程控电动阀操作控制回路优化

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摘 要：电动阀在化工生产中被广泛应用，我们使用的程控电动阀在实际生产中电气控制部分有三大问题需要解决。一是拒动，即：电动阀运行到开（或关）限位后存在着并不能可靠的停止运行。二是开（或关）阀限位及开（或关）阀过扭矩限位继电器损坏严重。三是程控电动阀运行状态及故障类型的判断困难。为此我们进行了有针对性的技术改造并取得了相当好的效果。

关键词：分子筛；程控电动阀；拒动、释能电阻；运行状态及故障性质识别

大化公司日产千吨合成氨装置是由林德公司总成套，采用林德公司空分、甲醇洗、液氨洗专利技术。美国德士古气化专利技术，丹麦托普索合成专利技术。100号空气分离工序是接受空压机来的加工空气，经净化除去有害杂质后，通过精馏、在低温下进行分离，为生产合成氨提供高压氧气、高压氮气、低压氮气、液氮、仪表空气、工厂空气、液氨产品。

其中的净化工艺是采用西德林德公司提供的液氮洗装置，（林德技术及成套），采用分子筛吸附CO2和C2H2等碳氢化合物。两台分子筛吸附器并联配置，一台吸附运行、另一台再生，交替使用，吸附与再生分别在两个分子筛吸附器中同时进行，交替运行的切换程序是自动进行的。分子筛吸附器程序控制电动阀门开关有15台，编号是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。

程控电动阀在实际生产使用中经常出现电动阀运行到限位后仍继续运行直至到过扭矩才停止（限位没限制住），即我们所说的拒动。出现拒动情况后，现场化工操作员就必须及时到现场手动将阀摇到需要的正常位置，并为下一次程控阀自动循环做准备。同时电动阀控制系统中的限位继电器损坏严重，为此每年大停检修中都安排更换一次。另一方面程控电动阀运行状态及故障类型的判断困难。这些问题一直困扰着我们。它们不仅影响着正常生产，同时也消耗着大量的人力和财力。为此对程控电动阀的控制回路进行了较全面的技术改进。

1 程序控制电动阀控制电路对运行状态及故障类型的快速识别

由于程控电动阀抽屉柜抽屉的面板位置所限，没有足够的地方来增加信号灯等电气元器件，为此我们采用交流220V双色信号灯进行相关技术改造，实现了程序控制电动阀运行及故障快速识别。

双色灯的特点：有三个接线端：X0、X1、X2其中X0是公共接线端，X1、X2为火线。

双色灯显示红色：X0与X1加入220V交流电压时；

双色灯显示绿色：X0与X2加入220V交流电压时；

双色灯显示黄色：红色、绿色同时亮时（即：混色光）；

1.1 开阀操作

改前：程控电动阀控制回路显示单一，程控电动阀在开阀操作过程中，图1中的H1（绿灯）亮，开到限位后H1灯灭。

改后：程控电动阀在开阀操作过程中，图1中的H1显示红色，开到限位后H1灯由红色变绿色。

1.2 关阀操作

改前：程控电动阀控制回路显示单一，程控电动阀在开阀操作过程中，图1中的H2（绿灯）亮，开到限位后H2灯灭。

改后：程控电动阀在开阀操作过程中，图1中的H2显示红色，开到限位后H2灯由红色变绿色。

1.3 开阀过扭矩

改前：程控电动阀在开阀操作过程中出现过限位并达到过扭矩时，图1中的H1在开阀操作过程中显示绿色，其余都不亮，但此时H3故障黄灯亮。表示该程控阀出现故障，因为改前H3故障黄灯是故障综合的显示，此时无法判断具体故障类型。

改后：程控电动阀控制回路显示单一，程控电动阀在开阀操作过程中出现过限位并达到过扭矩时，图1中的H1显示红色（开阀工作中），开到限位后H1由红色变绿色（开阀到限位），H1由绿色变黄色（开阀过扭矩）。此时H3故障黄灯同时也亮。由此可以准确判断故障类型是开阀过扭矩。

1.4 关阀过扭矩

H2信号灯显示情况参考H1开阀过扭矩动作过程。

2 程控电动阀拒动及因释能电阻发热使得限位继电器损坏严重问题的解决

2.1 问题介绍

两个问题放在一起解决的原因是：为了解决程控电动阀拒动问题而在限位继电器线圈两端并释能电阻。由于程控电动阀供电的主回路及控制回路都集中在较密集的抽屉内，由于空间问题，并接的释能电阻只能与限位继电器很近。释能电阻由于大部分都长期带电，由此产生大量的热量，使得限位继电器故障率很高。使得限位接触器损坏率非常高（因限位接触器大都长期带电及发热严重使限位接触器弹簧弹性性能大大减弱，造成接点压力低，接触不可靠，限位接触器的线圈两端分别并联一个8W、10KΩ的电阻，由于大都长期带电发热，使得限位接触器外壳变色、变形、烤焦而损坏）。每年的大停检修都要进行对限位接触器的全面更换（一次大停检修要更换60个限位接触器）损失及浪费很大。因为两个问题互相关联，所以解决问题时必须综合考虑。

15台程序控制电动阀在投产安装调试时就出现异常情况，即：程序控制电动阀执行到开（关）阀操作过程中，在阀行至开（关）限位并且限位点动作后，阀电动机的运行并没有停止，直到运行至开（关）阀过扭矩限位接点动作后操作才停止。一是易出现运行过扭矩现象，二是不执行程序的开阀、关阀操作命令，此后经过德国电气工程师进行了相应的整改措施，既在开阀限位、关阀限位、开阀过扭矩限位、关阀过扭矩限位接触器的线圈两端分别并联一个8W、10KΩ的电阻，见图示1中所示的释能电阻。在限位接触器的线圈两端分别并联一个8W 、10KΩ的电阻后，程序控制阀出现的拒动现象大大减少，但没有根除。而且释能电阻发热严重问题也是急待待解决的问题。

2.2 程控电动阀拒动问题分析

限位接触器的线圈是由铜导线绕成绕组，在交流电回路中可以分解成电阻与电感的串联，线圈通过一定的电流IL，在它周围就建立了磁场，而在磁场中就储存着一定的磁场能，这种磁场能是由电源供给的电能转化来的。磁场能量与线圈中电流的平方及线圈电感成反比，既WL=0.5LI2，自感电动势与绕组电感L和电流的变化率Δi/Δt成正比.当绕组突然从电源上断开时，电流由一个很大的数值很快减小到零，也就是说， 电流的变化率Δi/Δt具有很大的数值，所以线圈中产生的自感电动势很高。线圈电路的磁场能和电能一样，不能发生突变。由于磁场能与线圈电流的平方成正比，所以通过线圈的电流也不能突变。根据以上理论分析程序控制电动阀电路，既程序控制电动阀电路的限位接触器的线圈在限位接点从闭合状态到打开瞬间，由于限位接触器磁场能和电能不能发生突变，通过接触器线圈的电流也不能突变的原理。限位接触器的线圈两端产生自感电动势，其产生的自感电动势足够限位接触器吸合，通过自然释放能量才能使得限位接触器返回。如此可以造成限位接触器动作出现延时现象，造成程序控制阀在开、关操作运行时时常出现两种现异常情况的发生（一是易出现运行过扭矩现象，二是不执行程序的开阀）。

2.3 程控电动阀拒动及释能电阻发热问题根本解决

为了从根本上改变程序控制电动阀拒动异常情况的发生及发热严重状况。最佳方案有两个。方案一：将继电器由原来较小的自身功耗换成大容量自身功耗的接触器。这样就可保证动作的可靠性，继电器线圈又不用并接电阻。方案二：将操作电源由交流220V改为直流220V，同时将电动阀控制回路中的继电器都电源由交流220V换成直流220V。并在限位继电器线圈两侧并接续流二极管。但都因抽屉柜内空间所限，根本无法实现。所以只能从继电器线圈并电阻的方法解决拒动问题，同时为了减少发热，尽可能减少释能电阻的使用数量和带电时间。

2.3.1 将电动阀控制电路中的开阀限位、关阀限位、开阀过扭矩限位、关阀过扭矩限位接点由常闭接点全部改为常开接点，限位继电器线圈中长时间带电的由3个减少到一个，相应的释能电阻发热也由3个变成1个。

2.3.2 在操作控制会路中增加了开或关阀过扭矩控制联锁回路（见图2），当出现过扭矩后联锁开或关阀继电器线圈断电。即禁止阀出现过扭矩后的开或关阀的继续操作。为此过扭矩限位接触器线圈两端并联的电阻拆除。又减少了两处发热源。

2.3.3 经开或关阀主继电器接点与释能电阻做相关联锁（见图2），开和关限位继电器由各并接一个改为共用一个释能电阻，（在开阀或关阀操作执行过程中释能电阻才起作用，将释能电阻带电时间缩短到最小，使得释能电阻发热时间减到最小）。

3 结束语

通过对程控电动阀操作控制回路的技术改造后，程控电动阀拒动情况被消除。每个电动阀操作控制回路仅仅保留一个释能电阻，而且释能电阻的带电时间缩短到最小。限位继电器因释能电阻长期通电发热，引起限位继电器故障率高的问题彻底解决。

采用双色信号灯进行显示功能的技术改造后，程控电动阀的运行状态及故障类型就可以一目了然了。处理问题和发现问题更及时准确

4 附图：

作者简介：王林，男，1962年出生，工程师，本科毕业，现任辽宁省大连市大化集团有限责任公司合成氨厂电气技术专责。