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1、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
2、。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420 mA或15 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
3、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新型电动执行器都有一个对使用来说极为重要的功能，即断信号保护，例如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口时，在输入的控制信号3mA后
4、，执行机构停止转动，保持原有阀位(输 入信号范围为420mA 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，报警指示等组成刃。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Ki，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
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”一“自动”的无扰动切换阀位反馈电流从端子引入操作器，在指示器Ml上显示，并经250Q精密电阻转换成15V电压信号从端子输出，送至调节器。操作器调节器调节输出状态输入ID!报警输出4 20mA15V9-?7-,Vs闪光电路O0执行器电源调理Ii严阀位反（卡馈信号报警接点输出（可接电铃）II+24V （中）0V （相）图 1 调节系统及操作器原理图与此同时，操作器将状态信号从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
6、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。“自动”一“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”一“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
7、统的安全可靠性。在图1中，操作器的外部联锁信号从端子输入，当调节器异常时，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端子进入操作器，经指示器上指针Mh从(11) (12) 端子输出送至执行器。操作器处于“手动”位置时，调节器输出电流通往执行器的通路被切断，但通过开关SW的“M”点构成回 路，指示器仍正常指示。当操作器处于“自动
8、”状态，同时有报警信号输入时，由于继电器动作，其常闭接点断开，使调节器输出电 流回路断开，所以上指针示值 0% 刻度。(6) 操作器掉电 操作器内配有自复保险丝，勿需更换。但在外部电源因故中断时，应及时予以发现，以免手操无法进行。操作器掉电后，操作人员往往不大注意。因为表头指示值不受掉电影响，仅仅是所有指示灯全不亮。 掉电时，如果操作器处于“自动”状态，则掉电不影响自动调节系统的正常运行。 掉电时，如果操作器处于“手动”状态，因恒流源无法工作，因此手操无法进行。掉电时，由于所有指示灯全不亮，所以操作器的状态只能从拨动开关的位置作出判断。三、新旧操作器性能比较DFD-1010型操作器与常见的Q型
9、操作器相比，在性能上有下列主要不同。1. “手动”时提供控制信号的方式不同后者在“手动”时是连续向执行器提供控制电流，因此，一旦操作器发生故障，执行器就容易发生阀位偏离 故障前的数值。而前者处于“手动”状态时，仅仅在需要改变阀门开度而按下开大或关小按钮的很短时间，才有 电流送执行器，而其余时间，执行器一直处于断信号状态，如果操作器发生故障，最多只是无法修改阀门开度， 因此安全可靠性大大提高。2. “自动”时的可靠性前者在“自动”时，调节器输出的控制信号被无误差地送给执行器，即使操作器掉电，也不影响这一传递关 系。而后者在“自动”时，调节器输出信号经操作器处理、转换后才送执行器，这不仅在数值上引
10、入一定的误差， 更重要的是，一旦处理、转换部分故障，控制信号将出现传递失准，以致影响系统安全。3. 信号指示和阀位指示的可靠性DFD-1010 型操作器中，控制输入信号指示和阀位指示完全不依赖电源，即使在操作器掉电时，仍能正常指 示，因此，可靠性高。4. 操作器本身可靠性不同前者电路简单，元器件数目比后者少得多，表内完全没有电位器，因此，本机可靠性比后者高。5. 报警部分的配置DFD-1010 在调节器故障时，能用闪光报警，并可外接电铃或到闪光报警器、计算机等处报警，因此更醒目、6. 价格的差异前者因为较简单，所以价格比后者便宜。四、现场应用情况新型操作器共有25台在现场长时间使用，均获得满意的效果，与型操作器作对照考核，前者故障不到后者的 十分之一。一旦发生故障，拔下插头更换表芯，阀位不产生丝毫变化。因此受到操作和维修人员的高度评价。参考文献1上海奇胜仪表有限公司. PSQ 型电动执行器使用说明书，19982上海宝科自动化仪表研究所. DFD-1010 型电动操作器说明书，19983鞍热工装自控仪表有限公司. 3610 系列角行程电子式电动执行器使用说明书，19954.上海自动化仪表一厂一英国ROTORK控制有限公司.“上海一ROTORK”电动执行机构选型指南，1992（本文摘自 2000 年 10月 18 日中国仪电报）
