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关于电动执行器选用的探讨

来自:杭州中科阀门有限公司 发布时间:2015-1-5
随着工业自动化的发展,市场上电动执行器的种类逐渐增多,导致在选型配套中给设计师带来众多问题,最直接产生的后果是给生产带来严重的安全隐患。根据笔者这几年在矿山自动控制系统设计选型中总结的经验

    1 引言

    随着工业自动化的发展,市场上电动执行器的种类逐渐增多,导致在选型配套中给设计师带来众多问题,最直接产生的后果是给生产带来严重的安全隐患。根据笔者这几年在矿山自动控制系统设计选型中总结的经验,实际中人们往往只对阀门的参数进行重点要求,对电动执行器的要求基本没有或者说很少。而在控制系统使用的电动阀门是不同类型的电动执行器与阀门的配套使用,所以不恰当的电动执行器会使电动阀门的性能降低,也会给后期的诊断维修造成麻烦,甚至造成安全性故障。因此,本文将针对电动执行器的选型进行探讨。

    2 电动执行器的原理

    电动执行器是一种智能型电子式变频电动调节阀,也是一种新型的执行机构,对执行器的要求能够自动调节。在调节过程中,变频电动调节阀的阀芯的运行速度在阀位反馈信号和输入信号偏差较大时,阀芯的运行速度是不断变化的,且比普通的电动执行器要快。反之,反馈信号和输入信号之间的偏差较小时,阀芯运行速度减低,电机速度变慢,到最后阀电机速度会越来越慢,并逐渐接近平衡点。而阀门在打开或关闭状态会逐渐被调节,且可以进行微调功能,这有助于提高阀门的控制精度(如图1电动执行器的工作原理)。在变速的调节过程中,动态振荡与过调量都会逐渐减小。在电动调节阀的稳定度和灵敏度之间的矛盾都会因为此电动执行器的智能型设计而得到解决。另外,由于电动执行器的传感元件的特性(高精度、导电塑料电位器)及限位装置,阀电机的寿命会大大延长,同时也提高了电动执行器的可靠性和安全性,减少在调节阀在关闭或开关出现的故障损坏,比如阀杆被顶弯的之类的现象,如图1。

图1:电动执行器的工作原理

    在变频调速状态的电动执行器伺服电动机工作中,可以改变电动执行器运行速度等相关工艺需求。变频器的软起动方式,通过电流表可以看出,伺服电动机的电流会降低6倍,使得机械减速器本身的机械结构与电网减少了冲击,达到每小时1000次以上的带载启动。通过电制动方式产生能耗制动,省掉机械制动装置。

图2:智能型电动执行器

    3 电动执行器的选用考虑

    3.1 根据现场控制要求确定电动执行器

    电动执行器的控制模式一般分为开关型(开环控制)和调节型(闭环控制)两大类。

    (1)开关型(开环控制)。开关型电动执行器一般实现对阀门的开或关控制,即阀门要么处于全开位置,要么处于全关位置,此类阀门不需对介质流量进行精确控制。特别值得一提的是开关型电动执行器因结构形式的不同还可分为分体结构和一体化结构。分体结构和一体化结构是属于互补型,一体化结构适合控制系统工艺要求简单的情况,容易诊断故障,价格比较低;分体结构难度高,容易出现故障且不容易诊断维修,同时价格贵。由于矿山自动控制系统中的水系统控制通常集中一个地方,现场的电装设备与其他控制设备通过信号发送相互连接,控制整个系统。这种情况采用采用一体化结构电动执行器比较合理,不容易出现电动执行器功能与系统控制设计不匹配等现象方面的故障。因此,在确定电动执行器选型时必需对此做出说明,不然经常会发生在现场安装时与控制系统冲突等不匹配现象。

    (2)调节型(闭环控制)。调节型电动执行器不仅具有开关型一体化结构的功能,它还能对阀门进行精确控制,从而精确调节介质流量。其中控制信号包括电压、电流,常见的控制信号有电压信号(0~5V、1~5V)和电流信号(4~20mA、0~10mA)。在矿山企业的工艺现场中,对于工艺都是精度比较高,自动控制系统的压力或者水流量都会对生产条件造成很大影响,采用调节型电动执行器。在遇到线路故障造成控制信号丢失时,可以启闭到设定的保护值。因此在选择电动执行器时,必须明确控制信号的参数和类型。也就是调节型电动执行器的工作形式,但是现实中很多产品在出厂后并不能进行修改。智能电动执行器可以通过现场设定进行灵活修改,并可设定任意位置(0~100%)为保护值。图2为智能型电动执行器的结构示意图。

    (3)根据阀门输入的扭力确定电动执行器的输出扭力阀门启闭所需的扭力决定着电动执行器选择多大的输出扭力,一般由使用者提出或阀门厂家自行选配,作为执行器厂家只对执行器的输出扭力负责,阀门正常启闭所需的扭力由阀门口径大小、工作压力等因素决定。阀门实际运行中,启闭的瞬间需要大的扭力,阀门开启后,在较长的运行中需要的扭力要小于起闭时的扭力,虽然阀门运行扭力小于起动扭力,在选择电动执行器时要保证运行扭力大于阀门的扭力,只有这样才能保证阀门的正常工作。因此电动执行器必需选择一个合理的扭力范围。

    (4)根据所选电动执行器确定电气参数不同型号及不同厂家的执行器其电气参数也有所不同,电气参数主要是额定电流、二次控制回路电压及电机功率等,设计师在选型时只需要确定这几项。如果忽略电气参数,会造成电机阀门工作时出现跳闸、保险丝断裂及其他故障。比如由于一般模拟量控制是0~10mA、1~5V,还有4~20mA等,一般调节型(一体化)电动执行器都可以用模拟量控制;开关量控制一般开关量控制信号是“开”“关”指令信号,也有可能还有“停”指令信号,并分为几种:无源、24VDC、220VAC,如果开关量为220VAC,则需要配伺服放大器。如果执行器控制没有用伺服放大器,则选用220VAC开关型的电动执行器时,需要注意执行器电机功率一定要小于提供的这个220V开关量功率。

    4 结论

    综合以上分析,在进行电动执行机构的选型时需要计算,根据计算数据选择和设定执行机构。提高电动执行器在矿山自动控制系统的可靠性、安全性和经济性的应用。

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