液動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)在催化裂化裝置的應(yīng)用

　　電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)具有控制準(zhǔn)確、穩(wěn)定性好、可靠性較高的特點(diǎn)，在催化裝置中應(yīng)用越來(lái)越廣，本文從工作原理、運(yùn)行中出現(xiàn)的問(wèn)題及處理進(jìn)行了論述并提出了相應(yīng)改進(jìn)方案，并對(duì)電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)的發(fā)展進(jìn)行簡(jiǎn)單說(shuō)明。

　　隨著催化裂化裝置運(yùn)行周期不斷延長(zhǎng)，關(guān)鍵設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性、可靠性能對(duì)運(yùn)行周期直到?jīng)Q定性作用，電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)就是催化裝置中關(guān)鍵調(diào)節(jié)控制設(shè)備之一，它在裝置滑閥、蝶閥、機(jī)組靜葉調(diào)節(jié)系統(tǒng)和汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)上大量應(yīng)用。如在反、再系統(tǒng)單動(dòng)滑閥控制催化劑的循環(huán)量，保證反、再系統(tǒng)的能量平衡;再生器出口的雙動(dòng)滑閥或蝶閥控制再生器壓力，保證反、再系統(tǒng)的壓力平衡;在軸流風(fēng)機(jī)系統(tǒng)采用電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)靜葉角度進(jìn)行調(diào)節(jié)，控制主風(fēng)系統(tǒng)流量;在汽輪機(jī)組調(diào)速器系統(tǒng)電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)也逐步開(kāi)始應(yīng)用，調(diào)節(jié)汽輪機(jī)組轉(zhuǎn)數(shù)以控制反應(yīng)系統(tǒng)壓力。在正常生產(chǎn)條件下，要求電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作狀態(tài)穩(wěn)定、控制平穩(wěn)、可靠性高，在故障狀態(tài)下動(dòng)作準(zhǔn)確，尤其是在自保投用情況下動(dòng)作一定準(zhǔn)確、使控制主體迅速達(dá)到自保位置，保證裝置安全、保護(hù)機(jī)組。本文依據(jù)電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)在運(yùn)行中的問(wèn)題及處理進(jìn)行了探討，提出了具體的改進(jìn)方案，并對(duì)其發(fā)展方向進(jìn)行了簡(jiǎn)述。

1、電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作原理

　　電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)是由電氣控制系統(tǒng)、電液伺服油缸、油泵及位移傳感器等組成。當(dāng)電氣控制系統(tǒng)輸入端接受4-20mA輸入主令信號(hào)經(jīng)規(guī)格化處理轉(zhuǎn)換為0-10V電壓信號(hào)，同時(shí)接受位移傳感器現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得的實(shí)際閥位，經(jīng)過(guò)規(guī)格化處理轉(zhuǎn)換為0—10V電壓信號(hào)，二者在伺服放大器中比較產(chǎn)生差值信號(hào)，經(jīng)電壓放大、功率放大后驅(qū)動(dòng)電液伺服閥，控制油缸的運(yùn)動(dòng)方向，從而帶動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)按照規(guī)定位置動(dòng)作，直至輸入信號(hào)與位移傳感器反饋信號(hào)偏差值為零，這時(shí)伺服閥的控制電流也接近零，伺服閥蕊處于中位，無(wú)液壓油輸出，使油缸中活塞停留在與輸入信號(hào)相對(duì)應(yīng)的位置上，從而達(dá)到電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)自動(dòng)控制的目的。

2、滑閥、蝶閥電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)行中故障處理及改進(jìn)措施

2.1、液壓控制元件運(yùn)行中的問(wèn)題

2.1.1、電液伺服閥

　　伺服閥作為液壓控制元件是非常關(guān)鍵的元件，它的性能決定控制精度和動(dòng)態(tài)的穩(wěn)定性，它的可靠性決定了整個(gè)控制系統(tǒng)的使用壽命。它的作用是將較小的電功率信號(hào)轉(zhuǎn)換成較大的液壓功率輸出，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的電/液轉(zhuǎn)換，即完成放大作用。

　　早期電液伺服閥采用的是雙噴嘴擋板式結(jié)構(gòu)，其對(duì)液壓油清潔度要求較高，必須保證清潔度NASI638A不低于7級(jí)，在運(yùn)行過(guò)程中易出現(xiàn)閥堵塞現(xiàn)象，造成執(zhí)行機(jī)構(gòu)誤動(dòng)作，嚴(yán)重的出現(xiàn)閥位跑“單向”，造成工藝生產(chǎn)較大波動(dòng)�，F(xiàn)階段射流管結(jié)構(gòu)伺服閥應(yīng)用較多，其結(jié)構(gòu)上采用干式力矩馬達(dá)，整體焊接，射流管為先導(dǎo)極，滑閥閥蕊作功放，是一種高性能力反饋兩組方向流量控制閥，具有抗污染能力強(qiáng)、可靠性高、分辨率高的特點(diǎn)，尤其是在射流管堵塞狀態(tài)下，伺服閥一般保持原閥位，基本上避免了跑“單向”現(xiàn)象的出現(xiàn)，安全性有了很大的提高。

　　在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中液壓油使用也是影響伺服閥運(yùn)行狀態(tài)的因素之一，在北方地區(qū)或冬季使用N32低凝液壓油，熱帶地區(qū)或夏季使用N46抗磨液壓油，液壓油過(guò)濾精度在5um左右，運(yùn)行油溫在20-50℃之間。在液壓油初次使用前，應(yīng)保證液壓油經(jīng)泵—過(guò)濾器—油箱—泵循環(huán)半小時(shí)以上，方可投伺服閥，避免液壓油污染伺服閥。

2.1.2、閥位傳感器

　　位移傳感器是閉路電路控制系統(tǒng)中的重要元件，其性能的好壞直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的控制精度和可靠性，現(xiàn)投用有外置滑片電阻式、電感式直線(xiàn)、角位移傳感器和內(nèi)置式電感式傳感器等。它的作用是輸出閥位反饋信號(hào)，反饋信號(hào)與輸入信號(hào)經(jīng)伺服放大器轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)并進(jìn)行對(duì)比形成輸出信號(hào)，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作。傳感器出現(xiàn)故障時(shí)，電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)生誤動(dòng)作直至系統(tǒng)鎖位，閥動(dòng)作的幅度視伺服放大器上閥位跟蹤帶寬和跟蹤時(shí)間的設(shè)定值而定。

　　滑片電阻式傳感器主要故障是在滑片與導(dǎo)電片接確處之間產(chǎn)生磨損，造成接確不良，輸出信號(hào)跳躍，工作狀態(tài)不穩(wěn)定，這種形式的傳感器故障較多，應(yīng)進(jìn)行改進(jìn)否則投用可靠性低。外置式電感傳感器其故障主要為電氣緊固件松動(dòng)、線(xiàn)圈質(zhì)量問(wèn)題或老化產(chǎn)生的故障，其運(yùn)行故障較滑片電阻式傳感器低。

　　內(nèi)置式電感線(xiàn)圈傳感器其傳感器固定于油缸內(nèi)，工作穩(wěn)定性、可靠性能較高，運(yùn)行中出現(xiàn)問(wèn)題主要是密封件泄漏，液壓油泄漏到電阻內(nèi)，造成接確電阻增加，使閥位反饋信號(hào)產(chǎn)生偏差可中斷，使其不能正常工作。

2.1.3、伺服油缸

　　伺服油缸首先要保證缸體耐壓強(qiáng)度高，其次是保證缸筒與活塞之間極小的間隙和導(dǎo)向套適應(yīng)小間隙，保證活塞密封環(huán)的可靠性。

　　運(yùn)行中出現(xiàn)的主要問(wèn)題是活塞密封環(huán)老化損壞，導(dǎo)致兩油缸串油，雖故障出現(xiàn)幾率較低，但依據(jù)故障現(xiàn)象較難判斷故障原因。由于蝶閥和滑閥伺服油缸的結(jié)構(gòu)和密封環(huán)不同，故障的現(xiàn)象也存在較大差異�；�閥油缸的活塞桿是雙側(cè)存在，蝶閥油缸的活塞桿是單側(cè)存在，當(dāng)調(diào)節(jié)信號(hào)給出(開(kāi)/關(guān))時(shí)，活塞先往調(diào)節(jié)方向運(yùn)動(dòng)，而后由于油缸活塞密封環(huán)老化損壞兩油缸串油導(dǎo)通，導(dǎo)致油缸兩側(cè)油壓平衡，滑閥活塞兩側(cè)面積相同，導(dǎo)致滑閥不動(dòng)作;而蝶閥活塞面積不同(活塞桿是單側(cè)存在)，無(wú)活塞桿側(cè)承受壓強(qiáng)較大，導(dǎo)致閥向有活塞桿側(cè)運(yùn)動(dòng)，直至蝶閥鎖位油缸兩側(cè)進(jìn)油停止，蝶閥運(yùn)行位置由鎖位設(shè)定的跟蹤帶寬、跟蹤時(shí)間而定。所以當(dāng)活塞密封環(huán)老化損壞后，滑閥的故障現(xiàn)象是先向調(diào)節(jié)方向運(yùn)行后停止不動(dòng);蝶閥的故障現(xiàn)象是先向調(diào)節(jié)方向運(yùn)行后向有活塞桿側(cè)運(yùn)行，直至鎖位電磁閥動(dòng)作鎖位，油缸兩側(cè)達(dá)到平衡位置而停止運(yùn)動(dòng)。

2.1.4、其它液壓件(油泵、電磁換向閥)

　　液壓泵是液壓系統(tǒng)的重要?jiǎng)恿υ�件，它的質(zhì)量好壞直接影響到液壓控制系統(tǒng)的可靠性，早期使用較多的是國(guó)產(chǎn)葉片泵，其油壓不穩(wěn)定、油封泄漏、調(diào)節(jié)范圍窄、工作噪音大，給使用、維護(hù)帶來(lái)極大不利，后改用進(jìn)口變量柱塞泵，其排量的調(diào)節(jié)是依靠壓力補(bǔ)償進(jìn)行的，因此輸出壓力平穩(wěn)，具有性能可靠、噪音低、運(yùn)行周期長(zhǎng)的特點(diǎn)。電磁換向閥是控制機(jī)構(gòu)中大量存在的元件，其出現(xiàn)故障的頻率較多(尤其是鎖位電磁換向閥)，主要故障是閥蕊卡死，原因是由于油質(zhì)污染和在流動(dòng)死區(qū)的沉積，使液壓油經(jīng)電磁換向閥向油缸供油，造成閥的誤動(dòng)作。此故障的檢查較易，泄掉油系統(tǒng)壓力后打開(kāi)伺服機(jī)構(gòu)，手按動(dòng)電磁換向閥的兩側(cè)檢查回彈性，如不能正�；貜椬C明電磁換向閥堵塞，解體清理后回裝即可。

2.2、電氣儀表系統(tǒng)的故障

　　隨著儀表元件的技術(shù)不斷提高，早期儀表元件耐低溫能力差、工作穩(wěn)定性較差，現(xiàn)階段無(wú)論是蘭州石化機(jī)械廠生產(chǎn)的電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)還是九江儀表廠生產(chǎn)的產(chǎn)品，伺服放大器質(zhì)量都比較過(guò)關(guān)。

3、電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)在機(jī)組靜葉調(diào)節(jié)系統(tǒng)上的應(yīng)用

3.1、工作原理

　　由于電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)的使用穩(wěn)定性高，調(diào)節(jié)靈活使其應(yīng)用范圍擴(kuò)大，現(xiàn)國(guó)內(nèi)軸流風(fēng)機(jī)靜葉調(diào)節(jié)系統(tǒng)也相繼采用了電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)，主要工作方式為：電液伺服控制油路和電磁調(diào)節(jié)油路并聯(lián)使用，通過(guò)靜葉自動(dòng)/靜葉鎖位的切換，執(zhí)行兩種工作狀態(tài)。靜葉伺服控制系統(tǒng)液壓保護(hù)裝置通過(guò)液壓鎖緊方式，控制電液伺服閥的進(jìn)出油路和負(fù)載油路，當(dāng)軸流風(fēng)機(jī)處于正常狀態(tài)時(shí)，液壓鎖電磁換向閥處于導(dǎo)通狀態(tài)，電液伺服控制系統(tǒng)隨調(diào)節(jié)器信號(hào)及負(fù)載情況及時(shí)調(diào)節(jié)靜葉角度，達(dá)到適當(dāng)風(fēng)量。當(dāng)由于非常原因(伺服控制系統(tǒng)中某控制元件發(fā)生故障，或其它干擾因素)使靜葉角度與設(shè)定值偏差較大或完全失控時(shí)，鎖位電磁閥換向閥上電通電，使液壓鎖處于關(guān)閉狀態(tài)，切斷電液伺服閥進(jìn)出油路和負(fù)載油路，即時(shí)將靜葉就地鎖定。這時(shí)如果靜葉角度與所要求的位置偏差較大，可以啟動(dòng)另一電磁換向閥調(diào)節(jié)，以點(diǎn)動(dòng)方式對(duì)靜葉角度進(jìn)行修正，控制伺服油缸左、右移動(dòng)，使靜葉角度增大或減小，達(dá)到指定的位置。以使靜葉不會(huì)完全失控，可以繼續(xù)維持軸流風(fēng)機(jī)工作。

3.2、本系統(tǒng)的缺點(diǎn)

　　由于考慮到安全運(yùn)行的要求靜葉角度25℃和緊急停車(chē)要求靜葉保位(一般在60℃左右)，在電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)中有信號(hào)丟失、反饋信號(hào)丟失鎖位，無(wú)信號(hào)偏差鎖位功能，當(dāng)因故障靜葉角度發(fā)生較大的變化時(shí)無(wú)鎖位功能，只能人為調(diào)整控制鎖位，使本系統(tǒng)的安全性存在隱患，這是本系統(tǒng)的致命缺陷，這就要示電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)尤其是伺服閥的可靠性極高，整個(gè)系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性要保證。

　　改進(jìn)方案可結(jié)合滑閥、蝶閥控制系統(tǒng)，增上鎖位電磁閥，在反饋信號(hào)與輸入信號(hào)偏差較大時(shí)進(jìn)行鎖位，在投自保時(shí)自動(dòng)解鎖并控制閥位到相應(yīng)位置。

4、電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)使用幾點(diǎn)意見(jiàn)

4.1、關(guān)于電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)在故障斷電狀態(tài)下鎖位電磁閥工作方式的選擇問(wèn)題

　　由于滑閥、蝶閥在催化裝置中的重要作用不言而喻，因此在故障狀態(tài)下執(zhí)行機(jī)構(gòu)的安全性能是非常重要的，要考慮到斷電情況下閥的動(dòng)作情況，一般來(lái)說(shuō)鎖位電磁換向閥為上電解鎖，掉電鎖位，保證在故障斷電情況下保持閥位避免對(duì)生產(chǎn)產(chǎn)生較大影響，但這就對(duì)電磁閥的上電工作性能要求較高，要使用可靠性高電磁換向閥。

4.2、UPS電源的應(yīng)用

　　為防止斷電故障后閥誤動(dòng)作和不可調(diào)的狀態(tài)，如有條件應(yīng)增上UPS電源為儀表控制系統(tǒng)提供電源，確保在系統(tǒng)停電的故障狀態(tài)下，利用蓄能器的油壓控制閥位達(dá)到安全位置。

4.3、維護(hù)方便性

　　正常時(shí)伺服放大器面板上顯示10個(gè)參數(shù)，主要為電源電壓、伺服閥工作電壓、偏差信號(hào)等，九江儀表廠在顯示面板增上鎖位電磁閥的工作狀態(tài)(燈亮上電解鎖/燈滅掉電鎖位)，對(duì)于操作人員的操作和維護(hù)帶來(lái)極大便利，對(duì)于故障判斷增加了手段。

4.4、關(guān)于電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)關(guān)鍵電氣儀表控制板卡的更換

　　隨著裝置運(yùn)行周期不斷延長(zhǎng)，對(duì)設(shè)備的可靠性、穩(wěn)定性及檢修過(guò)程中的平穩(wěn)性要求更高，由于伺服放大器上的儀表控制板卡尤其是主放大板和反饋板在裝置開(kāi)工前相應(yīng)參數(shù)調(diào)校完畢，并進(jìn)行全行程調(diào)試合格，如果正常生產(chǎn)中發(fā)生故障需要更換，重新調(diào)試的可能性非常小，即使可以調(diào)整參數(shù)但準(zhǔn)確性非常低，而且不能進(jìn)行全行程調(diào)試，因此建議在裝置停工調(diào)試時(shí)對(duì)關(guān)鍵特閥準(zhǔn)備二塊相同的板卡，調(diào)試后一用一備，確保故障后平穩(wěn)更換投用。

4.5、自保狀態(tài)的調(diào)節(jié)方式

　　電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)在自保狀態(tài)下的工作方式，主要由通過(guò)電磁換向閥調(diào)節(jié)、電液伺服閥或兩者同時(shí)動(dòng)作調(diào)節(jié)方式。其中兩者同時(shí)動(dòng)作調(diào)節(jié)方式更為可靠，一方面動(dòng)作速度快，另一方面確保在某一元件發(fā)生故障時(shí)也能保證自保動(dòng)作正常。

4.6、電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)的日常調(diào)節(jié)

　　有的裝置特閥如煙機(jī)入口蝶閥或主旁路雙動(dòng)滑閥，長(zhǎng)期處于一個(gè)位置，一方面?zhèn)鞲衅鞯卮宋恢靡卓ǎ�另一方面油缸油循環(huán)不流暢，易發(fā)生元件堵塞現(xiàn)象，應(yīng)對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行經(jīng)常性的小范圍圖調(diào)整，保證整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

5、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的發(fā)展

　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)日趨完善和廣泛應(yīng)用，利用微機(jī)對(duì)電-液系統(tǒng)進(jìn)行控制已成為機(jī)械行業(yè)實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的一種重要手段，數(shù)字控制在當(dāng)前被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓系統(tǒng)高速，高精度控制的最理想的方法之一。

5.1、數(shù)字式智能型執(zhí)行機(jī)構(gòu)

　　隨著可編程控制器和PLC控制系統(tǒng)的大量應(yīng)用，以可編程控制器或PLC做主控制器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)出現(xiàn)并投用，其工作特點(diǎn)如下：

　　(1)參數(shù)調(diào)節(jié)與整定信號(hào)通過(guò)數(shù)字寫(xiě)入方式，輸入、輸出和中央處理部分完全隔離，全數(shù)字控制，解決了原模擬信號(hào)受環(huán)境及電磁干擾的問(wèn)題，工作穩(wěn)定性得到較大提高。

　　(2)跟蹤失調(diào)是依據(jù)分析信號(hào)變化和閥位的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)而動(dòng)作，使自鎖動(dòng)作更加準(zhǔn)確，起到了真正的鎖位保護(hù)作用，提高了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。

　　(3)增加了伺服閥的自動(dòng)調(diào)校功能，使其工作穩(wěn)定性得到較大提高。

　　(4)故障顯示準(zhǔn)確，基本做到了每個(gè)故障對(duì)應(yīng)相應(yīng)故障代碼，使故障判斷準(zhǔn)確性提高。

5.2、液壓缸的數(shù)字控制設(shè)計(jì)

　　數(shù)字閥可直接與微機(jī)接口而無(wú)需D/A轉(zhuǎn)換裝置，與單純的伺服閥和比例閥相比，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工藝性好，成本低，抗污染性強(qiáng)，重復(fù)性能好，工作穩(wěn)定可靠，能耗小等優(yōu)點(diǎn)，因而在自動(dòng)控制系統(tǒng)中獨(dú)樹(shù)一幟。

　　從流體控制的觀點(diǎn)分，可分為連續(xù)流體控制和脈沖流體控制兩種，在連續(xù)流體控制中，將運(yùn)算處理的數(shù)字信號(hào)，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換為電氣或機(jī)械信號(hào)，經(jīng)過(guò)模擬式動(dòng)作通過(guò)閥來(lái)控制流量。例如，由線(xiàn)性放大器驅(qū)動(dòng)伺服閥和比例閥。

　　另一方面，脈沖流體控制是通過(guò)與位移信號(hào)相對(duì)應(yīng)的一組脈沖信號(hào)直接使閥作斷-通動(dòng)作，形成間斷的脈沖流體，從而達(dá)到控制平均流量輸出的目的。

　　用2個(gè)高速閥控制受壓面積不同的單桿式液壓缸(圖1)。閥V1和V2為常閉狀態(tài)，液壓缸不動(dòng)。當(dāng)V1或V2通電時(shí)，閥被打開(kāi)，液壓缸將向右或向左移動(dòng)，其移動(dòng)速度的控制是根據(jù)目標(biāo)位置與實(shí)際位置之差，用PWM信號(hào)控制流量來(lái)達(dá)到目的，差值減小，脈沖寬度變短從而減速。

　　PWM控制位置程序的基本思路是：把目標(biāo)位置信號(hào)r與實(shí)際位置y之差e作為模擬電信號(hào)，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器將數(shù)量化后的ek輸入微機(jī);乘上增益kp，計(jì)算出接通閥的脈寬時(shí)間(t=kpek)，由此來(lái)確定通電時(shí)間;而根據(jù)ek的符號(hào)可判定應(yīng)打開(kāi)的閥(u1，u2)。為了提高控制缸位置的精度和穩(wěn)定性，把死區(qū)寬度δ、使閥動(dòng)作的最小脈沖寬度t1及計(jì)算時(shí)間t2均輸入隨機(jī)存取存儲(chǔ)器。圖是用PWM操縱的兩個(gè)高速電磁閥控制液壓缸的程序框圖。

　　進(jìn)入數(shù)字時(shí)代以后工程控制數(shù)字化已成為了必然的發(fā)展趨勢(shì)，在電液控制技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用數(shù)字閥實(shí)現(xiàn)直接數(shù)字控制是數(shù)字化的理想解決方案。擬開(kāi)展的研究方向通過(guò)發(fā)展出新型的系列數(shù)字閥，并將其應(yīng)用于電液控制系統(tǒng)，通過(guò)數(shù)字控制器對(duì)液壓系統(tǒng)輸出的動(dòng)力參數(shù)實(shí)現(xiàn)直接數(shù)字控制，從而達(dá)到電液控制技術(shù)數(shù)字化的目的，并形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的、獨(dú)特的電液數(shù)字伺服的控制方案。