摘 要: 電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是自動(dòng)化領(lǐng)域的終端執(zhí)行裝置，其正在往智能化、變頻控制的方向發(fā)展。無刷直流電機(jī)因?yàn)榫哂兄绷饔兴㈦姍C(jī)的特性,同時(shí)也是頻率變化的裝置,電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)效率,低速轉(zhuǎn)矩,轉(zhuǎn)速精度等都比任何控制技術(shù)的變頻器還要好,是目前的變頻調(diào)速系統(tǒng)。
一、 智能型變頻電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)介
電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是自動(dòng)化領(lǐng)域的終端執(zhí)行裝置，他相當(dāng)于自動(dòng)化的手和腳，隨著工業(yè)進(jìn)程的發(fā)展，自動(dòng)控制已延伸到工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的各個(gè)領(lǐng)域。電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，其主要由結(jié)構(gòu)、電機(jī)、控制三部分組成。隨著市場(chǎng)需求的變化其正在往智能化、變頻控制的方向發(fā)展。怎樣選擇適合于智能控制和變頻控制的的電機(jī)和控制系統(tǒng)成了電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)新的關(guān)健所在。
那么什么是智能型電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)? 現(xiàn)在還沒有一個(gè)明確的標(biāo)準(zhǔn)去定義,國外的產(chǎn)品所具有的功能一般是國內(nèi)產(chǎn)品發(fā)展的一個(gè)方向.目前國內(nèi)市場(chǎng)比較的外國品牌主要有英國羅托克(rotork)、德國的西門子(siemens)、abb等，他們具有什末樣的特點(diǎn)呢？簡(jiǎn)單的分析一下：
1、英國羅托克智能型電動(dòng)執(zhí)行器
英國羅托克(rotork)公司以iq系列智能型電動(dòng)執(zhí)行器為代表，具有如下特點(diǎn)：①參數(shù)遙控設(shè)定功能。采用的紅外線手操器來設(shè)置執(zhí)行機(jī)構(gòu)參數(shù)，采用了“非侵入式”設(shè)計(jì)，這在那些要求防爆或防護(hù)等級(jí)高的場(chǎng)所尤為重要；②在線顯示參數(shù)功能。該產(chǎn)品采用液晶顯示技術(shù)，可準(zhǔn)確顯示閥門開、關(guān)狀態(tài)和閥門正常開度參數(shù)；③完善的自診斷及保護(hù)功能。通過測(cè)試電機(jī)電流，可在線診斷出伺服電機(jī)過載及電源的狀態(tài)，能自動(dòng)識(shí)別三相電源相位，系統(tǒng)故障時(shí)執(zhí)行器可保持在當(dāng)前位置或運(yùn)行到預(yù)先設(shè)定的安全位置；④采用現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)控制。⑤閥位信號(hào)傳感器由過去的精密電位器改變?yōu)槭褂脽o觸點(diǎn)的霍爾傳感器產(chǎn)生數(shù)字量閥位信號(hào)。使得控制精度和可靠性進(jìn)一步提高。
2、德國的西門子(siemens)
以一九九七年進(jìn)入國內(nèi)市場(chǎng)的sipos 5系列電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)為代表。采用微處理器代替了機(jī)械行程限位裝置和力矩傳動(dòng)裝置等，大大提高了可靠性和使用壽命。采用一體化三相交流變頻控制代替了傳統(tǒng)的由交流接觸器控制的異步電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)。使產(chǎn)品具有軟啟動(dòng)和軟關(guān)閉功能，能夠以zui大的力矩啟動(dòng)，而啟動(dòng)電流卻永遠(yuǎn)小于電機(jī)的額定電流，并可以保證很高的定位精度；還可避免對(duì)被控對(duì)象的沖撞，減少磨損，延長(zhǎng)被控對(duì)象的使用壽命，同時(shí)確保關(guān)閉到位。具有良好的人機(jī)界面，可自動(dòng)顯示執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作狀態(tài)，并帶故障自診斷功能。
3、abb智能型電動(dòng)執(zhí)行器
abb公司以ontrac mme800系列為代表的 智能調(diào)節(jié)型電動(dòng)執(zhí)行器以可靠性高、定位著稱, 具有良好的機(jī)械、電機(jī)調(diào)節(jié)特性,*的微處理技術(shù)及通訊接口與pc或dcs連接,采用通用的hart 或profibus通訊協(xié)議,接受模擬量或開關(guān)量信號(hào)控制,用戶通過控制面板即可進(jìn)行參數(shù)調(diào)整、功能設(shè)置、執(zhí)行器動(dòng)作設(shè)定、遠(yuǎn)程監(jiān)控等組態(tài)勢(shì),以適應(yīng)閥門的*控制特性.。 其特點(diǎn)：1. 利用檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)差率,作為輸出負(fù)載的監(jiān)控參數(shù),代替?zhèn)鹘y(tǒng)的蝶形彈簧組件或其它壓力傳感器件,取消機(jī)械力矩調(diào)整裝置及力矩開關(guān),通過微處理器,使力矩保護(hù)值的大小根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工況的要求隨意可調(diào). 2. 采用霍爾傳感器進(jìn)行行程位置的電磁脈沖計(jì)數(shù),取消傳統(tǒng)的齒輪計(jì)數(shù)裝置、電位器及限位開關(guān)，具有無接觸無磨損，分辨率高壽命長(zhǎng)、抗*力強(qiáng)等特點(diǎn)，同時(shí)測(cè)量位移、速度、轉(zhuǎn)向等參數(shù)，通過微處理器處理，可進(jìn)行任意確定工作區(qū)間、改變一定轉(zhuǎn)速等設(shè)3. 采用變頻控制技術(shù)，可方便的控制轉(zhuǎn)速輸出，達(dá)到控制要求，輸出力矩不受頻率、電壓改變的影響。
二、新一代的智能型直流變頻電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)
天津市特斯科過程控制設(shè)備有限公司生產(chǎn)dr系列智能變頻電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，將直流無刷變頻控制技術(shù)引入電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)這個(gè)行業(yè)。無刷直流電動(dòng)機(jī)brushless direct current motor ,bldc,采用方波自控式永磁同步電機(jī),以霍爾傳感器取代碳刷換向器,以釹鐵硼作為轉(zhuǎn)子的永磁材料;產(chǎn)品性能超越傳統(tǒng)直流電機(jī)的所有優(yōu)點(diǎn),同時(shí)又解決了直流電機(jī)碳刷滑環(huán)的缺點(diǎn),數(shù)字式控制,是當(dāng)今的調(diào)速電機(jī)。其又具有率,高轉(zhuǎn)矩,高精度的三高特點(diǎn);同時(shí)具有體積小,重量輕,可作成各種體積形狀,是當(dāng)今zui率的調(diào)速電機(jī),與傳統(tǒng)直流有刷電機(jī)比較,或與交流變頻調(diào)速比較均有更好的性能。
雖然當(dāng)今交流變頻調(diào)速非常普遍,但是變頻調(diào)速受限于異步電機(jī)的低效率,電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)在低速時(shí)轉(zhuǎn)矩變小,諧波損耗大,速度變動(dòng)率大,動(dòng)態(tài)性能不佳等缺失;雖然采用速度死循環(huán)矢量控制或直接轉(zhuǎn)矩控制變頻器時(shí)其可以滿足性能需要,但是購置費(fèi)用偏高,而且異步電機(jī)的效率,功因,低速發(fā)熱仍然無法改善.在注塑機(jī)行業(yè)與變頻器節(jié)能改造作比較,無刷直流電機(jī)的綜合節(jié)電率比交流變頻要高出20%以上,注塑機(jī)沒有降低生產(chǎn)速度(變頻器降低約3%),電機(jī)溫升相差20℃.在風(fēng)機(jī)水泵壓縮機(jī)的負(fù)載上應(yīng)用,功率--速度曲線實(shí)際上應(yīng)該達(dá)到三次方關(guān)系,但使用變頻器驅(qū)動(dòng)異步電機(jī)其曲線可能只有平方比例或稍差;采用無刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)其曲線可以接近三次方曲線特性,節(jié)電效果更好. 典型率異步電機(jī)及變頻器驅(qū)動(dòng)后的效率曲線圖如圖所示
無刷直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性的線性度好，調(diào)速范圍廣，壽命長(zhǎng)，維護(hù)方便噪聲小，不存在因電刷而引起的一系列問題，所以這種電動(dòng)機(jī)在電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)這個(gè)行業(yè)中是的電機(jī)。tsco與*合作開發(fā)的dr系列智能變頻電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)就采用了直流無刷電機(jī)作為其驅(qū)動(dòng)單元.其簡(jiǎn)圖如下:
dr系列電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用的直流無刷變頻調(diào)速系統(tǒng)是目前的調(diào)速系統(tǒng)，配合其它方面的*技術(shù)形成了*特色的tsco智能型電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。其比將在電動(dòng)執(zhí)行器行業(yè)引起一場(chǎng)新的革命,其特點(diǎn)如下：
1、采用霍爾傳感器進(jìn)行行程位置的電磁脈沖計(jì)數(shù),取消傳統(tǒng)的齒輪計(jì)數(shù)裝置、電位器及限位開關(guān)，同時(shí)測(cè)量位移、速度、轉(zhuǎn)向等參數(shù)。便利的參數(shù)遙控設(shè)定功能。投入使用前，只要使用由廠家提供的設(shè)定工具，對(duì)準(zhǔn)執(zhí)行器就可進(jìn)行參數(shù)的遙控設(shè)定。不僅簡(jiǎn)化了設(shè)定工作程序，還提高了設(shè)備安全運(yùn)行性，特別是那些要求防爆的場(chǎng)所尤為重要；
2、采用直流變頻技術(shù)使產(chǎn)品具有軟啟動(dòng)和軟關(guān)閉功能可降低啟動(dòng)電流、對(duì)生產(chǎn)機(jī)械無沖擊，可以大大延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命?？煞奖愕目刂妻D(zhuǎn)速輸出，達(dá)到控制要求，輸出力矩不受頻率、電壓改變的影響。節(jié)電效果明顯。
3、具有良好的人機(jī)界面，可自動(dòng)顯示執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作狀態(tài)，并帶故障自診斷功能，如：輸入信號(hào)故障、反饋信號(hào)故障、供電電源故障、變頻器溫度、電機(jī)溫度超過標(biāo)準(zhǔn)、閥門卡住、末端位置設(shè)定無效等。
4、方便靈活的操作方式，可以通過控制面板、遙控器操作或pc接口方便的設(shè)定工作區(qū)間、改變轉(zhuǎn)速、力矩限位值、運(yùn)行方向等。便利的參數(shù)遙控設(shè)定功能。投入使用前，只要使用由廠家提供的設(shè)定工具，對(duì)準(zhǔn)執(zhí)行器就可進(jìn)行參數(shù)的遙控設(shè)定。不僅簡(jiǎn)化了設(shè)定工作程序，還提高了設(shè)備安全運(yùn)行性，特別是那些要求防爆的場(chǎng)所尤為重要；
5、采用非侵入式設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)機(jī)器的長(zhǎng)效密封。
通過對(duì)國外產(chǎn)品的分析我們發(fā)現(xiàn)智能型電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)應(yīng)具備的特點(diǎn)，1、要有良好的的人機(jī)界面，一般采用采用液晶顯示技術(shù)配合控制面板、紅外遙控器、現(xiàn)場(chǎng)總線接口等方式進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)定。2、用電子的、非接觸的方式實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的位置檢測(cè)、行程限位、力矩檢測(cè)，并可通過人機(jī)界面進(jìn)行設(shè)定。3、采用非侵入式設(shè)計(jì)，方便用戶使用，提升產(chǎn)品的防護(hù)等級(jí)。4、采用變頻控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)和軟關(guān)閉功能，的控制產(chǎn)品的速度和力矩。
tsco與*合作開發(fā)的dr系列智能變頻電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)具備了智能型電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)，是真正意義的智能型電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。目前該產(chǎn)品已通過國家相關(guān)部門檢測(cè)，正式投入工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)使用。