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電動閥門電動執(zhí)行機構(gòu)
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本文介紹了電動執(zhí)行機構(gòu)以及伺服放大器的工作原理及構(gòu)成，并對各組成部件的原理進行了剖析。 針對電動執(zhí)行機構(gòu)的伺服放大器存在可靠性不高的缺點，提出利用DCS組態(tài)來替代伺服放大器的建議。上海申弘閥門有限公司主營閥門有：截止閥,電動截止閥,氣動截止閥,電動蝶閥,氣動蝶閥,電動球閥,氣動球閥,電動閘閥,氣動閘閥,電動調(diào)節(jié)閥,氣動調(diào)節(jié)閥，減壓閥。水力控制閥、真空閥門、襯膠閥門、襯氟閥門。相信可整體提高控制系統(tǒng)的可靠性，保證調(diào)節(jié)系統(tǒng)安全平穩(wěn)運行。 關(guān)鍵詞：電動執(zhí)行機構(gòu)；伺服放大器；電機；減速器；位置發(fā)送器
電動執(zhí)行機構(gòu)是電動單元組合式儀表中的執(zhí)行單元。它是以單相交流電源為動力，接受統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)直流信號，輸出相應(yīng)的轉(zhuǎn)角位移，操縱風(fēng)門、擋板等調(diào)節(jié)機構(gòu)，可配用各種電動操作器完成調(diào)節(jié)系統(tǒng)“手動—自動"的無擾動切換，及對被調(diào)對象的遠(yuǎn)方手動操作，電動執(zhí)行機構(gòu)還設(shè)有電氣限位和機械限位雙重保護來完成自動調(diào)節(jié)的任務(wù)。它在電力、冶金、石油化工及鍋爐系統(tǒng)的上水及風(fēng)門擋板的調(diào)節(jié)等部門得到廣泛應(yīng)用。
教你如何正確旋轉(zhuǎn)閥門執(zhí)行機構(gòu)，為了成功的實現(xiàn)過程自動化，zui重要的是要確保閥門自身能夠滿足過程及管道內(nèi)介質(zhì)的特殊要求。通常生產(chǎn)過程和工藝介質(zhì)能夠決定閥門的種類，閥芯的類型以及閥內(nèi)件和閥門的結(jié)構(gòu)和材料。
閥門選擇好后接下來就要考慮自動化的要求即執(zhí)行機構(gòu)的選擇。可以簡單的按兩種基本的閥門操作類型來考慮執(zhí)行機構(gòu)。
1.旋轉(zhuǎn)式閥門（單回轉(zhuǎn)閥門）
這類閥門包括：旋塞閥、氣動球閥、氣動蝶閥以及風(fēng)門或擋板。這類閥門需要已要求的力矩進行90度旋轉(zhuǎn)操作的執(zhí)行機構(gòu)。具體參考文章：氣動執(zhí)行器驅(qū)動氣動球閥原理。
2.多回轉(zhuǎn)閥門
這類閥門可以是非旋轉(zhuǎn)提升式閥桿或旋轉(zhuǎn)非提升式桿，或者說是他們需要多轉(zhuǎn)操作去驅(qū)動閥門到開或關(guān)的位置。這類閥門包括：直通閥（截止閥）、閘閥、刀閘閥等。作為一種選擇，直線輸出的氣動或液動氣缸或薄膜執(zhí)行機構(gòu)也開來驅(qū)動上述閥門。
目前共有四種類型的執(zhí)行機構(gòu)，它們能夠使用不同的驅(qū)動能源，能夠操作各種類型的閥門。
1.電動多回轉(zhuǎn)式執(zhí)行機構(gòu)
電力驅(qū)動的多回轉(zhuǎn)式執(zhí)行機構(gòu)是zui常用、zui可靠的執(zhí)行機構(gòu)類型之一。使用單相或三相電動機驅(qū)動齒輪或蝸輪蝸桿zui后驅(qū)動閥桿螺母，閥桿螺母使閥桿產(chǎn)生運動使閥門打開或關(guān)閉。
多回轉(zhuǎn)式電動執(zhí)行機構(gòu)可以快速驅(qū)動大尺寸閥門。為了保護閥門不受損壞，安裝在在閥門行程的終點的限位開關(guān)會切斷電機電源，同時當(dāng)安全力矩被超過時，力矩感應(yīng)裝置也會切斷電機電源，位置開關(guān)用于指示閥門的開關(guān)狀態(tài)，安裝離合器裝置的手輪機構(gòu)可在電源故障時手動操作閥門。
這種類型執(zhí)行機構(gòu)的主要優(yōu)點是所有部件都安裝在一個殼體內(nèi)，在這個防水、防塵、防爆的外殼內(nèi)集成了所有基本及*功能。主要缺點是，當(dāng)電源故障時，閥門只能保持在原位，只有使用備用電源系統(tǒng)，閥門才能實現(xiàn)故障安全位置（故障開或故障關(guān)）
2.流體驅(qū)動單回轉(zhuǎn)式執(zhí)行機構(gòu)
氣動、液動單回轉(zhuǎn)執(zhí)行機構(gòu)非常通用，它們不需要電源并且結(jié)構(gòu)簡單，性能可靠。它們應(yīng)用的領(lǐng)域非常廣泛。通常輸出從幾公斤米到幾萬公斤米。它們使用氣缸及傳動裝置將直線運動轉(zhuǎn)換為直角輸出，傳動裝置通常有：撥叉、齒輪齒條，杠桿。齒輪齒條在全行程范圍內(nèi)輸出相同力矩，它們非常適用于小尺寸閥門，撥叉具有較率在行程起點具有高力矩輸出非常適合于大口徑閥門。氣動執(zhí)行機構(gòu)一般安裝電磁閥、定位器或位置開關(guān)等附件來實現(xiàn)對閥門的控制和監(jiān)測。
3.電動單回轉(zhuǎn)式執(zhí)行機構(gòu)
這種執(zhí)行機構(gòu)類似于電動多回轉(zhuǎn)執(zhí)行機構(gòu)，主要差別是執(zhí)行機構(gòu)zui終輸出的是1/4轉(zhuǎn)記90度的運動。新一代電動單回轉(zhuǎn)式執(zhí)行機構(gòu)結(jié)合了大部分多回轉(zhuǎn)執(zhí)行機構(gòu)的復(fù)雜功能，例如：使用非進入式用戶友好的操作界面實現(xiàn)參數(shù)設(shè)定與診斷功能。
單回轉(zhuǎn)執(zhí)行機構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊可以安裝到小尺寸閥門上，通常輸出力矩可達800公斤米，另外應(yīng)為所需電源較小，它們可以安裝電池來實現(xiàn)故障安全操作。
4.流體驅(qū)動多回轉(zhuǎn)式或直線輸出執(zhí)行機構(gòu)
這種類型執(zhí)行機構(gòu)經(jīng)常用于操作直通閥（截止閥）和氣動閘閥，它們使用氣動或液動操作方式。結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，很容易實現(xiàn)故障安全操作模式。
通常情況下人們使用電動多回轉(zhuǎn)執(zhí)行機構(gòu)來驅(qū)動閘閥和截止閥，只有在無電源時才考慮使用液動或氣動執(zhí)行器。
1電動執(zhí)行機構(gòu)的工作原理
電動執(zhí)行機構(gòu)包括伺服放大器及執(zhí)行機構(gòu)兩大部分，其中執(zhí)行 機構(gòu)又分為電機、減速器及位置發(fā)送器三大部件 來自調(diào)節(jié)器的電流信號Ii（4-20mA）作為伺服放大器的輸入，與閥的位置反饋信號If進行比較，當(dāng)輸入信號和反饋信號比較差值不等于零時，其差值經(jīng)伺服放大器放大后，控制兩相伺服電機按相應(yīng)的方向轉(zhuǎn)動，再經(jīng)減速器減速后使輸出軸產(chǎn)生位移；同時，輸出軸位移又經(jīng)位置發(fā)送器轉(zhuǎn)換成閥的反饋信號If；當(dāng)反饋信號與輸入信號相等時，伺服放大器無輸出，電機不轉(zhuǎn)動，執(zhí)行機構(gòu)就穩(wěn)定在與輸入信號相應(yīng)的位置上。電動執(zhí)行機構(gòu)的輸出軸位移和輸入信號成線性關(guān)系。
電動執(zhí)行機構(gòu)有連續(xù)調(diào)節(jié)、遠(yuǎn)程手動控制和就地手動操作三種控制方式。
1.1電動執(zhí)行機構(gòu)就地調(diào)節(jié)方式
電動執(zhí)行機構(gòu)需就地手動操作時，當(dāng)電動操作器切換開關(guān)放置“手動"位置，把電機端部旋鈕撥到“手動"位置，拉出執(zhí)行機構(gòu)上的手輪，搖動手輪就可以實現(xiàn)手動操作。當(dāng)不用就地操作時，千萬要注意，把電機端部的旋鈕撥到“自動"位置，并把手輪推進。
1.2電動執(zhí)行機構(gòu)遠(yuǎn)程遙控調(diào)節(jié)方式
當(dāng)電動操作器切換開關(guān)放在“手動"位置時，即處在手動遠(yuǎn)程控制狀態(tài)，操作時只要將旋轉(zhuǎn)切換開關(guān)分別拔到“開"或“關(guān)"的位置，帶動電機正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，執(zhí)行機構(gòu)輸出軸就可以實現(xiàn)上行或下行動作，在運動過程中觀察電動操作器上的閥位開度表，到所需控制閥位開度時，立即松開切換開關(guān)即可。
1.3電動執(zhí)行機構(gòu)自動調(diào)節(jié)方式當(dāng)電動操作器切換開關(guān)放在“自動"位置時，即處在自動調(diào)節(jié)狀態(tài)，其控制過程如下： 當(dāng)輸入信號Iλ1=0（或4mA DC）時,位置發(fā)送器反饋電流I反=0(或4mA DC) ,此時伺服放大器沒有輸出電壓，電機停轉(zhuǎn)，執(zhí)行機構(gòu)輸出軸穩(wěn)定在預(yù)選好的零位； 當(dāng)輸入信號Iλ1>0（或4mA DC）時，此輸入信號與系統(tǒng)本身的位置反饋電流在伺服放大器的前置級磁放大器中進行磁勢的綜合比較，由于這二個信號大小不相等且極性相反就有誤差磁勢出現(xiàn)，從而使伺服放大器有足夠的輸出功率驅(qū)動電機，執(zhí)行機構(gòu)輸出軸就朝著減少這個誤差磁勢的方向運動，直到輸入信號和位置反饋信號二者相等為止，此時輸出軸就穩(wěn)定在于輸入信號相對應(yīng)的位置上。 2電動執(zhí)行機構(gòu)的組成分為電機、減速器及位置發(fā)送器三大部件
2.1電機
電機是接受伺服放大器或電動操作器輸出的開關(guān)電源，把電能轉(zhuǎn)化為機械能，從而驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)動作。
2.2減速器
減速器上有手動部件、輸出軸、機械限位塊。減速器是將電機的高轉(zhuǎn)速、小轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換為低轉(zhuǎn)速、大轉(zhuǎn)矩的輸出功率，以帶動閥門機構(gòu)動作。機座上有兩塊剎車片，可使輸出軸的轉(zhuǎn)角限制在90°范圍內(nèi)以保證不損壞調(diào)節(jié)機構(gòu)及有關(guān)連桿。
2.3位置發(fā)送器 位置發(fā)送器由電源變壓器、差動變壓器、印刷電路板等部件組成。 當(dāng)減速器輸出軸移動時，凸輪隨之旋轉(zhuǎn)，是壓在凸輪斜面上的差動變壓器的鐵芯連桿產(chǎn)生軸向位移，改變鐵芯在差動變壓器線圈中的位置，使差動變壓器輸出對應(yīng)位置的電壓轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的直流電流信號（4~20mA）。減速器輸出軸的轉(zhuǎn)角位移與位置發(fā)送器的輸出電流呈線性關(guān)系。
3 伺服放大器的原理
在自動控制系統(tǒng)中，這些執(zhí)行機構(gòu)需要外掛式的伺服放大器進行開關(guān)控制。電動執(zhí)行機構(gòu)的指令信號與閥位反饋信號在伺服放大器中進行比較放大后，經(jīng)過可控硅送出220V的開關(guān)信號。伺服放大器是由電器元件組成的電子線路板構(gòu)成，分前置級磁放大器線路板、觸發(fā)器線路板、可控硅交流開關(guān)線路板三部分。電動執(zhí)行機構(gòu)的指令信號與閥位反饋信號的比較放大靠這些電子線路板的運行來實現(xiàn)。 伺服放大器有兩種模式可供選擇: 一種為執(zhí)行機構(gòu)本身的控制板上帶有伺服放大器功能，結(jié)構(gòu)緊湊，不需占有儀表盤后空間，安裝及調(diào)試較為簡單（即電子一體化）。
另一種為單獨放置的位置定位器，安裝于儀表盤后，這是一種較為傳統(tǒng)的應(yīng)用方法，檢修及更換較為容易（即分立式比例調(diào)節(jié)型）。伺服放大器是電動執(zhí)行機構(gòu)的控制單元儀表，可分為墻掛式和架裝式兩種。放大器的前置板 包括信號的隔離、比較、極性的判別、故障診斷等功能。主回路板上有兩路交流開關(guān)，電源變壓器及直流穩(wěn)壓電源。前置板安裝在主回路板上。它接受調(diào)節(jié)儀表的標(biāo)準(zhǔn)信號（4-20mA）和執(zhí)行機構(gòu)的反饋信號，輸出220V交流電驅(qū)動伺服電動機正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)，連續(xù)調(diào)節(jié)閥位開度。實現(xiàn)各種工藝過程參數(shù)自動調(diào)節(jié)。 4結(jié)束語 在日常維護中我們發(fā)現(xiàn)，電動執(zhí)行機構(gòu)的故障多發(fā)于伺服放大器故障。而伺服放大器是由電器元件組成的電子線路板構(gòu)成，電子元件的質(zhì)量和電路板的可靠性決定了伺服放大器的可靠性。常規(guī)伺服放大器抗干擾的能力普遍不高，電壓的波動、高溫、高粉塵、振動等外部環(huán)境的影響都容易導(dǎo)致伺服放大器故障。針對伺服放大器存在可靠性差的缺點，建議利用DCS來實現(xiàn)伺服放大器的控制功能。因為DCS具有靈活的組態(tài)方法、豐富的軟件功能和很高的可靠性，可自動判斷執(zhí)行機構(gòu)的狀態(tài)，當(dāng)固態(tài)繼電器擊穿或者閥位反饋信號有誤時能夠使電動執(zhí)行機構(gòu)保持在原位置，以防止事故的擴大化。而且在可靠性方面有了很大程度的提高。
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