CN101506747B - 阀致动器的改良结构 - Google Patents

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Abstract

一种阀致动器，其具有带有电动机轴的电力驱动电动机，以及连接所述电动机轴以驱动阀运动的输出轴，所述致动器进一步具有设置用来提供所述致动器输出轴的第一闭合回路控制的控制系统，并且该控制系统包括与第一位置传感器连接以检测所述致动器输出轴位置、以及与第二位置传感器连接以检测所述电动机轴位置并能确定所述电动机轴的速度的控制器，所述控制系统设置为响应来自第一和第二传感器的检测信号、并据此调节所述电动机速度/位置。

Description

阀致动器的改良结构
技术领域
本发明涉及阀致动器和与其相关的改良结构，尤其但不必然排他地，可适用于控制阀致动器，作为用于阀控制的致动器，其调节导管内的液体流量，通常，例如，响应来自过程测量的信号。这样的致动器通常需要高精确性并服务于提供连续的粗糙和精细的对导管内液体流速的调节，而不是靠完全地打开和关闭管道的来简单地开关流体。
背景技术
阀致动器被普遍应用，例如在热力和水力发电工业中，在油和气体的提取，海洋、自来水处理以及化学处理工业中。对于这些应用中的多数来说，致动器必须强有力，而且适于提供的输出水平在旋转输出下从大约3Nm至1200Nm，在线性输出下从100N至30,000N。阀致动器可以为气动、液压、电动，以及电子液压驱动，但是主要为气动驱动，因为这类致动器不需很贵就可以做成达到运转精确性和可靠性的所需水平。阀致动器大体上都具有用于设置、监控以及控制该致动器的处理机控制器。关键控制要素包括致动器位置，也就是阀的位置，以及致动器扭矩(主要用于旋转输出致动器)和推力(主要用于线性输出致动器)。在旋转输出致动器中，例如，阀的位置典型地由一个旋转编码器计算所驱动的旋转输出轴的回转或部分回转来确定。在这样的致动器上的致动器输出轴上产生的载荷典型地由机械方法来确定，例如通过应变仪或压力传感器。载荷还可以由与电动机内电流相关的扭矩来确定。US 4,288,665GB和2,101,355中公开了后面的这些机械装置的实施例。
除上述特征之外，阀致动器通常还具有故障安全设备，如果比如在出现电力故障的时候。所以，多数致动器进一步带有一个压缩弹簧返回机械装置以使致动器恢复到所期望的故障安全位置。然而，这样就需要使用一个相对高的动力值，以刚好克服用于正常运转下恢复弹簧的强制力。
一种可替换的途径是，在动力故障条件下，利用所存储的电能供给足够的动力以驱动阀到故障安全位置。US-A-5278454、US-A-5744923以及GB-A-2192504公开了该途径的实施例。
许多要素消弱正常使用下阀致动器的高效和有效的运转，它们包括齿轮磨损、控制器饱和、绷紧(wind up)和过冲(overshoot)。后面的要素，也可以称作“粘滑(stick-slip)”要素，通常在阀致动器遇到，并且能够证实，在为了保持处理控制而要求对阀的位置快速并通常非常小的调节时，其是在由控制阀致动器执行的回路处理中保持效率的一主要障碍。该控制器必须首先产生明显的动力以产生所需最小起动推力或扭矩，并且然后必须快速地力图将阀控制在位置内。为克服原始的重载荷，控制器经常会驱动在饱和状态以及由此产生的绷紧效应(控制器给满动力但是载荷瞬时地消失、而控制器仍旧处于满动力的状态)下，其将会引起阀过冲预期位置而导致控制回路不稳。
气动驱动阀致动器，和其它阀致动器一样，在动力损失下多数以弹簧恢复用于故障安全，并且由此成为强制平衡系统，在该系统气压匹配以平衡弹簧力、阀阻止磨檫以及阀阻止力。这会导致粘滑问题，如通过移动阀使空气压小量升高或降低时，摩擦的突然变化会造成致动器跳跃超出所预期的运动。由于阀阻止力的变化，力会失衡，它们也会受到非期待的运动，致动器需要改变空气压力以进行补偿。
电动机驱动的阀致动器是比气动系统更刚性的系统，并且不会受到阻止力推动它们离开其位置而进行变化的诸多影响。电动机驱动的阀致动器也会遇到粘滑问题，尽管少于气动系统的问题。然而，它们会受到传动中反冲造成的不良控制影响。电动机需要在输出启动推动前反转方向时承受反冲。利用常规的在输出端带有传感器的系统，该控制器将会增大电动机的速度，而其看来在输出端没有运动，然后当受到反冲时，输出端将突然过冲，尤其是，如果所要求仅是指小运动的话。目前的电动致动器克服该问题的主要途径是利用高级传动齿轮组和低齿轮传动比，通常使用过动力的、高成本的分档器(同步)电动机来将反冲保持在最小。这些以及由于持续的运转要求长的使用寿命，使得该传动非常昂贵。
本发明的目的是提供一种控制阀致动器，其不同于公知的致动器，并且进行了适宜的提高，而且减轻了一个或多个的上述或以下论述中运转困难。
发明内容
本发明的第一方面，提供一种阀致动器，其具有带有电动机轴的电力驱动电动机，以及连接电动机轴以驱动阀运动的输出轴，该致动器进一步具有设置用来提供致动器输出轴的第一闭合回路控制的控制系统，并且包括一控制器，该控制器与第一位置传感器连接以检测致动器输出轴位置、以及与第二位置传感器连接以检测电动机轴位置并能确定电动机轴的速度，所述控制系统设计为响应来自第一和第二传感器的检测信号，并据此调节所述电动机速度/位置。适宜地，所述控制器以至少大于电动机带宽五倍的速度循环，优选地，所述控制器从所述第一和/或第二传感器取样的周期小于所述致动器的机械时间常数的十分之一。
通过使用两个传感器用于反馈控制以及由此克服粘滑问题而实现了高水平的控制精确性和可靠性，同时避免了使用昂贵的高级、低反冲齿轮组。因此，通过材料和设计的精心选择以获得所需的使用寿命，现在就可以生产出具有卓越水平的精确性的低成本传动装置。
优选地，所述第二(电动机)传感器的灵敏度(也就是传感器计算每个电动机轴的工作行程的长度)要高到将输出轴速度控制在输出轴满载运转速度的至少百分之二，优选地至少百分之一以内。
控制器设计为以至少大于电动机带宽五倍的速度循环。应该理解，所述电动机的带宽是指给予瞬时输入或负载条件下电动机增加到其稳定状态的速度。其通常描述为响应单位阶跃输入的速度变化的第一位近似值(first order approximation)。在第一位系统中，所述稳定状态(99％的最终值)在五倍的常数值内达到，而在一倍常数值时的该系统到达稳定状态值(速度)的63％。
所述输出传感器灵敏度适宜地为输出轴满载行程的0.025％的数量级，也就是到输出轴满载行程上的4,000个计数。所述电动机传感器灵敏度适宜地为大于输出传感器灵敏度的至少100倍，例如，对于输出传感器上的每个单独的计数响应生成323个计数。
优选地，所述控制器包括设计用来维持致动器输出位置在预期定位点的位置控制回路。在所述位置控制回路内设有具有比例-积分-微分控制器(Proportional-integral-derivative controller，PID控制器)的第二回路，该控制器将电动机速度维持在内部导出的期望值。当指令位置改变或载荷干扰改变输出位置时，产生位置误差。控制器接收到来自输出轴和来自电动机的位置传感器的信号，根据基于误差(比例)、所有先前误差的总和(积分)以及误差的变化速度(微分)的估算来计算对电动机驱动信号进行校正。
本发明的第二方面，提供一种线性输出阀致动器，其包括适宜地连接所述致动器的线性运动的输出轴的电动机驱动装置，所述输出轴限定在具有大体上中心部分的连接所述输出轴的第一轴套的推力传感器内，并且所述第一轴套具有可直接地或间接地连接阀以获得促动的外部环面，该第一轴套进一步地包括连接上述中心部分与外部环面的厚度减小的薄板，并且弯曲设置以响应在中心部分和外部环面之间产生的力，所述传感器包括至少一个安装在所述薄板上并设置为检测所述薄板在弯曲和由此在使用中的应变的应变仪，提供通过输出轴促动阀产生的推力的显示。
典型地，所述第一轴套内容装用于预处理从所述或每个应变仪接收到的信号的电子元件，来自所述或每个应变仪的信号可以沿着信号导线穿过所述输出轴的内部。这就提供了优势，因为电缆不需要通过密封管或类似装置发送到所述致动器外部，并且因此在密闭式接电装置的保护内。
本发明的更进一步的方面，提供一种阀致动器，其具有带有电动机轴的电力驱动电动机以及连接所述电动机轴以驱动阀运动的输出轴，所述致动器进一步地具有控制系统，其包括提供阀的闭合回路控制的控制器，所述致动器容置在具有无干扰设置次序用户界面的机箱内，其中，所述致动器机箱设置有一开关，该开关能够通过靠近所述机箱外面部分的简单的无干扰的不加电的装置，例如磁铁，触发，来启动设置用于控制回路的设置程序。
所述开关可以例如为“霍尔(Hall)”或“里德(Reed)”开关。这就为用户简化了设置任务，同时避免了使用插入式机械装置产生火花的危险以及避免了需要用户仅仅为了启动设置而接触有PDA入口或其它无线控制装置。出于安全，优选地，用户界面设计为从接近开关处去除装置时，启动程序中断。
本发明的又一方面，提供一种具有电动机驱动和减速器装置的以及输出轴的阀致动器，该输出轴移动以驱动控制阀在开启的不同状态之间，以控制在导管内的液体流动速度，所述致动器具有锁住插销以将减速器的一个或多个齿轮锁定在一个位置上，并由此得到一个“原位不动的动力损失(stay put on loss of power)”特征，其中，该插销通过弹性偏压装置设置在与传动机构的齿轮相啮合，并通过电螺线管脱离，即螺线管电枢逆着弹性偏压装置的力将所述插销拉开，使其与齿轮组脱离。
优选地，所述锁住插销包括具有一个或多个轴向延伸的锁销的第一轮体，该些锁销与在永久驱动的第二轮体上的一个或多个径向延伸的狭槽啮合，所述第一和第二轮体在平行的平面内可旋转，并且当所述螺线管未给能量而由此导致锁销进入到狭槽时，在偏压方法的作用下所述第一轮体的平面能够移向所述第二轮体的平面而进入到锁定位置。
所述第一轮体可以进一步包括例如花键轴的驱动装置，该装置允许第一轮体的手动旋转，当所述第一轮体处于锁住位置时该旋转通过所述或每个锁销传送到所述第二轮体上，并且因此传送到所述输出轴。
所述致动器可以包括用于线性输出轴的横向的支撑装置，其中，可辅助设有支撑臂或支持物，其朝向轴的轴向可调节延伸以接近轴的一部分，该部分通过受小齿轮/传动装置作用而起作用，以对维持轴的轴向定位和预防反冲。该支撑臂或支持物适宜地作用于支架体。
本发明的又一方面，提供一种阀致动器，其具有带有电动机轴的电力驱动电动机以及连接所述电动机轴以驱动阀运动的输出轴，该致动器进一步具有包括控制器和扭矩或推力传感器的控制系统，以检测输出轴的扭矩或推力从而施加在阀的扭矩或推力的闭合回路控制；并且还具有故障安全设备，以在电源动力供给失效的情况下将阀推到安全位置，该故障安全装置包括至少一个设计为为电动机和控制系统提供动力并以扭矩/推力控制方式推动阀到安全位置的超电容器。
该装置给予用户低动力消耗、有效的成本以及完全的扭矩/推力控制装置，用于将致动器回转到理想的的故障安全状态，并且有效地允许用户调节故障安全应力达到每个装置所需的水平，借此阀将会在没有不足或过度的强制力的情况下安全地再定位。
优选地，故障安全动力由值为30F的一个或多个超电容器提供，或更大的由增变器提供。所述增变器应该提供足够的电压以带动电动机以预期的故障安全速度转动，并且提供足够的电流以在满载的条件下转动。优选地，所述超电容器应该利用限流降压变换器(buck converter)充电到一电压值，其将会提供足够的能量来实现满载下的一个完整的故障安全冲程，同时保证电容器的使用寿命。
另一方面，本发明提供一种阀致动器，其具有带有电动机轴的电力驱动电动机以及连接所述电动机轴以驱动阀运动的输出轴，该致动器进一步具有包括控制器和扭矩或推力传感器的控制系统，以检测输出轴的扭矩或推力从而提供施加到阀控制器的扭矩或推力的闭合回路控制，其中，所述控制器或工作连接到所述控制器的另一的处理器周期性地记录实际推力/扭矩，并且这些数据可用于对比历史数据/分布线。
附图说明
现结合附图所示的实施例对本发明的优选实施方案进行说明。附图中：
图1为阀致动器的总体装配立体示意图；
图2为与图1在不同视角上的阀致动器的总体装配立体示意图；
图3为系统电路示意图；
图4为致动器控制系统的控制回路示意图；
图5为输出轴和机架示意图，并进一步地示出了邻近该轴以稳固该轴的支撑部件；
图6为本发明的包括推力转换器的致动器的剖面示意图；
图7为本发明的推力转换器的截面放大示意图；
图8为本发明的槽轮(Geneva)锁机构的立体示意图；
图9为图8所示机构的另一的立体示意图；
图10为图8和图9所示机构的平面示意图。
具体实施方式
参见图1至4，该系统通常包括直流动力供给1，其由切换的动力供给2提供，动力供给2产生电力驱动电动机3和电子设备所需电压。致动器的驱动电动机3适宜地包括一驱动从正齿轮驱动齿轮组4a-d到机架5和小齿轮6的永磁直流电动机。机架5与致动器的输出轴7连接，该致动器提供用于变换控制阀的开口范围所需要的线性输出。控制阀在图中未示出。
电力驱动电动机3通过电动机控制器48和动力驱动器49变换电压来永久性地连接它的动力供给1，以开动电动机3以及变换其速度和/或扭矩。
适宜地为一旋转轴编码器的第一非接触数字位置传感器11，放置在邻近驱动致动器输出轴7的小齿轮6的末端，以探测输出轴7的位置。接近小齿轮6末端的位置传感器11与安装在机架5侧面的第二机架5a连接，以当机架5在使用中往复运动时，第二机架5a相应地往复运动并转动带有磁体的小齿轮5b。磁体位置利用位置传感器11来监视。扭曲弹簧5c确保在驱动小齿轮齿和驱动机架5a上的齿之间没有反冲。传感器11识别小齿轮5b的绝对旋转位置，也就是，小齿轮5b从参考位置离开多少转数，例如从相当于输出轴7的工作行程的一最末端的位置。该旋转位置传感器11适宜地为一绝对旋转轴编码器，其通过唯一编码的信号从指定的数据识别轴的角度位置。
在一可替换的实施例中，沿着输出轴7运转的线性范围的输出轴7的位置，可以通过非接触线性位置传感器而不是旋转编码器来识别。这类传感器可以以磁性、电感或光学技术为基础。
第二非接触数字位置传感器10位于邻近电动机3的驱动轴3a的末端，以识别驱动轴3a的旋转位置，并借此确定驱动轴3a的旋转速度。
该两个位置传感器10、11的使用对于部件定位以及预防越位是非常重要的。如上文所述，可以认识到，在控制阀内涉及到的粘滑事件在保持闭合回路进程中的效率上是重大缺陷。为了维持过程控制，常常要求在阀的定位上用较小的调节。首先，控制器9必须指令一个重要的动力标准，以产生最小启动冲力/扭矩，然后快速地试图去控制阀定位。控制器9常常驱动为饱和状态(因此，绷紧状态)，以克服重载，然后阀越过所期望的位置，导致控制回路不稳定。为了克服这种状况，控制系统利用以下反馈状态：
-致动器的绝对输出轴的位置
-电动机轴的位置
该两个传感器10、11有效地结合以形成一个不仅探测在输出轴7上的较小变化还探测轴3a上的任何运动的“超级传感器(super sensor)”。
该系统的设计为，电动机轴传感器10显示出高水准的灵敏度，甚至是对输出轴7的一个极小的运动/偏移。用于电动机速度的数据控制回路为以一速度运行的PID控制器9，该速度典型的大小量级为，例如，主电动机/DC电动机3的5倍带宽(也就是说，比机械时间常数快5倍)。由于控制回路的速度和电动机轴10的灵敏度，在输出传感器11没有注意到的变化下，能够对电动机速度进行测量和控制。为进一步加强控制器9的特性。利用如下方案：提供两个控制回路——基于输出传感器11的阀定位控制回路11a和基于电动机传感器10的高分辨率电动机速度控制回路10a。
阀定位回路11a产生一参考速度要求。对于运转较短的距离，要求速度较低，高数值则对应较长的移动。因此，当在启动条件下运转非常短的距离时，速度控制器遇到较大速度为消极错误，这是由于驱动控制器超过饱和状态的速度测量的高灵敏度。该系统因此不会受阀的粘着滑动问题的困扰，有效地形成一无紧绷的控制器。
该控制系统可以通过参考已知的在齿轮组以及任何其它连接电动机3和输出轴7的部件上的机械反冲而生成所要求的速度值而获得加强。如下文所述，该反冲可以利用两个传感器10、11来监控和计算。一旦知道一个值，在获知电动机方向颠倒时(在可以被理解为反冲为一个因素的情况下)，可以有意地增加所要求的速度。因此，当驱动器通过齿轮组和输出轴7作用在阀上时，可以很快地将反冲处理而由此降低所需要的速度(例如，当电动机输出轴3a运转一已知距离时)。
由于输出轴回路上的机械反冲影响可以通过在该电动机速度回路中适宜的电动机所需速度的计算和调节而中和，这就为输出轴控制回路提供了更强的处理时间。因此图4所示的控制系统包括将一反冲值提供到电动机速度表(motor speed profile)计算器14内的反冲计算装置12，反冲计算装置12依次产生所需的电动机速度值
由于本实施例具有位于齿轮组4a-e、5、6起始端的位置传感器10和位于末端的位置传感器11，在该传感器10、11的输出位置之间就会存在联系。其可以用来在驱动齿轮组内通过观测电动机10的位置的变化量而测量反冲，以在颠倒方向时开始驱动输出传感器11。反冲的加剧可能说明在驱动齿轮组4a-d、5、6上出现磨损，该处驱动齿轮组常常在一个方向预加载因而反冲不会出现，有可能测到磨损的增加。由此能够通过在输出编码器11的特定位置上观测电动机编码器10的输出而实现。如果这种关系改变了，那么可能是由于驱动齿轮组的磨损。
机架5和输出轴7的组装支撑在机箱14内(如图5所示)，也是通过可调节/可延伸的支撑臂/架15来支撑，支撑臂/架15与小齿轮6和机架5之间的接触点相对。该支撑可调节，以移除机架5和小齿轮6啮合之间的反冲。位于该点的支撑也消除了将轴7从能使装配加大的机架5顶部突出的需要。
参见图6和7，致动器产生的冲击的测量可以利用安装在致动器输出轴7的末端的传感器16来实现。特别地参见图6的剖视图以及图7的放大示意图，轴7由机架和小齿轮装置5和6线性地驱动。驱动通过终止在阀连接轮毂51内的轴套50传递给阀。来自电动机(图6和7中未示出)的驱动通过内部轴套52而传递给外部轴套50。
内部轴套52包括一外部套环54，该外部套环带有螺纹、接合外部轴套50的内部螺纹表面、并通过O环55对于轴套50而密封的，一安装在由机架和小齿轮装置5和6驱动的基本刚性的输出轴7的大体中央的连接末端56以及一将连接末端56与外部套环54连接的易弯曲的环形薄壁腹板60。
当轴7在电动机驱动下往复运动时，腹板60弯曲。该弯曲状态通过安装在腹板上的变形测量器62来测量，该腹板因此允许对在致动器与阀连接处的力的测量。
组合中的放大器PCB(集成电路板)64放大变形测量器输出，来自该放大器的输出信号沿输出轴7内部形成的通道内的电缆65输入给该致动器。
这里提供了一种对驱动阀所需的力的非常精确的测量方法。
变形测量器16的输出在冲击控制回路16a(图4)内形成第一反馈。首先，一个模拟电路处理冲击信号以消除测量中的噪音。该过滤信号具有大于致动器的带宽，并供给控制器内。当来自变形测量器16处理后的冲击测量小于参考值18时，电动机3允许生成最大动力。当致动器产生的冲击到达设定值18，电动机电流限定一个值，以使电流刚好足够(和因此由电动机产生的扭矩)能保持大于满载的冲击，利用齿轮的反转效率以及电动机的固有齿槽扭矩(cogging torque)。因此，所需保持负载的动力是所需用以驱动载荷的一部分。因此，冲击控制策略对于效率是可设计的、正确的及优选的。重要地，在故障保护运行中也要实施冲击控制。
另外，图6和7所示的实施例中，将传感器测量器、接缆和电子设备集成一体并且在致动器密封的密闭装置内。由于阀可以用在危险的环境中，该种集成一体的特征是至关重要的，并且因此致动器例如可以要求防爆级别。在致动器内保持传感器及连接布线避免了对于密封管或类似装置的需求，这些类似装置公知使适当的安全级别更难以获得并且还可能导致电缆损坏。
该优选实施例中，信号和动力布线向上穿过轴7直到终端部件66。信号然后通过一软电缆67从内部传送到在致动器上部的更远处的另一PCB 68。轴7的往复运动因此通过软电缆67进行调节。
其他传感器可以安装在形成在轴套50、52内的传感器装置内，例如温度传感器、嗅探器以探测不稳定材料和/或机械振动仪以测量振动。
在控制阀致动器的实施例的进一步改进中，致动器可以具有一个非介入式的启动程序。致动器本体38容置一RF(无线射频)短程接收器和发射器。这就允许了到达和来自致动器的非介入式的交流。致动器可以利用无线手控装置设置(以调整运转的速度、方向等)。蓝牙无线连通性标准可以用于这个目的。GB2196494B所述的实施例也可以使用，并且该专利涉及非介入式装置的内容在此引用作为参考。
致动器能够通过利用外壳外部的磁器件触发外壳/致动器本体内部的磁感应器而触发以开始启动程序。所述致动器可以然后在依次每个方向上运转，直到到达阀行程的末端，在该处设置极限位置。该致动器能够区分阀行程末端和自身内部停留处，例如当碰到自身内部行程停留处时不会在传感器16内产生推力输出。如果例如致动器冲程没有满足阀的冲程，也许是因为致动器与阀没有正确匹配，这就允许形成一个指示。
电能储存在超电容器20内以在电源动力供给失败的情况下推动阀到一个安全位置。所有的机械装置和相关的电子设备都容置在一个防风雨的外壳内。一组超电容器20(串连)利用开关式动力供给2充电。总的电容器组的电压远小于正常运转下的电动机所需的电压。例如，如果所需正常运转下的最大电动机电压是24V，那么电容器组的电压将大约是7V。
为了在动力损失运转过程(也就是故障作用)中保持恒定速度，电容电压需要提高并保持恒定。为实现该目的，使用固定频率300或500Hz的电流式升压控制器或步进转换器21。在故障安全过程中，电容器20组提供所需动力时，升压/步进转换器21为电动机3保持一个稳定的输出电压，即使是在电容器电压降低的情况下。因此，实现控制的故障安全作用时，能够提取出超过70％的储存能量。该输出升压电压小于正常供给电压，但却超出所需的理想故障安全速度所需的电压。
致动器变速箱为将传动从电动机3传递到与阀相连接的致动器输出7的高效正齿轮传动组。该高效率意味着没有自锁并能够反向驱动。
在正常环境下，电动机3加电并推动致动器和阀到预期位置。它还响应阀产生的任何强制力将阀保持在那里以及将阀从那个位置推离。因此，电动机提供了致动器所需的自锁。
然而，在无动力的条件下，可能产生通常不受欢迎的阀的无控制运动。因此，设有锁定机械装置。
参阅图8至10，致动器传动装置包括一具有槽轮(MaltesesCross/Geneva)结构而与销72配合的组件4c，如下文详细所述。
功能性的要求是，当没有动力供给电动机时提供一种手动操作致动器的方法，以及还需要确保当没有动力时使致动器自锁而由此保持其位置。当一制动装置可以达到所述第二个要求时，其会产生要克服该制动装置以手动驱动该致动器的问题。
下文所述的槽轮(Malteses Cross/Geneva)装置用于提供一个锁定在运动之间的位置的间歇运动。
槽轮机构4c的驱动永久性与传动中的齿轮组74中的一个齿轮相啮合。锁销72的啮合利用通常由一个螺线管(未示出)来维持避免啮合的弹簧偏压工具76选择性地实现。
在正常的动力条件下，螺线管驱动75(图3)下的螺线管将槽轮机构4c/72保持在对于弹簧76的非啮合状态。如果去掉致动器的动力，螺线管失去其保持力，并且弹簧76轴向地移动槽轮驱动装置进入啮合。由于槽轮机构不能反向驱动，其锁住致动器位置。然而，能够通过驱动轴(从致动器外部)利用齿条78来驱动槽轮驱动装置，以推动致动器到新的位置。致动器的动力供给恢复时，在允许电动机推动致动器之前，螺线管产生强制力以使槽轮驱动装置脱离。
由于销72可以不与十字形组件4c对准，当致动器动力供给未去掉时，槽轮机构可以不完全啮合。然而，当不是手动驱动转动就是致动器传动装置反向驱动时，驱动装置将会到达槽轮驱动装置的啮合位置，同时销72将会校直，并且弹簧将会啮合所述机构。将致动器在上锁前会移动的最大数额设计为一个小的及可接受的数额。
有时，当致动器动力供给还存在时，可能要求手动推动致动器。这是在致动器的外部设置一个非介入开关实现的，致动器脱离螺线管动力以使其能够实现。当启动该开关、并啮合手动驱动时，电力地防止了电动机的运转。当未启动该开关时，螺线管将会加电，并且脱离手动驱动，而允许电动机接受控制。
有时，当致动器动力供给还存在时，可能要求手动推动致动器。这是在的致动器的外部设置一个非介入开关实现的，致动器脱离螺线管动力以使其能够实现。当启动该开关、并啮合手动驱动时，电力地防止了电动机的运转。当未启动该开关时，螺线管将会加电，并且脱离手动驱动，而允许电动机接受控制。为了保持分离销72和十字形组件4c所需的强制力最小，在螺线管加电时电动机可以自动地向后和向前旋转一个较小的量。这就帮助释放在销72和十字形组件4c上的任何锁住的负载，并且允许采用较小较低地供以动力的螺线管。
当失去主动力供给并也锁住致动器位置、但仍允许手动驱动时，该实施例提供一种自动啮合一手动驱动的致动器。
除了上文所述的许多创新特征之外，或是可替换地，阀致动器通过电子控制器46来适宜地加强，该电子控制器提供使程序便利的多特征诊断以及预示维护策略。这里所示的控制器46优选地容置在致动器机体/外壳39内，并且适宜地通过较早所论述的无线接口与外部处理器/计算机进行通信。
由控制器46精确监控的一个重要变量是实际输出推力/扭矩。在相同的风动控制器中，扭矩/推力的值仅通过输入压力和弹簧力来推断，而在一些电动致动器中，推力/扭矩的近似值是由电动机电流确定的。二者都导致不准确的推力/扭矩测量。控制器46周期性地记录实际推力/扭矩，并且该数据可用于与历史数据/图线进行比较。由此提供有用的诊断，例如由于阀填料(packing)增加了阀座的磨损和摩擦。下文将对此进行更详细的解释。
另一个预示维护辅助是连续的效率参数。致动器效率是由输入动力和输出动力的计算而得出。输入动力是通过电流和电压的测量而获得，输出动力是通过推力/扭矩、速度和加速度来获得。由于重的工作载荷/需求所产生的减速器和电动机上的任何磨损会导致动力传送效率的下降。因此，效率参数的监控提供了机械磨损的提前探测。
控制统计资料，例如每个阀位置累积的时间消耗、方向变化的数量以及控制平均误差，也适宜地进行记录。这些统计资料辅助执行在控制下的过程监控。
故障安全能量存储也要进行监控。其借由超电容器短时间段以一已知载荷电流放电和对单位电容量的估算而获得。因此，电容量衰退和由此造成的故障安全能量存储的衰退都得以诊断。
如上文提到的，由致动器记录的两项输出测量为位置和推力。诊断或环境监控利用该两项测量而实现。
借由阀连接上的力的测量与精确位置的测量一起提供了优质的诊断能力。
阀监控的例子是，推动阀所需的强制力为由阀所受的压力产生的阻止力以及由密封阀干的干部填料的摩擦力的总和。该阻止力将总是作用在一个方向上，然而该摩擦力将作用在两个方向上。因此，该摩擦力在一个方向上加上阻止力，而在另一个方向上将其减去。因此，通过精确地测量在两个方向上的总力，就可能计算出作为单独力的阻止力和摩擦力。
阀座的腐蚀可以通过比较阀移动到关闭位置时位置相对推力的累积的变化来监控。
运动的数量以及它们产生的地方能够得到监控。这给出了阀有多好地控制了过程的指示。还可以提示何时阀阻止密封而需要变换。
加速计可以提示由阀上的空化造成的振动。
温度传感器可以提示阀的密封泄露。
通过两个位置传感器，一个在电动机上，另一个在输出端，还可以监控传动中的反冲现象。这是典型的磨损指示器。
还可以监控输出位置相对推力以及运行数量的变化和建立“已完成工作量(work done)”图标。这给出了致动器内部磨损的提示。
还可以对比电动机输入的功与致动器产生的输出推力，并且由此监控到的如上文提到的传动效率，该传动效率可以成为磨损指示。
电子控制器的设计遵循一种模块化的分布式结构。这就允许控制器内的每个模块传达其自身的状态/健康信息。例如，位置传感器传送关于测量的信号强度和有效性的信息。动力模块(电动机驱动)连续地提示热关机状态、当前行程等。来自每个模块的状态提示能够用来隔离故障并因此降低故障停机/维修时间。
应该理解为所述致动器不限于对泵阀的控制，而且还可以例如用于节气门或类似装置的控制。

Claims (8)

1.一种阀致动器，其特征在于，其具有带有电动机轴的电力驱动电动机，以及连接所述电动机轴以驱动阀运动的输出轴，所述致动器进一步具有设置用来提供所述致动器输出轴的第一闭合回路控制的控制系统，并且该控制系统包括与第一位置传感器连接以检测所述致动器输出轴位置、以及与第二位置传感器连接以检测所述电动机轴位置并能确定所述电动机轴的速度的控制器，所述控制系统设置为响应来自第一和第二传感器的检测信号、并据此调节所述电动机速度/位置；
所述控制系统或连接到所述致动器上使用的处理器设置为通过参考在反方向时从所述第二传感器位置变化到开始移动所述第一传感器的变化量来测量将所述电动机连接到所述输出轴的机械传动内部的反冲。
2.根据权利要求1所述的阀致动器，其特征在于，所述第一传感器的灵敏度要高到将输出轴速度控制在输出轴满载运转速度的百分之二以内。
3.根据权利要求1或2所述的阀致动器，其特征在于，所述控制器从所述第一和/或第二传感器取样的周期小于所述致动器的机械时间衡量的五分之一。
4.根据权利要求1所述的阀致动器，其特征在于，其包括利用所述第二位置传感器并安排控制所述电动机速度的第二控制回路，其中所述第二控制回路的所需速度是参考所述电动机和所述输出轴之间的机械连接的反冲的反冲值而得到的。
5.根据权利要求1所述的阀致动器，其特征在于，包括传感器，所述传感器位于所述输出轴末端，其中，所述输出轴包括内部通道以允许在所述传感器和所述致动器主体之间的通信线缆在内部通过。
6.根据权利要求1所述的阀致动器，其特征在于，所述控制器或连接到所述致动器上使用的处理器设置为通过参考从在所述第一传感器的特定位置的所述第二传感器的输出来测量所述传动内的磨损。
7.根据权利要求1所述的阀致动器，其特征在于，所述致动器包括支架和小齿轮装置，所述支架与所述输出轴连接，所述小齿轮由所述电动机驱动，以提供所述输出轴的控制的轴向往复，其中所述输出轴在使用中，所述致动器进一步包括支撑臂或支持物，所述支撑臂或支持物朝向所述输出轴的轴向可调节延伸以接近所述输出轴的一部分，该部分通过受小齿轮/传动装置作用而起作用，从而维持所述输出轴的轴向定位和减轻在所述支架和小齿轮装置上的反冲。
8.根据权利要求5所述的阀致动器，其特征在于，所述传感器为推力传感器。
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