智能電動執(zhí)行機構(gòu)是自動控制系統(tǒng)中不可缺少的重要設(shè)備，廣泛應用于邯鄲鋼燒結(jié)和球團廠。智能電動執(zhí)行機構(gòu)將調(diào)節(jié)器發(fā)送的控制信號轉(zhuǎn)換為直線位移或角位移，驅(qū)動閥門、擋板等調(diào)節(jié)機構(gòu)，實現(xiàn)自動控制，廣泛應用于電力、冶金、石油、化工等工業(yè)部門的自動控制領(lǐng)域。
   開發(fā)應用
   隨著現(xiàn)代工業(yè)控制計算機管理的發(fā)展，我國儀器儀表行業(yè)綜合技術(shù)水平普遍提高，微電子技術(shù)和計算機技術(shù)廣泛應用于儀器儀表產(chǎn)品中，大部分產(chǎn)品實現(xiàn)了初步的智能化。智能電動執(zhí)行器智能控制、保護等級高、控制精度高、重量輕、穩(wěn)定性好，位置控制基本誤差±1%重復性誤差(設(shè)定行程時間)≥25s）≤1%采用全封閉一體化結(jié)構(gòu)；傳動系統(tǒng)采用螺母式，傳動穩(wěn)定，承載能力強，傳動精度高；自診斷、自調(diào)整和PID調(diào)整功能。然而，與國際先進的智能電動執(zhí)行器相比，現(xiàn)有的國內(nèi)電動執(zhí)行器仍然落后于控制模式，不能根據(jù)實際生產(chǎn)要求進行參數(shù)現(xiàn)場調(diào)整，不能形成遠程控制網(wǎng)絡，安全防爆性能遠低于氣動執(zhí)行器。
   隨著高科技技術(shù)的快速發(fā)展，國外開發(fā)了新一代智能電動執(zhí)行機構(gòu)產(chǎn)品。這些智能電動執(zhí)行功能強大、簡單可靠、先進的技術(shù)，不僅具有智能通信、智能控制、支持各種現(xiàn)場總線功能，而且獨特的雙密封系統(tǒng)和紅外非侵入設(shè)置使其可用于任何環(huán)境、防水防爆、終身可靠、調(diào)試和故障排除，實現(xiàn)智能電子集成、變頻變速定位、監(jiān)控等功能。代表世界先進水平的美國公司JORDAN公司和LIMITORQUE公司等。
   機構(gòu)特點
   智能通信技術(shù)
   智能電動執(zhí)行器利用微機技術(shù)和現(xiàn)場通信技術(shù)實現(xiàn)雙向通信PID調(diào)節(jié)、在線自動標定、自校正與自診斷等多種控制技術(shù)要求的功能。國外，以工業(yè)局域網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)的工廠自動化（FactoryAutomation）近十年來，工程技術(shù)取得了長足的發(fā)展。電動執(zhí)行器作為自動控制中的自動化儀器之一，也應具有標準的串行通信接口（如RS-232或RS-422接口等。)和特殊的局域網(wǎng)接口，為了增強其與其他控制設(shè)備之間的互聯(lián)能力，只需要一根電纜或光纜，就可以將幾臺甚至幾十臺電動執(zhí)行器要一根電纜或光纜?，F(xiàn)場總線是安裝在生產(chǎn)過程區(qū)域的現(xiàn)場設(shè)備/儀器與控制室自動控制裝置/系統(tǒng)之間的串行、數(shù)字、多點通信的數(shù)據(jù)總線。Interent現(xiàn)場總線技術(shù)的應用取代了傳統(tǒng)的4~20mA實現(xiàn)電動執(zhí)行器的遠程監(jiān)控、狀態(tài)、故障、參數(shù)信息傳輸，遠程參數(shù)化工作的完成提高了其可靠性，降低了系統(tǒng)和工程成本。主要有影響力的現(xiàn)場總線PROFIBUS，F(xiàn)F，HART，CAN等等，目前國外智能電動執(zhí)行器一般都有現(xiàn)場總線接口，我國也開發(fā)了一些帶現(xiàn)場總線接口的智能執(zhí)行器。
   機電一體化
   電子電路的高度集成、單片機的使用和一些功能強大的模塊的使用使電動執(zhí)行器的體積越來越小，并向小型化和輕型化發(fā)展。目前，智能電動執(zhí)行器一般將整個控制電路安裝在現(xiàn)場儀器中，并將伺服電機和現(xiàn)場儀器控制器安裝在一起。電動執(zhí)行器的集成簡化了執(zhí)行器的安裝和調(diào)試；將整個控制電路安裝在現(xiàn)場儀器中，減少了信號傳輸中泄漏和干擾對系統(tǒng)的影響，提高了系統(tǒng)的可靠性。
   新型智能電動執(zhí)行機構(gòu)將伺服放大器與執(zhí)行機構(gòu)相結(jié)合，驅(qū)動電路應用功能強大，結(jié)構(gòu)簡單，控制性能好。
   數(shù)字化、智能化
   智能化是所有工業(yè)控制設(shè)備的流行趨勢。低成本單片機和新型高速微處理器將完全取代基于模擬電子設(shè)備的電動執(zhí)行器的控制單元，從而實現(xiàn)完全數(shù)字化的控制系統(tǒng)。全數(shù)字化的實現(xiàn)將原始硬件控制轉(zhuǎn)化為軟件控制，使現(xiàn)代控制理論的先進算法（如最佳控制、人工智能、模糊控制、神經(jīng)元網(wǎng)絡等）能夠應用于電動執(zhí)行器，以提高控制性能。傳統(tǒng)的電動執(zhí)行器通常被視為線性系統(tǒng)，但事實上，大多數(shù)執(zhí)行器參數(shù)在運行過程中會發(fā)生顯著變化。應用參數(shù)調(diào)整和模型識別自適應控制將大大提高電動執(zhí)行器的控制性能。更先進的控制策略有利于解決電機慣性問題，實現(xiàn)準確定位，提高控制精度。Nucom電動執(zhí)行器采用先進的電動制動技術(shù)，控制精度可達1/250，是國內(nèi)普通型DKZ及DKJ電動執(zhí)行器的控制精度一般為2.5/100。
   與氣動和液動執(zhí)行器相比，接線簡單、功能強大、使用可靠的智能電動執(zhí)行器將繼續(xù)擴大應用范圍。
   工作原理
   以奧地利SCHIEBEL以智能電氣執(zhí)行機構(gòu)為例，其電氣控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。整個系統(tǒng)由專用可編程控制器、電子行程、電子扭矩、電機驅(qū)動模塊、功率擴展模塊、人機界面（HMI）、紅外控制器、手動操作電路等。特殊的可編程控制器是整個控制系統(tǒng)的核心，它接收各種信號，并在邏輯處理后做出反應，決定是否驅(qū)動和如何驅(qū)動電機，并向用戶反饋各種狀態(tài)信號。

圖1 電動執(zhí)行機構(gòu)效果圖

   控制器以RISC以微處理器為核心CSC控制器具備強大的功能，可完成模擬輸入、編碼器信號的高速采集、內(nèi)置PROFIBUS通信協(xié)議等特殊功能。用于控制電動執(zhí)行機構(gòu)的開關(guān)、現(xiàn)場/遠程控制和故障診斷報警。采用通用編程語言，加強了控制系統(tǒng)軟件的可移植性和可擴展性。

圖2 電氣控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的智能電動執(zhí)行機構(gòu)

   人機界面（HMI）
   智能電動執(zhí)行機構(gòu)人機界面（HMI）由一塊128×64點陣液晶顯示模塊、6個磁控開關(guān)和紅外接收器。整個人機界面通過RS485接口和專用可編程序控制器進行通信，可把輸入指令傳遞到專用可編程序控制器，并在液晶顯示模塊上顯示相應的狀態(tài)和提示信息。人機界面也具備二次開發(fā)的功能，采用一個小型的組態(tài)軟件，在計算機上繪制好各種狀態(tài)頁面，然后下載到人機界面中，具有直觀、靈活的特點。
   電子力矩
   電子扭矩的實現(xiàn)采用了電阻應變原理。在蝸桿上連接一個帶有4個電阻應變片的彈性變形體。輸出扭矩的大小反映了彈性變形體的變形量，電阻應變片的電阻值也相應地發(fā)生了變化。為了反映開關(guān)扭矩的變化，設(shè)計采用雙向推拉結(jié)構(gòu)，電子扭矩輸出不受力DC5V電壓，開向受力時輸出DC5～10V，輸出關(guān)向受力DC0～5V。電子力矩直接實時測量，線性度和精度可達1%以內(nèi)，遠高于相關(guān)標準規(guī)定的7%。
   電子行程
   電子行程是實現(xiàn)智能電動執(zhí)行機構(gòu)非侵入調(diào)試的關(guān)鍵部件，就像電子扭矩一樣。電位器通常用于國內(nèi)類似的產(chǎn)品。高精度塑料導電電位器將執(zhí)行機構(gòu)輸出軸的機械變化轉(zhuǎn)換為電信號，輸入控制器，參與執(zhí)行機構(gòu)的調(diào)整和控制。同時，信號也轉(zhuǎn)換為閥位移開啟度，通過顯示板顯示閥開啟度百分比。雖然結(jié)構(gòu)簡單，但電動執(zhí)行機構(gòu)運行一段時間后，各部件/部件由于工作頻率和負載條件，位置反饋接觸不良、定位精度差、穩(wěn)定性下降、效率顯著降低、故障率逐漸增加，給操作人員帶來諸多不便，甚至嚴重影響生產(chǎn)的正常調(diào)整和控制。使用絕對編碼器可以有效地避免這個問題，確保輸出代碼和機械位置的一致性。輸出格雷代碼（GrayCode，簡稱G代碼)是典型的循環(huán)代碼，相鄰的兩組代碼只有一個代碼不同，而且是循環(huán)的。
   電機驅(qū)動模塊
   CMR用于驅(qū)動各種閥門的電動執(zhí)行種閥門的電動執(zhí)行機構(gòu)的控制要求。CMR將系統(tǒng)控制模塊設(shè)計成集成在執(zhí)行機構(gòu)中的系統(tǒng)控制模塊，附加執(zhí)行機構(gòu)控制器可以滿足定位元件的控制要求。通過執(zhí)行機構(gòu)的控制功能CMR設(shè)置，不需要更改接線，也不需要在項目開始時確定相關(guān)接線。通過邏輯板PAL(可編程控制器邏輯)DIP開關(guān)設(shè)置快速方便地實現(xiàn)了功能設(shè)置。監(jiān)控功能和狀態(tài)顯示使啟動更容易，可以優(yōu)化日常維護，從而確保執(zhí)行機構(gòu)的可靠行動。具有電機控制、相位順序控制、相位丟失控制、行程止損和扭矩止損特性設(shè)置、功能監(jiān)控、信號發(fā)送、故障選擇狀態(tài)、自診斷等功能。
   軟件設(shè)計
   要實現(xiàn)智能電動執(zhí)行機構(gòu)的開關(guān)、現(xiàn)場/遠程控制和故障報警的管理和控制，關(guān)鍵在于專用可編程控制器的程序設(shè)計，直接關(guān)系到電動執(zhí)行機構(gòu)開關(guān)的準確性和實時性。專用可編程控制器采用編程軟件編程，整個程序由主程序和多個子程序組成。輸入可編程控制器的信號包括上位機的操作命令和現(xiàn)場電動執(zhí)行機構(gòu)的信號。操作人員可以在現(xiàn)場或監(jiān)控室控制電動執(zhí)行機構(gòu)。通過程序的不斷掃描，實現(xiàn)電動執(zhí)行機構(gòu)的開關(guān)控制和電源故障、電機過熱、扭矩故障和機械故障的報警功能?？删幊炭刂破魍ㄟ^RS485接口通過人機界面與人機界面通信（HMI）反饋設(shè)備狀態(tài)和紅外控制器的操作信號。該系統(tǒng)還設(shè)置了追逐和查詢歷史數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)查詢系統(tǒng)，便于維護。

圖3

   結(jié)束語
   電力電子技術(shù)、計算機技術(shù)和通信技術(shù)的快速發(fā)展將促進電動執(zhí)行器的快速發(fā)展：機電一體化將取代分裂結(jié)構(gòu)；智能通信取代模擬信號通信；控制精度越來越高，使用環(huán)境越來越廣泛。功能更強、可靠性更高的智能電動執(zhí)行器必須能夠滿足自動控制不斷發(fā)展的要求。
   參考文獻
   [1]王曉明，孫大為.開發(fā)智能閥電動執(zhí)行機構(gòu)控制器.2008年(1)管道技術(shù)和設(shè)備
   [2]高天云，史家林.RK-Z系列智能電動執(zhí)行機構(gòu)的特點及應用.2004(1)自動化儀器儀表
   [3]張士文祝榮榮.智能閥電動執(zhí)行機構(gòu)控制器的設(shè)計.2005(4)工業(yè)儀表及自動化裝置
   [4]龍得云、彭孟成、張鞍山.執(zhí)行器的理論研究與實踐.2004(15)中國儀器儀表
   鄒祥瑞.電子變頻電動執(zhí)行器及其應用.2006、27(1)自動化儀表
   [6]譚愛紅.現(xiàn)場總線技術(shù)在電動執(zhí)行機構(gòu)中的應用.2004年33(5)機電工程技術(shù)
   [7]麻貴峰，楊國田執(zhí)行器智能控制初探.2004年25(1)自動化儀表