智能電動執行器(qi)及其發展趨勢(shi)
工業生(sheng)產過程自動調(diao)節(jie)系統一(yi)般(ban)由檢(jian)測器、調(diao)節(jie)器、執行(xing)器和(he)調(diao)節(jie)對象組成(cheng)。其中執行(xing)器總(zong)是不可缺(que)shao，一(yi)般(ban)由執行(xing)機(ji)構和(he)調(diao)節(jie)機(ji)構(一(yi)般(ban)稱為調(diao)節(jie)閥(fa))組成(cheng)。此外，根據(ju)需(xu)要還可配上(shang)閥(fa)門定位器和(he)手輪機(ji)構等附件。
執(zhi)行(xing)(xing)器在現(xian)代(dai)生(sheng)產過程自(zi)(zi)(zi)動(dong)(dong)化(hua)中起著十分重(zhong)要的(de)(de)作用，常被稱為(wei)實現(xian)生(sheng)產過程自(zi)(zi)(zi)動(dong)(dong)化(hua)的(de)(de)“手足"。電動(dong)(dong)執(zhi)行(xing)(xing)器以(yi)(yi)電能為(wei)動(dong)(dong)力，接受調(diao)節(jie)器來的(de)(de)標(biao)準信(xin)號(模擬量(liang)或數(shu)(shu)字量(liang))，通過將這信(xin)號變成相(xiang)對應的(de)(de)機(ji)械位移(轉角、直線或多轉)來自(zi)(zi)(zi)動(dong)(dong)改變操(cao)作變量(liang)(調(diao)節(jie)閥(fa)、風門、擋板開度等)，以(yi)(yi)達到對被調(diao)參數(shu)(shu)(溫度、壓力、流量(liang)、液位等)進(jin)行(xing)(xing)自(zi)(zi)(zi)動(dong)(dong)調(diao)節(jie)的(de)(de)目的(de)(de)，使生(sheng)產過程按預定要求進(jin)行(xing)(xing)。所以(yi)(yi)電動(dong)(dong)執(zhi)行(xing)(xing)器對自(zi)(zi)(zi)動(dong)(dong)調(diao)節(jie)系統的(de)(de)安全運行(xing)(xing)、可靠性及調(diao)節(jie)品質的(de)(de)優(you)劣(lie)都有很大影響(xiang)。
相對氣動、液動執行器而言，電動執行器主要有(you)3點(dian)優勢(shi)：
(1)無需(xu)特(te)殊(shu)的(de)氣(qi)源(yuan)和空氣(qi)凈化等(deng)裝(zhuang)置(zhi)。即使電(dian)源(yuan)失電(dian)時，也能保持原(yuan)執行位置(zhi)；
(2)可遠(yuan)距離傳輸信(xin)號，電纜敷(fu)設(she)比氣管和液體管道敷(fu)設(she)方便(bian)得(de)多，且便(bian)于線路(lu)檢查；
(3)與計算機(ji)連接方便簡(jian)潔，更(geng)適應采用電子信息新技術。
一、DKJ型電(dian)動執行器及其(qi)不(bu)足
電(dian)(dian)動執行(xing)器有角行(xing)程(cheng)和線行(xing)程(cheng)之分(fen)。DKJ型(xing)(xing)角行(xing)程(cheng)電(dian)(dian)動執行(xing)器是DDZ-II型(xing)(xing)電(dian)(dian)動單(dan)元組合儀(yi)表(biao)中的(de)執行(xing)單(dan)元，是傳統電(dian)(dian)動執行(xing)器的(de)典型(xing)(xing)產品。它主要(yao)由伺服放大器和執行(xing)機構(gou)兩部分(fen)組成(cheng)，接受來自調(diao)節(jie)單(dan)元、變送單(dan)元或(huo)手動操作器輸出(chu)的(de)統一標準電(dian)(dian)流信號(hao)，將其轉換成(cheng)與之相(xiang)對應的(de)機械位移輸出(chu)。
雖然DKJ型電動執行器在各工業(ye)部門都有(you)較多應用，但它存在著(zhu)不足，主要(yao)有(you)以下幾點：
(1)產品規格品種較(jiao)單一，且(qie)只有(you)一種位移速度，不(bu)能滿足(zu)一些復雜系(xi)統要求(qiu)；
(2)沒有力矩(ju)保護(hu)和行程開關，雖然電(dian)動機能堵轉，但其(qi)轉矩(ju)(或(huo)力矩(ju))一直施加在(zai)閥(fa)門或(huo)生(sheng)產(chan)設(she)備上，使(shi)閥(fa)門或(huo)生(sheng)產(chan)設(she)備容(rong)易受損而減小使(shi)用壽命；
(3)制動(dong)器(qi)容易磨損，電容擊穿(chuan)問題也較大，平(ping)均故障(zhang)間隔時(shi)間(MTBF)為10000h左右；
(4)在機(ji)械(xie)上不能(neng)自鎖，增加(jia)了對(dui)制動器的可靠性要求。
二、智能電動(dong)執行器及特點
近年來，電(dian)動(dong)(dong)(dong)執(zhi)行機(ji)構獲得了快速發展，國內外一些廠(chang)商相繼推出帶現(xian)場(chang)(chang)總線通信協議的(de)智能(neng)電(dian)動(dong)(dong)(dong)執(zhi)行器。新型智能(neng)電(dian)動(dong)(dong)(dong)執(zhi)行器利用微機(ji)和(he)現(xian)場(chang)(chang)總線通信技術(shu)將伺服放大器與執(zhi)行機(ji)構合為(wei)一體，不僅實現(xian)了雙向通信、PID調節、在線自(zi)動(dong)(dong)(dong)標定、自(zi)校(xiao)正與自(zi)診斷等多種(zhong)控制技術(shu)要求的(de)功(gong)能(neng)，還(huan)增設了行程保(bao)護(hu)、過(guo)力矩保(bao)護(hu)、電(dian)動(dong)(dong)(dong)機(ji)過(guo)熱保(bao)護(hu)、斷電(dian)信號保(bao)護(hu)、輸出現(xian)場(chang)(chang)閥位(wei)指示(shi)和(he)故障報警等功(gong)能(neng)。它可進行現(xian)場(chang)(chang)操(cao)作(zuo)或遠(yuan)方操(cao)作(zuo)，完(wan)成手(shou)動(dong)(dong)(dong)操(cao)作(zuo)及(ji)手(shou)動(dong)(dong)(dong)/自(zi)動(dong)(dong)(dong)之間無擾動(dong)(dong)(dong)切換。
智(zhi)能電(dian)(dian)動(dong)(dong)執(zhi)行器(qi)(qi)(qi)(qi)采(cai)(cai)(cai)用(yong)(yong)(yong)新(xin)(xin)穎結構部(bu)件。伺(si)服放大(da)器(qi)(qi)(qi)(qi)中采(cai)(cai)(cai)用(yong)(yong)(yong)了(le)微處理器(qi)(qi)(qi)(qi)系統，所有(you)(you)控(kong)(kong)制功(gong)能均可(ke)通(tong)過編程實(shi)現，還具有(you)(you)數字(zi)通(tong)信接口(kou)，從(cong)而(er)具有(you)(you)HART協議或現場總(zong)線(xian)通(tong)信功(gong)能，成為現場總(zong)線(xian)控(kong)(kong)制系統中的(de)(de)(de)一(yi)個節(jie)點。有(you)(you)的(de)(de)(de)伺(si)服放大(da)器(qi)(qi)(qi)(qi)中還采(cai)(cai)(cai)用(yong)(yong)(yong)變頻器(qi)(qi)(qi)(qi)技術，可(ke)更有(you)(you)效(xiao)控(kong)(kong)制伺(si)服電(dian)(dian)機動(dong)(dong)作。減速器(qi)(qi)(qi)(qi)采(cai)(cai)(cai)用(yong)(yong)(yong)新(xin)(xin)穎傳動(dong)(dong)結構，運行平(ping)穩、傳動(dong)(dong)效(xiao)率高，無爬(pa)行、摩(mo)擦小。位(wei)(wei)置(zhi)發送(song)器(qi)(qi)(qi)(qi)采(cai)(cai)(cai)用(yong)(yong)(yong)新(xin)(xin)技術和(he)新(xin)(xin)方法，有(you)(you)的(de)(de)(de)采(cai)(cai)(cai)用(yong)(yong)(yong)霍(huo)爾(er)效(xiao)應傳感(gan)器(qi)(qi)(qi)(qi)，直(zhi)接感(gan)應閥桿的(de)(de)(de)縱向(xiang)或旋轉(zhuan)動(dong)(dong)作，實(shi)現了(le)非接觸式(shi)定位(wei)(wei)檢測(ce)；有(you)(you)的(de)(de)(de)采(cai)(cai)(cai)用(yong)(yong)(yong)特殊電(dian)(dian)位(wei)(wei)器(qi)(qi)(qi)(qi)，電(dian)(dian)位(wei)(wei)器(qi)(qi)(qi)(qi)中裝(zhuang)有(you)(you)球軸(zhou)承和(he)特種(zhong)導(dao)電(dian)(dian)材質做成的(de)(de)(de)電(dian)(dian)阻(zu)薄(bo)片(pian)；有(you)(you)的(de)(de)(de)采(cai)(cai)(cai)用(yong)(yong)(yong)磁阻(zu)效(xiao)應的(de)(de)(de)非接觸式(shi)旋轉(zhuan)角(jiao)度傳感(gan)器(qi)(qi)(qi)(qi)。
智能電動(dong)執行(xing)器(qi)通常都有液晶顯示(shi)器(qi)和手動(dong)操作按鈕(niu)，用于顯示(shi)各種狀態信息和輸(shu)入組(zu)態數據以(yi)及手動(dong)操作等。
智能電(dian)動執行器(qi)與傳統電(dian)動執行器(qi)相比，主要有如下特點：
(1)主要參數技(ji)術(shu)指(zhi)標*，如(ru)工作死區、基本(ben)誤差、回差等指(zhi)標已(yi)達到或接(jie)近世界 先jin水(shui)平，超過國內(nei)現有DDZ-II、III型電動執(zhi)行(xing)器。
(2)采用(yong)*微機(ji)和數(shu)字(zi)顯示技術，以智能伺服放大器取(qu)(qu)代(dai)傳統伺服放大器，以數(shu)字(zi)式操(cao)作(zuo)器取(qu)(qu)代(dai)原有(you)模擬(ni)指針式操(cao)作(zuo)器，解決了數(shu)字(zi)顯示跳動(dong)頻繁而造成人眼疲勞的問題。
(3)功(gong)能(neng)強、使用方便(bian)，具有自(zi)診斷、自(zi)調(diao)整和(he)PI調(diao)節等(deng)功(gong)能(neng)，尤其是PI調(diao)節功(gong)能(neng)可(ke)省去(qu)前級調(diao)節器(qi)，直接接受變送器(qi)信號。
(4)增加了流(liu)量(liang)特性(xing)(xing)軟(ruan)件修正(zheng)。采用微處理機后(hou)，能(neng)(neng)靈活(huo)地設(she)定、改變流(liu)量(liang)特性(xing)(xing)，提高調節(jie)閥(fa)控制性(xing)(xing)能(neng)(neng)，使一種固有特性(xing)(xing)的(de)調節(jie)閥(fa)可以擁(yong)有多種輸出特性(xing)(xing)，使不能(neng)(neng)進行(xing)閥(fa)芯形狀修正(zheng)(蝶閥(fa))的(de)閥(fa)也可改變流(liu)量(liang)特性(xing)(xing)，可以使非(fei)標準特性(xing)(xing)修正(zheng)為標準特性(xing)(xing)，該功能(neng)(neng)將改變長期以來靠(kao)閥(fa)芯加工修正(zheng)流(liu)量(liang)特性(xing)(xing)的(de)現狀。
(5)在調(diao)節中(zhong)采(cai)用(yong)電制動和斷續調(diao)節技術，對具有自鎖功(gong)能的執行機(ji)構可(ke)取消機(ji)械摩擦制動器，提(ti)高了(le)整(zheng)機(ji)的可(ke)靠性。
(6)三(san)相(xiang)(xiang)放大器(qi)的(de)設計采用(yong)由單相(xiang)(xiang)智能伺服放大器(qi)外接三(san)相(xiang)(xiang)功率轉換器(qi)的(de)組合式方案，方便了生產和(he)備料(liao)，為控制室不進三(san)相(xiang)(xiang)電(dian)源的(de)控制提供了可能。
三、幾種(zhong)典(dian)型智能(neng)電(dian)動執(zhi)行(xing)器
1. IKZL智能型電(dian)動執行器
IKZL智能型(xing)電(dian)(dian)動執行(xing)器(qi)由上海自動化儀表股份(fen)有限(xian)公司(si)下(xia)屬自動化儀表十(shi)一廠(chang)研制。它采用現(xian)代高效單片MCU和(he)外圍芯片組成(cheng)控制單元，接收統一標準直流信(xin)號，經(jing)過運算處(chu)理后，最(zui)終驅動交流電(dian)(dian)機(ji)輸出與(yu)(yu)之相對(dui)應的(de)直線位移。該機(ji)構可方便(bian)與(yu)(yu)調(diao)節閥(fa)配套成(cheng)自動調(diao)節閥(fa)，具備調(diao)節閥(fa)本身所要求的(de)各種(zhong)動作(zuo)變(bian)換功(gong)能，適用于電(dian)(dian)力、冶金(jin)、石油、化工及輕工等工業(ye)部門。其主(zhu)要特點(dian)：
(1)以單相(xiang)交流220V電源為動力；
(2)采用高性能導電塑(su)料電位器為(wei)位置傳(chuan)感(gan)器，精確度高、壽命長；
(3)用永磁式(shi)交流(liu)同步電(dian)機作驅動(dong)電(dian)機，短時間超(chao)負荷情況下(xia)不會損壞(huai)；
(4)內置(zhi)記憶芯片(pian)于(yu)(yu)控制部件，在輸入電(dian)壓(ya)低于(yu)(yu)額定電(dian)壓(ya)前的瞬間，自動(dong)記下現場數據，當輸入電(dian)壓(ya)恢復正常后，能保證(zheng)系統(tong)繼續工作；
(5)備(bei)有(you)標準RS-485通信口。
(6)除自動跟蹤輸入信號實現閥門的開(kai)(kai)度(du)(du)操(cao)作外，也可在現場(chang)以(yi)手動操(cao)作按鍵方(fang)式電(dian)動改變閥門開(kai)(kai)度(du)(du)；
(7)當(dang)執行(xing)機構控(kong)制電路中(zhong)MCU發出(chu)開或關(guan)(guan)的命令(ling)后(hou)，執行(xing)機構在6s內(nei)不(bu)動作，將(jiang)被(bei)判定為電機堵轉，同時顯(xian)示器出(chu)現閃爍，并(bing)停止(zhi)發出(chu)開或關(guan)(guan)命令(ling)，執行(xing)機構將(jiang)停止(zhi)運(yun)行(xing)。直(zhi)到儀(yi)表被(bei)復(fu)位后(hou)，才可(ke)再次投(tou)入使用。
(8)僅配上(shang)輸(shu)入信(xin)號線(xian)及單相(xiang)交流電源線(xian)即可(ke)控制運轉而無需另(ling)配伺服放(fang)大器(qi)；
(9)該執(zhi)行器設計成全封閉，防(fang)塵、防(fang)水。采用(yong)MCU控制，無需開蓋，就可進行機械行程(cheng)設定(ding)，輸入信號標定(ding)，且操作(zuo)簡(jian)單、方便；
2. ONTRAC MOE700/MME800系列智能(neng)電動執行器
MOE700系(xi)列(lie)為數字調節(jie)型-S2控制(zhi)(zhi)模式(shi)，MME800系(xi)列(lie)為連(lian)續(xu)調節(jie)型-S4控制(zhi)(zhi)模式(shi)。它們(men)采用機(ji)械(xie)自鎖的蝸輪、蝸桿結構，三相電機(ji)變頻驅動和(he)智能化監控、數字檢測(ce)技(ji)術，其運(yun)行速(su)度和(he)力矩(ju)可(ke)在線或(huo)離線寬范圍(wei)設定，標準(zhun)化程(cheng)度高(gao)。具有功能強大，使用簡(jian)單(dan)和(he)維護量小的特(te)點(dian)(dian)，配上不同減速(su)裝置，可(ke)輸(shu)出角位移(力矩(ju)可(ke)達(da)40000Nm)和(he)直線位移(推力可(ke)達(da)80KN)，驅動各類(lei)閥(fa)體或(huo)擋(dang)板。其主(zhu)要特(te)點(dian)(dian)如(ru)下：
(1)高度智能化設計，位移、力矩、速度等全范圍(wei)微處理器現(xian)代控(kong)制技術，組(zu)態靈活，功(gong)能強大；
(2)電子化(hua)(hua)、數字化(hua)(hua)霍爾(er)傳(chuan)感(gan)器檢測，精確度高、可靠性高、穩定性好、抗干擾能力強；復合傳(chuan)感(gan)，位移(yi)、速度和轉(zhuan)向由同一(yi)傳(chuan)感(gan)器檢測；
(3)組態方法有(you)本(ben)機控制、遙控或系(xi)統在(zai)線3種方式，簡(jian)化了調試和設置操作；
(4)電機速度、負載(zai)變(bian)頻控制(zhi)，不(bu)受電源電壓波動影響(xiang)，同一產品(pin)應用(yong)面寬(kuan)，備品(pin)少；
(5)高可靠(kao)設計，電子化監控、診斷、報(bao)警等，功能齊備，正常工(gong)作(zuo)參(can)數值為(wei)報(bao)警保護值的一半；電子參(can)數調控型代(dai)替原(yuan)機械(xie)額(e)定值型，大(da)大(da)提高執行機構(gou)可靠(kao)性(xing)、可控性(xing)和壽命。
(6)輸入、輸出方式(shi)組態靈活，數(shu)字(zi)量(liang)、脈沖量(liang)、模擬量(liang)和現場總線方式(shi)根(gen)據需要選配，具有廣泛的適用(yong)性；
(7)定位平(ping)穩，反向(xiang)、減速制(zhi)動，平(ping)滑定位；
(8)蝸輪、蝸桿機械傳動結構，具(ju)有逆向自鎖特性，電機無需(xu)剎車，維護(hu)量(liang)少；
(9)防(fang)護等(deng)級IP67，可選(xuan)IP68。
3. IQ系列(lie)智能電動執行器(qi)
英國羅托克(ROTORK)公司于(yu)90年代推出了智(zhi)能型電(dian)動執行器(IQ系列)，與普通(tong)執行器相比具有如(ru)下特點：
(1)便(bian)利(li)的(de)參(can)數(shu)遙控設定(ding)功能。投入使(shi)用前，只要(yao)使(shi)用由(you)廠家提(ti)供的(de)專用設定(ding)工具，對準執(zhi)行(xing)器(qi)就可進行(xing)參(can)數(shu)的(de)遙控設定(ding)。不僅(jin)簡化(hua)了設定(ding)工作程序(xu)，還(huan)提(ti)高了設備安全運(yun)行(xing)性，特別是那些(xie)要(yao)求防爆(bao)的(de)場所尤為重要(yao)；
(2)豐富的在(zai)線顯示功能(neng)。采用(yong)液晶(jing)顯示技術，利(li)用(yong)內置式液晶(jing)顯示板，不僅可(ke)準(zhun)確顯示閥門(men)開、關狀態和正常(chang)閥門(men)開度等(deng)，且在(zai)參數設定(ding)或(huo)執(zhi)行(xing)器有故障時，也(ye)能(neng)顯示出重要信息(xi)；
(3)完善的(de)(de)自(zi)診(zhen)(zhen)斷及保(bao)護功能(neng)(neng)。它可在線(xian)診(zhen)(zhen)斷出伺服電(dian)機過載、過熱情況及電(dian)源的(de)(de)狀(zhuang)態等，還能(neng)(neng)自(zi)動識別三相(xiang)電(dian)源相(xiang)位(wei)，緊(jin)急情況時(shi)，執行器可保(bao)位(wei)或運行到預先設定的(de)(de)安(an)全位(wei)置；
(4)*的(de)控制(zhi)功(gong)能(neng)(neng)。采用了計算機技術(shu)，把*自動跟隨控制(zhi)技術(shu)設計為(wei)它的(de)一項標準功(gong)能(neng)(neng)。執行器響應速度與實際要求(qiu)偏差大小成(cheng)比例，即所謂(wei)的(de)“變速控制(zhi)"，大大提高了執行器響應品質；
(5)較強(qiang)的現場適應性(xing)。整機設(she)計(ji)具有IP54級防(fang)(fang)護能力(li)，且對執行器內(nei)部(bu)與(yu)外部(bu)信(xin)號的口也都(dou)采(cai)用光電隔離技術(shu)，提高了可靠性(xing)、特(te)別(bie)是執行器內(nei)部(bu)控制(zhi)卡件采(cai)用了防(fang)(fang)震固定法，所有接插件都(dou)帶有“反扣"以防(fang)(fang)松(song)動，積木式結構使維修非常方便。
四、智能電動執行器的發(fa)展趨(qu)勢(shi)
綜上所述，智能(neng)電(dian)動執(zhi)行器的(de)(de)發(fa)展趨勢可以(yi)歸(gui)納為：機電(dian)一體化結(jie)構逐(zhu)(zhu)(zhu)步(bu)取代(dai)(dai)組合式(shi)結(jie)構，智能(neng)化控(kong)制(zhi)技(ji)術(shu)(shu)逐(zhu)(zhu)(zhu)步(bu)取代(dai)(dai)純電(dian)子控(kong)制(zhi)技(ji)術(shu)(shu)，帶通信技(ji)術(shu)(shu)功能(neng)的(de)(de)逐(zhu)(zhu)(zhu)步(bu)取代(dai)(dai)不帶通信技(ji)術(shu)(shu)的(de)(de)，數字(zi)控(kong)制(zhi)方式(shi)逐(zhu)(zhu)(zhu)步(bu)取代(dai)(dai)傳統的(de)(de)模擬(ni)控(kong)制(zhi)方式(shi)，運用(yong)紅(hong)外遙控(kong)的(de)(de)非(fei)接觸式(shi)調試(shi)技(ji)術(shu)(shu)逐(zhu)(zhu)(zhu)步(bu)取代(dai)(dai)接觸式(shi)手(shou)動調試(shi)技(ji)術(shu)(shu)等等。
當智(zhi)(zhi)能(neng)(neng)電(dian)動執(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)行器(qi)與現場(chang)總線連(lian)接(jie)時，智(zhi)(zhi)能(neng)(neng)執(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)行器(qi)就成了現場(chang)總線控制系統(FCS)中的(de)一(yi)塊現場(chang)儀(yi)表，這時它(ta)不僅具(ju)有執(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)行器(qi)功(gong)能(neng)(neng)，還(huan)具(ju)有控制、運(yun)算(suan)和通信(xin)等功(gong)能(neng)(neng)。由此可見(jian)，我(wo)國目前新一(yi)代符合現場(chang)總線的(de)智(zhi)(zhi)能(neng)(neng)電(dian)動執(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)行器(qi)產品，是執(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)行機構今后發展的(de)必(bi)然趨勢，它(ta)的(de)成功(gong)研究與應用給(gei)電(dian)動執(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)行器(qi)的(de)進一(yi)步(bu)發展打下良好(hao)基礎(chu)，并將(jiang)給(gei)智(zhi)(zhi)能(neng)(neng)電(dian)動執(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)行器(qi)帶來廣闊的(de)市場(chang)發展前景。(end)
