閥門電動(dòng)執(zhí)行器的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

嚴(yán)珊珊

電動(dòng)執(zhí)行器說(shuō)的通俗一點(diǎn)就是“電動(dòng)調(diào)節(jié)閥門”。執(zhí)行器在現(xiàn)代生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化中起著十分重要的作用，常被稱為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化的“手足”。在化工、電力、冶金、石油等工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。

閥門電動(dòng)執(zhí)行器以電能為動(dòng)力，接受控制系統(tǒng)來(lái)的調(diào)節(jié)信號(hào)（模擬量或數(shù)字量），通過(guò)將這信號(hào)轉(zhuǎn)變成相對(duì)應(yīng)的機(jī)械位移（轉(zhuǎn)角、直線或多轉(zhuǎn)）來(lái)自動(dòng)改變操作變量（調(diào)節(jié)閥、風(fēng)門、擋板開度等），以達(dá)到對(duì)被調(diào)參數(shù)（溫度、壓力、流量、液位等）進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)的目的，使生產(chǎn)過(guò)程按預(yù)定要求進(jìn)行。

下面我們就從國(guó)內(nèi)外電動(dòng)執(zhí)行器的發(fā)展現(xiàn)狀物趨勢(shì)作下簡(jiǎn)單介紹：

一、國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀

我國(guó)電動(dòng)執(zhí)行器的研制起步較晚，最初是70年代從仿制蘇聯(lián)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)開始的。80年代以來(lái)隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，電動(dòng)執(zhí)行器發(fā)展快速DKJ型角行程和DKZ型直行程電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)兩大類產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)，DKJ、DKZ是我國(guó)最早的、唯一生產(chǎn)的電動(dòng)執(zhí)行器，此產(chǎn)品以結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)被最早的國(guó)營(yíng)大型企業(yè)使用。90年代以后，隨著現(xiàn)代工控計(jì)算機(jī)水平的發(fā)展，目前我國(guó)儀器儀表行業(yè)整體綜合技術(shù)水平普遍上升，微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)在儀器儀表產(chǎn)品中普遍采用，多數(shù)產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了智能化。智能型的電動(dòng)執(zhí)行器實(shí)現(xiàn)了智能控制、防護(hù)等級(jí)高、控制精度較高、重量輕、穩(wěn)定性好的功能。但與國(guó)際上先進(jìn)的智能化電動(dòng)執(zhí)行器相比，現(xiàn)有的國(guó)產(chǎn)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)仍存在控制方式落后，可靠性不高，不能根據(jù)生產(chǎn)的實(shí)際要求進(jìn)行參數(shù)的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整，不能組成網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制等問(wèn)題。在安全防爆性能等方面，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，影響了它的廣泛應(yīng)用。

目前國(guó)內(nèi)普遍使用DKJ和DKZ型兩大類產(chǎn)品，一些企業(yè)使用DKJ、DKZ的更新?lián)Q代產(chǎn)品，但在控制要求較高的實(shí)驗(yàn)、生產(chǎn)控制中，主要還是依賴價(jià)格較高的國(guó)外智能產(chǎn)品。

二、國(guó)際現(xiàn)狀

自從1929年美國(guó)LIMITORQUE（利密托克）公司制造出了世界上第一臺(tái)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)以來(lái)，國(guó)際上電動(dòng)執(zhí)行器技術(shù)水平發(fā)展迅速。20世紀(jì)80年代起，國(guó)外相繼推出了符合各種現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)的智能執(zhí)行器，在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)取得了較好的應(yīng)用效果。由于高新技術(shù)的迅猛發(fā)展，目前國(guó)外已開發(fā)出新一代智能化電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)品，電子計(jì)算機(jī)技術(shù)、微機(jī)控制技術(shù)已在閥門設(shè)計(jì)中得到廣泛應(yīng)用。這些智能化電動(dòng)執(zhí)行器功能強(qiáng)大、簡(jiǎn)單可靠、技術(shù)先進(jìn)?？傊瑖?guó)際上智能電動(dòng)執(zhí)行器有以下特點(diǎn)：

（1）智能通信，智能控制智能電動(dòng)執(zhí)行器利用微機(jī)技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)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，有效提高控制水平。

（2）機(jī)電一體化新型智能化電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)將伺服放大器與執(zhí)行機(jī)構(gòu)合為一體，驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)用功能強(qiáng)大的集成模塊，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制性能好。

（3）控制策略更為先進(jìn)，先進(jìn)的控制方法有利于解決電機(jī)的慣性問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位，提高控制精度。Nucom電動(dòng)執(zhí)行器利用先進(jìn)的電制動(dòng)技術(shù)，控制精度可達(dá)1/250，國(guó)產(chǎn)的普通型DKZ及DKJ電動(dòng)執(zhí)行器控制精度一般為2.5/100。

三、電動(dòng)執(zhí)行器的發(fā)展趨勢(shì)

電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)及通訊技術(shù)的快速發(fā)展必將推動(dòng)電動(dòng)執(zhí)行器更加快速的發(fā)展，機(jī)電一體化將取代分體式結(jié)構(gòu);智能通訊取代模擬信號(hào);控制精度將越來(lái)越高，使用環(huán)境越來(lái)越廣;功能更強(qiáng)大，可靠性更高，以適應(yīng)不斷發(fā)展的自動(dòng)控制的要求。

1總線化、網(wǎng)絡(luò)化

國(guó)外，以工業(yè)局域網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)的工廠自動(dòng)化工程技術(shù)在最近十年來(lái)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，作為自動(dòng)控制中自動(dòng)化儀表之一的電動(dòng)執(zhí)行器為適應(yīng)這一發(fā)展趨勢(shì)，也應(yīng)具有標(biāo)準(zhǔn)的串行通信接口（如RS-232或RS-422接口等）和專用的局域網(wǎng)接口，以增強(qiáng)其與其它控制設(shè)備間的互聯(lián)能力，只需要一根電纜或光纜，就可以將數(shù)臺(tái)、甚至數(shù)十臺(tái)電動(dòng)執(zhí)行器與上位計(jì)算機(jī)連接成為整個(gè)數(shù)控系統(tǒng)?，F(xiàn)場(chǎng)總線是安裝在生產(chǎn)過(guò)程區(qū)域的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備/儀表與控制室內(nèi)的自動(dòng)控制裝置/系統(tǒng)之間的一種串行、數(shù)字式、多點(diǎn)通信的數(shù)據(jù)總線?，F(xiàn)場(chǎng)總線企業(yè)網(wǎng)作為今后控制系統(tǒng)的發(fā)展方向，以其所具有的開放性，網(wǎng)絡(luò)化等優(yōu)點(diǎn)，使它與Interent的結(jié)合成為可能，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)應(yīng)用于電動(dòng)執(zhí)行器成為必然趨勢(shì)?，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的應(yīng)用，取代了傳統(tǒng)的4～20mA模擬信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)執(zhí)行器的遠(yuǎn)程監(jiān)控，狀態(tài)、故障、參數(shù)信息傳送，完成遠(yuǎn)程參數(shù)化工作，提高了它的可靠性，降低了系統(tǒng)及工程成本。目前有影響的現(xiàn)場(chǎng)總線主要有PROFIBUS，F(xiàn)F，HART，CAN等。其實(shí)，國(guó)外目前的智能電動(dòng)執(zhí)行器一般都帶有現(xiàn)場(chǎng)總線接口，我國(guó)也開發(fā)了一些帶現(xiàn)場(chǎng)總線接口的智能執(zhí)行器。

2數(shù)字化、智能化

智能化是當(dāng)前一切工業(yè)控制設(shè)備的流行趨勢(shì)，價(jià)格低廉的單片機(jī)和新型高速微處理器將全面代替以模擬電子器件為主的電動(dòng)執(zhí)行器的控制單元，從而實(shí)現(xiàn)完全數(shù)字化的控制系統(tǒng)。全數(shù)字化的實(shí)現(xiàn)，將原有的硬件控制變成了軟件控制，從而可以在電動(dòng)執(zhí)行器中應(yīng)用現(xiàn)代控制理論的先進(jìn)算法（如：最優(yōu)控制、人工智能、模糊控制、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)等）來(lái)提高控制性能。傳統(tǒng)的電動(dòng)執(zhí)行器一般被看作是線性系統(tǒng)，由放大環(huán)節(jié)和積分環(huán)節(jié)組。但實(shí)際上，絕大多數(shù)執(zhí)行器參數(shù)在運(yùn)行期間會(huì)顯著地發(fā)生改變，應(yīng)用參數(shù)調(diào)度和模型辨識(shí)自適應(yīng)控制將大大提高電動(dòng)執(zhí)行器的控制性能。相對(duì)氣動(dòng)、液動(dòng)執(zhí)行器來(lái)說(shuō)，接線簡(jiǎn)單、功能強(qiáng)大、使用可靠的智能電動(dòng)執(zhí)行器將不斷擴(kuò)大應(yīng)用范圍。

3小型化、機(jī)電一體化

電力電子的高度集成化，單片機(jī)的使用以及一些功能強(qiáng)大模塊的使用，使電動(dòng)執(zhí)行器的體積越來(lái)越小，向小型化，輕便化發(fā)展。目前，智能電動(dòng)執(zhí)行器一般將整個(gè)控制回路裝在一臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)儀表里，將伺服電機(jī)，現(xiàn)場(chǎng)儀表控制器安裝為一體。電動(dòng)執(zhí)行器一體化，使得執(zhí)行器的安裝與調(diào)試工作都得到了簡(jiǎn)化;將整個(gè)控制回路裝在一臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)儀表里，又減少了因信號(hào)傳輸中的泄露和干擾等因素對(duì)系統(tǒng)的影響，提高了系統(tǒng)的可靠性。

國(guó)際上，電動(dòng)執(zhí)行器正朝著小型化、一體化、數(shù)字化、智能化、總線化和網(wǎng)絡(luò)化方向快速發(fā)展，國(guó)產(chǎn)電動(dòng)執(zhí)行器在產(chǎn)品的品種、控制精度、工藝水平、可靠性、智能化和網(wǎng)絡(luò)化方面還有較大差距，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高性能電動(dòng)執(zhí)行器十分匱乏。但我們一定會(huì)與世界的差距越來(lái)越小。

（身份證號(hào)碼：320902199105136025）