工業生產過程自動調節係統一般由檢測器、調節器、執行器和調節對象(xiàng)組成。其中執行器總是不可(kě)缺少,一般(bān)由執行機構和調(diào)節(jiē)機構(一般稱為調節閥)組(zǔ)成。此外,根據需要還(hái)可配上閥門定位器和手輪機構等附件。
執行器在(zài)現代生產過程自動化(huà)中起著十分(fèn)重要(yào)的(de)作用(yòng),常被(bèi)稱為實(shí)現生產過程自動化的“手足”。電動執行器以(yǐ)電能為(wéi)動力,接受調節器來的標準信號(模擬量或數(shù)字量),通過將這信號變成相對應的機械位移(轉角、直線或多(duō)轉)來自(zì)動改(gǎi)變操作變量(調節閥、風門、擋板開(kāi)度(dù)等),以達到對(duì)被調參數(溫度、壓力、流量、液位(wèi)等)進行自(zì)動調節的目的,使生產過程按預定(dìng)要求進(jìn)行。所以電動執行器對自動調節係統(tǒng)的(de)**運行、可靠性及調節品質(zhì)的優劣都有很大影響。
相對氣(qì)動、液動執行器而言,電動(dòng)執(zhí)行器(qì)主要有3點優勢:
(1)無需特(tè)殊的(de)氣源和空氣淨化等裝置。即使電源失電時(shí),也能保持原執(zhí)行位置;
(2)可遠距離傳輸信號,電纜敷設比氣(qì)管和液(yè)體管道敷設方便得多,且便於線路檢查;
(3)與計算(suàn)機連接方便簡潔,更適應采用(yòng)電子信息新技術。
一、DKJ型電(diàn)動執行器及其不足
電動執行(háng)器有角行程和線行程之分。DKJ型角行程電動執行(háng)器是(shì)DDZ-II型電動單元組合儀表中的執行單元,是傳統電動執(zhí)行器(qì)的典型產品。它主要由伺服放大器和(hé)執行機構兩部分組成,接受來自調節單元、變送單元(yuán)或手動操(cāo)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(chū)。
雖然(rán)DKJ型電動執行器在各工業部門都有較多應用,但它(tā)存在著不足,主要有以下幾點(diǎn):
(1)產品規格(gé)品種較單一,且隻有一(yī)種位移速度,不能滿足一些複雜係統(tǒng)要求;
(2)沒(méi)有力矩保護和行程開關,雖然電動機能(néng)堵轉,但其轉(zhuǎn)矩(或(huò)力矩)一直施加在閥門或生產(chǎn)設備上,使閥(fá)門或(huò)生產設備容易受損而減小使用壽命;
(3)製動器容易磨損,電容擊穿問題也較大,平均故障間隔時間(jiān)(MTBF)為10000h左右;
(4)在機械(xiè)上不能自鎖,增(zēng)加了對製動(dòng)器(qì)的(de)可靠性要求。
二、智能電動執行器及特點
近年來,電(diàn)動執行機構獲得了快(kuài)速發展,國內外一些廠(chǎng)商相繼推出(chū)帶現場(chǎng)總線(xiàn)通信(xìn)協議的(de)智能(néng)電動(dòng)執行器。新型智能電動執行器利(lì)用微機和現場總線通信技術將伺服放大器與(yǔ)執行(háng)機構(gòu)合為一體,不僅實(shí)現了雙向(xiàng)通(tōng)信、PID調節、在線(xiàn)自動標定、自校正與自診斷等多種控製技術要求的功能,還增設了行程保(bǎo)護、過(guò)力矩保護、電動機過熱保護、斷電(diàn)信號保護、輸出現場閥位指示和(hé)故(gù)障報警等功能。它(tā)可進行現場操作或遠方操作,完成手動(dòng)操作及手動/自動之間無擾動切換。
智能電(diàn)動執行器采用新穎(yǐng)結構部件。伺服放大(dà)器中采用了微處(chù)理(lǐ)器係統,所有控製功能均可通過編(biān)程實現,還具有數字通信接口,從而具有HART協議或現場總線通信功能,成為現場總線控製(zhì)係統中的一(yī)個節點。有的伺服放大器中還采用變頻器技術(shù),可更有效控製伺服電機(jī)動作(zuò)。減速器采用新穎傳動結構,運行平穩、傳動效率高,無爬行、摩擦小。位置發(fā)送器采用新技術和新方法,有的采(cǎi)用霍爾(ěr)效應傳感器,直接感應閥杆的縱向或旋轉動作,實現了非接觸式定位檢(jiǎn)測;有的(de)采用特殊電(diàn)位器,電位器中裝有球軸承和特種導電材質做成的電阻薄片;有的采用磁阻效應的非接觸式旋轉角度傳感器。
智能電動執行器通常都有液晶顯示器和手動操作按鈕,用於顯示各種狀態信息和輸入組態數據以(yǐ)及手動操作等。
智能電動執(zhí)行器與(yǔ)傳統電動執行器相比,主要有(yǒu)如下特(tè)點:
(1)主要(yào)參數技術指標先進,如工作死區(qū)、基本誤(wù)差、回差等指標已達到或接近世界先進水平,超過(guò)國內現有DDZ-II、III型電動(dòng)執行(háng)器。
(2)采用先進微機和數字顯示技術,以智能伺服放大器取代傳統伺服放(fàng)大器(qì),以數字式操作器取代原(yuán)有(yǒu)模擬指針式操作器,解決了數字顯示跳動頻繁而造**眼疲勞的問題。
(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(gōng)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(ruǎn)件(jiàn)修正。采用微(wēi)處理機後,能靈活地設定、改(gǎi)變流量特性,提高(gāo)調節閥控製性能,使一種固有特性的調節閥可以擁有多種輸出特性,使不能進行閥芯形狀修正(蝶閥)的閥也可改(gǎi)變流量特性,可(kě)以(yǐ)使非(fēi)標準特性修正為標準特性(xìng),該(gāi)功能將改變長期(qī)以來靠閥芯加(jiā)工修正流量(liàng)特性的現狀。
(5)在調節中采用電製動和斷續調節技術,對具有自鎖功能的執行機構可取消機械摩擦製動器,提高了整機的(de)可靠性。
(6)三(sān)相放大器的設計采用由單相智能伺服放大器(qì)外接三相功率轉換(huàn)器的組合式(shì)方案,方便了生產和備(bèi)料,為控製室不進三相電源的控製提供了可能。
三、幾種典(diǎn)型智能電動執行器
1. IKZL智能(néng)型電動執行器
IKZL智(zhì)能型電動執行(háng)器由上海自動化儀表股份有限公(gōng)司下屬自動化儀表十一廠研製。它采用現代高效單片MCU和外圍芯片組成控製單元,接收統一標準直流信號,經(jīng)過運算處理後,*終驅動交流電機輸(shū)出與之相對應(yīng)的(de)直線位移。該機構可方(fāng)便(biàn)與調節閥(fá)配套成自動調節閥,具備調節閥本身所要求的各種動作變換功能,適用於電力、冶金、石油、化工及輕工等工業部門(mén)。其(qí)主要特點:
(1)以單相交流220V電源為動力;
(2)采用高性能導電塑(sù)料電位器為位置傳感器,**度高、壽命長;
(3)用(yòng)永磁式交流(liú)同步電機作驅動電機,短(duǎn)時(shí)間超負荷情況(kuàng)下不會損壞;
(4)內(nèi)置記憶芯片於控製部件,在輸入電壓低於額定電壓前的瞬間,自動記下現場數據,當輸入電(diàn)壓恢複正常後,能保證係(xì)統繼續工作;
(5)備有標準RS-485通信口。
(6)除自動跟蹤輸入(rù)信號實現閥門的開度操作外(wài),也可在現場以手動操作按鍵方式電動改變閥門開度;
(7)當(dāng)執行(háng)機構(gòu)控製(zhì)電路中MCU發出開或關的命令後,執行機構在6s內不動作,將被判(pàn)定為電機堵轉,同時顯示器出現(xiàn)閃爍,並停止發出開或關命令,執行機構將停止(zhǐ)運行。直到儀表被複位後,才可再次投(tóu)入(rù)使用。
(8)僅配上輸入信號線及單相交流電源線即可控製運轉而無需另配伺服放大器;
(9)該執行器設計成全封閉,防塵、防(fáng)水。采用MCU控製,無需開蓋(gài),就可(kě)進行(háng)機械行(háng)程設定,輸入信(xìn)號標定,且(qiě)操作簡單(dān)、方便;
2. ONTRAC MOE700/MME800係列智能電(diàn)動執行器
該係列智能電動執行器是重慶川儀(yí)十廠由德國H&B公司(現屬ABB集團)引進並推出的。MOE700係列(liè)為數字調節型-S2控製(zhì)模(mó)式,MME800係列為(wéi)連續調節型(xíng)-S4控製模式。它們采用機械自鎖的蝸輪、蝸杆結構,三相電機變頻(pín)驅(qū)動和智能化監控、數字檢測技術(shù),其運行速度和力(lì)矩可在線或離線寬範圍設定,標準化程度高。具有功能強大,使用簡單(dān)和維護量小的特(tè)點,配上不(bú)同減速裝置,可(kě)輸出角位(wèi)移(力矩可達40000Nm)和直線位移(yí)(推力可達80KN),驅動各類閥體或擋板。其主要特點如下:
(1)高度智能化設計,位移、力矩(jǔ)、速度等全方位微處理(lǐ)器現(xiàn)代控製(zhì)技術,組態靈活,功能強大;
(2)電子化、數字化霍爾傳(chuán)感器檢測,**度高、可(kě)靠性高、穩定性好、抗幹擾能力強;複(fù)合傳感,位移、速度和轉向由同(tóng)一傳感器檢測;
(3)組態方法有本機控製、遙控或係統在線3種方式,簡(jiǎn)化了調試(shì)和設置操(cāo)作;
(4)電機速度、負載變(biàn)頻控製,不受電源電壓波動影響,同一產品應(yīng)用麵寬,備品少;
(5)高(gāo)可(kě)靠設計,電子化監控、診斷、報警等,功能齊備(bèi),正常工(gōng)作參數值為(wéi)報警保護值的一(yī)半(bàn);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(rù)、輸出方式組態靈活,數字量、脈衝量(liàng)、模擬量和現場總線方式根據(jù)需要選配,具有廣(guǎng)泛的適用性;
(7)定位平穩,反向、減速製動(dòng),平滑定位;
(8)蝸輪、蝸杆機械傳(chuán)動(dòng)結構,具有逆向自鎖特性,電機無需刹車,維護量少;
(9)防護等級IP67,可選IP68。
3. IQ係列智能電(diàn)動執行器
英國羅托(tuō)克(ROTORK)公司於90年代(dài)推出了智能型電動執行器(IQ係列),與普通執行器相比具有如下特(tè)點:
(1)便利的參數遙控設(shè)定功能。投入使用前,隻要(yào)使用由廠家提供(gòng)的專用設定工具(jù),對準執行器就可進行參數的遙控設定。不僅簡化(huà)了(le)設定工作程序,還提高了設備**運行性(xìng),特別是那些要(yào)求(qiú)防爆的場所(suǒ)尤為重要;
(2)豐富的在(zài)線顯示功能。采用液晶顯示技術,利用內置式液晶顯示板,不僅可準確顯示閥門開、關狀態和正常(cháng)閥(fá)門開度(dù)等,且在參數設(shè)定(dìng)或執行器有故障(zhàng)時,也能顯示出重要信息;
(3)完善的自診斷及保護功能。它可在線診斷出伺服電機過載、過熱情況及電源的狀態(tài)等(děng),還能自動(dòng)識別三相電源相位,緊急情況時,執行器(qì)可保(bǎo)位或運行到(dào)預先設定的**位置;
(4)先進的控製功能。采用了計算機技術,把先進自動(dòng)跟隨控製技術設計為它的一項標(biāo)準功能。執行器響應(yīng)速(sù)度(dù)與實際要求偏差大小成(chéng)比例,即所謂的“變(biàn)速控製”,大大(dà)提高了執行器(qì)響應品質;
(5)較強的現場適應性。整機設計具有(yǒu)IP54級防護能力,且對執行(háng)器內(nèi)部與(yǔ)外部信號的口也都采用光電隔離技術,提高了(le)可靠性、特別(bié)是(shì)執行器內部控(kòng)製卡件采用了(le)防震(zhèn)固定法,所有(yǒu)接(jiē)插件都帶有“反扣”以防鬆(sōng)動,積木式結構使維修非常方便(biàn)。
四、智能電動執行器的發展趨勢
綜上所述,智(zhì)能電動執行器(qì)的發展趨勢可以歸納為:機電(diàn)一體化結構逐步取代組合式結構,智能化控(kòng)製技術逐步取代純電子控製技術,帶通信技術功能的逐步取代不(bú)帶通信技術的,數(shù)字控製方式逐步取代傳統的模擬(nǐ)控製方式,運用紅外遙控(kòng)的非接觸式調試技術逐步取代(dài)接觸式手動調試技術等等。
當智能電(diàn)動執(zhí)行器與現場總線連接時,智能(néng)執(zhí)行器就成(chéng)了現場總線控製係統(FCS)中(zhōng)的一塊現場儀表,這時它不(bú)僅具有執行器功能,還具有控製、運算和通信等(děng)功能。由此可見,我國目前新一代符合現場總線的智能電動執行器產品,是執行機構今後發展(zhǎn)的必然趨勢,它的成功研究與應用給電(diàn)動執行器的進一步(bù)發展打下良好基礎,並將(jiāng)給智能電動執行器帶(dài)來廣闊的市場發展前景。