法国Bernard伯纳德智能型电动执行器

 

1.1 什么是智能型电动执行器

智能型电动执行器至少应满足如下三个条件：一是主控制器应由微电脑芯片担任：二是可实现非侵入式调试．也就是在现场进行调试时，可完全通过外部控制装置(键盘、旋钮、遥控器、笔记本电脑等)对执行器进行设定，不用打开机箱，不用使用机械装置；三是有一定的智能功能，这点由于各个厂家执行器采用的控制原理不尽相同，实现的功能也不完全一致。

1.2 伯纳德智能型电动执行器的特点

      法国伯纳德公司是世界著名的生产阀门电动执行器的专业公司之一，始建于1936年，总部位于法国巴黎。该公司年生产35000多台套电动执行器，广泛应用于各行各业．包括电力、钢铁、炼油、天然气、水处理、燃气、热力、造船、汽车、铝加工、化工等。伯纳德公司在其经典的执行器机械结构基础上开发了智能型电动执行器，经过多年的改进提高，形成了自己独特的技术风格和特点。

* 机械式力矩测量装置

      采用行星齿轮传动装置测量执行器的负载力矩是目前大多数传统执行器采用的方法，其特点是测量精度高，稳定可靠。伯纳德智能型电动执行器依然沿用了这种方法。所不同的是采用光电绝对编码器，辅以杠杆放大机构，将力矩的精确数值传送给CPU进行处理，实现了高精度力矩参数采集。

*光电绝对编码器

      光电绝对编码器是伯纳德自行开发的用于执行器位置、力矩等测量的传感器。具有结构简单、性能稳定、采集精度高、分辨率高等特点，由于不需要任何电池来保存原点或数据，大大地提高了系统的稳定性，降低了故障率，节约了成本。

*先进的手轮自动离合系统

      伯纳德智能型电动执行器在机械结构上采用了一种先进的单向传动设计，实现了手轮驱动和电机驱动的自动切换，传动效率高、使用方便。用户在电机停转的情况下可直接转动手轮，实现人工驱动阀门的开闭。自动离合系统设计的原则是电动优先。

*采用PDA或笔记本电脑进行参数设定

      伯纳德智能型电动执行器使用随机配置的操作面板，通过简单的菜单操作，就可以实现对执行器的参数没定。同时，作为选件向用户提供专用手持式控制器（PDA）,以红外方式和执行器通讯，极大的方便了用户调试或工程师维护。当然，我们还提供笔记本专用的红外通讯组件,用户可以用自己的笔记本电脑对执行器进行设定。无论是PDA还是笔记本电脑,用户不但可以调整设定执行器的参数。还可以将执行器的力矩等参数，以图表形式显示出来。用于进行阀门工况分析或处理机械故障等。

二、智能型电动执行器控制系统的主要性能
2.1 光电绝对编码器

* 高精度、高可靠性

伯纳德智能型电动执行器采用的是伯纳德自行开发的光电绝对编码器。由于将机械测量和电脑数据处理有机的结合在一起。数据稳定性好、精度高，测量面无接触，使用寿命长。

 

      光电绝对编码器无需电池保存设定原点或数据，大大提高了系统的可靠性。方便了用户，节约了成本。

* 位置测量光电绝对编码器

      位置测量用光电绝对编码器结构如示意图，三个编码盘安装在执行器的主输出轴上，最大编码圈数914圈，编码位数为15位。

* 力矩测量光电绝对编码器

      力矩测量用光电绝对编码器结构如示意图，编码板和力矩测量弹簧相连。直接反映出弹簧的位移量，由电脑计算出实际力矩。力矩值的测量为动态测量，出厂时按用户要求设定最大力矩限位值。编码器的位数为5位。

2.2 中央微处理器

* 可编程微处理器

      可编程微处理器的应用使得操作和控制更加方便准确，确保了阀门和执行器的各项参数，如阀位、力矩、故障状态等始终在用户的监控之下。在进行维护时，用户也可获得各种变化了的参数，用以判断故障点。

* 巨大的存储容量

      大容量的EEPROM存储器，可保证所有参数设定、数据处理、数据采集等的使用，还可记录最近一次全行程阀门力矩曲线圈，提供给用户在维护阀门时参考。

      该存储器无需后备电池保存数据。

2.3 控制系统的输人输出

* 多种通信方式

      智能型电动执行器的远程控制和普通执行器兼容，可通过多线连接、现场总线(附加模块)、4-20mA(附加模块)等与中央控制室连接，同时还可以通过执行器上的控制面板进行本地操作，或通过手持式控制器、笔记本电脑（需红外通讯组件），直接控制执行器。

2.2 中央微处理器

* 可编程微处理器

      可编程微处理器的应用使得操作和控制更加方便准确，确保了阀门和执行器的各项参数，如阀位、力矩、故障状态等始终在用户的监控之下。在进行维护时，用户也可获得各种变化了的参数，用以判断故障点。

* 巨大的存储容量

      大容量的EEPROM存储器，可保证所有参数设定、数据处理、数据采集等的使用，还可记录最近一次全行程阀门力矩曲线圈，提供给用户在维护阀门时参考。

      该存储器无需后备电池保存数据。

2.3 控制系统的输人输出

* 多种通信方式

      智能型电动执行器的远程控制和普通执行器兼容，可通过多线连接、现场总线(附加模块)、4-20mA(附加模块)等与中央控制室连接，同时还可以通过执行器上的控制面板进行本地操作，或通过手持式控制器、笔记本电脑（需红外通讯组件），直接控制执行器。
* 执行器状态输出（远程信号指示）

      智能型执行器有4个双稳态继电器，用来指示执行器的状态．可通过编程方式，在23种选项中设定。在随机附带的继电器组不能满足要求时．可再增加一个继电器组(3个单稳态继电器，选件)。

      注：掉电释放型继电器无需后备电池。

* 故障指示继电器

      故障指示继电器是上电型继电器，在发生故障或是断电的情况下，继电器释放指示有故障存在。标准状态下有5种故障状态可供选择，可通过编程设定。

* 多种语言字符显示窗

      智能型电动执行器带有可显示多种语言的字符显示窗．可精确显示阀门和控制系统的状志，如阀门位置（0%为全关、100%为全开）、力矩值（最大力矩值的百分比）、报警信号和设定诊断菜单等等。用户可以自行选定熟悉的语言。

* 本地状态指示

      通过液晶显示窗，用户在现场可观察到执行器的工作状态，如阀门开度、力矩百分比、报警指示等，同时还有两个发光二极管，红灯闪烁时，表示阀门正在关闭，绿灯闪烁时表示阀门正在开启。

* 非接触式旋钮

      智能型电动执行器配有磁性非接触式旋钮，通过该旋钮用户可进行各种现场操作，如开关阀门、设定参数、读出数据等等，由于是非接舳式，可保证执行器实现各种防护功能。

* 本地控制

      红色旋钮的每个可设定位置部有锁定卡口，用户可以自行加锁，以防误操作。这些可设定的位置包括远程、本地和STOP，当旋钮置于STOP时禁止一切对执行器的操作。

* 不用工具不用打开机箱就可进行参数设定和诊断

      即使是在易燃易爆的环境下，不用任何工具，不用打开机箱，通过本地旋钮和液晶视窗就可对执行器进行设定。

* 自动设定

      执行器在出厂时按照用户的订货要求进行了校对和设定，用户收到产品后原则上只要对全开和全关的位置进行精确设定即可。有些应用场合，如闸板阀，智能型执行器可自动设定全开和全关的位置，甚至可根据测定的惯性优化最终的设定结果。

* 红外通讯

      标准智能型执行器配有红外通讯接口，可直接与手持式控制器（PDA）通讯，也可通过红外组件与安装了INTELLISOFT软件的笔记本电脑通讯。如果许多执行器的参数相同，在设定完一台执行器后，只要用手持式控制器或笔记本电脑将数据下载到其他执行器中即可，省时省力，非常方便。

* 延时功能（变速功能）

      为防止诸如水锤现象发生．可适当延长执行器的运行时间(降低执行器操作速度)。用户可对执行器的运行时间和停止时司进行编程，实现所需的控制速度。

* 动作记录

      为方便用户检修和判断故障，智能型电动执行器可以自动记录出厂后的总运行时间，或某一区段的运行时间。也可记录出厂后的起动次数，或过去12小时内的启动次数。如果用手轮操作阀门，执行器也能正确反映出来。智能型执行器始终监视操作阀门肘的力矩大小．并记录最后一次阀门全行程的力矩曲线。

* 报警

      智能控制系统时刻监视执行器各项功能和阀门的工作状态，有19种报警状态可供本地查询或通过现场总线(选件)传送到中央控制室。出现报警状态时，本地液晶显示屏上有一个小黑框不断闪烁，用户可通过菜单查询是何种报警状态。通常情况下，即使有报警出现，执行器也可以正常操作(影响执行器功能的报警除外)，如‘起动过于频繁’。报警状态消失后，小黑框自动关闭。

* 相序监控

      在三相供电时，用户无需注意接入执行器的电源相序，相序自动监控和校正系统可保证不论如何接线，执行器始终保持正确的运行方向。如果出现缺相，执行器会立即停止运行，井给出报警信号。

* 容错功能

      智能型电动执行器可以设定为受ESD控制或不受ESD控制，通过修改一些选项，可使ESD超越电机热保护报警，或不管是舌有过力矩报警，强行驱动阀门等等。

* 数据表

      在智能型执行器的内存中，有一个数据区，保存了执行器的各种数据，比如用户代码、出厂日期、出厂系列号、电机负荷率、调节等级等等。

* 密码保护

      为了保护许多重要参数不被修改，在进人菜单的修改功能前，用户可以设定密码进行保护。一般在第一次使用时输人密码。

* 换向延迟

      执行器在运行中需要改变方向时，有一个最小延迟时间(200mm)，用来保护执行器在突然换向中，不至造成机械损坏。

* 熔丝保护

      控制系统的主电路板有三个保险些。

2.4 可选件

* 手持式控制器(PDA)

      手持式控制器是我公司最新开发的现场调试工具，它以工业PDA为载体．操作系统采用Windows，配以专门开发的软件．用户界面友好，操作方便，几乎具备了笔记本电脑的所有功能。

      该控制器以红外方式和执行器通讯，通讯距离40cm，并通过蓝牙、IRDA等与PC通讯。用户可以在办公室将有关资料从PC下载到PDA中，然后在现场再从PDA中下载到执行器中，甚至可以实现和伯纳德售后服务中心远程传递数据。

      手持式控制器可以在现场对执行器进行开、关、停等的操作。也可以对执行器的各项参数进行修改和设定，甚至可以读出并显示力矩曲线。

 

 

* INTELLIKIT（计算机红外组件）

      该组件是为笔记本电脑和执行器通讯配备的。它包括（1）专用红外线传送接口，一端和计算机RS232端口相连，另端用卡环卡在执行器的液晶视窗前，红外头正对液晶视窗。（2）智能操作软件INTELLISOFT,存放在一张CDROM上,可在WIN98系统下安装使用，随红外接口一起提供。功能和PDA类似。

* 位置传送

      位置传送模块专门用来传送阀位的模拟置信号。如 4-20mA 或 0-10V 电压等等。该模块采用内部供电。输入和输出之间进行了隔离。

* 力矩传送

      可对力矩值进行连续监控。输出 4-20mA，输入输出进行了隔离。本功能随位置传送模块一起提供。

* 模拟信号控制模块

      智能型电动执行器虽然已经具备了根据用户的指令运行到任何指定位置的功能，但不能直接接收模拟量控制信号，增配该模块后．执行器就可接收来自中央控制室的 4-20mA（或0-10V）模拟信号。该摸块的设定由软件自动完成。且输人输出隔离，并包括了上述两个模块的功能。

* 附加信号输出

      信号继电器模块提供3个单稳态继电器。可通过程序设定其功能。加上原有的四个继电器，用户可在23种执行器状态中选定要传送的信号。
* 现场总线通讯

      智能型电动执行器通过增配不同的总线接口，实现各种目前广为流行的现场总线功能，如DUPLINE DS200，PROFIBUS，MODBUS，FIELDBUS FOUNDATION等等。所有的命令和信息都可通过总线传递。

 

 

2.5 非侵入式调试

      所有执行器在出厂时已经按照用户的订货要求进行了设定。原则上用户无需修改参数。

* 执行器配装阀门后的设定

      执行器和阀门配装后，往往需要对阀门开位和关位重新设定。智能型执行器有两种设定方式，一是手动，二是自动。手动时可在现场通过操作面板的旋钮进入程序菜单。按照菜单上的步骤一步一步操作即可（详见操作说明书）。自动时执行器会以力矩大小来判断阀门的状态，运行一个来回后，探测出阀门的开位和关位，并计算转动惯量，以最优状态完成设定。

* 执行器参数修改

      必要时可修改执行器参数，方法同上。通常可修改的主要参数有，阀门关闭方向、力矩关阀或行程关阀、阀门开启（或关闭）优先，力矩限位等等。

* 使用PDA或笔记本电脑

      上述执行器的设定和参数修改都可通过PDA或笔记本电脑实现，也可将已经设定好的参数输入到执行器中，从而完成设定。
2.6 故障诊断和维护

      智能型电动执行器可以给用户提大量信息，以便判断故障或制定维护方案。

* 功能监视

      智能型电动执行器随时监测内部元件的工作状态，如力矩传感器、位置传感器、微处理器、EEPROM存储器等，一旦出现问题能及时报警，维修人员可根据报警信号查找故障所在。同时，执行器也监视着运行状态，如出现过行程、电机阻转、运行方向不对、电源缺相、电机过热保护等等，也会及时发出报警信号。

* 力矩监控

      执行器可实时检测作用到阀门上的力矩值，为了保护阀门或执行器．在一个开或关的行程内，用户可以有两个不同的力矩限定值。例如闸板阀，在阀门即将闭合的小段行程内，为了保证阀门关闭严密，需有一个较大的关闭力矩，可以设定为力矩1,在其他行程内仅仅需要克服运行过程中可能出现的非正常阻力，力矩限定相对较小，可以设定为力矩2。

      一些对惯量有特殊要求的场合，智能型执行器可以在阀门开启的瞬间，将力矩限位屏蔽。以保证阀门正常开启。

* 记录力矩曲线

      智能型电动执行器自动记录最近一次全开或全关的力矩曲线，同时可以存储一条用户认为是标准的力矩曲线，以便维护时参考。力矩曲线可以通过红外装置上传至PDA、笔记本电脑，或通过现场总线上传到中央控制室，甚至是办公室个人电脑，供用户分析参考