工業生產過程自動(dòng)調節係統一般(bān)由檢測器、調節(jiē)器(qì)、執行器和調節對象組成。其中執行器總是不可缺少,一般由執行機構和調節機構(一般稱為調節閥(fá))組成。此外,根據需要還可(kě)配上閥門定位器和手輪機構等附件。
執行器在現代生產過(guò)程自動化中起著十分重要的作用,常被稱為實現生產過程自動化的(de)“手足”。電動執行(háng)器以電能為動力,接受調節器來的標準信號(模擬量或數(shù)字量),通過將這(zhè)信號變成相對(duì)應的機械位移(轉角、直線或多轉)來自動改(gǎi)變操作變量(調節閥(fá)、風門、擋板開度等),以達到對被調參數(溫度、壓力、流量、液位(wèi)等)進行自動調節的(de)目的,使生產過程按預定要求進行。所以電(diàn)動執行器對自動調節係統的**運行、可靠性及調節品質的優劣都有(yǒu)很大影響。
相對氣動、液動執行器(qì)而言,電動執行器主要有(yǒu)3點優勢:
(1)無(wú)需特殊的氣(qì)源和空氣淨化(huà)等裝置(zhì)。即使電(diàn)源失電時,也能保(bǎo)持原執行(háng)位置;
(2)可遠距離傳輸(shū)信號,電纜敷設比氣管和液體管道敷設方便得多,且便於線路檢查;
(3)與計算機連接方便簡潔,更適應采用電子信息新(xīn)技術。
一、DKJ型電動執行(háng)器及其不足
電動執(zhí)行(háng)器有(yǒu)角(jiǎo)行程和線行程之(zhī)分。DKJ型角行程電動執行器是(shì)DDZ-II型電動單元組合儀表中的執行單元,是傳統電動執行器的典(diǎn)型產品(pǐn)。它主要由伺服放大器和執行機(jī)構兩部分組成,接受來自(zì)調節(jiē)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型電動執行器(qì)在各工業(yè)部門都有較(jiào)多應用,但它存在著不足,主要有以下幾點:
(1)產(chǎn)品規格品種較單一,且隻有一種位移速度,不能滿足一些複雜係統要求;
(2)沒有力矩保護和行程開關,雖然電動機能堵轉,但(dàn)其轉矩(或(huò)力矩)一直施加(jiā)在(zài)閥(fá)門或生產設備上,使閥門或生(shēng)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(jun1)故障間隔時間(MTBF)為10000h左右(yòu);
(4)在機(jī)械上不能(néng)自鎖,增加了對製(zhì)動器的可靠性要求。
二、智能(néng)電動執行(háng)器及特點
近年來,電動執行機構獲得了快速發展,國內外一些廠商相繼推出帶現(xiàn)場(chǎng)總(zǒng)線通信(xìn)協議的智能電動執行(háng)器。新型智能電(diàn)動執行器利用(yòng)微機和現場(chǎng)總線通信技(jì)術將伺服(fú)放大器與執(zhí)行機構合為一體,不僅實現了雙向通信、PID調節、在線自動標定、自(zì)校正與自(zì)診斷等多種控製技術(shù)要求的功能,還(hái)增設了行(háng)程保護、過力矩保護、電動機過熱保(bǎo)護、斷電信號保護、輸出現場閥位指示和故障報(bào)警(jǐng)等功能。它可進行現場操作或遠方操(cāo)作,完成手動操作及手動/自動之間無擾動切(qiē)換。
智(zhì)能電動執(zhí)行器(qì)采用新穎結構部件。伺服(fú)放大器中采用了微處理器係統,所有控製功能均可通過編(biān)程實(shí)現,還具有數字通信(xìn)接口,從而具有HART協議或現場總線通信(xìn)功能,成為現場總線控製係統中的一個節點。有的伺服放大器中還采用變頻器技術,可(kě)更有效(xiào)控製伺服(fú)電機動作(zuò)。減速器采用新穎傳動結構,運行平穩、傳(chuán)動效(xiào)率高,無爬行、摩擦小。位(wèi)置發送(sòng)器采用新技術和新方法,有(yǒu)的采用霍爾效應(yīng)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(wèi)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做成的電阻薄片;有的采用(yòng)磁阻效應的非接觸式旋轉角度傳(chuán)感器。
智能電動執行器通常(cháng)都有(yǒu)液晶顯示器和手動操作(zuò)按鈕,用於顯示各種(zhǒng)狀態信息和輸入組態數據以及手動操(cāo)作等。
智能(néng)電動執行器與傳統電動執行器相比,主要有如下特點:
(1)主要參數技術指標先進,如工作死區、基本誤差、回差等指標已達到或接近世界先進水平,超過國內現有DDZ-II、III型電動執行器。
(2)采用先進(jìn)微機和數字顯示技術(shù),以智能伺服放大(dà)器取代傳統(tǒng)伺(sì)服放大器,以數字式操作器(qì)取代原有模擬指針(zhēn)式操(cāo)作器,解決了數字顯示跳動頻繁而造(zào)**眼(yǎn)疲勞的問題。
(3)功能強、使用方便,具(jù)有自(zì)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(le)流量特性軟件修正。采用微處理機後,能靈活地設定、改變流量特性,提高(gāo)調節閥控製性能,使一種固(gù)有特性的調節閥(fá)可以擁有多種輸出特性,使不能(néng)進行閥芯形(xíng)狀(zhuàng)修正(蝶閥)的閥也可改變流量(liàng)特性,可以使非(fēi)標準特性修正為標準特性,該功能將改變長(zhǎng)期以來靠閥芯(xīn)加工修正流量特性(xìng)的現狀。
(5)在調節中采用(yòng)電製動和斷續調節技術,對具有自鎖功能的執行機構可(kě)取消機械摩擦製動器,提高了整機的可靠性。
(6)三相放大器的設計采用(yòng)由(yóu)單相(xiàng)智能伺服放大器外(wài)接三相功率轉換器的組(zǔ)合式方案,方便(biàn)了生產和備料,為(wéi)控製室不進三相電源的控(kòng)製提供了可(kě)能。
三、幾種典型智能電動執行器
1. IKZL智能型(xíng)電動執行器
IKZL智能型電動執行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(chǎng)研製(zhì)。它(tā)采用現代高效單片MCU和外圍芯片組成控製單(dān)元,接(jiē)收統(tǒng)一標準直流信號,經過運算處理後,*終驅動交流電機輸出與之相對應的直(zhí)線位移(yí)。該機構可方便與調節閥配套成自動調節閥,具(jù)備調節閥(fá)本身所要求的各種動作變換功(gōng)能,適用於電(diàn)力、冶金、石油、化工及輕工等(děng)工業部門。其主要(yào)特點:
(1)以單相交流220V電(diàn)源為動力;
(2)采用(yòng)高性能導電塑料電位器為位置傳感器,**度高、壽命長;
(3)用永磁(cí)式交流同步電機作驅動電機(jī),短時間超負荷情況下不會損壞;
(4)內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(jì)下現場數據,當輸入電壓恢複正(zhèng)常後,能(néng)保證係統繼續工作;
(5)備有標準RS-485通信口。
(6)除自(zì)動跟蹤輸入信號實現閥門的開度操(cāo)作外,也可(kě)在現(xiàn)場以手動操作按鍵方式電動改變閥門開度;
(7)當執行機(jī)構控製電路中MCU發出開或(huò)關的命令(lìng)後,執行機構在6s內不動作,將被判(pàn)定為電機堵轉,同時顯示器出現閃爍,並停止發出開或關命令,執行機構將(jiāng)停止運行。直到儀表被複(fù)位後,才可再次投入使用。
(8)僅配上輸入信號線及單相交流(liú)電源線即可控製運轉而無需另配(pèi)伺服放大器;
(9)該執行器(qì)設計成全封閉,防塵、防水(shuǐ)。采用MCU控製,無需開蓋,就(jiù)可進行機械行程設定,輸入信號標定,且(qiě)操作簡單、方便;
2. ONTRAC MOE700/MME800係列智能(néng)電(diàn)動(dòng)執(zhí)行器
該係列智能電動執行器(qì)是重慶川儀十廠由德國H&B公司(sī)(現屬ABB集團)引進並推(tuī)出的。MOE700係(xì)列為數字調節型(xíng)-S2控製模式,MME800係列為連(lián)續調(diào)節型-S4控製模式(shì)。它(tā)們采用機械自鎖的蝸輪、蝸杆結構,三相電機(jī)變頻(pín)驅動和智(zhì)能化監控、數字檢測技術,其運行速(sù)度和(hé)力矩可在線(xiàn)或離線寬範圍設定,標準化程度高。具有功能強大,使用簡單和維護量小的特點,配上不同減速裝置,可輸出(chū)角位(wèi)移(力矩可(kě)達40000Nm)和直線位移(推力可達(dá)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、速度等全方位微處(chù)理器現代控製技術,組態靈(líng)活(huó),功能強大;
(2)電子化、數字化霍爾傳感器檢(jiǎn)測,**度高、可靠性高、穩定性好、抗幹(gàn)擾(rǎo)能力強;複合傳感,位移、速度和轉向由同一傳(chuán)感器檢測;
(3)組態方法有本(běn)機控製、遙控或係(xì)統在(zài)線3種方式,簡化了調試和設置操(cāo)作;
(4)電機速度、負載變頻控製,不(bú)受電源電壓波動影響,同一產品應用麵寬,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(cān)數值為報警保護值的一半;電子參(cān)數調控型代(dài)替原機(jī)械額定值型,大大提高執行機構可(kě)靠性、可控性和壽命。
(6)輸入、輸出方式組態靈活,數字量、脈衝量、模擬量和現場總線方式根據需要選配,具有廣泛的適用性;
(7)定位平穩,反向、減速製動,平(píng)滑定位;
(8)蝸輪、蝸杆機械(xiè)傳動結構,具有逆(nì)向自鎖特性,電機無需刹車,維護(hù)量少;
(9)防護(hù)等級IP67,可選IP68。
3. IQ係列智能電動(dòng)執行器
英(yīng)國羅托克(ROTORK)公司於90年代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點:
(1)便(biàn)利的參數遙控(kòng)設定功能。投入使用前,隻要使(shǐ)用由廠家提供的專用設(shè)定工具,對準(zhǔn)執行器就可進行參數的遙控設(shè)定(dìng)。不僅簡化了設定工作程序,還提高了設(shè)備**運行性,特別是那些要求防爆的場所尤為重要(yào);
(2)豐富的在線顯示功能。采用液晶顯示技術,利用內置式液(yè)晶顯示板,不僅可準確顯(xiǎn)示(shì)閥門開、關狀態和正常閥門開(kāi)度等,且在參數(shù)設定或執行器有(yǒu)故障時,也能顯示出重要信息;
(3)完善的自診斷及保護功能。它(tā)可在(zài)線診斷出(chū)伺服電機過載、過熱情況及電源(yuán)的狀(zhuàng)態等,還能自動識別三相(xiàng)電源(yuán)相位,緊急情況時,執行器可保位或運行到預先設定的(de)**位置;
(4)先進的控製功能。采用了計算機技術,把先進自動跟(gēn)隨(suí)控製技術設計為(wéi)它的一項標準(zhǔn)功能(néng)。執(zhí)行器響應速度與(yǔ)實際要(yào)求偏差大小成(chéng)比例,即所謂的“變速控製”,大大提高了執行(háng)器響應品質;
(5)較強的現場適應性。整機設計具有IP54級防護能力,且對執行器內部與外部(bù)信號的口也都采用光電隔離技(jì)術,提高了可靠性、特別是執(zhí)行器內部控製卡件采用了(le)防震固定法,所(suǒ)有接(jiē)插件都帶有“反扣”以防鬆動,積木式結(jié)構使維修非(fēi)常方便。
四、智能電動執行器的發展趨勢
綜上所述,智(zhì)能電動執行器的發展(zhǎn)趨勢可以歸納為:機電一(yī)體化結構逐步取代組合式結(jié)構,智能化控製(zhì)技術逐(zhú)步取代純電子控製(zhì)技術,帶通信(xìn)技術(shù)功能的逐步(bù)取代不帶通信技術的,數字控製方式逐步取代傳統的模擬控製方式,運用紅外遙控的(de)非接(jiē)觸式調試技(jì)術逐步取代接觸式手動調試技術等等(děng)。
當智(zhì)能電動執行器與現場總線連接時,智能執行器就成了現場總線控製係統(FCS)中的一塊現(xiàn)場儀表,這(zhè)時它不僅具有執行器功能,還具有控製、運算(suàn)和通信等(děng)功能。由此可見,我國目前新一代符合現場總線(xiàn)的智能電動執行器產品,是執行機構(gòu)今後發展(zhǎn)的必然趨勢,它的成功(gōng)研究與應用給電動執行器的進一步發展打下(xià)良好基(jī)礎,並將給智能電動(dòng)執行器帶來廣闊(kuò)的市場發展前景。