電動執(zhí)行機構(gòu)
一、執(zhí)行機構(gòu)的由來
執(zhí)行機構(gòu),又稱執(zhí)行器,是一種自動控制領(lǐng)域的常用機電一體化設(shè)備(器件),是自動化儀表的三大組成部分(檢測設(shè)備、調(diào)節(jié)設(shè)備和執(zhí)行設(shè)備)中的執(zhí)行設(shè)備。主要是對一些設(shè)備和裝置進行自動操作,控制其開關(guān)和調(diào)節(jié),代替人工作業(yè)。按動力類型可分為氣動、液動、電動、電液動等幾類;按運動形式可分為直行程、角行程、回轉(zhuǎn)型(多轉(zhuǎn)式)等幾類。由于用電做為動力有其它幾類介質(zhì)不可比擬的優(yōu)勢,所以電動型近年來發(fā)展最快,應(yīng)用面較廣。電動型按不同標(biāo)準(zhǔn)又可分為:組合式結(jié)構(gòu)和機電一體化結(jié)構(gòu);電器控制型、電子控制型和智能控制型(帶HART、FF協(xié)議);數(shù)字型和模擬型;手動接觸調(diào)試型和紅外線遙控調(diào)試型等。它是伴隨著人們對控制性能的要求和自動控制技術(shù)的發(fā)展而迅猛發(fā)展的:
1.早期的工業(yè)領(lǐng)域,有許多的控制是手動和半自動的,在操作中人體直接接觸工業(yè)設(shè)備的危險部位和危險介質(zhì)(固、液、氣三態(tài)的多種化學(xué)物質(zhì)和輻射物質(zhì)),極易造成對人的傷害,很不安全;
2.設(shè)備壽命短、易損壞、維修量大;
3.采用半自動特別是手動控制的控制效率很低、誤差大,生產(chǎn)效率低下。
基于以上原因,執(zhí)行機構(gòu)逐漸產(chǎn)生并應(yīng)用于工業(yè)和其它控制領(lǐng)域,減少和避免了人身傷害和設(shè)備損壞,極大的提高了控制精確度和效率,同時也極大提高了生產(chǎn)效率。今年來隨著電子元器件技術(shù)、計算機技術(shù)和控制理論的飛速發(fā)展,國內(nèi)外的執(zhí)行機構(gòu)都已跨入智能控制的時代。
二、執(zhí)行機構(gòu)的英文名:ACTUATORS
三、執(zhí)行機構(gòu)的應(yīng)用領(lǐng)域
執(zhí)行機構(gòu)主要應(yīng)用在以下三大領(lǐng)域:
1.發(fā)電廠
典型應(yīng)用有:
①火電行業(yè)應(yīng)用
送風(fēng)機風(fēng)門擋板一次進風(fēng)風(fēng)門擋板 空氣預(yù)熱風(fēng)門擋板 煙氣再循環(huán) 旁路風(fēng)門擋板 二次進風(fēng)風(fēng)門擋板 主風(fēng)箱風(fēng)門擋板 燃燒器調(diào)節(jié)桿 燃燒器搖擺驅(qū)動器 液壓推桿驅(qū)動器 葉輪機調(diào)速 煙氣調(diào)節(jié)閥蒸氣調(diào)節(jié)閥 球閥和蝶閥控制 滑動門 閘門
②其它電力行業(yè)的閥門執(zhí)行器應(yīng)用
球閥除塵控制噴水 葉輪機轉(zhuǎn)速控制 控制大型液壓閥 燃?xì)饪刂崎y 燃燒器點火啟動 蒸氣控制閥 冷凝水再循環(huán), 脫氧機,鍋爐給水,過熱控制器,再加熱恒溫控制器,及其它相關(guān)閥門應(yīng)用
2.過程控制
用于化工、石化、模具、食品、醫(yī)藥、包裝等行業(yè)的生產(chǎn)過程控制,按照既定的邏輯指令或電腦程序?qū)﹂y門、刀具、管道、擋板、滑槽、平臺等進行精確的定位、起停、開合、回轉(zhuǎn),利用系統(tǒng)檢測出的溫度、壓力、流量、尺寸、輻射、亮度、色度、粗糙度、密度等實時參數(shù)對系統(tǒng)進行調(diào)整,從而實現(xiàn)間歇、連續(xù)和循環(huán)的加工過程的控制。
3.工業(yè)自動化
用于較為廣泛的航空、航天、軍工、機械、冶金、開采、交通、建材等方面,對各類自動化設(shè)備和系統(tǒng)的運動點(運動部件)進行各種形式的調(diào)節(jié)和控制。
過程控制和工業(yè)自動化方面的主要應(yīng)用舉例如下:
① 在硫礦生產(chǎn)中的應(yīng)用
注水流量控制球閥和碟閥控制
②碳酸鉀管道閥門執(zhí)行器的應(yīng)用
滑動門分流器 閘門 球閥和蝶閥 球型控制閥
③水處理閥門執(zhí)行器的應(yīng)用
液流流量控制調(diào)壓閥壓力控制 酸溶液流量控制
④石灰石/水泥廠閥門執(zhí)行器的應(yīng)用
球或蝶閥控制處理干水泥,石膏,或液體 送風(fēng)和引風(fēng)機 調(diào)節(jié)型風(fēng)門擋板 旁路風(fēng)門擋板 環(huán)境污染控制和除塵裝置 滑動門 對在料斗和儲藏庫的原材料進行物流控制 閘門 控制原材料在進料口的流量燃?xì)饪刂崎y 調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)爐上燃燒器進氣量 蒸氣控制閥 控制生產(chǎn)過程所需的蒸氣
⑤在谷物加工廠執(zhí)行器的應(yīng)用
閘門分流閥 分配器 物料卸貨器/加熱器 除塵隔離擋板 氣流控制(物流干燥) 球閥和蝶閥控制
⑥鋼廠風(fēng)門擋板和閥門執(zhí)行器的應(yīng)用
球或蝶閥控制控制冷卻水,廢水,或其它冷卻介質(zhì) 調(diào)節(jié)型風(fēng)門擋板 送風(fēng)和引風(fēng)機 旁路風(fēng)門擋板 閘門 環(huán)境污染控制和除塵裝置 滑動門 控制原材料在進料口的流量 對在料斗和儲藏庫的原材料進行物流控制燃?xì)饪刂崎y 蒸氣控制閥 調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)爐上燃燒器進氣量 控制生產(chǎn)過程所需的蒸氣
⑦鋁廠風(fēng)門擋板和閥門執(zhí)行器的應(yīng)用
送風(fēng)機風(fēng)門擋板一次進風(fēng)風(fēng)門擋板 空氣預(yù)熱風(fēng)門擋板 煙氣再循環(huán) 旁路風(fēng)門擋板 二次進風(fēng)風(fēng)門擋板 主風(fēng)箱風(fēng)門擋板 燃燒器調(diào)節(jié)桿 燃燒器搖擺驅(qū)動器 液壓推桿驅(qū)動器 葉輪機調(diào)速 煙氣調(diào)節(jié)閥蒸氣調(diào)節(jié)閥 球閥和蝶閥控制 滑動門 閘門
⑧過程控制擋板的應(yīng)用
空氣補充排風(fēng)機旁路 熱/冷風(fēng)混和 應(yīng)急關(guān)斷
⑨在石油工業(yè)中的應(yīng)用
注油工藝流量控制氣舉管路主閥門壓力控制 注水工藝流量控制 油井油質(zhì)采樣試驗 / 生產(chǎn)用閥門
⑩在天然氣生產(chǎn)和輸送工業(yè)的應(yīng)用
氣舉氣流流量控制氣管路主閥門壓力控制 壓縮機喘振控制 天然氣壓力控制 天然氣管路主閥門壓力控制 應(yīng)急關(guān)斷 天然氣調(diào)壓器控制 壓力控制 壓縮機喘振控制 流量控制
四、現(xiàn)在國際上有那些知名公司
國外的執(zhí)行機構(gòu)出現(xiàn)較早,一直保持較大優(yōu)勢。西門子公司于1905年生產(chǎn)了世界上第一臺電動執(zhí)行機構(gòu)。從20世紀(jì)90年代初期,國外一些生產(chǎn)電動執(zhí)行機構(gòu)的廠商,又開發(fā)了新一代的產(chǎn)品占領(lǐng)市場。
世界上比較知名的公司主要有以下一些:
1.英國的羅托克(ROTORK)
從20世紀(jì)90年代初期,國外一些生產(chǎn)電動執(zhí)行機構(gòu)的廠商,就開發(fā)了新的產(chǎn)品占領(lǐng)市場。較早的是英國勞托克(ROTORK),于1995年推出了IQ型智能電動執(zhí)行機構(gòu)。IQ系列智能電動執(zhí)行機構(gòu)是英國勞托克(ROTORK)公司推出的較早一代智能型電動執(zhí)行機構(gòu),它的執(zhí)行機構(gòu)基型是ROTORK多轉(zhuǎn)電動執(zhí)行機構(gòu),在此基礎(chǔ)上,加上微處理器和外圍芯片電路、軟件實現(xiàn)智能控制。它采用紅外線手操器來設(shè)置執(zhí)行機構(gòu)參數(shù),所以能實現(xiàn)無需“開蓋”調(diào)拭技術(shù)。它的限位機構(gòu)通過霍爾傳感器產(chǎn)生數(shù)字信號來設(shè)定,力矩保護通過測試電機電流和磁場來獲得。這種通過霍爾傳感器產(chǎn)生數(shù)字信號來設(shè)定,力矩保護通過測定電機電流和磁場來獲得。這種通過電子傳感器取代常規(guī)的計數(shù)器傳動機構(gòu)及凸輪開關(guān)組件便于局部工況監(jiān)視及安全保障并簡化調(diào)試工作。
2.美國的喬登(JORDAN)
美國喬登控制公司成立于1955年,從開始到現(xiàn)在一直專業(yè)生產(chǎn)電廠擋板電動執(zhí)行機構(gòu),特別是在苛刻工況下(比如:環(huán)境溫度高,安裝位置受限制和不易維護,動作頻繁等),喬登的產(chǎn)品一直是世界上大多數(shù)用戶的首選,這是由于制造商近五十年的經(jīng)驗累積和先進的設(shè)計制造思想使然。在這個領(lǐng)域,特別是高調(diào)節(jié)頻度(每小時執(zhí)行機構(gòu)能動作的次數(shù)達(dá)到2000次到4000次)的調(diào)節(jié)型應(yīng)用方面,在歐美市場占有率達(dá)到70%以上,唯一能和它競爭的是德國HARTMANN& BRAUN,但后者的價格是它的三倍以上。
喬登的主要優(yōu)勢在于高調(diào)節(jié)頻度(2000-4000次/小時),一體化(電機、伺服放大器和傳動機構(gòu)),永久潤滑免維護,任意位置角度安裝,正齒輪和蘇格蘭軛傳動機構(gòu)等。目前國內(nèi)的知名品牌(如:ROTORK,SIPOS,AUMA等)無一例外都采用分體設(shè)計,特別是減速箱的壽命是很短的。采用渦輪渦桿傳動機構(gòu),磨損大,發(fā)熱量高,傳動效率低,壽命短,調(diào)節(jié)頻度最高只能達(dá)到1200次/小時。而且要定期潤滑維護和不能任意位置安裝。
主要系列:SM、LA、MV、VA、EH、TA-1200、MC-1100、SM/LA-3300
3.德國的EMG
1883 德國AEG集團成立,1900年前后開始生產(chǎn)電動執(zhí)行器。1946 AEG集團當(dāng)時歐洲排名第二的電子設(shè)備集團(其電廠建設(shè)部歐洲排名第一)成立全資子公司EMG,負(fù)責(zé)電動執(zhí)行機構(gòu)業(yè)務(wù).1976 EMG 開發(fā)出專利的偏心行星齒輪傳動機構(gòu)并成功應(yīng)用在其執(zhí)行器上。1984 AEG集團電廠建設(shè)部出售給西門子公司,成為現(xiàn)在西門子的電力集團KWU。 EMG開始設(shè)立獨立的全球銷售網(wǎng)絡(luò)。1992 在全球有十幾萬員工的AEG集團被戴姆勒-奔馳集團并購,成為戴姆勒工業(yè)部并被分拆。1996 EMG工業(yè)集團獨立。2003年EMG集團公司在中國設(shè)立中國辦事處,開始開拓中國市場。
主要系列:德瑞摩DREHMO(Standard、Matic I、Matic C)
4. ABB
于1988年由分別成立于1883年和1891年的瑞典阿西亞公司和瑞士BBC公司合并成立,總部位于瑞士蘇黎世。是電力和自動化技術(shù)領(lǐng)域的全球領(lǐng)先公司,ABB集團在全球100多個國家擁有上千家企業(yè),員工139, 000人。
ABB與中國的往來可追溯到本世紀(jì)初:早在1907年,ABB就向中國政府提供了一套蒸汽鍋爐。隨著業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展,集團于1974年在香港創(chuàng)立了中國地區(qū)總部。1994年底把中國地區(qū)總部遷至北京。1995年,ABB公司在北京注冊了獨資的控股公司:阿西亞.布朗. 勃法瑞(中國)投資有限公司,負(fù)責(zé)中國地區(qū)的所有投資活動。目前,ABB中國在上海、廣州、重慶、沈陽、武漢、青島、南京、西安、成都、福州、哈爾濱、天津、大連、濟南、杭州、昆明、南寧、深圳、鄭州、長春、長沙和香港等地?fù)碛?span lang="EN-US">23家銷售機構(gòu),在北京、上海、廣州、重慶、廈門、合肥、新會、中山、香港等地?fù)碛?span lang="EN-US">27家合資/獨資企業(yè),員工人數(shù)達(dá)到6000多名。
主要系列:ONTRAC(MOE700、MME 800)
Ontrac系列智能電動執(zhí)行機構(gòu)是ABB公司近年推出的智能電動執(zhí)行機構(gòu)產(chǎn)品。它的執(zhí)行機構(gòu)基型也是多轉(zhuǎn)電動執(zhí)行機構(gòu),它的智能控制器安裝在執(zhí)行機構(gòu)內(nèi),有操作面板直接操作,LCD顯示,通過菜單式操作,設(shè)置執(zhí)行機構(gòu)參數(shù)。它采用霍爾傳感器來獲得位置信號。通過微處理器對電機轉(zhuǎn)差S推算出力矩,并與用戶設(shè)定的力矩超限值進行比較,一旦超限電機被迫停止運動,微處理器發(fā)出報警信號。這種電子式力矩保護方式,省去過程傳統(tǒng)的彈簧、機械式開關(guān),調(diào)試很方便。該執(zhí)行機構(gòu)還能進行變頻調(diào)速控制及閥門特性修正。除傳統(tǒng)控制信號4-20mA可選外,還提供PROFIBUS DP/V1,通訊接口。
5.德國的哈特曼-布朗(HARTMAN&BRAUN)
主要系列:PME 120
6.德國的奧馬(AUMA)
7.德國的西門子(SIEMENS)
西門子公司是世界自動化行業(yè)的“老大”,SIPOS是SIEMENS Positioner的縮寫。于一九零五年生產(chǎn)出世界上第一臺電動執(zhí)行機構(gòu),至今已有近百年的研究、開發(fā)、生產(chǎn)和銷售電動執(zhí)行機構(gòu)的經(jīng)驗。SIPOS(西博思)為其電動執(zhí)行機構(gòu)的注冊商標(biāo)。
SIPOS已被廣泛應(yīng)用于全球各個工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。中國電廠的所有電動汽機旁路上使用的執(zhí)行機構(gòu)幾乎全部為原裝進口SIPOS。西門子公司還分別于1987年和1992年向中國的兩家制造廠出售其SIPOS1系列和SIPOS 3系列的生產(chǎn)技術(shù)。西門子公司不斷更新技術(shù),相繼淘汰了SIPOS 1和SIPOS 3,在全球范圍內(nèi)首次創(chuàng)造性地將先進而又成熟的電機變頻控制技術(shù)應(yīng)用于電動執(zhí)行機構(gòu)中,采用內(nèi)置一體化變頻器來控制執(zhí)行機構(gòu)的電機,并于一九九七年向市場推出面向新世紀(jì)的新一代SIPOS 5 系列電動執(zhí)行機構(gòu)。
SIPOS 5 于一九九七年底進入中國市場,因其結(jié)構(gòu)簡單、技術(shù)先進、性能可靠、可進行故障自診斷、智能化程度高且價格適中而備受市場青睞。在短短三年的時間內(nèi),中國的七十多家用戶相繼購買了三千余臺,其質(zhì)量、性能和高性能價格比得到了所有用戶的一致贊賞和認(rèn)同。
為適應(yīng)市場需要,自一九九九年十月一日起,西門子公司電動執(zhí)行機構(gòu)部門從西門子公司龐大的機構(gòu)中獨立出來,以原有注冊商標(biāo)SIPOS為公司名,在德國成為具有獨立法人地位的電動執(zhí)行機構(gòu)專業(yè)性公司:SIPOS AktorikGmbh(西博思電動執(zhí)行機構(gòu)有限公司)。西博思公司的總部及生產(chǎn)廠位于德國的紐倫堡市,并已在全球主要國家和地區(qū)設(shè)有銷售和服務(wù)機構(gòu)。
自一九九九年十月一日起,西門子公司所有于電動執(zhí)行機構(gòu)有關(guān)的業(yè)務(wù)已全部轉(zhuǎn)至西博思公司,且西門子公司不再生產(chǎn)電動執(zhí)行機構(gòu)。獨立后的西博思公司仍以SIPOS作為其電動執(zhí)行機構(gòu)產(chǎn)品的注冊商標(biāo),但不再屬于西門子公司。西門子公司現(xiàn)在是西博思公司的主要用戶之一,西博思公司繼續(xù)想西門子公司提供產(chǎn)品和服務(wù)。
主要系列:SIPOS1、 SIPOS3 、SIPOS 5 Flash
8.法國的伯納德
法國伯納德股份有限公司是法中電力協(xié)會成員之一,成立于1946年,是世界知名的閥門電動執(zhí)行器(SERVOMOTEUR)專業(yè)生產(chǎn)廠商,其生產(chǎn)的核級閥門電動執(zhí)行器符合國際標(biāo)準(zhǔn)。自1950年起,法國核電站開始采用該公司的產(chǎn)品。世界上有60多座核電站使用伯納德的電動執(zhí)行器。1996年該公司產(chǎn)品開始進入中國市場,為中國的大亞灣、嶺澳、秦山、田灣等核電站提供過設(shè)備。目前,該公司年產(chǎn)35000多套控制設(shè)備,70%銷往國外,廣泛應(yīng)用于核電、石油、天然氣和水處理等領(lǐng)域。
主要系列:SERVOMOTEUR
9. 意大利的BIFFI
10.美國的柏勒夫(BELLOFRAM)
11.德國PS
12.日本光榮(Unic)
五、JORDAN公司的歷史
1955由Chuck Jordan先生創(chuàng)立,1960向電力用戶推出風(fēng)門擋板執(zhí)行機構(gòu),1964推出固態(tài)電路控制器,1968推出直行程電動執(zhí)行機構(gòu),1970推出角行程和直行程閥門電動執(zhí)行機,1978由美國成套供應(yīng)商配用進入中國市場,1979 ~1990成為并作為Foxboro公司的執(zhí)行機構(gòu)分公司,1987首次開發(fā)彈簧復(fù)位電動執(zhí)行機構(gòu),1990成為獨立公司,1991開發(fā)并生成采用步進電機的電動執(zhí)行機構(gòu),1992該設(shè)計贏得政府設(shè)計獎,1995推出智能型數(shù)字式伺服控制器,1996通過ISO-9001論證,1997建立公司網(wǎng)站(www.jordancontrols.com),1998推出 HART & Fieldbus 接口,1999推出快速大推力液壓電動執(zhí)行機構(gòu),2000推出具有連續(xù)調(diào)節(jié)能力的 SM-6000系列電動執(zhí)行機構(gòu),2001 – 成為獨立運作的ROTORK公司。在北京、上海和洛陽有服務(wù)和備件中心。
六、JORDAN進入中國的情況簡述
從1978年山東石橫電廠開始進入中國市場,到現(xiàn)在在國內(nèi)已經(jīng)有了數(shù)十家電力用戶,而且從未出過任何問題。從中國的市場來看,目前在電廠的煙風(fēng)系統(tǒng)(送引風(fēng)機,磨煤機,排粉機,一次風(fēng),二次風(fēng)等)的擋板,調(diào)節(jié)閥電動頭(給水,凝結(jié)水,再循環(huán)等)和燃油系統(tǒng)快開閥等方面應(yīng)用非常廣泛。
七、在中國JORDAN主要有哪幾種執(zhí)行機構(gòu)的業(yè)績
在中國JORDAN主要有角行程(SM);直行程(LA);短直行程(MV、VA)的業(yè)績。
八、在中國執(zhí)行機構(gòu)的主要現(xiàn)狀
我國的執(zhí)行機構(gòu)和伺服放大器是六十年代統(tǒng)一設(shè)計的,三十多年來在技術(shù)上沒有多大創(chuàng)新,最早的型號有DTZ和DTJ。但近幾年(基本是在“九五”期間進行),隨著國內(nèi)對控制要求的不斷提高,各相關(guān)研究機構(gòu)和部門也開發(fā)出新一代的智能型電動執(zhí)行機構(gòu),性能有很大提高,價格在進口產(chǎn)品的一半以下。
開發(fā)機構(gòu)主要有:上海自動化儀表股份有限公司、四川儀表集團公司、海萬迅儀表有限公司、上海銳凱儀表有限公司等。
型號主要有:QSL、QSQ、DKZ-Z、ZKJ-Z、ZILJ、IKJ等。
目前,在中國,執(zhí)行機構(gòu)的品牌(含國內(nèi)品牌和國外品牌)較多,市場競爭較大。國外產(chǎn)品主要集中在中高端市場,而國內(nèi)產(chǎn)品則集中在低端市場。國外產(chǎn)品質(zhì)量較優(yōu),但價格往往是國產(chǎn)品牌的幾倍甚至十倍以上,其在技術(shù)和商務(wù)方面的投資和努力明顯高于國內(nèi)企業(yè);國內(nèi)現(xiàn)以有一些產(chǎn)品已能達(dá)到較高的性價比,但總體來講需要加快技術(shù)進步和行業(yè)激勵,加大商務(wù)努力。
國產(chǎn)執(zhí)行機構(gòu)在各行業(yè)應(yīng)用已比較普遍。但進口執(zhí)行機構(gòu)從行業(yè)來看,則主要集中在軍工、電力、石化、化工、冶金、建材、環(huán)保等領(lǐng)域和自動化程度較高的生產(chǎn)線上。從投資來看,進口執(zhí)行機構(gòu)應(yīng)用較多的地方主要是國家投資的大中型企業(yè)和支柱產(chǎn)業(yè)、外商投資企業(yè)、資金充足和融資能力強的民營企業(yè)。
中國經(jīng)濟正在騰飛,做為現(xiàn)今世界第一大制造基地,執(zhí)行機構(gòu)的市場潛力仍是非常大的:西部大開發(fā)、中部開發(fā)、東北老工業(yè)基地的振興等國家重大舉措;外資投入的不斷加大;老企業(yè)的技術(shù)更新和改造等都帶來了很大的機遇。
現(xiàn)在中國的企業(yè)用戶已擺脫長期以來的盲目,變得理性化,既不盲目崇洋,也不再一味追求低價。國內(nèi)企業(yè)在緊追和趕超國際先進技術(shù),力爭提高知名度;而外國廠商則瞄準(zhǔn)中國巨大的市場,在降低價格方面不斷的努力,以提高在中國市場的競爭力
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