SMC電動執(zhí)行機構(gòu)
同義詞 電動執(zhí)行器一般指電動執(zhí)行機構(gòu)
對于執(zhí)行機構(gòu)廣泛的定義是：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。
機構(gòu)簡介
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)計遠遠超出了簡單的開關(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)能阻止危險進一步擴散同時將工廠損失減至少。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。
執(zhí)行機構(gòu)
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)是常用、可靠的執(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)集成了所有基本及先進的功能。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)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。
選擇要素
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
常用的驅(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，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。
SMC電動執(zhí)行器結(jié)構(gòu)原理
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?mdash;位盈反饋信號送至位致定位器），直到偏差信號小于設(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。
組成部分
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，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)的標準單元，由過力矩保護機構(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。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、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。
自動控制閥大的好處是可以遠距離的操作閥門，這就意味著操作人員可以坐在控制室控制生產(chǎn)過程而不需要親臨現(xiàn)場去人工操作閥門的開和關(guān)。人們只需鋪設(shè)一些管線連接控制室和執(zhí)行機構(gòu)，驅(qū)動能源通過管線直接激勵電動或氣動執(zhí)行機構(gòu)，通常用的4-20mA信號來反饋閥門的位置。
連續(xù)控制
如果執(zhí)行機構(gòu)被要求用于控制過程系統(tǒng)的液位、流量或壓力等參數(shù)，這是要求執(zhí)行機構(gòu)頻繁動作的工作，可以用4-20mA信號作為控制信號，然而這個信號可能會和過程一樣頻繁的改變。如果需要非常高頻率動作的執(zhí)行機構(gòu)，只有選擇特殊的能頻繁啟停的調(diào)節(jié)型執(zhí)行機構(gòu)。當(dāng)一個過程中需要多臺執(zhí)行機構(gòu)時，可以通過使用數(shù)字通訊系統(tǒng)將各個執(zhí)行機構(gòu)連接起來，這樣可大大降低安裝費用。數(shù)字通訊回路可以快速的傳遞指令和收集信息。有多種通訊方式如：FOUNDATIONFIELDBUS、PROFIBUS、DEVICENET、HART和專為閥門執(zhí)行機構(gòu)設(shè)計的PAKSCAN等。數(shù)字通訊系統(tǒng)不單單可以降低投資費用，它們還可以收集大量閥門信息，這些信息對于閥門的預(yù)測性維護程序非常有價值。
SMC電動執(zhí)行器故障分析
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。
1、位置傳感器部分
（1）電動執(zhí)行機構(gòu)接受控制系統(tǒng)發(fā)出的開、關(guān)信號后，電機能正常轉(zhuǎn)動，但沒有閥位反饋。其可能原因是：
1）位置傳感器的電位器與行程控制機構(gòu)不能同軸旋轉(zhuǎn)，需檢查連接部分是否損壞；
2）電位器損壞或性能變壞，阻值不隨轉(zhuǎn)動而發(fā)生變化；
3）位置傳感器的電位器及放大板間連接導(dǎo)線是否正常；
4）PM放大板是否損壞，有無反饋信號送出。
（2）電動執(zhí)行機構(gòu)接受控制系統(tǒng)發(fā)出的開、關(guān)信號后，電機能正常轉(zhuǎn)動，但閥位反饋始終為一固定值，不隨閥門的開、關(guān)而變化，其可能原因是：
1）導(dǎo)電塑料電位器的阻值為一恒值，不隨轉(zhuǎn)動而變，檢修更換電位器；
2）放大板中有關(guān)部分異常，檢查處理。
2、執(zhí)行器
執(zhí)行機構(gòu)接收控制系統(tǒng)發(fā)出的開關(guān)信號后，電機不轉(zhuǎn)并有嗡嗡聲。其原因可能是：
1）減速器的行星齒輪部分卡澀、損壞或變形；
2）減速器的斜齒輪傳動部分變形或過度磨損或損壞；
3）減速器的渦輪渦桿或絲桿螺母傳動部分變形損壞、卡澀等；
4）整體機械部分配合不好，不靈活，需調(diào)整加油。

3、電氣部分故障
1）電動執(zhí)行機構(gòu)接受控制系統(tǒng)發(fā)出的開、關(guān)信號后，電機不轉(zhuǎn)，也無嗡嗡聲?？赡茉蚴牵簺]有交流電源或電源不能加到執(zhí)行機構(gòu)的電機部分或位置定位器部分；PM放大板工作不正常，不能發(fā)出對應(yīng)的控制信號；固態(tài)繼電器部分損壞，不能將放大板送來的弱信號轉(zhuǎn)變成電機需要的強電信號；電機熱保護開關(guān)損壞；力矩限制開關(guān)損壞；行程限制開關(guān)損壞；手動/自動開關(guān)位置選錯或開關(guān)損壞；電機損壞。
2）電動執(zhí)行機構(gòu)接受控制系統(tǒng)發(fā)出的開、關(guān)信號后，電機不轉(zhuǎn)，有嗡嗡聲。其可能原因是：電機的啟動電容損壞；電機線圈匝間輕微短路；電源電壓不夠。
3）電動執(zhí)行機構(gòu)接受控制系統(tǒng)發(fā)出的開、關(guān)信號后，電機抖動，并伴有咯咯聲，其原因可能是：PM放大板的輸出信號不足不能使固態(tài)繼電器*導(dǎo)通，造成電機的加載電壓不足；固態(tài)繼電器性能變壞，造成其輸出端未*導(dǎo)通。