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北极星电力网技术频道 作者:未知 2008/4/25 17:59:59
高天云史家林摘要：本文介绍了一种新型智能电执行机构工作原理、设计思路、技术特点和新技术应用情况，突出了RK—Z系列智能电动执行机构优越性。
一、引言
电动执行机构可分为直行程和角行程两大类，它是自动控制系统中不可缺少的重要设备，其主要任务是将调节器送来的控制信号成比例的转换成直线位移或角位移去带动阀门、挡板等调节机构，以实现自动控制，因而广泛用于电力、冶金、石油、化工等工业部门的自动控制领域。
近10年来，由于广泛采用和吸收微机控制、微机械等最新成果与成熟经验，使电动执行机构得到迅速发展，现在已经广泛使用“微机＋随动系统”结构模式的微机型电动执行机构，它由微处理器完成信号传递、调节规律的综合、调节参数切换、状态指示、控制量的输出等功能，以提高调节系统的性能、使用和维护保养等方面的灵活性。
二、RK—Z系列智能电动执行机构原理及特点
2.1装置概况
针对国产电动执行机构存在的可靠性和稳定性难以保证的老大难问题，上海锐凯仪表有限公司在吸收各类电动执行机构优点的基础上，组织力量开发了新一代RK—Z系列智能电动执行机构，较好地解决了这些缺陷和不足。RK—Z系列智能电动执行机构系统构成见图1所示。来自现场的4～20mA信号(或其它类型信号)经A/D转换送至CPU进行运算处理，同时CPU与来自电动执行机构的开度信号及上、下限设定值进行比较后驱动电动机转动，经减速后推动输出轴作上、下位移或角位移，最终实现输入信号通过电动执行机构实现对阀门等设备的位移控制。另外，电动执行机构输出当前的实际位置经CPU处理及D/A转换后，以4～20mA标准信号输出。
RK—Z系列智能电动执行机构采用全封闭、一体化结构。配以单相永磁式交流同步电动机，具有体积小、重量轻、结构简单、转动惯量小、转矩大等特点。传动系统采用螺杆螺母式，具有传动平稳、承载能力强、传动精度高、有自锁能力等优点。机内传动部件采用精细加工技术，严格控制各零部件质量。执行机构出厂前加足进口高级油脂，无需保养，也不会向外泄漏。位置反馈采用航天工业专用的高精度、高可靠性、高分辨率(0.1)、长寿命导电塑料电位器。借助于独特的机械设计理念，将电位器与执行机构输出轴相连，从而精确检测到调节阀的位移，确保了位置反馈信号的真实性，克服了传统执行机构反馈信号依靠齿轮传动装置传递，因齿轮磨损而使输出轴实际位置与反馈信号的误差日趋增长的难题。限位和刹车采用逐步逼近电子技术，当接近阀门极限位置时自动减速，实现了阀门的“柔性全开”和“柔性全关”，取消了限位开关和刹车片，解决了长期以来困扰的限位开关易失灵、刹车片易“抱死”以及刹车时易产生大冲击电流烧坏电机等老大难问题。充分利用微处理器的数据处理功能使其成为真正的智能化电动执行机构。通过控制面板上的5个按键和6位超高亮度LED数码管进行人机对话、参数设定和调整，显示清晰的运行状态及多种报警信息，给调试和检修维护人员带来很大的方便。
为了提高整机可靠性，采用了可靠性设计、可靠性试验、失效分析和严格的筛选、老化等工艺措施，并最大限度的减少可动部件，使整机的MTBF值达到40000小时以上。
2.2控制软件
控制软件采用C汇编语言，为了提高程序的可靠性和可理解性，将程序设计成相对独立的子程序，有利于程序的移植和修改。控制软件的主要功能是接收来自控制中心的指令或控制器上开、关键指令；接受阀门开度反馈信号，计算后输出控制信号；向控制中心反馈信息；实时显示阀门开度；故障报警、故障处理，其程序主框图如图2所示。
2.3装置特点
(1)可接受0～10mA、4～20mA、0～5V、1～5V等多种模拟信号、输入信号的选择和正·反行程的切换以及上、下限的定位调整等，无需开盖，只需通过显示窗的触摸式按键，就可完成所有调试。
(2)具有多种控制方式：输入模拟量控制、无源开关量远程控制(内置24VDC，10mA;外置24VDC，10mA)、有源(220V，10mA交流)开关量远程控制等。
(3)采用先进的智能化技术来控制过力矩保护和超限保护，取消了需要进行复杂调整的机械式力矩开关和限位开关。
(4)可根据现场系统的需求，实现阀门全行程任意设定。
(5)频繁通断次数可达1200次/小时。
(6)防护等级：IP66。
2.4装置自诊断功能
(1)当输出轴位移到行程起始点(0)或行程终点(100)时，电动执行机构会输出无源常开常闭触点各一付，供控制系统选用。
(2)当电网电压聚降或停电时，执行机构内部控制电路会使执行结构停留在当前位置，并自动记忆此前瞬间的有关现场数据，一旦电压恢复正常，执行机构能自动恢复有关数据而继续正常工作。
(3)当机械部件发生故障卡涩，致使电机超负荷时，其输出轴会维持在原来位置上，控制电路会切断电机电源，并发出显示报警信号，同时输出无源常开触点一付(但仍保持反向运动方式)。当故障排除后，自动进入正常工作。
(4)碰到自动系统故障时，可根据生产过程要求设定阀门的全开、关闭和保持原位3种状态，省略了系统的一些联锁保护措施，使运行更放心。
(5)具有多“协议”通讯功能：根据用户要求，可设置RS—485等其它通讯“协议”，通过通讯接口，挂接到数据总线上，接收来自系统的指令、数据等，并协同工作。
三、结束语
在自动控制系统中，选择高质量的电动执行机构，对“寿命周期费用”是很重要的，如果电动执行机构选择不当或质量不过关，再完美的控制思路、高超的控制策略也难以达到预想的控制效果。为此，生产、制造和选用高可靠性的产品日益受到过程控制界的重视。RK—Z系列智能电动执行机构采用机电一体化结构，利用微机技术、电子限位、独特的机械设计理念等新技术，具有体积小、重量轻、力矩大、可靠性高、定位精度准、成本低等特点。目前已在杨树浦、崇明、南市、高桥、洛河、汇源电厂以及冶金、化工等行业运行，其以人为本的设计思路、便利的维护调整方式，得到了现场技术人员的青睐，具有良好的应用市场和前景。
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