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電動(dòng)閥門電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)
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本文介紹了電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)以及伺服放大器的工作原理及構(gòu)成，并對(duì)各組成部件的原理進(jìn)行了剖析。 針對(duì)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的伺服放大器存在可靠性不高的缺點(diǎn)，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(yíng)閥門有：截止閥,電動(dòng)截止閥,氣動(dòng)截止閥,電動(dòng)蝶閥,氣動(dòng)蝶閥,電動(dòng)球閥,氣動(dòng)球閥,電動(dòng)閘閥,氣動(dòng)閘閥,電動(dòng)調(diào)節(jié)閥,氣動(dòng)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(yùn)行。 關(guān)鍵詞：電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)；伺服放大器；電機(jī)；減速器；位置發(fā)送器
電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是電動(dòng)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(dòng)力，接受統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)直流信號(hào)，輸出相應(yīng)的轉(zhuǎn)角位移，操縱風(fēng)門、擋板等調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，可配用各種電動(dòng)操作器完成調(diào)節(jié)系統(tǒng)“手動(dòng)—自動(dòng)"的無擾動(dòng)切換，及對(duì)被調(diào)對(duì)象的遠(yuǎn)方手動(dòng)操作，電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)還設(shè)有電氣限位和機(jī)械限位雙重保護(hù)來完成自動(dòng)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(jī)構(gòu)，為了成功的實(shí)現(xiàn)過程自動(dòng)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(dòng)化的要求即執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇?？梢院?jiǎn)單的按兩種基本的閥門操作類型來考慮執(zhí)行機(jī)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(dòng)球閥、氣動(dòng)蝶閥以及風(fēng)門或擋板。這類閥門需要已要求的力矩進(jìn)行90度旋轉(zhuǎn)操作的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。具體參考文章：氣動(dòng)執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)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(dòng)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(dòng)或液動(dòng)氣缸或薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)也開來驅(qū)動(dòng)上述閥門。
目前共有四種類型的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它們能夠使用不同的驅(qū)動(dòng)能源，能夠操作各種類型的閥門。
1.電動(dòng)多回轉(zhuǎn)式執(zhí)行機(jī)構(gòu)
電力驅(qū)動(dòng)的多回轉(zhuǎn)式執(zhí)行機(jī)構(gòu)是zui常用、zui可靠的執(zhí)行機(jī)構(gòu)類型之一。使用單相或三相電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪或蝸輪蝸桿zui后驅(qū)動(dòng)閥桿螺母，閥桿螺母使閥桿產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)使閥門打開或關(guān)閉。
多回轉(zhuǎn)式電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以快速驅(qū)動(dòng)大尺寸閥門。為了保護(hù)閥門不受損壞，安裝在在閥門行程的終點(diǎn)的限位開關(guān)會(huì)切斷電機(jī)電源，同時(shí)當(dāng)安全力矩被超過時(shí)，力矩感應(yīng)裝置也會(huì)切斷電機(jī)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(jī)構(gòu)可在電源故障時(shí)手動(dòng)操作閥門。
這種類型執(zhí)行機(jī)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)是所有部件都安裝在一個(gè)殼體內(nèi)，在這個(gè)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(diǎn)是，當(dāng)電源故障時(shí)，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(shí)現(xiàn)故障安全位置（故障開或故障關(guān)）
2.流體驅(qū)動(dòng)單回轉(zhuǎn)式執(zhí)行機(jī)構(gòu)
氣動(dòng)、液動(dòng)單回轉(zhuǎn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)非常通用，它們不需要電源并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(dòng)裝置將直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直角輸出，傳動(dòng)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(diǎn)具有高力矩輸出非常適合于大口徑閥門。氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)一般安裝電磁閥、定位器或位置開關(guān)等附件來實(shí)現(xiàn)對(duì)閥門的控制和監(jiān)測(cè)。
3.電動(dòng)單回轉(zhuǎn)式執(zhí)行機(jī)構(gòu)
這種執(zhí)行機(jī)構(gòu)類似于電動(dòng)多回轉(zhuǎn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，主要差別是執(zhí)行機(jī)構(gòu)zui終輸出的是1/4轉(zhuǎn)記90度的運(yùn)動(dòng)。新一代電動(dòng)單回轉(zhuǎn)式執(zhí)行機(jī)構(gòu)結(jié)合了大部分多回轉(zhuǎn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的復(fù)雜功能，例如：使用非進(jìn)入式用戶友好的操作界面實(shí)現(xiàn)參數(shù)設(shè)定與診斷功能。
單回轉(zhuǎn)執(zhí)行機(jī)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(dá)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(shí)現(xiàn)故障安全操作。
4.流體驅(qū)動(dòng)多回轉(zhuǎn)式或直線輸出執(zhí)行機(jī)構(gòu)
這種類型執(zhí)行機(jī)構(gòu)經(jīng)常用于操作直通閥（截止閥）和氣動(dòng)閘閥，它們使用氣動(dòng)或液動(dòng)操作方式。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，很容易實(shí)現(xiàn)故障安全操作模式。
通常情況下人們使用電動(dòng)多回轉(zhuǎn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)來驅(qū)動(dòng)閘閥和截止閥，只有在無電源時(shí)才考慮使用液動(dòng)或氣動(dòng)執(zhí)行器。
1電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作原理
電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括伺服放大器及執(zhí)行機(jī)構(gòu)兩大部分，其中執(zhí)行 機(jī)構(gòu)又分為電機(jī)、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(hào)Ii（4-20mA）作為伺服放大器的輸入，與閥的位置反饋信號(hào)If進(jìn)行比較，當(dāng)輸入信號(hào)和反饋信號(hào)比較差值不等于零時(shí)，其差值經(jīng)伺服放大器放大后，控制兩相伺服電機(jī)按相應(yīng)的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，再經(jīng)減速器減速后使輸出軸產(chǎn)生位移；同時(shí)，輸出軸位移又經(jīng)位置發(fā)送器轉(zhuǎn)換成閥的反饋信號(hào)If；當(dāng)反饋信號(hào)與輸入信號(hào)相等時(shí)，伺服放大器無輸出，電機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)就穩(wěn)定在與輸入信號(hào)相應(yīng)的位置上。電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出軸位移和輸入信號(hào)成線性關(guān)系。
電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)有連續(xù)調(diào)節(jié)、遠(yuǎn)程手動(dòng)控制和就地手動(dòng)操作三種控制方式。
1.1電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)就地調(diào)節(jié)方式
電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)需就地手動(dòng)操作時(shí)，當(dāng)電動(dòng)操作器切換開關(guān)放置“手動(dòng)"位置，把電機(jī)端部旋鈕撥到“手動(dòng)"位置，拉出執(zhí)行機(jī)構(gòu)上的手輪，搖動(dòng)手輪就可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)操作。當(dāng)不用就地操作時(shí)，千萬要注意，把電機(jī)端部的旋鈕撥到“自動(dòng)"位置，并把手輪推進(jìn)。
1.2電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)遠(yuǎn)程遙控調(diào)節(jié)方式
當(dāng)電動(dòng)操作器切換開關(guān)放在“手動(dòng)"位置時(shí)，即處在手動(dòng)遠(yuǎn)程控制狀態(tài)，操作時(shí)只要將旋轉(zhuǎn)切換開關(guān)分別拔到“開"或“關(guān)"的位置，帶動(dòng)電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出軸就可以實(shí)現(xiàn)上行或下行動(dòng)作，在運(yùn)動(dòng)過程中觀察電動(dòng)操作器上的閥位開度表，到所需控制閥位開度時(shí)，立即松開切換開關(guān)即可。
1.3電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)自動(dòng)調(diào)節(jié)方式當(dāng)電動(dòng)操作器切換開關(guān)放在“自動(dòng)"位置時(shí)，即處在自動(dòng)調(diào)節(jié)狀態(tài)，其控制過程如下： 當(dāng)輸入信號(hào)Iλ1=0（或4mA DC）時(shí),位置發(fā)送器反饋電流I反=0(或4mA DC) ,此時(shí)伺服放大器沒有輸出電壓，電機(jī)停轉(zhuǎn)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出軸穩(wěn)定在預(yù)選好的零位； 當(dāng)輸入信號(hào)Iλ1>0（或4mA DC）時(shí)，此輸入信號(hào)與系統(tǒng)本身的位置反饋電流在伺服放大器的前置級(jí)磁放大器中進(jìn)行磁勢(shì)的綜合比較，由于這二個(gè)信號(hào)大小不相等且極性相反就有誤差磁勢(shì)出現(xiàn)，從而使伺服放大器有足夠的輸出功率驅(qū)動(dòng)電機(jī)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出軸就朝著減少這個(gè)誤差磁勢(shì)的方向運(yùn)動(dòng)，直到輸入信號(hào)和位置反饋信號(hào)二者相等為止，此時(shí)輸出軸就穩(wěn)定在于輸入信號(hào)相對(duì)應(yīng)的位置上。 2電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的組成分為電機(jī)、減速器及位置發(fā)送器三大部件
2.1電機(jī)
電機(jī)是接受伺服放大器或電動(dòng)操作器輸出的開關(guān)電源，把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，從而驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作。
2.2減速器
減速器上有手動(dòng)部件、輸出軸、機(jī)械限位塊。減速器是將電機(jī)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(dòng)閥門機(jī)構(gòu)動(dòng)作。機(jī)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(jī)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(dòng)變壓器、印刷電路板等部件組成。 當(dāng)減速器輸出軸移動(dòng)時(shí)，凸輪隨之旋轉(zhuǎn)，是壓在凸輪斜面上的差動(dòng)變壓器的鐵芯連桿產(chǎn)生軸向位移，改變鐵芯在差動(dòng)變壓器線圈中的位置，使差動(dòng)變壓器輸出對(duì)應(yīng)位置的電壓轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的直流電流信號(hào)（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(dòng)控制系統(tǒng)中，這些執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要外掛式的伺服放大器進(jìn)行開關(guān)控制。電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的指令信號(hào)與閥位反饋信號(hào)在伺服放大器中進(jìn)行比較放大后，經(jīng)過可控硅送出220V的開關(guān)信號(hào)。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(jí)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(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的指令信號(hào)與閥位反饋信號(hào)的比較放大靠這些電子線路板的運(yùn)行來實(shí)現(xiàn)。 伺服放大器有兩種模式可供選擇: 一種為執(zhí)行機(jī)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(jiǎn)單（即電子一體化）。
另一種為單獨(dú)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(dòng)執(zhí)行機(jī)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(hào)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(hào)（4-20mA）和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的反饋信號(hào)，輸出220V交流電驅(qū)動(dòng)伺服電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)，連續(xù)調(diào)節(jié)閥位開度。實(shí)現(xiàn)各種工藝過程參數(shù)自動(dòng)調(diào)節(jié)。 4結(jié)束語(yǔ) 在日常維護(hù)中我們發(fā)現(xiàn)，電動(dòng)執(zhí)行機(jī)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(dòng)、高溫、高粉塵、振動(dòng)等外部環(huán)境的影響都容易導(dǎo)致伺服放大器故障。針對(duì)伺服放大器存在可靠性差的缺點(diǎn)，建議利用DCS來實(shí)現(xiàn)伺服放大器的控制功能。因?yàn)镈CS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(dòng)判斷執(zhí)行機(jī)構(gòu)的狀態(tài)，當(dāng)固態(tài)繼電器擊穿或者閥位反饋信號(hào)有誤時(shí)能夠使電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)保持在原位置，以防止事故的擴(kuò)大化。而且在可靠性方面有了很大程度的提高。
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