閥門知識：電動執行機構

電動閥門執行機構控制閥門的開啟和關閉。電動閥門執行機構采用電機驅動，提供扭矩來操作閥門，常用于多回轉閥門（如閘閥或截止閥）以及球閥、旋塞閥和其他四分之一回轉閥門。

當今工業領域中電動閥門執行機構無處不在。它們可用于各種行業和應用，包括水處理和廢水處理廠、水力發電、煉油廠、造船和眾多加工行業，如化學品、食品和飲料、紙漿和造紙以及制藥。對于負責選擇和操作這些產品的任何人來說，了解應用所需的電源、控制、反饋、調試、安全、備用電源和故障保護非常重要。

本文將回顧可用于電動閥門的不同類型的控制系統和配置，業內有些人將其稱為電動閥門 (MOV)，以及如何做出明智的決定，選擇使用哪種類型的執行機構。

電源

電動執行機構必須配備電源。在選擇執行機構之前，確定現場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

這將決定為應用提供的電動執行機構的類型。電源將用于通過一組反向接觸器來操作電機，這些接觸器要么位于執行機構內，要么在某些情況下置于遠程機柜中。

電源必須能夠提供電動執行機構操作閥門所需的適當電壓和電流。電動執行機構可能需要作為開/關或調節執行機構來操作閥門；確保執行機構按照所需規格制造和供應。

控制

圖1 執行機構安裝的本地控制裝置

（所有照片均由AUMA提供 ）

控制裝置負責操作電動執行機構，以便 下一步是確定如何控制執行機構。

主要有兩種類型的控件：

●本地控制裝置直接安裝在執行機構上（見圖1）。

●遠程控制是遠程操作執行機構的系統（見圖2）。

圖2 遠程控制系統

遙控器類型

來自 PLC 或其他系統的謹慎打開和關閉信號最通常用于開/關閥門，也可用于調節服務。這是通過從 PLC 或遠程控制站向執行機構發送按鈕或開關（先導裝置）的開/停/關信號來實現的。控制電源通常為24VDC或110VAC信號。遠程控制電源可在現場提供，或者在某些情況下，執行機構配備控制電源變壓器 (CPT)，為客戶的控制系統提供此電壓。

模擬控制信號在調節閥中很常見。模擬控制信號也可以稱為定位信號或設定點。大多數模擬控制使用 4～20mA信號，其中4mA 表示完全關閉，20mA表示完全打開。通常不使用0～20mA，因為0mA 可能會被誤解為信號丟失。可以通過將 mA 控制信號分別設置為4m 和20mA之間的信號位置來達到閥門在關閉和打開之間的位置。該信號可以從控制室發送，或者在某些情況下，它可能是用于調節流量的閥門上游流量計的輸出。

數字總線通信可用于開/關閥或調節閥。數字總線通信也稱為現場總線或雙線控制，因為控制信號沿著連接在一組執行機構和數字總線控制器之間的電線進行通信。

要使用現場總線通信，首先要確定要使用哪種協議。一些可用的協議包括：

★基金會現場總線

★現場總線

★Modbus RTU（遠程終端單元）

★Modbus TCP/IP（傳輸控制協議/互聯網協議）

★HTTP協議

★以太網 IP（互聯網協議）

★設備網絡

★回網

如果現場通過現場總線進行通信，請確保執行機構可以使用相同的協議。

一些執行機構可以提供通過離散輸入和現場總線通信進行操作的選項。

反饋

反饋是從執行機構發送到控制系統的信號，也稱為輸出信號。

模擬反饋： 執行機構可以提供 4～20mA 信號，為控制系統提供現有閥門位置，如設定點模擬控制信號。可以根據應用設置 4mA或20mA 來指示打開或關閉位置。如果應用需要，一些執行機構還可以以4～20mA 信號的形式提供扭矩反饋，指示執行機構輸出扭矩。

離散反饋信號： 許多執行機構都配有狀態繼電器，可供客戶發出執行機構位置、扭矩故障、一般故障、運行指示或中間位置信號。對于非侵入式（在下文調試中定義）執行機構，它們將配有繼電器，可根據客戶所需的反饋信號要求進行編程。

總線通信反饋： 現場總線監控可通過現場總線信號進行，包括比使用離散反饋所能實現的更多信號。例如，這可以是執行機構的位置或狀態、現場總線系統狀態，以及許多其他取決于現場總線協議的信號。

圖3 視覺位置反饋屏幕

限位/扭矩開關： 這些開關可用作無電壓干觸點，以提供位置/扭矩反饋狀態。

視覺位置反饋： 大多數執行機構都配有物理位置指示器，用于顯示閥門和執行機構的位置；這可能是機械刻度盤或屏幕指示的形式。如果閥門執行機構安裝在附加變速箱上，通常會配備指針蓋以提供視覺位置指示。

圖4 視覺機械位置反饋指示器

調試

需要對執行機構進行調試，以確保閥門正常運行并集成到控制系統中。調試要求可能包括驗證或設置終端位置、設置扭矩和反饋信號。調試根據提供的執行機構類型進行。

● 侵入式執行機構 ：這些執行機構必須打開蓋子，并使用工具來設置執行機構中的限位開關和扭矩開關。

● 非侵入式執行機構 ：這些智能執行機構可以使用本地控件進行編程。還可以使用其他選項（例如藍牙和筆記本電腦、手機應用程序或其他設備）來執行調試。

圖5 動手和/或無線調試

安全

對于電動執行機構來說，客戶可以選擇不同級別的安全保護措施。

物理安全性： 執行機構可以配備可鎖定的先導裝置，例如選擇開關。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，用于手動操作閥門。

圖6 帶鎖的執行機構和手輪以及面板蓋的替代選項。

（照片來源：AUMA提供）

系統安全：

● 藍牙 ——可以選擇打開/關閉藍牙、密碼保護或完全消除藍牙。

● 許可信號 — 設置控制系統時，可在執行機構電動操作前向其發出許可信號。這可用于確保閥門不會意外操作。

● 聯鎖信號 —允許信號由單獨的執行機構或設施內的其他設備提供給執行機構。如果打開或關閉閥門需要設施內其他地方定義的狀態，則使用此聯鎖。

備用電源

當現場主電源中斷時，備用或應急電源可能很重要。必須決定主電源中斷后需要執行機構操作的類型。執行機構是否仍需要正常操作閥門，還是僅將閥門置于安全位置？

這些選項可以在主電源丟失時操作執行機構和/或將執行機構置于安全位置：

UPS（不間斷電源） ：如果需要在停電期間讓執行機構正常運行的解決方案，UPS 備用電源系統可能是執行機構的一個不錯選擇。這樣，客戶就可以在緊急停電時打開或關閉閥門。

DC（直流電源） ：執行機構也有直流電壓版本。如果現場有備用直流電壓，可在緊急斷電期間操作執行機構，則可以使用這些版本。

故障保護

執行機構可能配有一個裝置，用于將其置于安全位置。該裝置通常使用彈簧或其他技術將執行機構置于定義的安全位置。

最佳實踐

— 能量源

確保現場具有足夠的功率和電流來操作所提供的執行機構。

將電源線與信號線分開。

— 控制類型

確保提供的執行機構與現場可用的控制裝置相匹配。

— 反饋

確保執行機構根據應用提供適當的反饋。

確保您知道誰在提供模擬反饋電源。

— 調試

務必雇用熟悉所提供設備的經過培訓的專業人員。

— 安全

跟蹤執行機構密碼的變化。OEM 可能能夠將密碼重置為出廠默認設置。

— 備份力量

確保執行機構和備用電源兼容（電壓、電流等）

— 故障保護

確保執行機構具有所需的故障安全位置。交付后，故障位置可能無法更改。

電動執行機構在安全、高效地操作閥門方面發揮著重要作用。了解各種元素（如本文討論的元素）可讓用戶成功定義、設置和操作基本控制系統。

在工業自動化領域，電動執行機構是一種出色的解決方案，以其卓越的精度、適應性和能源效率而聞名。它們可以精確控制速度、位置和力，在動態操作條件下表現出色，是需要精細控制的應用的理想選擇。它們受歡迎程度的飆升歸功于它們的按需能源消耗和環保設計，符合尋求跨行業（尤其是工業領域）可持續解決方案的新全球法規。電力的使用為利用太陽能和風能等可再生能源打開了大門。它們的流線型設計和減少的維護要求進一步增加了它們的吸引力，使電動執行機構成為尋求高效、環保和低維護自動化解決方案的主要選擇之一。