3.1执行机构的工作原理

电机的旋转通过联轴机构直接带动蜗杆转动，蜗杆带动蜗轮转动，再通过离合器带动输出轴转动。当切换手柄拨在手动位置时，离合器上移，脱开蜗轮与手轮联接，转动手轮驱动输出轴转动。电动操作总是优先，除非操作手柄被锁定在手动档。在输出轴转动的同时带动一对锥齿轮转动，并通过阀位传感器检测阀位变化。

3.2 执行机构的功能特点

3.2.1 双密封结构

在工程安装、调试阶段，即使执行机构的端子盖长期打开，由于端子盘与外壳之间的第二级密封的存在，阻止了灰尘、潮气等进入电机和电气壳体内部， 使电机和控制电路免受侵蚀， 提高了可靠性，如图3-2所示。

HKM执行机构在3米深的水中沉浸48小时仍可以正常工作。需要注意的是，这个特点只是为在事故情况下执行机构受到水淹提供一种短时的防护，不要误解为执行机构可以在水下长时间地连续工作。另外，电缆进线口的合理密封是用户的责任，进线口达不到合适的密封，受到水浸是会出问题的。

3.2.2 非侵入式设计思想

非侵入式设计思想体现在两个方面。第一，方式选择旋钮和就地操作旋钮采用条状磁钢控制电气壳内的舌簧管， 摒弃了传统的旋钮贯通轴， 见图3-4，图3-5。第二，采用红外设定器对执行机构进行参数设定、更改、调试且不需要打开执行机构的外壳。非侵入式结构的好处是：

⑴不用打开外壳，避免了环境中的灰尘、有害气体和潮气对执行机构的侵蚀。

⑵在雨中或在有可燃气体的场合都可以方便地调试。

⑶可以方便地查询执行机构的各种状态。

3.2.3 保护功能

3.2.3.1 转矩保护

用以防止执行机构操作中途过转矩，这个功能既保护阀门，又保护执行机构本身，转矩保护值由设定器设定。

3.2.3.2 阀位限位保护

执行机构运行到关闭和打开限位位置自动停止(与设定的工作方式有关)。

3.2.3.3 自动相序调整

HKM执行机构自动检测接入电源端子的三相电源的相序，通过适当的逻辑运算，以确保给电机接通正确的相序。如果没有自动相序调整功能，有可能会由于接线相序错误而损坏阀门。由于有了自动相序调整功能，执行机构电源的接线可以不考虑相序。

3.2.3.4 瞬时反转保护

当执行机构接受向相反方向动作的命令时，自动加上一个时间延迟，防止产生对阀轴和变速箱的不必要的磨损。

3.2.3.5 电源缺相保护

HKM执行机构具有非常完善的电源缺相保护功能。它采用监视电压和电流相结合的方法，既能检测电机静止时发生的电源缺相，也能检测电机运行过程中发生的电源缺相，从而禁止电机运行，避免缺相运行造成电机过热。需要注意的一个重要实事是，绝大多数的电机缺相是在电机运行过程中发生的。

3.2.3.6 阀门卡住时的动作

无论执行机构向打开方向还是关闭方向动作，在发出激励电机的信号之后的5~10秒时间内暂时禁止转矩保护功能（如果在上述5~10秒时间内执行机构没有动作，控制电路则切断电机的供电）。此项功能可以实现阀门卡住时的解卡。

3.2.3.7 过热保护

在电机绕组的端部装有二个热继电器，直接检测电机绕组的温度。当热继电器检测到绕组过热时，控制电路将禁止执行机构动作。

3.2.3.8 电气保护

输入输出通道均采用光电隔离。

3.2. 4 阀位和转矩的检测

有一对伞齿轮拾取输出轴的转动，带动一个圆周上具有多个N极、S极的圆形磁片，使其周围的两个磁敏器产生脉冲信号， 对脉冲信号进行判向、计数即可以计算出阀位。 阀位检测分辩率为11.5°输出轴转角，输出轴转数的累计值上限达到2040转，这意味着HKM执行机构可设定行程范围很大，突破了以往的执行机构对行程的限制。

转矩的检测是靠检测电机的电流和磁通来获得转矩，实现了对输出转矩的连续测量，使得调整转矩保护值可以由设定器来完成，非常方便。并排除了机械磨损，长期保持稳定。

3.2.5 间隙定时操作

间隙定时操作是指执行机构在打开和关闭过程中其动作是间隙的（断续的），即动作一段时间，停动一段时间，再动作一段时间，余以类推，其动作时间和停动时间可以设定。

这对某些需要防止液压冲击（水锤效应）和流体喘振的场合十分适合，并有效地增加了行程时间。

3.2.6 现场总线控制

现场总线技术是仪器仪表、计算机技术和网络技术在控制系统和自动化领域发展的新技术，现场总线使得现场仪表之间、现场仪表和控制器之间构成网络互连系统，实现全数字化、双向、多点的数字通信，是开放的总线，具有统一、公开的国际标准ISO/OSI模型， 可将不同厂家的仪表组成开放互连网络，具有互可操作性和互用性，为全分散控制系统提供了基础。通过多种网络传输介质，带有现场总线通讯卡的执行机构可以构成开放的现场总线系统， 支持Modbus、CAN、Profibus、和FF等现场总线，实现远程通讯、远程数据采集和远程诊断与维护。

3.2.7 执行机构的调试和故障查找

与HKM系列执行机构配套的红外设定器，见图3-6， 用于对执行机构进行设定和故障诊断，并且不需要打开外壳，就可以方便快捷地调试执行机构，此外，由于诊断功能可以显示出许多内部状态，使得故障查找甚为方便、快捷。

红外设定器可以设定以下内容：

■关闭时输出轴的转动方向

■打开限位和关闭限位的保护选择

■打开和关闭操作的转矩设定值

■就地控制方式选择

■四个状态指示继电器的触发选择

■紧急动作功能选择

■远控禁动功能选择

■模拟控制信号的设定

关于执行机构安装与调试的具体方法和步骤，见《HKM系列执行机构安装调试手册》。

3.2.8 执行机构的显示

执行机构自身带有液晶显示。液晶显示分为菜单、报警、提示与电池电量四个显示区。菜单显示用于显示执行机构的设定、检查和诊断菜单。阀位显示区以数字和模拟图两种形式显示执行机构的阀位开度，阀位开度显示的分辩率为1%，液晶显示器带有背光，在供有主电源的情况下，背光会点亮。

除了液晶显示外，执行机构还带有2个发光二极管指示灯。红灯亮表示处于全关位置， 绿灯亮表示处于全开位置。

执行机构采用锂电池，支持主电源掉电情况下的液晶显示和阀位检测， 此时不接受设定器的命令，并且不点亮背光和2个灯。

执行机构还带有4个状态指示继电器，详见6.3节

3.2.9 执行机构的操作

执行机构的操作方式分为电动和手动操作。执行机构上装有手轮， 用于手动操作。手/电动切换手柄用于将执行机构切换到手动操作，当执行机构电机运转时，由于设计了电动优先操作切换机构，执行机构会自动回到电动操作方式 。

HKM系列的执行机构标准手轮为顶装手轮， 使得手动操作省力。

手轮用来在电动出现故障时提供紧急的手动操作。当不需要手动操作时，亦可以把手柄锁定在电动位置。

3.2.10 执行机构先进、可靠的结构

a.即使在现场将接线端盖打开，单独密封的端子箱也可保证电动装置的完整性。

b.现场操作控制继电器和工作方式采用隔离的磁激励方式，避免了需要密封的贯通轴。

c.就地显示窗可以变换不同方位，以适应执行机构的安装方位。另外，通过密封的显示窗，使用专用的红外遥控器对执行机构进行设定和诊断，不需要在现场打开电气箱而暴露内部的控制电路，防止了灰尘和潮气的侵蚀。

d.低惯量高转矩电机。电机启动后能够迅速达到峰值转矩，非励磁时几乎没有超限运动，电机线圈内装有精确的温度继电器，可以有效地避免电机处于过热状态。

e.特殊设计的固态电路检测执行机构的转矩，避免了使用转矩控制的弹簧继电器和杠杆。

f.蜗杆在油浴槽内驱动蜗轮，可最大限度地提高不同环境下执行机构的寿命。

g.阀位计数器可精确地测量和控制执行机构的行程，即使断电后重新上电，也能保证阀位计数的准确性。

h.直接驱动手轮可在电源出现故障时，提供可靠的紧急手动操作。

i.手动/电动离合器即使在电机转动时也可安全操作。

注：当电机转动时离合器将自动切换到电动状态，除非手柄被有意锁在手动位置。

j.为提高寿命并易于拆卸而设计的可润滑的推力座，可在不改变阀位的情况下卸下执行机构。

k.为了便于与阀门配合，可拆卸的驱动轴套可与阀杆进行配制加工。

l.为了便于改变执行机构的输出速度，电机轴与蜗杆轴是相互独立的。

m.支持HART、Modbus、CAN、Profibus和FF等开放式的现场总线。

3.2.11 执行机构的防爆结构设计

执行机构的防爆结构设计是根据：GB3836.1-2000《爆炸性气体环境用电气设备第1部分通用要求》和GB3836.2-2000《爆炸性气体环境用电气设备第2部分隔爆型“d”》有关规定要求设计的隔爆性产品， 隔爆标志为ExdIIBT4。 适用于含有ⅡA、ⅡB级、T1~T4级爆炸性混合物的1、2工区环境， 大气压力86 KPa ~106KPa，环境温度 -30℃～ +70℃。

3.2.11.1 良好的密封性

主壳体与配合零件的结合面较长，间隙较小，起到了隔爆的作用，同时，采用进口的骨架旋转油封、优良的O型圈密封，满足了密封要求。

3.2.11.2 电缆引入装置

电缆引入装置是根据GB3836.2和附录D 《隔爆型电缆引入装置和衬垫的补充要求》设计的隔爆结构。螺纹结合长度及密封圈和电缆的结合宽度都符合隔爆标准的要求。

3.2.11.3 防爆型执行机构导线的引入连接 电池腔与电气腔、电机腔与电气腔之间采用二级密封，确保了设备的隔爆性能。

注：

1.电缆直径：Ф10（2根）、Ф14（1根）。

2.不使用的进线口要用钢制或黄铜制的螺纹堵密封。

3.2.11.4 防爆型执行机构的视窗结构

透明视窗与壳体的连接采用了O型密封件和密封胶填充（此处不得拆开， 否则会破坏隔爆面），双层透明材料压环压紧的结构装置满足了GB3836.2中5.4、5.5和8.1的要求，详见图3-10。

为了保证执行机构在不同的安装方向上有正常的液晶显示方向，即字符正常显示方向，执行机构的液晶显示屏提供了四种设置：

a.执行机构水平方向安装（手轮朝上），液晶显示屏按正常位置安装；

b.执行机构朝下方向安装（手轮朝下），液晶显示屏按正常位置安装，可用设定器将显示方式设置为反显示；

c.执行机构左侧方向安装（手轮朝左），液晶显示屏靠近法兰一侧安装；

d.执行机构右侧方向安装（手轮朝右），液晶显示屏靠近法兰一侧安装，可用设定器将显示方式设置为反显示。

以上由用户提供执行机构的安装方向，我公司按液晶显示屏的正确设置供货。如果用户不便于提供执行机构的安装方向，我公司可派工作人员现场设置液晶显示屏。

执行机构在启动高惯量负荷时很容易出现过转矩的现象。为了能够成功地启动高惯量负荷，HKM执行机构在发出激励电机的信号后的数秒时间内暂时禁止转矩保护功能。这即为电子闩锁功能。如果在发出激励电机的信号后的数秒内执行机构没能动作，则控制电路会自动撤消对电机的供电。电子闩锁功能对于开启长时间处于关闭位置的阀门很有效。 3.2.12 电子闩锁功能

3.2.13 在主电源掉电时数据保存功能

在主电源掉电时，由电池给阀位检测电路供电，并将阀位保存在E2PROM中。电池还要给液晶显示器供电（但不支持背光）和给四个状态指示继电器供电。无论是主电源掉电还是更换电池，阀位都将被保存。建议应在主电源有电时更换电池。

3.2.14 应用范围