contrac电动执行机构

IntelligentElectricalActuatorsContracAutomationProducts上海ABB工程有限公司现场仪表部IntelligentElectricalActuatorsContracAutomationProducts日益增长的功能要求功能今天以前控制系统中维护信息的采集和评估全厂最优化执行机构中全面的监测详细的报警和故障信息终端位置关紧模式可选行程特性、控制器、快速运行功能可选通过图形化用户界面进行组态和参数设置控制系统功能执行机构功能IntelligentElectricalActuatorsContracAutomationProductsLinearActuators4kN...200kNPart-turnActuators100Nm...16000Nm连续调节型电动执行器IntelligentElectricalActuatorsContracAutomationProducts10020020...6025050010...120500/8001000/160010...2401250/2500/40002500/5000/800012...28080001600020...320480.5...2.010/2020/400.15...5.0501000.4...10.010020004...10.02004000.4...10.0直行程执行机构角行程执行机构额定力矩[Nm]松开力矩[Nm]全行程时间/90°[s]额定推力[kN]松开推力[kN]额定速度[mm/s]执行机构型谱1600032000IntelligentElectricalActuatorsContracAutomationProducts基本特点:高定位精度，长寿命 连续调节定位 坚固的、油润滑的传动机构 S9连续工作制抗堵转电机 可靠的电子单元连续调节型电动执行器IntelligentElectricalActuatorsContracAutomationProducts特点 用户好处低磨损 寿命>20年正齿轮传动机构 theinitialinvestmentis滚珠丝杆传输推力 totalutilizationoftheplant浸油润滑Motor/gearstall-proof Trouble-freeoperationmotorwithconverteroperation endpositionsnotexceededincaseinsteadoflimitswitch ofswitchfailurewithdestructionofmechanicalendstops motor/gear/finalcontrolelementFunctionprincipleforcebalance Nearlymaintenance-freeLowmaterialloadofallcomponents Maintenanceintervalsdependinginthepowerflux ontheloadupto10yearsRobust,compactdesign forserveambientconditionsoptimizedgearhousing operationprovenforenvironmentwith dustandheat 特点和好处IntelligentElectricalActuatorsContracAutomationProducts其他特点: 图形化的用户界面兼容Windows； 电机电流的当前值与历史数据比较，其变化表明了阀门或风门摩擦力的增加； 报警记录和状态信息（如偏差等）记录了整个运行时间内的控制性能，成为预防性维护的一部分； 其基本的和最重要的特点是性能强、可靠性高，这来自于严格的和健全的生产线。IntelligentElectricalActuatorsContracAutomationProductsContrac电控单元集成式电控单元墙挂式电控单元EAN820EBN851EBN861架装式电控单元PME120AILME620AIEAS822/EBS852EBS862IntelligentElectricalActuatorsContracAutomationProducts架装式电控单元安装架EAS822EAS822EBS852EBS862Airguide保险丝/接线端子IntelligentElectricalActuatorsContracAutomationProducts电控单元主电源墙固定架调试和操作面板(CSP)接线端子墙挂式电控单元与直行程执行机构配用IntelligentElectricalActuatorsContracAutomationProducts角行程执行机构剖视图伺服电机手轮拐臂可调机械限位挡块驱动轴正齿轮信号发送器制动器差动齿轮IntelligentElectricalActuatorsContracAutomationProducts机械效率起始力矩(-推力)工作力矩(推力)低机械效率传动装置高机械效率传动装置工作力矩(-推力)约等于起始力矩(-推力)推力,力矩推力,力矩时间Time对于能进行连续调节并且抗堵转的电机来讲，电机的功率因为体积的关系不能做得很大，这就要求传动结构的效率要比较高。图中画了两种典型的传动结构，一种是蜗轮蜗杆，它的特点是效率比较低，但能自锁；第二种是正齿轮结构，它的特点是效率比较高，但不自锁。很显然，对用于连续调节场合的Ontrac系列来讲，它必须采用这种传动效率比较高的结构。IntelligentElectricalActuatorsContracAutomationProducts角行程执行机构与CamflexII配用伺服电机阀门联接杆副翼杠杆杠杆这是角行程执行机构的一个典型应用，执行机构驱动轴带动杠杆转动，通过连杆，又带动副翼杠杆转动使阀门开启或关闭。我们再来看一下直行程执行机构的结构。IntelligentElectricalActuatorsContracAutomationProducts直行程执行机构剖视图伺服电机手轮弹簧组件推杆正齿轮丝母信号发送器刹车差动齿轮这是一张角行程执行机构的剖视图，它的主要部件有：IntelligentElectricalActuatorsContracAutomationProducts推杆盖箝位螺丝内部限位块阀门支架传动齿轮弹簧组件丝母直行程执行机构详图1Contrac直行程执行机构采用滚珠丝杆将角位移转化为直线位移。电机带动齿轮转动，通过齿轮的啮合，丝母随齿轮一起旋转，带动丝杆作直线运动，这里还有一个内部限位块。IntelligentElectricalActuatorsContracAutomationProducts阀门支架油检螺丝/排油螺丝外部限位块手轮释放手轮箝位螺丝保护盖直行程执行机构详图2打开箝位螺丝保护盖可以调整内部限位块的位置，Contrac直行程执行机构还有一个外部的限位块，通过油检螺丝和排油螺丝可以更换润滑油，进行执行机构的维护。前面我们讲过，维护的间隔约10年。IntelligentElectricalActuatorsContracAutomationProducts基本原理框图commissiningandserviceconsolebr.pos.Uvin-/outputanalogue/digital1AO3DO3DI1AImainsUvtransmitterOptionxactuatorpositionmonitoringcontroloptionHARToptionfieldbusCSCMHARTFBMpowerelectr.下面我们来分析一下Contrac智能电动执行机构的基本原理。IntelligentElectricalActuatorsContracAutomationProductsPI-PI-+Y给定过程变量过程变量定值阀位定位器接触器或晶闸管++--连续调节PP定值连续调节与步进式调节的比较步进式调节正转反转开阀关阀它接受模拟量或数字量控制信号，同时将阀位反馈信号经A/D转换后给CPU，两者经过比较，CPU根据偏差值的大小和方向，控制电机往消除偏差的方向转动，使阀位达到设定值。IntelligentElectricalActuatorsContracAutomationProductsMdYContracMYsetYact 阀门位置根据设定值连续调节 动态力矩平衡 电机始终处于通电状态以保持阀门位置 执行机构能够平滑地到达新的位置;即使设定值只有微小的变化比例式控制前面我们讲过，Contrac采用正齿轮形式的传动结构，它的特点是效率高但不自锁，为了在输入信号不变时保持阀门的位置，电机始终处于通电状态，产生一个力矩，以平衡从阀芯来的不平衡力。IntelligentElectricalActuatorsContracAutomationProductsMP-Y+Y 通过数字输入口输入信号 Electronicsintegrateandsavepulses接受开关量信号进行连续调节积分控制IntelligentElectricalActuatorsContracAutomationProductsSmartVisionYYactYset固定设定点2)1)2)3)4)通过用户界面选择(数字设定点)通过用户界面或数字输入口选择通过数字输入口和CSP按钮调整通过用户界面选择3)2)1)4)可选“控制器”的基本原理图Contrac还提供一个可选的软件控制器，可以通过图形用户界面在PC机上进行PID参数的组态。IntelligentElectricalActuatorsContracAutomationProducts集成于Contrac执行机构上的PID控制器 一个独立可调的,内置式的PID控制器能接受一个来自现场变送器的过程变量以及一个外部的给定值进行本地闭环控制. 节省现场配线-变送器由执行机构电控单元供电. 取代DCS控制器的功能,回路更新速率更快. 提供完整的信号回路. 在一个现场总线系统中,只需要传送一个给定值. 固有的“掉电安全功能”–保留最后一个有效的给定值并能连续控制PV,与DCS无关.IntelligentElectricalActuatorsContracAutomationProducts智能数字电控单元：快捷且轻松的初始化过程： 使用“SmartVision”软件进行组态； 从笔记本电脑下载组态参数至执行机构存储器； 使用笔记本电脑或本地上行/下行按钮，在数秒内就能完成零点和量程的设置。 执行机构性能的监控和诊断： 通过HART、Profibus、FF协议在输入信号线上，或通过直接的RS-232接口进行数字通讯； 监控和记录位置、输入、偏差、电机电流、温度、总行程、报警、状态和历史数据，这些参数反映了驱动元件的状况； 自诊断信息使停机时间降到最少。IntelligentElectricalActuatorsContracAutomationProducts智能数字电控单元（续）： 自整定，自适应控制算法； 电子的“特性修正功能”能修正阀门或风门的非线性； 输出力矩或推力、加速度和速度可电调； 电机的动态平衡功能和低摩擦、高效率传动结构很高的灵敏度和控制精度。IntelligentElectricalActuatorsContracAutomationProducts执行机构电控单元中UAPM–软件PC机上工作软件 确定执行机构参数 实现执行机构智能化功能(监测、定位、维护等）ContracOperatingSoftwareSave&RestoreServiceTool 用于与执行机构通讯 组态、参数设置、操作 执行机构参数的管理(保存到磁盘上)PC机上服务软件 读写UAPM软件 读写输出特性 读写对象参数在对它的工作原理有了一个初步了解之后，我们再来看一下它的软件结构。Contrac智能电动执行机构的软件大致分为3块：1块是执行机构电子单元中的控制软件UAPM，用于确定执行机构的工作参数，实现一些智能化功能；1块是PC机上的工作软件，用于与执行机构进行通讯，参数设置以及对执行机构的工作参数进行管理；另1块是PC机上的服务软件，用于读写UAPM软件，读写输出特性和读写对象参数。IntelligentElectricalActuatorsContracAutomationProducts图形化用户界面存储器结构 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 设置(用户界面)PC存储器只能通过服务工具编辑保存&恢复(不能修改)重新启动工厂设置用户参数能通过用户界面编辑保存文件到执行机构UAPM输出特性对象参数Bootstrap("BIOS")Contrac工厂设置的用户参数标准保存执行机构来的数据文件保存文件到磁盘下面我们再来描述一下存储单元的结构。仪表本机上的存储单元有三类，一个是ROM，用来存放工厂设定值；一个是RAM，用来存放当前的工作参数；还有一个是EEPROM，存放在里面所有的工作参数在掉电时得以保留，开机时，这些参数拷贝到RAM。PC机上的存储单元指的就是软盘或硬盘。仪表本机与PC机的数据可进行交换，仪表本机可以从PC机上下载参数进行工作，也可以把当前的工作参数保存到PC机的软盘或硬盘上。IntelligentElectricalActuatorsContracAutomationProductsLED调试和服务面板FSK插座(可选)RS232接口驱动按钮终端位置确定按钮写保护Contrac智能电动执行机构的电控单元有一块操作面板，通过上面的按钮，可以驱动执行机构“上行”或“下行”，也可以进行终端位置的确认，面板上还有RS232和HART通讯接口。IntelligentElectricalActuatorsContracAutomationProducts进入“设定”模式:手操至某一终端位置:保存第一个终端位置:保存第一个终端位置::终端位置设定:同时按下两个驱动按钮约3s用CSP上的驱动按钮:按0%或100%按钮同时按下0%和100%两个按钮3s后两个LED闪烁频率约4Hz当执行机构动作时两个LED以约4Hz的频率闪烁相应的LED以约1Hz的频率闪烁,另一个LED继续以约4Hz的频率闪烁两个LED亮片刻后灭掉故障:重新启动:重新启动时如果执行机构已经不在它的工作范围内重新启动故障信息:按两个驱动按钮>5s,然后再按重新驱动按钮两个LED以4Hz的频率交替闪烁重新启动后如果没有故障LED灭掉正常模式:用CSP上的按钮驱动:MAN/AUT优先级高于控制系统LED灭LED亮功能信号SettingOperationFault按0%或100%按钮相应的LED以约1Hz的频率闪烁,另一个LED继续以约4Hz的频率闪烁操作面板上按钮的功能和相应的指示灯信号列于表中，这里就不一一详细介绍了。IntelligentElectricalActuatorsContracAutomationProductsMPYset_intYsetYact_intYact输出特性可选characteristicsContrac 等百分比25% 等百分比50% 任意选择22对特性值 分程控制时也可任意选择特性(无需重新计算)灵活的输出特性Contrac智能电动执行机构可以选择不同的输出特性，可选择等百分比或任意特性的曲线（用22对特性值表示）。在用于分程范围时不需要重新计算。IntelligentElectricalActuatorsContracAutomationProducts50%100%75%30%70%20%60%50%100%75%range1100%range2range3100%range1range2range3在两个方向上，推力或力矩可分别分三段设置为额定力矩的50%/75%/100%.电机的转速在两个方向上无级可调.推力/力矩特性举例Nm/kNNm/kNYY在两个方向上，推力或转矩可分别分三段设置为额定力矩的50％、75％或100％。另外，电机的速度在两个方向上是无级可调的。IntelligentElectricalActuatorsContracAutomationProducts终端位置100%(全开)终端位置0%(全关)终端位置关紧模式 保持额定力矩关紧 到达终端位置前停止(位置随保护力矩而定) 到达终端位置并停止两个终端位置关紧模式的选择 避免微小的控制位移一个终端位置关紧模式的选择在到达终端位置时，可选择不同的关紧方式：或是保持额定力矩关紧阀门；或是在到达终端位置前停止，其位置取决于预先设置保护力矩的大小；或是到终端位置后停止，此时电机并不提供力矩，与前一种方式有所区别。IntelligentElectricalActuatorsContracAutomationProducts限定值max.5%力矩/推力速度额定值在终端位置5％的范围内，“脱离力矩功能”开始起作用，比如要松开一个被关得很紧的阀门。“脱离力矩功能”开始起作用时，Contrac降低电机的转速使力矩或推力增大到额定力矩或推力的近两倍。脱离功能在靠近终端位置5％的范围内，“脱离力矩”的功能开始起作用，比如要松开一个被关得很紧的阀门。这个力矩可以通过降低电机的转速增大到额定力矩的两倍。IntelligentElectricalActuatorsContracAutomationProducts 关 手动操作 快速行程 开关量控制数字输入BE1BE2BE31+-+-+-23456在PC机上可以通过用户界面对3个数字输入通道分别进行定义。可以定义为关、手动操作、快速行程或接受脉冲控制信号。IntelligentElectricalActuatorsContracAutomationProducts 准备运行 终端位置0%/100% 信号限位值1(正作用/反作用) 信号限位值2(正作用/反作用) 快速行程控制 报警 故障数字输出在PC机上通过用户界面也可以对3个数字输出通道分别进行定义。可定义为准备操作或终端位置或阀位信号限位值1或阀位信号限位值2或快速行程控制或报警信号或故障信号。IntelligentElectricalActuatorsContracAutomationProducts订货时用户特殊的软件设置!注意!交货时，执行机构的工作范围并没有调整好标准交货条件用户特殊的要求在0%/100%终端位置的关紧模式: 保持额定力矩/推力关紧输入信号: 4...20mA输出信号: 4...20mA数字输入: DI1:M/A;DI2/DI3:远程手操信号+/-数字输出: DO1:准备运行; DO2/3:到达终端位置发信号图形化用户界面交货状态IntelligentElectricalActuatorsContracAutomationProducts0%100%50%限位值1 在整个工作范围内两个阀位信号限位值可任意选择 限位值通过输出通道输出限位值2阀位信号在整个工作范围内这两个阀位信号限位值可任意选择并通过数字输出通道输出。IntelligentElectricalActuatorsContracAutomationProducts通过预选的扫描速率(1...3600sec)同时记录下四组参数.这些参数可用作故障判据.fourdatagroups扫描速率工作时参数记录Contrac智能电动执行机构在运行时可以通过预选的扫描速率同时记录下四组参数，包括电子单元的温度、模拟量设定点、电机频率和控制偏差，这些参数可用作故障判别。IntelligentElectricalActuatorsContracAutomationProducts负载决定维护mP剩余寿命(考虑实际负载)正常负载额外负载(力矩;推力;温度;等)维护信息根据Contrac允许的实际负载计算剩余寿命根据实际使用情况安排维护代替定期维护Contrac根据实际使用情况（如累积行程、动作次数等）来评估是否需要维修，每台执行机构可以根据实际情况单独进行维修，取代定期的维修。IntelligentElectricalActuatorsContracAutomationProducts诊断及维护机械参数静态超载动态超载马达反转热力参数传动机构最高温度电子单元最高温度IntelligentElectricalActuatorsContracAutomationProducts位置的频度体现执行机构主要的工作区间(传动机构磨损)Checkofvalvedimension/operatingarea诊断及维护IntelligentElectricalActuatorsContracAutomationProductsDetectionoffrequentspeed-upprocessesoftheactuator.Highdynamicloadcausesadecreasinglifetime.Itisalsopossibletodrawconclusionsaboutdynamicbehaviourofthecontrolloop(e.g.dataacquisition).诊断及维护IntelligentElectricalActuatorsContracAutomationProducts温度监测为了防止热过载对传动机构的温度作长期监测IntelligentElectricalActuatorsContracAutomationProducts寿命的期望值和时间计数器执行器估算有关的负载参数并测定期望的剩余寿命。根据出现的负载类型，执行器部件承受或多或少的磨损。这会影响剩余寿命。整个运行时间和最后一次投运后的运行时间。IntelligentElectricalActuatorsContracAutomationProductsChangeoverVrap.Vstand.Fstand.Frap.Changeover使用伺服电机作快速行程使用附加电机作快速行程伺服电机快速行程电机&95%<Y<5%伺服电机的控制附加电机的控制&带附加电机的角行程执行机构带附加电机的直行程执行机构快速行程可选IntelligentElectricalActuatorsContracAutomationProducts即使是老一代的执行机构也能用很低的费用改造为Contrac.改造以后的执行机构能提供智能Contrac所有的功能. 更换电机绕组 更换位置发送器 拆除转速计 拆除整流器;安装制动器 拆除电容器(ifintegrated) 提供新的电控单元(ContracEBN...)改造:老执行机构的改造特殊需要时可改造为ContracRSD...orRHD...!最后我们看一下老执行机构的改装。改变电机的绕组和位置发送器，拆掉一些不必要的部件，再加上一台新的电子单元，我们只要花很低的成本就可以把一台老的执行机构改装成Contrac。对于能进行连续调节并且抗堵转的电机来讲，电机的功率因为体积的关系不能做得很大，这就要求传动结构的效率要比较高。图中画了两种典型的传动结构，一种是蜗轮蜗杆，它的特点是效率比较低，但能自锁；第二种是正齿轮结构，它的特点是效率比较高，但不自锁。很显然，对用于连续调节场合的Ontrac系列来讲，它必须采用这种传动效率比较高的结构。这是角行程执行机构的一个典型应用，执行机构驱动轴带动杠杆转动，通过连杆，又带动副翼杠杆转动使阀门开启或关闭。我们再来看一下直行程执行机构的结构。这是一张角行程执行机构的剖视图，它的主要部件有：Contrac直行程执行机构采用滚珠丝杆将角位移转化为直线位移。电机带动齿轮转动，通过齿轮的啮合，丝母随齿轮一起旋转，带动丝杆作直线运动，这里还有一个内部限位块。打开箝位螺丝保护盖可以调整内部限位块的位置，Contrac直行程执行机构还有一个外部的限位块，通过油检螺丝和排油螺丝可以更换润滑油，进行执行机构的维护。前面我们讲过，维护的间隔约10年。下面我们来分析一下Contrac智能电动执行机构的基本原理。它接受模拟量或数字量控制信号，同时将阀位反馈信号经A/D转换后给CPU，两者经过比较，CPU根据偏差值的大小和方向，控制电机往消除偏差的方向转动，使阀位达到设定值。前面我们讲过，Contrac采用正齿轮形式的传动结构，它的特点是效率高但不自锁，为了在输入信号不变时保持阀门的位置，电机始终处于通电状态，产生一个力矩，以平衡从阀芯来的不平衡力。Contrac还提供一个可选的软件控制器，可以通过图形用户界面在PC机上进行PID参数的组态。在对它的工作原理有了一个初步了解之后，我们再来看一下它的软件结构。Contrac智能电动执行机构的软件大致分为3块：1块是执行机构电子单元中的控制软件UAPM，用于确定执行机构的工作参数，实现一些智能化功能；1块是PC机上的工作软件，用于与执行机构进行通讯，参数设置以及对执行机构的工作参数进行管理；另1块是PC机上的服务软件，用于读写UAPM软件，读写输出特性和读写对象参数。下面我们再来描述一下存储单元的结构。仪表本机上的存储单元有三类，一个是ROM，用来存放工厂设定值；一个是RAM，用来存放当前的工作参数；还有一个是EEPROM，存放在里面所有的工作参数在掉电时得以保留，开机时，这些参数拷贝到RAM。PC机上的存储单元指的就是软盘或硬盘。仪表本机与PC机的数据可进行交换，仪表本机可以从PC机上下载参数进行工作，也可以把当前的工作参数保存到PC机的软盘或硬盘上。Contrac智能电动执行机构的电控单元有一块操作面板，通过上面的按钮，可以驱动执行机构“上行”或“下行”，也可以进行终端位置的确认，面板上还有RS232和HART通讯接口。操作面板上按钮的功能和相应的指示灯信号列于表中，这里就不一一详细介绍了。Contrac智能电动执行机构可以选择不同的输出特性，可选择等百分比或任意特性的曲线（用22对特性值表示）。在用于分程范围时不需要重新计算。在两个方向上，推力或转矩可分别分三段设置为额定力矩的50％、75％或100％。另外，电机的速度在两个方向上是无级可调的。在到达终端位置时，可选择不同的关紧方式：或是保持额定力矩关紧阀门；或是在到达终端位置前停止，其位置取决于预先设置保护力矩的大小；或是到终端位置后停止，此时电机并不提供力矩，与前一种方式有所区别。在靠近终端位置5％的范围内，“脱离力矩”的功能开始起作用，比如要松开一个被关得很紧的阀门。这个力矩可以通过降低电机的转速增大到额定力矩的两倍。在PC机上可以通过用户界面对3个数字输入通道分别进行定义。可以定义为关、手动操作、快速行程或接受脉冲控制信号。在PC机上通过用户界面也可以对3个数字输出通道分别进行定义。可定义为准备操作或终端位置或阀位信号限位值1或阀位信号限位值2或快速行程控制或报警信号或故障信号。在整个工作范围内这两个阀位信号限位值可任意选择并通过数字输出通道输出。Contrac智能电动执行机构在运行时可以通过预选的扫描速率同时记录下四组参数，包括电子单元的温度、模拟量设定点、电机频率和控制偏差，这些参数可用作故障判别。Contrac根据实际使用情况（如累积行程、动作次数等）来评估是否需要维修，每台执行机构可以根据实际情况单独进行维修，取代定期的维修。最后我们看一下老执行机构的改装。改变电机的绕组和位置发送器，拆掉一些不必要的部件，再加上一台新的电子单元，我们只要花很低的成本就可以把一台老的执行机构改装成Contrac。