智能電動(dòng)執(zhí)行器的特點(diǎn)、類(lèi)別對(duì)比和發(fā)展趨勢(shì)分析

隨著微電子、計(jì)算機(jī)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和機(jī)電一體化技術(shù)的迅速發(fā)展，20世紀(jì)90年代以后，國(guó)際上出現(xiàn)了智能電動(dòng)執(zhí)行器。它是一種新型帶有微處理器的智能終端執(zhí)行元件。從此，智能化已形成執(zhí)行器發(fā)展的總趨勢(shì)，盡快了解智能電動(dòng)執(zhí)行器的發(fā)展?fàn)顩r非常必要。

一、智能電動(dòng)執(zhí)行器及特點(diǎn)

近年來(lái)，電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)獲得了快速發(fā)展，國(guó)內(nèi)外一些廠商相繼推出帶現(xiàn)場(chǎng)總線通信協(xié)議的智能電動(dòng)執(zhí)行器。新型智能電動(dòng)執(zhí)行器利用微機(jī)和現(xiàn)場(chǎng)總線通信技術(shù)將伺服放大器與執(zhí)行機(jī)構(gòu)合為一體，不僅實(shí)現(xiàn)了雙向通信、PID調(diào)節(jié)、在線自動(dòng)標(biāo)定、自校正與自診斷等多種控制技術(shù)要求的功能，還增設(shè)了行程保護(hù)、過(guò)力矩保護(hù)、電動(dòng)機(jī)過(guò)熱保護(hù)、斷電信號(hào)保護(hù)、輸出現(xiàn)場(chǎng)閥位指示和故障報(bào)警等功能。它可進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)操作或遠(yuǎn)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(zhí)行器采用了新穎結(jié)構(gòu)部件。伺服放大器中采用了微處理器系統(tǒng)，所有控制功能均可通過(guò)編輯實(shí)現(xiàn)，還具有數(shù)字通信接口，從而具有HART協(xié)議或現(xiàn)場(chǎng)總線通信功能，成為現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)中的一個(gè)節(jié)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(jī)動(dòng)作。減速器采用新穎傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，運(yùn)行平穩(wěn)，傳動(dòng)效率高，無(wú)爬行，摩擦小。位置傳送器采用新技術(shù)和新方法，有的采用霍爾效應(yīng)傳感器，直接感應(yīng)閥桿的縱向或旋轉(zhuǎn)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)了非接觸式定位檢測(cè)；有的采用特殊電位器，電位器中裝有球軸承和特殊導(dǎo)電材質(zhì)做成的電阻薄片；有的采用磁阻效應(yīng)的非接觸式旋轉(zhuǎn)角度傳感器。

智能電動(dòng)執(zhí)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(shù)據(jù)以及手動(dòng)操作等。

智能電動(dòng)執(zhí)行器與傳統(tǒng)電動(dòng)執(zhí)行器相比，主要有如下特點(diǎn)。

（1）主要參數(shù)技術(shù)指標(biāo)先進(jìn)，如工作死區(qū)、基本誤差、回差等指標(biāo)已達(dá)到或接近世界先進(jìn)水平，超過(guò)國(guó)內(nèi)現(xiàn)有DDZ一Ⅱ、Ⅲ型電動(dòng)執(zhí)行器。

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

（3）功能強(qiáng)、使用方便，具有自診斷、自調(diào)整和PI調(diào)節(jié)等功能，尤其是PI調(diào)節(jié)功能可省去前級(jí)調(diào)節(jié)器，直接接受變送器信號(hào)。

（4）增加了流量特性軟件修正。采用微處理機(jī)后，能靈活地設(shè)定、改變流量特性，提高調(diào)節(jié)閥控制性能，使一種固有特性的調(diào)節(jié)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(biāo)準(zhǔn)特性修正為標(biāo)準(zhǔn)特性，該功能將改變長(zhǎng)期以來(lái)靠閥芯加工修正流量特性的現(xiàn)狀。

（5）在調(diào)節(jié)中采用電制動(dòng)和斷續(xù)調(diào)節(jié)技術(shù)，對(duì)具有自鎖功能的執(zhí)行機(jī)構(gòu)可取消機(jī)械摩擦制動(dòng)器，提高了整機(jī)的可靠性。

（6）三相放大器的設(shè)計(jì)采用有單相智能伺服放大器外接三相功率轉(zhuǎn)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。

二、幾種典型的智能電動(dòng)執(zhí)行器

1.IKZL智能型電動(dòng)執(zhí)行器

IKZL智能型電動(dòng)執(zhí)行器采用現(xiàn)代高效單片MCU和外圍芯片組成控制單元，接受統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)直流信號(hào)，經(jīng)過(guò)運(yùn)算處理后，最終驅(qū)動(dòng)交流電機(jī)輸出與之相對(duì)應(yīng)的直線位移。該機(jī)構(gòu)可方便與調(diào)節(jié)閥配套成自動(dòng)調(diào)節(jié)閥，具備調(diào)節(jié)閥本身所要求的各種動(dòng)作變化功能，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)如下。

（1）以單相交流220V電源為動(dòng)力。

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

（3）用永磁式交流同步電機(jī)做驅(qū)動(dòng)電機(jī)，短時(shí)問(wèn)超負(fù)荷情況下不會(huì)損壞。

（4）內(nèi)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(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，當(dāng)輸入電壓恢復(fù)正常后，能保證系統(tǒng)繼續(xù)工作。

（5）備有標(biāo)準(zhǔn)RS一485通信口。

（6）除自動(dòng)跟蹤輸入信號(hào)實(shí)現(xiàn)閥門(mén)的開(kāi)度操作外，也可在現(xiàn)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(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制電路中MCU發(fā)出開(kāi)或關(guān)的命令后，執(zhí)行機(jī)構(gòu)在6S內(nèi)不動(dòng)作，將被判定為電機(jī)堵轉(zhuǎn)，同時(shí)顯示器出現(xiàn)閃爍，并停止發(fā)出開(kāi)或關(guān)命令，執(zhí)行機(jī)構(gòu)將停止運(yùn)行。直到儀表被復(fù)位后，才可再次投入使用。

（8）僅配上輸入信號(hào)線及單相交流電源線即可控制運(yùn)轉(zhuǎn)而無(wú)需另配伺服放大器。

（9）該執(zhí)行器設(shè)計(jì)成全封閉式，防塵、防水。采用MCU控制，無(wú)需開(kāi)蓋，就可進(jìn)行機(jī)械行程設(shè)定，輸入信號(hào)標(biāo)定，且操作簡(jiǎn)單、方便。

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

MOE700系列為數(shù)字調(diào)節(jié)型一S2控制模式，MME800系列為連續(xù)調(diào)節(jié)型一S4控制模式。它們采用機(jī)械自鎖的蝸輪、蝸桿結(jié)構(gòu)，三相電機(jī)變頻驅(qū)動(dòng)和智能化監(jiān)控、數(shù)字檢測(cè)技術(shù)，其運(yùn)行速度和力矩可在線和離線寬范圍設(shè)定，標(biāo)準(zhǔn)化程度高。具有功能強(qiáng)大，使用簡(jiǎn)單和維護(hù)量小的特點(diǎn)，配上不同減速裝置，可輸出角位移（力矩可達(dá)40000Nm）和直線位移（推力可達(dá)80kN），驅(qū)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(shè)計(jì)，位移、力矩、速度等全方位微處理器現(xiàn)代控制技術(shù)，組態(tài)靈活，功能強(qiáng)大。

（2）電子化、數(shù)字化霍爾傳感器檢測(cè)，精確度高、可靠性強(qiáng)、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)；復(fù)合傳感，位移、速度和轉(zhuǎn)向由同一傳感器檢測(cè)。

（3）組態(tài)方法有本機(jī)控制、遙控或系統(tǒng)在線3種方式，簡(jiǎn)化了調(diào)試和設(shè)置操作。

（4）電機(jī)速度、負(fù)載變頻控制，不受電源電壓波動(dòng)影響，同一產(chǎn)品應(yīng)用面寬，備品少，

（5）高可靠設(shè)計(jì)，電子化監(jiān)控、診斷、報(bào)警等，功能齊備，正常工作參數(shù)值為報(bào)警保護(hù)值的一半：電子參數(shù)調(diào)控型代替原機(jī)械額定值型，大大提高了執(zhí)行機(jī)械可靠性、可控性和壽命。

（6）輸入、輸出方式組態(tài)靈活，數(shù)字量、脈沖量、模擬量和現(xiàn)場(chǎng)總線方式根據(jù)需要選配，具有廣泛的適用性。

（7）定位平穩(wěn)，反向、減速制動(dòng)，平滑定位。

（8）蝸輪、蝸桿機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，具有逆向自鎖特性，電機(jī)無(wú)需剎車(chē)，維護(hù)量小。

（9）防護(hù)等級(jí)IP67，可選IP68。

3.IQ系列智能電動(dòng)執(zhí)行器

IQ系列智能電動(dòng)執(zhí)行器與普通執(zhí)行器相比具有如下特點(diǎn)：

（1）便利的參數(shù)遙控設(shè)定功能。投入使用前，只要使用由廠家提供的專(zhuān)用設(shè)定工具，對(duì)準(zhǔn)執(zhí)行器就可進(jìn)行參數(shù)的遙控設(shè)定。不僅簡(jiǎn)化了設(shè)定工作程序，還提高了設(shè)備安全運(yùn)行性，特別是那些要求防爆的場(chǎng)所尤為重要。

（2）豐富的在線顯示功能。采用液晶顯示技術(shù)，利用內(nèi)置式液晶顯示板，不僅可準(zhǔn)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(shù)設(shè)定或執(zhí)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(hù)功能。它可在線診斷出伺服電機(jī)過(guò)載、過(guò)熱情況及電源的狀態(tài)等，還能自動(dòng)識(shí)別三相電源相位，緊急情況時(shí)，執(zhí)行器可保位或運(yùn)行到預(yù)先設(shè)定的安全位置。

（4）先進(jìn)的控制功能。采用了計(jì)算機(jī)技術(shù)，把先進(jìn)自動(dòng)跟隨控制技術(shù)設(shè)計(jì)為它的一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)功能。執(zhí)行器響應(yīng)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(zhí)行器響應(yīng)品質(zhì)。

（5）較強(qiáng)的現(xiàn)場(chǎng)適應(yīng)性。整機(jī)設(shè)計(jì)具有IP54級(jí)防護(hù)能力，且對(duì)執(zhí)行器內(nèi)部與外部信號(hào)接I=1也都采用光電隔離技術(shù)，提高了可靠性，特別是執(zhí)行器內(nèi)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(jié)構(gòu)使維修非常方便。

三、智能電動(dòng)執(zhí)行器的發(fā)展趨勢(shì)

綜上所述，智能電動(dòng)執(zhí)行器的發(fā)展趨勢(shì)可以歸納為：機(jī)電一體化結(jié)構(gòu)逐步取代組合式結(jié)構(gòu)，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(shù)字控制方式逐步取代傳統(tǒng)的模擬控制方式，運(yùn)用紅外遙控的非接觸式調(diào)試技術(shù)逐步取代接觸式手動(dòng)調(diào)試技術(shù)，等等。

當(dāng)智能電動(dòng)執(zhí)行器與現(xiàn)場(chǎng)總線連接時(shí)，智能執(zhí)行器就成了現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（F）中的一塊現(xiàn)場(chǎng)儀表，這時(shí)它不僅具有執(zhí)行器功能，還具有控制、運(yùn)算和通信等功能。由此可見(jiàn)，我國(guó)目前新一代符合現(xiàn)場(chǎng)總線的智能電動(dòng)執(zhí)行器產(chǎn)品，是執(zhí)行機(jī)構(gòu)今后發(fā)展的必然趨勢(shì)，它的成功研究與應(yīng)用給電動(dòng)執(zhí)行器的進(jìn)一步發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ)，并將給智能電動(dòng)執(zhí)行器帶來(lái)廣闊的市場(chǎng)發(fā)展前景。

總結(jié)：電動(dòng)執(zhí)行器基礎(chǔ)知識(shí)系列已更新完畢，這期間主要為大家介紹了電動(dòng)執(zhí)行器的概述和分類(lèi)、保養(yǎng)與維護(hù)以及智能化的相關(guān)內(nèi)容。

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