智能电动执行机构是自动控制系统中不可缺少的重要设备，广泛应用于邯郸钢烧结和球团厂。智能电动执行机构将调节器发送的控制信号转换为直线位移或角位移，驱动阀门、挡板等调节机构，实现自动控制，广泛应用于电力、冶金、石油、化工等工业部门的自动控制领域。
开发应用
随着现代工业控制计算机管理的发展，我国仪器仪表行业综合技术水平普遍提高，微电子技术和计算机技术广泛应用于仪器仪表产品中，大部分产品实现了初步的智能化。智能电动执行器智能控制、保护等级高、控制精度高、重量轻、稳定性好，位置控制基本误差±1%重复性误差(设定行程时间)≥25s）≤1%采用全封闭一体化结构；传动系统采用螺母式，传动稳定，承载能力强，传动精度高；自诊断、自调整和PID调整功能。然而，与国际先进的智能电动执行器相比，现有的国内电动执行器仍然落后于控制模式，不能根据实际生产要求进行参数现场调整，不能形成远程控制网络，安全防爆性能远低于气动执行器。
随着高科技技术的快速发展，国外开发了新一代智能电动执行机构产品。这些智能电动执行功能强大、简单可靠、先进的技术，不仅具有智能通信、智能控制、支持各种现场总线功能，而且独特的双密封系统和红外非侵入设置使其可用于任何环境、防水防爆、终身可靠、调试和故障排除，实现智能电子集成、变频变速定位、监控等功能。代表世界先进水平的美国公司JORDAN公司和LIMITORQUE公司等。
机构特点
智能通信技术
智能电动执行器利用微机技术和现场通信技术实现双向通信PID调节、在线自动标定、自校正与自诊断等多种控制技术要求的功能。国外，以工业局域网技术为基础的工厂自动化（FactoryAutomation）近十年来，工程技术取得了长足的发展。电动执行器作为自动控制中的自动化仪器之一，也应具有标准的串行通信接口（如RS-232或RS-422接口等。)和特殊的局域网接口，为了增强其与其他控制设备之间的互联能力，只需要一根电缆或光缆，就可以将几台甚至几十台电动执行器要一根电缆或光缆。现场总线是安装在生产过程区域的现场设备/仪器与控制室自动控制装置/系统之间的串行、数字、多点通信的数据总线。Interent现场总线技术的应用取代了传统的4~20mA实现电动执行器的远程监控、状态、故障、参数信息传输，远程参数化工作的完成提高了其可靠性，降低了系统和工程成本。主要有影响力的现场总线PROFIBUS，FF，HART，CAN等等，目前国外智能电动执行器一般都有现场总线接口，我国也开发了一些带现场总线接口的智能执行器。
机电一体化
电子电路的高度集成、单片机的使用和一些功能强大的模块的使用使电动执行器的体积越来越小，并向小型化和轻型化发展。目前，智能电动执行器一般将整个控制电路安装在现场仪器中，并将伺服电机和现场仪器控制器安装在一起。电动执行器的集成简化了执行器的安装和调试；将整个控制电路安装在现场仪器中，减少了信号传输中泄漏和干扰对系统的影响，提高了系统的可靠性。
新型智能电动执行机构将伺服放大器与执行机构相结合，驱动电路应用功能强大，结构简单，控制性能好。
数字化、智能化
智能化是所有工业控制设备的流行趋势。低成本单片机和新型高速微处理器将完全取代基于模拟电子设备的电动执行器的控制单元，从而实现完全数字化的控制系统。全数字化的实现将原始硬件控制转化为软件控制，使现代控制理论的先进算法（如最佳控制、人工智能、模糊控制、神经元网络等）能够应用于电动执行器，以提高控制性能。传统的电动执行器通常被视为线性系统，但事实上，大多数执行器参数在运行过程中会发生显著变化。应用参数调整和模型识别自适应控制将大大提高电动执行器的控制性能。更先进的控制策略有利于解决电机惯性问题，实现准确定位，提高控制精度。Nucom电动执行器采用先进的电动制动技术，控制精度可达1/250，是国内普通型DKZ及DKJ电动执行器的控制精度一般为2.5/100。
与气动和液动执行器相比，接线简单、功能强大、使用可靠的智能电动执行器将继续扩大应用范围。
工作原理
以奥地利SCHIEBEL以智能电气执行机构为例，其电气控制系统结构如图2所示。整个系统由专用可编程控制器、电子行程、电子扭矩、电机驱动模块、功率扩展模块、人机界面（HMI）、红外控制器、手动操作电路等。特殊的可编程控制器是整个控制系统的核心，它接收各种信号，并在逻辑处理后做出反应，决定是否驱动和如何驱动电机，并向用户反馈各种状态信号。
图1 电动执行机构效果图
控制器以RISC以微处理器为核心CSC控制器具备强大的功能，可完成模拟输入、编码器信号的高速采集、内置PROFIBUS通信协议等特殊功能。用于控制电动执行机构的开关、现场/远程控制和故障诊断报警。采用通用编程语言，加强了控制系统软件的可移植性和可扩展性。
图2 电气控制系统结构的智能电动执行机构
人机界面（HMI）
智能电动执行机构人机界面（HMI）由一块128×64点阵液晶显示模块、6个磁控开关和红外接收器。整个人机界面通过RS485接口和专用可编程序控制器进行通信，可把输入指令传递到专用可编程序控制器，并在液晶显示模块上显示相应的状态和提示信息。人机界面也具备二次开发的功能，采用一个小型的组态软件，在计算机上绘制好各种状态页面，然后下载到人机界面中，具有直观、灵活的特点。
电子力矩
电子扭矩的实现采用了电阻应变原理。在蜗杆上连接一个带有4个电阻应变片的弹性变形体。输出扭矩的大小反映了弹性变形体的变形量，电阻应变片的电阻值也相应地发生了变化。为了反映开关扭矩的变化，设计采用双向推拉结构，电子扭矩输出不受力DC5V电压，开向受力时输出DC5～10V，输出关向受力DC0～5V。电子力矩直接实时测量，线性度和精度可达1%以内，远高于相关标准规定的7%。
电子行程
电子行程是实现智能电动执行机构非侵入调试的关键部件，就像电子扭矩一样。电位器通常用于国内类似的产品。高精度塑料导电电位器将执行机构输出轴的机械变化转换为电信号，输入控制器，参与执行机构的调整和控制。同时，信号也转换为阀位移开启度，通过显示板显示阀开启度百分比。虽然结构简单，但电动执行机构运行一段时间后，各部件/部件由于工作频率和负载条件，位置反馈接触不良、定位精度差、稳定性下降、效率显著降低、故障率逐渐增加，给操作人员带来诸多不便，甚至严重影响生产的正常调整和控制。使用绝对编码器可以有效地避免这个问题，确保输出代码和机械位置的一致性。输出格雷代码（GrayCode，简称G代码)是典型的循环代码，相邻的两组代码只有一个代码不同，而且是循环的。
电机驱动模块
CMR用于驱动各种阀门的电动执行种阀门的电动执行机构的控制要求。CMR将系统控制模块设计成集成在执行机构中的系统控制模块，附加执行机构控制器可以满足定位元件的控制要求。通过执行机构的控制功能CMR设置，不需要更改接线，也不需要在项目开始时确定相关接线。通过逻辑板PAL(可编程控制器逻辑)DIP开关设置快速方便地实现了功能设置。监控功能和状态显示使启动更容易，可以优化日常维护，从而确保执行机构的可靠行动。具有电机控制、相位顺序控制、相位丢失控制、行程止损和扭矩止损特性设置、功能监控、信号发送、故障选择状态、自诊断等功能。
软件设计
要实现智能电动执行机构的开关、现场/远程控制和故障报警的管理和控制，关键在于专用可编程控制器的程序设计，直接关系到电动执行机构开关的准确性和实时性。专用可编程控制器采用编程软件编程，整个程序由主程序和多个子程序组成。输入可编程控制器的信号包括上位机的操作命令和现场电动执行机构的信号。操作人员可以在现场或监控室控制电动执行机构。通过程序的不断扫描，实现电动执行机构的开关控制和电源故障、电机过热、扭矩故障和机械故障的报警功能。可编程控制器通过RS485接口通过人机界面与人机界面通信（HMI）反馈设备状态和红外控制器的操作信号。该系统还设置了追逐和查询历史数据的数据查询系统，便于维护。
图3
结束语
电力电子技术、计算机技术和通信技术的快速发展将促进电动执行器的快速发展：机电一体化将取代分裂结构；智能通信取代模拟信号通信；控制精度越来越高，使用环境越来越广泛。功能更强、可靠性更高的智能电动执行器必须能够满足自动控制不断发展的要求。
参考文献
[1]王晓明，孙大为.开发智能阀电动执行机构控制器.2008年(1)管道技术和设备
[2]高天云，史家林.RK-Z系列智能电动执行机构的特点及应用.2004(1)自动化仪器仪表
[3]张士文祝荣荣.智能阀电动执行机构控制器的设计.2005(4)工业仪表及自动化装置
[4]龙得云、彭孟成、张鞍山.执行器的理论研究与实践.2004(15)中国仪器仪表
邹祥瑞.电子变频电动执行器及其应用.2006、27(1)自动化仪表
[6]谭爱红.现场总线技术在电动执行机构中的应用.2004年33(5)机电工程技术
[7]麻贵峰，杨国田执行器智能控制初探.2004年25(1)自动化仪表
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