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浅谈电动执行器的选型和发展趋势

[日期:2007-08-19] 来源:  作者: [字体: ]

浅谈电动执行器的选型和发展趋势

电动执行器又称阀门电动装置,它是在不同行业领域的称谓,在工业管道阀门行业称之为阀门电动装置,在仪表行业称之为电动执行器,但现在业内已没有很明确的区分,本文所涉及到的关于称谓问题将统一称之为电动执行器。  

    阀门在工业管路控制中是经常使用的重要设备,电动阀门随着工业自动化的发展,因其动力源容易取得,且一般情况下无需维护的优点,比起气动、液动等不同驱动方式的设备使用更为普遍。在工业场合电动阀门必需具有更高的可靠性和安全性,当阀门能保证性能和寿命的情况下,电动阀门的安全性与可靠性取决于电动执行器,因此电动执行器的性能、控制水平是电动阀门整机技术水平的综合表现。所以在电动执行器选型时除必需考虑的一些基本要素外,对其提出合理的技术要求才能使电动阀门价值实现最大化。

    电动执行器的类型很多,不同类型和功能的电动执行器与阀门配套后都可称之为电动阀门,但往往在设计、选型的过程中只重视阀门的参数忽略或没有明确电动执行器的相关要求,这样不仅使电动阀门发挥不出最佳的性能,而且在安装、调试、使用过程中也会带来不必要的麻烦,甚至给生产造成严重的后果。

    本文将针对电动执行器选型考虑的要点进行说明,并对目前智能电动执行器的相关功能做简单介绍,它将是当今乃至将来工业自动化控制发展所需的主流产品。

    (一)电动执行器选型考虑要点

    一、根据阀门类型选择电动执行器

阀门的种类相当多,工作原理也不太一样,一般以转动阀板角度、升降阀板等方式来实现启闭控制,当与电动执行器配套时首先应根据阀门的类型选择电动执行器。

1.角行程电动执行器(转角<360度)

    电动执行器输出轴的转动小于一周,即小于360度,通常为90度就实现阀门的启闭过程控制。此类电动执行器根据安装接口方式的不同又分为直连式、底座曲柄式两种。

    a)直连式:是指电动执行器输出轴与阀杆直连安装的形式。

    b)底座曲柄式:是指输出轴通过曲柄与阀杆连接的形式。

    此类电动执行器适用于蝶阀、球阀、旋塞阀等。

    2.多回转电动执行器(转角>360度)

    电动执行器输出轴的转动大于一周,即大于360度,一般需多圈才能实现阀门的启闭过程控制。

    此类电动执行器适用于闸阀、截止阀等。

    3.直行程(直线运动)

    电动执行器输出轴的运动为直线运动式,不是转动形式。

    此类电动执行器适用于单座调节阀、双座调节阀等。

    二、根据生产工艺控制要求确定电动执行器的控制模式

    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,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。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像。

    a)分体结构(通常称为普通型):控制单元与电动执行器分离,电动执行器不能单独实现对阀门的控制,必需外加控制单元才能实现控制,一般外部采用控制器或控制柜形式进行配套。

    此结构的缺点是不便于系统整体安装,增加接线及安装费用,且容易出现故障,当故障发生时不便于诊断和维修,性价比不理想。

    b)一体化结构(通常称为整体型):控制单元与电动执行器封装成一体,无需外配控制单元即可现实就地操作,远程只需输出相关控制信息就可对其进行操作。

    此结构的优点是方便系统整体安装,减少接线及安装费用,容易诊断并排除故障。但传统的一体化结构产品也有很多不完善的地方,所以产生了智能电动执行器,关于智能电动执行器后面将再做说明。

    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。因篇幅有限其工作原理在此不作详细说明。下面就调节型电动执行器选型时需注明的参数做简要说明。

a)控制信号类型(电流、电压)

    调节型电动执行器控制信号一般有电流信号(420mA010mA)或电压信号(05V、1~5V),选型时需明确其控制信号类型及参数。

    b)工作形式(电开型、电关型)

    调节型电动执行器工作方式一般为电开型(以420mA的控制为例,电开型是指4mA信号对应的是阀关,20mA对应的是阀开),另一种为电关型(以4-20mA的控制为例,电开型是指4mA信号对应的是阀开,20mA对应的是阀关)。一般情况下选型需明确工作形式,很多产品在出厂后并不能进行修改,奥美阀控生产的智能型电动执行器可以通过现场设定随时修改。

    c)失信号保护

    失信号保护是指因线路等故障造成控制信号丢失时,电动执行器将控制阀门启闭到设定的保护值,常见的保护值为全开、全关、保持原位三种情况,且出厂后不易修改。奥美阀控生产的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。

    三、根据阀门所需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,做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,但因阀门厂家加工精度、装配工艺有所区别,所以不同厂家生产的同规格阀门所需扭力也有所区别,即使是同个阀门厂家生产的同规格阀门扭力也有所差别,当选型时执行器的扭力选择太小就会造成无法正常启闭阀门,因此电动执行器必需选择一个合理的扭力范围。

    四、根据所选电动执行器确定电气参数

因不同执行器厂家的电气参数有所差别,所以设计选型时一般都需确定其电气参数,主要有电机功率、额定电流、二次控制回路电压等,往往在这方面的疏忽,结果控制系统与电动执行器参数不匹配造成工作时空开跳闸、保险丝熔断、热过载继电器保护起跳等故障现像。

    五、根据使用场合选择外壳防护等级、防爆等级

    1.外壳防护等级

    外壳防护等级是指电动执行器的壳体防外物、防水等级,以字母IP后加两位数表示,第一位由16表示防外物等级(见表一),第二位由1~8表示防水等级(见表二)。

    表一、第一位数字代表的防外物等级

数字

           

型号含义

0

无防护

省略不标该防护特征时,无专门的防护。

1

防护直径>50mm的固体

能防止直径超过50mm的固体异物进入壳体内,人体某一大面积部分如手(但对有意识的接触并无防护)

2

防护直径>12.5mm的固体

能防止手指或类似物,直径超过12mm长度不超过80mm的固体异物进入壳体内。

3

防护直径>2.5mm的固体

能防止直径大于2.5mm的工具、电线等异物进入壳体内。

4

防护直径>1.0mm的固体

能防止直径大于1mm的固体异物进入壳体内。

5

防尘

不能完全防止尘埃进入壳体内,但进入量不足达到妨碍设备正常运行。

6

尘密

无尘埃进入

表二、第二位数字代表的防水等级

 

数字

           

     

0

无防护

省略不标该防护特征时,无专门的防护。

1

防滴

垂直滴水无有害影响。

2

15°防滴

设备与垂直线成15°角以内时,垂直滴水无有害影响。

3

防淋水

与垂直线成60°以内的淋水无有害影响。

4

防溅水

任何方向溅水无有害影响。

5

防喷水

任何方向冲水无有害影响。

6

防海浪

猛烈海浪或强烈喷水时进入外壳水量不至于达到有害影响。

7

防浸水

浸入在规定压力的水中经规定的时间后,进入外壳水量不至于达到有害影响。

8

防潜水

能按制造厂规定的条件长期潜水,其技术条件由制造厂规定。

    2.防爆等级

    在可能出现爆炸性气体、蒸汽、液体、可燃性粉尘等而引起火灾或爆炸危险的场所时,必需对电动执行器提出防爆要求,根据不同的应用区域选择防爆形式和类别。防爆等级可通过防爆标志EX及防爆内容来表示(参考《爆炸性环境用防爆电气设备》GB38362000)。

    防爆标志内容包括:防爆型式+设备类别+(气体组别)+温度组别

a)防爆型式:根据所采取的防爆措施,可分为本质安全型、隔爆型、增安型、正压型、浇封型、充砂型等。它们的标识如下表三。

    表三、防爆形式及标志

 

防爆型式

防爆型式标志

防爆型式

防爆型式标志

本质安全型

Ei

隔爆型

Ed

充砂型

E x q

增安型

Ee

浇封型

E x m

正压型

Ep

    b)设备类别:

    表四、设备类别

 

I

煤矿井下用电气设备。

II

除煤矿外的其他爆炸性气体环境用电气设备。

    II类隔爆型“Ed”和本质安全型“Ei”电气设备按其适用于爆炸性气体混合物的最大试验安全间隙或最小点燃电流比,进一步分为又分为IIAIIB、和IIC,其它们之间的关系如下表五:

    表五、气体组别

气体组别

最大试验安全间隙MESG (mm)

最小点燃电流比MICR

IIA

MESG≥0.9

MICR0.8

IIB

0.9MESG0.5

0.8≥MICR≥0.45

IIC

0.5≥MESG

0.45MICR

    c)温度类别:

    电气设备按其最高表面温度分为T1T6组,使得对应的T1T6组的电气设备的最高表面温度不能超过对应的温度组别的允许值。温度组别、设备表面温度和可燃性气体或蒸汽的引燃温度之间的关系如下表六:

    表六、温度组别

 

温度级别

设备的最高表面温度T

可燃性物质的点燃温度

T1

450

T>450

T2

300

450≥T300

T3

200

300≥T200

T4

135

200≥T135

T5

100

135≥T100

T6

85

100≥T85

    (二)智能电动执行器是当今乃至将来发展的主流

    考虑以上所述的五大因素电动执行器基本能够比较理想选型,但随着工业自动化的不断发展,特别是计算机速度的飞速发展,传统电动执行器的弊端及无法实现的功能也随之表露出来,一种安全、稳定、可靠、界面友好、智能化的电动执行器才能与自控系统相适应。那么智能电动执行器有哪些优点呢?它又能解决传统产品的哪些弊端呢?下面针对380V电源驱动的智能电动执行器的优点做简单介绍。

一、丰富的信息显示及人性化的人机对话界面

    传统的电动执行器一般不具备太多的信息提示,所以在现场很难知道电动阀门的运行情况,特别是当出现故障时不容易诊断并排除故障。智能型电动执行器解决了这个问题,他将电动执行器的运行进行检测并将信息通过液晶显示屏显示,这样就减少了很多人为诊断过程,并能及时排除故障恢复生产。特别值得一提的是很多产品往往是代码或英文,不便于现场工作理解操作,真正的人性化人机对话界面应该是全中文字显示,奥美阀控生产的智能电动执行器就是全中文字菜单显示。

    二、可组态的多组信号输出

    电动执行器信号输出的多少是执行器对其自身及阀门运行状态监视程度高低的体现之一,传统电动执行器一般是以机械微动开关触点输出,输出点数有限,且以固定形式及固定的信息定义输出,在选型如没明确要求,产品一但出厂很难再做更改,这样不便于使用的灵活性,也不能适应强大的系统控制要求。智能电动执行器必需能有更多的信号输出点数,且对应信息定义可灵活组态。

    三、解决相序问题

    三相电机存在着相序问题,当三相电源相序错误,控制开阀、关阀时与阀门的实际转向相反,失控将造成电动执行器、阀门严重损坏。所以初次安装调试时必需手动进行相序纠错,否则损坏将不可避免,但往往现场接线与调试是不同人员,常常发生没有相序纠错而使设备损坏的现像。而智能电动执行器可以不必考虑相序问题,内部电路检测接入交流电源的相序,通过逻辑运算实现自动纠错,不管怎么接都能按正确的转向工作。

三相电机一但缺相将会使电机损坏,传统电动执行器一般不具备缺相保护。智能电动执行器对三相电源进行检测,能在缺相的时候及时进行保护。需要注意的一个事实是,绝大多数的电机缺相是在电机运行时发生的,而一般的缺相检测只能检测电机静态下的缺相。奥美阀控生产的智能电动执行器能在动、静态下实时检测缺相是否存在,一但缺相发生将及时进行保护,通过屏幕显示,发出报警信号。

    五、超强自诊断功能

    电动执行器不管运行与否,一但被接通电源时就必需能自行诊断检测,当诊断出故障时操作将被禁止,并通过液晶显示屏显示各故障报警信息,并将信号输出给控制系统,这样对设备的安全、可靠不只增加了一层保险,也缩短排除故障的时间,使故障诊断实现智能化,这是传统产品所不具备的功能。

    六、可修改的参数设定

    传统电动执行器一般出厂后参数是不可改的,智能型电动执行器彻底改变了这种局限性,它通过内部程序实现设定,可随时进行参数的修改,不管是初装还是使用过程中都可进行修改,使得设备发挥其强大的灵活性。

    七、非侵入隔离密封

    传统电动执行器现场操作按钮(或旋钮)一般采用惯通轴,所以密封性能较差,智能型电动执行器一般采用非侵入式设计,操作按键与内部电路完全隔离,使得密封问题得到彻底的解决。实现了免开盖设定、操作、查询。



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