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天津伯納德電動執行器、執行機構的分析

時間:2016-06-20 瀏覽次數:1081

電動執行器是一種能提供直線或旋轉運動的驅動裝置,它利用某種驅動能源并在某種控制信號作用下工作,執行機構使用液體、氣體、電力或其它能源并通過電機、氣缸或其它裝置將其轉化成驅動作用。隨著自動化的不斷推進,電動執行器成了自動化行業不可缺少的重要器件。

 

  一、電動執行器的種類和特點

       目前常見的有兩種類型的電動執行器:單回轉電動執行器(PartTurnElectricValveActuator)和多回轉電動執行器(MultiTurnElectricValveActuator)。
       單回轉執行器結構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,另外應為所需電源較小,它們可以安裝電池來實現故障安全操作。主要控制需要部分回轉的閥門。例如:球閥,蝶閥等,后者需要多圈數旋轉的閥門,例如閘閥等。
       多回轉式執行器使用單相或三相電動機驅動齒輪或蝸輪蝸桿zui后驅動閥桿螺母,閥桿螺母使閥桿產生運動使閥門打開或關閉。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會切斷電機電源,同時當安全力矩被超過時,力矩感應裝置也會切斷電機電源,位置開關用于指示閥門的開關狀態,安裝離合器裝置的手輪機構可在電源故障時手動操作閥門。

 二、電動執行器的發展

       我國電動執行器的研制起步較晚,是從蘇聯有觸點的執行機構進行仿制開始的,60年代末70年代初,逐步發展了DDZ-II型和DDZ-III型產品。
       80年代以來,隨著電力電子技術的發展,電動執行器發展快速,無觸點的HYK型角行程和HYz型直行程電動執行機構兩大類產品進入市場,HYJ、HYK是我國zui早的、*生產的電動執行器,此產品以結構簡單、經濟實用等優點被zui早的國營大型企業使用。
       隨著現代工控計算機管理的發展,目前我國儀器儀表行業整體綜合技術水平普遍上升,微電子技術和計算機技術在儀器儀表產品中普遍采用,多數產品實現了智能化。今天,HYJ、HYK系列與以前相比有了兩大實質性改進:
       (1)生產出直接受計算機控制的智能電子型、戶外型、隔爆型等改進型產品;
       (2)將電路控制部分灌封在一個小型塑料盒中,即模塊,形成了便于維護的即插即用型。因此,普通HYJ型和HYK型的可靠性、精度、負載能力、信號品質系數等性能有了很大提高,而且對環境條件的要求降低了很多;智能型的電動執行器實現了智能控制、防護等級高、控制精度較高、重量輕、穩定性好的功能。如永嘉縣神舟電力設備有限公司生產的DZW系列電動執行機構就具備這些特點,其位置控制基本誤差=±1%,重復性誤差:(設定行程時間≥25s)≤1%。一體化結構;傳動系統采用螺桿螺母式,傳動平穩、承載能力強、傳動精度高;具有自診斷、自調整和PID調節功能。
       目前國內普遍使用HYJ和HYK型兩大類產品,一些企業使用的更新換代產品,但在控制要求較高的實驗、生產控制中,主要是依賴價格較高的國外智能產品。如德國SIPOS、AUMA、EMG,英國ROTORK,法國BERNARD,美國LIMITORQUE等電動執行器。隨著各種過程控制要求的不斷提高,電動執行器必須提高控制性能,才能真正提高自動控制水平。

   三、電動執行器的結構原理

       電動執行器有五種類型:直行程電動執行器、角行程電動執行器、電動調節閥、PID電動調節執行器和電磁閥。前四種屬于DDZ型。下面簡要介紹一下直行程電動執行器(DKJ)和角行程電動執行器(DKZ)。
       直行程與角行程電動執行器的作用是接收調節器或其它儀表送來的0~10,4~20毫安或1~5伏電壓的標準值流電信號,經執行器后變成位移推力或轉角力矩,以操作開關、閥門等,完成自動調節的任務。這兩種執行器以前都是由伺服放大器與執行機構兩大部分組成的。現在有機電一體智能化的結構,它們的結構、工作原理和使用方法都是相似的,區別僅在于,一個輸出位移(推力),一個輸出轉角(力矩)。

    四、  電動執行器選型考慮要點

       1、根據閥門類型選擇電動執行器
       閥門的種類相當多,工作原理也不太一樣,一般以轉動閥板角度、升降閥板等方式來實現啟閉控制,當與電動執行器配套時首先應根據閥門的類型選擇電動執行器。
       1.1。角行程電動執行器(轉角360度)
       電動執行器輸出軸的轉動大于一周,即大于360度,一般需多圈才能實現閥門的啟閉過程控制。
       此類電動執行器適用于閘閥、截止閥等。
       1.3。直行程(直線運動)
       電動執行器輸出軸的運動為直線運動式,不是轉動形式。
       此類電動執行器適用于單座調節閥、雙座調節閥等。
       2、根據生產工藝控制要求確定電動執行器的控制模式
       電動執行器的控制模式一般分為開關型(開環控制)和調節型(閉環控制)兩大類。
       2.1。開關型(開環控制)
       開關型電動執行器一般實現對閥門的開或關控制,閥門要么處于全開位置,要么處于全關位置,此類閥門不需對介質流量進行控制。
       特別值得一提的是開關型電動執行器因結構形式的不同還可分為分體結構和一體化結構。選型時必需對此做出說明,不然經常會發生在現場安裝時與控制系統沖突等不匹配現像。
       a)分體結構(通常稱為普通型):控制單元與電動執行器分離,電動執行器不能單獨實現對閥門的控制,必需外加控制單元才能實現控制,一般外部采用控制器或控制柜形式進行配套。
       此結構的缺點是不便于系統整體安裝,增加接線及安裝費用,且容易出現故障,當故障發生時不便于診斷和維修,性價比不理想。
       b)一體化結構(通常稱為整體型):控制單元與電動執行器封裝成一體,無需外配控制單元即可現實就地操作,遠程只需輸出相關控制信息就可對其進行操作。
       此結構的優點是方便系統整體安裝,減少接線及安裝費用,容易診斷并排除故障。但傳統的一體化結構產品也有很多不完善的地方,所以產生了智能電動執行器,關于智能電動執行器后面將再做說明。
       2.2。調節型
       調節型電動執行器不僅具有開關型一體化結構的功能,它還能對閥門進行控制,從而調節介質流量。因篇幅有限其工作原理在此不作詳細說明。
       下面就調節型電動執行器選型時需注明的參數做簡要說明。
       a)控制信號類型(電流、電壓)
       調節型電動執行器控制信號一般有電流信號(4~20mA、0~10mA)或電壓信號(0~5V、1~5V),選型時需明確其控制信號類型及參數。
       b)工作形式(電開型、電關型)
       調節型電動執行器工作方式一般為電開型(以4~20mA的控制為例,電開型是指4mA信號對應的是閥關,20mA對應的是閥開),另一種為電關型(以4-20mA的控制為例,電開型是指4mA信號對應的是閥開,20mA對應的是閥關)。一般情況下選型需明確工作形式,很多產品在出廠后并不能進行修改,永嘉縣神舟電力設備有限公司生產的智能型電動執行器可以通過現場設定隨時修改。
       c)失信號保護
       失信號保護是指因線路等故障造成控制信號丟失時,電動執行器將控制閥門啟閉到設定的保護值,常見的保護值為全開、全關、保持原位三種情況,且出廠后不易修改。神舟電力設備有限公司生產的智能電動執行器可以通過現場設定進行靈活修改,并可設定任意位置(0~100%)為保護值。
       3、根據電動閥門所需的扭力確定電動執行器的輸出扭力
       閥門啟閉所需的扭力決定著電動執行器選擇多大的輸出扭力,一般由使用者提出或閥門廠家自行選配,作為執行器廠家只對執行器的輸出扭力負責,閥門正常啟閉所需的扭力由閥門口徑大小、工作壓力等因素決定,但因閥門廠家加工精度、裝配工藝有所區別,所以不同廠家生產的同規格閥門所需扭力也有所區別,即使是同個閥門廠家生產的同規格閥門扭力也有所差別,當選型時執行器的扭力選擇太小就會造成無法正常啟閉閥門,因此電動執行器必需選擇一個合理的扭力范圍。
       4、根據所選電動執行器確定電氣參數
       因不同執行器廠家的電氣參數有所差別,所以設計選型時一般都需確定其電氣參數,主要有電機功率、額定電流、二次控制回路電壓等,往往在這方面的疏忽,結果控制系統與電動執行器參數不匹配造成工作時空開跳閘、保險絲熔斷、熱過載繼電器保護起跳等故障現象。
 

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