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【摘 要】本文由大唐托克托发电公司电动门控制回路改造引发对电动执行机构控制回路发展方向讨论。大唐托电公司共8台600MW机组及2台300MW机组，机组电动开关门更是数以千计，由于生产现场环境较差，设备连续运行时间长，很多电动开关门电路板均出现了老化现象，在机组正常运行时，故障频出，为安全生产带来了很大隐患。而且，有些电动开关门电路板故障后，买不到单独的、原装的板件，唯一解决办法是更换整个阀门，需对阀门电动头及门体进行整套采购，但一整套阀门费用很高，平均一套需8万元左右。只因电动头电路板故障，无法使用，就要更换整个阀门，及其不符合设备经济运行的理念，且对资源造成了严重的浪费。这就对我们迫切的提出了对这类故障阀门进行技术改造的需求。
【关键词】电动执行机构；电路板；控制回路；发展方向
1.概述
电动执行器在现代生产过程自动化中起着十分重要的作用，智能电动执行器嵌入了高性能的微控制器，能够实现复杂的伺服控制，在我厂就使用了很多此类电动执行器。可随着托电机组投运事件的延长，由于生产现场环境较差，阀门电路板老化现象比较严重，当电路板故障后，很难单独购买，唯一解决办法是更换整个阀门，所需费用很高，这就造成严重的资源浪费，所以从机组经济性、安全性考虑，我们对现有的故障的电动执行机构进行改造，使阀门能通过硬回路实现控制，抛弃原有的电路板件。
2.电动执行机构控制回路改造
2.1 改造前状况
2011年9月份，托电公司四期精处理#7机组阳床出口电动执行机构故障。改造前控制方式有远方、就地两种，就地操作需将电动执行机构上远方就地按钮切至“就地”位，旋转电动门“开”、“关”操作按钮，电路板“开”、“关”输入触点闭合，电动门开启、关闭，到达所设定的开、关限位时，“开到位”、“关到位”反馈信号输入电路板，电路板发出停指令，如果电动门没有停止继续开启或关闭，力矩开关动作，电动门报警并停止。将电动执行机构上远方就地按钮切至“远方”位，就由上位机运行人员远方操作，在操作画面点击“开阀”或“关阀”按钮，上位机PLC的DO卡件输出阀门开启或关闭指令，指令由信号线送至就地电动执行机构电路板，由电路板控制开启或关闭阀门，同时保持限位开关和力矩开关的功能。
精处理#7机组阳床出口电动执行机构故障，精处理阳床系统自动无法投运，急需进行处理，恢复系统正常运转。我们对电动门进行就地回路检查，故障原因为电路板损毁，手动旋转阀门手轮操作故障阀门，开关都很顺畅，无卡涩现象，阀体部分良好，只需更换电路板即可恢复电动执行机构正常操作。可是，此电路板没有备件，联系厂家进行采购，告知这种进口电动执行机构电路板已不生产，只能经行整体阀门的采购，考虑设备检修经济性，和检修周期较短，急需对此故障电门控制回路进行改造。
此类型电动执行机构在托电公司10台机组中有很多，8号机组连续排污电动执行机构也出现了类似的问题，从长远来看电动执行机构控制回路改造势在必行。
2.2 电动执行机构控制回路改造方案
电动执行机构控制回路改造思路是将有故障的电动门电路板替换掉，加装硬回路实现远方、就地对阀门的操作。首先需绘制出就地控制回路电气原理图，然后在就地电动执行器附近加装控制箱，控制箱上装设手操旋钮进行就地操作和远方、就地切换功能。装设开关位置指示灯，显示阀门位置情况。将电动门的操作、控制部分单独分离，相关的变压器、接触器、空气开关都放在控制柜里，按照所设计的电气原理图进行接线，实现执行机构就地独立控制改造。
2.3详细改造内容
首先，绘出就地控制回路电气原理图1，电路图如下
图1
下面先对电气原理图中所涉及的都的电气符号及其含义进行简单阐述：
（1）为保险丝：保险丝都有自己特定的额定电流，也称为工作电流是由制造部门在实验室的条件下所确定的，如1A、、2.5A、4A、5A、6.3A等，用户可根据实际情况选择合适的保险丝，当电路中流过有高于额定值的电流时，保险丝熔断，及时切断过载电流，保护设备不被烧损。
（2）为断路器：俗称“空气开关”，它是一种既有手动开关作用，又能自动进行失压、欠压、过载、和短路保护的电器。它可用来分配电能，不频繁地启动异步电动机，对电源线路及电动机等实行保护，当它们发生严重的过载或者短路及欠压等故障时能自动切断电路，其功能相当于熔断器式开关与过欠热继电器等的组合。
（3）为执行机构电机：为执行机构开启、关闭的动力装置。
（4）为变压器：利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置。功能主要有：电压变换；电流变换，阻抗变换；隔离；稳压（磁饱和变压器）等。
（5）为热继电器：热继电器是由流入热元件的电流产生热量，使有不同膨胀系数的双金属片发生形变，当形变达到一定距离时，就推动连杆动作，使控制电路断开，从而使接触器失电，主电路断开，实现电动机的过载保护。
（6）为操作按钮：就地操作电动门开关的操作按钮。
（7）为切换按钮：总有一组开节点，一组闭接点，当按钮按下时，开节点变闭接点，原闭接点变为开接点。
（8）为接触器：指工业电中利用线圈流过电流产生磁场，使触头闭合，以达到控制负载的电器。
（9）为接触器常开、常闭接点：当接触器线圈带点后，常开接点闭合，常闭几点断开。
（10）为指示灯符号。
明白所有电器元件符号含义以后，来看电路图可知：路电源取自电机380V电源，经过220V变压器送入新加装的控制柜，“FR”是电机热继电器辅助触点，当热继动作时，整个电动控制回路失电，不能进行控制。380V空开送电后，控制柜红色“电源灯”亮，表示回路已送电。“R/L”为“远方/就地”切换旋钮，“LO”表示“开限位”，“TO”为开力矩开关，KM1为电机正转接触器（电动执行器开启接触器）。当“R/L”在就地位，开按钮按下，KM1接触器带点，KM1辅助触点闭合形成自保持回路，电动执行器开启，当电动执行器开到位后，开反馈指示灯亮。当“R/L”在远方位，远方指令“VO”触发时，KM1接触器带点，KM1辅助触点闭合形成自保持回路，电动执行器开启。同样，电动执行器关闭操作也执行相同的程序，“LC”表示关反馈，“TC”为关力矩开关，KM2为电机反转接触器（电动执行器关闭接触器）。当“R/L”在就地位，开按钮按下，KM2接触器带点，KM2辅助触点闭合形成自保持回路，电动执行器关闭，当电动执行器关到位后，关反馈指示灯亮。当“R/L”在远方位，远方指令“VC”触发时，KM2接触器带点，KM2辅助触点闭合形成自保持回路，电动执行器关闭。需说明一点，为了使就地接线简化，开关反馈的指示灯我们串入了开关控制回路里，在电动执行器动作过程，开关反馈都不在的时候，开到位、关到位指示灯是一直亮着的，当电动执行器开到位后，开反馈触点由“1”变为“0”，关到位的指示灯断电，控制柜指示灯亮“开到位”。关闭电动执行器使用相同原理。 3.由此次改造对电动门发展方向的讨论
系统改造后，控制部分从阀门整体分离，所有控制相关的电气元件如接触器、变压器等都在一个小控制柜里，分布均匀、直观，而且成本低廉，这样一套控制组件成本都不到一个电路板价格的五分之一，而且便于查找故障点，给日常维护工作带来极大方便，系统中某一部件故障，及时更换就可恢复阀门以致整个工控系统的正常运转。
虽然目前主流电动执行机构都在向着高集成化、高智能化、小型化、一体化、数字化发展，电力电子的高度集成化，单片机的使用以及一些功能强大的模块的使用，使电动执行器体积越来越小。目前，智能电动执行器一般将整个控制回路通过一块板件控制，将伺服电机，现场仪表控制器安装为一体，使得电动执行器看越来越小巧美观。可是，在这里要注意两点，第一点：在实际应用中电动开关门使用要求特别简单，只要求其能开启、关闭阀门，到达限位后自动停止；第二点：工业现场环境恶劣，电动阀门经常工作在高温、高湿度或粉尘浓度很高的地方。这样恶劣的环境对执行机构电路板件是一个极大的挑战，温度过高极易造成电路板长期在超温工况下运作，电路板烧毁；湿度过高或者粉尘浓度大，极易造成电路板上积灰、积水，造成短路现象，烧毁电路板。在我厂，我们大范围使用了ROTORK、BRNARD等电动执行机构，由于现场环境恶劣，经常出现电路板烧损的现象，当电路板烧损只能对其进行更换，或者集中返厂修理，在这个过程中，不乏有各种原因会将故障电路板丢失。这样就会造成很大程度的浪费，也会耽误检修周期，很不符合设备维护经济性的原则。相反，此次对电动执行机构的改造，就很好的解决了上述问题，控制回路中的单个设备都具有独立的冷却散热，就算在高温处也能持续工作很长时间。当有积灰、积水等现象时，也最多是使控制回路短路，保险丝过流断裂，检修时直接更换保险，清理积灰即可。还有一个最大的优点是控制回路中各个电气元件故障都可以单独更换，既可以节约维护成本，又能对故障阀门及时处理。
综上所述，目前主流电动执行机构电路板高集成度本身就存在着致命伤，会造成极大的资源浪费。根据生产现场实际情况，电动执行机构控制部分要求维护更方便，可自行修理，维修成本低，所需维修工时更短。所以电动执行机构控制部分的发展还是要向着控制元件单体分离，又还可以兼顾小型化方向，便于检查、维修的方向发展。
参考文献：
[1]祝荣荣，张士文，智能阀门电动执行机构控制器的设计[J].工业仪表与自动化装置，2005（4）：26-28.
[2]高云天，史家林，RK-Z系列智能电动执行机构性能的特点及应用[J].自动化与仪器仪表，2004（1）：57-58.
[3]郭志清，侯鹏，电动执行器的发展方向，《科技风》2009年22期.
[4]龙得云，彭孟成，张鞍山.执行器的理论研究与实践[J].电力自动化设备，2005（1）：19-20.
[5]王兴，蒋庆华，电动执行器，机械工业出版社 1982年11月.
【关键词】电动执行机构；电路板；控制回路；发展方向
1.概述
电动执行器在现代生产过程自动化中起着十分重要的作用，智能电动执行器嵌入了高性能的微控制器，能够实现复杂的伺服控制，在我厂就使用了很多此类电动执行器。可随着托电机组投运事件的延长，由于生产现场环境较差，阀门电路板老化现象比较严重，当电路板故障后，很难单独购买，唯一解决办法是更换整个阀门，所需费用很高，这就造成严重的资源浪费，所以从机组经济性、安全性考虑，我们对现有的故障的电动执行机构进行改造，使阀门能通过硬回路实现控制，抛弃原有的电路板件。
2.电动执行机构控制回路改造
2.1 改造前状况
2011年9月份，托电公司四期精处理#7机组阳床出口电动执行机构故障。改造前控制方式有远方、就地两种，就地操作需将电动执行机构上远方就地按钮切至“就地”位，旋转电动门“开”、“关”操作按钮，电路板“开”、“关”输入触点闭合，电动门开启、关闭，到达所设定的开、关限位时，“开到位”、“关到位”反馈信号输入电路板，电路板发出停指令，如果电动门没有停止继续开启或关闭，力矩开关动作，电动门报警并停止。将电动执行机构上远方就地按钮切至“远方”位，就由上位机运行人员远方操作，在操作画面点击“开阀”或“关阀”按钮，上位机PLC的DO卡件输出阀门开启或关闭指令，指令由信号线送至就地电动执行机构电路板，由电路板控制开启或关闭阀门，同时保持限位开关和力矩开关的功能。
精处理#7机组阳床出口电动执行机构故障，精处理阳床系统自动无法投运，急需进行处理，恢复系统正常运转。我们对电动门进行就地回路检查，故障原因为电路板损毁，手动旋转阀门手轮操作故障阀门，开关都很顺畅，无卡涩现象，阀体部分良好，只需更换电路板即可恢复电动执行机构正常操作。可是，此电路板没有备件，联系厂家进行采购，告知这种进口电动执行机构电路板已不生产，只能经行整体阀门的采购，考虑设备检修经济性，和检修周期较短，急需对此故障电门控制回路进行改造。
此类型电动执行机构在托电公司10台机组中有很多，8号机组连续排污电动执行机构也出现了类似的问题，从长远来看电动执行机构控制回路改造势在必行。
2.2 电动执行机构控制回路改造方案
电动执行机构控制回路改造思路是将有故障的电动门电路板替换掉，加装硬回路实现远方、就地对阀门的操作。首先需绘制出就地控制回路电气原理图，然后在就地电动执行器附近加装控制箱，控制箱上装设手操旋钮进行就地操作和远方、就地切换功能。装设开关位置指示灯，显示阀门位置情况。将电动门的操作、控制部分单独分离，相关的变压器、接触器、空气开关都放在控制柜里，按照所设计的电气原理图进行接线，实现执行机构就地独立控制改造。
2.3详细改造内容
首先，绘出就地控制回路电气原理图1，电路图如下
图1
下面先对电气原理图中所涉及的都的电气符号及其含义进行简单阐述：
（1）为保险丝：保险丝都有自己特定的额定电流，也称为工作电流是由制造部门在实验室的条件下所确定的，如1A、、2.5A、4A、5A、6.3A等，用户可根据实际情况选择合适的保险丝，当电路中流过有高于额定值的电流时，保险丝熔断，及时切断过载电流，保护设备不被烧损。
（2）为断路器：俗称“空气开关”，它是一种既有手动开关作用，又能自动进行失压、欠压、过载、和短路保护的电器。它可用来分配电能，不频繁地启动异步电动机，对电源线路及电动机等实行保护，当它们发生严重的过载或者短路及欠压等故障时能自动切断电路，其功能相当于熔断器式开关与过欠热继电器等的组合。
（3）为执行机构电机：为执行机构开启、关闭的动力装置。
（4）为变压器：利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置。功能主要有：电压变换；电流变换，阻抗变换；隔离；稳压（磁饱和变压器）等。
（5）为热继电器：热继电器是由流入热元件的电流产生热量，使有不同膨胀系数的双金属片发生形变，当形变达到一定距离时，就推动连杆动作，使控制电路断开，从而使接触器失电，主电路断开，实现电动机的过载保护。
（6）为操作按钮：就地操作电动门开关的操作按钮。
（7）为切换按钮：总有一组开节点，一组闭接点，当按钮按下时，开节点变闭接点，原闭接点变为开接点。
（8）为接触器：指工业电中利用线圈流过电流产生磁场，使触头闭合，以达到控制负载的电器。
（9）为接触器常开、常闭接点：当接触器线圈带点后，常开接点闭合，常闭几点断开。
（10）为指示灯符号。
明白所有电器元件符号含义以后，来看电路图可知：路电源取自电机380V电源，经过220V变压器送入新加装的控制柜，“FR”是电机热继电器辅助触点，当热继动作时，整个电动控制回路失电，不能进行控制。380V空开送电后，控制柜红色“电源灯”亮，表示回路已送电。“R/L”为“远方/就地”切换旋钮，“LO”表示“开限位”，“TO”为开力矩开关，KM1为电机正转接触器（电动执行器开启接触器）。当“R/L”在就地位，开按钮按下，KM1接触器带点，KM1辅助触点闭合形成自保持回路，电动执行器开启，当电动执行器开到位后，开反馈指示灯亮。当“R/L”在远方位，远方指令“VO”触发时，KM1接触器带点，KM1辅助触点闭合形成自保持回路，电动执行器开启。同样，电动执行器关闭操作也执行相同的程序，“LC”表示关反馈，“TC”为关力矩开关，KM2为电机反转接触器（电动执行器关闭接触器）。当“R/L”在就地位，开按钮按下，KM2接触器带点，KM2辅助触点闭合形成自保持回路，电动执行器关闭，当电动执行器关到位后，关反馈指示灯亮。当“R/L”在远方位，远方指令“VC”触发时，KM2接触器带点，KM2辅助触点闭合形成自保持回路，电动执行器关闭。需说明一点，为了使就地接线简化，开关反馈的指示灯我们串入了开关控制回路里，在电动执行器动作过程，开关反馈都不在的时候，开到位、关到位指示灯是一直亮着的，当电动执行器开到位后，开反馈触点由“1”变为“0”，关到位的指示灯断电，控制柜指示灯亮“开到位”。关闭电动执行器使用相同原理。 3.由此次改造对电动门发展方向的讨论
系统改造后，控制部分从阀门整体分离，所有控制相关的电气元件如接触器、变压器等都在一个小控制柜里，分布均匀、直观，而且成本低廉，这样一套控制组件成本都不到一个电路板价格的五分之一，而且便于查找故障点，给日常维护工作带来极大方便，系统中某一部件故障，及时更换就可恢复阀门以致整个工控系统的正常运转。
虽然目前主流电动执行机构都在向着高集成化、高智能化、小型化、一体化、数字化发展，电力电子的高度集成化，单片机的使用以及一些功能强大的模块的使用，使电动执行器体积越来越小。目前，智能电动执行器一般将整个控制回路通过一块板件控制，将伺服电机，现场仪表控制器安装为一体，使得电动执行器看越来越小巧美观。可是，在这里要注意两点，第一点：在实际应用中电动开关门使用要求特别简单，只要求其能开启、关闭阀门，到达限位后自动停止；第二点：工业现场环境恶劣，电动阀门经常工作在高温、高湿度或粉尘浓度很高的地方。这样恶劣的环境对执行机构电路板件是一个极大的挑战，温度过高极易造成电路板长期在超温工况下运作，电路板烧毁；湿度过高或者粉尘浓度大，极易造成电路板上积灰、积水，造成短路现象，烧毁电路板。在我厂，我们大范围使用了ROTORK、BRNARD等电动执行机构，由于现场环境恶劣，经常出现电路板烧损的现象，当电路板烧损只能对其进行更换，或者集中返厂修理，在这个过程中，不乏有各种原因会将故障电路板丢失。这样就会造成很大程度的浪费，也会耽误检修周期，很不符合设备维护经济性的原则。相反，此次对电动执行机构的改造，就很好的解决了上述问题，控制回路中的单个设备都具有独立的冷却散热，就算在高温处也能持续工作很长时间。当有积灰、积水等现象时，也最多是使控制回路短路，保险丝过流断裂，检修时直接更换保险，清理积灰即可。还有一个最大的优点是控制回路中各个电气元件故障都可以单独更换，既可以节约维护成本，又能对故障阀门及时处理。
综上所述，目前主流电动执行机构电路板高集成度本身就存在着致命伤，会造成极大的资源浪费。根据生产现场实际情况，电动执行机构控制部分要求维护更方便，可自行修理，维修成本低，所需维修工时更短。所以电动执行机构控制部分的发展还是要向着控制元件单体分离，又还可以兼顾小型化方向，便于检查、维修的方向发展。
参考文献：
[1]祝荣荣，张士文，智能阀门电动执行机构控制器的设计[J].工业仪表与自动化装置，2005（4）：26-28.
[2]高云天，史家林，RK-Z系列智能电动执行机构性能的特点及应用[J].自动化与仪器仪表，2004（1）：57-58.
[3]郭志清，侯鹏，电动执行器的发展方向，《科技风》2009年22期.
[4]龙得云，彭孟成，张鞍山.执行器的理论研究与实践[J].电力自动化设备，2005（1）：19-20.
[5]王兴，蒋庆华，电动执行器，机械工业出版社 1982年11月.