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神奇的智能型电动执行器

2013-12-13 sensor 875

智能型电动执行器(机构)是自动控制系统中不可或缺的重要器件,智能型电动执行器(机构)将调节器送来的控制信号成比例地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,因此在电力、冶金、石油、化工等工业部门的自动控制领域得到广泛应用。

随着高新技术的迅猛发展,国外己开发出新一代智能化电动执行器(机构)机构产品。这些智能化电动执行器功能强大、简单可靠、技术先进,不但具有智能通信、智能控制、支持多种现场总线的功能,而且其独有的双密封系统和红外线非侵入式设定使它可用在任何环境中,防水防爆、终身可靠,调试及故障排除简单,实现了智能式电子一体化、变频变速定位、监控等功能。

智能型电动执行器利用微机技术和现场通信技术,实现双向通信、PID调节、在线自动标定、自校正与自诊断等多种控制技术要求的功能。国外,以工业局域网技术为基础的工厂自动化(FactoryAutomation)工程技术近十年来得到了长足的发展,作为自动控制中传感器的臂膀-电动执行器为适应这一发展趋势,也应具有标准的串行通信接口(如RS-232或RS-422接口等)和专用的局域网接口,以增强其与其他控制设备间的互联能力,只需要一根电缆或光缆,就可以将数台、甚至数十台电动执行器与上位计算机连接成为整个控制系统。现场工业控制总线是安装在生产过程区域的现场设备/仪表与控制室内的自动控制装置/系统之间的一种串行、数字式、多点通信的数据总线,以其所具有的开放性,网络化等优点,使它与Interent的结合成为可能,现场总线技术的应用,取代了传统的4~20mA模拟信号,实现了电动执行器的远程监控,状态、故障、参数信息传送,完成远程参数化工作,提高了它的可靠性,降低了系统及工程成本。有影响的现场总线主要有PROFIBUS、FF、HART、CANBUS、RS485等,目前国外的智能电动执行器一般都带有现场总线接口,我国也开发了一些带现场总线接口的智能执行器。

电子电路的高度集成、单片机的使用以及一些功能强大模块的使用,使电动执行器的体积越来越小,向小型化、轻便化发展。目前,智能型电动执行器一般将整个控制回路装在一台现场仪表里,将伺服电机、现场仪表控制器安装为一体。电动执行器的一体化,使得执行器的安装与调试工作都得到了简化,将整个控制回路装在一台现场仪表里,又减少了因信号传输中的泄露和干扰等因素对系统的影响,提高了系统的可靠性。新型智能化电动执行机构将伺服放大器与执行机构合为一体,驱动电路应用功能强大的集成模块,结构简单,控制性能好。

智能化是当前一切工业控制设备的流行趋势,价格低廉的单片机和新型高速微处理器将全面代替以模拟电子器件为主的电动执行器的控制单元,从而实现完全数字化的控制系统。全数字化的实现,将原有的硬件控制变成了软件控制,从而可以在电动执行器中应用现代控制理论的先进算法(如:最优控制、人工智能、模糊控制、神经元网络等)来提高控制性能。传统的电动执行器一般被看作是线性系统,但实际上,绝大多数执行器参数在运行期间会显著地发生改变,应用参数调节和模型辨识自适应控制将大大提高电动执行器的控制性能。控制策略更为先进的控制方法有利于解决电机的惯性问题,实现准确定位,提高控制精度。例如Nucom电动执行器利用先进的电制动技术,控制精度可达1/250,国产的普通型DKZ及DKJ电动执行器控制精度一般为2.5/100。

要实现智能型电动执行器(机构)的开关、现场/远控和故障报警的管理与控制,关键在于专用可编程序控制器的程序设计,它直接关系到电动执行机构开、关到位的准确性与实时性。专用可编程序控制器采用编程软件进行编程,整个程序由主程序和多个子程序组成。输入到可编程序控制器的信号,有来自上位机的操作命令,也有来自现场电动执行机构的信号,操作人员在现场或监控室都能对电动执行机构进行控制。由程序的不断扫描,实现电动执行机构的开到位、关到位的控制以及电源故障、电动机过热、力矩故障、机械故障的报警功能。可编程序控制器通过RS485接口与人机界面实现通信,同时通过人机界面(HMI)来反馈设备状态和红外线控制器的操作信号。系统还设置了数据查询系统,能够追逐和查询历史数据,便于维护。

电力电子技术、计算机技术及通讯技术的快速发展必将推动电动执行器更加快速的发展:机电一体化将取代分体式结构,智能通讯取代模拟信号通讯,控制精度越来越高,使用环境越来越广。功能更强大、可靠性更高的智能型电动执行器必定能适应不断发展的自动控制要求。

参考文献

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