自控系統(tǒng)電動調(diào)節(jié)閥執(zhí)行器

                             自控系統(tǒng)電動調(diào)節(jié)閥執(zhí)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(xiàn)在介紹自控系統(tǒng)電動調(diào)節(jié)閥執(zhí)行器電動執(zhí)行器由電動執(zhí)行機構(gòu)和調(diào)節(jié)機構(gòu)兩部分組成，它根據(jù)自動化儀表輸入的4mA~20mA信號，轉(zhuǎn)換為力或力矩以推動各類調(diào)節(jié)閥或其他執(zhí)行機構(gòu)，從而達到自動控制完成壓力、溫度、流量的檢測，在調(diào)節(jié)過程中進行實時故障診斷，必要時進行調(diào)整和校準。本文講述了電動執(zhí)行機構(gòu)調(diào)節(jié)工作原理、智能調(diào)節(jié)閥的功能特點及執(zhí)行器在自動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，總結(jié)現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)過程安全、運行的電動調(diào)節(jié)規(guī)律。調(diào)節(jié)閥在過程控制中的作用是接受調(diào)節(jié)器或計算機的控制信號，改變被調(diào)介質(zhì)的流量，使被調(diào)參數(shù)維持在所要求的范圍內(nèi)，從而達到生產(chǎn)過程的自動化。如果把自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)與人工調(diào)節(jié)過程相比較，檢測單元是人的眼睛，調(diào)節(jié)控制單元是人的大腦，那么執(zhí)行單元是人的手和腳，調(diào)節(jié)閥就是人的手和腳。要實現(xiàn)對工藝過程某一參數(shù)如溫度、壓力、流量、液位等的調(diào)節(jié)控制，都離不開調(diào)節(jié)閥。因此正確選擇調(diào)節(jié)閥在過程自動化中具有重要意義。

 
自控系統(tǒng)電動調(diào)節(jié)閥執(zhí)行器調(diào)節(jié)閥的組成與分類
 
調(diào)節(jié)閥又稱控制閥，是執(zhí)行器的主要類型，通過接受調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)閥一般由執(zhí)行機構(gòu)和閥門組成。如果按其所配執(zhí)行機構(gòu)使用的動力，調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)閥，以電為動力源的電動調(diào)節(jié)閥，以液體介質(zhì)(如油等)壓力為動力的電液動調(diào)節(jié)閥，另外，按其功能和特性分，還有電磁閥、電子式、智能式、現(xiàn)場總線型調(diào)節(jié)閥等。調(diào)節(jié)閥的產(chǎn)品類型很多，結(jié)構(gòu)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(zhí)行機構(gòu)匹配，也可以與電動執(zhí)行機構(gòu)或其他執(zhí)行機構(gòu)匹配。

 
調(diào)節(jié)閥類型的選擇
             
調(diào)節(jié)閥的閥體類型選擇閥體的選擇是調(diào)節(jié)閥選擇中重要的環(huán)節(jié)。申儀調(diào)節(jié)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(zhuǎn)、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(zhì)、工藝條件和參數(shù)進行細心的分析，收集足夠的數(shù)據(jù)，了解系統(tǒng)對調(diào)節(jié)閥的要求，根據(jù)所收集的數(shù)據(jù)來確定所要使用的閥門類型。

  
調(diào)節(jié)閥執(zhí)行機構(gòu)的選擇
（輸出力的考慮）
                
執(zhí)行機構(gòu)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(guān)力的作用)。因此，sypv為了使調(diào)節(jié)閥正常工作，配用的執(zhí)行機構(gòu)要能產(chǎn)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(zhí)行機構(gòu)，一般都沒有復(fù)位彈簧。作用力的大小與它的運行方向無關(guān)，因此，選擇執(zhí)行機構(gòu)的關(guān)鍵在于弄清大的輸出力和電機的轉(zhuǎn)動力矩。對于單作用的氣動執(zhí)行機構(gòu)，輸出力與閥門的開度有關(guān)，調(diào)節(jié)閥上的出現(xiàn)的力也將影響運動特性，因此要求在整個調(diào)節(jié)閥的開度范圍建立力平衡。

 
執(zhí)行機構(gòu)類型的確定
              
對執(zhí)行機構(gòu)輸出力確定后，根據(jù)工藝使用環(huán)境要求，選擇相應(yīng)的執(zhí)行機構(gòu)。對于現(xiàn)場有防爆要求時，應(yīng)選用氣動執(zhí)行機構(gòu)，且接線盒為防爆型，不能選擇電動執(zhí)行機構(gòu)。如果沒有防爆要求，則氣動、電動執(zhí)行機構(gòu)都可選用，但從節(jié)能方面考慮，應(yīng)盡量選用電動執(zhí)行機構(gòu)。對于液動執(zhí)行機構(gòu)，其使用不如氣動、電動執(zhí)行機構(gòu)廣泛，但具有調(diào)節(jié)精度高、動作速度快和平穩(wěn)的特點，因此，在某些情況下，為了達到較好調(diào)節(jié)效果，必須選用液動執(zhí)行機構(gòu)，如發(fā)電廠透明機的速度調(diào)節(jié)、煉油廠的催化裝置反應(yīng)器的溫度調(diào)節(jié)控制等。
 
調(diào)節(jié)閥的作用方式選擇

調(diào)節(jié)閥的作用方式只是在選用氣動執(zhí)行機構(gòu)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(diào)式減壓閥,波紋管減壓閥,活塞式減壓閥其作用方式通過執(zhí)行機構(gòu)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(guān)型)、正反(氣開型)、反正(氣開型)、反反(氣關(guān)型)，通過這四種組合形成的調(diào)節(jié)閥作用方式有氣開和氣關(guān)兩種。對于調(diào)節(jié)閥作用方式的選擇，主要從三方面考慮：a)工藝生產(chǎn)安全；b)介質(zhì)的特性；c)保證產(chǎn)品質(zhì)量，經(jīng)濟損失小。

一、電動執(zhí)行器的組成和工作原理
        電動執(zhí)行器由電動執(zhí)行機構(gòu)和調(diào)節(jié)機構(gòu)兩部分組成，其中將調(diào)節(jié)控制信號轉(zhuǎn)換成為力或力矩的部分叫做電動執(zhí)行機構(gòu)，各種調(diào)節(jié)閥統(tǒng)稱為調(diào)節(jié)機構(gòu)。電動執(zhí)行機構(gòu)是使用調(diào)電動機或推動器電動元件轉(zhuǎn)換為力或力矩以推動各類調(diào)節(jié)閥開關(guān)。電動執(zhí)行器主要由伺服放大器DFC、電動操作器DFD、位置發(fā)送器WF，伺服電動機SM、減速器J等組成。

        電動執(zhí)行器的工作過程是：來自PLC調(diào)節(jié)信號輸出送到伺服放大器DFC，與位置傳感器WF發(fā)送的反饋信號相比較，經(jīng)微處理器運算后將其差值經(jīng)電路放大后去控制伺服電動機正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，經(jīng)過減速器減速后驅(qū)動輸出軸產(chǎn)生直線移動或角旋轉(zhuǎn)。輸出結(jié)果再次經(jīng)位置傳感器定位發(fā)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(diào)節(jié)信號，若反饋信號和輸入信號相等時，控制電動執(zhí)行機構(gòu)停止使閥門穩(wěn)定在儀表輸出的位置上，電動執(zhí)行器也可以通過電動操作器進行手動操作。一般是通過現(xiàn)場調(diào)節(jié)儀表旋鈕，輸出位置控制信號控制電動機正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)調(diào)節(jié)閥門開度等。伺服電動機是執(zhí)行機構(gòu)的動力部分，它具有啟動轉(zhuǎn)矩大和啟動電流較小的特點，位置傳感器是根據(jù)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(chǎn)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(zhí)行器系統(tǒng)中實現(xiàn)手動操作，它與調(diào)節(jié)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(tǒng)出故障時或系統(tǒng)投運時用它進行手動遙控。與氣動執(zhí)行器配合使用的叫Q型操作器，與電動執(zhí)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(tài)時，來自調(diào)節(jié)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(zhuǎn)換器，也可以是電氣閥門定位器或電動執(zhí)行器的輸入阻抗，在復(fù)雜控制系統(tǒng)中也可以是串級控制系統(tǒng)中的副調(diào)節(jié)器的輸入阻抗。當操作器處于手動狀態(tài)時，來自調(diào)節(jié)器的電流不流過負載R，而由操作器中的可調(diào)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(diào)節(jié)，并通過另一個電流表顯示。與此同時，通過調(diào)節(jié)器背面的跟蹤電壓輸出的接線端子向調(diào)節(jié)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(yīng)，當調(diào)節(jié)器中的積分電容兩端收到跟蹤電壓后，調(diào)節(jié)器的輸出電流就隨跟蹤電壓做出相應(yīng)改變。從自動到手動，要先調(diào)節(jié)手操作器，使其輸出電流與調(diào)節(jié)器輸出電流相等，即能進行切換。

三、智能電動執(zhí)行器
        智能電動執(zhí)行器控制電源有單相和三相兩類，三相智能電動執(zhí)行器主體和單相智能電動執(zhí)行器的主體相同，以單相智能電動執(zhí)行器的工作過程分析智能電動執(zhí)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(jīng)伺服微處理器掃描監(jiān)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(fā)出控制信號調(diào)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(qū)動伺服電動機轉(zhuǎn)動，調(diào)節(jié)閥門開度；同時伺服微處理器將調(diào)節(jié)閥位置信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的脈沖量發(fā)往操作器，顯示閥門的開度百分數(shù)。當接受變送器信號進入PI調(diào)節(jié)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(yù)先設(shè)置好的參數(shù)PI進行計算并發(fā)出控制信號調(diào)節(jié)閥門開度，直到兩個信號平衡。

四、智能調(diào)節(jié)閥
    智能調(diào)節(jié)閥由控制器、傳感器、信號變換器、I/O及通信接口、執(zhí)行機構(gòu)、調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)，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(xiàn)故障都會自動采取保護措施，以保證本身及生產(chǎn)過程安全可靠。
3、具有通信功能。與上位機控制系統(tǒng)連接，操作人員可在遠方對其進行檢測、整定、修改參數(shù)等。
4、具有診斷功能。智能調(diào)節(jié)閥的閥體和執(zhí)行機構(gòu)上裝有傳感器專門用于故障診斷，發(fā)現(xiàn)問題立即執(zhí)行預(yù)先設(shè)定的程序，自動采取措施并報警，實現(xiàn)安全運行。
5、一體化結(jié)構(gòu)。智能調(diào)節(jié)閥把閥體、控制電路、傳感器、執(zhí)行機構(gòu)全部裝在一個現(xiàn)場儀器中。

        電動執(zhí)行機構(gòu)與調(diào)節(jié)機構(gòu)的鏈接有多種方式，一般是將兩者固定安裝在一起，構(gòu)成一個完整執(zhí)行器，也有用機械連桿把兩者就地連接起來。隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展，微處理器被引入到儀表中，出現(xiàn)了智能式執(zhí)行器，把常規(guī)儀表的檢測、控制、調(diào)節(jié)等功能有機組合在一起，具備了多種功能并被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)和生活中。

五、執(zhí)行器在自動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用
        執(zhí)行器在自動控制系統(tǒng)中又被稱為終端執(zhí)行元件，它是正向通路中直接改變操作變量的儀表，由執(zhí)行機構(gòu)響應(yīng)調(diào)節(jié)器來的信號或人工控制信號，并將信號轉(zhuǎn)換成位移，以驅(qū)動調(diào)節(jié)機構(gòu)如閥門。常見的執(zhí)行機構(gòu)有電動和氣動兩大類，調(diào)節(jié)機構(gòu)一般為閥門（調(diào)節(jié)閥，截止閥，閘閥，蝶閥等）和風門擋板等。
執(zhí)行機構(gòu)與調(diào)節(jié)機構(gòu)的連接主要有兩種方式：
1）直接連接：即常說的直連式，執(zhí)行器輸出軸與調(diào)節(jié)機構(gòu)如閥門的閥桿直接連接。
2）間接連接：執(zhí)行器輸出軸與調(diào)節(jié)機構(gòu)如閥門的閥桿沒有直接連接，而是通過其它連接機構(gòu)(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(zhí)行器用于控制0°～270°旋轉(zhuǎn)的閥門及其他同類產(chǎn)品，如蝶閥、球閥、風門、擋板閥、旋塞閥、百葉閥等，可以廣泛應(yīng)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(yè)中。它以380V/220V/110V交流電源為驅(qū)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(xiàn)其自動化控制，大輸出扭矩達4000 NM。(該產(chǎn)品已獲得CE與防爆認證證書，產(chǎn)品質(zhì)量具有保障)
2. 性能特點

2.1殼體
殼體為硬質(zhì)鋁合金，經(jīng)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(nèi)置過熱保護開關(guān)，可防止過熱損壞電機。
2.3手動結(jié)構(gòu)
手輪的設(shè)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(fù)位。（注：在電機不通電的狀況下，電動執(zhí)行器將保持*手動狀態(tài)）
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(shè)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(zhí)行器內(nèi)部水分凝結(jié)，保持內(nèi)部電氣元件的干燥。
2.6限位開關(guān)
機械，電子雙重限位。機械限位螺釘可調(diào)，安全可靠；電子限位開關(guān)由凸輪機構(gòu)來控制，簡單的調(diào)整機構(gòu)能并方便地設(shè)定位置,無需電池支持。(微動開關(guān)接點均為銀質(zhì)觸點)
2.7扭矩開關(guān)
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(zhí)行器不受損壞。（出廠前已設(shè)定好，請用戶不要隨意更改設(shè)置）
2.8自鎖
精密的雙蝸輪蝸桿機構(gòu)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(zhuǎn)，傳動部分穩(wěn)定可靠，出廠已經(jīng)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(zhì)。
2.10安裝
底部安裝尺寸符合ISO5211標準，驅(qū)動軸套可拆下根據(jù)需要進行加工，適應(yīng)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(guān)到位均有無源接點輸出（可根據(jù)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(zhí)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(shù)字顯示
執(zhí)行器在打開或關(guān)閉過程中，閥位的變化在液晶屏上以大數(shù)字方式實時顯示。
2.14相序自動調(diào)整
智能型執(zhí)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(zhí)行器 主要技術(shù)參數(shù)，規(guī)格
3.1 PLQ系列電動執(zhí)行器技術(shù)參數(shù)

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

圖中包括伺服放大器（SD)和執(zhí)行機構(gòu)(WF+J)兩個獨立部件(目前大部分執(zhí)行機構(gòu)都將伺服放大器移入執(zhí)行器內(nèi)部，稱之為伺服一體化)，帶伺服放大器的稱比例式電動執(zhí)行機構(gòu)（電動執(zhí)行器）（也可稱為調(diào)節(jié)型電動執(zhí)行器），不帶伺服放大器的稱積分式電動執(zhí)行機構(gòu)（電動執(zhí)行器），執(zhí)行器由伺服電機、減速器及位置發(fā)送器（伺服一體化執(zhí)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(zhí)行機構(gòu)（電動執(zhí)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(jù)差值大小來驅(qū)動執(zhí)行器電機來減小差值，進而控制執(zhí)行器輸出位移。因此，伺服放大器的性能好壞是一個關(guān)鍵。

電動執(zhí)行器的位置發(fā)送器負責采樣閥位，并轉(zhuǎn)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(zhí)行器開度。新式電動執(zhí)行器大多將位置發(fā)送器和伺服放大器融為一體并轉(zhuǎn)入執(zhí)行器本體。位置采樣通過位移傳感器實現(xiàn)，電動執(zhí)行器（電動執(zhí)行機構(gòu)）上常用的位移傳感器有導電塑料電位、差動線圈、旋轉(zhuǎn)編碼器、磁環(huán)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(nèi)部線圈繞法有很大關(guān)系；旋轉(zhuǎn)編碼器在安裝好后一般不用再由用戶重新調(diào)節(jié)零位了，設(shè)定執(zhí)行器行程時比較自由方便；磁環(huán)無需調(diào)節(jié)零位，設(shè)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(shù)（即記閥位）。與本產(chǎn)品相關(guān)論文：正確操作減壓閥