等于0 時，其差值經伺服放大器放大后，控制電機轉動，通過減速器減速，離合器帶動空心輸出軸轉動，帶動作多回轉、角位移、直線位移運動的閥門運動，直到電動執行器的閥位反饋信號與輸入信號相符[2]。執行機構采用霍爾傳感器來測量和控制閥門行程，由力矩傳感器測量閥門實時力矩，一旦閥門力矩超過設定值，執行機構立即停止運轉，防止損壞設備。執行機構具備自我診斷功能，可以對電源掉相、失速、堵轉、過力矩等故障進行診斷顯示[3]。

圖1 AUTORK 執行器控制原理

1.2 智能電動執行器基本結構

電動執行器包括電氣、機械及密封3 大部分。電氣部分包括主板、電源板、電機、閥位傳感器、力矩傳感器等。機械部分包括減速器、離合器、手輪、手柄、驅動軸套等，如圖2 所示。密封分為外密封和內密封，外密封分別安裝在手輪、電機端面、電池盒、接線盒（內外各一個）、電池盒、電路板室；內密封主要安裝在電機銅套、編碼器傘形齒輪，主要防止潤滑油侵入到電氣室、電機。

圖2 執行器基本結構

2 故障種類和處理方法

2.1 液晶顯示屏故障

執行器的顯示窗口由指示燈和LCD 顯示屏組成。顯示屏主界面能夠及時反映執行器的閥位狀態、報警信息、設置狀態指示、面板設定指示等信息。國外品牌電動執行器為防止接觸不良引起液晶顯示屏黑屏、缺筆劃故障，與主板連接主要采用焊接方式，而AUTORK 電動執行器采用插接件方式，并用4 顆螺栓緊固方式，運行一段時間易發生黑屏、缺筆劃故障。

確認執行器運行正常，拆除顯示屏4 顆固定螺栓，用酒精清洗顯示屏插頭。若通電還出現黑屏、缺筆劃，可通過更換液晶顯示屏或主板排除故障。

確認三相電源電壓、熔斷器正常，電源板上SK2-3 與SK2-5的DC 12 V 是提供給主板的工作電源，若電壓正常，說明是主板故障，反之為電源板故障。

2.2 后臺計算機閥位顯示與現場閥位不相符

葵花接線排26#、27#端子是外控模擬量信號輸入端，22#、23#端子是閥位反饋輸出端子。故障發生應先檢查模擬量信號輸入、輸出端是否連接可靠，可通過模擬量信號發生器試驗判斷故障。狀態選擇開關旋轉到遠程，多用表毫安檔短接22#、23#端子，在26#、27#端子用模擬量信號發生器輸入4～20 mA 模擬信號，執行器運行，主板正常時多用表毫安檔測得的閥位反饋模擬電流與模擬輸入信號相同，此時應檢查計算機組態及傳輸線路。

2.3 電動執行器電動不運行

電動執行器操作分手動和電動操作兩種方式[4]，電動操作分就地電動和遠程操作。電動操作是通過操作板，遠程開關量、模擬量調節控制和總線控制。就地操作時，執行器旋鈕上的磁鐵給鍵盤板上干簧管信號讓干簧管吸合，然后通過數據傳給主板處理。如果干簧管破損，干簧管的金屬片吸合不牢或不吸合，這樣信號就不能產生，不能傳給主板。遠程控制是在葵花接線端子上通過外部控制接線對執行器進行控制，如電源板、主板、后臺及傳輸線路故障，都會使執行器拒動。檢查這類型故障，用紅外設定器、多用表檢查SK9、SK2 插頭電位確定故障類型。

2.3.1 電源板、主板的檢查

執行器電源板分開關型和調節型。電源板由電源變壓器、內部控制電路和機電聯鎖接觸啟動器（固態繼電器）組成。變壓器提供電源，把AC 380 V（AC 220 V）電壓轉變成所需的低壓電，經內部控制電路整流、濾波將低壓直流電源提供給主板及執行器的外部控制電路。內部控制電路接收主板發出的開閥、關閥指令，輸出電壓控制接觸器線圈（固態繼電器）吸合，使電機得電運轉。

主板由CPU、液晶顯示屏、模擬量控制輸入、編碼器、力矩傳感器、鍵盤板、紅外通信模塊、外部開關控制接口、總線接口電路等組成。主板是執行器的大腦，所有的功能和控制命令都是由主板發出的。

檢查這類型故障，首先通過檢測電源板上輸出到接觸器（固態繼電器）線圈CC 與C1（C2）電壓來區分故障類型。將旋轉開關旋到開閥（關閥），對調節型電源板可用多用表測試上CC 與C1（C2）間有DC 30 V，驅動板上紅燈（綠燈）亮；對開關型電源板測試接觸器線圈A1 與A2 間有DC 30 V 或AC 110 V，如電壓正常，執行器不運行，則是固態繼電器（接觸器）故障。其次通過檢測電源板上SK2 數據線進一步區分電源板、主板故障。數據線（控制線）為CPU、顯示器、操作板、閥位、力矩等提供電源，并將主板發出的運行指令傳輸到電源板控制電路。數據線連接電源板SK2 和主板SK11，插頭為10 針，功能定義見表1。

表1 電源板SK2 數據線功能

執行器就地或遠程操作，主板向電源板發出開閥或關閥指令，使用多用表在SK2-6 與SK2-7、SK2-6 與SK2-8 之間測得DC 5 V，說明主板正常。執行器不運行是電源板故障。

2.3.2 電動執行器就地操作不運行

檢查操作板，用紅外設定器進入診斷菜單，顯示屏顯示旋到開閥（旋到關閥），就地控制旋鈕旋到開閥（關閥），操作板正常顯示屏會顯示“有效”，當顯示“無效”信息，說明操作板故障。

通過測試主板上SK9 插頭進一步判斷，主板SK9 插座和鍵盤板SK1 插座用8 針插頭連接，主板正面從左往右順序編號，功能定義見表2。

表2 鍵盤板SK9 插頭

拔下主板SK9 插頭，用多用表電壓擋分別測試主板SK9-8與SK9-2～SK9-7 之間的電壓為DC 5 V，插上主板SK9 插頭將狀態選擇旋鈕分別旋轉到接地、停止和遠程狀態，測量SK9-1與SK9-5～SK9-7 的電壓為DC 0.8 V 以下，就地控制旋鈕分別旋到開閥、關閥位置時，測量SK9-1 與SK9-2、SK9-4 的電壓為DC 0.8 V 以下，則說明操作板無故障。

2.3.3 電動執行器遠程不運行

檢查遠程控制不運行有3 種方法：①用紅外設定器進入菜單模式主屏→診斷→遠程信號→遠程開閥（遠程關閥）。當接收到遠程信號時，液晶顯示屏應顯示“有效”，說明執行器收到遠程信號，如執行器不運行，應進一步檢查電源板或主板。顯示“無效”信息，說明計算機組態故障；②檢查葵花接線端子排接線，查看葵花接線排外控電源端子有無松動，線路有無接地故障；③對開關型執行器用多用表測試33#（35#）端子與36#端子是否有DC 24 V；對調節型執行器，上位機設置開關百分比時，執行器液晶顯示器會顯示設置的開關百分比，在26#端子與27#端子測得4～20 mA 輸入信號，說明執行器主板或電源板故障。

2.4 力矩報警

壓力（力矩）傳感器是測量執行器力矩的部件。主要有壓力盤、應變電阻、信號放大器組成。安裝在電機軸上，執行器運行時，電機軸上力矩傳感器會將電機運行時產生的力矩值經信號放大后，送到CPU 中，于是執行器就可實時檢測到輸出力矩。當執行器的SK1-2 與SK1-3 無電壓、運行力矩超過設定值，執行器停止運行，液晶顯示屏顯示“力矩報警”。連接力矩傳感器與主板的SK1 插頭為6 針，主板正面從右往左順序編號，功能見表3。

表3 力矩、溫度保護SK1 插頭

檢查這類型故障，應確認手動旋轉閥門無過緊、粘住或卡住現象，用紅外線設定器查看關閥/開閥力矩設定值是否過小。如果過小，需調整力矩設定值。用紅外線設定器進入診斷菜單，查看壓力傳感器力矩AD 值，傳感器正常可觀察到執行器力矩AD值的變化。

2.5 堵轉報警

堵轉報警原因：閥門、主板、電機、閥位傳感器、電源板控制電路、接觸器（固態繼電器）故障都有可能導致執行器堵轉報警。

應首先確認閥門無卡住現象，執行器能運行。然后用紅外設定器調出編碼器診斷菜單，手動旋轉手輪，應能觀察到執行器編碼器值有遞增或遞減，反之需更換閥位傳感器。

確認閥位傳感器、電機絕緣及阻值正常，而執行器不運行。對開關型、調節型執行器分別測量電源板控制電路輸出的CC與C1 或C2 之間的電壓應為DC 24 V 或AC 110 V。若電壓正常則是接觸器或固態繼電器故障，反之是電源板或主板故障。

3 結束語

電動執行器控制系統涉及機械、電子、通信、自動控制等技術領域，是集機械與智能控制于一體的高度集成化設備，故障復雜多變，對維護人員的技能要求高。本文基于AUTORK 電動執行器維修案例，通過液晶顯示屏故障警報提示、用紅外線設定器進入診斷菜單、檢測電路板接口電位3 種方法，對執行器故障進行了系統分析，明確故障分析思路和故障處理步驟，為電動執行器故障維修提供新的參考思路。