0086 15335008985
در اتوماسیون صنعتی مدرن، انتخاب نوع محرک مناسب می تواند تعیین کند که آیا یک سیستم با دقت کار می کند یا در زیر بار از کار می افتد. محرک های الکتریکی به ستون فقرات کنترل فرآیند در نفت و گاز، تصفیه آب، تولید برق و تولید تبدیل شده اند. برخلاف جایگزینهای پنوماتیکی یا هیدرولیکی، محرکهای الکتریکی نصب تمیزتر، کنترل قابل برنامهریزی و ادغام بازخورد دقیقتر را ارائه میدهند. اما همه محرک های الکتریکی یکسان نیستند - خروجی مکانیکی، نوع حرکت و محدوده گشتاور آنها بسته به کاربرد به طور قابل توجهی متفاوت است.
این راهنما سه دسته اصلی مورد استفاده در تنظیمات صنعتی را تجزیه می کند: محرک های الکتریکی چند دور، ربع دور و خطی. هر کدام یک عملکرد مکانیکی مجزا را انجام می دهند و درک این تفاوت ها برای مهندسانی که تصمیمات تدارکاتی یا طراحی را اتخاذ می کنند بسیار مهم است.
محرک الکتریکی صنعتی وسیله ای است که انرژی الکتریکی را به حرکت مکانیکی برای کارکرد دریچه ها، دمپرها، دروازه ها یا سایر اجزای کنترل جریان تبدیل می کند. مکانیزم هسته معمولاً شامل یک موتور الکتریکی است که یک گیربکس را به حرکت در می آورد، که سپس گشتاور یا نیروی رانش مورد نیاز را تولید می کند. الکترونیک یکپارچه بازخورد موقعیت، سوئیچینگ محدود و ارتباط با سیستمهای کنترلی مانند SCADA، DCS یا PLC را کنترل میکند.
تغییر به سمت تحریک الکتریکی به چند دلیل تسریع شده است:
برآوردهای صنعت حاکی از آن است که محرک های الکتریکی اکنون بیش از 35 درصد از تمام تاسیسات اتوماسیون شیرهای جدید در سطح جهان را به خود اختصاص داده اند و این سهم تقریباً سالانه 6 درصد رشد می کند زیرا تأسیسات برنامه های تحول دیجیتال را دنبال می کنند.
صرف نظر از نوع حرکت خروجی، محرک های الکتریکی صنعتی یک معماری داخلی مشترک دارند:
| جزء | تابع | تکنولوژی رایج |
|---|---|---|
| موتور الکتریکی | انرژی چرخشی تولید می کند | القایی AC، براشلس DC، استپر |
| گیربکس / درایو قطار | گشتاور را چند برابر می کند، سرعت را کاهش می دهد | چرخ دنده کرم، چرخ دنده، چرخ دنده سیاره ای |
| سنسور موقعیت | موقعیت سوپاپ یا ساقه را گزارش می دهد | پتانسیومتر، رمزگذار، تفکیک کننده |
| کنترل الکترونیک | سیگنال ها را تفسیر می کند، موتور را به حرکت در می آورد | PCB با میکروکنترلر، H-bridge |
| سوئیچ های محدود | مرزهای پایان سفر را مشخص می کند | بادامک مکانیکی، مغناطیسی، نوری |
| لغو دستی | اجازه می دهد تا در هنگام از دست دادن برق، کار با دست را انجام دهد | چرخ دستی با مکانیزم کلاچ |
| محوطه | از اجزای داخلی در برابر محیط محافظت می کند | آلومینیوم یا ضد زنگ، دارای رتبه IP67/IP68 |
A محرک الکتریکی چند دور خروجی چرخشی پیوسته تولید می کند که به بیش از یک چرخش کامل برای تکمیل حرکت شیر نیاز دارد. این دسته عمدتاً برای کارکردن دریچههای دروازه، شیرهای گلوب، دریچههای دریچهای و دریچههای توپی با ساقه بالارونده استفاده میشود که در آن میل باید از پیچهای زیادی عبور کند تا به موقعیت کاملاً باز یا کاملاً بسته برسد.
موتور الکتریکی یک چرخ دنده حلزونی یا چرخ دنده حلزونی را به حرکت در می آورد که به طور همزمان سرعت را کاهش می دهد و گشتاور را چند برابر می کند. خروجی معمولاً از طریق یک مهره ساقه استاندارد یا غلاف محرک که مستقیماً میله بالارونده یا غیربالنده شیر را درگیر می کند، تحویل داده می شود. از آنجایی که شفت خروجی به طور مداوم در یک جهت برای باز شدن و معکوس برای بسته شدن می چرخد، ردیابی موقعیت دقیق ضروری است.
محرک های چند دور برای کاربردهای با گشتاور بالا مهندسی شده اند. واحدهای صنعتی معمولاً محدوده های زیر را شامل می شوند:
زمان کارکرد موتور در هر ضربه مستقیماً به نسبت دنده و سرعت موتور بستگی دارد که معمولاً بسته به تعداد دورهای مورد نیاز و سرعت خروجی انتخابی از 15 ثانیه تا چند دقیقه متغیر است.
هنگام تعیین یک محرک الکتریکی چند دور برای یک پروژه صنعتی، مهندسان باید پارامترهای زیر را در برابر الزامات شیر و فرآیند ارزیابی کنند:
| پارامتر | محدوده معمولی | تاثیر بر انتخاب |
|---|---|---|
| خروجی Torque | 10 - 32000 نیوتن متر | باید بیشتر از گشتاور گسست سوپاپ با ضریب ایمنی باشد |
| تعداد چرخش | 1.5 - 500 دور | نسبت دنده و زمان ضربه را تعیین می کند |
| ولتاژ تغذیه | 110 ولت، 220 ولت، 380 ولت، 480 ولت AC | باید با زیرساخت قدرت سایت مطابقت داشته باشد |
| چرخه وظیفه | 15 دقیقه، 30 دقیقه، S2/S4 | فرکانس کاری مجاز را تعیین می کند |
| محوطه Rating | IP65 تا IP68 | مناسب بودن برای شستشو یا استفاده در زیر آب را تعیین می کند |
| پروتکل ارتباطی | 4-20mA، HART، PROFIBUS | باید با سیستم کنترل موجود سازگار باشد |
عملگرهای چند دور تقریباً در هر بخش از صنایع سنگین ظاهر می شوند. موارد استفاده مکرر شامل دریچههای دروازهای با ساقه بالارونده در شبکههای آب، دریچههای گلوب بر روی سربرگهای کنترل بخار، دریچههای دریچهای در تصفیه فاضلاب، و شیرهای دروازهای چاقویی در مدارهای دوغاب معدنی هستند. در هر سناریو، توانایی تعدیل جریان در هر نقطه از حرکت ساقه - نه فقط در موقعیت کاملا باز یا کاملا بسته - یک مزیت تعیین کننده نسبت به گزینه های روشن/خاموش ساده تر است.
A محرک الکتریکی ربع دور دقیقا 90 درجه خروجی چرخشی برای باز کردن یا بستن یک شیر ارائه می دهد. این دسته شامل شیرهای توپی، شیرهای پروانه ای، شیرهای پلاگین و دمپرها می شود - که همه آنها از طریق یک چهارم چرخش شفت از حالت کاملاً باز به کاملاً بسته تغییر می کنند.
موتور یک قطار دنده کاهشی را به حرکت در می آورد که 90 درجه چرخش را با گشتاور بالا در سرعت کم انجام می دهد. کوپلینگ خروجی مطابق با استاندارد ISO 5211 است که ابعاد فلنج نصب و هندسه سوکت درایو را مشخص می کند. این استانداردسازی به یک مدل محرک اجازه می دهد تا بدون آداپتورهای سفارشی روی چندین تولید کننده شیر نصب شود.
محرکهای یک چهارم دور، خروجیهای گشتاور کالیبرهشده با گشتاور مقاومتی سوپاپ در سختترین نقطه آن در سکته مغزی تولید میکنند. برای شیرهای توپی، این نقطه معمولاً در اواسط ضربه است، زمانی که سوراخ در 45 درجه جریان است و اختلاف فشار بالاترین است. قراردادهای اندازهگیری معمولاً ضریب ایمنی 1.25 تا 1.5 را روی گشتاور نامی سوپاپ اعمال میکنند.
بسیاری از کاربردهای ربع دور نیاز دارند که دریچه در صورت از دست دادن قدرت یا سیگنال کنترل به موقعیت مشخصی حرکت کند. این امر از طریق دو مکانیسم اصلی به دست می آید:
| مکانیزم Fail-Safe | اصل عملیات | بهترین مناسب برای |
|---|---|---|
| بازگشت بهار | فنر شارژ شده سوپاپ را در زمان اتلاف برق به حرکت در می آورد | خاموشی های ایمنی، خطوط حفاظت در برابر آتش |
| پشتیبان باتری (ESD) | باتری داخلی موتور را با از دست دادن سیگنال هدایت می کند | شیرهای خاموش شدن اضطراری با کنترل زمان ضربه |
| بازگشت خازن | تخلیه بانک خازن برای محرک موتور | شیرهای عایق سریع الاثر |
طرحهای برگشت فنر پیچیدگی مکانیکی میافزایند و به بازرسی دورهای فنر نیاز دارند، در حالی که طرحهای باتری و خازن موقعیتهای خرابی قابل برنامهریزی را ارائه میدهند، از جمله خرابی در محل، که شیر را در آخرین موقعیت شناخته شده خود در هنگام از دست دادن سیگنال نگه میدارد.
محرک های ربع دور در دو کلاس کاربردی هستند. واحدهای روشن/خاموش به سادگی سوپاپ را به حالت توقف سخت هدایت می کنند و برای سرعت و استقامت سوئیچینگ بهینه شده اند. واحدهای تعدیل کننده، کنترل موقعیت متناسب را با ورودی کنترل 4-20 میلی آمپر یا 0-10 ولت اضافه می کنند، که شیر را قادر می سازد هر زاویه ای را بین 0 تا 90 درجه بر اساس سیگنال تقاضای فرآیند نگه دارد. محرکهای تعدیلکننده به بازخورد موقعیت با وضوح بالاتر و الکترونیک کنترل پیچیدهتر نیاز دارند، اما قابلیت تنظیم جریان را در برنامههای درنگ فرآیند ضروری ارائه میدهند.
در جاهایی که خروجی چرخشی غیرعملی است یا طراحی شیر نیاز به حرکت مستقیم ساقه دارد، یک محرک الکتریکی خطی (که در کاتالوگ های صنعتی محرک الکتریکی خطی نیز نامیده می شود) راه حل را ارائه می دهد. این واحدها چرخش موتور را از طریق یک پیچ، بال اسکرو یا مکانیزم پیچ غلتکی به رانش محوری تبدیل می کنند.
نوع پیچ بر راندمان، ظرفیت بار و عمر سرویس نظارت دارد:
ظرفیت محرک خطی به جای گشتاور و چرخش با نیروی رانش و طول ضربه تعریف می شود:
| کلاس | خروجی رانش | طول سکته مغزی | نوع شیر معمولی |
|---|---|---|---|
| صنعتی سبک | 0.5 کیلو نیوتن - 5 کیلو نیوتن | 25 - 150 میلی متر | دریچه های کنترل، شیرهای گلوب کوچک |
| متوسط صنعتی | 5 کیلو نیوتن - 50 کیلو نیوتن | 100 - 400 میلی متر | دریچه های دروازه ای، شیرهای دیافراگمی |
| صنعتی سنگین | 50 کیلو نیوتن - 200 کیلونیوتن | 300 - 1000 میلی متر | دریچه های دروازه ای بزرگ، دریچه های چاقو، دروازه های دریچه ای |
محرک های الکتریکی خطی به طور مستقیم با سیلندرهای پنوماتیک برای حرکت خط مستقیم رقابت می کنند. تمایزهای کلیدی عملکرد عبارتند از:
محرک های خطی مستقر در محیط های خارجی، دریایی یا محیط های شیمیایی تهاجمی به حفاظت از ورود و مشخصات مواد خاص نیاز دارند. IP67 (غوطه وری موقت) و IP68 (غوطه ور شدن مداوم) استاندارد برای تاسیسات خرک زیر دریا یا قابل سیل هستند. برای مکانهای خطرناک، واحدهای دارای گواهینامه ATEX Zone 1/Zone 2 یا IECEx با محفظههای موتور ضد شعله یا ایمنی افزایش یافته اجباری هستند. سخت افزار خارجی از جنس استنلس استیل و وسایل الکترونیکی با روکش منسجم عمر مفید را در محیط های ساحلی و با رطوبت بالا افزایش می دهند.
انتخاب بین انواع محرک چند دور، ربع دور و خطی مستلزم تطبیق حرکت خروجی محرک با الزامات مکانیکی شیر است. جدول زیر مهمترین تفاوت های تصمیم گیری را خلاصه می کند:
| معیارها | چند چرخشی | ربع نوبت | خطی |
|---|---|---|---|
| خروجی Motion | چرخش چندگانه (پیوسته) | چرخش 90 درجه | محوری (خط مستقیم) |
| انواع شیرهای اولیه | دروازه، کره، دریچه | توپ، پروانه، پلاگین | گلوب، دروازه، دیافراگم، چاقو |
| محدوده گشتاور / نیرو | 10 - 32000 نیوتن متر | 5 - 8000 نیوتن متر | رانش 0.5 - 200 کیلونیوتن |
| موقعیت Control | تعدیل کننده، روشن/خاموش | تعدیل کننده، روشن/خاموش | تعدیل کننده، روشن/خاموش |
| گزینه های ایمن شکست | باتری، خازن | فنر، باتری، خازن | فنر، باتری |
| استاندارد نصب | ISO 5210 | ISO 5211 | EN ISO 15081، فلنج های سفارشی |
| پیچیدگی نصب | متوسط | کم | کم to Medium |
هر سه دسته محرک ها هم از کلید روشن/خاموش و هم از مدولاسیون متناسب پشتیبانی می کنند. با این حال، درجه پیچیدگی کنترل تعبیه شده در واحد بسیار متفاوت است. واحدهای روشن/خاموش سطح ورودی از کلیدهای محدود مکانیکی ساده و یک رله کنترل استفاده می کنند. واحدهای تعدیل کننده میان رده بازخورد موقعیت آنالوگ را با ورودی/خروجی 4-20 میلی آمپر یا 0-10 ولت اضافه می کنند. محرکهای هوشمند پیشرفته دارای یک موقعیتدهنده دیجیتال با حلقه PID، ارتباط فیلدباس، تست ضربهای جزئی، و ثبت دادههای تشخیصی هستند - همه در محفظه محرک.
برای حلقههای کنترل بحرانی که دقت موقعیت سوپاپ بر کیفیت یا ایمنی محصول تأثیر میگذارد، محرکهای تعدیلکننده هوشمند با عیبیابی یکپارچه میتوانند با تشخیص ساییدگی صندلی، افزایش اصطکاک بستهبندی ساقه، و روند برگشت دنده قبل از ایجاد اختلال در فرآیند، زمان خاموشی برنامهریزی نشده را کاهش دهند.
قبل از نصب هر محرک الکتریکی، مراحل تأیید زیر خرابی راه اندازی را کاهش می دهد:
کالیبراسیون نادرست سوئیچ حد، علت اصلی آسیب عملگر در سال اول سرویس است. کلیدهای محدود باز و بسته باید طوری تنظیم شوند که قبل از اینکه شیر به توقف سخت مکانیکی خود برسد، قدرت موتور را متوقف کند. برای شیرهای دروازه و گلوب، محدودیت بسته باید قدرت موتور را زمانی کاهش دهد که دیسک محکم قرار گرفته باشد اما قبل از اینکه گشتاور موتور از حداکثر بار مجاز صندلی سوپاپ تجاوز کند. برای شیرهای توپی و پروانه ای، توقف حرکت 90 درجه در مکانیزم بادامک دنده محرک تنظیم شده است و باید با یک نشانگر درجه تأیید شود نه با احساس.
| فعالیت | فاصله | یادداشت ها |
|---|---|---|
| بازرسی بصری محفظه و ورودی های کابل | ماهانه | ورود، خوردگی، غدد شل را بررسی کنید |
| تست عملکرد لغو دستی | فصلنامه | مطمئن شوید که مکانیزم کلاچ آزادانه درگیر و جدا می شود |
| تایید سوئیچ محدود و سوئیچ گشتاور | هر 6 ماه یکبار | تحت بار کار کنید؛ تأیید موقعیت ها مطابق با بازخوانی DCS |
| تست ضربه جزئی (برای شیرهای ایمنی) | ماهانه to quarterly | حرکت محرک و سوپاپ را بدون سیکل کامل تایید می کند |
| گیربکس grease renewal | هر 3-5 سال یکبار | بر اساس برنامه تولید کننده؛ از درجه گریس مشخص شده استفاده کنید |
| تعویض باتری (در صورت نصب) | هر 3-5 سال یکبار | ابتدا تست ظرفیت؛ قبل از شکست به طور فعال جایگزین کنید |
درک رابطه علامت به علت به تیم های تعمیر و نگهداری اجازه می دهد تا قبل از وقوع شکست کامل اقدام کنند:
یک محرک چند چرخشی در طول چرخش های کامل زیادی می چرخد تا شیر را از باز به بسته حرکت دهد و آن را برای شیرهای دروازه و شیرهای گلوب با ساقه های بالارونده یا بدون بالا آمدن مناسب می کند. یک محرک یک چهارم چرخشی دقیقاً 90 درجه چرخش را ارائه می دهد که با حرکت باز به بسته شیرهای توپی، شیرهای پروانه ای و شیرهای پلاگین مطابقت دارد. این دو نوع از فناوریهای الکترونیکی و موتور مشابهی برخوردارند، اما در طراحی گیربکس و استانداردهای کوپلینگ خروجی متفاوت هستند.
با اطلاعات گشتاور جدایی منتشر شده توسط سازنده سوپاپ و داده های گشتاور در حداکثر فشار دیفرانسیل که سوپاپ می بیند شروع کنید. برای در نظر گرفتن ساییدگی صندلی، اثرات دما و تغییرات فشار خط، ضریب ایمنی حداقل 1.25 را اعمال کنید. برای کاربردهای تعدیل، گشتاور وسط سفر را در موقعیت 45 درجه نیز در نظر بگیرید، که معمولاً برای شیرهای توپی بالاترین میزان است. گشتاور خروجی محرک انتخابی باید از این نیاز محاسبه شده در تمام محدوده دمای عملیاتی فراتر رود.
در بیشتر موارد، بله. الزامات کلیدی این است که طول ضربه و نیروی رانش واحد الکتریکی مطابق یا بیشتر از مشخصات سیلندر پنوماتیک باشد و هندسه اتصال انتهای میله با یوک و رابط ساقه سوپاپ سازگار باشد. برخی از سیلندرهای پنوماتیکی همچنین دارای پوزیشنرهای یکپارچه هستند که باید در الکترونیک کنترل محرک الکتریکی تکرار شوند. زیرساخت سیم کشی ولتاژ و سیگنال باید به محل شیر هدایت شود، که ممکن است نیاز به نصب مجرای اضافی داشته باشد.
محرک های الکتریکی صنعتی مدرن طیف وسیعی از پروتکل ها را بسته به نوع محصول پشتیبانی می کنند. در سطح پایه، سیم کشی گسسته (دستورهای باز/بستن، مخاطبین بازخورد باز/بسته) و بازخورد موقعیت آنالوگ 4-20 میلی آمپر جهانی هستند. محرک های هوشمند میان رده، HART را برای ارتباط همپوشانی در حلقه 4-20 میلی آمپر اضافه می کنند. واحدهای پیشرفته از PROFIBUS DP، Foundation Fieldbus، Modbus RTU/TCP، DeviceNet و پروتکل های مبتنی بر اترنت به طور فزاینده ای مانند PROFINET و EtherNet/IP برای ادغام با معماری های Industry 4.0 پشتیبانی می کنند.
برای نصبهای معمولی در فضای باز که در معرض باران و تمیز کردن شیلنگ قرار دارند، IP65 (ضد گرد و غبار و محافظت از جت آب) حداقل امتیاز قابل قبول است. در محیطهای ساحلی یا کاربردهایی با احتمال وقوع سیل، IP67 (غوطهوری موقت تا عمق 1 متر) یا IP68 (غوطهورسازی مداوم) توصیه میشود. مواد محفظه به اندازه درجه IP اهمیت دارد: آلومینیوم ریختهگری با پوشش اپوکسی برای اکثر محیطها مناسب است، در حالی که فولاد ضد زنگ 316 برای شرایط قرار گرفتن در معرض اسید یا قلیایی قوی در دریا، دریایی و قوی مشخص شده است.
فرکانس تست ضربه جزئی مورد نیاز به هدف سطح یکپارچگی ایمنی (SIL) برای عملکرد ایمنی و دادههای نرخ خرابی در حال استفاده ثابت شده محرک بستگی دارد. در عمل، اکثر برنامههای کاربردی SIL 2 هر یک تا سه ماه یک بار آزمایشهای سکته مغزی جزئی را انجام میدهند تا احتمال شکست مورد نیاز در صورت تقاضا حفظ شود. آزمایش کورس جزئی معمولاً شیر را در 10 تا 30 درصد از حرکت خود تمرین می دهد، که برای تأیید آزادی مکانیکی حرکت بدون ایجاد اختلال در جریان فرآیند کافی است.