电动执行机构讲义

电动执行机构讲义一、执行机构的由来执行机构，又称执行器，是一种自动控制领域的常用机电一体化设备（器件），是自动化仪表的三大组成部分（检测设备、调节设备和执行设备）中的执行设备。主要是对一些设备和装置进行自动操作，控制其开关和调节，代替人工作业。按动力类型可分为气动、液动、电动、电液动等几类；按运动形式可分为直行程、角行程、回转型（多转式）等几类。由于用电做为动力有其它几类介质不可比拟的优势，所以电动型近年来发展最快，应用面较广。电动型按不同标准又可分为：组合式结构和机电一体化结构；电器控制型、电子控制型和智能控制型（带HART、FF协议）；数字型和模拟型；手动接触调试型和红外线遥控调试型等。它是伴随着人们对控制性能的要求和自动控制技术的发展而迅猛发展的：1．早期的工业领域，有许多的控制是手动和半自动的，在操作中人体直接接触工业设备的危险部位和危险介质（固、液、气三态的多种化学物质和辐射物质），极易造成对人的伤害，很不安全；2．设备寿命短、易损坏、维修量大；3．采用半自动特别是手动控制的控制效率很低、误差大，生产效率低下。基于以上原因，执行机构逐渐产生并应用于工业和其它控制领域，减少和避免了人身伤害和设备损坏，极大的提高了控制精确度和效率，同时也极大提高了生产效率。今年来随着电子元器件技术、计算机技术和控制理论的飞速发展，国内外的执行机构都已跨入智能控制的时代。二、执行机构的英文名：ACTUATORS三、执行机构的应用领域执行机构主要应用在以下三大领域：1．发电厂典型应用有：①火电行业应用送风机风门挡板一次进风风门挡板空气预热风门挡板烟气再循环旁路风门挡板二次进风风门挡板主风箱风门挡板燃烧器调节杆燃烧器摇摆驱动器液压推杆驱动器叶轮机调速烟气调节阀蒸气调节阀球阀和蝶阀控制滑动门闸门②其它电力行业的阀门执行器应用球阀除尘控制喷水叶轮机转速控制控制大型液压阀燃气控制阀燃烧器点火启动蒸气控制阀冷凝水再循环,脱氧机，锅炉给水，过热控制器，再加热恒温控制器，及其它相关阀门应用2．过程控制用于化工、石化、模具、食品、医药、包装等行业的生产过程控制，按照既定的逻辑指令或电脑程序对阀门、刀具、管道、挡板、滑槽、平台等进行精确的定位、起停、开合、回转，利用系统检测出的温度、压力、流量、尺寸、辐射、亮度、色度、粗糙度、密度等实时参数对系统进行调整，从而实现间歇、连续和循环的加工过程的控制。3．工业自动化用于较为广泛的航空、航天、军工、机械、冶金、开采、交通、建材等方面，对各类自动化设备和系统的运动点（运动部件）进行各种形式的调节和控制。过程控制和工业自动化方面的主要应用举例如下：①在硫矿生产中的应用注水流量控制球阀和碟阀控制②碳酸钾管道阀门执行器的应用滑动门分流器闸门球阀和蝶阀球型控制阀③水处理阀门执行器的应用液流流量控制调压阀压力控制酸溶液流量控制④石灰石/水泥厂阀门执行器的应用球或蝶阀控制处理干水泥，石膏，或液体送风和引风机调节型风门挡板旁路风门挡板环境污染控制和除尘装置滑动门对在料斗和储藏库的原材料进行物流控制闸门控制原材料在进料口的流量燃气控制阀调节转炉上燃烧器进气量蒸气控制阀控制生产过程所需的蒸气⑤在谷物加工厂执行器的应用闸门分流阀分配器物料卸货器/加热器除尘隔离挡板气流控制(物流干燥)球阀和蝶阀控制⑥钢厂风门挡板和阀门执行器的应用球或蝶阀控制控制冷却水，废水，或其它冷却介质调节型风门挡板送风和引风机旁路风门挡板闸门环境污染控制和除尘装置滑动门控制原材料在进料口的流量对在料斗和储藏库的原材料进行物流控制燃气控制阀蒸气控制阀调节转炉上燃烧器进气量控制生产过程所需的蒸气⑦铝厂风门挡板和阀门执行器的应用送风机风门挡板一次进风风门挡板空气预热风门挡板烟气再循环旁路风门挡板二次进风风门挡板主风箱风门挡板燃烧器调节杆燃烧器摇摆驱动器液压推杆驱动器叶轮机调速烟气调节阀蒸气调节阀球阀和蝶阀控制滑动门闸门⑧过程控制挡板的应用空气补充排风机旁路热/冷风混和应急关断⑨在石油工业中的应用注油工艺流量控制气举管路主阀门压力控制注水工艺流量控制油井油质采样试验/生产用阀门⑩在天然气生产和输送工业的应用气举气流流量控制气管路主阀门压力控制压缩机喘振控制天然气压力控制天然气管路主阀门压力控制应急关断天然气调压器控制压力控制压缩机喘振控制流量控制四、现在国际上有那些知名公司国外的执行机构出现较早，一直保持较大优势。西门子公司于1905年生产了世界上第一台电动执行机构。从20世纪90年代初期，国外一些生产电动执行机构的厂商，又开发了新一代的产品占领市场。世界上比较知名的公司主要有以下一些：1．英国的罗托克（ROTORK）从20世纪90年代初期，国外一些生产电动执行机构的厂商，就开发了新的产品占领市场。较早的是英国劳托克（ROTORK），于1995年推出了IQ型智能电动执行机构。IQ系列智能电动执行机构是英国劳托克（ROTORK）公司推出的较早一代智能型电动执行机构，它的执行机构基型是ROTORK多转电动执行机构，在此基础上，加上微处理器和外围芯片电路、软件实现智能控制。它采用红外线手操器来设置执行机构参数，所以能实现无需“开盖”调拭技术。它的限位机构通过霍尔传感器产生数字信号来设定，力矩保护通过测试电机电流和磁场来获得。这种通过霍尔传感器产生数字信号来设定，力矩保护通过测定电机电流和磁场来获得。这种通过电子传感器取代常规的计数器传动机构及凸轮开关组件便于局部工况监视及安全保障并简化调试工作。2．美国的乔登（JORDAN）美国乔登控制公司成立于1955年，从开始到现在一直专业生产电厂挡板电动执行机构，特别是在苛刻工况下（比如：环境温度高，安装位置受限制和不易维护，动作频繁等），乔登的产品一直是世界上大多数用户的首选，这是由于制造商近五十年的经验累积和先进的设计制造思想使然。在这个领域，特别是高调节频度（每小时执行机构能动作的次数达到2000次到4000次）的调节型应用方面，在欧美市场占有率达到70％以上，唯一能和它竞争的是德国HARTMANN&BRAUN，但后者的价格是它的三倍以上。乔登的主要优势在于高调节频度（2000-4000次/小时），一体化（电机、伺服放大器和传动机构），永久润滑免维护，任意位置角度安装，正齿轮和苏格兰轭传动机构等。目前国内的知名品牌（如：ROTORK,SIPOS,AUMA等）无一例外都采用分体设计，特别是减速箱的寿命是很短的。采用涡轮涡杆传动机构，磨损大，发热量高，传动效率低，寿命短，调节频度最高只能达到1200次/小时。而且要定期润滑维护和不能任意位置安装。主要系列：SM、LA、MV、VA、EH、TA-1200、MC-1100、SM/LA-33003．德国的EMG1883德国AEG集团成立，1900年前后开始生产电动执行器。1946AEG集团当时欧洲排名第二的电子设备集团（其电厂建设部欧洲排名第一）成立全资子公司EMG，负责电动执行机构业务.1976EMG开发出专利的偏心行星齿轮传动机构并成功应用在其执行器上。1984AEG集团电厂建设部出售给西门子公司，成为现在西门子的电力集团KWU。EMG开始设立独立的全球销售网络。1992在全球有十几万员工的AEG集团被戴姆勒-奔驰集团并购，成为戴姆勒工业部并被分拆。1996EMG工业集团独立。2003年EMG集团公司在中国设立中国办事处，开始开拓中国市场。主要系列：德瑞摩DREHMO（Standard、MaticI、MaticC）4．ABB于1988年由分别成立于1883年和1891年的瑞典阿西亚公司和瑞士BBC公司合并成立，总部位于瑞士苏黎世。是电力和自动化技术领域的全球领先公司，ABB集团在全球100多个国家拥有上千家企业，员工139,000人。ABB与中国的往来可追溯到本世纪初：早在1907年，ABB就向中国政府提供了一套蒸汽锅炉。随着业务的不断发展，集团于1974年在香港创立了中国地区总部。1994年底把中国地区总部迁至北京。1995年，ABB公司在北京注册了独资的控股公司：阿西亚.布朗.勃法瑞（中国）投资有限公司，负责中国地区的所有投资活动。目前，ABB中国在上海、广州、重庆、沈阳、武汉、青岛、南京、西安、成都、福州、哈尔滨、天津、大连、济南、杭州、昆明、南宁、深圳、郑州、长春、长沙和香港等地拥有23家销售机构，在北京、上海、广州、重庆、厦门、合肥、新会、中山、香港等地拥有27家合资/独资企业，员工人数达到6000多名。主要系列：ONTRAC（MOE700、MME800）Ontrac系列智能电动执行机构是ABB公司近年推出的智能电动执行机构产品。它的执行机构基型也是多转电动执行机构，它的智能控制器安装在执行机构内，有操作面板直接操作，LCD显示，通过菜单式操作，设置执行机构参数。它采用霍尔传感器来获得位置信号。通过微处理器对电机转差S推算出力矩，并与用户设定的力矩超限值进行比较，一旦超限电机被迫停止运动，微处理器发出报警信号。这种电子式力矩保护方式，省去过程传统的弹簧、机械式开关，调试很方便。该执行机构还能进行变频调速控制及阀门特性修正。除传统控制信号4-20mA可选外，还提供PROFIBUSDP/V1，通讯接口。5．德国的哈特曼-布朗（HARTMAN&BRAUN）主要系列：PME1206．德国的奥马（AUMA）7．德国的西门子（SIEMENS）西门子公司是世界自动化行业的“老大”，SIPOS是SIEMENSPositioner的缩写。于一九零五年生产出世界上第一台电动执行机构，至今已有近百年的研究、开发、生产和销售电动执行机构的经验。SIPOS（西博思）为其电动执行机构的注册商标。SIPOS已被广泛应用于全球各个工业生产领域。中国电厂的所有电动汽机旁路上使用的执行机构几乎全部为原装进口SIPOS。西门子公司还分别于1987年和1992年向中国的两家制造厂出售其SIPOS1系列和SIPOS3系列的生产技术。西门子公司不断更新技术，相继淘汰了SIPOS1和SIPOS3，在全球范围内首次创造性地将先进而又成熟的电机变频控制技术应用于电动执行机构中，采用内置一体化变频器来控制执行机构的电机，并于一九九七年向市场推出面向新世纪的新一代SIPOS5系列电动执行机构。SIPOS5于一九九七年底进入中国市场，因其结构简单、技术先进、性能可靠、可进行故障自诊断、智能化程度高且价格适中而备受市场青睐。在短短三年的时间内，中国的七十多家用户相继购买了三千余台，其质量、性能和高性能价格比得到了所有用户的一致赞赏和认同。为适应市场需要，自一九九九年十月一日起，西门子公司电动执行机构部门从西门子公司庞大的机构中独立出来，以原有注册商标SIPOS为公司名，在德国成为具有独立法人地位的电动执行机构专业性公司：SIPOSAktorikGmbh（西博思电动执行机构有限公司）。西博思公司的总部及生产厂位于德国的纽伦堡市，并已在全球主要国家和地区设有销售和服务机构。自一九九九年十月一日起，西门子公司所有于电动执行机构有关的业务已全部转至西博思公司，且西门子公司不再生产电动执行机构。独立后的西博思公司仍以SIPOS作为其电动执行机构产品的注册商标，但不再属于西门子公司。西门子公司现在是西博思公司的主要用户之一，西博思公司继续想西门子公司提供产品和服务。主要系列：SIPOS1、SIPOS3、SIPOS5Flash8.法国的伯纳德法国伯纳德股份有限公司是法中电力协会成员之一，成立于1946年，是世界知名的阀门电动执行器（SERVOMOTEUR）专业生产厂商，其生产的核级阀门电动执行器符合国际标准。自1950年起，法国核电站开始采用该公司的产品。世界上有60多座核电站使用伯纳德的电动执行器。1996年该公司产品开始进入中国市场，为中国的大亚湾、岭澳、秦山、田湾等核电站提供过设备。目前，该公司年产35000多套控制设备，70%销往国外，广泛应用于核电、石油、天然气和水处理等领域。主要系列：SERVOMOTEUR9.意大利的BIFFI10．美国的柏勒夫（BELLOFRAM）11．德国PS12．日本光荣（Unic）五、JORDAN公