总线型电动执行器在油气储运罐区的应用
时间：2023-03-27 11:00:04 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
叶创林
（中海油惠州石化有限公司，广东惠州 516086）
惠州石化储运罐区在用总线电动执行器1800台，都是Rotork 的IQ 系列电动执行器。IQ 执行器是对阀门进行就地及远程电动控制的非侵入式自控设备。它包括电机、现场控制反转启动器、带电子逻辑控制的力矩、限位和监视装置。
IQ 执行器与P3控制器之间采用Pakscan 总线通信。Pakscan 总线是Rotork 公司开发的双线系统，用于对执行器的控制以及数据的双向传输。在执行器内部装有现场控制卡即Pakscan 模块，用于组成现场总线网络。通过现场电缆的环路布线，系统为数据信号提供了一个容错的冗余通道。
2.1 Pakscan环路系统特点
双线电缆依次连接每一个现场控制单元，从主控站出发并返回（图1），用一根双芯电缆形成一个双线环路。每个现场设备均具备两个方向上冗余的通信通道，Pakscan 充分利用这一特性来避免线路故障。
图1 P3控制器及Pakscan总线通信回路结构图
2.2 电缆故障容错
在系统运行时，双线电缆始终被连续检测。正常工作时，端口A 是一个发送器，端口B 仅为接收器。从主控站发出20 mA 环路电流，从端口A 的“出”至端口B 的“入”，再从端口B 的“出”回至端口A的“入”。端口B 可以通过电缆来监测从端口A 发出的通信信号。对于任何原因的通信故障，主控站将停止发送信号，每个现场模块将启动“环路回流”电路，然后主控站开始从端口A 依次关闭每个现场模块的环路回流电路，逐渐扩大直至找到故障模块。然后端口B 将作为发送器并重复以上程序。当此过程完成后，系统可将故障定位、识别故障类型，并与故障点两边的现场单元保持通信。“环路回流”是Pakscan 系统独特的功能，使得系统无需两根电缆即可具备双通信通道。该系统还可以处理电缆短路、控制板短路或接地的故障。
2.3 故障指示
如果电缆发生故障，Pakscan 可以告知维护人员故障的位置以及故障类型，主控站的诊断屏幕可以显示哪一台执行器启动了环路回流电路以及该执行器在环路中地址，出现环路回流的执行器的位置与电缆故障点。
2.4 P3控制器的参数配置
P3控制器主要作用有：①控制现场电动执行器；
②总线电动执行器信息采集汇总分类后上传至DCS，用于DCS 对总线控制器的监视和控制。因此P3设置参数分为对上和对下两部分。
对上即为与DCS 通信，在设置——SerialSettings——设置Port01、02，为9600、odd。在Modbus 选项中设置modbusaddress 为200。同时在HostSettings设置Port0102ethernet 协议为Yokogawa。
对下即为与现场电动执行器工作，在loopsettings中CurrentSpeed（环路通信速率），必须与全部环路中执行器设置的值保持一致，这里采用为600。HighestFCU，即环路中安装的执行器的最大数量，也即最高通信地址。第一调试完成后要做好该回路电动执行器地址表（地址表要包括回路通信地址、物理地址、位置描述），以方便后需维护。
电动执行器的动作流程：控制旋钮切换至就地操作模式，用就地控制开关进行开阀，将开阀信号传递给就地控制板，就地控制板将信号转交给主板，主板接受到就地开阀命令，操作交流接触器闭合触点，交流接触器接通电机电源，电机转动并带动涡轮蜗杆机构，涡轮蜗杆机构通过轴套带动阀杆上升，阀杆连接闸板，阀板上提，从而打开工艺管道。通过计数板可以精确测量执行器的行程，测量反馈阀位信号给主板，主板进行判断后再进行操作交流接触器，如果开关到位，发出命令断开交流接触器的触点，切断电机的电源实现电机停止，实现阀位精确控制，如图2所示。
图2 执行器结构原理
Pakscan 系统使用三种方法来防雷。这涉及使用吸收器、压敏电阻和光电耦合器。
所有双线网络电缆终端点和电缆本身的阻抗水平应保持在最低水平。这具有最小化由感应电流引起的瞬态电压的效果。
双线回路上的所有元件都具有使用瞬态吸收器和压敏电阻组件安装的电子保护电路。在双线电缆上使用正确的终端和连接的屏蔽可减少电磁感应信号的影响。
4.1 Pakscan主站保护
主站双线回路通信端口A 和B 均配有吸收器和压敏电阻，如图3所示。
图3 P3控制器防雷结构
吸收器：1500W 浪涌，20V。2.1J。压敏电阻：460V，17J（10/1000μs）。
4.2 Pakscan现场设备保护
现场设备都配有三个吸收器和一个压敏电阻。执行器屏蔽连接与机箱接地有一个压敏电阻连接。
在所有情况下，保护装置都尽可能靠近电路板上的现场连接，从而将电阻降至最低。
此外，所有回路电路组件和现场连接都与处理器光学隔离。这确保了现场单元检测器的故障电路不会传输到连接的执行器的电路，使其继续工作，如图4所示。
图4 电动执行器防雷结构
按照调试及注意事项见表1。
表1 安装调试及注意事项
5.1 电动执行器回路断线故障
（1）通过P3 控制器确认电动执行器断点位置，通过事先的FCU 与物理地址对照表，确认故障点的电动执行器的位置。
（2）检查故障点电动执行器及其前后的电动执行器供电是否正常，如果正常，否则进入下一步。
（3）检查故障点电动执行器及其前后的电动执行器通信参数是否设置正常，如地址波特率、掩码，如果正常，否则进入下一步。
（4）重新搜索地址，如果正常，否则进入下一步。
（5）打开故障点电动执行器及其前后的电动执行器接线盒，脱开电动执行器的通信线，短接26、27端子，跳过此台电动执行器，重新搜索地址，逐台一排查。
结论：电动执行器通信线虚接。
5.2 电动执行器DCS不能远程控制
（1）切换到手动操作，阀体和执行器无卡塞，否则进入下一步。
（2）通过就地旋钮切换到就地，就地开关旋钮操作电动执行器，电机和交流接触器正常，则进入下一步。
（3）将电动执行器切换至远程状态，在P3控制器检查电动执行器是否上线，如果正常，则进入下一步。
（4）利用P3操作阀门，如果正常，则进入下一步。
（5）联系DCS 核对该地址电动执行器的操作寄存器地址，与厂家核实地址。
结论：模拟量地址表错误。
5.3 ESD触发后执行器不动作
（1）用万用表在电动执行器脱开接线测量是否带电，如果正常，判定DCS 发现的ESD 信号正常，则进入下一步。
（2）检查电动执行器接线到主板的电线是否正常，测量此通信线如果正常，则进入下一步。
（3）检查电动执行器参数配置，如果正常，则进入下一步。
结论：原来参数设置applied 改为removecontract4-NO 改为NC。
5.4 总线回路所有执行器掉线
（1）检查电动执行器上电是否正常，如果正常，则进入下一步。
（2）重新搜索地址，如果正常，则进入下一步。
（3）检查电动执行器P3通信参数，则进入下一步。
（4）核对电动执行器通信参数与P3通信参数是否匹配，如波特率、掩码、FCU 最高地址。
结论：P3总线控制器设置出错，NEWSPEED 设置为110，在回路自动搜索时将现场电动执行器通信波特率改为为110，导致主机与从及波特率不一致，无法正常通信。
阐述了总线电动执行器的工作原理，总结了总线型电动执行器安装调试注意事项和常见故障判断处理步骤，为总线型电动执行器在油气储运罐区的推广提供借鉴。
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