一、概述

　　大型水泥干法生產(chǎn)工藝過程要求其連續(xù)性、快速性和協(xié)調(diào)性，特別是對(duì)物料流、氣流的實(shí)時(shí)工況和協(xié)調(diào)關(guān)系,必須及時(shí)地監(jiān)視和控制，并實(shí)時(shí)調(diào)整工藝參數(shù)的擾動(dòng)。工藝過程的物料流有原燃料和中間成品，氣流包括冷風(fēng)、熱風(fēng)、一次風(fēng)、二次風(fēng)、三次風(fēng)、磨機(jī)進(jìn)出口風(fēng)、循環(huán)風(fēng)等，它們之間的協(xié)調(diào)關(guān)系更顯得重要。實(shí)施相互協(xié)調(diào)的機(jī)構(gòu)在干法水泥工藝過程是執(zhí)行器，它主要由調(diào)節(jié)閥和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成，另外根據(jù)需要也可再配閥門定位器和手輪機(jī)構(gòu)。調(diào)節(jié)閥在水泥廠以蝶閥為主，也有用于分料的二位和三位閥，它和與其連接的電動(dòng)推桿由電動(dòng)執(zhí)行器來改變操作變量。據(jù)不完全的統(tǒng)計(jì)一個(gè)典型的5000~5500t/d的單條水泥生產(chǎn)線，閥門數(shù)量約為80個(gè)，其中電動(dòng)控制閥門為75臺(tái)左右。故執(zhí)行器在水泥生產(chǎn)過程自動(dòng)化中起十分重要作用，常被稱為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化的“手足”。   

　　電動(dòng)執(zhí)行器是以電能為動(dòng)力，接受控制系統(tǒng)發(fā)出的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)(模擬量或數(shù)字量)，并將此信號(hào)變成相對(duì)應(yīng)的機(jī)械位移(轉(zhuǎn)角，直線或多轉(zhuǎn)), 來自動(dòng)改變操作變量(操作閥、風(fēng)門、檔板的開度等)，以達(dá)到對(duì)被調(diào)參數(shù)(溫度、壓力、流量、物位等)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)或手動(dòng)調(diào)節(jié)的目的，故電動(dòng)執(zhí)行器對(duì)水泥工藝過程的安全、可靠的運(yùn)行有很大的影響，許多水泥廠的實(shí)踐證明，由于電動(dòng)執(zhí)行器選型不當(dāng)，使生產(chǎn)不能正常進(jìn)行，不得不停產(chǎn)重新更換電動(dòng)執(zhí)行器。

二、關(guān)于電動(dòng)執(zhí)行器選型

　　電動(dòng)執(zhí)行器主要用于鋼鐵、電力、建材、供熱、輕工和水處理等企業(yè)，相對(duì)于化工、石化行業(yè)使用的氣動(dòng)、液動(dòng)執(zhí)行器而言主要有三點(diǎn)優(yōu)勢：

　?。?/span>1）無需特殊氣源和氣動(dòng)三大件,即使電源失電時(shí)，也能保持原執(zhí)行位置；

　?。?/span>2）可遠(yuǎn)距離傳輸信號(hào)，電纜鋪設(shè)比氣管和液體管道鋪設(shè)方便，且便于線路檢查；

　?。?/span>3）與工廠控制系統(tǒng)連接方便簡潔，更適應(yīng)采用電子信息新技術(shù)。當(dāng)今水泥廠極大多數(shù)選用電動(dòng)執(zhí)行器，近來有些水泥廠在庫的流量調(diào)節(jié)中采用了BMH配套的PS2氣電定位器，它是由電信號(hào)控制氣動(dòng)執(zhí)行器來調(diào)節(jié)流量的，筆者認(rèn)為這種形式的氣電定位器盡管控制簡單，但需配特殊氣源，為此另需要設(shè)置氣管；

　　另外氣動(dòng)閥門和元件還比較嬌氣，結(jié)構(gòu)也相應(yīng)復(fù)雜，故沒有必要由它替代電動(dòng)執(zhí)行器，電動(dòng)執(zhí)行器運(yùn)行更可靠，安全。

　　當(dāng)前在水泥廠使用的電動(dòng)執(zhí)行器有國產(chǎn)的、全引進(jìn)的、也有引進(jìn)技術(shù)在國內(nèi)組裝的，不管是國內(nèi)還是國外的，電動(dòng)執(zhí)行器多是按輸出方式、安裝方式和調(diào)節(jié)方式分類。

　　按輸出方式分為三種：

　　（1）角行程-輸出力矩和900轉(zhuǎn)角，水泥廠在主工藝線大多選用角行程的執(zhí)行器；

　?。?/span>2）直行程-輸出推力拉力和直線位移，在輔助工藝線上如增濕塔水泵站回水流量的調(diào)節(jié)常選用直行程執(zhí)行器；

　?。?/span>3）多轉(zhuǎn)式-輸出力矩和超過3600的多圈轉(zhuǎn)動(dòng)，此類在水泥廠幾乎不用。

按安裝方式又可分為二種：

　?。?/span>1）直聯(lián)式-通過執(zhí)行器輸出法藍(lán)與閥門直接連接，這樣執(zhí)行器可直接安裝在管道上，目前新上的水泥廠大多采用此種形式；

　?。?/span>2）底座式-執(zhí)行器通過杠桿與閥門連接，此時(shí)執(zhí)行器需要安裝在一個(gè)基礎(chǔ)座上，它僅用于角行程，一些老水泥廠還是采用此種形式。

按調(diào)節(jié)方式分為三種：

　?。?/span>1）比例調(diào)節(jié)型-執(zhí)行器接收計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(或調(diào)節(jié)器、操作器)輸出的4~20mA的信號(hào)，執(zhí)行器輸出軸轉(zhuǎn)角或位移與此信號(hào)成比例關(guān)系，自動(dòng)完成調(diào)節(jié)任務(wù)；現(xiàn)今在水泥廠使用的大多是整體式，即執(zhí)行器與位置定位器組裝成一體，整體現(xiàn)場安裝使用；

　　（2）遠(yuǎn)控型-執(zhí)行器接收開關(guān)信號(hào)，執(zhí)行器的輸出軸可控制在任意位置；

　?。?/span>3）開關(guān)型-也稱二位式，它接收開關(guān)信號(hào)，執(zhí)行器的輸出軸只能控制在開和關(guān)的兩個(gè)極限位置，水泥廠在流程中兩位閥，可采用此種形式；

　?。?/span>4）積分調(diào)節(jié)型-執(zhí)行器接收脈沖信號(hào)，并通過PWM或PFM兩種脈沖調(diào)制器控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作。有些執(zhí)行器的制造商如SIPAI，H&B等公司生產(chǎn)的SIPOS MME等執(zhí)行器，電機(jī)用變頻器驅(qū)動(dòng)，其電機(jī)速度和負(fù)載就不受電源電壓的影響，產(chǎn)品應(yīng)用面寬，備品少。

　　我們?cè)谠O(shè)計(jì)選型要由工藝確定最大輸出力矩、行程的要求確定型式和規(guī)格，由工藝布置確定安裝方式，并根據(jù)所供電源和控制信號(hào)選擇執(zhí)行器的電源和控制調(diào)節(jié)方式。

　　九十年代前水泥廠選用的電動(dòng)執(zhí)行器，主要是國產(chǎn)DKJ或ZKJ角行程電動(dòng)執(zhí)行器，它是DDZ-Ⅲ型或Ⅱ型電動(dòng)組合儀表中的執(zhí)行單元，是傳統(tǒng)電動(dòng)執(zhí)行器的典型產(chǎn)品，執(zhí)行器主要由伺服放大器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)兩部分組成，接受來自調(diào)節(jié)單元、變送單元或手操器輸出的標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)，將其轉(zhuǎn)換成與之相對(duì)應(yīng)的機(jī)械位移輸出。

　　雖然DKJ電動(dòng)執(zhí)行器還在應(yīng)用，但由于它存在的不足和水泥廠使用的情況來看，在大型干法水泥廠的主工藝流程一些重要的閥門，建議不采用它，因?yàn)樗饕幸韵聨追矫鎲栴}：

　?。?/span>1）產(chǎn)品規(guī)格品種較單一，且只有一種位移速度；

　?。?/span>2）沒有力矩保護(hù)和行程開關(guān)（有些DKJ電動(dòng)執(zhí)行器已加裝了限位開關(guān)作為行程開關(guān)，但可靠性差），雖然電動(dòng)機(jī)能堵轉(zhuǎn)，但其轉(zhuǎn)矩一直施加在閥門上，使閥門容易受損而減少使用壽命；

　?。?/span>3）主要參數(shù)技術(shù)指標(biāo)較落后，如工作死區(qū)、基本誤差、回差等比一些引進(jìn)產(chǎn)品差得多；

　?。?/span>4）制動(dòng)器易磨損，電容擊穿問題也較大，平均故障間隔時(shí)間(MTBF)僅約10000小時(shí)；

　　（5）在機(jī)械上不能自鎖，增加了對(duì)制動(dòng)器的可靠性要求。當(dāng)然為節(jié)省投資，一些不在主流程的且力矩又較小的閥門還是可選用的。

　　除DKJ電動(dòng)執(zhí)行器外，在國內(nèi)水泥廠用的還有天津津達(dá)執(zhí)行器公司的JD系列電動(dòng)執(zhí)行器，上海自動(dòng)化儀表十一廠的IKZL電動(dòng)執(zhí)行器，天津儀表七廠引進(jìn)法國伯納德(BANADY)技術(shù)的AS，BS，RS系列電動(dòng)執(zhí)行器，重慶川儀十廠引進(jìn)德國H&B公司的MOE700/MME800系列電動(dòng)執(zhí)行器，還有引進(jìn)的SIEMENS POSITIONER公司的SIPOS系列電動(dòng)執(zhí)行器，德國AUMA系列，英國ROTORK公司的IQ 系列電動(dòng)執(zhí)行器等。水泥廠可根據(jù)其安裝位置、主要參數(shù)技術(shù)指標(biāo)、控制保護(hù)功能、減速器、電動(dòng)機(jī)的性能、位置發(fā)送器的可靠性及性能價(jià)格比擇優(yōu)選用。

三、智能電動(dòng)執(zhí)行器

　　近年來，電動(dòng)執(zhí)行器獲得了快速的發(fā)展，國內(nèi)外一些廠商相繼推出帶現(xiàn)場總線通信協(xié)議的智能電動(dòng)執(zhí)行器。新型智能電動(dòng)執(zhí)行器利用微機(jī)和現(xiàn)場總線通信技術(shù)將伺服放大器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)合為一體，不僅實(shí)現(xiàn)了雙向通信、PID調(diào)節(jié)、在線自校正與自診斷等多種控制技術(shù)要求的功能，還增設(shè)了行程保護(hù)、過力矩保護(hù)、電動(dòng)機(jī)過熱保護(hù)、斷電信號(hào)保護(hù)、輸出現(xiàn)場閥位指示和故障報(bào)警等功能，它可進(jìn)行現(xiàn)場操作和遠(yuǎn)方操作，完成手動(dòng)操作及手動(dòng)/自動(dòng)之間無擾動(dòng)切換。這幾年國內(nèi)有些水泥廠使用引進(jìn)的SIPOS 、MME、IQ等系列電動(dòng)執(zhí)行器，國內(nèi)如天津津達(dá)公司、上海上自十一廠生產(chǎn)的JD、IKZL等系列電動(dòng)執(zhí)行器應(yīng)屬于智能電動(dòng)執(zhí)行器。這些智能電動(dòng)執(zhí)行器在技術(shù)功能和性能指標(biāo)上還有差異，但它們有共同的特點(diǎn)：

　　1．在機(jī)械結(jié)構(gòu)上采用了新型結(jié)構(gòu)部件，如減速器c采用新穎傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，運(yùn)行平穩(wěn)，傳動(dòng)效率高，無爬行，摩擦小。位置發(fā)送器采用新技術(shù)和新方法，如有的采用霍爾傳感器，如H&B公司生產(chǎn)的 MM系列電動(dòng)執(zhí)行器，它直接感應(yīng)閥桿的縱向或旋轉(zhuǎn)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)了非接觸式定位檢測；有的采用特殊電位器，電位器中裝有球軸承和特殊導(dǎo)電材質(zhì)做成的電阻簿片，如津達(dá)公司JD 系列；有的采用磁阻效應(yīng)的非接觸式旋轉(zhuǎn)角度傳感器。位置定位器也即伺服放大器均采用微處理器系統(tǒng)，所有控制功能可通過編程實(shí)現(xiàn)；有的伺服放大器中還采用了變頻技術(shù)。

　　2．各種保護(hù)功能齊全、使用方便、具有自診斷、自調(diào)整等功能，有的現(xiàn)場總線型執(zhí)行器還增加了PI調(diào)節(jié)功能，可直接接受變送器來的信號(hào)。

　　3．采用先進(jìn)微機(jī)和數(shù)字顯示技術(shù)，以智能伺服放大器替代傳統(tǒng)的伺服放大器，以數(shù)字式操作器取代原有的模擬指針式操作器，解決了數(shù)字顯示跳動(dòng)頻繁而造成人眼疲勞的問題。

　　4．在調(diào)節(jié)中采用電制動(dòng)和斷續(xù)調(diào)節(jié)技術(shù)，對(duì)具有自鎖功能的執(zhí)行機(jī)構(gòu)可取消機(jī)械摩擦制動(dòng)器，提高了整機(jī)的可靠性。

　　5．有的廠家開發(fā)了運(yùn)用紅外遙控的非接觸調(diào)試技術(shù)，逐步取代接觸式手動(dòng)調(diào)試技術(shù)等，如天津津達(dá)執(zhí)行器公司開發(fā)的非侵入式電動(dòng)執(zhí)行器，采用了JDIDL-A型智能數(shù)字定位器，它可通過手持式設(shè)定器，運(yùn)用紅外遙感技術(shù)在無須打開執(zhí)行器箱蓋的情況下，通過顯示窗口就可進(jìn)行人機(jī)對(duì)話，包括改變執(zhí)行器運(yùn)行狀態(tài)，控制閥門開關(guān)及對(duì)執(zhí)行器各種參數(shù)的設(shè)定。水泥廠有的閥門安裝位置高，不便于人工在初始階段的手動(dòng)調(diào)試，特別是廢氣處理等部門，這種智能數(shù)字定位器的開發(fā)為遙控調(diào)試創(chuàng)造了良機(jī)。

四、智能電動(dòng)執(zhí)行器的發(fā)展趨勢

　　電動(dòng)執(zhí)行器在自動(dòng)化金字塔的模型中，屬最下一層，是直接和工藝設(shè)備連接的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，對(duì)水泥工藝過程的安全、可靠的運(yùn)行有很大的影響。隨著微處理技術(shù)、通信技術(shù)、自動(dòng)化儀表技術(shù)的迅猛發(fā)展，智能電動(dòng)執(zhí)行器將進(jìn)一步發(fā)展，其趨勢可歸納為：機(jī)電一體化結(jié)構(gòu)逐步取代組合式結(jié)構(gòu)；智能化控制技術(shù)逐步取代純電子控制技術(shù)；帶通信技術(shù)的逐步取代不帶通信技術(shù)；數(shù)字控制方式逐步取代傳統(tǒng)的模擬控制方式；用控制技術(shù)逐步取代純電子控制技術(shù)；運(yùn)用紅外遙控的非接觸調(diào)試技術(shù)，逐步取代接觸式手動(dòng)調(diào)試技術(shù)等。

　　當(dāng)智能電動(dòng)執(zhí)行器與現(xiàn)場總線連接時(shí)，它就成了現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)中的一塊儀表，這時(shí)它不僅是執(zhí)行器，還具有控制、通信等功能。

　　隨著水泥行業(yè)規(guī)模越來越大，并正在努力打入國際市場，智能電動(dòng)執(zhí)行器及新一代的產(chǎn)品將在水泥工業(yè)中更普遍應(yīng)用。

文章來源：中國化工儀器網(wǎng)

http://www.chem17.com/Tech_news/Detail/22239.html