3.伺服電機(jī)——自動化工廠提供動力的肌肉
伺服電機(jī)(servomotor)是指在伺服系統(tǒng)中控制機(jī)械元件運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)動機(jī),是一種補(bǔ)助馬達(dá)間接變速裝置。伺服電機(jī)可使控制速度,位置精度非常準(zhǔn)確,可以將電壓信號轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動控制對象。伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速受輸入信號控制,并能快速反應(yīng),在自動控制系統(tǒng)中,用作執(zhí)行元件,且具有機(jī)電時間常數(shù)小、線性度高、始動電壓等特性,可把所收到的電信號轉(zhuǎn)換成電動機(jī)軸上的角位移或角速度輸出。分為直流和交流伺服電動機(jī)兩大類,其主要特點(diǎn)是,當(dāng)信號電壓為零時無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象,轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)矩的增加而勻速下降。
伺服系統(tǒng)(servomechanism)是使物體的位置、方位、狀態(tài)等輸出被控量能夠跟隨輸入目標(biāo)(或給定值)的任意變化的自動控制系統(tǒng)。伺服主要靠脈沖來定位,基本上可以這樣理解,伺服電機(jī)接收到1個脈沖,就會旋轉(zhuǎn)1個脈沖對應(yīng)的角度,從而實(shí)現(xiàn)位移,因?yàn)椋欧姍C(jī)本身具備發(fā)出脈沖的功能,所以伺服電機(jī)每旋轉(zhuǎn)一個角度,都會發(fā)出對應(yīng)數(shù)量的脈沖,這樣,和伺服電機(jī)接受的脈沖形成了呼應(yīng),或者叫閉環(huán),如此一來,系統(tǒng)就會知道發(fā)了多少脈沖給伺服電機(jī),同時又收了多少脈沖回來,這樣,就能夠很精確的控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動,從而實(shí)現(xiàn)精確的定位,可以達(dá)到0.001mm。直流伺服電機(jī)分為有刷和無刷電機(jī)。有刷電機(jī)成本低,結(jié)構(gòu)簡單,啟動轉(zhuǎn)矩大,調(diào)速范圍寬,控制容易,需要維護(hù),但維護(hù)不方便(換碳刷),產(chǎn)生電磁干擾,對環(huán)境有要求。因此它可以用于對成本敏感的普通工業(yè)和民用場合。
無刷電機(jī)體積小,重量輕,出力大,響應(yīng)快,速度高,慣量小,轉(zhuǎn)動平滑,力矩穩(wěn)定??刂茝?fù)雜,容易實(shí)現(xiàn)智能化,其電子換相方式靈活,可以方波換相或正弦波換相。電機(jī)免維護(hù),效率很高,運(yùn)行溫度低,電磁輻射很小,長壽命,可用于各種環(huán)境。
2、交流伺服電機(jī)也是無刷電機(jī),分為同步和異步電機(jī),目前運(yùn)動控制中一般都用同步電機(jī),它的功率范圍大,可以做到很大的功率。大慣量,最高轉(zhuǎn)動速度低,且隨著功率增大而快速降低。因而適合做低速平穩(wěn)運(yùn)行的應(yīng)用。
3、伺服電機(jī)內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是永磁鐵,驅(qū)動器控制的U/V/W三相電形成電磁場,轉(zhuǎn)子在此磁場的作用下轉(zhuǎn)動,同時電機(jī)自帶的編碼器反饋信號給驅(qū)動器,驅(qū)動器根據(jù)反饋值與目標(biāo)值進(jìn)行比較,調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的角度。伺服電機(jī)的精度決定于編碼器的精度(線數(shù))。
交流伺服電機(jī)和無刷直流伺服電機(jī)在功能上的區(qū)別:交流伺服要好一些,因?yàn)槭钦也刂疲D(zhuǎn)矩脈動小。直流伺服是梯形波。但直流伺服比較簡單,便宜。
4.傳感器——自動化工廠感受外界信息的觸覺
傳感器(英文名稱:transducer/sensor)是一種檢測裝置,能感受到被測量的信息,并能將感受到的信息,按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出,以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。它是實(shí)現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。
人們?yōu)榱藦耐饨绔@取信息,必須借助于感覺器官。
而單靠人們自身的感覺器官,在研究自然現(xiàn)象和規(guī)律以及生產(chǎn)活動中它們的功能就遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠了。為適應(yīng)這種情況,就需要傳感器。因此可以說,傳感器是人類五官的延長,又稱之為電五官。
新技術(shù)革命的到來,世界開始進(jìn)入信息時代。在利用信息的過程中,首先要解決的就是要獲取準(zhǔn)確可靠的信息,而傳感器是獲取自然和生產(chǎn)領(lǐng)域中信息的主要途徑與手段。
在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)尤其是自動化生產(chǎn)過程中,要用各種傳感器來監(jiān)視和控制生產(chǎn)過程中的各個參數(shù),使設(shè)備工作在正常狀態(tài)或最佳狀態(tài),并使產(chǎn)品達(dá)到最好的質(zhì)量。因此可以說,沒有眾多的優(yōu)良的傳感器,現(xiàn)代化生產(chǎn)也就失去了基礎(chǔ)。
在基礎(chǔ)學(xué)科研究中,傳感器更具有突出的地位?,F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,進(jìn)入了許多新領(lǐng)域:例如在宏觀上要觀察上千光年的茫茫宇宙,微觀上要觀察小到fm的粒子世界,縱向上要觀察長達(dá)數(shù)十萬年的天體演化,短到s的瞬間反應(yīng)。此外,還出現(xiàn)了對深化物質(zhì)認(rèn)識、開拓新能源、新材料等具有重要作用的各種極端技術(shù)研究,如超高溫、超低溫、超高壓、超高真空、超強(qiáng)磁場、超弱磁場等等。顯然,要獲取大量人類感官無法直接獲取的信息,沒有相適應(yīng)的傳感器是不可能的。許多基礎(chǔ)科學(xué)研究的障礙,首先就在于對象信息的獲取存在困難,而一些新機(jī)理和高靈敏度的檢測傳感器的出現(xiàn),往往會導(dǎo)致該領(lǐng)域內(nèi)的突破。一些傳感器的發(fā)展,往往是一些邊緣學(xué)科開發(fā)的先驅(qū)。
傳感器早已滲透到諸如工業(yè)生產(chǎn)、宇宙開發(fā)、海洋探測、環(huán)境保護(hù)、資源調(diào)查、醫(yī)學(xué)診斷、生物工程、甚至文物保護(hù)等等極其之泛的領(lǐng)域??梢院敛豢鋸埖卣f,從茫茫的太空,到浩瀚的海洋,以至各種復(fù)雜的工程系統(tǒng),幾乎每一個現(xiàn)代化項目,都離不開各種各樣的傳感器。
由此可見,傳感器技術(shù)在發(fā)展經(jīng)濟(jì)、推動社會進(jìn)步方面的重要作用,是十分明顯的。世界各國都十分重視這一領(lǐng)域的發(fā)展。相信不久的將來,傳感器技術(shù)將會出現(xiàn)一個飛躍,達(dá)到與其重要地位相稱的新水平。
5.變頻器——自動化工廠節(jié)能器
變頻器(Variable-frequencyDrive,VFD)是應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù),通過改變電機(jī)工作電源頻率方式來控制交流電動機(jī)的電力控制設(shè)備。變頻器主要由整流(交流變直流)、濾波、逆變(直流變交流)、制動單元、驅(qū)動單元、檢測單元微處理單元等組成。變頻器靠內(nèi)部IGBT的開斷來調(diào)整輸出電源的電壓和頻率,根據(jù)電機(jī)的實(shí)際需要來提供其所需要的電源電壓,進(jìn)而達(dá)到節(jié)能、調(diào)速的目的,另外,變頻器還有很多的保護(hù)功能,如過流、過壓、過載保護(hù)等等。
變頻器輸出為PWM波,含有較多的高次諧波。變頻功率傳感器通過對輸入的電壓、電流信號進(jìn)行交流采樣,再將采樣值通過電纜、光纖等傳輸系統(tǒng)與數(shù)字量輸入變頻功率分析儀,數(shù)字量輸入變頻功率分析儀對電壓、電流的采樣值進(jìn)行運(yùn)算,可以獲取電壓有效值、電流有效值、基波電壓、基波電流、諧波電壓、諧波電流、有功功率、基波功率、諧波功率等參數(shù)。
6.電磁閥——自動化工廠的筋
電磁閥(Electromagneticvalve)是用電磁控制的工業(yè)設(shè)備,是用來控制流體的自動化基礎(chǔ)元件,屬于執(zhí)行器,并不限于液壓、氣動。用在工業(yè)控制系統(tǒng)中調(diào)整介質(zhì)的方向、流量、速度和其他的參數(shù)。電磁閥可以配合不同的電路來實(shí)現(xiàn)預(yù)期的控制,而控制的精度和靈活性都能夠保證。電磁閥有很多種,不同的電磁閥在控制系統(tǒng)的不同位置發(fā)揮作用,最常用的是單向閥、安全閥、方向控制閥、速度調(diào)節(jié)閥等。
電磁閥里有密閉的腔,在不同位置開有通孔,每個孔連接不同的油管,腔中間是活塞,兩面是兩塊電磁鐵,哪面的磁鐵線圈通電閥體就會被吸引到哪邊,通過控制閥體的移動來開啟或關(guān)閉不同的排油孔,而進(jìn)油孔是常開的,液壓油就會進(jìn)入不同的排油管,然后通過油的壓力來推動油缸的活塞,活塞又帶動活塞桿,活塞桿帶動機(jī)械裝置。這樣通過控制電磁鐵的電流通斷就控制了機(jī)械運(yùn)動。
選型依據(jù)
電磁閥選型首先應(yīng)該依次遵循安全性,可靠性,適用性,經(jīng)濟(jì)性四大原則,其次是根據(jù)六個方面的現(xiàn)場工況(即管道參數(shù)、流體參數(shù)、壓力參數(shù)、電氣參數(shù)、動作方式、特殊要求進(jìn)行選擇)。
選型依據(jù):
1、根據(jù)管道參數(shù)選擇電磁閥的:通徑規(guī)格(即DN)、接口方式
1)按照現(xiàn)場管道內(nèi)徑尺寸或流量要求來確定通徑(DN)尺寸;
2)接口方式,一般>DN50要選擇法蘭接口,≤DN50則可根據(jù)用戶需要自由選擇。
2、根據(jù)流體參數(shù)選擇電磁閥的:材質(zhì)、溫度組
1)腐蝕性流體:宜選用耐腐蝕電磁閥和全不銹鋼;食用超凈流體:宜選用食品級不銹鋼材質(zhì)電磁閥;
2)高溫流體:要選擇采用耐高溫的電工材料和密封材料制造的電磁閥,而且要選擇活塞式結(jié)構(gòu)類型的;
3)流體狀態(tài):大至有氣態(tài),液態(tài)或混合狀態(tài),特別是口徑大于DN25時一定要區(qū)分開來;
4)流體粘度:通常在50cSt以下可任意選擇,若超過此值,則要選用高粘度電磁閥。
3、根據(jù)壓力參數(shù)選擇電磁閥的:原理和結(jié)構(gòu)品種
1)公稱壓力:這個參數(shù)與其它通用閥門的含義是一樣的,是根據(jù)管道公稱壓力來定;
2)工作壓力:如果工作壓力低則必須選用直動或分步直動式原理;最低工作壓差在0.04Mpa以上時直動式、分步直動式、先導(dǎo)式均可選用。
4、電氣選擇:電壓規(guī)格應(yīng)盡量優(yōu)先選用AC220V、DC24較為方便。
5、根據(jù)持續(xù)工作時間長短來選擇:常閉、常開、或可持續(xù)通電
1)當(dāng)電磁閥需要長時間開啟,并且持續(xù)的時間多于關(guān)閉的時間應(yīng)選用常開型;
2)要是開啟的時間短或開和關(guān)的時間不多時,則選常閉型;
3)但是有些用于安全保護(hù)的工況,如爐、窯火焰監(jiān)測,則不能選常開的,應(yīng)選可長期通電型。
6、根據(jù)環(huán)境要求選擇輔助功能:防爆、止回、手動、防水霧、水淋、潛水。