智能電動執行(xing)器及(ji)其發展(zhan)趨(qu)勢

工業生產(chan)過程自動調節(jie)系統一(yi)般由(you)檢測器、調節(jie)器、執行(xing)器和(he)調節(jie)對象組成。其中執行(xing)器總是不(bu)可(ke)缺shao，一(yi)般由(you)執行(xing)機(ji)構(gou)(gou)和(he)調節(jie)機(ji)構(gou)(gou)(一(yi)般稱為調節(jie)閥(fa))組成。此外，根據需要(yao)還可(ke)配上(shang)閥(fa)門定位器和(he)手(shou)輪(lun)機(ji)構(gou)(gou)等(deng)附件。

執(zhi)行(xing)(xing)(xing)器(qi)在現代生(sheng)產(chan)(chan)(chan)過(guo)(guo)程自動(dong)(dong)(dong)化(hua)(hua)中起著十分重要(yao)的作用，常被稱為(wei)實現生(sheng)產(chan)(chan)(chan)過(guo)(guo)程自動(dong)(dong)(dong)化(hua)(hua)的“手足"。電(dian)(dian)動(dong)(dong)(dong)執(zhi)行(xing)(xing)(xing)器(qi)以(yi)電(dian)(dian)能為(wei)動(dong)(dong)(dong)力，接受調(diao)(diao)節(jie)(jie)器(qi)來的標準信號(模擬量或數(shu)字量)，通過(guo)(guo)將這信號變成相對(dui)應的機械位移(轉(zhuan)角、直線或多轉(zhuan))來自動(dong)(dong)(dong)改變操作變量(調(diao)(diao)節(jie)(jie)閥、風門、擋板開度(du)等)，以(yi)達到對(dui)被調(diao)(diao)參數(shu)(溫度(du)、壓力、流量、液(ye)位等)進行(xing)(xing)(xing)自動(dong)(dong)(dong)調(diao)(diao)節(jie)(jie)的目的，使(shi)生(sheng)產(chan)(chan)(chan)過(guo)(guo)程按預(yu)定要(yao)求進行(xing)(xing)(xing)。所以(yi)電(dian)(dian)動(dong)(dong)(dong)執(zhi)行(xing)(xing)(xing)器(qi)對(dui)自動(dong)(dong)(dong)調(diao)(diao)節(jie)(jie)系統的安全(quan)運行(xing)(xing)(xing)、可靠(kao)性(xing)及(ji)調(diao)(diao)節(jie)(jie)品質的優劣都(dou)有很大影(ying)響。

相對(dui)氣(qi)動(dong)、液動(dong)執行(xing)器而(er)言，電(dian)動(dong)執行(xing)器主要有(you)3點優(you)勢：

(1)無(wu)需特(te)殊的氣源和空氣凈化(hua)等裝(zhuang)置。即使電源失電時，也能(neng)保持原(yuan)執行位置；

(2)可遠距(ju)離傳輸信(xin)號(hao)，電纜(lan)敷設比氣管(guan)和(he)液體管(guan)道敷設方便得多，且便于線路檢查；

(3)與(yu)計(ji)算機連(lian)接(jie)方便簡潔，更適(shi)應(ying)采用電子信息新技術。

一(yi)、DKJ型電(dian)動執行器及其不足(zu)

電(dian)(dian)動執行(xing)(xing)器有角(jiao)行(xing)(xing)程和(he)線行(xing)(xing)程之分。DKJ型角(jiao)行(xing)(xing)程電(dian)(dian)動執行(xing)(xing)器是(shi)DDZ-II型電(dian)(dian)動單元(yuan)組合(he)儀(yi)表中(zhong)的(de)(de)執行(xing)(xing)單元(yuan)，是(shi)傳統電(dian)(dian)動執行(xing)(xing)器的(de)(de)典(dian)型產(chan)品。它主要由伺服放大器和(he)執行(xing)(xing)機構兩部分組成，接受來自調節單元(yuan)、變送單元(yuan)或(huo)手動操作器輸出的(de)(de)統一標準電(dian)(dian)流(liu)信(xin)號，將其轉換(huan)成與之相對應的(de)(de)機械位移(yi)輸出。

雖然DKJ型電動(dong)執行器(qi)在(zai)各工業部門都有較(jiao)多應(ying)用，但它存(cun)在(zai)著不足，主要有以下幾(ji)點：

(1)產(chan)品規格品種較單一(yi)(yi)，且(qie)只(zhi)有一(yi)(yi)種位移速度(du)，不(bu)能滿足一(yi)(yi)些復雜系(xi)統要求(qiu)；

(2)沒有力(li)矩保護和行程開關，雖然(ran)電(dian)動機(ji)能堵轉，但其轉矩(或(huo)力(li)矩)一直施加(jia)在(zai)閥門(men)或(huo)生產設備上(shang)，使閥門(men)或(huo)生產設備容易受損(sun)而減小使用壽命；

(3)制動(dong)器容(rong)易磨損，電容(rong)擊穿問(wen)題也較大(da)，平均故障(zhang)間(jian)隔時(shi)間(jian)(MTBF)為(wei)10000h左右；

(4)在機(ji)械上不能自鎖，增(zeng)加了對制動器(qi)的可靠性要求。

二、智能電動(dong)執行器及特點(dian)

近年來，電(dian)(dian)(dian)動執行(xing)(xing)機構獲得了快速發展，國內(nei)外一(yi)些廠商相繼推出帶現(xian)(xian)(xian)場總線(xian)通(tong)信(xin)協議的(de)智能電(dian)(dian)(dian)動執行(xing)(xing)器(qi)。新型智能電(dian)(dian)(dian)動執行(xing)(xing)器(qi)利用微機和(he)現(xian)(xian)(xian)場總線(xian)通(tong)信(xin)技(ji)術將伺服放大器(qi)與(yu)執行(xing)(xing)機構合為一(yi)體，不僅實現(xian)(xian)(xian)了雙向通(tong)信(xin)、PID調節、在(zai)線(xian)自動標定、自校(xiao)正(zheng)與(yu)自診斷(duan)等(deng)多種控制(zhi)技(ji)術要求的(de)功能，還增設了行(xing)(xing)程保護(hu)、過(guo)力矩保護(hu)、電(dian)(dian)(dian)動機過(guo)熱保護(hu)、斷(duan)電(dian)(dian)(dian)信(xin)號(hao)保護(hu)、輸出現(xian)(xian)(xian)場閥位指示和(he)故障報警等(deng)功能。它(ta)可進行(xing)(xing)現(xian)(xian)(xian)場操(cao)作或遠方操(cao)作，完成手動操(cao)作及手動/自動之間無擾動切換。

智(zhi)能電(dian)(dian)動(dong)(dong)執行器(qi)(qi)(qi)采(cai)(cai)用(yong)(yong)新穎結構部件。伺服(fu)放大器(qi)(qi)(qi)中采(cai)(cai)用(yong)(yong)了(le)微處理器(qi)(qi)(qi)系統，所有(you)控制(zhi)功能均可(ke)通過(guo)編程實(shi)現，還(huan)具(ju)有(you)數(shu)字通信接(jie)口，從而具(ju)有(you)HART協議或(huo)(huo)現場(chang)總線通信功能，成為現場(chang)總線控制(zhi)系統中的(de)(de)(de)一(yi)個(ge)節點。有(you)的(de)(de)(de)伺服(fu)放大器(qi)(qi)(qi)中還(huan)采(cai)(cai)用(yong)(yong)變頻器(qi)(qi)(qi)技(ji)術，可(ke)更有(you)效控制(zhi)伺服(fu)電(dian)(dian)機(ji)動(dong)(dong)作(zuo)。減速器(qi)(qi)(qi)采(cai)(cai)用(yong)(yong)新穎傳(chuan)動(dong)(dong)結構，運行平穩、傳(chuan)動(dong)(dong)效率高(gao)，無(wu)爬行、摩擦小。位置發送器(qi)(qi)(qi)采(cai)(cai)用(yong)(yong)新技(ji)術和新方法，有(you)的(de)(de)(de)采(cai)(cai)用(yong)(yong)霍(huo)爾(er)效應傳(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)(qi)，直接(jie)感(gan)(gan)應閥桿的(de)(de)(de)縱向或(huo)(huo)旋轉動(dong)(dong)作(zuo)，實(shi)現了(le)非接(jie)觸式(shi)定位檢測；有(you)的(de)(de)(de)采(cai)(cai)用(yong)(yong)特殊電(dian)(dian)位器(qi)(qi)(qi)，電(dian)(dian)位器(qi)(qi)(qi)中裝(zhuang)有(you)球軸承和特種導電(dian)(dian)材質做(zuo)成的(de)(de)(de)電(dian)(dian)阻薄(bo)片；有(you)的(de)(de)(de)采(cai)(cai)用(yong)(yong)磁阻效應的(de)(de)(de)非接(jie)觸式(shi)旋轉角度(du)傳(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)(qi)。

智能電動執行(xing)器通常都有液(ye)晶顯示(shi)器和手動操(cao)作按鈕(niu)，用于顯示(shi)各種狀態(tai)信息和輸入組態(tai)數據以及手動操(cao)作等。

智能(neng)電動(dong)執行器與傳統電動(dong)執行器相比(bi)，主要有如(ru)下特點：

(1)主要參(can)數技(ji)術指(zhi)標(biao)*，如工作死區、基本誤差(cha)(cha)、回差(cha)(cha)等(deng)指(zhi)標(biao)已達到或接近世(shi)界 先jin水(shui)平，超過國(guo)內現有DDZ-II、III型(xing)電動(dong)執行器。

(2)采用*微(wei)機(ji)和數(shu)字(zi)(zi)顯示技術，以智能伺(si)服放(fang)(fang)大(da)器取(qu)代傳統伺(si)服放(fang)(fang)大(da)器，以數(shu)字(zi)(zi)式操(cao)作器取(qu)代原有(you)模擬指針式操(cao)作器，解決了數(shu)字(zi)(zi)顯示跳動頻繁(fan)而造成人眼疲(pi)勞的問題。

(3)功(gong)能強、使用方便，具有自診斷、自調(diao)(diao)整(zheng)和PI調(diao)(diao)節等功(gong)能，尤其是PI調(diao)(diao)節功(gong)能可(ke)省去(qu)前級調(diao)(diao)節器，直接(jie)接(jie)受(shou)變(bian)送器信(xin)號。

(4)增加了流量特(te)(te)(te)性(xing)(xing)(xing)(xing)軟件修正(zheng)。采用微處理機后，能(neng)靈活地設定、改變流量特(te)(te)(te)性(xing)(xing)(xing)(xing)，提(ti)高調節閥(fa)控制(zhi)性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)，使(shi)一種固有(you)特(te)(te)(te)性(xing)(xing)(xing)(xing)的調節閥(fa)可以(yi)擁(yong)有(you)多種輸出特(te)(te)(te)性(xing)(xing)(xing)(xing)，使(shi)不(bu)能(neng)進行閥(fa)芯(xin)形狀修正(zheng)(蝶閥(fa))的閥(fa)也可改變流量特(te)(te)(te)性(xing)(xing)(xing)(xing)，可以(yi)使(shi)非標準特(te)(te)(te)性(xing)(xing)(xing)(xing)修正(zheng)為標準特(te)(te)(te)性(xing)(xing)(xing)(xing)，該功(gong)能(neng)將改變長期以(yi)來(lai)靠(kao)閥(fa)芯(xin)加工修正(zheng)流量特(te)(te)(te)性(xing)(xing)(xing)(xing)的現狀。

(5)在調節(jie)中采(cai)用(yong)電制動和斷續(xu)調節(jie)技術，對具有(you)自鎖功能的執行機構可(ke)取(qu)消機械摩(mo)擦制動器，提高了整機的可(ke)靠性。

(6)三(san)相放大(da)(da)器的設計采用由(you)單相智能伺服放大(da)(da)器外接三(san)相功率轉換器的組合(he)式方案，方便了生產和備料，為控(kong)制室不進三(san)相電(dian)源的控(kong)制提(ti)供了可能。

三(san)、幾種典型(xing)智能電動執行器

1. IKZL智能型電動執行器

IKZL智能型電動(dong)(dong)執行(xing)器由上海自動(dong)(dong)化(hua)(hua)儀(yi)表(biao)(biao)股份(fen)有(you)限公司(si)下屬(shu)自動(dong)(dong)化(hua)(hua)儀(yi)表(biao)(biao)十一(yi)廠研(yan)制。它(ta)采用現代高效單(dan)片MCU和(he)外圍芯片組(zu)成控制單(dan)元，接收統一(yi)標準直流(liu)信號，經過運算處理后，最終驅動(dong)(dong)交流(liu)電機(ji)輸出與(yu)之相對(dui)應的直線位(wei)移。該(gai)機(ji)構可(ke)方便與(yu)調節閥配套(tao)成自動(dong)(dong)調節閥，具備調節閥本(ben)身(shen)所(suo)要求的各種動(dong)(dong)作變換功能，適用于電力、冶(ye)金、石油、化(hua)(hua)工及輕工等工業部門。其(qi)主要特點(dian)：

(1)以單相交流220V電源為(wei)動力；

(2)采(cai)用高性能導(dao)電塑料電位器為位置傳(chuan)感器，精確(que)度(du)高、壽命長；

(3)用永磁式交流同步(bu)電(dian)(dian)機作驅動(dong)電(dian)(dian)機，短時(shi)間(jian)超負荷情況下不會(hui)損壞；

(4)內置記憶芯片(pian)于(yu)控制部件，在輸入電(dian)壓低(di)于(yu)額定電(dian)壓前(qian)的瞬(shun)間，自動記下現場數據(ju)，當輸入電(dian)壓恢復正常后(hou)，能保證系統繼續工作；

(5)備(bei)有(you)標準RS-485通信口(kou)。

(6)除自動(dong)跟蹤輸入信號(hao)實現閥門的開(kai)度(du)操(cao)作(zuo)外，也可在現場以手動(dong)操(cao)作(zuo)按鍵方(fang)式電動(dong)改變閥門開(kai)度(du)；

(7)當執行機(ji)構(gou)控制(zhi)電路中MCU發出開或關的(de)命令(ling)后，執行機(ji)構(gou)在6s內不動作，將被判定為電機(ji)堵轉(zhuan)，同時顯示器出現閃爍，并停止(zhi)發出開或關命令(ling)，執行機(ji)構(gou)將停止(zhi)運行。直到儀(yi)表被復位后，才可再次投入使用。

(8)僅配上輸入信(xin)號線及單相交流電源(yuan)線即可(ke)控(kong)制運轉(zhuan)而無需另(ling)配伺服放大器；

(9)該執行(xing)器(qi)設計成全封閉，防(fang)塵、防(fang)水。采用MCU控制(zhi)，無需開蓋，就可進行(xing)機械(xie)行(xing)程設定，輸入信號(hao)標(biao)定，且操作簡單、方便；

2. ONTRAC MOE700/MME800系列智能電動執行器

MOE700系(xi)列(lie)為(wei)數(shu)字調(diao)節型-S2控制(zhi)(zhi)模式，MME800系(xi)列(lie)為(wei)連續(xu)調(diao)節型-S4控制(zhi)(zhi)模式。它們采用(yong)機(ji)械自鎖(suo)的蝸輪、蝸桿(gan)結構，三相電機(ji)變頻驅動和(he)(he)智(zhi)能化監控、數(shu)字檢測技術，其運行速(su)度(du)和(he)(he)力矩(ju)可在線或(huo)離線寬范圍設(she)定(ding)，標(biao)準化程度(du)高。具有功能強大，使用(yong)簡單和(he)(he)維(wei)護量小的特點(dian)，配上不同(tong)減速(su)裝置，可輸出角位(wei)移(yi)(力矩(ju)可達(da)40000Nm)和(he)(he)直線位(wei)移(yi)(推力可達(da)80KN)，驅動各類閥體(ti)或(huo)擋板。其主要特點(dian)如(ru)下：

(1)高度智能化設計，位移、力矩、速度等全(quan)范圍微處理(li)器(qi)現代控制技術，組態靈活，功能強大；

(2)電子化、數字化霍爾傳(chuan)感器檢測，精確度(du)高、可靠性高、穩(wen)定性好、抗干擾能力強；復合傳(chuan)感，位移、速度(du)和轉(zhuan)向(xiang)由同一傳(chuan)感器檢測；

(3)組態方法有(you)本機控(kong)制、遙控(kong)或系統在(zai)線(xian)3種(zhong)方式(shi)，簡化了調試和設置(zhi)操作；

(4)電(dian)機(ji)速度、負載(zai)變頻控制(zhi)，不受電(dian)源電(dian)壓波動影響，同一產品(pin)應用面寬(kuan)，備品(pin)少；

(5)高可靠(kao)設計，電子化監控、診(zhen)斷、報(bao)警等，功能齊備，正(zheng)常工作參數值為報(bao)警保(bao)護值的(de)一半(ban)；電子參數調控型代替原機械額定值型，大大提高執(zhi)行機構(gou)可靠(kao)性(xing)、可控性(xing)和壽命(ming)。

(6)輸入(ru)、輸出方(fang)式(shi)組態靈活(huo)，數字量(liang)(liang)、脈(mo)沖(chong)量(liang)(liang)、模擬量(liang)(liang)和現場總線(xian)方(fang)式(shi)根(gen)據(ju)需要選配，具(ju)有廣泛的適用性(xing)；

(7)定(ding)位(wei)平穩，反向、減速制動(dong)，平滑定(ding)位(wei)；

(8)蝸輪、蝸桿機(ji)械傳(chuan)動結構(gou)，具(ju)有逆(ni)向自鎖特性(xing)，電(dian)機(ji)無需剎(cha)車(che)，維護量少；

(9)防護等級IP67，可選IP68。

3. IQ系列智能電動(dong)執(zhi)行器

英國羅托克(ROTORK)公司于90年代推出了(le)智能(neng)型電動執行(xing)器(qi)(IQ系列)，與普通(tong)執行(xing)器(qi)相比具有如下特點：

(1)便(bian)利的(de)(de)(de)參數遙控設定(ding)(ding)功能。投入使用前，只(zhi)要使用由(you)廠(chang)家提供的(de)(de)(de)專用設定(ding)(ding)工(gong)具，對準執行器就可(ke)進行參數的(de)(de)(de)遙控設定(ding)(ding)。不僅簡化了設定(ding)(ding)工(gong)作程序，還提高了設備安全運行性，特別(bie)是那(nei)些要求防爆(bao)的(de)(de)(de)場所尤為重要；

(2)豐(feng)富的在(zai)線顯(xian)示(shi)(shi)功能。采用(yong)液晶顯(xian)示(shi)(shi)技術，利用(yong)內置(zhi)式液晶顯(xian)示(shi)(shi)板，不僅可準確顯(xian)示(shi)(shi)閥(fa)門(men)開(kai)、關狀態和正常閥(fa)門(men)開(kai)度等，且(qie)在(zai)參(can)數設定或執行器有故(gu)障(zhang)時，也能顯(xian)示(shi)(shi)出重要信息；

(3)完善的(de)自診斷及保護功能(neng)。它可在線診斷出伺(si)服電機過載、過熱情況及電源的(de)狀態(tai)等，還能(neng)自動識別三(san)相電源相位(wei)，緊急情況時，執行器(qi)可保位(wei)或(huo)運(yun)行到預先設(she)定的(de)安全位(wei)置；

(4)*的控制功能。采用了計算機技術，把(ba)*自動(dong)跟隨(sui)控制技術設計為它的一項標準功能。執行器響應速(su)度與實際要求偏差大小成比例，即(ji)所(suo)謂(wei)的“變速(su)控制"，大大提(ti)高(gao)了執行器響應品質；

(5)較強(qiang)的(de)現場適應(ying)性。整機設計具(ju)有IP54級防(fang)護能(neng)力，且對執行器內部(bu)(bu)(bu)與(yu)外部(bu)(bu)(bu)信(xin)號的(de)口也都采用光電(dian)隔離(li)技(ji)術，提高了可(ke)靠性、特別是執行器內部(bu)(bu)(bu)控制卡件采用了防(fang)震固(gu)定(ding)法(fa)，所有接插件都帶有“反扣"以防(fang)松動，積木(mu)式(shi)結構使維修非常(chang)方便。

四、智能電動執行器的發展趨勢

綜上所述，智能(neng)電動(dong)執行器的(de)發(fa)展趨勢可以歸納為(wei)：機電一體化結(jie)構(gou)逐(zhu)(zhu)(zhu)步(bu)取(qu)代(dai)組合式(shi)結(jie)構(gou)，智能(neng)化控(kong)制(zhi)技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)逐(zhu)(zhu)(zhu)步(bu)取(qu)代(dai)純(chun)電子控(kong)制(zhi)技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)，帶通信(xin)(xin)技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)功能(neng)的(de)逐(zhu)(zhu)(zhu)步(bu)取(qu)代(dai)不帶通信(xin)(xin)技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)的(de)，數字控(kong)制(zhi)方式(shi)逐(zhu)(zhu)(zhu)步(bu)取(qu)代(dai)傳(chuan)統的(de)模擬(ni)控(kong)制(zhi)方式(shi)，運(yun)用紅(hong)外(wai)遙控(kong)的(de)非接觸式(shi)調試技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)逐(zhu)(zhu)(zhu)步(bu)取(qu)代(dai)接觸式(shi)手動(dong)調試技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)等等。

當智能電動執(zhi)行(xing)器(qi)(qi)與(yu)現場(chang)總線(xian)(xian)連(lian)接時，智能執(zhi)行(xing)器(qi)(qi)就成(cheng)(cheng)了(le)現場(chang)總線(xian)(xian)控(kong)制系統(FCS)中的(de)(de)(de)(de)一(yi)(yi)塊現場(chang)儀表，這(zhe)時它不僅具有執(zhi)行(xing)器(qi)(qi)功能，還具有控(kong)制、運算和(he)通信等功能。由(you)此可見(jian)，我(wo)國目(mu)前新一(yi)(yi)代符(fu)合現場(chang)總線(xian)(xian)的(de)(de)(de)(de)智能電動執(zhi)行(xing)器(qi)(qi)產品，是執(zhi)行(xing)機(ji)構(gou)今(jin)后發展的(de)(de)(de)(de)必然趨(qu)勢，它的(de)(de)(de)(de)成(cheng)(cheng)功研究與(yu)應用給電動執(zhi)行(xing)器(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)進(jin)一(yi)(yi)步發展打(da)下良好基礎，并將給智能電動執(zhi)行(xing)器(qi)(qi)帶(dai)來(lai)廣闊的(de)(de)(de)(de)市場(chang)發展前景。(end)