阀门知识：电动执行机构(图文)

阀门知识：电动执行机构

电动阀门执行机构控制阀门的开启和关闭。电动阀门执行机构采用电机驱动，提供扭矩来操作阀门，常用于多回转阀门（如闸阀或截止阀）以及球阀、旋塞阀和其他四分之一回转阀门。

当今工业领域中电动阀门执行机构无处不在。它们可用于各种行业和应用，包括水处理和废水处理厂、水力发电、炼油厂、造船和众多加工行业，如化学品、食品和饮料、纸浆和造纸以及制药。对于负责选择和操作这些产品的任何人来说，了解应用所需的电源、控制、反馈、调试、安全、备用电源和故障保护非常重要。

本文将回顾可用于电动阀门的不同类型的控制系统和配置，业内有些人将其称为电动阀门 (MOV)，以及如何做出明智的决定，选择使用哪种类型的执行机构。

电源

电动执行机构必须配备电源。在选择执行机构之前，确定现场可用的电源类型非常重要。

•单相交流电

•三相交流电

•直流电源

这将决定为应用提供的电动执行机构的类型。电源将用于通过一组反向接触器来操作电机，这些接触器要么位于执行机构内，要么在某些情况下置于远程机柜中。

电源必须能够提供电动执行机构操作阀门所需的适当电压和电流。电动执行机构可能需要作为开/关或调节执行机构来操作阀门；确保执行机构按照所需规格制造和供应。

控制

图1 执行机构安装的本地控制装置

（所有照片均由AUMA提供 ）

控制装置负责操作电动执行机构，以便 下一步是确定如何控制执行机构。

主要有两种类型的控件：

●本地控制装置直接安装在执行机构上（见图1）。

●远程控制是远程操作执行机构的系统（见图2）。

图2 远程控制系统

遥控器类型

来自 PLC 或其他系统的谨慎打开和关闭信号最通常用于开/关阀门，也可用于调节服务。这是通过从 PLC 或远程控制站向执行机构发送按钮或开关（先导装置）的开/停/关信号来实现的。控制电源通常为24VDC或110VAC信号。远程控制电源可在现场提供，或者在某些情况下，执行机构配备控制电源变压器 (CPT)，为客户的控制系统提供此电压。

模拟控制信号在调节阀中很常见。模拟控制信号也可以称为定位信号或设定点。大多数模拟控制使用 4～20mA信号，其中4mA 表示完全关闭，20mA表示完全打开。通常不使用0～20mA，因为0mA 可能会被误解为信号丢失。可以通过将 mA 控制信号分别设置为4m 和20mA之间的信号位置来达到阀门在关闭和打开之间的位置。该信号可以从控制室发送，或者在某些情况下，它可能是用于调节流量的阀门上游流量计的输出。

数字总线通信可用于开/关阀或调节阀。数字总线通信也称为现场总线或双线控制，因为控制信号沿着连接在一组执行机构和数字总线控制器之间的电线进行通信。

要使用现场总线通信，首先要确定要使用哪种协议。一些可用的协议包括：

★基金会现场总线

★现场总线

★Modbus RTU（远程终端单元）

★Modbus TCP/IP（传输控制协议/互联网协议）

★HTTP协议

★以太网 IP（互联网协议）

★设备网络

★回网

如果现场通过现场总线进行通信，请确保执行机构可以使用相同的协议。

一些执行机构可以提供通过离散输入和现场总线通信进行操作的选项。

反馈

反馈是从执行机构发送到控制系统的信号，也称为输出信号。

模拟反馈： 执行机构可以提供 4～20mA 信号，为控制系统提供现有阀门位置，如设定点模拟控制信号。可以根据应用设置 4mA或20mA 来指示打开或关闭位置。如果应用需要，一些执行机构还可以以4～20mA 信号的形式提供扭矩反馈，指示执行机构输出扭矩。

离散反馈信号： 许多执行机构都配有状态继电器，可供客户发出执行机构位置、扭矩故障、一般故障、运行指示或中间位置信号。对于非侵入式（在下文调试中定义）执行机构，它们将配有继电器，可根据客户所需的反馈信号要求进行编程。

总线通信反馈： 现场总线监控可通过现场总线信号进行，包括比使用离散反馈所能实现的更多信号。例如，这可以是执行机构的位置或状态、现场总线系统状态，以及许多其他取决于现场总线协议的信号。

图3 视觉位置反馈屏幕

限位/扭矩开关： 这些开关可用作无电压干触点，以提供位置/扭矩反馈状态。

视觉位置反馈： 大多数执行机构都配有物理位置指示器，用于显示阀门和执行机构的位置；这可能是机械刻度盘或屏幕指示的形式。如果阀门执行机构安装在附加变速箱上，通常会配备指针盖以提供视觉位置指示。

图4 视觉机械位置反馈指示器

调试

需要对执行机构进行调试，以确保阀门正常运行并集成到控制系统中。调试要求可能包括验证或设置终端位置、设置扭矩和反馈信号。调试根据提供的执行机构类型进行。

● 侵入式执行机构 ：这些执行机构必须打开盖子，并使用工具来设置执行机构中的限位开关和扭矩开关。

● 非侵入式执行机构 ：这些智能执行机构可以使用本地控件进行编程。还可以使用其他选项（例如蓝牙和笔记本电脑、手机应用程序或其他设备）来执行调试。

图5 动手和/或无线调试

安全

对于电动执行机构来说，客户可以选择不同级别的安全保护措施。

物理安全性： 执行机构可以配备可锁定的先导装置，例如选择开关。此外，还可以提供可锁定的盖子来覆盖本地控件。还可以选择在手轮/分离装置上安装挂锁，用于手动操作阀门。

图6 带锁的执行机构和手轮以及面板盖的替代选项。

（照片来源：AUMA提供）

系统安全：

● 蓝牙 ——可以选择打开/关闭蓝牙、密码保护或完全消除蓝牙。

● 许可信号 — 设置控制系统时，可在执行机构电动操作前向其发出许可信号。这可用于确保阀门不会意外操作。

● 联锁信号 —允许信号由单独的执行机构或设施内的其他设备提供给执行机构。如果打开或关闭阀门需要设施内其他地方定义的状态，则使用此联锁。

备用电源

当现场主电源中断时，备用或应急电源可能很重要。必须决定主电源中断后需要执行机构操作的类型。执行机构是否仍需要正常操作阀门，还是仅将阀门置于安全位置？

这些选项可以在主电源丢失时操作执行机构和/或将执行机构置于安全位置：

UPS（不间断电源） ：如果需要在停电期间让执行机构正常运行的解决方案，UPS 备用电源系统可能是执行机构的一个不错选择。这样，客户就可以在紧急停电时打开或关闭阀门。

DC（直流电源） ：执行机构也有直流电压版本。如果现场有备用直流电压，可在紧急断电期间操作执行机构，则可以使用这些版本。

故障保护

执行机构可能配有一个装置，用于将其置于安全位置。该装置通常使用弹簧或其他技术将执行机构置于定义的安全位置。

最佳实践

— 能量源

确保现场具有足够的功率和电流来操作所提供的执行机构。

将电源线与信号线分开。

— 控制类型

确保提供的执行机构与现场可用的控制装置相匹配。

— 反馈

确保执行机构根据应用提供适当的反馈。

确保您知道谁在提供模拟反馈电源。

— 调试

务必雇用熟悉所提供设备的经过培训的专业人员。

— 安全

跟踪执行机构密码的变化。OEM 可能能够将密码重置为出厂默认设置。

— 备份力量

确保执行机构和备用电源兼容（电压、电流等）

— 故障保护

确保执行机构具有所需的故障安全位置。交付后，故障位置可能无法更改。

电动执行机构在安全、高效地操作阀门方面发挥着重要作用。了解各种元素（如本文讨论的元素）可让用户成功定义、设置和操作基本控制系统。

在工业自动化领域，电动执行机构是一种出色的解决方案，以其卓越的精度、适应性和能源效率而闻名。它们可以精确控制速度、位置和力，在动态操作条件下表现出色，是需要精细控制的应用的理想选择。它们受欢迎程度的飙升归功于它们的按需能源消耗和环保设计，符合寻求跨行业（尤其是工业领域）可持续解决方案的新全球法规。电力的使用为利用太阳能和风能等可再生能源打开了大门。它们的流线型设计和减少的维护要求进一步增加了它们的吸引力，使电动执行机构成为寻求高效、环保和低维护自动化解决方案的主要选择之一。

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