电动执行器范文

电动执行器范文（精选8篇）

电动执行器 第1篇

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。

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。

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 (4~20m A、0~10m A) 。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。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。图2为奥美阀控生产的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0~10m A、1~5V, 还有4~20m A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、24V DC、220V AC, 如果开关量为220V AC, 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220V AC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。

参考文献

[1]苏刚.阀门电动执行机构的数字化及智能化研究与开发[D].东北大学, 2008.

ZH电动执行机构 第2篇

目 录

一、概述

二、型号编制说明

三、功能特点及参数

四、工作原理

五、安装、使用和维护

六、订货须知

一、概 述

ZH电动执行机构是我厂在消化吸收引进技术的基础上，针对原老产品DKJ/ZKJ执行机构的不足，应用新技术、新器件开发成功的新产品。

ZH电动执行机构是工业过程控制系统中的执行单元仪表，它接收标准的直流电流信号，以单相交流电源为动力，驱动电机，带动输出轴输出转角位移，操纵风门、挡板等调节机构。广泛应用于电力、冶金、石油、化工、轻工和纺织等行业的过程控制系统中。

二、型号编制说明

Z H □ ―― □ □

E：低压开关量输入型

K：一体化带控制器，一般不标注。

W：电流信号输出不带控制。 C：开关量输入/输出型。

全行程时间 (s/90°)

额定输出转矩(Nm) 转角型 电动执行机构类

标注示例：

ZH250―25K 表示额定转矩为250Nm，全行程时间为25s/90°，带控制器的一体化电动执行机构。

三、功能特点及参数

ZH电动执行机构可完全取代目前使用的DKJ/ZKJ型及各类进口的执行机构产品。具有体积小，重量轻，功能全，使用方便等特点：

1、一体化设计。融现场手动操作、阀位数字指示和自动调节于一体，方便现场安装调试，简化了系

统设计。

2、小型化结构。在原DKJ/ZKJ的基础上降低了一个机座号，体积小，重量减轻了30% 。 3、使用了高效率，能自锁的机械传动结构，取消了传统的摩擦制动方式，大大地提高了使用寿命和

可靠性。

4、多路开关信号输出，广泛地适应诸如DCS等系统的控制要求。

5、按IP65的防护等级要求进行全密封结构设计。适宜于户外和尘多的场合使用。 6、具有机械、电气和电子多重限位保护。强化了使用的安全性。

主要技术参数如下：

1、输入信号：4～20mA.d.c. 或0～10mA.d.c.; W/C型为220Va.c.,50Hz 开关量 2、输入电阻：250Ω

3、基本误差：±1.0%

4、死区：2% (1% ― 5%可调) 5、回差：1%

6、输出电流信号及带负载能力：

ZH―K/E型：4～20mA.dc，350Ω或0～10mA.dc，1kΩ ZH―W型： 4～20mA.dc，750Ω或0～10mA.dc，1.5kΩ 7、出开关量信号：2组 负载能力：220V.ac 3A 8、额定输出转矩：见表1 9、额定行程时间：见表1

10、电源：220V (+10% /―15%) 50Hz

11、环境条件： 温度 ―25 ℃～ +75 ℃，高温型：―25 ℃～ +85 ℃ 湿度 95% 周围空气中不含有腐蚀性介质。

表1 ZH执行机构参数表

四、工作原理

ZH电动执行机构由控制器、驱动电机、减速器和位移检测机构四部分组成。各部分的作用和工作原理简单介绍如下： 1、控制器

控制器接收标准直流电流信号，与执行机构的位移信号作比较，当两个信号的偏差大于控制器的死区时，控制器就输出一个220V的电压信号，驱动驱动电机旋转，通过减速器带动执行机构输出轴向减少偏差的方向动作。其原理框图如图1所示。

图1 控制器原理框图

2、驱动电机

驱动电机是执行机构的动力源。采用无接触的能耗制动技术对传统的交流异步电机进行了改造，取消了传统的摩擦制动方式，大大地提高了驱动电机的运行可靠性。可以使驱动电机无故障、无调整地长期运行。 3、减速器

减速器采用具有高效率带机械自锁的零齿差型行星减速传动机构。它把驱动电机输出的高转速、小转矩的运行转化为低转速、大转矩的输出，驱动调节机构。 4、位移检测机构

位移检测机构通过差动变压器把执行机构输出轴的机械变化成比例地转化为电信号，输入到控制器，参与执行机构的调节控制。同时可送回到控制室，用于控制室的监控和管理。在该检测机构中，设置了2个限位用的微动开关，以保证运行安全，同时还可输出两组开关量信号，参与系统控制。其结构示意图见图2、图3 。

图2 ZH-K型位移检测机构结构示意图

注：1)图(a)，JA端子主要用于上位机手/自动切换及远程手动操作，或数字量控制。

2)JA①与②出厂时是短接的，此时为自动工况。 3)JA①与③短接或操作上行手操开关为手动上行。 4)JA①与④短接或操作下行手操开关为手动下行。

5)出厂时，阀位输出DZ③与④端子短接，用户根据需要外接，不外接时短接。

(a)ZH-K/E型控制器结构示意图

220V

(b)ZH-W型位发板结构示意图

※调幅电位器：出厂时已调好并点红，用户一般不调节此电位器

图3

五、安装和调试

仪表在开箱及搬运时，应避免受到强烈振动和冲击。安装使用前，应进行基本性能校验。在严寒、酷暑、高温的环境下开箱时，仪表应在室内放置4h以上方可进行校验。

1、校验和调试

ZH-W型的调试参照以下ZH-K型的阀位信号调节部分。

每台仪表出厂时，如无特殊说明，均按反作用方式(即信号增大，输出轴顺时针方向移动)、输入4~20mA.dc电流信号的工作模式调整好。校验前，应详细阅读产品使用说明书，并按照本说明书的要求进行调试和接线，以便校验的正常进行。控制器上的调幅电位器出厂时已调好并点红，用户一般不调节此电位器。执行机构的校验接线见图4。

输入信号 阀位输出 开关信号1 开关信号2 220Vac

注：阀位输出出厂时短接，用户根据需要外接，不外接时保持短接，外接时，短接线去掉。

(a ) ZH-K执行机构对外接线端子

阀位输出

开关信号1 开关信号2 220Vac 电机正 电机反 (控制输入)

注：阀位输出出厂时短接，用户根据需要外接，不外接时保持短接，外接时，短接线去掉。

(b) ZH-W执行机构对外接线端子

注：阀位输出出厂时短接，用户根据需要外接，不外接时保持短接，外接时，短接线去掉。控制器JA①、③、④端子和执行机构接线端子⑾、⑿为用户外接端子。其余标示出的端子可根据需要接线。图中未注明的端子为内部接线。

(c) ZH-E执行机构对外接线端子

(d) ZH-C执行机构对外接线端子 (控制输入)

图4

如果实际安装和使用的机械零位与出厂设置的机械零位(即第三象限与水平呈45°)相同，则按“额定行程的校验”步骤进行校验，如与出厂设置不同，则按“零点和满量程的调节”步骤进行调节。 (1)额定行程的.校验

校验时，请按以下步骤进行，调节和切换点位置见图3 。

● ZH-K型额定行程的校验

? 打开执行机构的位置发生器罩盖。 ? 按图4所示接线，此时请先不要接通电源。

? 将图3(a)JA①与②短接，即执行机构处于自动工况。

? 输入4mA电流信号后，再接通交流电源。此时，执行机构输出轴应移动，并能停在机械零位。

如输出轴出现振荡，顺时针旋转调稳电位器，直至输出轴稳定。

? 改变输入电流信号到20mA，执行机构的输出轴应移动，并停在机械满行程的位置。 若行程相差较小时，仅需微调调满电位器和调零电位器即可。相差太大或需要重新调节时，请参照“零点和满量程的调节”中的调试步骤进行调整。

注意：校验完成后，先切断执行机构的交流电源后，再切断输入信号。

● ZH-E型额定行程的校验

? 输入下行开关量控制信号，使执行机构输出轴至所需的机械零位。

? 观察显示值是否为4mA，若相差少许，则微调调零电位器，使显示器示值为4mA，越接近越

好。

? 输入上行开关量控制信号，使执行机构输出轴至所需的机械满行程位置。

? 观察显示值是否为20mA，若相差少许，则微调调满电位器，使显示器示值为20mA，越接近

越好。

? 反复进行以上步骤，直到显示器显示零位4mA和满位20mA与执行机构输出轴机械零位和满

位对应。

? 若行程相差太大，请参照“零点和满量程的调节”中的调试步骤进行调整。 (2)零点和满量程的调节

在实际安装和使用中，执行机构的机械零位可能与出厂所设定的位置不一样，此时，请按以下步骤进行调整。以下调节以输入4 ~ 20mA为例，调节和切换点位置见图3(a)。

? 断开图3(a)所示JA①与②端短接线。

? 操动下行手操开关(或短接图3(a)所示JA①与④端子)，使执行机构的输出轴处于机械零

位。

? 顺时针旋转位移检测机构的轴到底(见图2)，再逆时针旋转轴90°左右。 ? 调节调零电位器，使显示器示值为4mA，越接近越好。

? 操动上行操作开关(或短接图3(a)所示JA①与③端子)，使执行机构输出轴到达机械满行

程位置。

? 调节调满电位器，使显示器的指示值增加至20mA。

? 操动下行手操开关，使执行机构的输出轴运行到机械零位，观察显示器示值是否为4mA，若

不是，调节调零电位器，使显示器示值为4mA，越接近越好。

? 操动上行手操开关，使执行机构的输出轴运行到机械满行程位置，观察显示器示值是否为

20mA，若不是，调节调满电位器，使显示器示值为20mA，越接近越好。

? 反复进行以上两步骤，直至显示器显示零位4mA和满位20mA与输出轴机械零位和满位一一

对应。

(3)输出轴作用方式的调整

若执行机构输出轴需要从反作用方式调整为正作用方式，仅需要把图3(a)所示的作用方式切换短路插座短接于另一端，并将图3(a)所示DZ⑤、⑥端接线对调。顺时针旋转位移检测机构的轴到底，再逆时针旋转轴90°左右(见图2)，使显示器的指示值等于20mA，若相差少许，微调调零电位器和调满电位器即可。特殊情况下，若差异太大而需要重新调节时，请参照“零点和满量程的调节”中的调试步骤进行调整。

(4)上、下行程中途电子限位的设定(ZH―E、W、C型无)

该设定在控制器上完成，一般比较精确的限位保护建议采用该设置。切换和调整点位置见图3。 ? 将图3(a)所示JA①与②短接。

? 调节输入信号约低于下行程限位值，使输出轴跟踪至响应的位置，调节下限设定电位器，使

限位指示灯刚好亮即可。

? 调节输入信号约高于上行程限位值，使输出轴跟踪至响应的位置，调节上限设定电位器，使

限位指示灯刚好亮即可。

注意：调节时，上、下行程限位设定的最小间隔不小于全行程的15%。 (5)上、下行程终端电气限位及开关信号的设定

该设定在位移检测机构上完成。由于开关存在一个机械行程，因此，限位开关的死区较电子限位大，为了不影响整机的控制精度，就其用途不同，设置的方法略有不同。其调整点位置见图2。

? 上、下行程终端电气限位

调节输入信号约低于执行机构输出轴的下行程值，并使其跟踪至响应的位置，调节下限微动开关K2对应的凸轮，使K2触点刚好断开即可。

调节输入信号约高于执行机构输出轴的上行程值，并使其跟踪至响应的位置，调节上限微动开关K3对应的凸轮，使K3触点刚好断开即可。

? 位置开关量信号输出

调节输入信号约高于执行机构输出轴下行程时需要输出开关量位置时的值，并使其跟踪至响应的位置，调节下行程微动开关K4对应的凸轮，使K4触点刚好断开/闭合即可。

调节输入信号约低于执行机构输出轴上行程时需要输出开关量位置时的值，并使其跟踪至响应的位置，调节上行程微动开关K1对应的凸轮，使K1触点刚好断开/闭合即可。 (6)断信号保护(ZH―E、W、C型无)

当执行机构处于自动状态时，当输入信号或阀位反馈信号短线，图3(a)所示短线保护指示灯

亮，执行机构输出轴保持信号断线前瞬间位置。

2、执行机构的安装使用

执行机构的安装外型尺寸见图5。

(1)执行机构一般安装在水泥或金属骨架的水平基座上，用地脚螺钉紧固。安装时应考虑到手动操作和维修折装的方便，同时应考虑到远离高温的场合。

(2)执行机构的电气连接采用电缆连接。为了密封的需要，电缆的外径不大于Φ12mm。

(3)执行机构输出轴与调节机构(阀门等)的联接，可通过连杆及专用的连接头。安装时必须避免

所有接合处的松动，以保证有良好的调节效果。限位止挡应在出轴的有效范围内紧固，不松动。输出轴实际承受的力矩与执行机构的额定力矩相适应，防止过载。

注：括号内尺寸为配球铰用尺寸，D3(为1：10锥孔大端直径)。

(4)执行机构投入运行前应检查现场的电源和电压是否与规定相符，电气连接是否正确、牢固。阀位的开/关位置是否与信号指示相对应。

(5)执行机构的就地手轮操作一般在执行机构的手动工况或者断电的情况下进行。不允许在自动工况下进行操作。

(6)执行机构在就地操作时，拉出手轮锁定装置，同时向上拉出手轮，然后松开锁定装置，即可进行操作。操作完毕后，再拉出锁定轮，手轮向下复位。

(7)执行机构出厂时已填充了高级锂基润滑脂对齿轮箱进行充分润滑。

3、仪表的保管

本仪表应贮存于环境温度为-10℃―45℃，相对湿度不大于85%，且无腐蚀性气体的室内。

4、维修

在电动执行机构的运行过程中，若发生故障，请参照以下故障维修方法进行检修。

部分可能出现的故障及维修方法举例如下：

(1)自动时，有偏差输入信号，执行机构不动作。

? 电机出现交流噪声。

电机的分相电容是否失效，若失效，手动工况下操作手操开关，执行机构也不动作。

检查另一相的可控硅是否损坏(击穿)，此时切换到手动工况，执行机构会单向行走。

? 听不到交流噪声，电机未得电，执行机构无异响。

检查可控硅是否断路，或者是否有触发信号无输出。

无触发信号，检查控制器是否实现了中途限位功能。

无触发信号，检查控制器触发回路故障。

无触发信号，检查控制器偏差比较回路故障。

(2)自动时，无偏差输入信号，执行机构有交流噪声或单向行走。

? 执行机构有交流噪声无动作。

此时若切换到手动工况，执行机构会单向行走。该相的可控硅损坏(击穿)。

? 执行机构单向行走。上、下行均可能损坏，一相击穿，另一相断路。

(3)执行机构动作，阀位反馈信号不正常。

? 有阀位反馈信号但不跟踪。

调节调零电位器反馈信号能变化，检查激磁振荡回路是否振荡，或差动变压器是否正常。

调节调零电位器反馈信号不能变化，但调节调满(TM)电位器反馈信号能变化，检查运算放大器或三极管是否击穿。

? 阀位反馈信号零位不能调节，或调节幅度很小，检查调零回路稳压管是否击穿。

? 无阀位反馈信号。

一般检查运算放大器或三极管是否开路。

以上故障判断，仅供参考。不排除有其它故障发生的可能性。

六、订货须知

订货时，如有以下、或其它要求时，请提出并注明。否则，按照厂内的一般规定出厂。

? 输入信号为 0 ~ 10mAd.c. 时 ;

? 正作用方式工作时;

? 环境温度高于+75℃时;

? 其它特殊要求。

SIPOS电动执行器的检修与维护 第3篇

1.1 调节进入endpos菜单。

只要行程有变化都需要调节endpos (末端位置) 。如果没调节好, 会在observing中显示check endpos的错误提示。调节方法:进入编程模式Local Par按"Enter"进入Local Par模式, 密码为9044。然后进行调整。

1.2 控制方式。

如果远程控制模式的控制方式没调节好, 有可能会出现可以本地控制, 远程也是ready, 但是远程给的信号不起作用, 应该在编程模式里面调节remote control, 设置为我们所用的控制方式, 我们所用的是模拟量、位置控制。

1.3 报错:

Inventer fault, 主控制模块与变频器通讯错误。处理方法:重起一般或好的, 但是重起后要注意切换到了远程控制模式, 如果重起后, 参数也设定好了, 还是有这个错误, 那就有可能坏了硬件。

2 SIPOS FLASH 5执行机构RUNTIME ERROR的产生原因

SIPOS FLASH 5采用电位器做定位传导控制。执行机构的调试过程就是指令 (比如模拟信号4-20毫安) 、阀位 (0-100%) 、反馈信号 (4-20毫安) 三对照的过程。也就是机械的实际行程和电行程的复合对应过程。

SIPOS执行机构是用齿轮变比的电位器定位传感, 至少两次才完成三对照的调试, 也就是机械行程和电行程的两个对照, 因为其设计智能化, 阀位反馈的调整和电行程的对应是同步完成。

当SIPOS动作时, 比例的电位传感要同步动作。但是当电位器跑偏 (离合器拖动出行程) , 或者电位器动静摩擦触头磨损、或者因为震动接触不好, 导致这个传导信号不能够实时告知CPU的时候, CPU就认为电机是失速或者堵转, 切断U、V、W供电, 发出报警, 这就是RUNTIME ERROR!

3 密码无法确认

在单控室中显示DCS阀位信号故障, 就地重新调试后, 输入9044密码无法确认, 无法进入调试, 这类故障通常是由电源板故障引起的, 这时需要更换电源板即可解决。

4 SIPOS执行器电源板故障的判断

SIPOS不论经济型、专业型都是变频的控制方式, 变频器就是一台能源方式的转换器:交流-直流-交流的转换装置。

在初始上电、整流、给电容充电的时候, 因为初始电容没有储电, 瞬间的充电电流非常大, 是个阶跃电流, 这样对电容器、对整个回路都不好, 为此在直流的充电回路里设计加上电阻来限流, 使得这个过程更平顺, 大家若留意, 在电容旁边有几个立起来串联安装的电阻, 这就是限流电阻。

在电容充电完成后, 这个电阻仍然在这个回路, 若继续存在, 势必加大电量消耗, 同时产生大量热量影响热敏感的半导体器件的使用效果, 这个时候就要把它去掉

来完成这个任务的就是我们可以在电源板上可以看到的一个继电器, 唯一的继电器24v的直流继电器。

用听的方法可以来判断电源板是否损坏, 这个声音就是继电器的励磁动作声音-啪嗒!

5 SIPOS电动执行器常见参数的确认

5.1 信号齿轮单元比例的选择

信号齿轮单元比率选择的计算 (不必太精确, 可估算) :

调试时要注意角行程减速箱的铭牌数据, 假设其减速比为i, 角行程阀门的行程为α度 (可估算) , 则计算多回转输出部分的旋转圈数如下:

多回转输出轴的旋转圈数=iα/360=i/4 (以90°角行程减速箱为例) 如果所配阀门为直行程型, 则要计算时要能得到将多回转运动转换到直线运动部分部件 (传动螺杆、线性单元) 等的参数。

5.2 确定执行机构的最终输出扭矩的确定

执行机构最终输出力矩的计算 (配角行程阀门时) :

对于2SA5+角行程减速箱这种方式, 需要注意这样一些数据, 其一是执行机构多回转部分 (2SA5) 的设备铭牌, 会有一个力矩范围, 比如10-30Nm, 该数据表明的是多回转部分输出轴处的输出扭矩。其二是角行程减速箱上会有一个铭牌, 标明该减速箱的输入扭矩T (in) , 输出扭矩T (out) 。角行程减速箱的扭矩放大倍数K=T (out) /T (in) 。

经济型:若设定的阀门关断力矩范围为30%-100%, 当设定为100%即对应于铭牌上的最大数据Tmax (该例子为30Nm) 。则多回转部分的输出扭矩为T (2SA5) =TmaxP%。

专业型:设定的关断力矩即为多回转部分的输出扭矩T (set) , 毋需计算。则最终执行机构的输出扭矩为多回转部分的输出扭矩乘以角行程减速箱的扭矩放大倍数, 即:阀门扭矩T=T (2SA5) K=TmaxP%KTmaxP%T (out) /T (in) 经济型

阀门扭矩T=T (2SA5) K=T (set) T (out) /T (in) 专业型

5.3 直行程电动执行机构输出推力确定

执行机构最终输出推力的计算 (配直行程阀门时) :

需要找到将多回转运动转化为直线运动的机构部分 (线性单元或其它) 的扭矩推力转换系数K, 定义K=转换部分的输出推力F (k N) /转换部分的输入扭矩T (Nm) 。则最终的输出推力:供给阀门的推力 (k N) =K (k N/Nm) T (2SA5) (Nm)

6 SIPOS电动执行机构模拟量信号接线的注意事项

6.1到目前为止, 对于专业型控制板执行机构的模拟量开度指令信号 (对于端子板直接连接的连接方式, 是X3.2的14和15号端子;对于圆形插头式连接方式, 是XK的11和12号接线柱) , 该指令信号的负极, 一定要和执行机构的内部的M地连接一短接线 (端子板直接连接的方式, 是X3.2的15和18号端子短接;对于圆形插头式连接方式, 是XK的12号接线柱和6号接线柱短接。在电路板内部已经做了短接, 就不需要外部的短接线了) 。

6.2在DCS端的模拟量反馈信号 (模拟量阀位反馈信号) 的接线一定要接成DCS不提供供电电源的方式。因为该模拟量信号已经由执行机构提供了电源, 不需要在DCS端再提供工作电源。如果接错的话, 就会烧毁执行机构的控制板, 严重的情形下, 结合上述的两种情形, 会烧毁电源板和控制板。

6.3勿容置疑, 模拟量的信号, 必须采用屏蔽电缆, 屏蔽层必须可靠接地。

7 结束语

自动化技术已成为全球发展最快生命力最旺盛的技术之一, 也要求从事自动化技术人员不断提高自身素质和技能, 文章通过对SIPOS电动执行机构的各类故障及常用参数的分析, 希望能够给从事自动化技术人员的检修提供一定的参考。

摘要：德国SIPOS电动执行机构采用内置一体化变频器来控制输出轴转速, 从而可根据实际需要对阀门进行最优控制, 其内部采用内置一体化变频器, SIPOS电动执行机构有许多优点: (1) 在被卡住时可产生最大力矩使阀门脱离卡住位置。 (2) 可避免由于惯性对阀门造成的冲撞, 保护阀门, 延长其使用寿命。 (3) 启动和运行电流永远小于电机额定电流, 从而节省配线和配电成本等优点。SIPOS电动执行机构在大庆油田热电厂得到了广泛的应用。但随着时间的推移, SIPOS电动执行机构在使用过程中相继出现了各类故障, 文章将对出现各类故障进行分析。

关键词：调试,RUNTIME ERROR,电源板故障,判断,常见参数确定

参考文献

[1]Sipos执行器用户手册.

论电动执行器在火电厂的实际应用 第4篇

在火电厂中, 运行人员通过计算机发送开关指令到DCS, DCS接受指令后将指令信息传至电动执行器, 使执行器按照机组的运行要求来驱动阀门开关。在火电厂投产之初, 一般都安装有各种不同厂家不同型号的电动执行器, 虽然说每种电动执行器都拥有着它自己的特点及优势, 不过在火电厂实际运行当中, 会出现一些执行器长时间运行后故障频发, 出现拒动、误动、不传递开关信号的状况, 大大降低了火电机组运行的可靠性及经济性, 甚至会带来一定的危险性。所以, 选择适当型号的电动执行器对于火电厂来说是十分重要的。

以某火电厂为例, 其建厂之初, 两台300MW机组安装的400多台电动执行器中, 所包含的电动执行器的种类就有西博思 (SIPOS 5 Flash) 、川仪、扬修、天津百利、SUR-PASS、罗托克及天津津伯, 达到七种之多, 可是这些执行器有的并不能在其所在的位置稳定运行, 而且由于执行器种类过多, 给日常的维护工作带来了极大的困难。所以根据现场的实际运行状况, 该电厂的相关技术人员对以上种类的电动执行器的运行状况进行了跟踪调查, 以确定如何使这些执行器稳定运行, 来确保电厂机组的稳定运行。

西博思 (SIPOS 5 Flash) 电动执行器, 为西门子公司专利产品, 因其内部集成了一体化变频智能控制单元, 所以SIPOS 5 Flash淘汰了传统执行机构所必须的复杂的电机转向控制箱, 具有体积小、定位精准、运行可靠等优点, 所以在电厂的一些较为重要的阀门处都安装了此种电动执行器。但是经过长期的现场使用, 相关的技术人员发现:

1由于现场阀门很多都位于高温且振动较大的管道上, 此种电动执行器内部集成了一体化变频智能控制单元, 即我们平时所说的电子板件, 所以耐高温及耐振动能力较差, 长时间运行后会发生控制板、电源板损坏等故障, 导致执行器不能正确动作, 为机组的安全稳定运行埋下了隐患;2此种电动执行器的定位工作需要使执行器按照既定的阀门开度行走其行程的三分之一以上 (即计数器要旋转120度以上) , 而在机组运行时有些阀门是不允许这样来给阀门定开关位置的, 如汽轮机的高压缸抽真空阀, 一次在机组运行过程中, 由于之前检修工作结束后, 阀门定位过紧, 致使在阀门关闭过程中, 未达到预先设定的关闭位置即使执行器力矩动作, 致使操作人员不能及时观察到阀门的开关状态, 且阀门不具备重新定位条件, 在一定程度上为机组的安全稳定运行留下了隐患, 如果阀门不能正常开关, 会使汽轮机凝汽器真空度下降, 甚至导致机组非计划停运的严重后果。

川仪电动执行器是在锅炉管道上使用较为广泛的一种电动执行器, 这种电动执行器, 定位简单方便, 易于操作, 开关灵活, 从机组投运之初来看此种执行器较适合在火电厂的环境中使用, 但是经过一段时间的运行, 由于现场的环境较为恶劣, 不但灰尘多, 而且管道振动大、温度高, 川仪电动执行器同样为电子板件的电动执行器, 在这种环境下, 电子板件的寿命会大大缩短, 所以此种电动执行器运行一段时间后会故障频发, 给日常的检修维护工作带来了极大的困难, 且经济性不佳。

以扬修电动执行器为代表的采用接触器控制的传统类型的电动执行器, 这些电动执行器初见并没有上面提到的两种执行器技术先进, 看似简陋, 但是经过现场的实际应用后发现, 此种执行器在灰尘多、振动大、温度高的环境下可以长期稳定运行, 且控制电缆以插件的形式与执行器连接, 在机组检修工作中, 当对阀门检修时, 只需将插件拔下即可, 且价格相对较低, 可谓是物美价廉;唯一的缺点便是执行器通过齿轮定位计数, 精度不如电子板件的执行器高, 对于一些要求精度的阀门不能使用。

由此可见, 各个种类的电动执行器均有自己的优点, 自然也都必不可少的有自己的缺点, 那么要怎样才能恰当的选择执行器的型号来满足其在火电厂的安全稳定运行条件呢?

通过对这些执行器的跟踪调查及多年的实际应用, 该电厂的相关技术人员总结出了一些电动执行器使用方面的经验方法, 以保证机组的安全稳定运行。首先, 针对锅炉所使用的川仪电动执行器故障频发 (由于电子板件的执行器对环境要求较高, 无法长时间在环境较为恶劣的环境中稳定运行) :通过仔细观察执行器的工作地点状况, 技术人员发现锅炉的同一个位置的阀门除了配有全开全关功能的电动执行器外, 还配有带有调节功能的电动调节执行器, 所以, 尽管传统的扬修电动执行器定位并不十分精准, 但是应用于此位置不会对设备运行的稳定性及经济性有所影响, 因此决定先将部分川仪电动执行器更换为扬修执行器, 经过一段时间的观察, 更换的执行器完全能够满足锅炉稳定运行的条件, 而且执行器本身也能长期安全稳定运行, 大大降低了执行器的维护率, 也节约了更换板件的大量资金。其次, 对于对电动执行器精度要求较为严格的阀门 (多数在汽机厂房内, 振动大、温度高, 但是并无灰尘) , 依然使用西博思 (SIPOS 5 Flash) 执行器, 但是电子板件的电动执行器无法在高温、振动大的环境下长时间安全稳定运行, 那么是否可以将执行器的控制单元与电机等驱动部分进行分体安装呢?通过与执行器厂家人员沟通, 对电动执行器进行了相应的改造, 即将电动执行器的电子板件驱动部分安装在常温、无振动的地方, 通过控制电缆来驱动执行器的电动机以使阀门开关。经过一段时间的观察, 执行器故障率大大降低, 能够满足机组安全稳定运行的条件;至于一些阀门在机组正常运行状况下, 不允许进行全开全关定位, 就要求在机组停运的条件下, 认真考虑阀门管道在高温条件下膨胀的问题, 通过经验在手动将阀门关死后回转三圈, 使设定位置刚好合适, 以保证其在高温条件下不发生力矩保护动作的状况。

通过对电动执行器做了如上调整之后, 该电厂所安装电动执行器均能满足现场实际生产的要求, 而且安全稳定运行时间大大延长, 改造完成已近四年的时间, 只有个别执行器偶尔发生故障, 百分之九十以上的执行器尚未有故障现象发生, 这不但对机组的安全稳定运行提供了强有力的保障, 而且单在执行器的维护费用方面便节约了大量的资金, 可见, 这是一次十分成功的设备改造工程。

由此可见, 究竟什么样的电动执行器适合在火电厂中应用, 并不是看其所运用到的科技含量有多高, 也不是看其在常温常态下的华丽数据, 而是要看其在高温、高压、振动大、灰尘多等等极其恶劣的环境条件下, 是否能够满足不拒动、不误动、传递信号稳定、长时间不发生故障的要求, 只要能够达到上述要求, 便是适合在火电厂实际环境中应用的电动执行器。

参考文献

[1]《西博思 (SIPOS 5 Flash) 电动执行器使用说明书》.

[2]刘俊.智能电动执行器关键技术的研究和开发[D].上海交通大学, 2007.

电动执行器 第5篇

在工业生产中阀门电动执行器的应用越来越广泛，为了实现对阀门的远程控制，阀门电动执行器应当具有网络化控制的接口。通过网络接口，阀门电动执行器可以接受中央计算机的控制。目前主要的现场总线有五种：CAN (Control Area Network)总线，FF (Foundation Fieldbus，基金会现场总线)，Profitbus (Processfieldbus), Lonworks (Local Operating Network，局部操作网络)，HART (Highway Addressable Remote Transducer)。其中CAN总线因为具有突出的差错检测机制，抗干扰能力强，价格低廉，故笔者采用了CAN总线来实现电动执行器的网络连接[1]。

2. CAN-bus远程监控实现探讨

要想使PC机方便地连到CAN总线上，实现CAN连接通讯，需要CAN-bus接口卡来实现连接功能。各个型号的CAN接口卡可以通过PCI、ISA、USB、COM、LPT、LAN接口与PC进行连接。采用的是PCI-9840四路非智能CAN接口卡[2]。

PCI-9840非智能CAN接口卡是一款高性能价格比的CAN-bus总线通讯适配卡，集成4路电气隔离的CAN通道，使PC机方便地连接到CAN总线，实现CAN2.0B协议(兼容2.0A)的数据通讯。该接口卡符合PCI2.1规范，硬件上采用SMD表面安装技术，集成光电隔离模块，实现完全电气隔离的CAN接口，PCI控制电路，抗干扰能力强，是一款硬件上更稳定、更可靠的CAN接口卡。

PCI-9840非智能CAN接口卡产品提供强大的软件支持，其中包括测试工具、多语言版本的简单应用例程。软件支持通用的ZLGVCI驱动程序接口，可进行软件上完全独立的4通道CAN相关操作，驱动支持Linux、Win98、Win2K及WinXP，适合于不同层次的开发人员在VC++、VB、Delphi和C++Builder等开发环境下进行设计，实现CAN-bus在高层协议中的应用。

ZLGCAN系列接口卡还向用户提供一个附加的小型CAN-bus数据监控分析软件ZLGCANtest软件，供用户分析、控制、测试CAN-bus总线上的传输数据。

以下是笔者设计的CAN-bus远程通讯监控实现结构图：

3. 阀门电动执行器与上位机在应用层的数据帧

上位机主要对下位机进行阀门开度和流量的设定，可定义如下数据帧：

例如给第3号阀门设定开度是75%，则按HostCmd的数据结构给阀门发送的是数据为{0x32, 0x03, 0x4B}

例如给第13号阀门设定流量是100L/min，则按HostCmd的数据结构给阀门发送的是数据为{0x82, 0x0D, 0x64}

4. 上位机通讯程序的设计

如图2所示，本系统利用VB设计了如下上位机监控界面：

在本系统中，操作人员可以对阀门的开度和流量进行远程设定，阀门的工作状态参数可以通过CAN通讯在上位机中实时显示出来，观察非常方便。

5. CAN节点的设计

由CAN-bus远程通讯监控结构图可以看出，在使用CAN连网时，电动执行器是网络中的一个节点。以下对电动执行器的控制器与CAN-bus的连接进行设计。

(1) CAN控制器。采用C8051F040内部集成的CAN控制器。C8051F040内部集成的CAN控制器是Bosch全功能CAN模块的完全实现，完全符合规范CAN2.0B。

(2) CAN收发器。C8051F040内部集成的CAN控制器只是个协议控制器，不提供物理层驱动，所以在使用时还需加CAN总线收发器。笔者采用PHILIPS的PCA82C250，是控制器局域网CAN协议控制器和物理总线之间的接口，可以在低至5Kbps的传输速率下工作，满足远距离传输数据时的低速率要求。

下图为一个节点的CAN收发器的原理图。其中CANTX、CANRX为C8051F040单片机的两个引脚[3]。

6. 结语

使用CAN总线技术对阀门实行远程、集散控制非常方便。尤其是在一些人为对阀门观察和设定不太方便的场合，远程通讯技术显得就更为重要了。笔者设计的系统已经在试验室通过了模拟试验，为以后产品化打下了坚实的技术基础。

摘要：为了对阀门进行远程监控, 本文作者通过CAN总线将各个阀门电动执行器连接在一起, 在与上位机相连时, 选择了CAN接口卡, 并对通信的数据格式进行了定义, 从而编写了上位机界面程序, 其中对于一个CAN节点也进行了电路设计。

关键词：阀门电动执行器,CAN总线,CAN-bus远程通讯监控

参考文献

[1]夏德海.现场总线技术[M].北京:中国电力出版社, 2003:1-13.

[2]广州周立功单片机发展有限公司.PCI-9840非智能4通道CAN接口卡[Z].广州周立功单片机发展有限公司.

电动执行器 第6篇

1.1 伯纳德智能型电动执行器介绍

伯纳德智能型电动执行器按动作形式分有两类, 一是开关型, 二是调节型。开关型主要应用在仅需要全开和全关的阀门管线, 如蝶阀、球阀等。调节型主要应用在需要控制管线流量的场合, 如调节阀、闸阀等。伯纳德公司在其经典的执行器机械结构基础上开发了智能型电动执行器, 经过多年的改进提高, 形成了自己独特的技术风格和特点:

*机械式力矩测量装置

*光电绝对编码器

*先进的手轮自动离合系统

*采用PDA或笔记本电脑进行参数设定

1.2 伯纳德智能型电动执行器在西部管道的应用

执行器在输油工程中有着举足轻重的地位, 它的主要作用是:根据输油工艺的需要开启、关闭阀门或者调节阀门开度。同时, 还反馈回阀门的状态信号。而伯纳德智能电动执行器在西部管道新疆输油分公司乌兰线各站场主要应用在原油阀组区和换热区, 控制着各站原油收发球阀门, 过滤器阀门及换热器热媒进出口阀门。

2 伯纳德智能型电动执行器常见故障分析

2.1 故障:显示阀位与实际阀位不一致

故障分析:可能由于静电导致内部程序紊乱, 此时需要对执行器断、送电各一次;重新设定开关限位, 然后再让执行器动作几次, 如果还发生漂移, 则说明是计数器损坏, 需要更换计数器。

2.2 故障:阀门关闭不严

故障分析:重新设定开关限位, 如果设定完成后故障还存在, 说明阀门坏了, 需要对阀门进行处理。

2.3 故障:电动操作开关不到位, 出现偏差报警, 而且手动操作开关阀门吃力

故障分析:阀门可能由于长时间未运行而出现卡涩。当电动已开关不了而出现半途停止时, 这时要用电动操作阀门往相反的方向开或关一点, 然后用手动操作继续阀门开或者关, 直到阀门灵活为止。

2.4 故障:显示界面紊乱, 无法进行操作

故障分析:主板已坏, 需要更换主板。

2.5 故障:参数设置保存不了

故障分析:首先改变数据后, 退出菜单时每次、每级都要选择OK退出。最后显示 (CHANGE OK?) , 选择OK, 数据就可以储存了。其次操作没问题的话那就是主板已坏, 需要更换主板。

2.6 故障:屏幕无显示

故障分析:首先最有可能是显示板损坏而无法显示, 这时就要更换显示板;也可能由于电源故障, 检查执行器电源;再者检查保险。

2.7 故障:执行器只在本地工作状态工作, 远程状态不工作

故障分析:执行器是否在远程状态;31端子是否接上了10-55V电压。35, 36接线端子是否松动而导致接触不良。

2.8 故障:执行器只在远程状态工作, 不在本地状态工作

故障分析:执行器处于远程或关闭位置;存在本地禁止命令, 在commands/aux.command 1或2菜单中, 检查是否存在本地禁止命令及远程控制时的触点状态, 然后再检查接线端子上, 本地禁止端子的接线状态:如果辅助命令1 (aux.command 1) 设置为本地禁止, 且触点开为有效, 此时将37端子在远端闭合即可去掉该命令;如果触点闭合为有效, 此时将37端子在远端打开即可去掉该命令。

2.9 故障:执行器在远控和就地均不动作

故障分析:可能是出处于菜单状态, 将选择旋钮置于O F F位置, 然后再置于L O C A L位置, 切换置工作状态;也可能处于红外连接状态, 此时显示屏右上角显示IR, 必须去掉红外连接;还可能电机由于过热保护而不动作, 这时就需要等待电机冷却下来, 故障自动消除;如果当量电机绕组发现电磁反馈开路, 绕组首尾开路或者相间短路, 说明电机已烧毁, 更换电机。再者, 是否执行器电源故障。

2.1 0 故障:不能进入菜单

故障分析:选择器置于远程或者关闭位置, 然而通过按钮进入菜单只能在本地状态下实施, 所以得把选择器旋到本地控制。也可能存在本地禁止命令, 此时按照前面的办法消除本地禁止。

2.1 1 故障:菜单的参数改变不了

故障分析:在CHECK菜单下不能改变参数, 要想改变参数, 必须进入CHANGE菜单;厂家根据执行器本身已作了参数限制, 不能进行更改。

2.1 2 故障:手轮动作没有被记录

故障分析:手轮动作如果没有超出行程的10%时, 执行器不显示。可以在同样的条件下再检测一遍, 同时保证手轮动作超过行程10%。

2.1 3 故障:出现过启动报警

故障分析:执行器监测过去12小时的启动次数, 并和调节器的级别进行比较。该报警不会影响执行器的操作, 仅指示执行器过动作而已。

2.1 4 故障:当带有模拟位置控制信号时, 执行器位置控制板在本地状态下正常工作, 在远程状态下不工作

故障分析:检查选择器位置, 看看是否在LOCAL位置, 如果是的话, 将选择器置于REMOTE;检查70接线端子的极性和信号状态, 保证信号正极接在70端子上, 且看看远控信号是否到达执行器并且到达的信号是否符合。

2.1 5 故障:当带有模拟位置控制信号时, 执行器只在命令状态下工作, 不能在位置控制状态下工作

故障分析:将选择器置于远程 (REMOTE) 位置;检查commands/aux command 1或2菜单中auto/on-off是否设置及执行此命令的触点状态, 然后检查一下接线端子。比如:如果在aux.command 1菜单中设置 (auto/on-off) , 且contact (c) =auto, 此时必须将37接线端子闭合才能让执行器自动识别远控信号是连续信号还是开关信号。如果是contact (o) =auto, 则37端子必须断开。还有就是检查CHANGE中子菜单positioner的信号设置是否正确, 如果使用的是0-10V信号, 看看FPX控制箱中的GAMB电路板中的电压微动开关是否置于电压档。

3 认识与总结

电动执行器 第7篇

随着工业自动化的发展, 智能电动执行器越来越广泛应用于化工、环保、冶金、石油以及新型能源等领域。 智能电动执行器通过电能驱动,根据给定信号与阀门位置反馈量之间的偏差, 通过微型控制器控制电机运行,经变速装置后由执行机构输出位移, 实现对阀门的自动调节。 智能电动执行机构的核心是对电机的控制, 满足系统粗调时的快速跟踪及细调时对控制精度的要求。 在智能电动执行器运行过程中,对电机的保护必不可少,以确保系统的安全性和可靠性。

1智能电动执行器功能

工业生产过程中自动调节系统一般由检测器、调节器、执行器和调节对象组成,其中执行器不可缺少, 智能电动执行器以电能为动力,接收来自调节器的模拟信号(一般是4~20m A的电流信号)或上位机的数字信号, 将其转换为电动执行器相对应的机械位移(转角、直线或多转)并自动改变操作变量(调节阀、风门、挡板开度等),以达到对被调参数(温度、压力、流量、液位等)进行自动调节的目的,使生产过程按预定要求进行。

智能电动执行器主要由电机、位置传感器、蜗轮、 蜗杆、驱动轴、控制单元、就地操作面板、手轮组成。 控制单元驱动电机转动,电机带动蜗杆,蜗杆再带动蜗轮驱动输出轴转动,位置传感器检测电机转动的位移量,并送阀位信号给控制单元,当控制单元检测到位置信号与所给的控制信号所指定的位置一致时,切断电机电源,由蜗轮、蜗杆的自锁特性使执行机构停止运行。

2控制系统实施方案

2.1控制系统组成

系统硬件结构如图1所示。 单片机接收输入信号,进行数据处理并比较指定位置与当前所在位置是否一致, 如果不一致则判定运转方向并且控制可控硅及继电器的导通驱动电机运转,同时通过霍尔位置传感器实时采集实际位置, 形成闭环系统; 通过PID算法进行精确定位,同时输出相应的反馈信号。

2.2电机换向功能实现

在该系统中,导通、换向电路采用四路欧姆龙T9AV5D12-24继电器进行导通与换向操作, 其中两路继电器接收单片机的导通控制信号使得电机线的U、V相分别与电源A、B相连接, 使得电机通电运转;另两路继电器接收来自单片机的换向控制信号进行切换,调换A、B两相接线,从而调换电动机运转方向。 继电器触点的跳动或者开闭的一瞬间均会引起感性负载的变化,产生气体放电现象,继电器触点通断的电流较小, 触点间不会出现电弧,但会出现 “火花放电”, 火花放电对触点也会造成损伤,降低触点的使用寿命,电火花会烧蚀触点表面, 使其表面不平造成接触不良的故障。 因此,采用RC电路并联在继电器触点的两端,电感中的能量不通过触点而通过RC电路, 起到保护继电器触点的作用。

在换向前,必须断开电机线,避免因带有电机负载形成大电流及电动势,击穿可控硅,导致可控硅驱动失效,甚至烧毁印制电路板。 因此在电机运转过程中突然换向是不允许的,必须先断开电机,再进行换向操作。 为了避免软件误操作导致在电机运转时进行换向操作, 在换向电路中增加了双D触发器实现信号互锁, 利用触发器的性能使得只有在电机导通控制信号失效后, 才能进行换向操作;同时,增加过零检测, 在相位为零点进行换向操作,进一步保护设备的安全。 双D触发器电路如图2所示。

CTR1及CTR2分别为单片机I/O发出的换向控制信号及导通控制信号,低电平有效;CTR3连接至换向驱动电路控制端,INTC为C相电源的过零检测脉冲信号。 当导通信号CTR2有效为低时, 电机通电运行,当INTC为上升沿时,U1B输出端Q为低;当INTC不在上升沿时,U1B输出端Q锁存上一个状态值,也为低电平。 U1B输出端Q为低时三极管Q1截至,U1A无时钟信号, 无论换向信号CTR1是任何状态,CTR3都为最开始锁存的信号,换向电路不切换。 只有当CTR2为高电平时, 电机才停止运转。 当U1A的时钟输入端接收到一个上升沿信号,同时CTR1为低电平时,CTR3跟随CTR1驱动电机换向电路; 当U1A时钟信号不为上升沿时,CTR3锁存上一个状态。 这样,可以在硬件上对电机换向进行保护,避免程序跑飞或者其他误操作致使电机驱动电路击穿损坏。

3结语

将双D触发器应用到智能执行器换向电路中,充分利用了其触发、状态锁存以及快响应等特点, 在良好地实现功能的同时也将电路尽可能简化。

摘要：介绍双D触发器在智能电动执行器系统中的应用。在电机运行时,利用双D触发器将电机导通信号及电机换向信号进行互锁,避免电机在运行时进行换向操作,可以有效地控制和保护电机。

关键词：智能执行器,电机,保护

参考文献

[1]吴举秀,綦星光.电动执行器的应用现状及发展趋势[J].山东轻工业学院学报(自然科学版),2007(03)

[2]许小松.智能电动执行器的设计与开发[D].杭州:浙江工业大学,2012

[3]刘守义.单片机应用技术[M].西安:西安电子科技大学出版社,2003

[4]陈振春.双向可控硅在电动机控制电路中的应用[J].南昌工程学院学报,2005(02)

[5]徐丽燕,毕净,沈继忠.双边沿单稳态触发器的设计[J].浙江大学学报(理学版),2003(06)

电动执行机构智能数字位置检测系统 第8篇

1 执行机构位置检测

为使电动执行机构的位置控制精确可靠, 首先要保证位置检测的精确与实时。执行机构通过其内部输出轴旋转带动阀门运行, 转圈数根据不同类型阀门从3圈到上千圈不等, 跨度很大。执行机构的位置检测, 就是将输出轴的机械旋转运动转换成电信号给上方控制系统使用, 这是执行机构位置控制的基础。

传统执行机构位置检测普遍采用旋转电位器, 它将输出轴的旋转运动转换成电阻值的变化传送给上方控制系统使用, 其结构如图1所示。

为适应不同的转圈数, 需为其配套一组齿轮传动机构, 通过改变齿轮的传动比来适应不同的转圈数。采用此种方式不但结构复杂, 而且必须进行现场调整方能正常使用。新型基于光电传感元件与单片微处理器技术的电动执行机构智能数字位置检测系统的出现, 很好地解决了这一问题。

2 执行机构智能数字位置检测系统

智能数字位置检测系统以单片微处理器 (MCU) 为核心, 采用光电传感元件将输出轴的旋转运动转换成数字信号, MCU实时采集位置信号, 通过MCU内部软件判断执行机构运行方向, 计算执行机构所处位置, 并将这些信息通过IIC总线通信的方式传送给上方控制系统使用。系统由光电编码器、位置信号检测模块、失电保护模块构成。

3 光电编码器

光电编码器采用光电式脉冲编码技术将旋转位移转变为电脉冲信号, 其结构如图2所示。执行机构输出轴带动传动齿轮旋转, 齿轮带动码盘旋转, 码盘周边有很多均匀间隔的小孔, 光电传感器发出的光因为码盘旋转不断地由小孔通过码盘或被码盘阻挡, 传感器将其转变为高低电平的变化, 从而将执行机构输出轴的旋转位移精确地转换成两路正交的电脉冲信号。

光电传感器选用直射式双光束红外光电传感器件ST257, 它采用非接触测量方式, 由高功率红外光电二极管和高灵敏度光电晶体管组成, 内部双光电晶体管, 光束中心距0.7 mm, 可产生双路正交脉冲信号, 用于检测宽度大于1.3 mm的物体的运动方向及位移, 典型响应时间为5μs, 其内部电路如图3所示。

为保证执行机构位置检测精度符合标准要求, 码盘上均匀分布着45个小孔, 输出轴每转一圈, 码盘转两圈 (齿轮传动比为2) , 产生90个脉冲。由于是双路正交脉冲, 每个周期内有4个电平变化, 因此输出轴每转一圈能产生360个变化, 分辨率达1°。执行机构的最小转圈数为3圈, 即编码器可产生1 080个位置变化, 精度可达千分之一, 随着转圈数的增加精度可逐渐提高。而DL/T6412005《电站阀门电动执行机构》标准对位置精度的要求为±1%, 因此完全能够满足执行机构位置检测的需要。

4 位置信号检测

位置信号检测模块以MCU为核心, 辅以外围控制与检测电路, 完成执行机构运行方向判别、位置检测、位置数据传输等任务。

4.1 位置信号检测电路

MCU选用NXP公司的MCS-51内核的8位单片微处理器LPC922, 其内部集成了Flash存储器、看门狗电路 (Watch Dog) 、复位电路、RC振荡器、IIC总线接口等硬件电路, 其I/O口线可编程, 驱动能力强, 因此省去了大量外围电路, 简化了系统硬件结构, 位置信号检测电路如图4所示。

编码器产生的脉冲信号经74HC14施密特反相器滤波、整形后, 输入MCU的I/O口, 由MCU内软件确定阀门的开关方向和位置变化, 并将检测结果通过IIC总线通信传送给上方控制系统。

4.2 运行方向判断位置检测

编码器输出的两路正交脉冲波形如图5所示, 由图5可知编码器顺时针旋转时脉冲1滞后于脉冲2, 逆时针旋转时脉冲1超前于脉冲2。一个周期内在脉冲1的每一个脉冲跳变时, 在不同旋转方向上两路脉冲的状态有所区别, 据此可判断编码器的旋转方向, 从而确定执行机构的运行方向。

4.3 位置检测

由图5可知, 在一个周期内两路脉冲有4个变化, 每一个脉冲变化表征阀门位置的增加或减小, MCU据此记录阀门位的变化。在MCU中用3个字节数据表征当前位置, 以16进制表示为FFFFFF, 即系统最大可计数16777215 (十进制) 个位置变化。由于执行机构每转可输出360个脉冲变化, 因此系统可完成46603圈的位置检测, 而无须复杂的齿轮传动变速机构, 完全能够满足实际执行机构位置检测的需要。位置信号检测的软件工作框图如图6所示。

4.4 IIC总线通信

MCU将执行机构运行方向与位置变化信息通过IIC总线通信的方式传送给上方控制系统。IIC总线PHILIPS公司推出的芯片间串行数据传输总线, 2根信号线 (SDA数据、SCL时钟) 即可实现全双工同步数据传送, 传输速率最高可达400 Kbit/s。使用时器件直接挂到IIC总线上, 由主器件发出IIC从地址, 即可与相应IIC器件进行数据传输, 而无须介入底层的IIC操作协议。

系统中IIC总线每一帧数据由8字节组成, 包含地址、运行方向和位置变化等信息, 如表1所示。为保证接受的数据正确无误, 对接收的数据均进行CRC校验。CRC域是2个字节, 包含16位的二进制值, 它由发送端MCU计算后加入到数据中, 接收端MCU重新计算收到数据的CRC, 并与接收到的CRC域中的值比较, 如果2个CRC值不相等, 则说明数据传输有错误, 此组数据无效。

5 失电保护

由于电动执行机构具有手动操作机构, 在失电时可以手动操作阀门运行。为保证在失电情况下执行机构的位置检测正常工作, 系统必须具有失电保护电路, 以保证阀门位置不丢失。系统中有一3.7 VDC/1 300 m Ah可充电锂电池, 在执行机构失电时可迅速给位置信号检测模块供电, 保证位置信号检测模块正常工作。此时位置信号检测模块工作于省电模式以降低能耗。为保证电池电能充沛, 在系统有电时MCU定时检测电池电压, 当电池电压低于允许值时, 接通电池充电电路给电池充电, 直至电池充满电, 电池电压检测电路如图7所示。

当定时检测电池电压时间到时, MCU接通三极管VT1, 电池电压Vbat经降压电路和电压跟随器输入MCU的模数转换器 (A/D) , MCU检测电池电压。

当MCU检测到电池电压低于允许值时, MCU控制CN3052芯片工作, 则电池开始充电;当MCU检测到电池电压到达允许值时, MCU关断充电电路中的芯片CN3052, 充电完成, 如此周而复始, 保证电池电能充沛, 电池充电电路如图8所示。

CN3052A是可以对单节锂离子或者锂-聚合物电池进行恒流/恒压充电的芯片, 该器件内部包括功率晶体管, 应用时不需要外部的电流检测电阻和阻流二极管, 因此只需要极少的外围元器件, 其输出电压4.2 V, 精度可达1%, 用户可编程的充电电流可达500 m A, 调整电阻R7可调整充电电流, 使用极为方便。电池电压检测及电池充电软件框图如图9所示。

6 结语

电动执行机构智能数字位置检测系统实现了位置检测的数字化、智能化, 简化了执行机构位置检测系统的结构, 方便了现场调试, 为执行机构控制向数字化与信息化方向发展打下了坚实的基础。

摘要：分析了电动执行机构的位置检测特点和要求, 阐述了一种新型基于光电传感元件与单片微处理器技术的位置检测系统的结构、工作原理与功能, 以及位置信号的输出方式。

关键词：电动执行机构,位置检测,光电传感器,单片微处理器,IIC

参考文献

[1]刘伟军, 龚桂森, 刘今, 陈江华.DL/T641—2005电站阀门电动执行机构[S].北京:中国电力出版社, 2005