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最新公告:泊头市恒宝仪表有限公司是专业生产电动执行器的企业。致力于为国内外实施自动化控制的各个企业集团做好配套服务。
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电动执行器在自动控制系统中的发展及应用

文章来源:电子网 更新时间:2016-01-09

  一、电动执行器结构及特点
  
  电动执行器在控制系统中又称为终端控制元件。由电动执行器响应控制系统调节器发出的控制信号或运行人员手动控制信号,以驱动调节机构(调节阀、截止阀、闸阀、蝶阀等)和风门挡板。
  
  电动执行器与调节机构的连接方式有:(1)电动执行器安装在调节机构(如阀门)的上部,直接驱动调节机构。该连接方式一般适用于直行程电动执行器和电动阀门的电动装置等。(2)电动执行器与调节机构分开安装,它们之间通过转臂及连杆连接。该连接方式一般适用于角行程电动执行器等。目前,在我国工业生产过程控制中常用的电动执行器按输出位移型式可分为角行程、直行程和多转电动3种类型,各类执行器的输出额定值见表1和表2(仅供参考)。
  
  电动执行器通常包括伺服放大器和执行器两个独立部件,带伺服放大器的称比例式电动执行器(图1),不带伺服放大器的称积分式电动执行器。电动执行器由两相伺服电动机、减速器及位置发送器等部件组成。比例式电动执行器的输入信号与位置反馈信号进行比较,其差值经过伺服放大器放大后去驱动调节执行机构等动作。
  
  二、国产电动执行器
  
  泊头市恒宝仪表生产的SD系列电动执行器为引进法国伯纳德公司技术生产,其位置定位器和位置发送器及行程力矩开关均具有较高的准确度和灵敏度。GAMX-D定位器采用模拟电子式比较放大回路,并与行程开关、力矩限制开关、位置传感器及电动机构成一个整体,安装于执行器本体。该定位器既可输入模拟量信号,又可输入开关量信号,通过编码器设定不同的输入信号,如:(4~12)mA,(12~2O)mA,(0~2O)mA,(4~2O)mA,(0~1O)V等。
  
  (l)SD去列电动执行器电动机采用特种电机,具有高启动力矩倍数,低启动电流和较小的转动惯量,因而有良好的伺服特性,在电机定子内部装有热敏开关用于电机过热保护,当电机在运行中出现异常过热时,该保护开关自动断开,当电机冷却后,开关自动恢复接通。
  
  (2)位置发送器由位置传感器和电流变送器TAM构成,其采用高精度、长寿命的导电塑料电位器,与行程控制机构同轴连接,其阻值为lkΩ,功率4W,线性精度0.2%,寿命可达54万次,阻值随执行机
  
  构输出旋转度而变化,一般作为位置反馈信号。
  
  (3)位置定位器接受调节单元或控制系统发出的弱电信号,并与位置反馈信号综合比较后进行放大输出,与执行器相联,以控制执行机构定位(图2)。
  
  (4)力矩行程限制器由力矩限制机构、行程控制机构、位置传感器及接线端子等组成,与减速器机壳构成一个整体。
  
  SD系列电动执行器在伺服放大器和执行器分体安装时,如果出现输入阻抗小于250Ω(或2OOΩ)或输入回路抗干扰性能比较差等问题,必须加装阻抗电阻,使输入阻抗≥250Ω(或2OOΩ)。另外,还可采用加装隔离器的方法来防止执行器在动作过程中抖动。
  
  上海自动化仪表十一厂1992年引进英国罗托克(ROTORK)有限公司技术制造的"M"和"A"系列电动执行器,其类型有角行程、直行程和多转等。该执行器除具有泊头市恒宝仪表制造的执行器的功能外,还增加了微电脑、红外线遥控等技术,大大提高了电动执行器运行的可靠性和精确度,克服了以往电动执行器的机械卡涩、电器元件性能差且易老化、调整不灵敏和精度低等缺点。
  
  目前,在工业过程控制中普遍使用的国产电动执行器的特点是结构简单,伺服放大器与执行器一体化,体积小。采用多种保护装置,其重要部件如电动机、行程力矩开关、位置发送器及位置定位器等可靠、精确。但是,与国外的知名品牌电动执行器相比较,国产电动执行器在位置定位器和位置发送器的灵敏度、准确性以及智能化等方面还存在差距。
  
  三、国外电动执行器
  
  SIPOS5Flash电动执行器为德国西博思电动执行机构有限公司产品,具有以下特点及功能:
  
  (1)将变频调速技术应用于SIPOS5Flash电动执行机构中,不仅可控制电机的转向,还可对电机实现最优控制;采用大规模和超大规模集成电路电子器件替代传统执行机构,并使用先进的微电脑技术实现了部分功能智能化:1)测量并记录力矩曲线功能。SIPOS5Flash电动执行器可测量并储存3组阀门的力矩曲线,并将在线测量的阀门力矩曲线与正常的力矩曲线进行对比,根据结果判断阀门的磨损程度,以便及时进行设备维护,从而可避免因电动执行器故障导致机组停机。2)故障自诊断功能。通过SIPOS5Flash电动执行器内部的微处理器连续监控执行器的状态,经过自诊断发出各种报警和故障信息。3)对开关次数、开关频度、力矩关断次数、行程关断次数、电动机运行时间、控制单元工作时间、运行频度等所有重要的运行数据进行监控、储存和累计处理。
  
  (2)SIPOS5Flash电动执行器取消了传统的机械式限位开关和力矩开关,采用电子式限位保护和电子式过力矩保护功能。通过信号单元和精密的塑导电位器,可准确地检测其所处位置,一旦到达极限位置,CPU控制变频器立即切断电机电源,从而实现限位保护。
  
  (3)柔性启动和柔性到达极限位置:1)在启动瞬间,SIPOS5Flash电动执行器自动以最低转速启动,即柔性启动。2)可保证以最大转矩启动:3)启动电流始终不会超过电机的额定电流。
  
  (4)SIPOS5Flash电动执行器采用ProfiBUS-DP现场总线技术,其在现场总线中的连接方式有铜缆
  
  连接和光纤连接:1)铜缆连接。网络拓扑结构是线性(总线)结构,也可以实现树型结构。运行中可连接或断开一个从站而不影响其它站的正常工作。传输介质是屏蔽双绞线,铜缆,接口是EIA-485(RS485)。不带中继器的最大电缆长度是12OOm,带中继器的最大电缆长度约lOkm。不带中继器可站的数量最多32个站,带中继器可扩展至126个站。2)光纤连接(F0)。网络拓扑结构是星型(总线)结构,运行中连接或断开一个站可不影响其它站的正常工作。传输介质为玻璃纤维((62.5(50)~125)μm),多模。光束62.5μm纤维为6dB(5Oμm纤维为1.2dB),接收的灵敏度为24dBm,波长850nm及EIA-485(RS485)总线光纤藕合器。电动执行器之间或光纤藕合器和电动执行器之间的最长网络距离为20OOm。星型结构最多连接32个从站和1个主站;总线型结构最多连接32个电动执行器。
  
  四、具有现场总线技术的电动执行器的应用
  
  宁海电厂一期4×6OOMW亚临界燃煤发电机组,采用南京西门子电站自动化有限公司制造的Teleperm-XPDCS,现场总线控制系统为电厂总线、终端总线两级总线结构,通信采用光纤。其系统分为自动控制级、过程级和操作监视级。各自冗余的SINECHIFO工厂总线和终端总线采用星形藕合器通
  
  过光纤电缆连接构成虚拟环型网络结构,其通讯速度为1OOMbit/s,最大可配置1024个子站,单环光缆总长最大为4.3km。该环型网络可用率高、通讯速度快、容错性好。
  
  宁海电厂ProfiBUS-DP总线控制,一是简单地采用ProfiBUS-DP总线通讯,通过DCS的ProfiBUS-DP接口模件,将远程I/O站或者其它系统纳入DCS中。由于就地设备未能完全实现数字化,这样的系统
  
  只能称为数字化DCS的一种形式;另一种是在外围或者相对独立的系统中实现设备级的现场总线控制。该厂的闭式循环水系统就地设备分布广,就地控制相对简单,因此闭式循环水系统控制采用了现场总线控制方案(图3)。闭式循环水系统约有34个智能电动执行器,为了提高安全性和可靠性,总线光纤和作为总线上的第一类DP主站的AP及相应的光电转换装置均采用冗余结构。AP及其接口模块(IM308C)和2台光电转换装置安装在DCS的机柜中,总线I/O柜安装在就地,其内含2台光电转换装置。电动执行器为德国欧玛公司制造的一体化智能型产品(AUMATIC),其带有双通道ProfiBUS-DP冗余总线接口,作为DP从站挂在总线上。开关型电动执行器的输入信号为2个开关量信号(开、关无源接点),输出信号为5个状态反馈开关量信号(如开反馈位置、关反馈位置、开过力矩保护、关过力矩保护及故障报警)。
  
  宁海电厂机组闭式循环水现场总线控制系统己经投入运行半年,效果良好,但目前仅实现了部分监控参数的采集,对反映设备本身运行状况的大量的信息尚未进行监控和处理,即仅简单地实现了使用数字化通讯代替传统模拟量、开关量控制。如果通过现场总线控制系统能实现大量现场设备的诊断和维护等管理信息的采集和对现场设备的实时在线的状态检测和故障预诊断,将人工巡检变为控制系统自动巡检,发挥现场总线控制系统的设备管理优势,有利于提高现场设备健康水平,保证机组长周期运行。
  
  用于现场总线控制系统的设备应注意:(1)在单元机组的开、闭式循环冷却水系统和锅炉疏水等系统范围内使用现场总线电动阀门,其驱动装置应配冗余现场总线接口。(2)各系统的所有压力、差压、流量、液位变送器应带有HART协议。

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