電動(dòng)執(zhí)行器的選型與發(fā)展趨勢(shì)

電動(dòng)執(zhí)行器的選型與發(fā)展趨勢(shì)

電動(dòng)執(zhí)行器又稱閥門電動(dòng)裝置，它是在不同行業(yè)領(lǐng)域的稱謂，在工業(yè)管道閥門行業(yè)稱之為閥門電動(dòng)裝置，在儀表行業(yè)稱之為電動(dòng)執(zhí)行器，但現(xiàn)在業(yè)內(nèi)已沒有很明確的區(qū)分，本文所涉及到的關(guān)于稱謂問題將統(tǒng)一稱之為電動(dòng)執(zhí)行器。

閥門在工業(yè)管路控制中是經(jīng)常使用的重要設(shè)備，電動(dòng)閥門隨著工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展，因其動(dòng)力源容易取得，且一般情況下無需維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)，比起氣動(dòng)、液動(dòng)等不同驅(qū)動(dòng)方式的設(shè)備使用更為普遍。在工業(yè)場(chǎng)合電動(dòng)閥門必需具有更高的可靠性和安全性，當(dāng)閥門能保證性能和壽命的情況下，電動(dòng)閥門的安全性與可靠性取決于電動(dòng)執(zhí)行器，因此電動(dòng)執(zhí)行器的性能、控制水平是電動(dòng)閥門整機(jī)技術(shù)水平的綜合表現(xiàn)。所以在電動(dòng)執(zhí)行器選型時(shí)除必需考慮的一些基本要素外，對(duì)其提出合理的技術(shù)要求才能使電動(dòng)閥門價(jià)值實(shí)現(xiàn)zui大化。

電動(dòng)執(zhí)行器的類型很多，不同類型和功能的電動(dòng)執(zhí)行器與閥門配套后都可稱之為電動(dòng)閥門，但往往在設(shè)計(jì)、選型的過程中只重視閥門的參數(shù)忽略或沒有明確電動(dòng)執(zhí)行器的相關(guān)要求，這樣不僅使電動(dòng)閥門發(fā)揮不出zui大的性能，而且在安裝、調(diào)試、使用過程中也會(huì)帶來不必要的麻煩，甚至給生產(chǎn)造成嚴(yán)重的后果。

本文將針對(duì)電動(dòng)執(zhí)行器選型考慮的要點(diǎn)進(jìn)行說明，并對(duì)目前智能電動(dòng)執(zhí)行器的相關(guān)功能做簡單介紹，它將是當(dāng)今乃至將來工業(yè)自動(dòng)化控制發(fā)展所需的主流的產(chǎn)品。

• 電動(dòng)執(zhí)行器選型考慮要點(diǎn)

一、根據(jù)閥門類型選擇電動(dòng)執(zhí)行器

閥門的種類相當(dāng)多，工作原理也不太一樣，一般以轉(zhuǎn)動(dòng)閥板角度、升降閥板等方式來實(shí)現(xiàn)啟閉控制，當(dāng)與電動(dòng)執(zhí)行器配套時(shí)首先應(yīng)根據(jù)閥門的類型選擇電動(dòng)執(zhí)行器。

1．角行程電動(dòng)執(zhí)行器（轉(zhuǎn)角<360度）

電動(dòng)執(zhí)行器輸出軸的轉(zhuǎn)動(dòng)小于一周，即小于360度，通常為90度就實(shí)現(xiàn)閥門的啟閉過程控制。此類電動(dòng)執(zhí)行器根據(jù)安裝接口方式的不同又分為直連式、底座曲柄式兩種。

a) 直連式：是指電動(dòng)執(zhí)行器輸出軸與閥桿直連安裝的形式。

b) 底座曲柄式：是指輸出軸通過曲柄與閥桿連接的形式。

此類電動(dòng)執(zhí)行器適用于蝶閥、球閥、旋塞閥等。

2．多回轉(zhuǎn)電動(dòng)執(zhí)行器（轉(zhuǎn)角>360度）

電動(dòng)執(zhí)行器輸出軸的轉(zhuǎn)動(dòng)大于一周，即大于360度，一般需多圈才能實(shí)現(xiàn)閥門的啟閉過程控制。

此類電動(dòng)執(zhí)行器適用于閘閥、截止閥等。

3．直行程（直線運(yùn)動(dòng)）

電動(dòng)執(zhí)行器輸出軸的運(yùn)動(dòng)為直線運(yùn)動(dòng)式，不是轉(zhuǎn)動(dòng)形式。

此類電動(dòng)執(zhí)行器適用于單座調(diào)節(jié)閥、雙座調(diào)節(jié)閥等。

二、根據(jù)生產(chǎn)工藝控制要求確定電動(dòng)執(zhí)行器的控制模式

電動(dòng)執(zhí)行器的控制模式一般分為開關(guān)型（開環(huán)控制）和調(diào)節(jié)型（閉環(huán)控制）兩大類。

1．開關(guān)型（開環(huán)控制）

開關(guān)型電動(dòng)執(zhí)行器一般實(shí)現(xiàn)對(duì)閥門的開或關(guān)控制，閥門要么處于全開位置，要么處于全關(guān)位置，此類閥門不需對(duì)介質(zhì)流量進(jìn)行控制。

特別值得一提的是開關(guān)型電動(dòng)執(zhí)行器因結(jié)構(gòu)形式的不同還可分為分體結(jié)構(gòu)和一體化結(jié)構(gòu)。選型時(shí)必需對(duì)此做出說明，不然經(jīng)常會(huì)發(fā)生在現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)與控制系統(tǒng)沖突等不匹配現(xiàn)像。

a) 分體結(jié)構(gòu)（通常稱為普通型）：控制單元與電動(dòng)執(zhí)行器分離，電動(dòng)執(zhí)行器不能單獨(dú)實(shí)現(xiàn)對(duì)閥門的控制，必需外加控制單元才能實(shí)現(xiàn)控制，一般外部采用控制器或控制柜形式進(jìn)行配套。

此結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是不便于系統(tǒng)整體安裝，增加接線及安裝費(fèi)用，且容易出現(xiàn)故障，當(dāng)故障發(fā)生時(shí)不便于診斷和維修，性價(jià)比不理想。

b) 一體化結(jié)構(gòu)（通常稱為整體型）：控制單元與電動(dòng)執(zhí)行器封裝成一體，無需外配控制單元即可現(xiàn)實(shí)就地操作，遠(yuǎn)程只需輸出相關(guān)控制信息就可對(duì)其進(jìn)行操作。

此結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是方便系統(tǒng)整體安裝，減少接線及安裝費(fèi)用，容易診斷并排除故障。但傳統(tǒng)的一體化結(jié)構(gòu)產(chǎn)品也有很多不完善的地方，所以產(chǎn)生了智能電動(dòng)執(zhí)行器，關(guān)于智能電動(dòng)執(zhí)行器后面將再做說明。

2．調(diào)節(jié)型（閉環(huán)控制）

調(diào)節(jié)型電動(dòng)執(zhí)行器不僅具有開關(guān)型一體化結(jié)構(gòu)的功能，它還能對(duì)閥門進(jìn)行控制，從而調(diào)節(jié)介質(zhì)流量。因篇幅有限其工作原理在此不作詳細(xì)說明。下面就調(diào)節(jié)型電動(dòng)執(zhí)行器選型時(shí)需注明的參數(shù)做簡要說明。

a)控制信號(hào)類型（電流、電壓）

調(diào)節(jié)型電動(dòng)執(zhí)行器控制信號(hào)一般有電流信號(hào)(4～20mA、0～10mA)或電壓信號(hào)(0～5V、１～5V)，選型時(shí)需明確其控制信號(hào)類型及參數(shù)。

b)工作形式（電開型、電關(guān)型）

調(diào)節(jié)型電動(dòng)執(zhí)行器工作方式一般為電開型（以4～20mA的控制為例，電開型是指4mA信號(hào)對(duì)應(yīng)的是閥關(guān)，20mA對(duì)應(yīng)的是閥開），另一種為電關(guān)型（以4-20mA的控制為例，電開型是指4mA信號(hào)對(duì)應(yīng)的是閥開，20mA對(duì)應(yīng)的是閥關(guān)）。一般情況下選型需明確工作形式，很多產(chǎn)品在出廠后并不能進(jìn)行修改，但現(xiàn)在一些企業(yè)的智能型電動(dòng)執(zhí)行器可以通過現(xiàn)場(chǎng)設(shè)定隨時(shí)修改。

c)失信號(hào)保護(hù)

失信號(hào)保護(hù)是指因線路等故障造成控制信號(hào)丟失時(shí)，電動(dòng)執(zhí)行器將控制閥門啟閉到設(shè)定的保護(hù)值，常見的保護(hù)值為全開、全關(guān)、保持原位三種情況，且出廠后不易修改。但一些企業(yè)閥控生產(chǎn)的智能電動(dòng)執(zhí)行器可以通過現(xiàn)場(chǎng)設(shè)定進(jìn)行靈活修改，并可設(shè)定任意位置（0～100%）為保護(hù)值。

三、根據(jù)閥門所需的扭力確定電動(dòng)執(zhí)行器的輸出扭力

閥門啟閉所需的扭力決定著電動(dòng)執(zhí)行器選擇多大的輸出扭力，一般由使用者提出或閥門廠家自行選配，做為執(zhí)行器廠家只對(duì)執(zhí)行器的輸出扭力負(fù)責(zé)，閥門正常啟閉所需的扭力由閥門口徑大小、工作壓力等因素決定，但因閥門廠家加工精度、裝配工藝有所區(qū)別，所以不同廠家生產(chǎn)的同規(guī)格閥門所需扭力也有所區(qū)別，即使是同個(gè)閥門廠家生產(chǎn)的同規(guī)格閥門扭力也有所差別，當(dāng)選型時(shí)執(zhí)行器的扭力選擇太小就會(huì)造成無法正常啟閉閥門，因此電動(dòng)執(zhí)行器必需選擇一個(gè)合理的扭力范圍。

四、根據(jù)所選電動(dòng)執(zhí)行器確定電氣參數(shù)

因不同執(zhí)行器廠家的電氣參數(shù)有所差別，所以設(shè)計(jì)選型時(shí)一般都需確定其電氣參數(shù)，主要有電機(jī)功率、額定電流、二次控制回路電壓等，往往在這方面的疏忽，結(jié)果控制系統(tǒng)與電動(dòng)執(zhí)行器參數(shù)不匹配造成工作時(shí)空開跳閘、保險(xiǎn)絲熔斷、熱過載繼電器保護(hù)起跳等故障現(xiàn)像。

五、根據(jù)使用場(chǎng)合選擇外殼防護(hù)等級(jí)、防爆等級(jí)

1．外殼防護(hù)等級(jí)

外殼防護(hù)等級(jí)是指電動(dòng)執(zhí)行器的殼體防外物、防水等級(jí)，以字母IP后加兩位數(shù)表示，*位由1～6表示防外物等級(jí)（見表一），第二位由１～８表示防水等級(jí)（見表二）。

表一 *位數(shù)字代表的防外物等級(jí)

表二　第二位數(shù)字代表的防水等級(jí)

2． 防爆等級(jí)

在可能出現(xiàn)爆炸性氣體、蒸汽、液體、可燃性粉塵等而引起火災(zāi)或爆炸危險(xiǎn)的場(chǎng)所時(shí)，必需對(duì)電動(dòng)執(zhí)行器提出防爆要求，根據(jù)不同的應(yīng)用區(qū)域選擇防爆形式和類別。防爆等級(jí)可通過防爆標(biāo)志ＥＸ及防爆內(nèi)容來表示（參考《爆炸性環(huán)境用防爆電氣設(shè)備》GB3836－2000）。

防爆標(biāo)志內(nèi)容包括：防爆型式+設(shè)備類別+（氣體組別）+溫度組別

a)防爆型式：根據(jù)所采取的防爆措施，可分為本質(zhì)安全型、隔爆型、增安型、正壓型、澆封型、充砂型等。它們的標(biāo)識(shí)如下表三。

表三　防爆形式及標(biāo)志

b) 設(shè)備類別：

表四　設(shè)備類別

II 類隔爆型“Eｘd”和本質(zhì)安全型“Eｘi”電氣設(shè)備按其適用于爆炸性氣體混合物的zui大試驗(yàn)安全間隙或zui小點(diǎn)燃電流比，進(jìn)一步分為又分為IIA、IIB、和IIC 類,其它們之間的關(guān)系如下表五：

表五　氣體組別

c) 溫度類別：

電氣設(shè)備按其zui高表面溫度分為T1～T6 組，使得對(duì)應(yīng)的T1～T6 組的電氣設(shè)備的zui高表面溫度不能超過對(duì)應(yīng)的溫度組別的允許值。溫度組別、設(shè)備表面溫度和可燃性氣體或蒸汽的引燃溫度之間的關(guān)系如下表六：

表六　溫度組別

（二）智能電動(dòng)執(zhí)行器是當(dāng)今乃至將來發(fā)展的主流

考慮以上所述的五大因素電動(dòng)執(zhí)行器基本能夠比較理想選型，但隨著工業(yè)自動(dòng)化的不斷發(fā)展，特別是計(jì)算機(jī)速度的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)電動(dòng)執(zhí)行器的弊端及無法實(shí)現(xiàn)的功能也隨之表露出來，一種安全、穩(wěn)定、可靠、界面友好、智能化的電動(dòng)執(zhí)行器才能與自控系統(tǒng)相適應(yīng)。那么智能電動(dòng)執(zhí)行器有哪些優(yōu)點(diǎn)呢?它又能解決傳統(tǒng)產(chǎn)品的哪些弊端呢？下面針對(duì)380V電源驅(qū)動(dòng)的智能電動(dòng)執(zhí)行器的優(yōu)點(diǎn)做簡單介紹。

一、豐富的信息顯示及人性化的人機(jī)對(duì)話界面

傳統(tǒng)的電動(dòng)執(zhí)行器一般不具備太多的信息提示，所以在現(xiàn)場(chǎng)很難知道電動(dòng)閥門的運(yùn)行情況，特別是當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)不容易診斷并排除故障。智能型電動(dòng)執(zhí)行器解決了這個(gè)問題，他將電動(dòng)執(zhí)行器的運(yùn)行進(jìn)行檢測(cè)并將信息通過液晶顯示屏顯示，這樣就減少了很多人為診斷過程，并能及時(shí)排除故障恢復(fù)生產(chǎn)。特別值得一提的是很多產(chǎn)品往往是代碼或英文，不便于現(xiàn)場(chǎng)工作理解操作，真正的人性化人機(jī)對(duì)話界面應(yīng)該是全中文字顯示，奧美閥控生產(chǎn)的智能電動(dòng)執(zhí)行器就是全中文字菜單顯示。

二、可組態(tài)的多組信號(hào)輸出

電動(dòng)執(zhí)行器信號(hào)輸出的多少是執(zhí)行器對(duì)其自身及閥門運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視程度高低的體現(xiàn)之一，傳統(tǒng)電動(dòng)執(zhí)行器一般是以機(jī)械微動(dòng)開關(guān)觸點(diǎn)輸出，輸出點(diǎn)數(shù)有限，且以固定形式及固定的信息定義輸出，在選型如沒明確要求，產(chǎn)品一但出廠很難再做更改，這樣不便于使用的靈活性，也不能適應(yīng)強(qiáng)大的系統(tǒng)控制要求。智能電動(dòng)執(zhí)行器必需能有更多的信號(hào)輸出點(diǎn)數(shù)，且對(duì)應(yīng)信息定義可靈活組態(tài)。

三、解決相序問題

三相電機(jī)存在著相序問題，當(dāng)三相電源相序錯(cuò)誤，控制開閥、關(guān)閥時(shí)與閥門的實(shí)際轉(zhuǎn)向相反，失控將造成電動(dòng)執(zhí)行器、閥門嚴(yán)重?fù)p壞。所以初次安裝調(diào)試時(shí)必需手動(dòng)進(jìn)行相序糾錯(cuò)，否則損壞將不可避免，但往往現(xiàn)場(chǎng)接線與調(diào)試是不同人員，常常發(fā)生沒有相序糾錯(cuò)而使設(shè)備損壞的現(xiàn)像。而智能電動(dòng)執(zhí)行器可以不必考慮相序問題，內(nèi)部電路檢測(cè)接入交流電源的相序，通過邏輯運(yùn)算實(shí)現(xiàn)自動(dòng)糾錯(cuò)，不管怎么接都能按正確的轉(zhuǎn)向工作。

四、電源缺相保護(hù)

三相電機(jī)一但缺相將會(huì)使電機(jī)損壞，傳統(tǒng)電動(dòng)執(zhí)行器一般不具備缺相保護(hù)。智能電動(dòng)執(zhí)行器對(duì)三相電源進(jìn)行檢測(cè)，能在缺相的時(shí)候及時(shí)進(jìn)行保護(hù)。需要注意的一個(gè)事實(shí)是，絕大多數(shù)的電機(jī)缺相是在電機(jī)運(yùn)行時(shí)發(fā)生的，而一般的缺相檢測(cè)只能檢測(cè)電機(jī)靜態(tài)下的缺相。但一些企業(yè)閥控生產(chǎn)的智能電動(dòng)執(zhí)行器能在動(dòng)、靜態(tài)下實(shí)時(shí)檢測(cè)缺相是否存在，一但缺相發(fā)生將及時(shí)進(jìn)行保護(hù)，通過屏幕顯示，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

五、*自診斷功能

電動(dòng)執(zhí)行器不管運(yùn)行與否，一但被接通電源時(shí)就必需能自行診斷檢測(cè)，當(dāng)診斷出故障時(shí)操作將被禁止，并通過液晶顯示屏顯示各故障報(bào)警信息，并將信號(hào)輸出給控制系統(tǒng)，這樣對(duì)設(shè)備的安全、可靠不只增加了一層保險(xiǎn)，也縮短排除故障的時(shí)間，使故障診斷實(shí)現(xiàn)智能化，這是傳統(tǒng)產(chǎn)品所不具備的功能。

六、可修改的參數(shù)設(shè)定

傳統(tǒng)電動(dòng)執(zhí)行器一般出廠后參數(shù)是不可改的，智能型電動(dòng)執(zhí)行器*改變了這種局限性，它通過內(nèi)部程序?qū)崿F(xiàn)設(shè)定，可隨時(shí)進(jìn)行參數(shù)的修改，不管是初裝還是使用過程中都可進(jìn)行修改，使得設(shè)備發(fā)揮其強(qiáng)大的靈活性。

七、非侵入隔離密封

傳統(tǒng)電動(dòng)執(zhí)行器現(xiàn)場(chǎng)操作按鈕（或旋鈕）一般采用慣通軸，所以密封性能較差，智能型電動(dòng)執(zhí)行器一般采用非侵入式設(shè)計(jì)，操作按鍵與內(nèi)部電路*隔離，使得密封問題得到*的解決。實(shí)現(xiàn)了免開蓋設(shè)定、操作、查詢。

八、現(xiàn)場(chǎng)總線控制

當(dāng)一個(gè)工廠使用更多的電動(dòng)閥門時(shí)，如何更好的實(shí)現(xiàn)集中控制并與自動(dòng)化控制系統(tǒng)相適應(yīng)，總線技術(shù)解決了這個(gè)問題，當(dāng)電動(dòng)執(zhí)行器與上位機(jī)現(xiàn)實(shí)總線控制時(shí)，可以不必再采用傳統(tǒng)的多電纜控制方式。智能電動(dòng)執(zhí)行器采用標(biāo)準(zhǔn)接口（RS485、RS232）進(jìn)行通訊，并將信號(hào)與處理器電路光電隔離，確保了電動(dòng)執(zhí)行器的安全運(yùn)行。電動(dòng)執(zhí)行器實(shí)現(xiàn)總線控制方便用戶利用計(jì)算機(jī)、組態(tài)軟件和I/O模塊來構(gòu)建經(jīng)濟(jì)的控制系統(tǒng)。