SIPOS电动执行机构.docx

1、- Page 1-新一代 SIPOS 5 Flash 系列 变频智能型电动执行机构 概述 产品范围 机械接口 控制单元 详述 调试 控制 独特功能 - Page 2-2 SIPOS 5 Flash 目录 简介 突出的特征和优势 3 简介 4 产品范围 产品综述 6 ECOTRON 经济型 / PROFITRON 专业型 8 机械接口 机械输出接 口 10 齿轮单元附加装置 11 控制单元 变频装置 12 功能框图 14 详述 执行机构的设计总览 16 调试 就地操作 22 PROFITRON 专业型的菜单 23 COM-SIPOS操作及参数设置的软件 24 控制 控制系统接 口 26 控制模式

2、 27 现场总线系统 28 PROFIBUS DP 30 MODBUS RTU 33 执行机构的 SIMA 控制系统 34 UPS 太阳能电源 36 功能 柔性启动，柔性关闭 38 一体化位置控制器 38 “给定拆开”控制 39 和行程有关的运行速度调整 （速度 曲线 ） 39 过程控制器 40 行程分段并 自由设定每段定位时间 4 1 阀门力矩特性曲线 4 1 用模拟量控制输出轴转速 42 - Page 3-3 产品范围 机械接 口 控制单元 详述 调试 控制 独特功能 SIPOS 5 Flash 突出的特征和优势 输出转矩和转速同供电电源的电压和频率无关 （在一个很大的偏差范围内） 执行机

3、构的转矩和转速，在额定电压 （单相 220V ，三相 380V ）上下波动10% 15% 时 （临界电压偏差 15% 20% ）、频率波动从 40Hz 至70Hz 范围内不受影响。 低的启动电流总是低于正常的额定电流 可以使用较细的电缆 较长的电缆。 同样的电缆上可以连接更多的执行机构。 当采用 UPS 供电时，可以降低 UPS 电源的订购容量。 增强的阀门保护功能 执行机构在到达末端位置之前，提前减速。 对应阀门的末端位置，执行机构将以最大输出力矩实现 “柔性启动”及 “柔性关闭”。 力矩关断模式下不会出现过力矩现象。 执行机构在末端位置范围内，可以以设定的关断力矩运行，从而避免过力矩现象。

4、 可以很方便地改变转速 即使是在设备安装完毕后，也可以进行过程控制的优化工作。 设计阶段的工作变得更加简单。 避免 “水锤效应” “气蚀”现象 执行机构的全部行程可以分成几段，而每一段都可以选择设定不同的转速，以避免 “水锤效 应”和 “气蚀”现象。此外，通过这种转速可变的特性，还可以对阀门的流量特性曲线进行 动态的线性化，以提高现场控制的品质。 具有很高重复度的精确控制 通过到达给定点之前的减速，可以实现精确的、可重复的定位。 多种软件配置选项 许多软件功能可以在订货之后很方便地进行配置， 例如，过程控制器， “行程-定位时间曲线”功能，等等。 用户要求的特殊功能，一俟通知，即刻实现。 DC

5、S PLC 的接口是完全灵活的 开关量及模拟量信号接 口总是存在，即使是使用现场总线接 口时也一样。 可以很方便地加装现场总线接 口。 单相或三相的供电电源 通过使用变频装置结合三相鼠笼式异步电机，允许供电电源是单相或三相。 对电机的全面保护功能 对电机电流和温度的测量及监控，实现了对电机全面的保护功能。 对于全部的执行机构而言，可以减少备件的库存种类和数量 变频技术及执行机构的软件功能，使得执行机构的机械和电子部件被减少到最低的程度。 - Page 4-24 SIPOS 5 Flash 确立新一代执行机构的标准 在过去的很多年里，把控制系统的功能从集中控制分散到靠近实 际应用点的现场设备中，

6、是过程 自动化领域里一种逐渐增强的趋势。 SIPOS 5 Flash 电动执行机构为支持这一变化趋势的先锋产品确 立了标准。 很宽的应用范围 SIPOS 5 Flash 系列电动执行机构 已经被证明了具有很高的现场 可靠性，加上持续不断的性能开发，已经打开 了一个广阔的应用天地， 这包括： 能源领域从电厂到地区供热系统 水处理领域从饮用水加工厂到污水处理厂 其它工业领域从水泥厂到食品及化工厂 - Page 5-5 产品范围 机械接 口 控制单元 详述 调试 控制 独特功能 在执行机构内集成电源及控制电路，意味着在设计时， 模块化的单元设计，意味着控制单元可以很简洁、很 可以抛弃传统的、安装在外

7、配控制箱内的部件，比如断路器， 方便地 同齿轮单元分开，单独安装。当安装现场振动很大、 可逆接触器及晶闸管。因此可以降低系统的成本，简化安装， 环境温度很高、没有足够的安装空间或安装现场不便于就 提高现场可靠性。 地操作和调试时，这种 “分体安装”的方式是很有用的。 在此我们郑重承诺：对于最终用户、阀门制造商、咨 灵活的控制单元，使得执行机构既可以采用传统的控制 询者及工厂建造者而言，SIPOS 5 执行机构无论现在还是 方式，也可以采用现场总线控制方式SIPOS 5 Flash 尤 将来，都具有超强的灵活性及功能性。 其适用于各种各样的控制系统。SIPOS 5 Flash 的模块化结 构设计

8、，使得从传统的简单控制到现场总线控制的 “升级” 接下来，这本小册子将对新一代 SIPOS 5 Flash 变频 过程变得很简单，以适应广泛的应用场合。 智能型电动执行机构进行全面的介绍，欢迎您一页一页的 翻下去。 - Page 6-6 SIPOS 5 Flash 适用于各行各业的各种场合 内置一体化变频智能控制单元使其在应用中非常灵活 现代的过程控制工程需要阀门以事先设定的速度精确 电子部件代替机械部件 运行。 当用电子式行程开关和力矩开关等电子部件替换掉诸 SIPOS 5 Flash 执行机构内置变频装置以驱动鼠笼异 如机械式行程开关和力矩开关等传统部件后，将大大减少 步电机 （代替传统的

9、电机 减速齿轮 ），使得可以采用软 维护的工作量，并确保无故障运行。 : 件配置控制阀门开关的速度 （比率 1 8 ），因此改变速度 就变成了一个非常简单的过程，既可以在订购设备时也可 花费很多时间进行的调试工作 已经变成了往事，对于 以以后在现场进行。 SIPOS 5 Flash 而言，甚至可以免开盖进行重新调试。 这种智能的设计方式，为执行机构提供 了最大程度的 灵活性，使得工厂设计、建造、启动和调试都从中得到了 益处，变得更为简单。甚至对于备品备件而言，也会从中 得到益处，因为同样的执行机构可以满足多种要求，从而 减少 了备件的库存。 多回转执行机构 直行程执行机构 角行程执行机构 小角

10、行程执行机构 2SA5. 2SA5.+LE 2SA5.+GS GF 2SG5. 既作为单独的多回转执行 由多回转执行机构 2SA5 和 由多回转执行机构 2SA5 和 由紧凑型角行程单元和控 机构 ，也作为直行程及角 线性推进装置两部分组成。 角行程减速箱两部分组成 制单元两部分组成。 行程执行机构 的关键部件。 （角行程减速箱分为直连 软件配置定位速度 （mm/ 式 GS 和底座拐臂式 GF 两 软件配置定位时间(s/90) 分钟 ）和关断推力 （kN ）。 种 ）。 和关断力矩 （Nm ）。 软件配置定位时间(s/90) 和关断力矩 （Nm ）。 - Page 7-7 产品范围 机械接 口

11、 控制单元 详述 调试 控制 独特功能 适用于各行各业的电动执行机构 无论是何种的工业过程应用，无论是开关控制或是调 节控制，SIPOS 5 Flash 执行机构都可以满足用户的要求。 SIPOS 5 Flash 产品范围 多回转执行机构 直行程执行机构 角行程执行机构 开关型 调节型 调节型 开关型 调节型 直连式 底座拐臂式 直连式 底座拐臂式 2SG50 2SG50 2SG55 2SG55 32-125 Nm 32-125 Nm 32-125 Nm 32-125 Nm 2SA50 2SA55 2SA55+LE 10-4000 Nm 10-4000 Nm 3.4-217 kN 2SA50+

12、GS 2SA50+GF 2SA55+GS 2SA55+GF 80-250000 Nm 80-32000 Nm 80-250000 Nm 80-32000 Nm 备件 辅件 2SY5. 2SX5. SIPOS 5 Flash 可实现对阀门或风门等被控对象的开 关控制或调节控制产品范围可满足用户的任何技术要 求。 针对每台 SIPOS 5 Flash ，我们都可提供完整的资料 西博思电动执行机构有限公司生产的其它产品 技术资料、使用说明书、备件清单以及质量证明等。 从而确保用户在选型、设计和使用过程中工作的高效性。 执行机构控制系统 2SM5.- SIMA 如需询价、技术支持或售后服务，请与我公司

13、在当地 小直行程执行机构 的合法授权代理商或直接与北京代表处联系： 2SB6.- 调节型，推力 2 - 25kN 德国西博思电动执行机构有限公司 双马达执行机构 北京代表处 M76348- 调节型，关断力矩 750 - 3000Nm 地址：北京市朝阳区望京阜通东大街 6 号院 核电站专用多回转电动执行机构， 1 号楼方恒国际中心 C 座 17 层 符合 KTA 3504 标准 邮政编码：100102 M76361-/M76371- 开关型 电话：010 51286938 传真：010 64392358 M76362-/M76272- 调节型 网址： “德国西博思电动执行机构有限公司北京代表处”

14、代 表德国总部全权负责中国市场的业务 中国地 区的销售、 技术支持和售后服务。中国用户可向北京代表处免费索取 全套中文资料。 - Page 8-8 控制及规则 适用于各种工业生产过程 SIPOS 5 Flash 执行机构可分为开关型及调节型两种。 开关型执行机构启动次数可达 600 次 小时，调节型执行机构启动次数可达 1200 次 小时；符合 DIN EN60034 标准。 两种不同的控制单元 经 开速度和关速度相同 SIPOS 5 Flash 执行机构可以有两种不同的控制单元供 济 有 7 档不同的速度可供选择和设置 用户选择：经济型 （ECOTRON ）和专业型 （PROFITRON ）

15、。 型 行程 共同的特点： 全开 集成的变频装置。 电子式调整转速。 电子式的力矩 关断推力保护功能。 广泛的内部监控功能，包括对电机的全面保护。 全关 采用导引方式，调试简单。 集成的功率及控制器件。 时间 无需外配开关设备、可逆控制器或控制箱。 适用于传统控制系统或现场总线控制系统的通用控制接 口。 专 开速度和关速度可以不同 嵌入式就地操作站。 业 有7 档不同的速度可供选择和编程设定 型 经济型（ECOTRON ） 行程 全开 尤其适用于采用 “开”、 “关”及 “停”命令进行的开 关控制或简单的调节控制。 可以向控制系统输出 5 个开关量的状态反馈信号，还可 以输出 1 路 4-20

16、mA 的模拟量信号。 全关 专业型（PROFITRON ） 运行中 停止 运行中 时间 对于要求很高的调节控制而言，是最理想的选择。同时 也可以用于更多控制较复杂的应用场合。 除有不同的正常开速度和正常关速度外，还可以有 除了可以接受 “开”、 “关”、 “停”开关量控制信号 不同的紧急开速度和紧急关速度 （通过编程设定 ） 外，专业型还可以接受 “紧急”开关量输入命令；也可以接 受控制系统来的 0/4-20mA 的模拟量给定信号。它可向控制 行程 全开 系统输出 1 路 0/4-20mA 位置反馈信号和 8 个开关量的状态反 馈信号。 专业型还带液晶显示屏，可以以人机对话的方式进行参 数设置

17、，可监控执行机构的状态，可进行故障 自诊断。 用户可 自行选择液晶显示屏的显示语言。 全关 根据屏幕的菜单显示，专业型可被用来监控、诊断，如 “紧急”信号 时间 果需要，甚至来配置执行机构。 有效 向开方向运行 停止 向关方向运行 向 “紧急”位置 - Page 9-9 产品范围 机械接 口 控制单元 详述 调试 控制 独特功能 SIPOS 5 Flash 经济型 专业型 输入信号和输出信号 “开”、 “关”和 “停”3 个开关量输入信号 （带光电隔离 ） “紧急”开关量输入信号 （带光电隔离 ） 可选择外供 24V DC 控制电源 0/4.20 mA 的模拟量给定信号 （可选带光电隔离的）开

18、路检测 脉冲 （带 自保持 ）持续 （不带 自保持 ）接点控制 模拟量的三态开关控制 两线控制 可以切换 “远控”的控制方式 开关量 24V DC 输出信号 （电气隔离 ） 5 8 继电器输出 （每个继电器带一个常开接点和常闭接点 ） 5 5 模拟量的位置反馈信号 0/4.20 mA （可选带光电隔离的） 现场总线接口 PROFIBUS DP 1 通道 （可选光缆 ）或 2 通道 MODBUS RTU 1 通道 （可选光缆 ）或 2 通道 同参数配置工具的通讯 DTM ，用于 FDT EDD ，用于 PDM COM-SIPOS 可调整/可编程 开和关的关断力矩 （档 ） 8 8 输出轴转速 （

19、档 ） 7 7 分别单独设定开和关的速度 （正常开、正常关、紧急开、紧急关 ） 1 4 关断模式 （行程关断 力矩关断） 输出轴的旋转方向 被卡住后可以重试 中间位置的中间接点 2 关闭电机保护功能 电机加热 维护间隔 软件功能 位置控制器 （自适应三步控制器 ） “比例控制/给定拆开”功能 过程控制器 行程-速度的特性曲线 外部模拟量的速度给定 行程分段并 自由设定每段定位时间 其它 就地操作面板 （可用挂锁或保护罩锁住 ） 多国语言显示 就地 远控状态的 LED 指示 开 关 运行状态的 LED 指示 软启动 阀门力矩参考曲线 （3 条参考曲线 ） 诊断数据 电机过热监控 供电电源相序 自

20、动校正功能 标准配置 可选配置 - Page 10-10 SIPOS 5 Flash 配备符合国际标准的各种不同机械接 口 确保能与所有阀门实现合理机械连接 SIPOS 5 Flash 可选配各种不同的符合国际标准的机械接 多回转 SIPOS 5 Flash 基 口，从而可与各种不同的被控对象 （如：蝶阀、球阀、闸阀和 本输出轴为 B1(或 B)型轴 调节阀等各种阀门）实现合理的机械连接。 (带标准键槽的空心轴)。 根据用户的不同需要，多回转 SIPOS 5 Flash 可选配不同 执行机构通过一滑键将 的法兰和输出轴。法兰和输出轴符合国际标准 DIN ISO 5210 和 力矩传递给阀门。

21、DIN 3338 （或 DIN 3210 ）。输出轴可以有以下类型：A ，B1 ， 其 它类型的输 出轴是通 B2 ，B3 ，B4 和 C （或 A ，B ，C ，D 和 E ）。 过在 B1 （或 B ）型轴 中 直行程 SIPOS 5 Flash 的机械接 口符合 DIN 3358 标准。角 插入不 同的轴衬或轴伸 行程 （直连式 ）SIPOS 5 Flash 的机械接 口符合 DIN ISO 5211 构成的。 标准。 根据不同类型的阀门，多回转SIPOS 5 Flash 可相应选配 不同的异径法兰盘。 A 型输出轴 B2 ，B3 ，B4 及 E 型输出轴 C 型输出轴 D 型输出轴 带

22、螺纹轴衬的空心轴，用 这种输 出轴是在 B1 B 型 这种输 出轴是在 B1 B 型 这种输 出轴是在 B1 B 型 于阀杆作上下直线运动 （而不 轴中插入带键槽的空心轴衬和 输出轴中插入带爪型连接的空 轴中插入带滑键的自由轴伸。 是转动 ）的阀门。通过螺纹轴 B1 B 型轴一样 ，执行机构通 心轴衬。 执行机构通过这一滑键将 衬 （阀杆螺母 ）将执行机构的 过一滑键将力矩提供给阀门。 执行机构通过爪型连接将 转矩传递给阀门。 转动转换为阀杆的直线运动。 转矩传递给阀门。 轴衬的螺纹也可选为梯形螺纹 （符合 DIN103 标准 ）。 法兰盘连 同带螺纹的轴衬 及轴承组成一个单元，将转矩 转换为

23、推力。 还可以提供以弹簧支撑的 A 型输出轴 （AF 型输出轴）。 A ，B1 和 C 型轴 （符合 DIN ISO 5210 标准和 DIN 3338标准 ）或 A ，B 和 C 型轴 （符合 DIN 3210 标准 ）适合于带升降阀杆的 阀门。我公司可提供不同长度的阀杆保护套管。 - Page 11-11 产品范围 机械接 口 控制单元 详述 调试 控制 独特功能 输出大转矩的能力 通过将多回转 SIPOS 5 Flash 与不同的机械部件组合， 即可得到更大输 出力矩的多回转执行机构、直行程执行 机构和角行程执行机构。 同控制单元的模块化设计一样 ，这些机械部件也应 用 了模块化设计的理

24、念。因此可以使最终用户的备件库 存保持在最少程度。下面将要介绍的就是三种可以互换 的齿轮箱可选件： 1 2 3 1 2 直行程执行机构 3 行星齿轮 直连式角行程减速箱带底座和拐臂的角行程减速箱 2SA5.+GS/GF 角行程执行机构 2SA5+LE 直行程执行机构 2SA5. 多回转执行机构 如被控对象只需要 90 （或 360 ）的角行程， 线性推进装置将多回转执 行星齿轮具有 4:1 的减速比， 此时就需要采用角行程执行机构。 行机构输出轴的转动转换为其 因此，在减速的同时，将获得 直连式角行程执行机构 （2SA5+GS ）通常被用 输出轴的直线运动，同时将多 4 倍 的转矩输 出。执行

25、机构详 来控制阀门 （蝶阀和球阀等 ），并通过法兰和输出轴与 回转执行机构输出轴的力矩转 细的转矩范围，见下面： 阀门实现机械连接。其输出轴可有如下选择：未开孔的 换为其输出轴的轴向推力，从 开关型执行机构 ：700- 空心轴、带键槽的空心轴、方形空心轴和扁平空心轴。 而构成了直行程执行机构。 2000Nm 及 1400-4000Nm。 如果 由于缺少安装空间或设计的需要，而不能采用 可提供不同行程的线性推 调 节型执行机构 ：700- 直连式角行程执行机构，则可以采用连杆来传递运动。 进装置。 2000Nm 及 1400-4000Nm。 此时，就需要采用带底座和拐臂的角行程执行机构。角 行程

26、减速箱的蜗杆蜗轮机构将把多回转执行机构的旋转 运动转化成角行程的运动。这样，多回转执行机构就变 成了角行程执行机构。 多回转执行机构的主要技术参数为关断力矩 （Nm ）和输出轴转速 （rpm ）；直行程 执行机构的主要技术参数为关断推力 （kN ）、行程 （mm ）和输出轴直线运动速度 （mm 分钟 ）；角行程执行机构的主要技术参数为关断力矩 （Nm ）和全行程时间 （秒 90 ）。 - Page 12-12 灵活的控制，通过 变频装置 在执行机构 中使用变频装置，可以实现对电机的完 全控制，也就是说，控制电机的转速、转向及转矩。变 频装置输出到电机的电压就会决定电机的输出转矩，而 频率将决定

27、电机的转速。 把变频装置和控制器独特地结合在一起，用于电动 阀位控制最优化 执行机构的设计，会带来一系列的优点： SIPOS 5 Flash 专业型 （PROFITRON ）集成的位 置控制器 （positioner ）使用了变频装置不同的转速控制 电压波动补偿 能力。这就意味着较大的位置变化可以采用较快速度运 当供 电电压降至额定 电压的 80%时，执行机构的输 行，而小的偏差采用较慢的速度进行调节。 出力矩能否达到阀门的设计转矩 （阀门正常开启和关闭）？ 现在，您将不会为此感到担忧SIPOS 5 Flash 电动 减少备件的库存量 执行机构的电机的供电电压是独立于外供电压而调节的。 因同一

28、型号的 SIPOS 5 Flash ，其关断力矩和输出 轴转速在较大的范围内可 自行设定。所以，针对不同的 保护阀门 技术要求，SIPOS 5 Flash 实际选用的型号较传统执行 SIPOS 5 Flash 以固定的低速进入末端位置。这样， 机构要少的多。从而可减少整机备品和备件的库存。 由于电机和齿轮的动能较低而避免了过力矩，同时，也 避免了由于惯性对阀门造成的冲撞，保护阀门，延长其 电机启动电流控制 使用寿命。 采用变频装置确保 了不再有 “启动电流”效应。供 电电源只需考虑额定运行转矩下的正常工作电流。这就 在被卡住时可产生最大力矩使阀门脱离卡住位置 允许采用较细截面的电缆及减小电源容

29、量，因此节约了 中等程度的卡涩对 SIPOS 5 Flash 来讲不是什么问 投资。 题。一旦阀门被卡住，SIPOS 5 Flash 会 自动以低转速 运行 1 秒钟，同时使输 出转矩达到最大设定值 ，并进而 自动监控和调整 使阀门脱离卡住位置；这样既可克服阀门卡涩，又不至 变频装置可实现一系列附加重要功能： 于损坏阀门。 连续监控供给电机的电流，实现对电机的过热保护， 从而无需另配电机保护装置。 设计变得很灵活 连续监控电机的输出力矩，实现过力矩保护。 有时在设计阶段，转速和转矩可调是很有必要的 自动相序校正功能集成的整流器的工作是独立于 在现场，以上参数会因实际情况而有变化。在很大程 电源

30、相序的。 : 度上，1 8 的转速设定范围为将来过程控制提供 了多种可 电压测量可以可靠地检测和报告过电压和低电压。 能性。 温度补偿热敏电压控制 自动地补偿温度变化对电 机转矩的影响。 1 2 3 供电电源 UZK 电机 1 3 3 整流器 直流母线 逆变器 （包括预充电 和电流测量 ） 变频装置的示意图 - Page 13-13 产品范围 机械接 口 控制单元 详述 调试 控制 独特功能 变频器是如何工作的？ 作为一种成熟的标准产品，交-直-交型变频器 已被广泛应用于各个工业领域。变频器把单相或三相固定频率 （如 50Hz ）和固定幅值 （如 380V ）的电源变换成频率和幅值都可变的三相

31、电源。 以下是变频器工作原理的一个简述： 1. 整流 单相或三相交流电通过二极管整流桥进行整流： 1. 1. 1 相 + 33 相相 + L1 L1 L2 N L3 - - 2. 预充电及滤波 3. 脉冲宽度调制 整流后的电压首先通过 “直流母线”上的大电容进 现在，直流母线上的直流电压将被变换成频率和电 行滤波。为确保主回路电源在接通瞬间的电压跳跃变化 压都可调节的三相交流电，用来驱动三相交流电机。这 不会立即传递给滤波电容，需要在回路 中串联一个预充 一过程是由图中位于电机接线端子处的、被称作 IG BTs 电电阻。正常工作时，这些电阻将被继电器短路。 （绝缘栅双极晶体管 ）的高速电子开关

32、来实现的。 2. 3. R + + v M CZK 3 - - 4. 实时控制 这些高速开关把电机的每相绕组接至直流母线的正极或负极，通过精确控制电源持续接通时间和电压的极性，就 会产生作为这些斩波或 “脉冲宽度调制”直流电压基本分量的交流电压。电机电感的作用是准滤波器。 为了实时计算三相电源中正确的接通点 （6个 IGBT 中每一个开关频率都高达 16000 次 秒！），需要一个非常快 速的计算机微控制器及专用集成电路。 4. U t - Page 14-14 控制单元 智能的执行机构 任何工作都变得很流畅 8 PROFITRON ECOTRON 继电器板 7 阀位检测 电机温度检测 手轮切换保护 5 对继电器干接点输出 (5 个单刀双掷开关(SPDT) 5 5