AUTORK 执行器故障分析与处理方法

杨卫东，甘德顺，杨 胜

（西南油气田公司重庆气矿，重庆 401220）

0 引言

智能电动执行器不仅是天然气生产场站阀门的驱动装置，也是燃气管道发生泄漏、爆管等情况下，快速可靠地关断天然气的关键设备，其保护功能众多，包括掉相报警、力矩报警、24 V报警、电机超温等[1]。因此执行器的各电气部分的工作状态也影响到天然气管道安全运行。目前，AUTORK 智能电动执行器采用大规模数字集成芯片，功能强大，精度等级高，专业的压力、阀位传感器可测量输出轴力矩值和阀位值，提高了力矩测量值的准确度和阀门定位精度。智能电动执行器同时涉及机械、电力电子、通信等技术领域，故障处理复杂，要求维护人员能准确快速地处理故障，减少滞留在天然气生产场站时间，特别是在高含硫生产现场。

目前，智能电动执行器现场故障维修只局限于主板液晶显示故障警报的内容和用红外线设定器进入诊断菜单来确定故障类型，而对主板、电源板、阀位、力矩等故障，只能采用替换配件的方式解决。针对以上问题，提出基于主板液晶显示屏故障警报提示、诊断菜单和测量主板、电路板接口电压三位一体综合判断故障点位，为维修执行器提供新的思路。

1 智能电动执行器的工作原理和结构

1.1 智能电动执行器工作原理

智能电动执行器控制原理如图1 所示。电动执行器接受的就地或远程信号与阀门位置反馈信号比较，当输入信号和反馈信号比较差值不等于0 时，其差值经伺服放大器放大后，控制电机转动，通过减速器减速，离合器带动空心输出轴转动，带动作多回转、角位移、直线位移运动的阀门运动，直到电动执行器的阀位反馈信号与输入信号相符[2]。执行机构采用霍尔传感器来测量和控制阀门行程，由力矩传感器测量阀门实时力矩，一旦阀门力矩超过设定值，执行机构立即停止运转，防止损坏设备。执行机构具备自我诊断功能，可以对电源掉相、失速、堵转、过力矩等故障进行诊断显示[3]。

图1 AUTORK 执行器控制原理

1.2 智能电动执行器基本结构

电动执行器包括电气、机械及密封3 大部分。电气部分包括主板、电源板、电机、阀位传感器、力矩传感器等。机械部分包括减速器、离合器、手轮、手柄、驱动轴套等，如图2 所示。密封分为外密封和内密封，外密封分别安装在手轮、电机端面、电池盒、接线盒（内外各一个）、电池盒、电路板室；内密封主要安装在电机铜套、编码器伞形齿轮，主要防止润滑油侵入到电气室、电机。

图2 执行器基本结构

2 故障种类和处理方法

2.1 液晶显示屏故障

执行器的显示窗口由指示灯和LCD 显示屏组成。显示屏主界面能够及时反映执行器的阀位状态、报警信息、设置状态指示、面板设定指示等信息。国外品牌电动执行器为防止接触不良引起液晶显示屏黑屏、缺笔划故障，与主板连接主要采用焊接方式，而AUTORK 电动执行器采用插接件方式，并用4 颗螺栓紧固方式，运行一段时间易发生黑屏、缺笔划故障。

确认执行器运行正常，拆除显示屏4 颗固定螺栓，用酒精清洗显示屏插头。若通电还出现黑屏、缺笔划，可通过更换液晶显示屏或主板排除故障。

确认三相电源电压、熔断器正常，电源板上SK2-3 与SK2-5的DC 12 V 是提供给主板的工作电源，若电压正常，说明是主板故障，反之为电源板故障。

2.2 后台计算机阀位显示与现场阀位不相符

葵花接线排26#、27#端子是外控模拟量信号输入端，22#、23#端子是阀位反馈输出端子。故障发生应先检查模拟量信号输入、输出端是否连接可靠，可通过模拟量信号发生器试验判断故障。状态选择开关旋转到远程，多用表毫安档短接22#、23#端子，在26#、27#端子用模拟量信号发生器输入4～20 mA 模拟信号，执行器运行，主板正常时多用表毫安档测得的阀位反馈模拟电流与模拟输入信号相同，此时应检查计算机组态及传输线路。

2.3 电动执行器电动不运行

电动执行器操作分手动和电动操作两种方式[4]，电动操作分就地电动和远程操作。电动操作是通过操作板，远程开关量、模拟量调节控制和总线控制。就地操作时，执行器旋钮上的磁铁给键盘板上干簧管信号让干簧管吸合，然后通过数据传给主板处理。如果干簧管破损，干簧管的金属片吸合不牢或不吸合，这样信号就不能产生，不能传给主板。远程控制是在葵花接线端子上通过外部控制接线对执行器进行控制，如电源板、主板、后台及传输线路故障，都会使执行器拒动。检查这类型故障，用红外设定器、多用表检查SK9、SK2 插头电位确定故障类型。

2.3.1 电源板、主板的检查

执行器电源板分开关型和调节型。电源板由电源变压器、内部控制电路和机电联锁接触启动器（固态继电器）组成。变压器提供电源，把AC 380 V（AC 220 V）电压转变成所需的低压电，经内部控制电路整流、滤波将低压直流电源提供给主板及执行器的外部控制电路。内部控制电路接收主板发出的开阀、关阀指令，输出电压控制接触器线圈（固态继电器）吸合，使电机得电运转。

主板由CPU、液晶显示屏、模拟量控制输入、编码器、力矩传感器、键盘板、红外通信模块、外部开关控制接口、总线接口电路等组成。主板是执行器的大脑，所有的功能和控制命令都是由主板发出的。

检查这类型故障，首先通过检测电源板上输出到接触器（固态继电器）线圈CC 与C1（C2）电压来区分故障类型。将旋转开关旋到开阀（关阀），对调节型电源板可用多用表测试上CC 与C1（C2）间有DC 30 V，驱动板上红灯（绿灯）亮；对开关型电源板测试接触器线圈A1 与A2 间有DC 30 V 或AC 110 V，如电压正常，执行器不运行，则是固态继电器（接触器）故障。其次通过检测电源板上SK2 数据线进一步区分电源板、主板故障。数据线（控制线）为CPU、显示器、操作板、阀位、力矩等提供电源，并将主板发出的运行指令传输到电源板控制电路。数据线连接电源板SK2 和主板SK11，插头为10 针，功能定义见表1。

表1 电源板SK2 数据线功能

执行器就地或远程操作，主板向电源板发出开阀或关阀指令，使用多用表在SK2-6 与SK2-7、SK2-6 与SK2-8 之间测得DC 5 V，说明主板正常。执行器不运行是电源板故障。

2.3.2 电动执行器就地操作不运行

检查操作板，用红外设定器进入诊断菜单，显示屏显示旋到开阀（旋到关阀），就地控制旋钮旋到开阀（关阀），操作板正常显示屏会显示“有效”，当显示“无效”信息，说明操作板故障。

通过测试主板上SK9 插头进一步判断，主板SK9 插座和键盘板SK1 插座用8 针插头连接，主板正面从左往右顺序编号，功能定义见表2。

表2 键盘板SK9 插头

拔下主板SK9 插头，用多用表电压挡分别测试主板SK9-8与SK9-2～SK9-7 之间的电压为DC 5 V，插上主板SK9 插头将状态选择旋钮分别旋转到接地、停止和远程状态，测量SK9-1与SK9-5～SK9-7 的电压为DC 0.8 V 以下，就地控制旋钮分别旋到开阀、关阀位置时，测量SK9-1 与SK9-2、SK9-4 的电压为DC 0.8 V 以下，则说明操作板无故障。

2.3.3 电动执行器远程不运行

检查远程控制不运行有3 种方法：①用红外设定器进入菜单模式主屏→诊断→远程信号→远程开阀（远程关阀）。当接收到远程信号时，液晶显示屏应显示“有效”，说明执行器收到远程信号，如执行器不运行，应进一步检查电源板或主板。显示“无效”信息，说明计算机组态故障；②检查葵花接线端子排接线，查看葵花接线排外控电源端子有无松动，线路有无接地故障；③对开关型执行器用多用表测试33#（35#）端子与36#端子是否有DC 24 V；对调节型执行器，上位机设置开关百分比时，执行器液晶显示器会显示设置的开关百分比，在26#端子与27#端子测得4～20 mA 输入信号，说明执行器主板或电源板故障。

2.4 力矩报警

压力（力矩）传感器是测量执行器力矩的部件。主要有压力盘、应变电阻、信号放大器组成。安装在电机轴上，执行器运行时，电机轴上力矩传感器会将电机运行时产生的力矩值经信号放大后，送到CPU 中，于是执行器就可实时检测到输出力矩。当执行器的SK1-2 与SK1-3 无电压、运行力矩超过设定值，执行器停止运行，液晶显示屏显示“力矩报警”。连接力矩传感器与主板的SK1 插头为6 针，主板正面从右往左顺序编号，功能见表3。

表3 力矩、温度保护SK1 插头

检查这类型故障，应确认手动旋转阀门无过紧、粘住或卡住现象，用红外线设定器查看关阀/开阀力矩设定值是否过小。如果过小，需调整力矩设定值。用红外线设定器进入诊断菜单，查看压力传感器力矩AD 值，传感器正常可观察到执行器力矩AD值的变化。

2.5 堵转报警

堵转报警原因：阀门、主板、电机、阀位传感器、电源板控制电路、接触器（固态继电器）故障都有可能导致执行器堵转报警。

应首先确认阀门无卡住现象，执行器能运行。然后用红外设定器调出编码器诊断菜单，手动旋转手轮，应能观察到执行器编码器值有递增或递减，反之需更换阀位传感器。

确认阀位传感器、电机绝缘及阻值正常，而执行器不运行。对开关型、调节型执行器分别测量电源板控制电路输出的CC与C1 或C2 之间的电压应为DC 24 V 或AC 110 V。若电压正常则是接触器或固态继电器故障，反之是电源板或主板故障。

3 结束语

电动执行器控制系统涉及机械、电子、通信、自动控制等技术领域，是集机械与智能控制于一体的高度集成化设备，故障复杂多变，对维护人员的技能要求高。本文基于AUTORK 电动执行器维修案例，通过液晶显示屏故障警报提示、用红外线设定器进入诊断菜单、检测电路板接口电位3 种方法，对执行器故障进行了系统分析，明确故障分析思路和故障处理步骤，为电动执行器故障维修提供新的参考思路。