閥門知識(shí)：電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)(圖文)

閥門知識(shí)：電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)

電動(dòng)閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制閥門的開啟和關(guān)閉。電動(dòng)閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，提供扭矩來操作閥門，常用于多回轉(zhuǎn)閥門（如閘閥或截止閥）以及球閥、旋塞閥和其他四分之一回轉(zhuǎn)閥門。

當(dāng)今工業(yè)領(lǐng)域中電動(dòng)閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)無處不在。它們可用于各種行業(yè)和應(yīng)用，包括水處理和廢水處理廠、水力發(fā)電、煉油廠、造船和眾多加工行業(yè)，如化學(xué)品、食品和飲料、紙漿和造紙以及制藥。對(duì)于負(fù)責(zé)選擇和操作這些產(chǎn)品的任何人來說，了解應(yīng)用所需的電源、控制、反饋、調(diào)試、安全、備用電源和故障保護(hù)非常重要。

本文將回顧可用于電動(dòng)閥門的不同類型的控制系統(tǒng)和配置，業(yè)內(nèi)有些人將其稱為電動(dòng)閥門 (MOV)，以及如何做出明智的決定，選擇使用哪種類型的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

電源

電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)必須配備電源。在選擇執(zhí)行機(jī)構(gòu)之前，確定現(xiàn)場(chǎng)可用的電源類型非常重要。

•單相交流電

•三相交流電

•直流電源

這將決定為應(yīng)用提供的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的類型。電源將用于通過一組反向接觸器來操作電機(jī)，這些接觸器要么位于執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)，要么在某些情況下置于遠(yuǎn)程機(jī)柜中。

電源必須能夠提供電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)操作閥門所需的適當(dāng)電壓和電流。電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)可能需要作為開/關(guān)或調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)來操作閥門；確保執(zhí)行機(jī)構(gòu)按照所需規(guī)格制造和供應(yīng)。

控制

圖1 執(zhí)行機(jī)構(gòu)安裝的本地控制裝置

（所有照片均由AUMA提供 ）

控制裝置負(fù)責(zé)操作電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以便 下一步是確定如何控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

主要有兩種類型的控件：

●本地控制裝置直接安裝在執(zhí)行機(jī)構(gòu)上（見圖1）。

●遠(yuǎn)程控制是遠(yuǎn)程操作執(zhí)行機(jī)構(gòu)的系統(tǒng)（見圖2）。

圖2 遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)

遙控器類型

來自 PLC 或其他系統(tǒng)的謹(jǐn)慎打開和關(guān)閉信號(hào)最通常用于開/關(guān)閥門，也可用于調(diào)節(jié)服務(wù)。這是通過從 PLC 或遠(yuǎn)程控制站向執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)送按鈕或開關(guān)（先導(dǎo)裝置）的開/停/關(guān)信號(hào)來實(shí)現(xiàn)的。控制電源通常為24VDC或110VAC信號(hào)。遠(yuǎn)程控制電源可在現(xiàn)場(chǎng)提供，或者在某些情況下，執(zhí)行機(jī)構(gòu)配備控制電源變壓器 (CPT)，為客戶的控制系統(tǒng)提供此電壓。

模擬控制信號(hào)在調(diào)節(jié)閥中很常見。模擬控制信號(hào)也可以稱為定位信號(hào)或設(shè)定點(diǎn)。大多數(shù)模擬控制使用 4～20mA信號(hào)，其中4mA 表示完全關(guān)閉，20mA表示完全打開。通常不使用0～20mA，因?yàn)?mA 可能會(huì)被誤解為信號(hào)丟失。可以通過將 mA 控制信號(hào)分別設(shè)置為4m 和20mA之間的信號(hào)位置來達(dá)到閥門在關(guān)閉和打開之間的位置。該信號(hào)可以從控制室發(fā)送，或者在某些情況下，它可能是用于調(diào)節(jié)流量的閥門上游流量計(jì)的輸出。

數(shù)字總線通信可用于開/關(guān)閥或調(diào)節(jié)閥。數(shù)字總線通信也稱為現(xiàn)場(chǎng)總線或雙線控制，因?yàn)榭刂菩盘?hào)沿著連接在一組執(zhí)行機(jī)構(gòu)和數(shù)字總線控制器之間的電線進(jìn)行通信。

要使用現(xiàn)場(chǎng)總線通信，首先要確定要使用哪種協(xié)議。一些可用的協(xié)議包括：

★基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線

★現(xiàn)場(chǎng)總線

★Modbus RTU（遠(yuǎn)程終端單元）

★Modbus TCP/IP（傳輸控制協(xié)議/互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議）

★HTTP協(xié)議

★以太網(wǎng) IP（互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議）

★設(shè)備網(wǎng)絡(luò)

★回網(wǎng)

如果現(xiàn)場(chǎng)通過現(xiàn)場(chǎng)總線進(jìn)行通信，請(qǐng)確保執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以使用相同的協(xié)議。

一些執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以提供通過離散輸入和現(xiàn)場(chǎng)總線通信進(jìn)行操作的選項(xiàng)。

反饋

反饋是從執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)送到控制系統(tǒng)的信號(hào)，也稱為輸出信號(hào)。

模擬反饋： 執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以提供 4～20mA 信號(hào)，為控制系統(tǒng)提供現(xiàn)有閥門位置，如設(shè)定點(diǎn)模擬控制信號(hào)。可以根據(jù)應(yīng)用設(shè)置 4mA或20mA 來指示打開或關(guān)閉位置。如果應(yīng)用需要，一些執(zhí)行機(jī)構(gòu)還可以以4～20mA 信號(hào)的形式提供扭矩反饋，指示執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出扭矩。

離散反饋信號(hào)： 許多執(zhí)行機(jī)構(gòu)都配有狀態(tài)繼電器，可供客戶發(fā)出執(zhí)行機(jī)構(gòu)位置、扭矩故障、一般故障、運(yùn)行指示或中間位置信號(hào)。對(duì)于非侵入式（在下文調(diào)試中定義）執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它們將配有繼電器，可根據(jù)客戶所需的反饋信號(hào)要求進(jìn)行編程。

總線通信反饋： 現(xiàn)場(chǎng)總線監(jiān)控可通過現(xiàn)場(chǎng)總線信號(hào)進(jìn)行，包括比使用離散反饋所能實(shí)現(xiàn)的更多信號(hào)。例如，這可以是執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置或狀態(tài)、現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)狀態(tài)，以及許多其他取決于現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議的信號(hào)。

圖3 視覺位置反饋屏幕

限位/扭矩開關(guān)： 這些開關(guān)可用作無電壓干觸點(diǎn)，以提供位置/扭矩反饋狀態(tài)。

視覺位置反饋： 大多數(shù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)都配有物理位置指示器，用于顯示閥門和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置；這可能是機(jī)械刻度盤或屏幕指示的形式。如果閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)安裝在附加變速箱上，通常會(huì)配備指針蓋以提供視覺位置指示。

圖4 視覺機(jī)械位置反饋指示器

調(diào)試

需要對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)試，以確保閥門正常運(yùn)行并集成到控制系統(tǒng)中。調(diào)試要求可能包括驗(yàn)證或設(shè)置終端位置、設(shè)置扭矩和反饋信號(hào)。調(diào)試根據(jù)提供的執(zhí)行機(jī)構(gòu)類型進(jìn)行。

● 侵入式執(zhí)行機(jī)構(gòu) ：這些執(zhí)行機(jī)構(gòu)必須打開蓋子，并使用工具來設(shè)置執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的限位開關(guān)和扭矩開關(guān)。

● 非侵入式執(zhí)行機(jī)構(gòu) ：這些智能執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以使用本地控件進(jìn)行編程。還可以使用其他選項(xiàng)（例如藍(lán)牙和筆記本電腦、手機(jī)應(yīng)用程序或其他設(shè)備）來執(zhí)行調(diào)試。

圖5 動(dòng)手和/或無線調(diào)試

安全

對(duì)于電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)來說，客戶可以選擇不同級(jí)別的安全保護(hù)措施。

物理安全性： 執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以配備可鎖定的先導(dǎo)裝置，例如選擇開關(guān)。此外，還可以提供可鎖定的蓋子來覆蓋本地控件。還可以選擇在手輪/分離裝置上安裝掛鎖，用于手動(dòng)操作閥門。

圖6 帶鎖的執(zhí)行機(jī)構(gòu)和手輪以及面板蓋的替代選項(xiàng)。

（照片來源：AUMA提供）

系統(tǒng)安全：

● 藍(lán)牙 ——可以選擇打開/關(guān)閉藍(lán)牙、密碼保護(hù)或完全消除藍(lán)牙。

● 許可信號(hào) — 設(shè)置控制系統(tǒng)時(shí)，可在執(zhí)行機(jī)構(gòu)電動(dòng)操作前向其發(fā)出許可信號(hào)。這可用于確保閥門不會(huì)意外操作。

● 聯(lián)鎖信號(hào) —允許信號(hào)由單獨(dú)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)或設(shè)施內(nèi)的其他設(shè)備提供給執(zhí)行機(jī)構(gòu)。如果打開或關(guān)閉閥門需要設(shè)施內(nèi)其他地方定義的狀態(tài)，則使用此聯(lián)鎖。

備用電源

當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)主電源中斷時(shí)，備用或應(yīng)急電源可能很重要。必須決定主電源中斷后需要執(zhí)行機(jī)構(gòu)操作的類型。執(zhí)行機(jī)構(gòu)是否仍需要正常操作閥門，還是僅將閥門置于安全位置？

這些選項(xiàng)可以在主電源丟失時(shí)操作執(zhí)行機(jī)構(gòu)和/或?qū)?zhí)行機(jī)構(gòu)置于安全位置：

UPS（不間斷電源） ：如果需要在停電期間讓執(zhí)行機(jī)構(gòu)正常運(yùn)行的解決方案，UPS 備用電源系統(tǒng)可能是執(zhí)行機(jī)構(gòu)的一個(gè)不錯(cuò)選擇。這樣，客戶就可以在緊急停電時(shí)打開或關(guān)閉閥門。

DC（直流電源） ：執(zhí)行機(jī)構(gòu)也有直流電壓版本。如果現(xiàn)場(chǎng)有備用直流電壓，可在緊急斷電期間操作執(zhí)行機(jī)構(gòu)，則可以使用這些版本。

故障保護(hù)

執(zhí)行機(jī)構(gòu)可能配有一個(gè)裝置，用于將其置于安全位置。該裝置通常使用彈簧或其他技術(shù)將執(zhí)行機(jī)構(gòu)置于定義的安全位置。

最佳實(shí)踐

— 能量源

確保現(xiàn)場(chǎng)具有足夠的功率和電流來操作所提供的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

將電源線與信號(hào)線分開。

— 控制類型

確保提供的執(zhí)行機(jī)構(gòu)與現(xiàn)場(chǎng)可用的控制裝置相匹配。

— 反饋

確保執(zhí)行機(jī)構(gòu)根據(jù)應(yīng)用提供適當(dāng)?shù)姆答仭?

確保您知道誰(shuí)在提供模擬反饋電源。

— 調(diào)試

務(wù)必雇用熟悉所提供設(shè)備的經(jīng)過培訓(xùn)的專業(yè)人員。

— 安全

跟蹤執(zhí)行機(jī)構(gòu)密碼的變化。OEM 可能能夠?qū)⒚艽a重置為出廠默認(rèn)設(shè)置。

— 備份力量

確保執(zhí)行機(jī)構(gòu)和備用電源兼容（電壓、電流等）

— 故障保護(hù)

確保執(zhí)行機(jī)構(gòu)具有所需的故障安全位置。交付后，故障位置可能無法更改。

電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)在安全、高效地操作閥門方面發(fā)揮著重要作用。了解各種元素（如本文討論的元素）可讓用戶成功定義、設(shè)置和操作基本控制系統(tǒng)。

在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是一種出色的解決方案，以其卓越的精度、適應(yīng)性和能源效率而聞名。它們可以精確控制速度、位置和力，在動(dòng)態(tài)操作條件下表現(xiàn)出色，是需要精細(xì)控制的應(yīng)用的理想選擇。它們受歡迎程度的飆升歸功于它們的按需能源消耗和環(huán)保設(shè)計(jì)，符合尋求跨行業(yè)（尤其是工業(yè)領(lǐng)域）可持續(xù)解決方案的新全球法規(guī)。電力的使用為利用太陽(yáng)能和風(fēng)能等可再生能源打開了大門。它們的流線型設(shè)計(jì)和減少的維護(hù)要求進(jìn)一步增加了它們的吸引力，使電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)成為尋求高效、環(huán)保和低維護(hù)自動(dòng)化解決方案的主要選擇之一。