组态型智能变频电动执行器、调节阀产品特点

  组态型智能变频电动执行器、调节阀产品特点

  电动执行器、调节阀要实现高质量和高精度的控制，首先对控制信号微小变化反应灵敏;实现动态响应好，执行机构运行速度必须和控制信号幅度成比例;要克服系统静差，执行机构只有以低速运行通过极强的微调作用才能修正给定值微小偏差。显然，不具有变速功能的执行器是难以满足上述要求的。

  组态型智能变频执行器是利用数字化变频、单片机技术，改造目前现有的执行器使之具有智能化、变速运行、动态响应好、调节定位精度高、稳定性好、故障率低、寿命长及应用场合更加广泛的特点。

  组态型智能变频执行器与各种阀体配合，可以构成各类组态型智能变频电动调节阀(下称变频阀)。这类变频阀在调节过程中，阀芯其运行速度是变化的，在输入信号和阀位反馈信号偏差较大时，比普通电动调节阀快，加速调节作用。但随着输入信号和阀位反馈信号偏差减小，阀电机速度会变慢，阀芯的运动速度也会随之下降。越接近平衡点阀电机速度会越慢。在平衡点附近阀门会一点点打开或关闭，具有极强的微调作用，其结果是大大提高了阀门的控制精度。

  (一)主要特点：

  1. 采用外接模拟信号来控制速度可以获得理想调节效果

  变频阀通过内置智能化控制模块向变频器提供的模拟速度信号控制，再通过变频器控制伺服电机以不同的速度运行。变频阀借助这一速度控制信号，会以较低的速度在设定值附近启、闭阀门可有效防止管道内压力的剧烈波动。若干扰使被调参数与设定值偏离较大时，变频阀将以极快的速度操作阀门克服干扰并可逐渐避免空穴作用造成的危险即可保护管道和阀门免受过压和磨损。

  2. 采用三相电交流异步机，功率大、可靠性强

  由于变频变速的需要，智能型变频阀将伺服电机由单相可逆交流电机改为三相交流电机。因为，三相交流异步电机是价格性能比最高的一种电力拖动设备，交流三相电动机由于不存在换向片和换相包结构简单、工作可靠，在目前装机容量上占有绝对优势。因此智能型变频阀采用三相电交流异步机输出功率加大，可靠性提高。

  3. 数字式伺服放大器--智能控制器控制精度高

  以单片机为核心的数字式伺服放大器具有0.5%以上灵敏度，微小偏差都可以使智能型变频阀工作。数字式伺服放大器内有可逆动作时间控制，变频阀不会因灵敏度高产生震荡，圆满解决灵敏度和稳定度相矛盾的问题。

  4. 变频阀最快动作速度可以针对不同对象可以设定

  变频阀通过设定最高工作频率实现最快动作速度设定，以满足不同控制对象的需要。

  5. 采用智能控制器来进行控制实现控制过程最优化减少电机起停次数，减少阀门磨损

  内置智能控制模块是一种自适应多功能控制器。即：动作过程始终随控制信号和阀位反馈信号偏差自适应调整。这可确保以最小的启停次数来实现最高的控制精度，从而实现控制过程最优化，并因起停次数的减少而减少阀门的磨损。另外，正反向动作间隔时间设定可有效避免干扰信号对阀造成的不必要的震荡。

  6. “柔性软启动”和“电制动”在确保最大力矩的同时可避免对阀门的冲撞

  以最大力矩的低速度渐进调整阀门开度，并柔性软起动使起动电流大大减少。即使频繁起动次数很多的流量、压力系统也不会烧毁电机。这就是变频柔性软启动、软关闭的特色。这一传统执行器难以实现的功能，因内置一体化变频器的采用而得以实现。在接近设定或极限位置时，变频器自动调整电机供电的频率和电压，降低电机转速，以最低速度慢慢到达位置。避免因惯性对阀门造成的过调和冲撞而施加电制动功能，使执行机构的输出力矩永远都不会超过事先设定的关断力矩。

  7. 改善阀门的线性特性，使用较为简单的阀门，完成复杂的控制

  对于复杂的控制过程，总是希望阀门的开度与介质的流速成比例。根据阀门的特性，

  内置智能控制模块自动调整全行程过程中的运行速度，将全行程运行时间分为10档。每一档都以不同的速度运行。通过参数设定来完成设置。这一功能被称为“行程—速度特性”，主要被用来改善阀门线性特性。

  同时还具备改善阀门的流量特性，内置智能控制模块通过参数设定可实行线性、等

  比、近似快开流量特性之间的转换。

  8. 始终掌握阀门的状态

  阀门长期的磨损、物料淤积和锈蚀会造成阀门运转不够灵活，内置智能控制模块内

  含自诊断、自累加功能，自动提升下限频率提高电机输出功率，解决阀门运转不够灵活问题。

  9. 应用软件性能丰富可靠

  软件系统针对执行器和调节阀各种应用场合的要求开发。其中包括，按偏差大小变速调节;阀门上、下限限位保护;输入信号标准化4~20mA，1~5V;位置反馈信号标准化;断线保护;作用方式现场任意设定;分程调节;串级副环调节;联锁控制;断相、过热、过力矩、阀卡等多重保护;大流通能力、高差压、流量特性转换;阀芯运动动态过程调整、看门狗、掉电保护等多项功能。

  (二)、变频阀的开环特性：

  变频执行器的开环特性如下图所示：

  输入特性：阶跃信号 输出特性

  由图看出，曲线①变频执行器动作开始有一缓慢过程，这是软启动过程，为降低起动电流而设。然后以高速向L'靠近，这时曲线①斜率要比曲线②和曲线③要大得多。随着向L'靠近曲线①斜率开始变小，速度下降。越接近L'速度越慢。进入不灵敏区后，电制动使阀停在L'处。通过和普通电动调节阀②、气动调节阀③对比，变频阀的开环特性将明显好于普通电动调节阀和气动调节阀开环特性，因此调节效果会明显提高。

  (三)、变频阀主要技术性能：

  1、 工作电源： 220V~±10%，50Hz±2% 或380V~±10%，50Hz±2%;

  2、 控制信号： 4~20mA或1~5V;位置反馈信号：4~20 mA

  故障反馈信号：开关信号 1A 220V AC ;

  3、 控制精度±1.0% ;

  4、 不灵敏区控制±0.5% ~ 20%，可以设定;

  5、 可在线修改流量特性;

  6、 伺服电机软起动功能：启动电流〈1.5倍额定电流，软起动时间1~100S;

  7、 调速范围：0.2~1.5倍;

  8、 具有输入信号断线或外部故障保护功能;

  9、 控制信号范围任意设定，作用方式任意设定;方便实现分程调节;

  10、上限和下限限幅功能、力矩保护和告警功能。具有伺服电机、过载、断相、短路，各种保护;

  11、与一次传感器、变送器配套，可方便构成闭环负反馈自动调节系统;

  12、具有手动旋柄，即使电动部分故障，仍能工作;

  13、结构有一体化整体式(控制器、变频器在阀内)和挂墙分体式(控制器、变频器与阀分开安装);

  14、具有通讯之功能，通过RS485口，可以和上位机，网络控制器联网工作;

  15、防爆等级：ExdΠBT4;

  16、环境温度：-25~+50℃;(低于-100C增加电热器)相对湿度：≤95%。

  (四)、变频阀结构特点：

  变频阀为机电一体化结构，调节、运算、伺服、变频为一体，结构简单，性能可靠。总体由电动机、减速器、力矩行程限制器、变频控制箱、手轮和电气限位装置、位置发送器组成。

  电动机

  电动机是结构简单、可靠性强的三相交流异步电动机。在电动机定子内部装有热敏开关作过热保护。当电动机出现异常过热时该开关将控制电动机的电路断开以保护电动机和执行机构为了克服惯性惰走，变频控制电路设有电制动功能。

  减速器

  减速器是输出级为传统的蜗轮蜗杆传动机构。减速器内有力矩行程限制器标准保护单元 。当输出力矩超过设定限制力矩时，力矩行程开关切断电机控制电路使电动机停转。

  变频控制器箱

  电机变频控制器箱由智能化控制模块和变频器构成，它是核心控制部件。

  位置传感器行程限制机构

  位置传感组件采用高精度、长寿命的导电塑料电位器，它与行程限制机构凸轮组同轴连接。变频阀位置反馈信号是将导电塑料电位器随输出行程变化的电阻值送入位置反馈变换电路，并由它送出一个与执行器位置相对应的具有恒流特性的4~20mA DC电流信号用于反馈或显示。行程限制机构由凸轮组和微动开关组成。该凸轮组通过齿轮减速装置与减速器传动轴相连，通过调整分别作用于正、反方向微动开关的凸轮板的位置可限定执行机构的行程。实现上、下限执行器位电气限位保护功能。

  (五)组态型智能变频电动执行器、调节阀是今后应用发展的方向

  1. 电动执行器采用变频器控制将是今后发展方向：

  电动执行器的动力部分实际上是由一个可逆交流电机和机械减速器构成。用三相交流异步电机取代单相可逆电机，利用变频器控制三相交流电机软起、软停、倒相(正、反转)、调速、电子保护、电制动都十分方便。三相电机取代单相电机，不但电机输出功率(相同体积)大大增加，电机损耗、电机运行可靠性，都是单相可逆电机无法比拟的。单相可逆电机利用电容配合起动，起动转矩小，起动电流大(7倍)。若控制一些时间常数小的参数，例如流量、压力、锅炉液位等时，执行器、调节阀会动作频繁。极易造成电机、减速器、制动装置的损坏。采用变频控制后，电机“软起、软停”，不存在起动过程对执行器的撞击，起动电流仅为1倍节电显著。在电气传动领域，交流三相电机已普遍采用变频控制技术。因此，电动执行器采用三相电机拖动并实施变频器控制将是今后发展方向。

  2. 变频器的大量应用，为电动执行器、调节阀变频化创造了条件：

  目前普遍认为变频器的造价高，但实际上由于交流电机大量采用变频控制，现在变频器的价格已成倍的下降。这就为电动执行器更新换代提供了良好的外部环境。再者从维修、配件等长远方面考虑，采用变频控制的电动执行器是经济划算的选择。

  3. 组态智能化使电动执行器、调节阀应用更加得心应手

  利用单片机技术实现的软件化组态电动执行器，使许多本应由电动执行硬件改变来实现的功能通过软件来实现，大大方便了用户，深得用户的喜爱。尤其在一些不确定因素较多的场合，应用组态型智能化变频电动执行器、调节阀，更加显示出它们的优越性。下面将通过有关的文章进一步简述了这类执行器、调节阀的特点。我们相信，不久的将来在过程自动化领域里，组态型智能化变频电动执行器、调节阀应用会越来越广泛。

  智能变频电动执行器、调节阀软件特点及主要性能分析

  智能变频电动执行器、调节阀的工作软件由控制软件程序和参数设定软件程序构成。控制软件除满足自动化系统对执行器的要求外，还增加了有关调节阀控制需要的程序。参数设定程序包括20个组态和运行功能参数设定。参数设定结束，永久保留，与掉电无关。

  软件实现的控制内容包括：

  1：位置反馈信号FV校正：自动校正位置反馈电流零点、满点值。手动执行器输出杆至零点、满点，按确认键，系统会将此时机械位置零点、满点值作为反馈电流信号4 mA值、20mA值输入系统内。

  2：执行器上下限设定：当上下限值设定后，执行器会在下限值以上，上限值以下跟踪CV(输入值)值的变化。若CV值小于下限设定值，则执行器会停留在下限值位置上，不再跟踪CV值的变化。同样控制信号再超过上限值，执行器也会停留上限设定值，不再跟踪CV变化。执行器上下限设定，非常适于工艺过程负荷经常增减变化或要求调节阀留有一定开度的场合。通过设定上、下限值来减少过调量。若工艺对执行器无此要求，03、04参数可分别设定在机械零点和满点处，实现电气安全保护。

  3：小信号状态设定保护：该参数设置是防止因调节系统故障，引发联锁事故而设。当控制信号CV出现断线或低于某一值(可根据工艺要求来确定)让执行器位处于下限(全关)、上限(全开)和保持三种状态。信号保护值设定范围为0~4mA。

  4：作用方式设定：智能变频电动执行器正、反作用，智能变频电动调节阀的电开、电闭作用方式，通过参数设定来变更，同时位置反馈电流变化方向也可以设定。

  5：开度(流量)特性设定：此参数是为调节阀现场修改流量特性而设计。设计了三种曲线分别为等比、近似快开、线性，三种曲线之间任意变换，变换精度为1%。

  6：不灵敏区设定：不灵敏区最小设定为0.5%。设定范围5%，若调节系统存在一定的振荡成分为减少对执行器工作的影响，执行器的不灵敏区可适当调大。

  7：放大倍数：针对不同控制对象，调节阀其放大倍数也存在差异。可通过调整放大倍数，找寻出一个合理的跟踪速度。放大倍数范围为0~10倍。

  8：最低、最高跟踪速度设定：最低跟踪速度是设定执行器电机克服执行器工作不平衡力所需的最低转数。最高跟踪速度根据对象特性差异选取。实际应用时，由于对象时间常数差异，通过设定执行器最高工作速度和放大倍数两个参数可以得到不同的工作速度。如图所示：

  因K1>K2>K3，到达L’的响应和跟踪时间对应K1曲线最短为t1，K2曲线其次，K3曲线最长。显然，通过调整放大倍数和最高工作速度，可以方便改变变频阀行程时间，满足不同时间常数系统需要。

  9：自动提速功能(自累加)：由于变频阀长时间工作，会出现阀杆滞动、阀生锈或因填料干枯、填料压盖过紧，造成原设定的最低转速产生的动力，不能驱动阀门工作情形。为了解决这一问题，系统设计了自提速输出累加功能。当判断执行器位置反馈信号FV在一定时间未向控制信号靠拢，便会自动提高变频器输出频率，即提高执行器电机转速增加执行器推力。

  10：两次作用间隔时间：由于测量信号的波动，会造成执行器不必要的频繁动作。设定两次作用的间隔时间，可有效解决这个问题。该时间设定范围为0.1~10 S(秒)。

  11：正、反转时间间隔：此参数是避免变频阀运动惯性造成变频阀频繁正、反转动作而影响调节系统稳定而设计。此时间设定范围为0.1~10 S(秒)。例如锅炉给水调节阀正、反转动作设定2秒，调节效果明显改善。

  12：执行器位置反馈FV输出方向设定：当控制信号CV变化4~20mA。FV位置反馈信号可以是正向4~20mA，也可以是反向20~4mA。

  13：控制信号CV上下限设定：对应变频阀机械零点、满点，所需CV值。控制信号CV上、下限设定是变频阀工作在分程调节时而需要设定的参数。例如分程调节时第一台变频阀工作在4~12 mA;第二台工作在12~20mA。第一台变频阀下限参数设 4 mA，上限参数设12.1 mA;第二台变频阀12mA，上限参数设20mA即可。

  程序中的组态参数设定有：输入信号范围设定、动作方向、上、下限限幅、小信号保护点会按设定、小信号保护动作方式、最高运行速度、最低运行速度、流量特性设定、数值通讯开关设定、数值通讯为号设定、为值反馈输出方向设定。程序中的运行参数有：零点、满点设定、死区设定、两次动作时间设定、正反转时间间隔设定、自累加速度设定、放大倍数设定。智能型变频电动执行器、调节阀只有按照工作条件和运行环境进行参数设定后，才可以圆满可靠工作。