常州施耐德总线型电动执行器低电压下误动作简论

常州施耐德总线型电动执行器低电压下误动作简论

王丽洁 宁智民 王朋涛

华能洛阳热电有限责任公司 河南洛阳 471000

摘要：本文介绍了常州施耐德Profibus-DP总线协议电动执行机构用在工业生产时，在实际供电电压低于额定工作电压（380V）20%及以下时，执行机构在指令不变时由某一开度自动关至0%的解决方法。通过对各部件原理的了解，并对日常工作中遇到电动执行机构及伺服放大器出现的常发故障进行了全面分析，同时区别各类故障发生的原因。针对电动执行机构的自身稳压可靠性不高，调节线性不好的缺点，与常州施耐德厂家配合提出可行改造方案，通过技改整体提高该产品在实际生产中应用的可靠性，保证被调节系统安全平稳运行。

关键词：Profibus-DP总线协议，电动执行器，工作电压，电源稳压模块。

1. 概述：

PROFIBUS总线作为IEC61158规定的十种标准现场总线类型之一,在现场总线的市场占有率已经超过20%。在国内,PROFIBUS总线技术已经延伸到电力及石油等自动控制领域。作为其中的一个重要的子集,PROFIBUS-DP总线凭借自身广泛的应用率、众多厂商的支持及庞大的用户量等优势,成为市场占有率绝对领先的总线技术，广泛应用于工业现场层。

常州施耐德SND-Z FOTJ100智能调节型非侵入式总线调节型电动执行机构，是在引进国际最新控制技术基础上，合作开发设计的新一代智能化产品。此种电动执行机构有直行程、多转式和角行程（角行程中分整体式角行程和叠加式角行程两种）三大系列。适用于工业过程的闭环控制系统，能可靠地对闸阀、截止阀、节流阀、球阀、蝶阀以及各种调节阀实行精确的控制。产品性能指标达到GB/T 28270-2012《智能型阀门电动装置》的要求，对于防爆型其防爆性能指标符合GB/T 24922-2010《隔爆型阀门电动装置技术条件》、GB3836.1-2010《爆炸性环境第1部分：设备 通用要求》、GB3836.2-2010《爆炸性环境第2部分：由隔爆外壳“d”保护的设备》的要求。可选功能：FM为MODBUS总线，FM2为冗余MODBUS总线，FP为PROFIBUS-DP/V0总线，FP2为冗余PROFIBUS-DP/V1总线，FH为HART协议，TC为智能温控。

常州施耐德SND-Z智能型电动执行器支持PROFIBUS-DP/V0总线协议的执行器，符合：JB/T 10308.3-2005:《测量和控制数字数据通信工业控制系统用现场总线》和IEC6118：《用于测量和控制的数字数据通信——用于工业控制系统的现场总线》中的第3部分：PROFIBUS 规范；该款执行器使用标准PROFIBUS-DP 驱动接口, 波特率自适应，最大波特率12M。

2、测试内容

本次测试采用ABB Symphony Plus系统，利用冗余现场总线通信主站PDP800直接连接瑞基电动执行机构。连接线路如下：ABB Profibus冗余通讯主站PDP800－>DP通信电缆－>常德施耐德电动执行机构。

3、设备接线方式

设备总线电缆的连接采用端子连接方式，冗余现场总线接口，连接方便，接线端子能与设备本体单独脱离，在设备检修时不会影响到整条总线网络。

4、总线参数设置

使用遥控器设定，使用转换开关切换电动门到off模式，使用遥控器按着下面菜单设定：项目选项－>通信设置，设定完成后电动门重新上电！

5、设备组态

常州施耐德SND-Z FOTJ100电动执行机构提供了GSD及DTM配置文件，在ABB系统中导入这两种文件均可对设备进行组态，DTM方式使用方便不易出错还可用于设备管理，故本次测试采用导入DTM组态方式，所以我厂在实际应用中也使用导入DTM组态方式。

6、测试方法:

6.1、将设备断电然后再重新上电，观察设备是否自动恢复通信连接；

6.2、断掉设备主通信口的连接线路，观察设备通道切换情况，看是否影响正常运行，然后再恢复主通信口的连接线路，观察设备状态；

6.3、断掉设备备用通信口，观察设备运行情况，看是否影响正常运行，然后再恢复备用通信口的连接线路，观察设备状态。

7、测试结果：

7.1、设备重新上电后，主备口均会自动恢复正常通信，并且设备默认接收主口的控制指令。

7.2、断掉设备主通信口的线路后，设备自动接收备用通信口的指令，恢复主通信口线路后，主通信口会自动恢复正常，通信口的恢复和通道切换未对设备造成影响。

7.3、断掉备用通信口后，设备未受影响继续接收主通信口的指令，恢复备用通信口的线路后，备口自动恢复正常通信，对设备未造成影响。

8、测试结论：

常州电站辅机总厂有限公司生产的型号为SND-Z FOTJ100电动执行机构可利用冗余PROFIBUS-DP接口直接与ABB系统的PDP800主站通信卡相连，支持Profibus-DP V0/V1现场总线协议，端子接线方式，连接方便，但是当设备检修时需拆除总线电缆才能将设备移出，有可能会影响到整条总线线路，设备就地配置液晶显示屏幕，设备参数及总线从站地址可在就地通过遥控器进行设置，冗余口的地址可以分别设置。经过测试，此设备支持GSD和DTM两种方式组态，周期数据及非周期数据传输均正常，通过周期性数据可对设备进行正常的开关及调节控制，开关型和调节型可在远方通过指令进行切换，利用DTM设备管理软件可通过非周期型数据对设备进行远程参数修改及管理。设备的冗余通信口切换正常，任意断开一个通讯口未对设备的正常动作造成影响，设备正常情况下默认1通信口为主，2通信口为备用，当1口出现故障时，设备自行切换至2口控制。

四、执行器低电压工作时的现象与分析：

华能洛阳热电有限责任公司磨煤机冷、热一次风电动调节门使用常州施耐德公司SND-Z FOTJ100型号Profibus-DP总线协议电动执行机构。电气专业做特性试验时这种电动执行机构运行在某一开度，当供电电压低于（正常工作电压350VAC-380VAC）320VAC时，该类型执行机构会频繁出现开度指令不变情况下会自动全关，全关状态与给定指令之间阶跃型波动，波动间隔约为10s。其中A磨煤机热一次风电动调节门、D磨煤机热一次风电动调节门、E磨煤机冷一次风电动调节门出现次数尤为突出。该型号执行机构目前出现上述低电压时的不正常运行状态已严重影响我公司制粉系统的正常运行进而很大程度上增加磨煤机堵磨、炉膛爆燃等事故的风险几率。这种情况下我们热控人员没有坐以待毙，我们专业人员使用电压调节器在现场对十几台SND-Z FOTJ100执行器模拟了从额定的380VAC供电电压逐渐降至320VAC供电电压下这种执行器的运行状态。详细记录每台执行器在工作电压逐渐下降过程中就地液晶显示屏的运行状态和执行器自动全关时的实际工作电压。经过反复试验和多次的观察和分析发现有大约50%SND-Z FOTJ100型号的执行机构有在实际工作电压降至320VAC左右时电动头液晶屏及控制模块会自动失电，失电时无法通过专业报文分析工具ProfiTrace2进行了报文及电压波形检测。当供电电压逐渐恢复到350VAC左右，电动头液晶屏及控制模块显示正常，此刻在远方指令未变的情况下执行机构仍然会自动关闭。进一步分析原因可能是电动头在失电的时间段内造成总线通讯板供电电压不足，引起通讯紊乱，导致控制模块失去远方指令记忆，从而引起执行机构的误动。鉴于SND-Z FOTJ100型执行器存在上述隐患，为了消除上述隐患，使此型号执行器在工作电压低于320VAC时能够自动保位，保障磨煤机的入口风量不变和锅炉安全稳定运行，我们紧急与常州电站辅机总厂有限公司技术人员联系并以传真形式详细描述上述模拟试验情况，要求常州电站辅机总厂有限公司派出有丰富经验的技术人员到我公司与我们热控人员共同分析、解决SND-Z FOTJ100执行器当前存在的隐患。

五、解决方案与测试效果：

常州电站辅机总厂有限公司在接到我公司的传真后高度重视，针对SND-Z FOTJ100型号执行器目前存在的设计缺陷，组织技术研发人员对上述隐患进行了细致分析并在此类产品上进行了全面深入的测试，得出结论与我们经过试验后分析的结果相吻合。最终常州电站辅机总厂有限公司技术人员拿出切实可行的解决方案，首先对我公司现场所使用的全部SND-Z FOTJ100型电动调节性执行器控制板内部软件进行了在线升级，增强了控制板的性能，对执行机构的调节更加精细，信号更加可靠，同时为了彻底消除SND-Z FOTJ100型号执行器供电电压低于320VAC时自动关闭的隐患，常州电站辅机总厂有限公司技术人员为我公司使用的所有SND-Z FOTJ100型执行器配备了电源稳压模块，用来保持供电电压低时总线通讯控制板的供电能力，从而使该类型执行器在遇到工作电压降低到320VAC时保持原有的开度不变以维持当前现场生产工况。经过一系列的软件升级和电源稳压模块的配备后，我们利用调压装置对软、硬件升级后所有的该型号电动执行器进行了多次升、降压测试，测试时详细记录每台执行器在工作电压从额定值逐渐下降过程中就地液晶显示屏的显示状态和就地液晶显示屏的显示状态为失电时执行器仍保持当前开度不变时的实际工作电压值，而后又逐渐升压，直到就地液晶显示屏的显示状态恢复正常的电压值。测试结果为软、硬件升级后的SND-Z FOTJ100型执行器在电压从额定值380VAC下降至300VAC左右时就地液晶显示屏的显示状态变为失电状态，而且电压下降到液晶显示屏显示失电前，执行器很好的保持原有的开度不变，从就地液晶显示屏的显示状态变为失电状态后开始升压，大约升值350VAC时液晶显示屏显示恢复到正常，此时改变执行器指令时执行器动作正常，反馈值与指令一致，继续升压至380VAC执行器继续保持原有的开度。ND-Z FOTJ100型执行器软、硬件升级后的试验结果达到了预期的效果，满足生产现场的需求。

六、总结：

我们公司磨煤机入口冷、热风调门使用的是常州电站辅机总厂有限公司生产的SND-Z FOTJ100型Profibus-DP总线协议电动执行器，虽然该公司生产的4～20mA模拟量信号常规执行器在国内应用广泛，且有很好的口碑。但是我公司所用此类总线型电动执行器在国内尚属首例，一些设计、制造等技术层面的缺陷常州电站辅机总厂有限公司也没有及时发现，恰巧我公司电气专业做特性试验时出现SND-Z FOTJ100型执行器工作电压从额定的380VAC逐渐降至320VAC时出现上述这类执行器不具备保位功能自动全关异常情况，直接磨煤机的稳定运行，威胁到锅炉的安全运行。为了尽快消除这种隐患我们热控专业人员仔细研究总线波形图，经过多次对SND-Z FOTJ100型执行器模拟变电压试验和数据分析确认此类执行器存在的缺陷，积极与常州电站辅机总厂有限公司进行了积极合作，深入探讨找出原因所在，也是帮助常州电站辅机总厂有限公司发现并解决了一项技术难题，双方建立的很好的技术合作关系，为常州电站辅机总厂有限公司生产的此类产品很好地在工程上广泛应用，同时也为SND-Z FOTJ100型执行器和ABB 公司DCS 控制系统在Profibus-DP现场总线的合作奠定了很好的基础。为此该产品厂家专门给我公司热控专业发来了感谢信。