执行器的定义及控制

执行器是自动控制系统中的执行机构和控制阀组合体。它在自动化控制系统中的作用是接受来自调节器或计算机(DCS、PLC等)发出的信号,以其在工艺管路的位置和特性,调节工艺介质的流量,从而将被控自动化仪表在生产过程所要求的范围内。

执行器的定义及控制

对于执行机构最广泛的定义是:一种能提供直线或旋转运动的驱动装置,一种能提供直线或旋转运动的驱动装置,它利用某种驱动能源并在某种控制信号作用下工作它利用某种驱动能源并在某种控制信号作用下工作。执行机构使用液体、气体、电力或其它能源并通过电机、气缸或其它装置将其转化成驱动作用。其基本类型有部分回转(Part-Turn)、多回转,及直行程(Linear)三种驱动方式。

 

基本的执行机构用于把阀门驱动至全开或全关的位置。用于控制阀的执行机构能够精确的使阀门走到任何位置。尽管大部分执行机构都是用于开关阀门,但是如今的执行机构的设计远远超出了简单的开关功能,它们包含了位置感应装置,力矩感应装置,电极保护装置,逻辑控制装置,数字通讯模块及PID控制模块等,而这些装置全部安装在一个紧凑的外壳内。

因为越来越多的工厂采用了自动化控制,人工操作被机械或自动化设备所替代,人们要求执行机构能够起到控制系统与阀门机械运动之间的界面作用,更要求执行机构增强工作安全性能和环境保护性能。在一些危险性的场合,自动化的执行机构装置能减少人员的上海。

某些特殊阀门要求在特殊情况下紧急打开或关闭,阀门执行机构能阻止危险进一步扩散同时将工厂损失减至最少。对一些高压大口径的阀门,所需的执行机构输出力矩非常大,这时所需执行机构必须提高机械效率并使用高输出的电机,这样才能平稳的操作大口径阀门。对于一些小扭矩的阀门,精小型的电动阀门也应用而生,相比普通型具有重量轻,结构紧凑,功能齐全等优

电动执行机构的主要优点就是高度的稳定和用户可应用的恒定的推力,最大执行器产生的推力可高达225000kgf,能达到这么大推力的只有液动执行器,但液动执行器造价要比电动高很多。

电动执行器的抗偏离能力是很好的,输出的推力或力矩基本上是恒定的,可以很好的克服介质的不平衡力,达到对工艺参数的准确控制,所以控制精度比气动执行器要高。如果配用伺服放大器,可以很容易地实现正反作用的互换,也可以轻松设定断信号阀位状态(保持/全开/全关),而故障时,一定停留在原位,这是气动执行器所作不到,气动执行器必须借助于一套组合保护系统来实现保位  。

电动执行机构有二种类型,一般分为部分回转电动执行机构,和多回转电动执行机构,,前者主要控制需要部分回转的阀门 例如:球阀,蝶阀等,后者需要多圈数旋转的阀门,例如闸阀等。

电力驱动的多回转式执行机构是最常用、最可靠的执行机构类型之一。使用单相或三相电动机驱动齿轮或蜗轮蜗杆最后驱动阀杆螺母,阀杆螺母使阀杆产生运动使阀门打开或关闭。多回转式电动执行机构可以快速驱动大尺寸阀门。为了保护阀门不受损坏,安装在在阀门行程的终点的限位开关会切断电机电源,同时当安全力矩被超过时,力矩感应装置也会切断电机电源,位置开关用于指示阀门的开关状态,安装离合器装置的手轮机构可在电源故障时手动操作阀门。

这种类型执行机构的主要优点是所有部件都安装在一个壳体内,在这个防水、防尘、防爆的外壳内集成了所有基本及先进的功能。主要缺点是,当电源故障时,阀门只能保持在原位,只有使用备用电源系统,阀门才能实现故障安全位置(故障开或故障关)。

这种执行机构类似于电动多回转执行机构,主要差别是执行机构最终输出的是1/4转记90度的运动。新一代电动单回转式执行机构结合了大部分多回转执行机构的复杂功能,例如:使用非进入式用户友好的操作界面实现参数设定与诊断功能。单回转执行机构结构紧凑可以安装到小尺寸阀门上,通常输出力矩可达800公斤米,另外应为所需电源较小,它们可以安装电池来实现故障安全操作。

选择要素

选择一台合适的阀门执行机构类型和规格时必须考虑下列要素:

驱动能源

最常用的驱动能源是电源或流体源,如果选择电源为驱动能源,对于大尺寸阀门一般选用三相电源,对于小尺寸阀门可选用单相电源。一般电动执行机构可有多种电源类型供选择。

有时也可选直流供电,此时可通过安装电池实现电源故障安全操作。流体源种类很多,首先可以是不同的介质如:压缩空气、氮气、天然气、液压流体等,其次它们可以具备各种压力,第三执行机构具有各种尺寸以提供输出力活力矩。

 

自动控制阀

自动控制阀最大的好处是可以远距离的操作阀门,这就意味着操作人员可以坐在控制室控制生产过程而不需要亲临现场去人工操作阀门的开和关。人们只需铺设一些管线连接控制室和执行机构,驱动能源通过管线直接激励电动或气动执行机构,通常用的4-20mA信号来反馈阀门的位置。

 

执行器是自动控制系统中必不可少的一个重要组成部分。它的作用是接受控制器送来的控制信号,改变被控介质的大小,从而将被控变量维持在所要求的数值上或一定的范围内

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