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执行机构讲义
作者:北京商报    来源:北京商报    发布时间:2007/3/1 20:56:27

    
执行机构讲义
 

执行机构讲义
一、执行机构的由来
执行机构,又称执行器,是一种自动控制领域的常用机电一体化设备(器件),是自动化仪表的三大组成部分(检测设备、调节设备和执行设备)中的执行设备。主要是对一些设备和装置进行自动操作,控制其开关和调节,代替人工作业。按动力类型可分为气动、液动、电动、电液动等几类;按运动形式可分为直行程、角行程、回转型(多转式)等几类。由于用电做为动力有其它几类介质不可比拟的优势,所以电动型近年来发展最快,应用面较广。电动型按不同标准又可分为:组合式结构和机电一体化结构;电器控制型、电子控制型和智能控制型(带HART、FF协议);数字型和模拟型;手动接触调试型和红外线遥控调试型等。它是伴随着人们对控制性能的要求和自动控制技术的发展而迅猛发展的:
1. 早期的工业领域,有许多的控制是手动和半自动的,在操作中人体直接接触工业设备的危险部位和危险介质(固、液、气三态的多种化学物质和辐射物质),极易造成对人的伤害,很不安全;
2. 设备寿命短、易损坏、维修量大;
3. 采用半自动特别是手动控制的控制效率很低、误差大,生产效率低下。
基于以上原因,执行机构逐渐产生并应用于工业和其它控制领域,减少和避免了人身伤害和设备损坏,极大的提高了控制精确度和效率,同时也极大提高了生产效率。今年来随着电子元器件技术、计算机技术和控制理论的飞速发展,国内外的执行机构都已跨入智能控制的时代。
二、执行机构的英文名:ACTUATORS
三、执行机构的应用领域
执行机构主要应用在以下三大领域:
1. 发电厂
典型应用有:
①火电行业应用
送风机风门挡板 一次进风风门挡板 空气预热风门挡板 烟气再循环 旁路风门挡板 二次进风风门挡板 主风箱风门挡板 燃烧器调节杆 燃烧器摇摆驱动器 液压推杆驱动器 叶轮机调速 烟气调节阀 蒸气调节阀 球阀和蝶阀控制 滑动门 闸门
②其它电力行业的阀门执行器应用
球阀 除尘控制喷水 叶轮机转速控制 控制大型液压阀 燃气控制阀 燃烧器点火启动 蒸气控制阀 冷凝水再循环, 脱氧机,锅炉给水,过热控制 器,再加热恒温控制器,及其它相关阀门应用
2. 过程控制
用于化工、石化、模具、食品、医药、包装等行业的生产过程控制,按照既定的逻辑指令或电脑程序对阀门、刀具、管道、挡板、滑槽、平台等进行精确的定位、起停、开合、回转,利用系统检测出的温度、压力、流量、尺寸、辐射、亮度、色度、粗糙度、密度等实时参数对系统进行调整,从而实现间歇、连续和循环的加工过程的控制。
3. 工业自动化
用于较为广泛的航空、航天、军工、机械、冶金、开采、交通、建材等方面,对各类自动化设备和系统的运动点(运动部件)进行各种形式的调节和控制。
过程控制和工业自动化方面的主要应用举例如下:
① 在硫矿生产中的应用
注水流量控制 球阀和碟阀控制
②碳酸钾管道阀门执行器的应用
滑动门 分流器 闸门 球阀和蝶阀 球型控制阀
③水处理阀门执行器的应用
液流流量控制 调压阀压力控制 酸溶液流量控制
④石灰石/水泥厂阀门执行器的应用
球或蝶阀控制 处理干水泥,石膏,或液体 送风和引风机 调节型风门挡板 旁路风门挡板 环境污染控制和除尘装置 滑动门 对在料斗和储藏库的原材料进行物流控制 闸门 控制原材料在进料口的流量 燃气控制阀 调节转炉上燃烧器进气量 蒸气控制阀 控制生产过程所需的蒸气
⑤在谷物加工厂执行器的应用
闸门 分流阀 分配器 物料卸货器/加热器 除尘隔离挡板 气流控制(物流干燥) 球阀和蝶阀控制
⑥钢厂风门挡板和阀门执行器的应用
球或蝶阀控制 控制冷却水,废水,或其它冷却介质 调节型风门挡板 送风和引风机 旁路风门挡板 闸门 环境污染控制和除尘装置 滑动门 控制原材料在进料口的流量 对在料斗和储藏库的原材料进行物流控制 燃气控制阀 蒸气控制阀 调节转炉上燃烧器进气量 控制生产过程所需的蒸气
⑦铝厂风门挡板和阀门执行器的应用
送风机风门挡板 一次进风风门挡板 空气预热风门挡板 烟气再循环 旁路风门挡板 二次进风风门挡板 主风箱风门挡板 燃烧器调节杆 燃烧器摇摆驱动器 液压推杆驱动器 叶轮机调速 烟气调节阀 蒸气调节阀 球阀和蝶阀控制 滑动门 闸门
⑧过程控制挡板的应用
空气补充 排风机旁路 热/冷风混和 应急关断
⑨在石油工业中的应用
注油工艺流量控制 气举管路主阀门压力控制 注水工艺流量控制 油井油质采样试验 / 生产用阀门
⑩在天然气生产和输送工业的应用
气举气流流量控制 气管路主阀门压力控制 压缩机喘振控制 天然气压力控制 天然气管路主阀门压力控制 应急关断 天然气调压器控制 压力控制 压缩机喘振控制 流量控制
四、现在国际上有那些知名公司
国外的执行机构出现较早,一直保持较大优势。西门子公司于1905年生产了世界上第一台电动执行机构。从20世纪90年代初期,国外一些生产电动执行机构的厂商,又开发了新一代的产品占领市场。世界上比较知名的公司主要有以下一些:
1. 英国的罗托克(ROTORK)
从20世纪90年代初期,国外一些生产电动执行机构的厂商,就开发了新的产品占领市场。较早的是英国劳托克(ROTORK),于1995年推出了IQ型智能电动执行机构。IQ系列智能电动执行机构是英国劳托克(ROTORK)公司推出的较早一代智能型电动执行机构,它的执行机构基型是ROTORK多转电动执行机构,在此基础上,加上微处理器和外围芯片电路、软件实现智能控制。它采用红外线手操器来设置执行机构参数,所以能实现无需“开盖”调拭技术。它的限位机构通过霍尔传感器产生数字信号来设定,力矩保护通过测试电机电流和磁场来获得。这种通过霍尔传感器产生数字信号来设定,力矩保护通过测定电机电流和磁场来获得。这种通过电子传感器取代常规的计数器传动机构及凸轮开关组件便于局部工况监视及安全保障并简化调试工作。
2. 美国的乔登(JORDAN)
美国乔登控制公司成立于1955年,从开始到现在一直专业生产电厂挡板电动执行机构,特别是在苛刻工况下(比如:环境温度高,安装位置受限制和不易维护,动作频繁等),乔登的产品一直是世界上大多数用户的首选,这是由于制造商近五十年的经验累积和先进的设计制造思想使然。在这个领域,特别是高调节频度(每小时执行机构能动作的次数达到2000次到4000次)的调节型应用方面,在欧美市场占有率达到70%以上,唯一能和它竞争的是德国HARTMANN& BRAUN,但后者的价格是它的三倍以上。
乔登的主要优势在于高调节频度(2000-4000次/小时),一体化(电机、伺服放大器和传动机构),永久润滑免维护,任意位置角度安装,正齿轮和苏格兰轭传动机构等。目前国内的知名品牌(如:ROTORK,SIPOS,AUMA等)无一例外都采用分体设计,特别是减速箱的寿命是很短的。采用涡轮涡杆传动机构,磨损大,发热量高,传动效率低,寿命短,调节频度最高只能达到1200次/小时。而且要定期润滑维护和不能任意位置安装。
主要系列:SM、LA、MV、VA、EH、TA-1200、MC-1100、SM/LA-3300
3. 德国的EMG
1883 德国AEG集团成立,1900年前后开始生产电动执行器。1946 AEG集团当时欧洲排名第二的电子设备集团(其电厂建设部欧洲排名第一)成立全资子公司EMG,负责电动执行机构业务.1976 EMG 开发出专利的偏心行星齿轮传动机构 并成功应用在其执行器上。1984 AEG集团电厂建设部出售给西门子公司,成为现在西门子的电力集团KWU。 EMG开始设立独立的全球销售网络。1992 在全球有十几万员工的AEG集团被戴姆勒-奔驰集团并购,成为戴姆勒工业部并被分拆。1996 EMG工业集团独立。2003年EMG集团公司在中国设立中国办事处,开始开拓中国市场。
主要系列:德瑞摩DREHMO(St{{and}}ard、Matic I、Matic C)
4. ABB
于1988年由分别成立于1883年和1891年的瑞典阿西亚公司和瑞士BBC公司合并成立,总部位于瑞士苏黎世。是电力和自动化技术领域的全球领先公司,ABB集团在全球100多个国家拥有上千家企业,员工139, 000人。
ABB与中国的往来可追溯到本世纪初:早在1907年,ABB就向中国政府提供了一套蒸汽锅炉。随着业务的不断发展,集团于1974年在香港创立了中国地区总部。1994年底把中国地区总部迁至北京。1995年,ABB公司在北京注册了独资的控股公司:阿西亚.布朗. 勃法瑞(中国)投资有限公司,负责中国地区的所有投资活动。目前,ABB中国在上海、广州、重庆、沈阳、武汉、青岛、南京、西安、成都、福州、哈尔滨、天津、大连、济南、杭州、昆明、南宁、深圳、郑州、长春、长沙和香港等地拥有23家销售机构,在北京、上海、广州、重庆、厦门、合肥、新会、中山、香港等地拥有27家合资/独资企业,员工人数达到6000多名。
主要系列:ONTRAC(MOE700、MME 800)
Ontrac系列智能电动执行机构是ABB公司近年推出的智能电动执行机构产品。它的执行机构基型也是多转电动执行机构,它的智能控制器安装在执行机构内,有操作面板直接操作,LCD显示,通过菜单式操作,设置执行机构参数。它采用霍尔传感器来获得位置信号。通过微处理器对电机转差S推算出力矩,并与用户设定的力矩超限值进行比较,一旦超限电机被迫停止运动,微处理器发出报警信号。这种电子式力矩保护方式,省去过程传统的弹簧、机械式开关,调试很方便。该执行机构还能进行变频调速控制及阀门特性修正。除传统控制信号4-20mA可选外,还提供PROFIBUS DP/V1,通讯接口。
5. 德国的哈特曼-布朗(HARTMAN&BRAUN)
主要系列:PME 120
6. 德国的奥马(AUMA)  
7.德国的西门子(SIEMENS)
西门子公司是世界自动化行业的“老大”,SIPOS是SIEMENS Positioner的缩写。于一九零五年生产出世界上第一台电动执行机构,至今已有近百年的研究、开发、生产和销售电动执行机构的经验。SIPOS(西博思)为其电动执行机构的注册商标。
SIPOS已被广泛应用于全球各个工业生产领域。中国电厂的所有电动汽机旁路上使用的执行机构几乎全部为原装进口SIPOS。西门子公司还分别于1987年和1992年向中国的两家制造厂出售其SIPOS1系列和SIPOS 3系列的生产技术。西门子公司不断更新技术,相继淘汰了SIPOS 1和SIPOS 3,在全球范围内首次创造性地将先进而又成熟的电机变频控制技术应用于电动执行机构中,采用内置一体化变频器来控制执行机构的电机,并于一九九七年向市场推出面向新世纪的新一代SIPOS 5 系列电动执行机构。
SIPOS 5 于一九九七年底进入中国市场,因其结构简单、技术先进、性能可靠、可进行故障自诊断、智能化程度高且价格适中而备受市场青睐。在短短三年的时间内,中国的七十多家用户相继购买了三千余台,其质量、性能和高性能价格比得到了所有用户的一致赞赏和认同。
为适应市场需要,自一九九九年十月一日起,西门子公司电动执行机构部门从西门子公司庞大的机构中独立出来,以原有注册商标SIPOS为公司名,在德国成为具有独立法人地位的电动执行机构专业性公司:SIPOS AktorikGmbh(西博思电动执行机构有限公司)。西博思公司的总部及生产厂位于德国的纽伦堡市,并已在全球主要国家和地区设有销售和服务机构。
自一九九九年十月一日起,西门子公司所有于电动执行机构有关的业务已全部转至西博思公司,且西门子公司不再生产电动执行机构。独立后的西博思公司仍以SIPOS作为其电动执行机构产品的注册商标,但不再属于西门子公司。西门子公司现在是西博思公司的主要用户之一,西博思公司继续想西门子公司提供产品和服务。
主要系列:SIPOS1、 SIPOS3 、SIPOS 5 Flash
8.法国的伯纳德
法国伯纳德股份有限公司是法中电力协会成员之一,成立于1946年,是世界知名的阀门电动执行器(SERVOMOTEUR)专业生产厂商,其生产的核级阀门电动执行器符合国际标准。自1950年起,法国核电站开始采用该公司的产品。世界上有60多座核电站使用伯纳德的电动执行器。1996年该公司产品开始进入中国市场,为中国的大亚湾、岭澳、秦山、田湾等核电站提供过设备。目前,该公司年产35000多套控制设备,70%销往国外,广泛应用于核电、石油、天然气和水处理等领域。
主要系列:SERVOMOTEUR
9. 意大利的BIFFI
10.美国的柏勒夫(BELLOFRAM)
11.德国PS
12.日本光荣(Unic)
五、JORDAN公司的历史
1955由Chuck Jordan先生创立,1960向电力用户推出风门挡板执行机构,1964推出固态电路控制器,1968推出直行程电动执行机构,1970推出角行程和直行程阀门电动执行机,1978由美国成套供应商配用进入中国市场,1979 ~1990成为并作为Foxboro公司的执行机构分公司,1987首次开发弹簧复位电动执行机构,1990成为独立公司,1991开发并生成采用步进电机的电动执行机构,1992该设计赢得政府设计奖,1995推出智能型数字式伺服控制器,1996通过ISO-9001论证,1997建立公司网站,1998推出 HART & Fieldbus 接口,1999推出快速大推力液压电动执行机构,2000推出具有连续调节能力的 SM-6000系列电动执行机构,2001 – 成为独立运作的ROTORK公司。在北京、上海和洛阳有服务和备件中心。
六、JORDAN进入中国的情况简述
从1978年山东石横电厂开始进入中国市场,到现在在国内已经有了数十家电力用户,而且从未出过任何问题。从中国的市场来看,目前在电厂的烟风系统(送引风机,磨煤机,排粉机,一次风,二次风等)的挡板,调节阀电动头(给水,凝结水,再循环等)和燃油系统快开阀等方面应用非常广泛。
七、在中国JORDAN主要有哪几种执行机构的业绩
在中国JORDAN主要有角行程(SM);直行程(LA);短直行程(MV、VA)的业绩。
八、在中国执行机构的主要现状
我国的执行机构和伺服放大器是六十年代统一设计的,三十多年来在技术上没有多大创新,最早的型号有DTZ和DTJ。但近几年(基本是在“九五”期间进行),随着国内对控制要求的不断提高,各相关研究机构和部门也开发出新一代的智能型电动执行机构,性能有很大提高,价格在进口产品的一半以下。
开发机构主要有:上海自动化仪表股份有限公司、四川仪表集团公司、海万迅仪表有限公司、上海锐凯仪表有限公司,扬州良业阀门电装有限公司等。
型号主要有:QSL、QSQ、DKZ-Z、ZKJ-Z、ZILJ、IKJ等。
目前,在中国,执行机构的品牌(含国内品牌和国外品牌)较多,市场竞争较大。国外产品主要集中在中高端市场,而国内产品则集中在低端市场。国外产品质量较优,但价格往往是国产品牌的几倍甚至十倍以上,其在技术和商务方面的投资和努力明显高于国内企业;国内现以有一些产品已能达到较高的性价比,但总体来讲需要加快技术进步和行业激励,加大商务努力。
国产执行机构在各行业应用已比较普遍。但进口执行机构从行业来看,则主要集中在军工、电力、石化、化工、冶金、建材、环保等领域和自动化程度较高的生产线上。从投资来看,进口执行机构应用较多的地方主要是国家投资的大中型企业和支柱产业、外商投资企业、资金充足和融资能力强的民营企业。
中国经济正在腾飞,做为现今世界第一大制造基地,执行机构的市场潜力仍是非常大的:西部大开发、中部开发、东北老工业基地的振兴等国家重大举措;外资投入的不断加大;老企业的技术更新和改造等都带来了很大的机遇。
现在中国的企业用户已摆脱长期以来的盲目,变得理性化,既不盲目崇洋,也不再一味追求低价。国内企业在紧追和赶超国际先进技术,力争提高知名度;而外国厂商则瞄准中国巨大的市场,在降低价格方面不断的努力,以提高在中国市场的竞争力。
 
 
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