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电动执行机构的船用化应用
发布时间:2007-12-17 14:32:27
来自: ---互联网
1 引言

    1.1 问题的提出

    随着国内外电子技术的迅猛发展,工业控制水平的不断提高,舰艇动力装置的控制系统也在不断完善。近年已陆续将机械调节或就地手操改为电气控制或电液控制,由电动调节阀代替原机械式的减压阀。但控制系统中的薄弱环节始终是电动执行机构,欲提高自动化水平,必须采用高可靠电动执行机构,才能确??刂葡低彻ぷ骺煽啃?,因此,必须进行满足船用条件、工作性能高度可靠的电动执行机构研究方面的工作。

    1.2 技术性能指标

    改进完善的电动执行机构的技术性能指标:

    (1)输入信号为4~20mADC或1~5VDC;
    (2)负载电阻为500Ω;
    (3)死区为1%~9.9%可调;
    (4)基本误差≤±1.5% ;
    (5)供电电源为380VAC、50Hz;
    (6)环境温度为-30~60℃
    (7)防护等级为IP68。

    2 选型

    我国自行设计生产的DKZ、DKJ电动执行机构,广泛应用于工业领域。从1989年用于舰艇水位控制以来,多次出现故障,故障部位基本是机械锈蚀,内部位置反馈电路的差动变压器连杆上的螺钉易脱落,且零点调整极不方便。

    近年,国内电动执行机构厂家纷纷引进国外技术,有的是全套进口执行机构器件,国内组装,生产技术进行国产化;有的进口主要器件和壳体,国内组装;也有的进口原装执行机构。例如,德国西门子公司的2SA15、2SB15执行机构,它的接插部分,现场操作部分,信号开关部分,转换部分均是独立的箱体,与执行机构主体分别依靠4个螺钉连接,彼此之间电缆连接外露,其船用冲击、振动试验不易过关。再如,英国ROTORK公司IQM智能型及AQ型执行机构,其产品广泛用于欧、美州及中东,其防护等级为IP68。IQM智能型执行机构内部参数的调整是通过红外给定器实施的,一旦参数整定完毕,其内部参数就不会改变。

    通过调研,英国ROTORK公司IQM智能型电动执行机构可靠性相对较高,它较之目前市场所见到的电动执行机构有更多的优势。首先是它的智能化,红外技术的引进具有时代特征,其特点更接近要求;其二,它的外型尺寸相对比较小,在舰船上容易布置、安装;其三,调试方便,它可以不打开电动执行机构盖子,便可通过IQ设定器调整执行机构及调节阀的状态参数;其四,防护等级高,可达IP68;其五,控制电机的开关采用的固态继电器,反馈部件采用的是霍尔效应原理,工作可靠性高;其六,IQ给定器具有通用性,可互换,其参数整定方便、灵活。

    从市场的调研来看,国内的电动执行机构与国外的同类产品相比差距较大,包括引进国外技术从而进行国产化的电动执行机构,与进口原装的电动执行机构质量上比较也存在着一定的差别。目此,选择IQM系列电动执行机构,在它的基础上进行改进、完善,这样工作量少、易于达到设计要求,改进后的产品可体现先进性、工作可靠性高,可装艇应用。

    3 船用化处理

    IQM智能型电动执行机构,虽说具有较好的性能指标,但它依旧属于工业产品,而舰艇应用环境恶劣,潮湿、盐雾较为严重,为此对IQM电动执行机构进行了船用化处理。

    3.1 喷涂三防漆

    为预防潮气进入,对IQM执行机构内部6块电路板进行了洁化处理及涂覆三防漆,以达到防护电路板及板上元器件因盐雾、霉菌、潮湿等降低其绝缘性能的目的。

    3.2 加固处理

    IQM电动执行机构内部控制电路板及其部件由O型圈固定在一起,置于电动执行机构壳内。为防止电动执行机构因剧烈振动和冲击而使其松散,另加了机械卡窟及固定控制板的不锈钢紧固件。

    3.3 密封处理

    IQM电动执行机构的电缆出口,用塑料螺栓紧固。为防潮气进入接线端子处,从而降低端子的绝缘电阻。进行了填料函设计及加工,以代替原执行机构上进线的塑料螺栓。

    3.4 试验

    3.4.1 船用环境条件试验

    改进完善后的电动执行机构通过了按GJB4-83标准进行的高温、低温、低温储存、恒定湿热、冲击、振动、外壳防水等舰用环境条件试验考核,所试项目全部台格。

    3.4.2 通电考核实验

    IQM电动执行机构进行了连续通电考核试验,设备工作正常。

    3.4.3 系统试验

    将电动执行机构、调节器和模拟控制对象等组成系统,施加多种扰动,系统工作正常,表明电动执行机构满足控制系统的要求。

    4 位置发送技术研究

    位置反馈信号是操作人员了解调节阀的工作状态是否正确的手段,同时也作为自动控制系统中调节器的输入信息之一。电动执行机构的位置发送电路的可靠与否,直接影响到对被控参数的有效控制。所以,位置反馈电路是执行机构中较为重要的环节,是机电联系的桥梁。国产及引进的电动执行机构最易出现故障的部位多为位置反馈电路。

    IQM电动执行机构位置反馈是利用霍尔效应与扭矩传感信号转为脉冲,脉冲信号通过比例计算、模数转换为电信号对应阀的开度。若需改变阀位行程,可用IQ给定器调整执行机构的行程及运行时间,以适应不同介质、不同控制参数的要求。

    另外,也有电动执行机构由于离合器脱节,电机虽在转动,阀杆在上下移动或阀在转动,但阀位反馈信号没有,为此可考虑将阀转动部位增加位移传感器,只要阀动,位移传感器便由4~20mA电信号指示出来,即直接感受到阀的位置,它不参与系统控制,但可与执行机构位置反馈电路输出信号比较,相互对照、相互校验,即使电动执行机构的位置反馈故障,可通过安装于阀上的位移传感器指示判断出故障部位,节省检修时间,同时可以根据该位移传感器大小判断管路的水、汽的流量、压力情况等其安装部位可考虑在电动执行机构与阀连接杆上,通过卡箍相连。

    5 结语

    因舰艇工作环境恶劣,现役舰艇上的电动执行机构经常出现故障,严重影响了系统的正常工作。为提高舰用环境下的可靠性,改进后的的电动执行机构采取了相应的新举措。经过电性能试验,船用环境条件考核试验,累计通电考核实验,均满足技术性能指标要求,达到了预期的效果。它可直接应用于舰艇动力装置,也可推广应用于其他化工、电站等领域,具有广阔的应用前景。


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