多回轉電動執行機構的分體式、智能化設計

2022年05月11日 10:48:42人氣：1510來源：南京科遠智慧科技集團股份有限公司

　　摘要：本文介紹了科遠股份全新開發的分體式多回轉系列化電動執行機構，該系列執行機構采用了電動頭與控制端分體設計、電機耐高溫設計、接線端子的耐高溫和IP67防護設計，并通過整機測試驗證了其滿足行業各項標準，滿足了耐高溫、易維護、智能化的市場需求，為環保條件下的管道閥門提供驅動和過程控制。

　　關鍵詞：多回轉電動執行機構分體式智能化

　　引言

　　多回轉電動執行機構是各類閥門的驅動裝置，用以控制閥門的開啟和關閉，設計簡潔、結構緊湊，適用于閘閥、截止閥、隔膜閥。其派生產品可以輸出角位移和直線位移，適用于碟閥，球閥和風門等裝置，可以準確按照控制指令動作，是對閥門實現自動控制的驅動裝置。本產品廣泛應用于電力、冶金、石油、化工、輕工、紡織、礦山、消防和環保等行業的過程控制系統中。

　　目前，根據國家大力發展智慧工廠的需求，人性化的人機交互設計顯得格外重要，基于客戶現場閥門安裝位置多處于高溫、高振動或其他惡劣環境不便于調試和維護，科遠股份開發設計了分體式多回轉電動執行機構，如圖1所示。

　　圖1 分體式多回轉電動執行機構

　　產品特點：

　　(1)分體式設計：分成電動頭和控制柜，電動頭防護等級為IP67，環境溫度達105℃；

　　(2)遠距離傳輸設計：動力線電纜和信號線電纜長度可達50m，傳輸安全可靠。

　　(3)電機耐高溫和溫度保護：可在105℃環境下長期運行，有溫度保護功能，保護值為165℃；

　　(4)接線端子的耐高溫性和高密封性：可以在105℃環境溫度下長期適用，防護等級達IP67；

　　(5)編碼器精度可調性和耐高溫性：編碼器精度有9個檔位可調，可在105℃下長期使用；

　　(6)具有電動頭振動參數及輸出力矩實時監測功能；

　　(7) 智能化設計：對執行機構各信號進行記錄，方便信號讀取，精確驅動閥門；

　　(8)壽命滿足開關型額定力矩開關各10000次，調節型50%額定力矩開關各500000次。

　　一、分體式結構設計特點

　　機械傳動與控制部分分離，控制部分單獨安裝在一個環境較好，溫度、濕度均滿足人體、人為操作，便于維護的地方，在機械傳動部分和控制部分之間通過電纜進行連接，就形成了分體式多回轉執行機構。其結構設計特點在原有普通型多回轉電動執行機構的基礎上，將電源板、主控板、顯示屏、正反轉控制模塊和接線端子從一體式電動執行機構上分離出來，放在獨立的一個控制柜當中，該控制柜的防護等級可達IP65，控制柜和電動執行機構之間通過兩根電纜聯通，一根動力線電纜和一根信號線電纜，電纜的長度最長可達50m。

　　二、接線端子耐高溫性和高密封性

　　控制柜端的電源線和信號線通過電動頭端的接線端子與電機、傳感器信號連接，該接線端子既要滿足105℃環境溫度，又要滿足IP67防護等級。基于這兩個需求，科遠股份自主開發出了一款執行機構用耐高溫、高密封接線端子，如圖2所示。該接線端子主要由絕緣擋板、絕緣固化膠、銅螺柱、耐高溫O型圈等組成，絕緣擋板和絕緣固化膠保證了端子之間的絕緣性，銅螺柱保證了端子兩端的導電性，耐高溫O型圈保證了每個端子以及接線端子整體的IP67密封性。另外，絕緣固化膠還保證了各端子銅螺柱沿旋轉方向的固定，保證其松動。接線端子兼顧電源線和信號線使用，在105℃環境下通電測試340h無異常，且高溫前和高溫后均測試氣密性，滿足IP67防護等級。

　　三、編碼器的耐高溫設計

　　科遠股份普通型多回轉電動執行機構采用的編碼器和普通型角行程采用自主研發的12位可編程磁旋轉編碼器，但編碼器無法滿足105℃高溫環境，磁編碼器無法實現多圈識別，通過將磁編碼器與減速器齒輪組配合使用，既實現了105℃環境溫度下長期使用，又實現了多圈識別計數。

　　通過測試表明，將批量磁編碼器放置在120℃環境溫度下測試長達1個月，各方面性能保持良好，系統正常工作。磁編碼器與減速器齒輪組結合，如圖3所示，該齒輪組共有9個檔位，可實現9級減速，經過減速后，僅能單圈識別的磁編碼器即可實現2圈、4圈、8圈、16圈、32圈、64圈、128圈、256圈、512圈的識別。隨著識別圈數的增多，識別精度隨之越低，當識別圈數為64圈時，識別精度為7.9°。

　　四、高溫采集板的耐高溫設計

　　機械傳動單元的閥位信號、力矩參數、電機溫度報警信號等需要傳輸至控制單元，而閥位信號為SPI信號，當傳輸超過10米時，相應EMC的電磁抗力會變差，開關量信號長距離傳輸后，信息驅動能力會大大下降。高溫采集板可以采集上述相應信號，并轉換為RS-485信號，增強信號的抗力，確保長距離傳輸的有效性。同時，本體中的振動情況參數需要傳遞到高溫采集板上進行采集。因此，對于安裝在機械傳動單元中的高溫采集板，需要進行耐高溫設計。

　　高溫采集板主要有以下幾個特點：

　　(1)高溫采集板板材Tg點為170℃

　　在NEMA標準中，環氧玻纖布覆銅板有四種型號：G10(不阻燃)、G11(保留熱強度，不阻燃)、FR-4(阻燃)、FR-5(保留熱強度，阻燃)。線路板基材的一個重要的溫度性能指標為Tg溫度。當溫度升高到某一區域時，基板將由"玻璃態”轉變為“橡膠態”，此時的溫度稱為玻璃化溫度(Tg)。Tg是基材保持剛性的溫度。

　　(2)高溫電子元器件采用汽車級

　　分體式角行程高溫采集板上的高溫電子元器件物料主要包括MCU、頻率振蕩器、共模電感、表貼3.3V穩壓器等。

關鍵詞：接線端子過程控制過程控制系統控制柜編碼器

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