西門子控製執行器

西門子控製執行器基本的執行機構用於把閥門驅動至全開或全關的位置。用於控製閥的執行機構能夠精確的使閥門走到任何位置。盡管大部分執行機構都是用於開關閥門，但是如今的執行機構的設計遠遠超出了簡單的開關功能，它們包含了位置感應裝置，力矩感應裝置，電極保護裝置，邏輯控製裝置，數字通訊模塊及PID控製模塊等，而這些裝置全部安裝在一個緊湊的外殼內。

因為越來越多的工廠采用了自動化控製，人工操作被機械或自動化設備所替代，人們要求執行機構能夠起到控製係統與閥門機械運動之間的界麵作用，更要求執行機構增強工作安全性能和環境保護性能。在一些危險性的場合，自動化的執行機構裝置能減少人員的傷害。隔爆驅動裝置

某些特殊閥門要求在特殊情況下緊急打開或關閉，閥門執行機構能阻止危險進一步擴散同時將工廠損失減至少。對一些高壓大口徑的閥門，所需的執行機構輸出力矩非常大，這時所需執行機構必須提高機械效率並使用高輸出的電機，這樣才能平穩的操作大口徑閥門。對於一些小扭矩的閥門，精小型的電動閥門也應用而生，相比普通型具有重量輕，結構緊湊，功能齊全等優點。

 

西門子控製執行器電動執行機構的主要優點就是高度的穩定和用戶可應用的恒定的推力，執行器產生的推力可高達225000kgf，能達到這麽大推力的隻有液動執行器，但液動執行器造價要比電動高很多。

電動執行器的抗偏離能力是很好的，輸出的推力或力矩基本上是恒定的，可以很好的克服介質的不平衡力，達到對工藝參數的準確控製，所以控製精度比氣動執行器要高。如果配用伺服放大器，可以很容易地實現正反作用的互換，也可以輕鬆設定斷信號閥位狀態(保持/全開/全關)，而故障時，一定停留在原位，這是氣動執行器所作不到，氣動執行器必須借助於一套組合保護係統來實現保位。

目前共有二種類型的電動執行機構，一般分為部分回轉電動執行機構（Part-Turn Electric Valve Actuator)，和多回轉電動執行機構（Multi-Turn Electric Valve Actuator),前者主要控製需要部分回轉的閥門 例如：球閥，蝶閥等，後者需要多圈數旋轉的閥門，例如閘閥等。

電力驅動的多回轉式執行機構是常用、可靠的執行機構類型之一。使用單相或三相電動機驅動齒輪或蝸輪蝸杆驅動閥杆螺母，閥杆螺母使閥杆產生運動使閥門打開或關閉。多回轉式電動執行機構可以快速驅動大尺寸閥門。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，位置開關用於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。

這種類型執行機構的主要優點是所有部件都安裝在一個殼體內，在這個防水、防塵、防爆的外殼內集成了所有基本及先進的功能。主要缺點是，當電源故障時，閥門隻能保持在原位，隻有使用備用電源係統，閥門才能實現故障安全位置（故障開或故障關）

這種執行機構類似於電動多回轉執行機構，主要差別是執行機構終輸出的是1/4轉記90度的運動。新一代電動單回轉式執行機構結合了大部分多回轉執行機構的複雜功能，例如：使用非進入式用戶友好的操作界麵實現參數設定與診斷功能。單回轉執行機構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。

 

選擇要素

西門子控製執行器選擇一台合適的閥門執行機構類型和規格時必須考慮下列要素：

 

驅動能源

常用的驅動能源是電源或流體源，如果選擇電源為驅動能源，對於大尺寸閥門一般選用三相電源，對於小尺寸閥門可選用單相電源。一般電動執行機構可有多種電源類型供選擇。

有時也可選直流供電，此時可通過安裝電池實現電源故障安全操作。流體源種類很多，首先可以是不同的介質如：壓縮空氣、氮氣、天然氣、液壓流體等，其次它們可以具備各種壓力，第三執行機構具有各種尺寸以提供輸出力活力矩。

 

閥門類型

當選擇閥門用執行機構時，必須要知道閥門的種類，這樣才可以選擇正確的執行機構類型。有些閥門需要多回轉驅動，有些需要單回轉驅動，有些需要往複式驅動，它們影響了執行機構類型的選擇。通常多回轉的氣動執行機構比電動多回轉執行機構價格要貴，但是往複式直行程輸出的氣動執行機構價格比電動多回轉執行機構便宜。

 

力矩大小

對於90度回轉的閥門如：球閥、碟閥、旋塞閥，通過閥門廠商獲得相應閥門力矩大小，大部分閥門廠商是通過測試閥門在額定壓力下閥門所需的操作力矩，他們將這一力矩提供給客戶。

對於多回轉的閥門情況有所不同，這些閥門可分為：往複式（提升式）運動-閥杆不旋轉、往複式運動-閥杆旋轉、非往複式-閥杆旋轉，必須測量閥杆的直徑，閥杆連接螺紋尺寸已決定執行機構規格。

 

執行機構選型

一但執行機構類型和閥門所需驅動力矩確定了，就可以使用執行機構廠商提供的數據表或選型軟件進行選型。有時還需考慮閥門操作的速度和頻率。

流體驅動的執行機構可調節行程速度，但是三相電源的電動執行機構隻有固定的行程時間。

部分小規格的直流電動單回轉執行機構可調節行程速度。

自動控製閥

自動控製閥的好處是可以遠距離的操作閥門，這就意味著操作人員可以坐在控製室控製生產過程而不需要親臨現場去人工操作閥門的開和關。人們隻需鋪設一些管線連接控製室和執行機構，驅動能源通過管線直接激勵電動或氣動執行機構，通常用的4-20mA信號來反饋閥門的位置。

 

連續控製

如果執行機構被要求用於控製過程係統的液位、流量或壓力等參數，這是要求執行機構頻繁動作的工作，可以用4-20mA信號作為控製信號，然而這個信號可能會和過程一樣頻繁的改變。如果需要非常高頻率動作的執行機構，隻有選擇特殊的能頻繁啟停的調節型執行機構。當一個過程中需要多台執行機構時，可以通過使用數字通訊係統將各個執行機構連接起來，這樣可大大降低安裝費用。數字通訊回路可以快速高效的傳遞指令和收集信息。目前有多種通訊方式如：FOUNDATIONFIELDBUS、PROFIBUS、DEVICENET、HART和專為閥門執行機構設計的PAKSCAN等。數字通訊係統不單單可以降低投資費用，它們還可以收集大量閥門信息，這些信息對於閥門的預測性維護程序非常有價值。

操作人員可以借助內置的數據存儲器來記錄閥門每次動作時力矩感應裝置測得的數據，這些數據可以用來監測閥門運行的狀態，可以提示閥門是否需要維修，也可以用這些數據來診斷閥門。

針對閥門可以診斷如下數據：

1.閥門密封或填料摩擦力

2.閥杆、閥門軸承的摩擦力矩

3.閥座摩擦力

4.閥門運行中的摩擦力

5.閥芯的所受的動態力

6.閥杆螺紋摩擦力

7.閥杆位置

上述大部分數據存在於所有種類的閥門，但著重點不同，例如：對於蝶閥，閥門運行中的摩擦力是可以忽略的，但對於旋塞閥這個力數值卻很大。不同的閥門具有不同的力矩運行曲線，例如：對於楔式閘飯，開啟和關閉力矩都非常大，其它行程時隻有填料摩擦力和螺紋摩擦力，關閉時，液體靜壓力作用在閘板上增加了閥座摩擦力，終楔緊效應使力矩迅速增大直到關閉到位。所以根據力矩曲線的變化可以預測出將會發生的故障，可以對預測性維護提供有價值的信息。

 

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