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(chǎn)工藝過程要求其連續(xù)性、快速性和協(xié)調(diào)性，特別是對物料流、氣流的實時工況和協(xié)調(diào)關(guān)系,必須及時地監(jiān)視和控制，并實時調(diào)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(fēng)、熱風(fēng)、一次風(fēng)、二次風(fēng)、三次風(fēng)、磨機進出口風(fēng)、循環(huán)風(fēng)等，它們之間的協(xié)調(diào)關(guān)系更顯得重要。實施相互協(xié)調(diào)的機構(gòu)在干法水泥工藝過程是執(zhí)行器，它主要由調(diào)節(jié)閥和執(zhí)行機構(gòu)組成，另外根據(jù)需要也可再配閥門定位器和手輪機構(gòu)。調(diào)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(chǎn)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(chǎn)過程自動化中起十分重要作用，常被稱為實現(xiàn)生產(chǎn)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(biāo)準(zhǔn)信號（模擬量或數(shù)字量），并將此信號變成相對應(yīng)的機械位移（轉(zhuǎn)角，直線或多轉(zhuǎn)）, 來自動改變操作變量（操作閥、風(fēng)門、檔板的開度等），以達到對被調(diào)參數(shù)（溫度、壓力、流量、物位等）實現(xiàn)自動或手動調(diào)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(dāng)，使生產(chǎn)不能正常進行，不得不停產(chǎn)重新更換電動執(zhí)行器。

二.關(guān)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(yuǎn)距離傳輸信號，電纜鋪設(shè)比氣管和液體管道鋪設(shè)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(yīng)采用電子信息新技術(shù)。當(dāng)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(diào)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(diào)節(jié)流量的，筆者認(rèn)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(shè)置氣管；
另外氣動閥門和元件還比較嬌氣，結(jié)構(gòu)也相應(yīng)復(fù)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(dāng)前在水泥廠使用的電動執(zhí)行器有國產(chǎn)的、全引進的、也有引進技術(shù)在國內(nèi)組裝的，不管是國內(nèi)還是國外的，電動執(zhí)行器多是按輸出方式、安裝方式和調(diào)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(zhuǎn)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(diào)節(jié)常選用直行程執(zhí)行器；
（3）多轉(zhuǎn)式-輸出力矩和超過3600的多圈轉(zhuǎn)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(lán)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(chǔ)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(diào)節(jié)方式分為三種：
（1）比例調(diào)節(jié)型-執(zhí)行器接收計算機控制系統(tǒng)（或調(diào)節(jié)器、操作器）輸出的4~20mA的信號，執(zhí)行器輸出軸轉(zhuǎn)角或位移與此信號成比例關(guān)系，自動完成調(diào)節(jié)任務(wù)；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(yuǎn)控型-執(zhí)行器接收開關(guān)信號，執(zhí)行器的輸出軸可控制在任意位置；
（3）開關(guān)型-也稱二位式，它接收開關(guān)信號，執(zhí)行器的輸出軸只能控制在開和關(guān)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(diào)節(jié)型-執(zhí)行器接收脈沖信號，并通過PWM或PFM兩種脈沖調(diào)制器控制執(zhí)行機構(gòu)的動作。有些執(zhí)行器的制造商如SIPAI，H&B等公司生產(chǎn)的SIPOS MME等執(zhí)行器，電機用變頻器驅(qū)動，其電機速度和負(fù)載就不受電源電壓的影響，產(chǎn)品應(yīng)用面寬，備品少。
     我們在設(shè)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(diào)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(chǎn)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(chǎn)品，執(zhí)行器主要由伺服放大器和執(zhí)行機構(gòu)兩部分組成，接受來自調(diào)節(jié)單元、變送單元或手操器輸出的標(biāo)準(zhǔn)模擬信號，將其轉(zhuǎn)換成與之相對應(yīng)的機械位移輸出。
     雖然DKJ電動執(zhí)行器還在應(yīng)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(chǎn)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(guān)（有些DKJ電動執(zhí)行器已加裝了限位開關(guān)作為行程開關(guān)，但可靠性差），雖然電動機能堵轉(zhuǎn)，但其轉(zhuǎn)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(shù)指標(biāo)較落后，如工作死區(qū)、基本誤差、回差等比一些引進產(chǎn)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(dāng)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(nèi)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(shù)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(shù)指標(biāo)、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(nèi)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(shù)將伺服放大器和執(zhí)行機構(gòu)合為一體，不僅實現(xiàn)了雙向通信、PID調(diào)節(jié)、在線自校正與自診斷等多種控制技術(shù)要求的功能，還增設(shè)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(yuǎn)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(nèi)有些水泥廠使用引進的SIPOS 、MME、IQ等系列電動執(zhí)行器，國內(nèi)如天津津達公司、上海上自十一廠生產(chǎn)的JD、IKZL等系列電動執(zhí)行器應(yīng)屬于智能電動執(zhí)行器。這些智能電動執(zhí)行器在技術(shù)功能和性能指標(biāo)上還有差異，但它們有共同的特點：
1．在機械結(jié)構(gòu)上采用了新型結(jié)構(gòu)部件，如減速器c采用新穎傳動結(jié)構(gòu)，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(shù)和新方法，如有的采用霍爾傳感器，如H&B公司生產(chǎn)的 MM系列電動執(zhí)行器，它直接感應(yīng)閥桿的縱向或旋轉(zhuǎn)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(dǎo)電材質(zhì)做成的電阻簿片，如津達公司JD 系列；有的采用磁阻效應(yīng)的非接觸式旋轉(zhuǎn)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(shù)。
2．各種保護功能齊全、使用方便、具有自診斷、自調(diào)整等功能，有的現(xiàn)場總線型執(zhí)行器還增加了PI調(diào)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(shù)，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(diào)節(jié)中采用電制動和斷續(xù)調(diào)節(jié)技術(shù)，對具有自鎖功能的執(zhí)行機構(gòu)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(diào)試技術(shù)，逐步取代接觸式手動調(diào)試技術(shù)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(shè)定器，運用紅外遙感技術(shù)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(guān)及對執(zhí)行器各種參數(shù)的設(shè)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(diào)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(diào)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(shè)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(shè)備連接的執(zhí)行機構(gòu)，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(shù)、通信技術(shù)、自動化儀表技術(shù)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(jié)構(gòu)逐步取代組合式結(jié)構(gòu)；智能化控制技術(shù)逐步取代純電子控制技術(shù)；帶通信技術(shù)的逐步取代不帶通信技術(shù)；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(shù)逐步取代純電子控制技術(shù)；運用紅外遙控的非接觸調(diào)試技術(shù)，逐步取代接觸式手動調(diào)試技術(shù)等。
    當(dāng)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(chǎn)品將在水泥工業(yè)中更普遍應(yīng)用。