總線型電動執行器在油氣儲運罐區的應用

葉創林

（中海油惠州石化有限公司，廣東惠州 516086）

1 總線電動執行器應用概況

惠州石化儲運罐區在用總線電動執行器1800臺，都是Rotork 的IQ 系列電動執行器。IQ 執行器是對閥門進行就地及遠程電動控制的非侵入式自控設備。它包括電機、現場控制反轉啟動器、帶電子邏輯控制的力矩、限位和監視裝置。

IQ 執行器與P3控制器之間采用Pakscan 總線通信。Pakscan 總線是Rotork 公司開發的雙線系統，用于對執行器的控制以及數據的雙向傳輸。在執行器內部裝有現場控制卡即Pakscan 模塊，用于組成現場總線網絡。通過現場電纜的環路布線，系統為數據信號提供了一個容錯的冗余通道。

2 總線型電動執行器P3控制器的框架圖

2.1 Pakscan環路系統特點

雙線電纜依次連接每一個現場控制單元，從主控站出發并返回（圖1），用一根雙芯電纜形成一個雙線環路。每個現場設備均具備兩個方向上冗余的通信通道，Pakscan 充分利用這一特性來避免線路故障。

圖1 P3控制器及Pakscan總線通信回路結構圖

2.2 電纜故障容錯

在系統運行時，雙線電纜始終被連續檢測。正常工作時，端口A 是一個發送器，端口B 僅為接收器。從主控站發出20 mA 環路電流，從端口A 的“出”至端口B 的“入”，再從端口B 的“出”回至端口A的“入”。端口B 可以通過電纜來監測從端口A 發出的通信信號。對于任何原因的通信故障，主控站將停止發送信號，每個現場模塊將啟動“環路回流”電路，然后主控站開始從端口A 依次關閉每個現場模塊的環路回流電路，逐漸擴大直至找到故障模塊。然后端口B 將作為發送器并重復以上程序。當此過程完成后，系統可將故障定位、識別故障類型，并與故障點兩邊的現場單元保持通信?！碍h路回流”是Pakscan 系統獨特的功能，使得系統無需兩根電纜即可具備雙通信通道。該系統還可以處理電纜短路、控制板短路或接地的故障。

2.3 故障指示

如果電纜發生故障，Pakscan 可以告知維護人員故障的位置以及故障類型，主控站的診斷屏幕可以顯示哪一臺執行器啟動了環路回流電路以及該執行器在環路中地址，出現環路回流的執行器的位置與電纜故障點。

2.4 P3控制器的參數配置

P3控制器主要作用有：①控制現場電動執行器；②總線電動執行器信息采集匯總分類后上傳至DCS，用于DCS 對總線控制器的監視和控制。因此P3設置參數分為對上和對下兩部分。

對上即為與DCS 通信，在設置——SerialSettings——設置Port01、02，為9600、odd。在Modbus 選項中設置modbusaddress 為200。同時在HostSettings設置Port0102ethernet 協議為Yokogawa。

對下即為與現場電動執行器工作，在loopsettings中CurrentSpeed（環路通信速率），必須與全部環路中執行器設置的值保持一致，這里采用為600。HighestFCU，即環路中安裝的執行器的最大數量，也即最高通信地址。第一調試完成后要做好該回路電動執行器地址表（地址表要包括回路通信地址、物理地址、位置描述），以方便后需維護。

3 總線型電動執行器工作原理

電動執行器的動作流程：控制旋鈕切換至就地操作模式，用就地控制開關進行開閥，將開閥信號傳遞給就地控制板，就地控制板將信號轉交給主板，主板接受到就地開閥命令，操作交流接觸器閉合觸點，交流接觸器接通電機電源，電機轉動并帶動渦輪蝸桿機構，渦輪蝸桿機構通過軸套帶動閥桿上升，閥桿連接閘板，閥板上提，從而打開工藝管道。通過計數板可以精確測量執行器的行程，測量反饋閥位信號給主板，主板進行判斷后再進行操作交流接觸器，如果開關到位，發出命令斷開交流接觸器的觸點，切斷電機的電源實現電機停止，實現閥位精確控制，如圖2所示。

圖2 執行器結構原理

4 Pakscan防雷方法

Pakscan 系統使用三種方法來防雷。這涉及使用吸收器、壓敏電阻和光電耦合器。

所有雙線網絡電纜終端點和電纜本身的阻抗水平應保持在最低水平。這具有最小化由感應電流引起的瞬態電壓的效果。

雙線回路上的所有元件都具有使用瞬態吸收器和壓敏電阻組件安裝的電子保護電路。在雙線電纜上使用正確的終端和連接的屏蔽可減少電磁感應信號的影響。

4.1 Pakscan主站保護

主站雙線回路通信端口A 和B 均配有吸收器和壓敏電阻，如圖3所示。

圖3 P3控制器防雷結構

吸收器：1500W 浪涌，20V。2.1J。壓敏電阻：460V，17J（10/1000μs）。

4.2 Pakscan現場設備保護

現場設備都配有三個吸收器和一個壓敏電阻。執行器屏蔽連接與機箱接地有一個壓敏電阻連接。

在所有情況下，保護裝置都盡可能靠近電路板上的現場連接，從而將電阻降至最低。

此外，所有回路電路組件和現場連接都與處理器光學隔離。這確保了現場單元檢測器的故障電路不會傳輸到連接的執行器的電路，使其繼續工作，如圖4所示。

圖4 電動執行器防雷結構

按照調試及注意事項見表1。

表1 安裝調試及注意事項

5 故障案例分析

5.1 電動執行器回路斷線故障

（1）通過P3 控制器確認電動執行器斷點位置，通過事先的FCU 與物理地址對照表，確認故障點的電動執行器的位置。

（2）檢查故障點電動執行器及其前后的電動執行器供電是否正常，如果正常，否則進入下一步。

（3）檢查故障點電動執行器及其前后的電動執行器通信參數是否設置正常，如地址波特率、掩碼，如果正常，否則進入下一步。

（4）重新搜索地址，如果正常，否則進入下一步。

（5）打開故障點電動執行器及其前后的電動執行器接線盒，脫開電動執行器的通信線，短接26、27端子，跳過此臺電動執行器，重新搜索地址，逐臺一排查。

結論：電動執行器通信線虛接。

5.2 電動執行器DCS不能遠程控制

（1）切換到手動操作，閥體和執行器無卡塞，否則進入下一步。

（2）通過就地旋鈕切換到就地，就地開關旋鈕操作電動執行器，電機和交流接觸器正常，則進入下一步。

（3）將電動執行器切換至遠程狀態，在P3控制器檢查電動執行器是否上線，如果正常，則進入下一步。

（4）利用P3操作閥門，如果正常，則進入下一步。

（5）聯系DCS 核對該地址電動執行器的操作寄存器地址，與廠家核實地址。

結論：模擬量地址表錯誤。

5.3 ESD觸發后執行器不動作

（1）用萬用表在電動執行器脫開接線測量是否帶電，如果正常，判定DCS 發現的ESD 信號正常，則進入下一步。

（2）檢查電動執行器接線到主板的電線是否正常，測量此通信線如果正常，則進入下一步。

（3）檢查電動執行器參數配置，如果正常，則進入下一步。

結論：原來參數設置applied 改為removecontract4-NO 改為NC。

5.4 總線回路所有執行器掉線

（1）檢查電動執行器上電是否正常，如果正常，則進入下一步。

（2）重新搜索地址，如果正常，則進入下一步。

（3）檢查電動執行器P3通信參數，則進入下一步。

（4）核對電動執行器通信參數與P3通信參數是否匹配，如波特率、掩碼、FCU 最高地址。

結論：P3總線控制器設置出錯，NEWSPEED 設置為110，在回路自動搜索時將現場電動執行器通信波特率改為為110，導致主機與從及波特率不一致，無法正常通信。

6 結束語

闡述了總線電動執行器的工作原理，總結了總線型電動執行器安裝調試注意事項和常見故障判斷處理步驟，為總線型電動執行器在油氣儲運罐區的推廣提供借鑒。