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1 引言

隨著工業(yè)自動化的發(fā)展，市場上電動執(zhí)行器的種類逐漸增多，導(dǎo)致在選型配套中給設(shè)計師帶來眾多問題，直接產(chǎn)生的后果是給生產(chǎn)帶來嚴(yán)重的安全隱患。根據(jù)筆者這幾年在礦山自動控制系統(tǒng)設(shè)計選型中總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)，實(shí)際中人們往往只對閥門的參數(shù)進(jìn)行重點(diǎn)要求，對電動執(zhí)行器的要求基本沒有或者說很少。而在控制系統(tǒng)使用的電動閥門是不同類型的電動執(zhí)行器與閥門的配套使用，所以不恰當(dāng)?shù)碾妱訄?zhí)行器會使電動閥門的性能降低，也會給后期的診斷維修造成麻煩，甚至造成安全性故障。因此，本文將針對電動執(zhí)行器的選型進(jìn)行探討。

2 電動執(zhí)行器的原理

電動執(zhí)行器是一種智能型電子式變頻電動調(diào)節(jié)閥，也是一種新型的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，對執(zhí)行器的要求能夠自動調(diào)節(jié)。在調(diào)節(jié)過程中，變頻電動調(diào)節(jié)閥的閥芯的運(yùn)行速度在閥位反饋信號和輸入信號偏差較大時，閥芯的運(yùn)行速度是不斷變化的，且比普通的電動執(zhí)行器要快。反之，反饋信號和輸入信號之間的偏差較小時，閥芯運(yùn)行速度減低，電機(jī)速度變慢，到后面閥電機(jī)速度會越來越慢，并逐漸接近平衡點(diǎn)。而閥門在打開或關(guān)閉狀態(tài)會逐漸被調(diào)節(jié)，且可以進(jìn)行微調(diào)功能，這有助于提高閥門的控制精度（如圖1電動執(zhí)行器的工作原理）。在變速的調(diào)節(jié)過程中，動態(tài)振蕩與過調(diào)量都會逐漸減小。在電動調(diào)節(jié)閥的穩(wěn)定度和靈敏度之間的矛盾都會因?yàn)榇穗妱訄?zhí)行器的智能型設(shè)計而得到解決。另外，由于電動執(zhí)行器的傳感元件的特性（高精度、導(dǎo)電塑料電位器）及限位裝置，閥電機(jī)的壽命會大大延長，同時也提高了電動執(zhí)行器的可靠性和安全性，減少在調(diào)節(jié)閥在關(guān)閉或開關(guān)出現(xiàn)的故障損壞，比如閥桿被頂彎的之類的現(xiàn)象，如圖1。

圖1：電動執(zhí)行器的工作原理

在變頻調(diào)速狀態(tài)的電動執(zhí)行器伺服電動機(jī)工作中，可以改變電動執(zhí)行器運(yùn)行速度等相關(guān)工藝需求。變頻器的軟起動方式，通過電流表可以看出，伺服電動機(jī)的電流會降低6倍，使得機(jī)械減速器本身的機(jī)械結(jié)構(gòu)與電網(wǎng)減少了沖擊，達(dá)到每小時1000次以上的帶載啟動。通過電制動方式產(chǎn)生能耗制動，省掉機(jī)械制動裝置。

圖2：智能型電動執(zhí)行器

3 電動執(zhí)行器的選用考慮

3.1 根據(jù)現(xiàn)場控制要求確定電動執(zhí)行器

電動執(zhí)行器的控制模式一般分為開關(guān)型（開環(huán)控制）和調(diào)節(jié)型（閉環(huán)控制）兩大類。

（1）開關(guān)型（開環(huán)控制）。開關(guān)型電動執(zhí)行器一般實(shí)現(xiàn)對閥門的開或關(guān)控制，即閥門要么處于全開位置，要么處于全關(guān)位置，此類閥門不需對介質(zhì)流量進(jìn)行精確控制。特別值得一提的是開關(guān)型電動執(zhí)行器因結(jié)構(gòu)形式的不同還可分為分體結(jié)構(gòu)和一體化結(jié)構(gòu)。分體結(jié)構(gòu)和一體化結(jié)構(gòu)是屬于互補(bǔ)型，一體化結(jié)構(gòu)適合控制系統(tǒng)工藝要求簡單的情況，容易診斷故障，價格比較低；分體結(jié)構(gòu)難度高，容易出現(xiàn)故障且不容易診斷維修，同時價格貴。由于礦山自動控制系統(tǒng)中的水系統(tǒng)控制通常集中一個地方，現(xiàn)場的電裝設(shè)備與其他控制設(shè)備通過信號發(fā)送相互連接，控制整個系統(tǒng)。這種情況采用采用一體化結(jié)構(gòu)電動執(zhí)行器比較合理，不容易出現(xiàn)電動執(zhí)行器功能與系統(tǒng)控制設(shè)計不匹配等現(xiàn)象方面的故障。因此，在確定電動執(zhí)行器選型時必需對此做出說明，不然經(jīng)常會發(fā)生在現(xiàn)場安裝時與控制系統(tǒng)沖突等不匹配現(xiàn)象。

（2）調(diào)節(jié)型（閉環(huán)控制）。調(diào)節(jié)型電動執(zhí)行器不僅具有開關(guān)型一體化結(jié)構(gòu)的功能，它還能對閥門進(jìn)行精確控制，從而精確調(diào)節(jié)介質(zhì)流量。其中控制信號包括電壓、電流，常見的控制信號有電壓信號（0～5V、1～5V）和電流信號（4～20mA、0～10mA）。在礦山企業(yè)的工藝現(xiàn)場中，對于工藝都是精度比較高，自動控制系統(tǒng)的壓力或者水流量都會對生產(chǎn)條件造成很大影響，采用調(diào)節(jié)型電動執(zhí)行器。在遇到線路故障造成控制信號丟失時，可以啟閉到設(shè)定的保護(hù)值。因此在選擇電動執(zhí)行器時，必須明確控制信號的參數(shù)和類型。也就是調(diào)節(jié)型電動執(zhí)行器的工作形式，但是現(xiàn)實(shí)中很多產(chǎn)品在出廠后并不能進(jìn)行修改。智能電動執(zhí)行器可以通過現(xiàn)場設(shè)定進(jìn)行靈活修改，并可設(shè)定任意位置（0~99%）為保護(hù)值。圖2為智能型電動執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)示意圖。

（3）根據(jù)閥門輸入的扭力確定電動執(zhí)行器的輸出扭力閥門啟閉所需的扭力決定著電動執(zhí)行器選擇多大的輸出扭力，一般由使用者提出或閥門廠家自行選配，作為執(zhí)行器廠家只對執(zhí)行器的輸出扭力負(fù)責(zé)，閥門正常啟閉所需的扭力由閥門口徑大小、工作壓力等因素決定。閥門實(shí)際運(yùn)行中，啟閉的瞬間需要大的扭力，閥門開啟后，在較長的運(yùn)行中需要的扭力要小于起閉時的扭力，雖然閥門運(yùn)行扭力小于起動扭力，在選擇電動執(zhí)行器時要保證運(yùn)行扭力大于閥門的扭力，只有這樣才能保證閥門的正常工作。因此電動執(zhí)行器必需選擇一個合理的扭力范圍。

（4）根據(jù)所選電動執(zhí)行器確定電氣參數(shù)不同型號及不同廠家的執(zhí)行器其電氣參數(shù)也有所不同，電氣參數(shù)主要是額定電流、二次控制回路電壓及電機(jī)功率等，設(shè)計師在選型時只需要確定這幾項(xiàng)。如果忽略電氣參數(shù)，會造成電機(jī)閥門工作時出現(xiàn)跳閘、保險絲斷裂及其他故障。比如由于一般模擬量控制是0~10mA、1~5V，還有4~20mA等，一般調(diào)節(jié)型（一體化）電動執(zhí)行器都可以用模擬量控制；開關(guān)量控制一般開關(guān)量控制信號是“開”“關(guān)”指令信號，也有可能還有“停”指令信號，并分為幾種：無源、24VDC、220VAC，如果開關(guān)量為220VAC，則需要配伺服放大器。如果執(zhí)行器控制沒有用伺服放大器，則選用220VAC開關(guān)型的電動執(zhí)行器時，需要注意執(zhí)行器電機(jī)功率一定要小于提供的這個220V開關(guān)量功率。

4 結(jié)論

綜合以上分析，在進(jìn)行電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選型時需要計算，根據(jù)計算數(shù)據(jù)選擇和設(shè)定執(zhí)行機(jī)構(gòu)。提高電動執(zhí)行器在礦山自動控制系統(tǒng)的可靠性、安全性和經(jīng)濟(jì)性的應(yīng)用。