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如何選擇好控制閥執(zhí)行器
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備所替代，人們要求執(zhí)行機構能 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閉,，閥門執(zhí)行機構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)行機構輸 出力矩非常大,，這時所需執(zhí)行機構必須提高機械效率并使用高輸出的電機，這樣平穩(wěn)的操作大口徑閥門
為了成功的實現(xiàn)過程自動化,，重要的是要確保閥門自身能夠滿足過程及管道內(nèi)介質的特殊要求,。通常生產(chǎn)過程和工藝介質能夠決定閥門的種類，閥芯的類型以及閥內(nèi)件和閥門的結構和材料,。
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,。
1.旋轉式閥門（單回轉閥門）
這類閥門包括：旋塞閥,、球閥、蝶閥以及風門或擋板,。這類閥門需要已要求的力矩進行90度旋轉操作的執(zhí)行機構
2.多回轉閥門
這類閥門可以是非旋轉提升式閥桿或旋轉非提升式桿,，或者說是他們需要多轉操作去驅動閥門到開或關的位置。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)行機構也開來驅動上述閥門,。
對于執(zhí)行機構廣泛的定義是：一種能提供直線或旋轉運動的驅動裝置，它利用某種驅動能源并在某種控制信號作用下工作,。
執(zhí)行機構使用液體,、氣體、電力或其它能源并通過電機,、氣缸或其它裝置將其轉化成驅動作用,。基本的執(zhí)行機構用于把閥門驅動至全開或全關的位置,。用與控制閥的執(zhí)行機構能夠使閥門走到任何位置,。盡管大部分執(zhí)行機構都是用于開關閥門,，但是如今的執(zhí)行機構的設計遠遠超出了簡單的開關功能，它們包含了位置感應裝置,，力矩感應裝置,，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)。
目前共有四種類型的執(zhí)行機構,，它們能夠使用不同的驅動能源,，能夠操作各種類型的閥門。
1.電動多回轉式執(zhí)行機構
電力驅動的多回轉式執(zhí)行機構是常用,、可靠的執(zhí)行機構類型之一。使用單相或三相電動機驅動齒輪或蝸輪蝸桿后驅動閥桿螺母,，閥桿螺母使閥桿產(chǎn)生運動使閥門打開或關閉,。
多回轉式電動執(zhí)行機構可以快速驅動大尺寸閥門。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會切斷電機電源,，同時當安全力矩被超過時，力矩感應裝置也會切斷電機電源,，位置開關用于指示閥門的開關狀態(tài),，安裝離合器裝置的手輪機構可在電源故障時手動操作閥門。
這種類型執(zhí)行機構的主要優(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*的功能,。主要缺點是,，當電源故障時，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）
2.電動單回轉式執(zhí)行機構
這種執(zhí)行機構類似于電動多回轉執(zhí)行機構，主要差別是執(zhí)行機構終輸出的是1/4轉即90度的運動,。新一代電動單回轉式執(zhí)行機構結合了大部分多回轉執(zhí)行機構的復雜功能,，例如：使用非侵入式用戶友好的操作界面實現(xiàn)參數(shù)設定與診斷功能。
單回轉執(zhí)行機構結構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,，另外所需電源較小，它們可以安裝電池來實現(xiàn)故障安全操作,。
3.流體驅動多回轉式或直線輸出執(zhí)行機構
這種類型執(zhí)行機構經(jīng)常用于操作直通閥（截止閥）和閘閥,，它們使用氣動或液動操作方式,。結構簡單，工作可靠,，很容易實現(xiàn)故障安全操作模式,。
通常情況下人們使用電動多回轉執(zhí)行機構來驅動閘閥和截止閥，只有在無電源時才考慮使用液動或氣動執(zhí)行機構,。
4.流體驅動單回轉式執(zhí)行機構
氣動,、液動單回轉執(zhí)行機構非常通用，它們不需要電源并且結構簡單,，性能可靠,。它們應用的領域非常廣泛。通常輸出從幾公斤/米到幾萬公斤/米,。它們使用氣缸及傳動裝置將直線運動轉換為直角輸出,，傳動裝置通常有：撥叉、齒輪齒條,、杠桿,。齒輪齒條在全行程范圍內(nèi)輸出相同力矩，它們非常適用于小尺寸閥門,，撥叉具有較高效率,，在行程起點具有高力矩輸出非常適合于大口徑閥門。氣動執(zhí)行機構一般安裝電磁閥,、定位器或位置開關等附件來實現(xiàn)對閥門的控制和監(jiān)測,。這種類型執(zhí)行機構很容易實現(xiàn)故障安全操作模式
選擇一臺合適的閥門執(zhí)行機構類型和規(guī)格時必須考慮下列要素：
1.驅動能源
常用的驅動能源是電源或流體源，如果選擇電源為驅動能源,，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)行機構具有各種尺寸以提供各種輸出力力矩,。
2.閥門類型
當選擇閥門用執(zhí)行機構時,，必須要知道閥門的種類，這樣才可以選擇正確的執(zhí)行機構類型,。有些閥門需要多回轉驅動,，有些需要單回轉驅動,，有些需要往復式驅動，它們影響了執(zhí)行機構類型的選擇,。通常多回轉的氣動執(zhí)行機構比電動多回轉執(zhí)行機構價格要貴,，但是往復式直行程輸出的氣動執(zhí)行機構價格比電動多回轉執(zhí)行機構便宜。
對于90度回轉的閥門如：球閥,、碟閥,、旋塞閥，通過閥門廠商獲得相應閥門,。
3.力矩大小
對于90度回轉的閥門如：球閥,、碟閥、旋塞閥,，通過閥門廠商獲得相應閥門力矩大小,，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,。對于多回轉的閥門情況有所不同,，這些閥門可分為：往復式（提升式）運動-閥桿不旋轉、往復式運動-閥桿旋轉,、非往復式-閥桿旋轉，必須測量閥桿的直徑,，閥桿連接螺紋尺寸以決定執(zhí)行機構規(guī)格,。
執(zhí)行機構選型
一旦執(zhí)行機構類型和閥門所需驅動力矩確定了，就可以使用執(zhí)行機構廠商提供的數(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,。
流體驅動的執(zhí)行機構可調(diào)節(jié)行程速度，但是三相電源的電動執(zhí)行機構只有固定的行程時間,。部分小規(guī)格的直流電動單回轉執(zhí)行機構可調(diào)節(jié)行程速度,。
1.開關控制
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,。人們只需鋪設一些管線連接控制室和執(zhí)行機構,，驅動能源通過管線直接激勵電動或氣動執(zhí)行機構，通常用的4-20mA信號來反饋閥門的位置,。
2.連續(xù)控制
如果執(zhí)行機構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,，只有選擇特殊的能頻繁啟停的調(diào)節(jié)型執(zhí)行機構,。當一個過程中 需要多臺執(zhí)行機構時,，可以通過使用數(shù)字通訊系統(tǒng)將各個執(zhí)行機構連接起來，這樣可大大降低安裝費用,。數(shù)字通訊回路可以快速高效的傳遞指令和收集信息,。目前有多種通訊方式如：FOUNDATIONFIELDBUS、PROFIBUS,、DEVICENET,、HART和專為閥門執(zhí)行機構設計的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測性維護程序非常有價值。
3.預測性維護
操作人員可以借助內(nèi)置的數(shù)據(jù)存儲器來記錄閥門每次動作時力矩感應裝置測得的數(shù)據(jù),，這些數(shù)據(jù)可以用來監(jiān)測閥門運行的狀態(tài),，可以提示閥門是否需要維修，也可以用這些數(shù)據(jù)來診斷閥門,。
針對閥門可以診斷如下數(shù)據(jù)：
（1）閥門密封或填料摩擦力
（2）閥桿,、閥門軸承的摩擦力矩
（3）閥座摩擦力
（4）閥門運行中的摩擦力
（5）閥芯的所受的動態(tài)力
（6）閥桿螺紋摩擦力
（7）閥桿位置
上述大部分數(shù)據(jù)存在于所有種類的閥門，但著重點不同,，例如：對于蝶閥,，閥門運行中的摩擦力是可以忽略的，但對于旋塞閥這個力數(shù)值卻很大,。
不同的閥門具有不同的力矩運行曲線,，例如：對于楔式閘閥，開啟和關閉力矩都非常大,，其它行程時 只有填料摩擦力和螺紋摩擦力,，關閉時，液體靜壓力作用在閘板上增加了閥座摩擦力,，終楔緊效應使力矩迅速增大直到關閉到位,。所以根據(jù)力矩曲線的變化可以預測出將會發(fā)生的故障，可以對預測性維護提供有價值的信息,。
4.智能變頻控制
執(zhí)行機構在工作過程中,，由于電機的頻繁啟動，導致工作時額定頻率的變化,，通過智能變頻控制可使頻率達到額定值,。
例如：由于電阻或外力原因，電機啟動速度變慢,，導致執(zhí)行機構行程控制的誤差,，運用智能變頻控制，可以改變輸入轉速，從而使執(zhí)行機構的工作更可靠和穩(wěn)定,。
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