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意大利OMAL歐瑪爾電動執(zhí)行器的常見問題及故障解決
對于執(zhí)行機構(gòu)泛的定義是：一種能提供直線或旋轉(zhuǎn)運動的驅(qū)動裝置，它利用某種驅(qū)動能源并在某種控制信號作用下工作。執(zhí)行機構(gòu)使用液體、氣體、電力或其它能源并通過電機、氣缸或其它裝置將其轉(zhuǎn)化成驅(qū)動作用。其基本類型有部分回轉(zhuǎn)(Part-Turn)、多回轉(zhuǎn)(Multi-Turn)及直行程(Linear)三種驅(qū)動方式。
基本的執(zhí)行機構(gòu)用于把閥門驅(qū)動至全開或全關(guān)的位置。用于控制閥的執(zhí)行機構(gòu)能夠精確的使閥門走到任何位置。盡管大部分執(zhí)行機構(gòu)都是用于開關(guān)閥門，但是如今的執(zhí)行機構(gòu)的設(shè)計遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了簡單的開關(guān)功能，它們包含了位置感應(yīng)裝置，力矩感應(yīng)裝置，電極保護(hù)裝置，邏輯控制裝置，數(shù)字通訊模塊及PID控制模塊等，而這些裝置全部安裝在一個緊湊的外殼內(nèi)。
因為越來越多的工廠采用了自動化控制，人工操作被機械或自動化設(shè)備所替代，人們要求執(zhí)行機構(gòu)能夠起到控制系統(tǒng)與閥門機械運動之間的界面作用，更要求執(zhí)行機構(gòu)增強工作安全性能和環(huán)境保護(hù)性能。在一些危險性的場合，自動化的執(zhí)行機構(gòu)裝置能減少人員的傷害。
某些特殊閥門要求在特殊情況下緊急打開或關(guān)閉，閥門執(zhí)行機構(gòu)能阻止危險進(jìn)一步擴散同時將工廠損失減至最少。對一些高壓大口徑的閥門，所需的執(zhí)行機構(gòu)輸出力矩非常大，這時所需執(zhí)行機構(gòu)必須提高機械效率并使用高輸出的電機，這樣才能平穩(wěn)的操作大口徑閥門。對于一些小扭矩的閥門，精小型的電動閥門也應(yīng)用而生，相比普通型具有重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊，功能齊全等優(yōu)點。
為了成功的實現(xiàn)過程自動化，最重要的是要確保閥門自身能夠滿足過程及管道內(nèi)介質(zhì)的特殊要求。通常生產(chǎn)過程和工藝介質(zhì)能夠決定閥門的種類，閥芯的類型以及閥內(nèi)件和閥門的結(jié)構(gòu)和材料。如圖《精小型》所示。
閥門選擇好后接下來就要考慮自動化的要求即執(zhí)行機構(gòu)的選擇。可以簡單的按兩種基本的閥門操作類型來考慮執(zhí)行機構(gòu)。
旋轉(zhuǎn)式閥門
這類閥門包括：旋塞閥、球閥、蝶閥以及風(fēng)門或擋板。這類閥門需要已要求的力矩進(jìn)行90度旋轉(zhuǎn)操作的執(zhí)行機構(gòu)
多回轉(zhuǎn)閥門
這類閥門可以是非旋轉(zhuǎn)提升式閥桿或旋轉(zhuǎn)非提升式桿，或者說是他們需要多轉(zhuǎn)操作去驅(qū)動閥門到開或關(guān)的位置。這類閥門包括：直通閥（截止閥）、閘閥、刀閘閥等。作為一種選擇，直線輸出的氣動或液動氣缸或薄膜執(zhí)行機構(gòu)也用來驅(qū)動上述閥門。
電動執(zhí)行機構(gòu)的主要優(yōu)點就是高度的穩(wěn)定和用戶可應(yīng)用的恒定的推力，最大執(zhí)行器產(chǎn)生的推力可高達(dá)225000kgf，能達(dá)到這么大推力的只有液動執(zhí)行器，但液動執(zhí)行器造價要比電動高很多。
OMAL電動執(zhí)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(zhì)的不平衡力，達(dá)到對工藝參數(shù)的準(zhǔn)確控制，所以控制精度比氣動執(zhí)行器要高。如果配用伺服放大器，可以很容易地實現(xiàn)正反作用的互換，也可以輕松設(shè)定斷信號閥位狀態(tài)(保持/全開/全關(guān))，而故障時，一定停留在原位，這是氣動執(zhí)行器所作不到，氣動執(zhí)行器必須借助于一套組合保護(hù)系統(tǒng)來實現(xiàn)保位。
電動執(zhí)行機構(gòu)有二種類型，一般分為部分回轉(zhuǎn)電動執(zhí)行機構(gòu)（Part-Turn Electric Valve Actuator)，和多回轉(zhuǎn)電動執(zhí)行機構(gòu)（Multi-Turn Electric Valve Actuator),前者主要控制需要部分回轉(zhuǎn)的閥門 例如：球閥，蝶閥等，后者需要多圈數(shù)旋轉(zhuǎn)的閥門，例如閘閥等。
電力驅(qū)動的多回轉(zhuǎn)式執(zhí)行機構(gòu)是、的執(zhí)行機構(gòu)類型之一。使用單相或三相電動機驅(qū)動齒輪或蝸輪蝸桿最后驅(qū)動閥桿螺母，閥桿螺母使閥桿產(chǎn)生運動使閥門打開或關(guān)閉。多回轉(zhuǎn)式電動執(zhí)行機構(gòu)可以快速驅(qū)動大尺寸閥門。為了保護(hù)閥門不受損壞，安裝在在閥門行程的終點的限位開關(guān)會切斷電機電源，同時當(dāng)安全力矩被超過時，力矩感應(yīng)裝置也會切斷電機電源，位置開關(guān)用于指示閥門的開關(guān)狀態(tài)，安裝離合器裝置的手輪機構(gòu)可在電源故障時手動操作閥門。
這種類型執(zhí)行機構(gòu)的主要優(yōu)點是所有部件都安裝在一個殼體內(nèi)，在這個防水、防塵、防爆的外殼內(nèi)集成了所有基本及優(yōu)良的功能。主要缺點是，當(dāng)電源故障時，閥門只能保持在原位，只有使用備用電源系統(tǒng)，閥門才能實現(xiàn)故障安全位置（故障開或故障關(guān)）。
這種執(zhí)行機構(gòu)類似于電動多回轉(zhuǎn)執(zhí)行機構(gòu)，主要差別是執(zhí)行機構(gòu)最終輸出的是1/4轉(zhuǎn)記90度的運動。新一代電動單回轉(zhuǎn)式執(zhí)行機構(gòu)結(jié)合了大部分多回轉(zhuǎn)執(zhí)行機構(gòu)的復(fù)雜功能，例如：使用非進(jìn)入式用戶友好的操作界面實現(xiàn)參數(shù)設(shè)定與診斷功能。單回轉(zhuǎn)執(zhí)行機構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊可以安裝到小尺寸閥門上，通常輸出力矩可達(dá)800公斤米，另外應(yīng)為所需電源較小，它們可以安裝電池來實現(xiàn)故障安全操作。
選擇一臺合適的閥門執(zhí)行機構(gòu)類型和規(guī)格時必須考慮下列要素：
驅(qū)動能源
的驅(qū)動能源是電源或流體源，如果選擇電源為驅(qū)動能源，對于大尺寸閥門一般選用三相電源，對于小尺寸閥門可選用單相電源。一般電動執(zhí)行機構(gòu)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(xiàn)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(zhì)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(zhí)行機構(gòu)具有各種尺寸以提供輸出力活力矩。
閥門類型
當(dāng)選擇閥門用執(zhí)行機構(gòu)時，必須要知道閥門的種類，這樣才可以選擇正確的執(zhí)行機構(gòu)類型。有些閥門需要多回轉(zhuǎn)驅(qū)動，有些需要單回轉(zhuǎn)驅(qū)動，有些需要往復(fù)式驅(qū)動，它們影響了執(zhí)行機構(gòu)類型的選擇。通常多回轉(zhuǎn)的氣動執(zhí)行機構(gòu)比電動多回轉(zhuǎn)執(zhí)行機構(gòu)價格要貴，但是往復(fù)式直行程輸出的氣動執(zhí)行機構(gòu)價格比電動多回轉(zhuǎn)執(zhí)行機構(gòu)便宜。
力矩大小
對于90度回轉(zhuǎn)的閥門如：球閥、碟閥、旋塞閥，最好通過閥門廠商獲得相應(yīng)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。
對于多回轉(zhuǎn)的閥門情況有所不同，這些閥門可分為：往復(fù)式（提升式）運動-閥桿不旋轉(zhuǎn)、往復(fù)式運動-閥桿旋轉(zhuǎn)、非往復(fù)式-閥桿旋轉(zhuǎn)，必須測量閥桿的直徑，閥桿連接螺紋尺寸已決定執(zhí)行機構(gòu)規(guī)格。
執(zhí)行機構(gòu)選型
一但執(zhí)行機構(gòu)類型和閥門所需驅(qū)動力矩確定了，就可以使用執(zhí)行機構(gòu)廠商提供的數(shù)據(jù)表或選型軟件進(jìn)行選型。有時還需考慮閥門操作的速度和頻率。
流體驅(qū)動的執(zhí)行機構(gòu)可調(diào)節(jié)行程速度，但是三相電源的電動執(zhí)行機構(gòu)只有固定的行程時間。
部分小規(guī)格的直流電動單回轉(zhuǎn)執(zhí)行機構(gòu)可調(diào)節(jié)行程速度。
以MD系列電動執(zhí)行機構(gòu)的整體式比例調(diào)節(jié)型為例。
MD系列電動執(zhí)行機構(gòu)以交流伺服電動機為驅(qū)動裝置的位皿伺服機構(gòu)，由配接的位置定位器PM-2控制板接受調(diào)節(jié)系統(tǒng)的4～20mA直流控制信號與位置發(fā)送器的位置反饋借號進(jìn)行比較，比較后的信號偏差經(jīng)過放大使功率級導(dǎo)通，電動機旋轉(zhuǎn)驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)的輸出件朝著減小這一偏差的方向移動（位置發(fā)送器不斷將輸出件的實際位置轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枴挥答佇盘査椭廖恢露ㄎ黄鳎钡狡钚盘栃∮谠O(shè)定值為止。此時執(zhí)行機構(gòu)的輸出件就穩(wěn)定在與輸人信號相對應(yīng)的位置上。
MD系列角行程調(diào)節(jié)電動執(zhí)行機構(gòu)由動力部件和位置定位器（PM-2控制板）兩大部分組成。其中動力部件主要由電動機、減速器、力矩行程限制器、開關(guān)控制箱、手輪和機械限位裝置以及位置發(fā)送器等組成，其各部分作用簡述如下：
1、電動機
電動機是特種單相或三相交流異步電動機，具有高啟動力矩、低啟動電流和較小的轉(zhuǎn)動慣量，因而有較好的伺服特性。在電動機定子內(nèi)部裝有熱敏開關(guān)（詳見圖3所示）做過熱保護(hù)，當(dāng)電動機出現(xiàn)異常過熱（內(nèi)部溫度超過130℃）時該開關(guān)將控制電動機的電路斷開以保護(hù)電動機和執(zhí)行機構(gòu)，當(dāng)電動機冷卻以后開關(guān)恢復(fù)接通，電路恢復(fù)工作。為了克服慣性惰走，調(diào)節(jié)型電動執(zhí)行機構(gòu)的電動機控制電路均有電制動功能。
2、減速器
角行程執(zhí)行機構(gòu)采用行星減速加蝸輪蝸桿傳動機構(gòu)，既有較高的機械效率，又具有機械自鎖特性。直行程執(zhí)行機構(gòu)的減速器由多轉(zhuǎn)執(zhí)行機構(gòu)減速器配接絲桿螺母傳動裝置組成。
3、力矩行程限制器
它是一個設(shè)置在減速器內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)單元，由過力矩保護(hù)機構(gòu)、行程控制機構(gòu)（電氣限位）、位置傳感器及接線端子等組成。
4、過力矩保護(hù)機構(gòu)
內(nèi)行星齒輪在傳遞力矩時產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)撥動嵌裝在齒輪外圈的擺桿，擺桿的兩端各裝有一個測力壓縮彈贊作為正、反向力矩的傳感元件，當(dāng)輸出力矩超過設(shè)定限制力矩時，內(nèi)齒輪的偏轉(zhuǎn)使擺桿觸動力炬開關(guān)，切斷控制電路使電動機停轉(zhuǎn)。調(diào)整力炬限制彈資的壓縮量即可調(diào)整力炬的限定值。該保護(hù)具有記憶功能，對應(yīng)于接線圖中的電器設(shè)備是力矩開關(guān)LEF、LEO。當(dāng)該保護(hù)動作以后，在排除機械力矩故障后，執(zhí)行機構(gòu)斷電或信號瞬間反向一下即可恢復(fù)（即記憶解除）正常工作。
（1）行程控制機構(gòu)：由凸輪組和微動開關(guān)組成。該凸輪組通過齒輪減速裝殷，與減速器傳動軸相連，通過調(diào)整分別作用于正、反方向微動開關(guān)（即行程限位開關(guān)）的凸輪板的位置可限定執(zhí)行機構(gòu)的行程（行程開關(guān)FCO，F(xiàn)CF）。該電氣限位的范圍在出廠時已經(jīng)調(diào)好，一般情況下請勿隨便調(diào)整，以免損壞機構(gòu)。
（2）位置傳感器：采用高精度、長壽命的導(dǎo)電塑料電位器作為位置傳感元件，它與凸輪組同軸連接，整體式比例調(diào)節(jié)型電動執(zhí)行機構(gòu)位置指示信號，是將電位器隨輸出軸行程變化的電阻值送入PM-2控制板的比較放大電路，并由它送出一個4-20mA的DC電流信號用于指示。
5、開關(guān)控制箱
在開關(guān)控制箱內(nèi)裝有PM電子位置定位器。
6、手輪
在故障狀態(tài)和調(diào)試過程中，可通過轉(zhuǎn)動手輪來實現(xiàn)手動就地操作。
7、機械限位裝置
主要用于故障時以及防止手動操作時超過極限位置保護(hù)。角行程電動執(zhí)行機構(gòu)的機械限位采用內(nèi)置扇形渦輪限位結(jié)構(gòu)，外形體積小，限位可靠；直行程電動執(zhí)行機構(gòu)的機械限位采用內(nèi)置擋塊型限位結(jié)構(gòu)，可十分有效地保護(hù)閥座、閥桿、閥芯。
位置定位器實質(zhì)上是一個將控制信號與位置反饋信號進(jìn)行比較并放大以控制電動機開停和旋轉(zhuǎn)方向的多功能大功率放大板，它與執(zhí)行機構(gòu)的動力部件相連以控制執(zhí)行機構(gòu)按系統(tǒng)規(guī)定的狀態(tài)工作。位置定位器主要由比較、邏輯保護(hù)、放大驅(qū)動及功率放大等電路組成。控制單相電動機的位置定位器功率放大部分主要由光電禍合過零觸發(fā)固態(tài)繼電器（無觸點電子開關(guān)）構(gòu)成。其主體部分示意如圖4所示。需要注意的是“手動一自動"轉(zhuǎn)換開關(guān)，該開關(guān)的作用是在沒有外加信號時，與手動調(diào)整電位器P1配合使用，以便觀察或調(diào)試執(zhí)行機構(gòu)。用后一定要將其撥回“自動"位世，以免影響投人系統(tǒng)自動控制。
