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關於使用先進的閥門執行器提高精密過程控製的應用筆記

來源:上海丝瓜色版app视频在线观看儀表有限公司作者:發表時間:2019-07-18 09:11:24


      工業過程設計和控製是複雜的事務。有許多物理限製和相互作用的變量會影響產量,效率,產品質量,操作安全性和環境。控製閥執行器對所有人都至關重要。
      無論您的最終工藝目標是什麽,都需要在整個過程中的不同點控製流速。流量,溫度,壓力,油箱水平等過程變量需要嚴格控製,以達到預期目標,同時保持操作安全性和可靠性。雖然控製閥是物理控製過程介質的,但執行器是操作的核心和大腦,需要根據工廠過程控製係統的“指令”機械定位閥門。執行器不僅僅是一種插件,而是提供極為重要的過程控製。實際上,選擇正確的執行器會在過程失敗和成功之間產生巨大差異。
      例如,考慮在將汽油和乙醇裝載到卡車上運輸之前用於混合汽油和乙醇的執行器的作用。目標是控製乙醇與汽油的準確比例,但汽油和乙醇的不同熱膨脹率以及由於乙醇在水中的混溶性而將混合的混合物與水分離的需要帶來了挑戰。由於這些原因,混合通常是在直接裝載到油罐車中時實時完成的,並且比率變化的空間很小。
 

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用於指定閥門執行器的設計考慮因素和需求評估:
      指定執行器需要注意幾個細節,所有這些都應該盡可能早地在設計過程中考慮。設計工程師應在需求評估期間解決以下問題,以幫助指導規範過程:
      1.電源可用性和成本: 運行執行器需要多少能量?大多數工廠希望盡可能高效地運行以節省資金並實現環境可持續性目標。高壓電動執行器不僅消耗更多能量,而且運行三相線路成本也很高。運行和支持氣動基礎設施的成本更高。一些較新的電動執行器可以在12伏電壓下運行,使工廠能夠將它們安裝在偏遠地區,並將其從太陽能電池板或燃料電池中運行。低功率要求也使備用電源經濟。
      2.控製目標: 您的流程對變化有多大的容忍度?執行器的精度和可重複性在這裏起著關鍵作用。執行器是否需要間歇或連續工作?具有占空比限製的執行器如果經常啟動和停止會過熱和跳閘,並且用於限製調製的死區可能太寬而無法提供足夠精確的分辨率來實現所需的控製。另一方麵,能夠連續調製的致動器可以響應恒定的控製請求並提供更好的分辨率。
      3.環境安全條件: 是否存在爆炸性氣體或粉塵?如果是,則執行器選擇必須具有適當的級別和部門認證。
      4.環境運行條件: 預期的環境溫度範圍是多少?執行器是否在惡劣的極端天氣或外部淹沒?執行機構的外殼認證和額定溫度範圍是否適合生產環境?並非所有執行器都能在所有條件下運行。
      5.閥門類型: 該過程是使用旋轉四分之一轉還是線性控製閥?為應用選擇最佳閥門類型本身就是一門科學,但是一旦為每種應用做出選擇,就必須考慮適當的執行器類型。
      6.執行器尺寸: 使用什麽類型的閥門以及需要多大的力來驅動它們?執行器必須與閥門類型及其所需的扭矩或推力相匹配。尺寸過小的執行器可能無法在所有條件下操作閥門,而尺寸過大的執行器可能會損壞閥杆。在某些情況下,與運行轉矩相比具有較高的安裝扭矩要求的蝶閥,使用較小的較低扭矩執行器指定連杆連接而不是將較大的執行器直接安裝到閥杆上可能是合適的。連杆可用於表征致動器施加到閥門的扭矩曲線。所以,正確設計的連杆使得可以使用較小的致動器,其尺寸適合於閥門所需的較低運行扭矩,同時在閥座處產生更高的扭矩。優點是更經濟且空間/重量有效的致動器。無論安裝方法如何,超大尺寸和尺寸過小的執行器都會導致閥門控製不良。
      完成需求評估後,您將能夠更好地指定正確的執行器以滿足工藝要求。
      執行器的精度和重複超精細運動的能力至關重要。從某種意義上說,執行器幾乎應該對過程不可見。避免執行器具有廣泛變化的死區時間或死區,這限製了對閥門位置進行小的即時更改的能力。寬死區導致執行器等待,直到反應和重新定位閥門之前過程發生劇烈變化。相反,尋找一個在毫秒內達到其全速和扭矩並且以毫秒為單位停止的執行器,從而提供快速,可靠和精確的閥門操作。還要研究執行器的可靠性跟蹤記錄:如果它每隔幾個月就會停止工作,那麽生產可能會有很大的延遲。
      在評估執行器選項時,工程師需要了解氣動,液壓和傳統電動執行器設計的局限性。例如,氣動執行器易受粘/滑響應,死時間過長,隨著時間的變化而性能不一致以及性能隨時間降低。它們還需要昂貴且不可靠的空氣係統,其可能凍結或被汙染。
      液壓執行器可以提供良好的控製性能,因為與為氣動執行器提供動力的空氣不同,液壓油是不可壓縮的,因此消除了粘/滑和不一致的響應。但是,它們更複雜,可能需要昂貴的維護。液壓油泄漏是另一個問題,可能造成過程和/或安全隱患。泄漏會使飲用水或食品加工等過程受到汙染的風險。當用於爐子或鍋爐周圍的燃燒應用時,它們也會引起火災危險。
 

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      基於蝸輪和感應電動機設計的傳統電動執行器消除了氣動和液壓缺點,但也存在其自身的問題。它們施加了占空比限製以防止過熱和電機損壞,使其適用於開關或過程控製應用,但不適用於需要持續良好控製的場合。它們還犧牲了閥門定位,以實現更寬的執行器死區,以避免調製並且不超過電機的負載限製。這個問題加上蝸輪引起的間隙和電機滑行,有助於限製循環,不一致和不良的閥門控製,以及高停機時間和維護。
      為實現精度,可重複性和可靠性的最佳組合,設計用於連續,精確和調製控製的電動執行器通常是明智的選擇,並且它們非常適用於需要考慮過程控製性能的應用。連續執行型執行器應能夠在所有條件下始終如一地在完整執行器行程的0.10%至0.15%範圍內進行位置變化,以避免由於最終控製元件的不良定位而導致的不一致。
      最可靠的電動執行器使用同步永磁電機代替感應電機,以避免電機燒壞。它們還使用高效的正齒輪傳動裝置,以實現執行器輸出和閥門的精確,可重複定位。這些執行器以低功耗工作,可以大幅降低運營成本,同時提供更多種經濟實惠的電源選擇。低抽取也減少了停電問題,因為它可以更簡單地為失效位置響應提供備用電源,或者在停電時維持正常運行。減少齒輪磨損可防止性能下降,提高可靠性並大大降低維護要求。
      先進版本的連續工作調製執行器設計具有可變速度功能,甚至更高的效率以及在低至12VDC的直流電壓下運行的能力。這些新設計進一步提高了靈活性,效率,性能和應用適用性,同時保持了高可靠性和低維護優勢。
結論:
      執行器對過程質量,生產率,安全性,能耗,設備壽命和環境有重大影響。正確的執行器可以隨著時間的推移提供響應性,緊密和穩定的過程控製,幾乎不需要維護。無論負載和條件如何變化,它們都應立即響應調製控製器需求信號,並且不受任何限製。它們不應受到粘滯/滑動響應,由於電機滑行或其他性能不一致等因素引起的過衝。
      由於這些原因,工藝工程師需要仔細考慮其執行器選擇。在過程控製性能是一個因素的情況下,連續工作電動執行器能夠在不斷變化的工藝條件下隨時間精確,一致地控製。他們還應該考慮執行器製造商和供應商,因為支持事項,今天,明天和幾年後。務必關注產品的性能,曆史以及對您的控製目標至關重要的功能。