水泥行業(yè)電動執(zhí)行器的選型及發(fā)展趨勢

一. 概述
     大型水泥干法生產工藝過程要求其連續(xù)性、快速性和協(xié)調性，特別是對物料流、氣流的實時工況和協(xié)調關系,必須及時地監(jiān)視和控制，并實時調整工藝參數(shù)的擾動。工藝過程的物料流有原燃料和中間成品，氣流包括冷風、熱風、一次風、二次風、三次風、磨機進出口風、循環(huán)風等，它們之間的協(xié)調關系更顯得重要。實施相互協(xié)調的機構在干法水泥工藝過程是執(zhí)行器，它主要由調節(jié)閥和執(zhí)行機構組成，另外根據(jù)需要也可再配閥門定位器和手輪機構。調節(jié)閥在水泥廠以蝶閥為主，也有用于分料的二位和三位閥，它和與其連接的電動推桿由電動執(zhí)行器來改變操作變量。據(jù)不完全的統(tǒng)計一個典型的5000~5500t/d的單條水泥生產線，閥門數(shù)量約為80個，其中電動控制閥門為75臺左右。故執(zhí)行器在水泥生產過程自動化中起十分重要作用，常被稱為實現(xiàn)生產過程自動化的“手足”。 
      電動執(zhí)行器是以電能為動力，接受控制系統(tǒng)發(fā)出的標準信號（模擬量或數(shù)字量），并將此信號變成相對應的機械位移（轉角，直線或多轉）, 來自動改變操作變量（操作閥、風門、檔板的開度等），以達到對被調參數(shù)（溫度、壓力、流量、物位等）實現(xiàn)自動或手動調節(jié)的目的，故電動執(zhí)行器對水泥工藝過程的安全、可靠的運行有很大的影響，許多水泥廠的實踐證明，由于電動執(zhí)行器選型不當，使生產不能正常進行，不得不停產重新更換電動執(zhí)行器。

二.關于電動執(zhí)行器選型
     電動執(zhí)行器主要用于鋼鐵、電力、建材、供熱、輕工和水處理等企業(yè)，相對于化工、石化行業(yè)使用的氣動、液動執(zhí)行器而言主要有三點優(yōu)勢：
（1）無需特殊氣源和氣動三大件,即使電源失電時，也能保持原執(zhí)行位置；
（2）可遠距離傳輸信號，電纜鋪設比氣管和液體管道鋪設方便，且便于線路檢查；
（3）與工廠控制系統(tǒng)連接方便簡潔，更適應采用電子信息新技術。當今水泥廠極大多數(shù)選用電動執(zhí)行器，近來有些水泥廠在庫的流量調節(jié)中采用了BMH配套的PS2氣電定位器，它是由電信號控制氣動執(zhí)行器來調節(jié)流量的，筆者認為這種形式的氣電定位器盡管控制簡單，但需配特殊氣源，為此另需要設置氣管；
另外氣動閥門和元件還比較嬌氣，結構也相應復雜，故沒有必要由它替代電動執(zhí)行器，電動執(zhí)行器運行更可靠，安全。
       當前在水泥廠使用的電動執(zhí)行器有國產的、全引進的、也有引進技術在國內組裝的，不管是國內還是國外的，電動執(zhí)行器多是按輸出方式、安裝方式和調節(jié)方式分類，
按輸出方式分為三種：
（1）角行程-輸出力矩和900轉角，水泥廠在主工藝線大多選用角行程的執(zhí)行器；
（2）直行程-輸出推力拉力和直線位移，在輔助工藝線上如增濕塔水泵站回水流量的調節(jié)常選用直行程執(zhí)行器；
（3）多轉式-輸出力矩和超過3600的多圈轉動，此類在水泥廠幾乎不用。
按安裝方式又可分為二種：
（1）直聯(lián)式-通過執(zhí)行器輸出法藍與閥門直接連接，這樣執(zhí)行器可直接安裝在管道上，目前新上的水泥廠大多采用此種形式；（2）底座式-執(zhí)行器通過杠桿與閥門連接，此時執(zhí)行器需要安裝在一個基礎座上，它僅用于角行程，一些老水泥廠還是采用此種形式。
按調節(jié)方式分為三種：
（1）比例調節(jié)型-執(zhí)行器接收計算機控制系統(tǒng)（或調節(jié)器、操作器）輸出的4~20mA的信號，執(zhí)行器輸出軸轉角或位移與此信號成比例關系，自動完成調節(jié)任務；現(xiàn)今在水泥廠使用的大多是整體式，即執(zhí)行器與位置定位器組裝成一體，整體現(xiàn)場安裝使用；
（2）遠控型-執(zhí)行器接收開關信號，執(zhí)行器的輸出軸可控制在任意位置；
（3）開關型-也稱二位式，它接收開關信號，執(zhí)行器的輸出軸只能控制在開和關的兩個極限位置，水泥廠在流程中兩位閥，可采用此種形式；（4）積分調節(jié)型-執(zhí)行器接收脈沖信號，并通過PWM或PFM兩種脈沖調制器控制執(zhí)行機構的動作。有些執(zhí)行器的制造商如SIPAI，H&B等公司生產的SIPOS MME等執(zhí)行器，電機用變頻器驅動，其電機速度和負載就不受電源電壓的影響，產品應用面寬，備品少。
     我們在設計選型要由工藝確定最大輸出力矩、行程的要求確定型式和規(guī)格，由工藝布置確定安裝方式，并根據(jù)所供電源和控制信號選擇執(zhí)行器的電源和控制調節(jié)方式。
    九十年代前水泥廠選用的電動執(zhí)行器，主要是國產DKJ或ZKJ角行程電動執(zhí)行器，它是DDZ-Ⅲ型或Ⅱ型電動組合儀表中的執(zhí)行單元，是傳統(tǒng)電動執(zhí)行器的典型產品，執(zhí)行器主要由伺服放大器和執(zhí)行機構兩部分組成，接受來自調節(jié)單元、變送單元或手操器輸出的標準模擬信號，將其轉換成與之相對應的機械位移輸出。
     雖然DKJ電動執(zhí)行器還在應用，但由于它存在的不足和水泥廠使用的情況來看，在大型干法水泥廠的主工藝流程一些重要的閥門，建議不采用它，因為它主要有以下幾方面問題：
（1）產品規(guī)格品種較單一，且只有一種位移速度；
（2）沒有力矩保護和行程開關（有些DKJ電動執(zhí)行器已加裝了限位開關作為行程開關，但可靠性差），雖然電動機能堵轉，但其轉矩一直施加在閥門上，使閥門容易受損而減少使用壽命；
（3）主要參數(shù)技術指標較落后，如工作死區(qū)、基本誤差、回差等比一些引進產品差得多；
（4）制動器易磨損，電容擊穿問題也較大，平均故障間隔時間（MTBF）僅約10000小時；
（5）在機械上不能自鎖，增加了對制動器的可靠性要求。當然為節(jié)省投資，一些不在主流程的且力矩又較小的閥門還是可選用的。
除DKJ電動執(zhí)行器外，在國內水泥廠用的還有天津津達執(zhí)行器公司的JD系列電動執(zhí)行器，上海自動化儀表十一廠的IKZL電動執(zhí)行器，天津儀表七廠引進法國伯納德（BANADY）技術的AS，BS，RS系列電動執(zhí)行器，重慶川儀十廠引進德國H&B公司的MOE700/MME800系列電動執(zhí)行器，還有引進的SIEMENS POSITIONER公司的SIPOS系列電動執(zhí)行器，德國AUMA系列，英國ROTORK公司的IQ 系列電動執(zhí)行器等。水泥廠可根據(jù)其安裝位置、主要參數(shù)技術指標、控制保護功能、減速器、電動機的性能、位置發(fā)送器的可靠性及性能價格比擇優(yōu)選用。
 
三.智能電動執(zhí)行器
     近年來，電動執(zhí)行器獲得了快速的發(fā)展，國內外一些廠商相繼推出帶現(xiàn)場總線通信協(xié)議的智能電動執(zhí)行器。新型智能電動執(zhí)行器利用微機和現(xiàn)場總線通信技術將伺服放大器和執(zhí)行機構合為一體，不僅實現(xiàn)了雙向通信、PID調節(jié)、在線自校正與自診斷等多種控制技術要求的功能，還增設了行程保護、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)場操作和遠方操作，完成手動操作及手動/自動之間無擾動切換。這幾年國內有些水泥廠使用引進的SIPOS 、MME、IQ等系列電動執(zhí)行器，國內如天津津達公司、上海上自十一廠生產的JD、IKZL等系列電動執(zhí)行器應屬于智能電動執(zhí)行器。這些智能電動執(zhí)行器在技術功能和性能指標上還有差異，但它們有共同的特點：
1．在機械結構上采用了新型結構部件，如減速器c采用新穎傳動結構，運行平穩(wěn)，傳動效率高，無爬行，摩擦小。位置發(fā)送器采用新技術和新方法，如有的采用霍爾傳感器，如H&B公司生產的 MM系列電動執(zhí)行器，它直接感應閥桿的縱向或旋轉動作，實現(xiàn)了非接觸式定位檢測；有的采用特殊電位器，電位器中裝有球軸承和特殊導電材質做成的電阻簿片，如津達公司JD 系列；有的采用磁阻效應的非接觸式旋轉角度傳感器。位置定位器也即伺服放大器均采用微處理器系統(tǒng)，所有控制功能可通過編程實現(xiàn)；有的伺服放大器中還采用了變頻技術。
2．各種保護功能齊全、使用方便、具有自診斷、自調整等功能，有的現(xiàn)場總線型執(zhí)行器還增加了PI調節(jié)功能，可直接接受變送器來的信號。
3．采用先進微機和數(shù)字顯示技術，以智能伺服放大器替代傳統(tǒng)的伺服放大器，以數(shù)字式操作器取代原有的模擬指針式操作器，解決了數(shù)字顯示跳動頻繁而造成人眼疲勞的問題。
4．在調節(jié)中采用電制動和斷續(xù)調節(jié)技術，對具有自鎖功能的執(zhí)行機構可取消機械摩擦制動器，提高了整機的可靠性。
5．有的廠家開發(fā)了運用紅外遙控的非接觸調試技術，逐步取代接觸式手動調試技術等，如天津津達執(zhí)行器公司開發(fā)的非侵入式電動執(zhí)行器，采用了JDIDL-A型智能數(shù)字定位器，它可通過手持式設定器，運用紅外遙感技術在無須打開執(zhí)行器箱蓋的情況下，通過顯示窗口就可進行人機對話，包括改變執(zhí)行器運行狀態(tài)，控制閥門開關及對執(zhí)行器各種參數(shù)的設定。水泥廠有的閥門安裝位置高，不便于人工在初始階段的手動調試，特別是廢氣處理等部門，這種智能數(shù)字定位器的開發(fā)為遙控調試創(chuàng)造了良機。圖1為天津津達執(zhí)行器公司非侵入式電動執(zhí)行器和手持式設定器的外形圖。
四．智能電動執(zhí)行器的發(fā)展趨勢

               圖1：JDIDL-A型智能電動執(zhí)行器
      電動執(zhí)行器在自動化金字塔的模型中，屬最下一層，是直接和工藝設備連接的執(zhí)行機構，對水泥工藝過程的安全、可靠的運行有很大的影響。隨著微處理技術、通信技術、自動化儀表技術的迅猛發(fā)展，智能電動執(zhí)行器將進一步發(fā)展，其趨勢可歸納為：機電一體化結構逐步取代組合式結構；智能化控制技術逐步取代純電子控制技術；帶通信技術的逐步取代不帶通信技術；數(shù)字控制方式逐步取代傳統(tǒng)的模擬控制方式；用控制技術逐步取代純電子控制技術；運用紅外遙控的非接觸調試技術，逐步取代接觸式手動調試技術等。
    當智能電動執(zhí)行器與現(xiàn)場總線連接時，它就成了現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)中的一塊儀表，這時它不僅是執(zhí)行器，還具有控制、通信等功能。
隨著水泥行業(yè)規(guī)模越來越大，并正在努力打入國際市場，智能電動執(zhí)行器及新一代的產品將在水泥工業(yè)中更普遍應用。