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現(xiàn)如今因?yàn)樵絹?lái)越多的工廠(chǎng)采用了自動(dòng)化控制，人工操作被機(jī)械或自動(dòng)化設(shè)備所替代，人們要求執(zhí)行機(jī)構(gòu)能夠起到控制系統(tǒng)與閥門(mén)機(jī)械運(yùn)動(dòng)之間的界面作用，更要求執(zhí)行機(jī)構(gòu)增強(qiáng)工作安全性能和環(huán)境保護(hù)性能。在一些危險(xiǎn)性的場(chǎng)合，自動(dòng)化的執(zhí)行機(jī)構(gòu)裝置能減少人員的傷害。某些特殊閥門(mén)要求在特殊情況下緊急打開(kāi)或關(guān)閉，閥門(mén)執(zhí)行機(jī)構(gòu)能阻止危險(xiǎn)進(jìn)一步擴(kuò)散同時(shí)將工廠(chǎng)損失減至較少。對(duì)一些高壓大口徑的閥門(mén)，所需的執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出力矩非常大，這時(shí)所需執(zhí)行機(jī)構(gòu)必須提高機(jī)械效率并使用高輸出的電機(jī)，這樣平穩(wěn)的操作大口徑閥門(mén)。對(duì)于一些小扭矩的閥門(mén)，精小型的電動(dòng)閥門(mén)也應(yīng)用而生，相比普通性具有重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊，功能齊全等優(yōu)點(diǎn)。所以今天小閥門(mén)兒給大家?guī)?lái)的小知識(shí)是電動(dòng)執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)原理及選型要素。
       對(duì)于執(zhí)行機(jī)構(gòu)較廣泛的定義是：一種能提供直線(xiàn)或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置，它利用某種驅(qū)動(dòng)能源并在某種控制信號(hào)作用下工作。執(zhí)行機(jī)構(gòu)使用液體、氣體、電力或其它能源并通過(guò)電機(jī)、氣缸或其它裝置將其轉(zhuǎn)化成驅(qū)動(dòng)作用。其基本類(lèi)型有部分回轉(zhuǎn)(Part-Turn)、多回轉(zhuǎn)(Multi-Turn)及直行程(Linear)三種驅(qū)動(dòng)方式。 

 基本的執(zhí)行機(jī)構(gòu)用于把閥門(mén)驅(qū)動(dòng)至全開(kāi)或全關(guān)的位置。用于控制閥的執(zhí)行機(jī)構(gòu)能夠精確的使閥門(mén)走到任何位置。盡管大部分執(zhí)行機(jī)構(gòu)都是用于開(kāi)關(guān)閥門(mén)，但是如今的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)功能，它們包含了位置感應(yīng)裝置，力矩感應(yīng)裝置，電極保護(hù)裝置，邏輯控制裝置，數(shù)字通訊模塊及PID控制模塊等，而這些裝置全部安裝在一個(gè)緊湊的外殼內(nèi)。
                                         
                                                                      電動(dòng)執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)原理及選型要素

閥門(mén)

為了成功的實(shí)現(xiàn)過(guò)程自動(dòng)化，較重要的是要確保閥門(mén)自身能夠滿(mǎn)足過(guò)程及管道內(nèi)介質(zhì)的特殊要求。通常生產(chǎn)過(guò)程和工藝介質(zhì)能夠決定閥門(mén)的種類(lèi)，閥芯的類(lèi)型以及閥內(nèi)件和閥門(mén)的結(jié)構(gòu)和材料。

閥門(mén)選擇好后接下來(lái)就要考慮自動(dòng)化的要求即執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇。可以簡(jiǎn)單的按兩種基本的閥門(mén)操作類(lèi)型來(lái)考慮執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

旋轉(zhuǎn)式閥門(mén)

這類(lèi)閥門(mén)包括：旋塞閥、球閥、蝶閥以及風(fēng)門(mén)或擋板。這類(lèi)閥門(mén)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)

多回轉(zhuǎn)閥門(mén)

這類(lèi)閥門(mén)可以是非旋轉(zhuǎn)提升式閥桿或旋轉(zhuǎn)非提升式桿，或者說(shuō)是他們需要多轉(zhuǎn)操作去驅(qū)動(dòng)閥門(mén)到開(kāi)或關(guān)的位置。這類(lèi)閥門(mén)包括：直通閥（截止閥）、閘閥、刀閘閥等。作為一種選擇，直線(xiàn)輸出的氣動(dòng)或液動(dòng)氣缸或薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)也開(kāi)來(lái)驅(qū)動(dòng)上述閥門(mén)。

電動(dòng)多回轉(zhuǎn)式執(zhí)行機(jī)構(gòu)

目前共有二種類(lèi)型的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，一般分為部分回轉(zhuǎn)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)（Part-Turn Electric Valve Actuator)，和多回轉(zhuǎn)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)（Multi-Turn Electric Valve Actuator),前者主要控制需要部分回轉(zhuǎn)的閥門(mén)例如：球閥，蝶閥等，后者需要多圈數(shù)旋轉(zhuǎn)的閥門(mén)，例如閘閥等。

電力驅(qū)動(dòng)的多回轉(zhuǎn)式執(zhí)行機(jī)構(gòu)是較常用、較可靠的執(zhí)行機(jī)構(gòu)類(lèi)型之一。使用單相或三相電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪或蝸輪蝸桿較后驅(qū)動(dòng)閥桿螺母，閥桿螺母使閥桿產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)使閥門(mén)打開(kāi)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(mén)。為了保護(hù)閥門(mén)不受損壞，安裝在在閥門(mén)行程的終點(diǎn)的限位開(kāi)關(guān)會(huì)切斷電機(jī)電源，同時(shí)當(dāng)安全力矩被超過(guò)時(shí)，力矩感應(yīng)裝置也會(huì)切斷電機(jī)電源，位置開(kāi)關(guān)用于指示閥門(mén)的開(kāi)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(mén)。

這種類(lèi)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)集成了所有基本及先進(jìn)的功能。主要缺點(diǎn)是，當(dāng)電源故障時(shí)，閥門(mén)只能保持在原位，只有使用備用電源系統(tǒng)，閥門(mén)才能實(shí)現(xiàn)故障安全位置（故障開(kāi)或故障關(guān)）

這種執(zhí)行機(jī)構(gòu)類(lèi)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)較終輸出的是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(hù)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(mén)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(lái)實(shí)現(xiàn)故障安全操作。

電動(dòng)執(zhí)行器結(jié)構(gòu)原理及選型要素

選擇一臺(tái)合適的閥門(mén)執(zhí)行機(jī)構(gòu)類(lèi)型和規(guī)格時(shí)必須考慮下列要素：

驅(qū)動(dòng)能源

較常用的驅(qū)動(dòng)能源是電源或流體源，如果選擇電源為驅(qū)動(dòng)能源，對(duì)于大尺寸閥門(mén)一般選用三相電源，對(duì)于小尺寸閥門(mén)可選用單相電源。一般電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)可有多種電源類(lèi)型供選擇。有時(shí)也可選直流供電，此時(shí)可通過(guò)安裝電池實(shí)現(xiàn)電源故障安全操作。流體源種類(lèi)很多，首先可以是不同的介質(zhì)如：壓縮空氣、氮?dú)?、天然氣、液壓流體等，其次它們可以具備各種壓力，第三執(zhí)行機(jī)構(gòu)具有各種尺寸以提供輸出力活力矩。

閥門(mén)類(lèi)型

當(dāng)選擇閥門(mén)用執(zhí)行機(jī)構(gòu)時(shí)，必須要知道閥門(mén)的種類(lèi)，這樣才可以選擇正確的執(zhí)行機(jī)構(gòu)類(lèi)型。有些閥門(mén)需要多回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)，有些需要單回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)，有些需要往復(fù)式驅(qū)動(dòng)，它們影響了執(zhí)行機(jī)構(gòu)類(lèi)型的選擇。通常多回轉(zhuǎn)的氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)比電動(dòng)多回轉(zhuǎn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)價(jià)格要貴，但是往復(fù)式直行程輸出的氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)價(jià)格比電動(dòng)多回轉(zhuǎn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)便宜。

力矩大小

對(duì)于90度回轉(zhuǎn)的閥門(mén)如：球閥、蝶閥、旋塞閥，較好通過(guò)閥門(mén)廠(chǎng)商獲得相應(yīng)閥門(mén)力矩大小，大部分閥門(mén)廠(chǎng)商是通過(guò)測(cè)試閥門(mén)在額定壓力下閥門(mén)所需的操作力矩，他們將這一力矩提供給客戶(hù)。對(duì)于多回轉(zhuǎn)的閥門(mén)情況有所不同，這些閥門(mén)可分為：往復(fù)式（提升式）運(yùn)動(dòng)-閥桿不旋轉(zhuǎn)、往復(fù)式運(yùn)動(dòng)-閥桿旋轉(zhuǎn)、非往復(fù)式-閥桿旋轉(zhuǎn)，必須測(cè)量閥桿的直徑，閥桿連接螺紋尺寸已決定執(zhí)行機(jī)構(gòu)規(guī)格。

執(zhí)行機(jī)構(gòu)選型

一但執(zhí)行機(jī)構(gòu)類(lèi)型和閥門(mén)所需驅(qū)動(dòng)力矩確定了，就可以使用執(zhí)行機(jī)構(gòu)廠(chǎng)商提供的數(shù)據(jù)表或選型軟件進(jìn)行選型。有時(shí)還需考慮閥門(mén)操作的速度和頻率。

流體驅(qū)動(dòng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)可調(diào)節(jié)行程速度，但是三相電源的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)只有固定的行程時(shí)間。

部分小規(guī)格的直流電動(dòng)單回轉(zhuǎn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)可調(diào)節(jié)行程速度。

以MD系列電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的整體式比例調(diào)節(jié)型為例。

MD系列電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)以交流伺服電動(dòng)機(jī)為驅(qū)動(dòng)裝置的位皿伺服機(jī)構(gòu)，由配接的位置定位器PM-2控制板接受調(diào)節(jié)系統(tǒng)的4～20mA直流控制信號(hào)與位置發(fā)送器的位置反饋借號(hào)進(jìn)行比較，比較后的信號(hào)偏差經(jīng)過(guò)放大使功率級(jí)導(dǎo)通，電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出件朝著減小這一偏差的方向移動(dòng)（位置發(fā)送器不斷將輸出件的實(shí)際位置轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)—位盈反饋信號(hào)送至位致定位器），直到偏差信號(hào)小于設(shè)定值為止。此時(shí)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出件就穩(wěn)定在與輸人信號(hào)相對(duì)應(yīng)的位置上。

電動(dòng)執(zhí)行器預(yù)測(cè)維護(hù)

操作人員可以借助內(nèi)置的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器來(lái)記錄閥門(mén)每次動(dòng)作時(shí)力矩感應(yīng)裝置測(cè)得的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可以用來(lái)監(jiān)測(cè)閥門(mén)運(yùn)行的狀態(tài)，可以提示閥門(mén)是否需要維修，也可以用這些數(shù)據(jù)來(lái)診斷閥門(mén)。

針對(duì)閥門(mén)可以診斷如下數(shù)據(jù)：

1.閥門(mén)密封或填料摩擦力

2.閥桿、閥門(mén)軸承的摩擦力矩

3.閥座摩擦力

4.閥門(mén)運(yùn)行中的摩擦力

5.閥芯的所受的動(dòng)態(tài)力

6.閥桿螺紋摩擦力

7.閥桿位置

上述大部分?jǐn)?shù)據(jù)存在于所有種類(lèi)的閥門(mén)，但著重點(diǎn)不同，例如：對(duì)于蝶閥，閥門(mén)運(yùn)行中的摩擦力是可以忽略的，但對(duì)于旋塞閥這個(gè)力數(shù)值卻很大。不同的閥門(mén)具有不同的力矩運(yùn)行曲線(xiàn)，例如：對(duì)于楔式閘飯，開(kāi)啟和關(guān)閉力矩都非常大，其它行程時(shí)只有填料摩擦力和螺紋摩擦力，關(guān)閉時(shí)，液體靜壓力作用在閘板上增加了閥座摩擦力，較終楔緊效應(yīng)使力矩迅速增大直到關(guān)閉到位。所以根據(jù)力矩曲線(xiàn)的變化可以預(yù)測(cè)出將會(huì)發(fā)生的故障，可以對(duì)預(yù)測(cè)性維護(hù)提供有價(jià)值的信息。

8、過(guò)流保護(hù)

當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中電機(jī)電流超過(guò)預(yù)設(shè)的較大電流值時(shí),內(nèi)部的邏輯電路將使得電機(jī)立即停止動(dòng)作以防止電機(jī)燒毀。

9、減速、水壓沖擊保護(hù)

在閥門(mén)操作必須降低以防止水壓沖擊或水錘的場(chǎng)合,可選用中斷定時(shí)器功能,在接近目標(biāo)位置的范圍內(nèi)(此范圍可由用戶(hù)自行設(shè)定)進(jìn)行脈沖點(diǎn)動(dòng)操作,開(kāi)啟和停止的脈沖操作時(shí)間周期可在1-99秒范圍內(nèi)獨(dú)立調(diào)整。

10、聯(lián)鎖保護(hù)

執(zhí)行機(jī)構(gòu)在高度安全的場(chǎng)合提供了聯(lián)鎖控制方式,在聯(lián)鎖控制方式下,有效的開(kāi)閥或關(guān)閥指令均需一個(gè)相應(yīng)的聯(lián)鎖信號(hào),在其中任意一個(gè)信號(hào)丟失的情況下,執(zhí)行機(jī)構(gòu)將保位。

11、緊急保護(hù)(ESD)

執(zhí)行機(jī)構(gòu)提供了靈活的緊急保護(hù)功能,可與任何遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)和模擬控制電路同時(shí)使用,也可超越就地和遠(yuǎn)程信號(hào)。每臺(tái)執(zhí)行機(jī)構(gòu)均可單獨(dú)設(shè)定緊急保護(hù)時(shí)的動(dòng)作方式,如全開(kāi)、全關(guān)或保位。如果需要,ESD信號(hào)可設(shè)定為超越聯(lián)鎖控制、就地停止和電機(jī)溫度保護(hù)電路。

12、電氣保護(hù)

輸入輸出通道均采用光電隔離。