自控系統電動調節閥執行器

                             自控系統電動調節閥執行器

                              上海申弘閥門有限公司

之前介紹安裝減壓閥注意事項，現在介紹自控系統電動調節閥執行器電動執行器由電動執行機構和調節機構兩部分組成，它根據自動化儀表輸入的4mA~20mA信號，轉換為力或力矩以推動各類調節閥或其他執行機構，從而達到自動控制完成壓力、溫度、流量的檢測，在調節過程中進行實時故障診斷，必要時進行調整和校準。本文講述了電動執行機構調節工作原理、智能調節閥的功能特點及執行器在自動控制系統中的應用，總結現代化工業生產過程安全、運行的電動調節規律。調節閥在過程控制中的作用是接受調節器或計算機的控制信號，改變被調介質的流量，使被調參數維持在所要求的范圍內，從而達到生產過程的自動化。如果把自動調節系統與人工調節過程相比較，檢測單元是人的眼睛，調節控制單元是人的大腦，那么執行單元是人的手和腳，調節閥就是人的手和腳。要實現對工藝過程某一參數如溫度、壓力、流量、液位等的調節控制，都離不開調節閥。因此正確選擇調節閥在過程自動化中具有重要意義。

 
自控系統電動調節閥執行器調節閥的組成與分類
 
調節閥又稱控制閥，是執行器的主要類型，通過接受調節控制單元輸出的控制信號，借助動力操作去改變流體流量。調節閥一般由執行機構和閥門組成。如果按其所配執行機構使用的動力，調節閥可以分為氣動、電動、液動三種，即以壓縮空氣為動力源的氣動調節閥，以電為動力源的電動調節閥，以液體介質(如油等)壓力為動力的電液動調節閥，另外，按其功能和特性分，還有電磁閥、電子式、智能式、現場總線型調節閥等。調節閥的產品類型很多，結構也多種多樣，而且還在不斷更新和變化。一般來說閥是通用的，既可以與氣動執行機構匹配，也可以與電動執行機構或其他執行機構匹配。

 
調節閥類型的選擇
             
調節閥的閥體類型選擇閥體的選擇是調節閥選擇中重要的環節。申儀調節閥閥體種類很多，常用的有直通單座、直通雙座、角形、隔膜、小流量、三通、偏心旋轉、蝶形、套筒式、球形等10種。在選擇閥門之前，要對控制過程的介質、工藝條件和參數進行細心的分析，收集足夠的數據，了解系統對調節閥的要求，根據所收集的數據來確定所要使用的閥門類型。

  
調節閥執行機構的選擇
（輸出力的考慮）
                
執行機構不論是何種類型，其輸出力都是用于克服負荷的有效力(主要是指不平衡力和不平衡力矩加上摩擦力、密封力、重力等有關力的作用)。因此，sypv為了使調節閥正常工作，配用的執行機構要能產生足夠的輸出力來克服各種阻力，保證高度密封和閥門的開啟。
                
對于雙作用的氣動、液動、電動執行機構，一般都沒有復位彈簧。作用力的大小與它的運行方向無關，因此，選擇執行機構的關鍵在于弄清大的輸出力和電機的轉動力矩。對于單作用的氣動執行機構，輸出力與閥門的開度有關，調節閥上的出現的力也將影響運動特性，因此要求在整個調節閥的開度范圍建立力平衡。

 
執行機構類型的確定
              
對執行機構輸出力確定后，根據工藝使用環境要求，選擇相應的執行機構。對于現場有防爆要求時，應選用氣動執行機構，且接線盒為防爆型，不能選擇電動執行機構。如果沒有防爆要求，則氣動、電動執行機構都可選用，但從節能方面考慮，應盡量選用電動執行機構。對于液動執行機構，其使用不如氣動、電動執行機構廣泛，但具有調節精度高、動作速度快和平穩的特點，因此，在某些情況下，為了達到較好調節效果，必須選用液動執行機構，如發電廠透明機的速度調節、煉油廠的催化裝置反應器的溫度調節控制等。
 
調節閥的作用方式選擇

調節閥的作用方式只是在選用氣動執行機構時才有，上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調式減壓閥,波紋管減壓閥,活塞式減壓閥其作用方式通過執行機構正反作用和閥門的正反作用組合形成。組合形式有4種即正正(氣關型)、正反(氣開型)、反正(氣開型)、反反(氣關型)，通過這四種組合形成的調節閥作用方式有氣開和氣關兩種。對于調節閥作用方式的選擇，主要從三方面考慮：a)工藝生產安全；b)介質的特性；c)保證產品質量，經濟損失小。

一、電動執行器的組成和工作原理
        電動執行器由電動執行機構和調節機構兩部分組成，其中將調節控制信號轉換成為力或力矩的部分叫做電動執行機構，各種調節閥統稱為調節機構。電動執行機構是使用調電動機或推動器電動元件轉換為力或力矩以推動各類調節閥開關。電動執行器主要由伺服放大器DFC、電動操作器DFD、位置發送器WF，伺服電動機SM、減速器J等組成。

        電動執行器的工作過程是：來自PLC調節信號輸出送到伺服放大器DFC，與位置傳感器WF發送的反饋信號相比較，經微處理器運算后將其差值經電路放大后去控制伺服電動機正轉或反轉，經過減速器減速后驅動輸出軸產生直線移動或角旋轉。輸出結果再次經位置傳感器定位發出位置指示和4mA~20mA的反饋信號送到伺服放大器的輸入端。微處理器再次比較反饋信號和儀表調節信號，若反饋信號和輸入信號相等時，控制電動執行機構停止使閥門穩定在儀表輸出的位置上，電動執行器也可以通過電動操作器進行手動操作。一般是通過現場調節儀表旋鈕，輸出位置控制信號控制電動機正轉或反轉驅動執行機構調節閥門開度等。伺服電動機是執行機構的動力部分，它具有啟動轉矩大和啟動電流較小的特點，位置傳感器是根據差動變送器的工作原理，利用輸出軸的位移改變鐵芯在差動線圈中的位置，以產生反饋信號和位置信號。

二、手動操作器
        手操器主要用在啟動或電動執行器系統中實現手動操作，它與調節器配合，完成從自動到手動或手動到自動的無干擾切換，也可以在控制系統出故障時或系統投運時用它進行手動遙控。與氣動執行器配合使用的叫Q型操作器，與電動執行器配合使用的叫D型操作器。
        Q型操作器的工作過程是：當操作器處于自動狀態時，來自調節器的輸出電流通過負載R，并由操作器中一個電流顯示其大小，其中負載R可以是電氣轉換器，也可以是電氣閥門定位器或電動執行器的輸入阻抗，在復雜控制系統中也可以是串級控制系統中的副調節器的輸入阻抗。當操作器處于手動狀態時，來自調節器的電流不流過負載R，而由操作器中的可調恒流源向負載提供手動操作電流，其大小可由手操電位器調節，并通過另一個電流表顯示。與此同時，通過調節器背面的跟蹤電壓輸出的接線端子向調節器中積分電容兩端提供直流跟蹤電壓，大小與手動操作電流的大小相對應，當調節器中的積分電容兩端收到跟蹤電壓后，調節器的輸出電流就隨跟蹤電壓做出相應改變。從自動到手動，要先調節手操作器，使其輸出電流與調節器輸出電流相等，即能進行切換。

三、智能電動執行器
        智能電動執行器控制電源有單相和三相兩類，三相智能電動執行器主體和單相智能電動執行器的主體相同，以單相智能電動執行器的工作過程分析智能電動執行器的工作原理。
        工作過程是PLC或變送器的4mA~20mA信號傳給智能伺服放大器，經伺服微處理器掃描監測該輸入信號和位置反饋信號，定時比較。微處理器比較這兩個信號，若信號不相等，正負差值超過平衡位置值，即發出控制信號調整智能伺服放大器中的功率晶閘管的導通角，使晶閘管導通驅動伺服電動機轉動，調節閥門開度；同時伺服微處理器將調節閥位置信號轉換成相應的脈沖量發往操作器，顯示閥門的開度百分數。當接受變送器信號進入PI調節工作方式時，微處理器將變送器信號與給定值進行比較，并按預先設置好的參數PI進行計算并發出控制信號調節閥門開度，直到兩個信號平衡。

四、智能調節閥
    智能調節閥由控制器、傳感器、信號變換器、I/O及通信接口、執行機構、調節閥組成，具有以下特點：

1、具有智能控制功能。可按給定值自動進行PID調節，控制流量、壓力、壓差和溫度等過程變量，還可支持串級控制方式等。
2、具有保持功能。無論電源、機械部件、控制信號等出現故障都會自動采取保護措施，以保證本身及生產過程安全可靠。
3、具有通信功能。與上位機控制系統連接，操作人員可在遠方對其進行檢測、整定、修改參數等。
4、具有診斷功能。智能調節閥的閥體和執行機構上裝有傳感器專門用于故障診斷，發現問題立即執行預先設定的程序，自動采取措施并報警，實現安全運行。
5、一體化結構。智能調節閥把閥體、控制電路、傳感器、執行機構全部裝在一個現場儀器中。

        電動執行機構與調節機構的鏈接有多種方式，一般是將兩者固定安裝在一起，構成一個完整執行器，也有用機械連桿把兩者就地連接起來。隨著電子技術的迅速發展，微處理器被引入到儀表中，出現了智能式執行器，把常規儀表的檢測、控制、調節等功能有機組合在一起，具備了多種功能并被廣泛應用于生產和生活中。

五、執行器在自動控制系統中的應用
        執行器在自動控制系統中又被稱為終端執行元件，它是正向通路中直接改變操作變量的儀表，由執行機構響應調節器來的信號或人工控制信號，并將信號轉換成位移，以驅動調節機構如閥門。常見的執行機構有電動和氣動兩大類，調節機構一般為閥門（調節閥，截止閥，閘閥，蝶閥等）和風門擋板等。
執行機構與調節機構的連接主要有兩種方式：
1）直接連接：即常說的直連式，執行器輸出軸與調節機構如閥門的閥桿直接連接。
2）間接連接：執行器輸出軸與調節機構如閥門的閥桿沒有直接連接，而是通過其它連接機構(如球鉸、連桿)相連， 通常所說的底座曲柄式就是種間接連接形式。
電動執行器用于控制0°～270°旋轉的閥門及其他同類產品，如蝶閥、球閥、風門、擋板閥、旋塞閥、百葉閥等，可以廣泛應用于石油、化工、水處理、船舶、造紙、電站、供暖供熱、樓宇自控、輕工等各行業中。它以380V/220V/110V交流電源為驅動電源，以4-20mA電流信號或0-10V DC 電壓信號為控制信號，可使閥門運動到所需位置，實現其自動化控制，大輸出扭矩達4000 NM。(該產品已獲得CE與防爆認證證書，產品質量具有保障)
2. 性能特點

2.1殼體
殼體為硬質鋁合金，經陽極氧化處理和聚酯粉末涂層，耐腐蝕性強，防護等級為IP67，NEMA4和6，并有IP68和防爆型供選擇。
2.2電機
全封閉式鼠籠式電機，體積小，扭矩大，慣性力小，絕緣等級為F級，內置過熱保護開關，可防止過熱損壞電機。
2.3手動結構
手輪的設計保證安全可靠、省力、體積小。不通電時，扳動離合器手柄可進行手動操作。通電時，離合器自動復位。（注：在電機不通電的狀況下，電動執行器將保持*手動狀態）
2.4指示器
指示器安裝在中心軸上，可以觀察閥門位置。鏡面采用凸透鏡設計，不積水，觀察更方便。
2.5干燥器
用來控制溫度，防止由于溫度和天氣變化導致執行器內部水分凝結，保持內部電氣元件的干燥。
2.6限位開關
機械，電子雙重限位。機械限位螺釘可調，安全可靠；電子限位開關由凸輪機構來控制，簡單的調整機構能并方便地設定位置,無需電池支持。(微動開關接點均為銀質觸點)
2.7扭矩開關
可提供過載保護（PLQ-005/008/010除外），在閥門卡澀，有異物時，自動斷開電機電源，更有效的保護閥門和電動執行器不受損壞。（出廠前已設定好，請用戶不要隨意更改設置）
2.8自鎖
精密的雙蝸輪蝸桿機構可傳輸大扭矩，效率高，噪音低（大50分貝），壽命長有自鎖功能，防止反轉，傳動部分穩定可靠，出廠已經加滿潤滑脂，使用無需再加油。
2.9防脫螺栓
拆除外殼時，螺栓附在殼體上，不會脫落。外部螺栓均采用不銹鋼材質。
2.10安裝
底部安裝尺寸符合ISO5211標準，驅動軸套可拆下根據需要進行加工，適應性強。可以垂直安裝，也可以水平安裝。
2.11線路
控制線路符合單相或三相電源標準，線路布置緊湊合理，接線端子可有效滿足各種附加功能的要求。閥開關到位均有無源接點輸出（可根據客戶要求另行加工。）
2.12智能模塊
采用集成度高，功耗很低的單片機與模擬電路混合的控制板，更采用全金屬外掛式安裝，使執行器電機熱源與控制板有效隔離，很大程度地提高了軟件及硬件的抗干擾性能及耐溫性。
2.13閥位數字顯示
執行器在打開或關閉過程中，閥位的變化在液晶屏上以大數字方式實時顯示。
2.14相序自動調整
智能型執行器自動檢測接入的三相電源相序，無需用戶考慮三相電源的相序問題
3. 電動執行器 主要技術參數，規格
3.1 PLQ系列電動執行器技術參數

2、電動執行機構（電動執行器）
電動執行機構（電動執行器）以電源作為動力源。目前我國工業自控系統多采用以下單元組合儀表來實現執行器定位控制，如圖所示。
電動執行器定位控制組合儀表

圖中包括伺服放大器（SD)和執行機構(WF+J)兩個獨立部件(目前大部分執行機構都將伺服放大器移入執行器內部，稱之為伺服一體化)，帶伺服放大器的稱比例式電動執行機構（電動執行器）（也可稱為調節型電動執行器），不帶伺服放大器的稱積分式電動執行機構（電動執行器），執行器由伺服電機、減速器及位置發送器（伺服一體化執行器含伺服放大器）等部件組成。在實踐運用中，特別要理解的一點是，比例式電動執行機構（電動執行器），伺服放大器比較輸入信號和閥位反饋信號的差值，根據差值大小來驅動執行器電機來減小差值，進而控制執行器輸出位移。因此，伺服放大器的性能好壞是一個關鍵。

電動執行器的位置發送器負責采樣閥位，并轉換為標準電信號（常見為4~20mA），這一信號可以用指示當前閥位開度，同時交由伺服放大與輸入信號作比較來控制執行器開度。新式電動執行器大多將位置發送器和伺服放大器融為一體并轉入執行器本體。位置采樣通過位移傳感器實現，電動執行器（電動執行機構）上常用的位移傳感器有導電塑料電位、差動線圈、旋轉編碼器、磁環或光柵。導電塑料電位器較碳膜電位器線性好、壽命長；差動線圈成本低，但線性度與內部線圈繞法有很大關系；旋轉編碼器在安裝好后一般不用再由用戶重新調節零位了，設定執行器行程時比較自由方便；磁環無需調節零位，設定行程更為自由，但缺點是需要備用電池，以保證斷電后能記憶脈沖記數（即記閥位）。與本產品相關論文：正確操作減壓閥