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电动执行器的应用现状及发展趋势
发布时间:2013-04-18 20:56:42  文章来源:未知  作者:test  人气:
      电动执行器是工业过程控制系统中一个十分重要的现场驱动装置,其能源取用方便、安装调试简单,在电力、冶金、石油、化工、水处理、环等工业部门得到越来越广泛的应用。电动执行器包括电动执行机构和调节阀两部分,控制精度主要决定于电动执行机构的控制性能,它能够将系统的控制信号转换成输出轴的角位移、直线位移,控制阀门等截流件的位置或其它调节机构,使被控介质按系统要求状
态工作。
    一、电动执行器的研制及应用现状
    1、国内现状
    我国电动执行器的研制起步较晚,是从苏联有触点的执行机构进行仿制开始的,60年代末70年代初,逐步发展了DDZ-II型和DDZ-III型产品。80年代以来,随着电力电子技术的发展,电动执行器发展快速,无触点的DKJ型角行程和DKZ型直行程电动执行机构两大类产品进入市场,DKJ、DKZ是我国最早的、唯一生产的电动执行器,此产品以结构简单、经济实用等优点被最早的国营大型企业使用。但体积大,比较笨重。
随着现代工控计算机管理的发展,目前我国仪器仪表行业整体综合技术水平普遍上升,微电子技术和计算机技术在仪器仪表产品中普遍采用,多数产品实现了智能化。今天,DKJ、DKZ系列与以前相比有了两大实质性改进:
    (1)生产出直接受计算机控制的智能电子型、户外型、隔爆型等改进型产品;
       (2)将电路控制部分灌封在一个小型塑料盒中,即模块,形成了便于维护的即插即用型。因此,普通DKJ型和DKZ型的可靠性、精度、负载能力、信号品质系数等性能有了很大提高,而且对环境条件的要求降低了很多;
      智能型的电动执行器实现了智能控制、防护等级高、控制精度较高、重量轻、稳定性好的功能。上海工业自动化仪器仪表研究所开发的RK-Z系列智能电动执行机构采用全封闭、一体化结构;传动系统采用螺杆螺母式,传动平稳、承载能力强、传动精度高;具有自诊断、自调整和PID调节功能。此外,武汉松野智能仪表有限公司生产的智能电动执行器是引用国外先进技术生产制造的。但是,与国际上先进的智能化电动执行器相比,现有的国产电动执行机构仍存在控制方面,不能组成网络进行远程控制等问题。在安全防爆性能等方面,远远低于气动执行机构,影响了它的应用。
    目前国内普遍使用DKJ和DKZ型两大类产品,一些企业使用DKJ、DKZ的更新换代产品,但在控制要求较高的实验、生产控制中,主要是依赖价格较高的国外智能产品。随着各种过程控制要求的不断提高,电动执行器必须提高控制性能,才能真正提高自动控制水平。
    2、 国际状况
      自1929年LIMITORQUE公司制造出了世界上第一台电动执行机构以来,国际上电动执行器技术水平发展迅速。20世纪80年代起,国外相继推出了符合各种现场总线标准的智能执行器,在工业现场取得了较好的应用效果。由于高新技术的迅猛发展,目前国外己开发出新一代智能化电动执行机构产品,电子计算机技术、微机控制技术己在阀门设计中得到广泛应用。这些智能化电动执行器功能强大、简单可靠、技术先进。国际著名的电动执行器公司英国的ROTORK(罗托克)生产的IQ系列智能化电动执行器,不但具有智能通信、智能控制、支持多种现场总线的功能,而且其独有的双密封系统和红外线非侵入式设定使它可用在任何环境中,防水防暴,终身可靠,调试及故障排除简单。德国Hartmann&Braum公司新一代产品智能电动执行器MOE700实现了智能式电子一体化,变频变速定位,监控等功能。代表着该领域的世界先进水平的公司还有美国的JORDAN公司和LIMITORQUE公司等几家国外著名的公司。JORDAN公司的智能电动执行器突出特点是动作频率高,其动作频率是2000~4000/h,而国内的电动执行器动作频率在2000/h以下,一般动作频率达到1200/h就是很高的了。总之,国际上智能电动执行器有以下特点:
    (1)智能通信,智能控制智能电动执行器利用微机技术和现场通信技术,实现双向通信、PID调节、在线自动标定、自校正与自诊断等多种控制技术要求的功能,有效提高控制水平。
  (2)机电一体化新型智能化电动执行机构将伺服放大器与执行机构合为一体,驱动电路应用功能强大的集成模块,结构简单,控制性能好。
     (3)控制策略更为先进先进的控制方法有利于解决电机的惯性问题,实现准确定位,提高控制精度。Nucom电动执行器利用先进的电制动技术,控制精度可达1/250,国产的普通型DKZ及DKJ电动执行器控制精度一般为2.5/100。
   二、 电动执行器的发展趋势
      电力电子技术、计算机技术及通讯技术的快速发展必将推动电动执行器更加快速的发展,机电一体化将取代分体式结构;智能通讯的取代模拟的;控制精度将越来越高,使用环境越来越广;功能更强大,可靠性更高,以适应不断发展的自动控制的要求。
     1、总线化、网络化
    国外,以工业局域网技术为基础的工厂自动化(Factory
Automation)工程技术在最近十年来得到了长足的发展,作为自动控制中自动化仪表之一的电动执行器为适应这一发展趋势,也应具有标准的串行通信接口(如RS-232或RS-422接口等)和专用的局域网接口,以增强其与其它控制设备间的互联能力,只需要一根电缆或光缆,就可以将数台、甚至数十台电动执行器与上位计算机连接成为整个数控系统。现场总线是安装在生产过程区域的现场设备/仪表与控制室内的自动控制装置/系统之间的一种串行、数字式、多点通信的数据总线。现场总线企业网作为今后控制系统的发展方向,以其所具有的开放性,网络化等优点,使它与Interent的结合成为可能,现场总线技术应用于电动执行器成为必然趋势。现场总线技术的应用,取代了传统的4~20mA模拟信号,实现了电动执行器的远程监控,状态、故障、参数信息传送,完成远程参数化工作,提高了它的可靠性,降低了系统及工程成本。目前有影响的现场总线主要有PROFIBUS,FF,HART,CAN等,其实,国外目前的智能电动执行器一般都带有现场总线接口,我国也开发了一些带现场总线接口的智能执行器。
电动执行器
    2、数字化、智能化
      智能化是当前一切工业控制设备的流行趋势,价格低廉的单片机和新型高速微处理器将全面代替以模拟电子器件为主的电动执行器的控制单元,从而实现完全数字化的控制系统。全数字化的实现,将原有的硬件控制变成了软件控制,从而可以在电动执行器中应用现代控制理论的先进算法(如:最优控制、人工智能、模糊控制、神经元网络等)来提高控制性能。传统的电动执行器一般被看作是线性系统,由放大环节和积分环节组成,但实际上,绝大多数执行器参数在运行期间会显著地发生改变,应用参数调度和模型辨识自适应控制将大大提高电动执行器的控制性能。相对气动、液动执行器来说,接线简单、功能强大、使用可靠的智能电动执行器将不断扩大应用范围。
    3、 小型化、机电一体化
     电力电子的高度集成化,单片机的使用以及一些功能强大模块的使用,使电动执行器的体积越来越小,向小型化,轻便化发展。目前,智能电动执行器一般将整个控制回路装在一台现场仪表里,将伺服电机,现场仪表控制器安装为一体。电动执行器一体化,使得执行器的安装与调试工作都得到了简化;将整个控制回路装在一台现场仪表里,又减少了因信号传输中的泄露和干扰等因素对系统的影响,提高了系统的可靠性。
    三、 结束语
      国际上,电动执行器正朝着小型化、一体化、数字化、智能化、总线化和网络化方向快速发展,国产电动执行器在产品的品种、控制精度、工艺水平、可靠性、智能化和网络化方面还有较大差距,具有自主知识产权的高性能电动执行器十分匮乏。本文简单的分析了我们与世界在电动执行器方面的差距,明确目标,通过我们的努力尽快减小国产电动执行器与世界先进水平的差距。
      武汉松野智能仪表公司生产的YTDG智能型电动执行器体积小,一体式、带数字显示、智能型结构设计。

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