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調(diào)節(jié)閥傳感器
上海申弘閥門有限公司
之前介紹高壓減壓閥，現(xiàn)在介紹調(diào)節(jié)閥傳感器在過(guò)程工業(yè)中，閥門和驅(qū)動(dòng)器一貫用于液體流動(dòng)的控制和轉(zhuǎn)移。越來(lái)越多的工廠工程師希望在控制系統(tǒng)中得到閥門、及驅(qū)動(dòng)器當(dāng)下位置的反饋信號(hào)。通常這種信號(hào)由內(nèi)置于開(kāi)關(guān)盒中的接近傳感器，或直接安裝在驅(qū)動(dòng)器或手動(dòng)閥門上的雙傳感器來(lái)獲取。本文深入探討在現(xiàn)場(chǎng)和市場(chǎng)新趨勢(shì)中應(yīng)用的傳感器類型。
調(diào)節(jié)閥傳感器標(biāo)準(zhǔn)化現(xiàn)狀
行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于技術(shù)的發(fā)展利弊共存。一方面，它限制了創(chuàng)造性，但另一方面又確保了不同制造商的設(shè)備具備兼容性。VDE / VDI3845標(biāo)準(zhǔn)要求了諸多事項(xiàng)后，規(guī)定了氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器機(jī)與所連接設(shè)備之間的重要機(jī)械連接。該標(biāo)準(zhǔn)包括了對(duì)安裝孔的定義：30×80mm和30×130mm。安裝桿的高度為20、30和50毫米。對(duì)于安裝桿直徑，則沒(méi)有固定的標(biāo)準(zhǔn)，所以在雙傳感器的應(yīng)用中，用戶必須特別注意。隨著數(shù)字化和信息技術(shù)與機(jī)械裝置的融合，傳感器和電動(dòng)執(zhí)行器已經(jīng)開(kāi)始實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、控制功能和控制參數(shù)協(xié)調(diào)一體化，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線與外部連接?；A(chǔ)自動(dòng)化控制功能的重新分配，許多計(jì)算機(jī)控制功能下放到傳感器和電動(dòng)執(zhí)行器中完成，如參數(shù)檢測(cè)、控制、診斷和維護(hù)管理等。由標(biāo)準(zhǔn)IEC-62061所規(guī)定的機(jī)械設(shè)備的功能安全已成為一個(gè)熱門概念和不能回避的問(wèn)題。就傳感器和執(zhí)行器而言，過(guò)去衡量其可靠性指標(biāo)時(shí)，常用MTBF（平均*時(shí)間）來(lái)描述。就當(dāng)下DKJ電動(dòng)執(zhí)行器，DKZ電動(dòng)執(zhí)行器，DZW閥門電動(dòng)裝置2SA3/2SQ3西門子電動(dòng)執(zhí)行器、防爆電動(dòng)執(zhí)行器、精小型電動(dòng)執(zhí)行器、防爆電動(dòng)執(zhí)行器;智能一體化執(zhí)行器，電動(dòng)多回轉(zhuǎn)式執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
閥門——電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)系統(tǒng)
上海申弘閥門有限公司主營(yíng)閥門有：截止閥,電動(dòng)截止閥由于越來(lái)越多場(chǎng)合采用了自動(dòng)化控制，人工操作被機(jī)構(gòu)和自動(dòng)化代替，人們要求執(zhí)行機(jī)構(gòu)能夠起到控制系統(tǒng)與閥門機(jī)械運(yùn)動(dòng)之間的界面作用，更要求執(zhí)行機(jī)構(gòu)增強(qiáng)工作安全性能和環(huán)境保護(hù)性能。在一些危險(xiǎn)性的場(chǎng)合，自協(xié)化的執(zhí)行機(jī)構(gòu)裝置能減少人員的傷害。某些特殊閥門要求在特殊情況下緊急打開(kāi)或關(guān)閉，閥讓執(zhí)行機(jī)構(gòu)能阻止危險(xiǎn)進(jìn)一步擴(kuò)散同時(shí)將損失降至zui低。
閥門電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)用于控制閥門開(kāi)度，要求執(zhí)行機(jī)構(gòu)能夠的使閥門走到任何位置，角度或位移傳感器則是反饋開(kāi)度信號(hào)，這個(gè)信號(hào)不僅是位置反饋，同時(shí)也要通過(guò)這個(gè)信號(hào)來(lái)決定執(zhí)行器何時(shí)開(kāi)始何時(shí)停止。目前大部分執(zhí)行機(jī)構(gòu)都是用于開(kāi)關(guān)閥門，而隨著閥門制造業(yè)不斷發(fā)展，以及各種類型閥門日益劇增的需求，如今的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)走出了簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)功能，它們包含了位置感覺(jué)裝置，力矩感應(yīng)裝置，電極保護(hù)裝置，邏輯控制裝置，數(shù)字通訊模塊及PID控制模塊等，對(duì)于開(kāi)度控制，傳感器是*的一部分，在執(zhí)行機(jī)構(gòu)中扮演著十分重要的角色。
隨著硬件、軟件和網(wǎng)絡(luò)通信的融入，其可靠性必須有一個(gè)整體指標(biāo)來(lái)描述，即功能安全規(guī)范。在產(chǎn)品的使用過(guò)程中遇到外界因素（機(jī)械振動(dòng)、沖擊、溫度、電噪聲、浪涌、雷擊等）的單獨(dú)或復(fù)合作用下，當(dāng)可能功能出錯(cuò)導(dǎo)致危險(xiǎn)時(shí)免遭影響而保護(hù)其可靠工作，同時(shí)又不能電動(dòng)執(zhí)行器拋棄原有建立在嚴(yán)謹(jǐn)?shù)母怕收摶A(chǔ)上的可靠性理論。
開(kāi)關(guān)盒
術(shù)語(yǔ)“開(kāi)關(guān)盒”通常描述在一個(gè)封閉盒中傳感器、凸輪和連接器的集成。傳感器和氣動(dòng)執(zhí)行器通過(guò)它實(shí)現(xiàn)機(jī)械連接。該解決方案旨在避免傳感器暴露在周邊環(huán)境中或受到影響，同時(shí)能夠使用標(biāo)準(zhǔn)傳感器。在這些標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)關(guān)盒中，典型內(nèi)置以下傳感器：
電感式傳感器是一種信號(hào)發(fā)生器，可非接觸感測(cè)金屬物體的運(yùn)動(dòng)，并將檢測(cè)結(jié)果轉(zhuǎn)化為電信號(hào)輸出。電感式傳感器廣泛應(yīng)用于機(jī)器人、生產(chǎn)線、機(jī)械加工及傳送系統(tǒng)等場(chǎng)合。
電感式傳感器具有以下特點(diǎn)：
1.傳感器能感測(cè)和記錄所有導(dǎo)電物體
2.傳感器是非執(zhí)著觸式的
3.傳感器的傳感頭無(wú)需配專門的機(jī)械裝置
4.傳感器靠電子元件捕獲感測(cè)信號(hào)
電感式傳感器具有以下優(yōu)點(diǎn):
—無(wú)機(jī)械磨損
—正常使用中，不會(huì)出現(xiàn)焊點(diǎn)燒損或熔化，也不會(huì)因被玷污而影響其性能
—不會(huì)因?yàn)楸粶y(cè)物碰撞而造成信號(hào)丟失
—切換頻率高達(dá)3000Hz
—抗振動(dòng)
—裝配靈活
—系統(tǒng)全封裝，防護(hù)等級(jí)高
檢測(cè)距離：
額定檢測(cè)距離Sn
特征值，不考慮制造公差或由溫度或電壓引起的偏差。
實(shí)際檢測(cè)距離Sr
與額定檢測(cè)距離的偏差zui大為±10%。
有效檢測(cè)距離Su
在所有規(guī)定的電壓和溫度范圍內(nèi)的檢測(cè)距離，
它與實(shí)際檢測(cè)距離可存在zui大±10%。
可靠檢測(cè)距離Sa
在允許工作條件下的檢測(cè)距離，在0到zui小有效檢測(cè)蹁之間取值。
開(kāi)關(guān)元件功能：
有以下幾種不同的功能：
—常開(kāi)觸點(diǎn)
傳感器在觸發(fā)狀態(tài)時(shí)有電流通過(guò)，當(dāng)傳感器在非觸發(fā)狀態(tài)時(shí)無(wú)電流通過(guò)。
—常閉觸點(diǎn)
當(dāng)傳感器在觸發(fā)狀態(tài)時(shí)無(wú)電流通過(guò)，傳感器在非觸發(fā)狀態(tài)時(shí)有電流通過(guò)。
—常/開(kāi)閉觸點(diǎn)
具有常開(kāi)和常閉兩種功能，可供選擇。
● 圓柱型傳感器，典型長(zhǎng)度為40毫米 ；
● 槽形傳感器；
● 矩形V3風(fēng)格傳感器（類似于微動(dòng)開(kāi)關(guān)）；
● 雙傳感器，結(jié)構(gòu)緊湊置于一個(gè)盒中。
開(kāi)關(guān)盒被用作終端設(shè)備來(lái)連接閥位傳感器和電磁閥。編碼的連接器以及必要的LED指示燈已經(jīng)置于電路板上。電路板的尺寸適合大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)盒子。
開(kāi)放式解決方案
“開(kāi)放式解決方案”規(guī)定了自動(dòng)閥或手動(dòng)閥上的雙傳感器安裝。兩個(gè)電感式傳感器疊加安裝于一個(gè)外殼中，顯示了閥門的開(kāi)關(guān)位置。
該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)考慮了VDE / VDI 3845標(biāo)準(zhǔn)。這些傳感器由兩個(gè)90度垂直安裝于“圓盤”上的不銹鋼目標(biāo)觸發(fā)。圓盤本身通過(guò)一個(gè)螺絲釘安裝在執(zhí)行器上。
除了體積小巧，組裝簡(jiǎn)單，還可發(fā)現(xiàn)以下優(yōu)點(diǎn)：
● 傳感器外殼上的圓形安裝孔（非槽形）可避免由于錯(cuò)誤的安裝距離或運(yùn)動(dòng)而導(dǎo)致的碰撞或震動(dòng)引起的維修。
● 兩個(gè)開(kāi)關(guān)元件（圓盤）可以適應(yīng)多種不同的氣動(dòng)執(zhí)行器。*需要做出的選擇是安裝模式，例如：30×80或30×130
● 不銹鋼的目標(biāo)物已經(jīng)設(shè)計(jì)在圓盤上。
● 4個(gè)LED等表明該傳感器的輸出情況，電源有無(wú)和電磁閥輸出狀態(tài)。
● 雙傳感器的檢測(cè)區(qū)域足夠狹窄，因而不會(huì)產(chǎn)生擠壓點(diǎn)導(dǎo)致操作人員受傷，或冰塊、灰塵形成的堵塞。
● 電磁閥的接線，可經(jīng)過(guò)傳感器進(jìn)行布線，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)需單獨(dú)電纜。
電感式傳感器與機(jī)械開(kāi)關(guān)
在工業(yè)的所有領(lǐng)域中，機(jī)械開(kāi)關(guān)曾經(jīng)一度是各種控制問(wèn)題的方案，而如今的方法已今非昔比，傳感器毋庸置疑為。因?yàn)閭鞲衅鞯墓ぷ魉俣群涂煽啃缘膬?yōu)勢(shì)十分明顯：
● 全固態(tài)，因此無(wú)磨損或誤差修改；
● 快速輸出開(kāi)關(guān)狀態(tài)；
● 磁滯和重復(fù)性可以比機(jī)械設(shè)備更多得進(jìn)行電子定義；
● 無(wú)焊接或輸出端腐蝕；
● 很少或根本不受堵塞或濕度的影響；
● 無(wú)觸點(diǎn)抖動(dòng)（輸出回波）；
● 大多數(shù)傳感器切換時(shí)有L ED顯示，使得維護(hù)和調(diào)試更簡(jiǎn)單，快捷。
通常，一個(gè)電感式傳感器的平均壽命大大超過(guò)機(jī)械開(kāi)關(guān)。事實(shí)上，過(guò)去很多機(jī)械開(kāi)關(guān)都用于閥門反饋，是由于價(jià)格的低廉，同時(shí)也因?yàn)槭褂瞄_(kāi)關(guān)時(shí)極性問(wèn)題不需要考慮。通過(guò)現(xiàn)代技術(shù)，倍加福已經(jīng)成功地將傳感器推向市場(chǎng)，消除了機(jī)械式開(kāi)關(guān)僅有的一點(diǎn)優(yōu)勢(shì)。
用于閥位檢測(cè)的傳感器
選擇正確的傳感器可按以下5個(gè)簡(jiǎn)單步驟實(shí)現(xiàn)：
步驟1：開(kāi)關(guān)盒或還是開(kāi)放式解決方案？
權(quán)衡上述優(yōu)勢(shì)與缺點(diǎn)， 做出選擇。您可能需要開(kāi)關(guān)盒的保護(hù)，或開(kāi)放式解決方案的簡(jiǎn)單便捷。大多數(shù)閥門供應(yīng)商都會(huì)提供兩種解決方案。你會(huì)發(fā)現(xiàn)開(kāi)關(guān)盒的體積和重量都各異，數(shù)量與種類也大相徑庭。
步驟2 ： 電氣定義傳感器的終端，傳感器所連接的控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)著工作過(guò)程（交流，直流，Namu r等）。極為重要的一點(diǎn)是該系統(tǒng)是否在爆炸地區(qū)使用。請(qǐng)看以下的電氣連接類型。
● 直流三線傳感器。這些傳感器在兩條供電線路外還有一條單獨(dú)的線路。第三條線路連接到PLC輸入卡或控制系統(tǒng)上的輸出端。
● 直流兩線傳感器。在這里，負(fù)載與傳感器串聯(lián)。許多傳感器都具備極性容差，即無(wú)需再關(guān)心接線的極性。因此，它與連接正常的機(jī)械開(kāi)關(guān)一樣簡(jiǎn)單。實(shí)際應(yīng)用這類傳感器，您一定要注意電路的漏電流及傳感器的電壓降。
● 帶有常開(kāi)和/或常閉輸出的交流傳感器。在這里，負(fù)載與傳感器串聯(lián)。
● 交直流兩線通用傳感器。該傳感器與負(fù)載串聯(lián)。無(wú)論交流電壓或直流電壓均可連接。
● 兩線Namur傳感器，與相關(guān)本安產(chǎn)品一起，用于防爆環(huán)境（區(qū)域0，1和2）。可實(shí)現(xiàn)斷線及短路監(jiān)測(cè)。
● 兩線故障安全傳感器。按兩線Namur傳感器標(biāo)準(zhǔn)，但是使用滿足安全級(jí)別的隔離柵，可以達(dá)到SIL3 安全等級(jí)。
第3步：連接的可能性
● 連接方式取決于zui終用戶。例如，帶電纜的密封管或插頭?；瘜W(xué)和制藥領(lǐng)域傾向于選擇電纜連接，通過(guò)電纜密封管進(jìn)入盒子或傳感器。
步驟4：電磁閥操作
與開(kāi)關(guān)盒一樣，使用雙傳感器也可以經(jīng)過(guò)傳感器進(jìn)行電磁閥的布線，其優(yōu)勢(shì)就在于執(zhí)行器只需要一根電纜連接。
步驟5：zui后，您必須確認(rèn)傳感器的諸多特性，以確保傳感器在應(yīng)用中運(yùn)行。
類似的例子便是漏電流、電壓降，周圍環(huán)境，zui大輸出電流和工作電壓。如果可能，您可以通過(guò)選定傳感器的規(guī)格來(lái)確認(rèn)，保證在靜態(tài)電流（干擾）、沖擊和振動(dòng)zui大值的允許范圍內(nèi)。
未來(lái)的發(fā)展
由于安裝過(guò)程經(jīng)常要適應(yīng)的技術(shù)發(fā)展，以提高工作效率和穩(wěn)定性，各種總線系統(tǒng)開(kāi)始進(jìn)入市場(chǎng)。
開(kāi)關(guān)盒和執(zhí)行器的生產(chǎn)商當(dāng)然希望加入。許多這樣的制造商已經(jīng)與傳感器制造商協(xié)商開(kāi)發(fā)出了這些總線系統(tǒng)的接口。帶AS-i的開(kāi)關(guān)盒便是一個(gè)很好的例子，因?yàn)檫@種總線系統(tǒng)特別適合數(shù)字信息。如果zui終用戶希望使用標(biāo)準(zhǔn)傳感器，便需要合適的現(xiàn)場(chǎng)安裝模塊，如AS-interface，Profibus PA或基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線。
另一方面，也可以看到使用帶有Profibus或基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線接口的電氣執(zhí)行器和定位系統(tǒng)。顯然越來(lái)越多的公司意識(shí)到總線系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，特別是帶AS-i的現(xiàn)場(chǎng)總線組合（如Profibus）十分多見(jiàn)。與本文相關(guān)的論文：調(diào)節(jié)閥流通能力Kv值
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