智能電動(dòng)執行器及其發(fā)展趨勢

智能電動(dòng)執行器及其發(fā)展趨勢

工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)調節系統一般由檢測器、調節器、執行器和調節對象組成。其中執行器總是不可缺shao，一般由執行機構和調節機構(一般稱(chēng)為調節閥)組成。此外，根據需要還可配上閥門(mén)定位器和手輪機構等附件。

執行器在現代生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化中起著(zhù)十分重要的作用，常被稱(chēng)為實(shí)現生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化的“手足"。電動(dòng)執行器以電能為動(dòng)力，接受調節器來(lái)的標準信號(模擬量或數字量)，通過(guò)將這信號變成相對應的機械位移(轉角、直線(xiàn)或多轉)來(lái)自動(dòng)改變操作變量(調節閥、風(fēng)門(mén)、擋板開(kāi)度等)，以達到對被調參數(溫度、壓力、流量、液位等)進(jìn)行自動(dòng)調節的目的，使生產(chǎn)過(guò)程按預定要求進(jìn)行。所以電動(dòng)執行器對自動(dòng)調節系統的安全運行、可靠性及調節品質(zhì)的優(yōu)劣都有很大影響。

相對氣動(dòng)、液動(dòng)執行器而言，電動(dòng)執行器主要有3點(diǎn)優(yōu)勢：

(1)無(wú)需特殊的氣源和空氣凈化等裝置。即使電源失電時(shí)，也能保持原執行位置；

(2)可遠距離傳輸信號，電纜敷設比氣管和液體管道敷設方便得多，且便于線(xiàn)路檢查；

(3)與計算機連接方便簡(jiǎn)潔，更適應采用電子信息新技術(shù)。

一、DKJ型電動(dòng)執行器及其不足

電動(dòng)執行器有角行程和線(xiàn)行程之分。DKJ型角行程電動(dòng)執行器是DDZ-II型電動(dòng)單元組合儀表中的執行單元，是傳統電動(dòng)執行器的典型產(chǎn)品。它主要由伺服放大器和執行機構兩部分組成，接受來(lái)自調節單元、變送單元或手動(dòng)操作器輸出的統一標準電流信號，將其轉換成與之相對應的機械位移輸出。

雖然DKJ型電動(dòng)執行器在各工業(yè)部門(mén)都有較多應用，但它存在著(zhù)不足，主要有以下幾點(diǎn)：

(1)產(chǎn)品規格品種較單一，且只有一種位移速度，不能滿(mǎn)足一些復雜系統要求；

(2)沒(méi)有力矩保護和行程開(kāi)關(guān)，雖然電動(dòng)機能堵轉，但其轉矩(或力矩)一直施加在閥門(mén)或生產(chǎn)設備上，使閥門(mén)或生產(chǎn)設備容易受損而減小使用壽命；

(3)制動(dòng)器容易磨損，電容擊穿問(wèn)題也較大，平均故障間隔時(shí)間(MTBF)為10000h左右；

(4)在機械上不能自鎖，增加了對制動(dòng)器的可靠性要求。

二、智能電動(dòng)執行器及特點(diǎn)

近年來(lái)，電動(dòng)執行機構獲得了快速發(fā)展，國內外一些廠(chǎng)商相繼推出帶現場(chǎng)總線(xiàn)通信協(xié)議的智能電動(dòng)執行器。新型智能電動(dòng)執行器利用微機和現場(chǎng)總線(xiàn)通信技術(shù)將伺服放大器與執行機構合為一體，不僅實(shí)現了雙向通信、PID調節、在線(xiàn)自動(dòng)標定、自校正與自診斷等多種控制技術(shù)要求的功能，還增設了行程保護、過(guò)力矩保護、電動(dòng)機過(guò)熱保護、斷電信號保護、輸出現場(chǎng)閥位指示和故障報警等功能。它可進(jìn)行現場(chǎng)操作或遠方操作，完成手動(dòng)操作及手動(dòng)/自動(dòng)之間無(wú)擾動(dòng)切換。

智能電動(dòng)執行器采用新穎結構部件。伺服放大器中采用了微處理器系統，所有控制功能均可通過(guò)編程實(shí)現，還具有數字通信接口，從而具有HART協(xié)議或現場(chǎng)總線(xiàn)通信功能，成為現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統中的一個(gè)節點(diǎn)。有的伺服放大器中還采用變頻器技術(shù)，可更有效控制伺服電機動(dòng)作。減速器采用新穎傳動(dòng)結構，運行平穩、傳動(dòng)效率高，無(wú)爬行、摩擦小。位置發(fā)送器采用新技術(shù)和新方法，有的采用霍爾效應傳感器，直接感應閥桿的縱向或旋轉動(dòng)作，實(shí)現了非接觸式定位檢測；有的采用特殊電位器，電位器中裝有球軸承和特種導電材質(zhì)做成的電阻薄片；有的采用磁阻效應的非接觸式旋轉角度傳感器。

智能電動(dòng)執行器通常都有液晶顯示器和手動(dòng)操作按鈕，用于顯示各種狀態(tài)信息和輸入組態(tài)數據以及手動(dòng)操作等。

智能電動(dòng)執行器與傳統電動(dòng)執行器相比，主要有如下特點(diǎn)：

(1)主要參數技術(shù)指標*，如工作死區、基本誤差、回差等指標已達到或接近世界 先jin水平，超過(guò)國內現有DDZ-II、III型電動(dòng)執行器。

(2)采用*微機和數字顯示技術(shù)，以智能伺服放大器取代傳統伺服放大器，以數字式操作器取代原有模擬指針式操作器，解決了數字顯示跳動(dòng)頻繁而造成人眼疲勞的問(wèn)題。

(3)功能強、使用方便，具有自診斷、自調整和PI調節等功能，尤其是PI調節功能可省去前級調節器，直接接受變送器信號。

(4)增加了流量特性軟件修正。采用微處理機后，能靈活地設定、改變流量特性，提高調節閥控制性能，使一種固有特性的調節閥可以擁有多種輸出特性，使不能進(jìn)行閥芯形狀修正(蝶閥)的閥也可改變流量特性，可以使非標準特性修正為標準特性，該功能將改變長(cháng)期以來(lái)靠閥芯加工修正流量特性的現狀。

(5)在調節中采用電制動(dòng)和斷續調節技術(shù)，對具有自鎖功能的執行機構可取消機械摩擦制動(dòng)器，提高了整機的可靠性。

(6)三相放大器的設計采用由單相智能伺服放大器外接三相功率轉換器的組合式方案，方便了生產(chǎn)和備料，為控制室不進(jìn)三相電源的控制提供了可能。

三、幾種典型智能電動(dòng)執行器

1. IKZL智能型電動(dòng)執行器

IKZL智能型電動(dòng)執行器由上海自動(dòng)化儀表股份有限公司下屬自動(dòng)化儀表十一廠(chǎng)研制。它采用現代高效單片MCU和外圍芯片組成控制單元，接收統一標準直流信號，經(jīng)過(guò)運算處理后，最終驅動(dòng)交流電機輸出與之相對應的直線(xiàn)位移。該機構可方便與調節閥配套成自動(dòng)調節閥，具備調節閥本身所要求的各種動(dòng)作變換功能，適用于電力、冶金、石油、化工及輕工等工業(yè)部門(mén)。其主要特點(diǎn)：

(1)以單相交流220V電源為動(dòng)力；

(2)采用高性能導電塑料電位器為位置傳感器，精確度高、壽命長(cháng)；

(3)用永磁式交流同步電機作驅動(dòng)電機，短時(shí)間超負荷情況下不會(huì )損壞；

(4)內置記憶芯片于控制部件，在輸入電壓低于額定電壓前的瞬間，自動(dòng)記下現場(chǎng)數據，當輸入電壓恢復正常后，能保證系統繼續工作；

(5)備有標準RS-485通信口。

(6)除自動(dòng)跟蹤輸入信號實(shí)現閥門(mén)的開(kāi)度操作外，也可在現場(chǎng)以手動(dòng)操作按鍵方式電動(dòng)改變閥門(mén)開(kāi)度；

(7)當執行機構控制電路中MCU發(fā)出開(kāi)或關(guān)的命令后，執行機構在6s內不動(dòng)作，將被判定為電機堵轉，同時(shí)顯示器出現閃爍，并停止發(fā)出開(kāi)或關(guān)命令，執行機構將停止運行。直到儀表被復位后，才可再次投入使用。

(8)僅配上輸入信號線(xiàn)及單相交流電源線(xiàn)即可控制運轉而無(wú)需另配伺服放大器；

(9)該執行器設計成全封閉，防塵、防水。采用MCU控制，無(wú)需開(kāi)蓋，就可進(jìn)行機械行程設定，輸入信號標定，且操作簡(jiǎn)單、方便；

2. ONTRAC MOE700/MME800系列智能電動(dòng)執行器

MOE700系列為數字調節型-S2控制模式，MME800系列為連續調節型-S4控制模式。它們采用機械自鎖的蝸輪、蝸桿結構，三相電機變頻驅動(dòng)和智能化監控、數字檢測技術(shù)，其運行速度和力矩可在線(xiàn)或離線(xiàn)寬范圍設定，標準化程度高。具有功能強大，使用簡(jiǎn)單和維護量小的特點(diǎn)，配上不同減速裝置，可輸出角位移(力矩可達40000Nm)和直線(xiàn)位移(推力可達80KN)，驅動(dòng)各類(lèi)閥體或擋板。其主要特點(diǎn)如下：

(1)高度智能化設計，位移、力矩、速度等全范圍微處理器現代控制技術(shù)，組態(tài)靈活，功能強大；

(2)電子化、數字化霍爾傳感器檢測，精確度高、可靠性高、穩定性好、抗干擾能力強；復合傳感，位移、速度和轉向由同一傳感器檢測；

(3)組態(tài)方法有本機控制、遙控或系統在線(xiàn)3種方式，簡(jiǎn)化了調試和設置操作；

(4)電機速度、負載變頻控制，不受電源電壓波動(dòng)影響，同一產(chǎn)品應用面寬，備品少；

(5)高可靠設計，電子化監控、診斷、報警等，功能齊備，正常工作參數值為報警保護值的一半；電子參數調控型代替原機械額定值型，大大提高執行機構可靠性、可控性和壽命。

(6)輸入、輸出方式組態(tài)靈活，數字量、脈沖量、模擬量和現場(chǎng)總線(xiàn)方式根據需要選配，具有廣泛的適用性；

(7)定位平穩，反向、減速制動(dòng)，平滑定位；

(8)蝸輪、蝸桿機械傳動(dòng)結構，具有逆向自鎖特性，電機無(wú)需剎車(chē)，維護量少；

(9)防護等級IP67，可選IP68。

3. IQ系列智能電動(dòng)執行器

英國羅托克(ROTORK)公司于90年代推出了智能型電動(dòng)執行器(IQ系列)，與普通執行器相比具有如下特點(diǎn)：

(1)便利的參數遙控設定功能。投入使用前，只要使用由廠(chǎng)家提供的專(zhuān)用設定工具，對準執行器就可進(jìn)行參數的遙控設定。不僅簡(jiǎn)化了設定工作程序，還提高了設備安全運行性，特別是那些要求防爆的場(chǎng)所尤為重要；

(2)豐富的在線(xiàn)顯示功能。采用液晶顯示技術(shù)，利用內置式液晶顯示板，不僅可準確顯示閥門(mén)開(kāi)、關(guān)狀態(tài)和正常閥門(mén)開(kāi)度等，且在參數設定或執行器有故障時(shí)，也能顯示出重要信息；

(3)完善的自診斷及保護功能。它可在線(xiàn)診斷出伺服電機過(guò)載、過(guò)熱情況及電源的狀態(tài)等，還能自動(dòng)識別三相電源相位，緊急情況時(shí)，執行器可保位或運行到預先設定的安全位置；

(4)*的控制功能。采用了計算機技術(shù)，把*自動(dòng)跟隨控制技術(shù)設計為它的一項標準功能。執行器響應速度與實(shí)際要求偏差大小成比例，即所謂的“變速控制"，大大提高了執行器響應品質(zhì)；

(5)較強的現場(chǎng)適應性。整機設計具有IP54級防護能力，且對執行器內部與外部信號的口也都采用光電隔離技術(shù)，提高了可靠性、特別是執行器內部控制卡件采用了防震固定法，所有接插件都帶有“反扣"以防松動(dòng)，積木式結構使維修非常方便。

四、智能電動(dòng)執行器的發(fā)展趨勢

綜上所述，智能電動(dòng)執行器的發(fā)展趨勢可以歸納為：機電一體化結構逐步取代組合式結構，智能化控制技術(shù)逐步取代純電子控制技術(shù)，帶通信技術(shù)功能的逐步取代不帶通信技術(shù)的，數字控制方式逐步取代傳統的模擬控制方式，運用紅外遙控的非接觸式調試技術(shù)逐步取代接觸式手動(dòng)調試技術(shù)等等。

當智能電動(dòng)執行器與現場(chǎng)總線(xiàn)連接時(shí)，智能執行器就成了現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(FCS)中的一塊現場(chǎng)儀表，這時(shí)它不僅具有執行器功能，還具有控制、運算和通信等功能。由此可見(jiàn)，我國目前新一代符合現場(chǎng)總線(xiàn)的智能電動(dòng)執行器產(chǎn)品，是執行機構今后發(fā)展的必然趨勢，它的成功研究與應用給電動(dòng)執行器的進(jìn)一步發(fā)展打下良好基礎，并將給智能電動(dòng)執行器帶來(lái)廣闊的市場(chǎng)發(fā)展前景。(end)