非侵入智能電動執(zhí)行機構(gòu)在鋼鐵公司的應(yīng)用

文/張志軍 曹秀爽

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責任公司設(shè)備部 河北省唐山市 063000）

首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責任公司采用國際最先進的自動化設(shè)備及自動化技術(shù)和生產(chǎn)管理，是21世紀國際先進水平的鋼鐵聯(lián)合企業(yè)。公司在保證高起點、高水平保證產(chǎn)品和技術(shù)先進性的前提下，對現(xiàn)場自動化設(shè)備采用國內(nèi)最領(lǐng)先技術(shù)及裝備。

對于自動化調(diào)節(jié)系統(tǒng)一般由檢測器、執(zhí)行機構(gòu)、調(diào)節(jié)器及調(diào)節(jié)對象組成，其中執(zhí)行機構(gòu)是必不可少的。相對于氣動、液壓執(zhí)行機構(gòu)而言，電動執(zhí)行機構(gòu)具有無需特殊的氣源和空氣凈化等設(shè)備，即可遠距離傳輸信號，與工業(yè)控制機連接方便簡單，更能適應(yīng)電子信息新技術(shù)。目前廠內(nèi)執(zhí)行機構(gòu)（電動頭）大多采用分體式或電子式執(zhí)行機構(gòu)（電動頭），由閥門廠家集成提供。由于鋼鐵企業(yè)大部分工況都比較惡劣（如粉塵煙塵鐵粉大的區(qū)域），同時各工況對執(zhí)行機構(gòu)的要求也參差不齊，采用分體式或電子式執(zhí)行機構(gòu)（電動頭），不到半年大部分執(zhí)行機構(gòu)出現(xiàn)不同類型的故障，電機損壞、定位失效造成閥門卡死、閥門值與實際反饋值不相符、內(nèi)部堆積粉塵、分體式或電子式執(zhí)行機構(gòu)（電動頭）的結(jié)構(gòu)安裝維護調(diào)試時沒有人機界面只能按經(jīng)驗調(diào)整從而造成維護量高，同時高故障率給生產(chǎn)帶來安全隱患。

1 工作原理

非侵入式智能一體化電動執(zhí)行機構(gòu)是由最近國外引進并吸收研制開發(fā)的一種新型執(zhí)行機構(gòu),它是執(zhí)行機構(gòu)族其中一個新亮點,是分體式或電子式執(zhí)行機構(gòu)（電動頭）換代產(chǎn)品（同時也是進口產(chǎn)品的替代品），分體式或電子式執(zhí)行機構(gòu)（電動頭）長時間使用容易電機損壞、定位失效造成閥門卡死、閥門值與實際反饋值不相符、內(nèi)部堆積粉塵，尤其是高粉塵、高動作頻率，時間一長就容易電機損壞、定位失效造成閥門卡死、閥門值與實際反饋值不相符、內(nèi)部堆積粉塵。體式或電子式執(zhí)行機構(gòu)（電動頭）因采用的是行程開關(guān)或電位器，在實際使用過程中行程開關(guān)易受外部的振動造成松動，從而使閥位定位不準，電位器使用過程因其構(gòu)造是接觸磨擦旋轉(zhuǎn)方式，旋轉(zhuǎn)過程中發(fā)生線性阻值變化從而達到電平或電流發(fā)生變化與閥位位移成線性比例,因電位器在長期使用中會造成磨損，同時電阻值易受外部溫度的影響，所以電位器的磨損或溫度都會發(fā)生阻值變化最終使閥門零位發(fā)生飄移現(xiàn)象，同時這類執(zhí)行機構(gòu)沒有電機溫度、運行速度的有效控制手段使得實際應(yīng)用時高故障。

非侵入式智能一體化電動執(zhí)行機構(gòu)由電動機、減速裝置、主控板（含紅外接收裝置、控制信息輸入輸出等）、電源驅(qū)動板（包含電流檢測及力矩檢測）、磁電編碼器、就地操作開關(guān)組件等組成。

在實際應(yīng)用時，當采用三相380V電源時，系統(tǒng)自動檢測三相電源相序（防止電機反向運行）并將電機的控制方向與三相電源相序一致，同時就地LCD顯示當前閥位值、扭矩值，正常時沒有故障顯示，LED燈顯示關(guān)位、開位、中間三個其中一個狀態(tài)，當有遠程（就地開關(guān)需選擇在遠程位）控制信號時（模擬信號或開關(guān)信號），信號通過內(nèi)部光電隔離后SOC單片機檢測并判斷執(zhí)行機構(gòu)是開閥或關(guān)閥信號，當發(fā)生位置變化時磁電編碼器時時檢測并將位移變化以數(shù)字方式傳送直SOC單片系統(tǒng)，單片系統(tǒng)將把磁電編碼器與前期設(shè)置并存儲在EEPROM內(nèi)的參數(shù)做對比，當磁電編碼器的傳送

圖1：外形圖

來的位置數(shù)據(jù)與EEPROM內(nèi)的值相同時，執(zhí)行機構(gòu)停止電機，并將執(zhí)行機構(gòu)實際位置以模擬量、干接點信號方式輸出，當執(zhí)行機構(gòu)在運行過程中出現(xiàn)過扭矩、電源缺相、過電流、失速等故障時，執(zhí)行機構(gòu)將停止運行，并反饋故障信息，LCD界面顯示故障原因。

運行過程如需調(diào)整執(zhí)行機構(gòu)的參數(shù)，可通過紅外遙控設(shè)置，可設(shè)置的范圍包含執(zhí)行機構(gòu)所有功能選項，可檢索所有設(shè)置參數(shù)、故障原因、運行狀態(tài)，紅外設(shè)置有效距離為1米直線操作（防止域區(qū)內(nèi)誤操作）。

2 技術(shù)特點

非侵入式智能一體化電動執(zhí)行機構(gòu)利用微處理器和現(xiàn)場總線通信技術(shù)將伺服放大器與執(zhí)行機構(gòu)合為一體，不僅能實現(xiàn)雙向通信、PID調(diào)節(jié)、在線自動標定、自校正和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、過力矩保護、電動機過熱保護、斷電信號保護、輸出現(xiàn)場閥位指示和故障報警等功能。它可進行現(xiàn)場操作或遠方操作，完成手動操作及手動/自動之間無擾動切換。非侵入式智能一體化電動執(zhí)行機構(gòu)采用目前世界先進的磁電編碼器技術(shù)，其非接觸式采用磁電方式、溫度可在-35～125℃從而避免了因接觸磨損、溫度變化造成的零位漂移，同時其采用數(shù)字方式處理信號（非模擬信號）避免電子元件及環(huán)境因素變化造成的精度誤差。其就地LCD（并帶有LED燈）的人機操作界面，紅外遙控的使用，使用產(chǎn)品安裝調(diào)試變的簡單直接可視化，可達到精確有效的設(shè)置各參數(shù)，查閱各類信息檢索，使用現(xiàn)場維護人員更易上手。精確可設(shè)置的扭矩輸出（40-100%可設(shè)）、輸出失速保護（0-99）為電機閥門的保護提供了保障。其高頻率（1200次/小時）的設(shè)計能勝任絕大部分的工況，IP68防護等級可在環(huán)境下使用。

簡單來說就是打開外部接線端子蓋接好線，其他部分不需要打開，只要一個紅外線設(shè)定器就可以調(diào)試的執(zhí)行機構(gòu)。調(diào)試簡潔方便，用紅外線設(shè)定器就可快速對非侵入式執(zhí)行機構(gòu)進行力矩設(shè)定、開關(guān)限位、控制及顯示功能的調(diào)整設(shè)定。一般非侵入式電動執(zhí)行機構(gòu)里面都裝有電池，斷電后可以保持閥位不被清除，無論動力電源提供與否，均可對執(zhí)行器進行非侵入式設(shè)定。

零部件采用鋁合金、鎳青銅、Cr鋼、進口油封、高抗磨型潤滑、進口電子元件，加上優(yōu)化設(shè)計方案，具有優(yōu)質(zhì)、可靠、穩(wěn)定、設(shè)置簡單及高防護性能。

圖2：煉鋼公輔區(qū)安裝圖

圖3：中厚板蒸汽管道安裝圖

（1）設(shè)計簡單、緊湊、堅固可靠、壽命長；5年免維護；能長年在戶內(nèi)、外安裝使用；

（2）獨特的現(xiàn)場，遠傳一體化結(jié)構(gòu)，紅外設(shè)置技術(shù)，使工業(yè)自動化管理變的更輕松方便；

（3）獨特的磁電編碼技術(shù)使產(chǎn)品能勝任絕大部分環(huán)境及工況；

（4）LCD加LED的人機界面，使操作調(diào)試更人性化；輸出輸入信號的光電隔離使整體系統(tǒng)更加安全可靠；

（5）工作溫度范圍寬，適用于從-30℃至+85℃（環(huán)境溫度）；

（6）各型號均可輸出4～20mA信號、干接點信號，接收4～20mA信號、干接點信號，實現(xiàn)遠距離集中測量與控制。

（7）在執(zhí)行機構(gòu)的電機線圈里預(yù)埋有熱敏開關(guān)，一旦線圈溫度超過預(yù)設(shè)值（+132℃），熱敏開關(guān)將斷開相應(yīng)觸點，禁止執(zhí)行機構(gòu)運行，并發(fā)出報警信號。

（8）智能一體化電動執(zhí)行機構(gòu)的自巡檢功能在一些作為安全保護及檢修時切換用操作頻率不高時，這樣的巡檢是可以設(shè)置的。當巡檢設(shè)置為無效時，執(zhí)行機構(gòu)將處理長期待機狀態(tài)。當巡檢設(shè)置為有效時，執(zhí)行機構(gòu)在一定周期（時間可設(shè)置）內(nèi)如果沒有動作，執(zhí)行機構(gòu)將自動巡檢執(zhí)行機構(gòu)的完好性，當自巡檢通過時執(zhí)行機構(gòu)還處于待機狀態(tài)，并重復(fù)下一周期的自巡檢；自巡檢不能通過時檢測系統(tǒng)將輸出相應(yīng)的報警信號。通常條件下當遠程操作時，現(xiàn)場所有的對閥門執(zhí)行機構(gòu)的操作都是禁止的，一般普通分體式或電子式的執(zhí)行機構(gòu)都是用硬件來達到就地禁止操作，而這種方式有時硬件的原因或人為都是保證不了有效的就地禁止操作，智能一體化特有的就地操作設(shè)置菜單，它可以設(shè)置就地操作有效或無效；當設(shè)置為有效時是常規(guī)方式，當設(shè)為無效時，就地的所有操作都是無效的，同時按鈕不管在什么位置，執(zhí)行機構(gòu)都是以遠程操作方式。而這一切的設(shè)置方式通過紅外線遙控手操器就能完成，為達到更安全的保護可以設(shè)置修改密碼，防止非專業(yè)人員誤設(shè)置。

（9）智能一體機的ESD功能，用戶可以根據(jù)自身具體情況預(yù)先設(shè)置ESD動作，如開、關(guān)、停、是否溫度旁路、是否使用中斷定時器等等。平時執(zhí)行機構(gòu)按照現(xiàn)場預(yù)先設(shè)好的一般配置和控制指令正常工作。一旦使用者按下ESD開關(guān)，執(zhí)行機構(gòu)內(nèi)部對應(yīng)電路會產(chǎn)生一個ESD信號，該信號將清除執(zhí)行機構(gòu)當前控制信號，使得執(zhí)行機構(gòu)運行預(yù)設(shè)的ESD動作。該功能為應(yīng)付現(xiàn)場工作條件下的突發(fā)情況提供了必要的保障。

3 技術(shù)要求

（1）電動執(zhí)行機構(gòu)應(yīng)有以下性能：主要參數(shù)可通過編程設(shè)定，具有故障自診斷功能，且操作調(diào)試簡便。電動執(zhí)行機構(gòu)必須是具有液晶窗顯示的智能型設(shè)備。智能一體化電動執(zhí)行機構(gòu)應(yīng)為非侵入式調(diào)整機構(gòu)（即無需打開設(shè)備蓋板），能夠?qū)?zhí)行機構(gòu)的零點、行程等參數(shù)進行設(shè)置?？蓪崿F(xiàn)在就地通過遠動就地切換開關(guān)實現(xiàn)就地電動“開”或“關(guān)”。智能一體化電動執(zhí)行機構(gòu)應(yīng)具有過力矩、過熱、堵轉(zhuǎn)、限位、斷信號等保護。

（2）智能一體化電動執(zhí)行機構(gòu)電機啟動時應(yīng)采用軟啟動技術(shù)，不采用傳統(tǒng)接觸器的啟動方式，以提高電動閥的整體壽命。

（3）執(zhí)行機構(gòu)位置檢測采用磁電式絕對編碼器技術(shù)，無零位漂移，滿足停電進行手輪操作時可以進行閥位的跟蹤顯示和記錄的要求，不允許采用電位器及行程開關(guān)信號采集方式。

（4）智能一體化電動執(zhí)行機構(gòu)應(yīng)采用電動頭與減速箱分離的模塊式設(shè)計，以保證備品備件的通用性和互換性，以實現(xiàn)需方最大限度降低備件的要求。

（5）接受來自用戶4～20mA的閥位控制信號，自動相位校正；缺相保護。閥門電動裝置輸出力應(yīng)滿足不同工況下閥門的快速開啟和關(guān)閉的要求，其剛度滿足系統(tǒng)穩(wěn)定性的要求。

（6）電動執(zhí)行裝置應(yīng)直接安裝在閥門上，并完成有關(guān)整體調(diào)試工作。

（7）所有電動執(zhí)行機構(gòu)為一體化結(jié)構(gòu)的執(zhí)行機構(gòu)，每個執(zhí)行機構(gòu)分別配供一對獨立的開限位開關(guān)、一對獨立的關(guān)限位開關(guān)、一對獨立的力矩開關(guān)、一對綜合故障信號、遠程/就地轉(zhuǎn)換信號、4-20mA閥位給定和4-20mA閥位反饋信號，所有的信號接點均接到端子排上，接點容量不低于220VAC，3A。

（8）閥門電動裝置的操作力、定位力和操作速度應(yīng)達到技術(shù)條件書規(guī)定的最佳控制特性。

（9）閥門電動裝置防護等級不低于IP68。動力電源為380VAC或220VAC。

（10）當電源等故障時，閥門電動裝置應(yīng)送出報警信號。

（11）手-電動切換裝置和手輪：當電動裝置帶電，離合器桿分離，電動裝置自動處于電動狀態(tài)。當離合器桿打到手動位置，可通過手柄進行手動操作。應(yīng)合理地考慮鎖定組件，以保證安全操作電動裝置。

（12）就地操作組件：提供遠控/停止/就地切換裝置以保證電動裝置處在不同的控制狀態(tài)下。提供就地操作裝置，使電動裝置在就地控制方式下能完成操作。

4 結(jié)束語

非侵入式智能一體化電動執(zhí)行機構(gòu)TE/TR系列在首鋼京唐鋼鐵各分廠，任意工況環(huán)境均可長期無故障運行,而且與高品質(zhì)的電子式執(zhí)行機構(gòu)價格相差不多，可替代進口產(chǎn)品，使用壽命大大提高，維護量減少，這為公司保障設(shè)備功能精度，實現(xiàn)效益最大化，可替代進口降低公司庫存與消耗做出努力。