電動執(zhí)行裝置之：執(zhí)行機構講義
一、執(zhí)行機構的由來
執(zhí)行機構，又稱執(zhí)行器，是一種自動控制領域的常用機電一體化設備（器件），是自動化儀表的三大組成部分（檢測設備、調節(jié)設備和執(zhí)行設備）中的執(zhí)行設備。主要是對一些設備和裝置進行自動操作，控制其開關和調節(jié)，代替人工作業(yè)。按動力類型可分為氣動、液動、電動、電液動等幾類；按運動形式可分為直行程、角行程、回轉型（多轉式）等幾類。由于用電做為動力有其它幾類介質不可比擬的優(yōu)勢，所以電動型近年來發(fā)展zui快，應用面較廣。電動型按不同標準又可分為：組合式結構和機電一體化結構；電器控制型、電子控制型和智能控制型（帶HART、FF協(xié)議）；數(shù)字型和模擬型；手動接觸調試型和紅外線遙控調試型等。它是伴隨著人們對控制性能的要求和自動控制技術的發(fā)展而迅猛發(fā)展的：
1． 早期的工業(yè)領域，有許多的控制是手動和半自動的，在操作中人體直接接觸工業(yè)設備的危險部位和危險介質（固、液、氣三態(tài)的多種化學物質和輻射物質），極易造成對人的傷害，很不安全；
2． 設備壽命短、易損壞、維修量大；
3． 采用半自動特別是手動控制的控制效率很低、誤差大，生產(chǎn)效率低下。
基于以上原因，執(zhí)行機構逐漸產(chǎn)生并應用于工業(yè)和其它控制領域，減少和避免了人身傷害和設備損壞，極大的提高了控制度和效率，同時也極大提高了生產(chǎn)效率。今年來隨著電子元器件技術、計算機技術和控制理論的飛速發(fā)展，國內(nèi)外的執(zhí)行機構都已跨入智能控制的時代。
二、執(zhí)行機構的英文名：ACTUATORS
三、執(zhí)行機構的應用領域
執(zhí)行機構主要應用在以下三大領域：
1． 發(fā)電廠
典型應用有：
①火電行業(yè)應用
送風機風門擋板 一次進風風門擋板 空氣預熱風門擋板 煙氣再循環(huán) 旁路風門擋板 二次進風風門擋板 主風箱風門擋板 燃燒器調節(jié)桿 燃燒器搖擺驅動器 液壓推桿驅動器 葉輪機調速 煙氣調節(jié)閥 蒸氣調節(jié)閥 球閥和蝶閥控制 滑動門 閘門
②其它電力行業(yè)的閥門執(zhí)行器應用
球閥 除塵控制噴水 葉輪機轉速控制 控制大型液壓閥 燃氣控制閥 燃燒器點火啟動 蒸氣控制閥 冷凝水再循環(huán), 脫氧機，鍋爐給水，過熱控制器，再加熱恒溫控制器，及其它相關閥門應用
2． 過程控制
用于化工、石化、模具、食品、醫(yī)藥、包裝等行業(yè)的生產(chǎn)過程控制，按照既定的邏輯指令或電腦程序對閥門、刀具、管道、擋板、滑槽、平臺等進行的定位、起停、開合、回轉，利用系統(tǒng)檢測出的溫度、壓力、流量、尺寸、輻射、亮度、色度、粗糙度、密度等實時參數(shù)對系統(tǒng)進行調整，從而實現(xiàn)間歇、連續(xù)和循環(huán)的加工過程的控制。
3． 工業(yè)自動化
用于較為廣泛的航空、航天、、機械、冶金、開采、交通、建材等方面，對各類自動化設備和系統(tǒng)的運動點（運動部件）進行各種形式的調節(jié)和控制。
過程控制和工業(yè)自動化方面的主要應用舉例如下：
① 在硫礦生產(chǎn)中的應用
注水流量控制 球閥和碟閥控制
②碳酸鉀管道閥門執(zhí)行器的應用
滑動門 分流器 閘門 球閥和蝶閥 球型控制閥
③水處理閥門執(zhí)行器的應用
液流流量控制 調壓閥壓力控制 酸溶液流量控制
④石灰石/水泥廠閥門執(zhí)行器的應用
球或蝶閥控制 處理干水泥，石膏，或液體 送風和引風機 調節(jié)型風門擋板 旁路風門擋板 環(huán)境污染控制和除塵裝置 滑動門 對在料斗和儲藏庫的原材料進行物流控制 閘門 控制原材料在進料口的流量 燃氣控制閥 調節(jié)轉爐上燃燒器進氣量 蒸氣控制閥 控制生產(chǎn)過程所需的蒸氣
⑤在谷物加工廠執(zhí)行器的應用
閘門 分流閥 分配器 物料卸貨器/加熱器 除塵隔離擋板 氣流控制（物流干燥） 球閥和蝶閥控制
⑥鋼廠風門擋板和閥門執(zhí)行器的應用
球或蝶閥控制 控制冷卻水，廢水，或其它冷卻介質 調節(jié)型風門擋板 送風和引風機 旁路風門擋板 閘門 環(huán)境污染控制和除塵裝置 滑動門 控制原材料在進料口的流量 對在料斗和儲藏庫的原材料進行物流控制 燃氣控制閥 蒸氣控制閥 調節(jié)轉爐上燃燒器進氣量 控制生產(chǎn)過程所需的蒸氣
⑦鋁廠風門擋板和閥門執(zhí)行器的應用
送風機風門擋板 一次進風風門擋板 空氣預熱風門擋板 煙氣再循環(huán) 旁路風門擋板 二次進風風門擋板 主風箱風門擋板 燃燒器調節(jié)桿 燃燒器搖擺驅動器 液壓推桿驅動器 葉輪機調速 煙氣調節(jié)閥 蒸氣調節(jié)閥 球閥和蝶閥控制 滑動門 閘門
⑧過程控制擋板的應用
空氣補充 排風機旁路 熱/冷風混和 應急關斷
⑨在石油工業(yè)中的應用
注油工藝流量控制 氣舉管路主閥門壓力控制 注水工藝流量控制 油井油質采樣試驗 / 生產(chǎn)用閥門
⑩在天然氣生產(chǎn)和輸送工業(yè)的應用
氣舉氣流流量控制 氣管路主閥門壓力控制 壓縮機喘振控制 天然氣壓力控制 天然氣管路主閥門壓力控制 應急關斷 天然氣調壓器控制 壓力控制 壓縮機喘振控制 流量控制
四、現(xiàn)在上有那些公司
國外的執(zhí)行機構出現(xiàn)較早，一直保持較大優(yōu)勢。西門子公司于1905年生產(chǎn)了世界上*臺電動執(zhí)行機構。從20世紀90年代初期，國外一些生產(chǎn)電動執(zhí)行機構的廠商，又開發(fā)了新一代的產(chǎn)品占領市場。世界上比較的公司主要有以下一些：
1． 英國的羅托克（ROTORK）
從20世紀90年代初期，國外一些生產(chǎn)電動執(zhí)行機構的廠商，就開發(fā)了新的產(chǎn)品占領市場。較早的是英國羅托克（ROTORK），于1995年推出了IQ型智能電動執(zhí)行機構。IQ系列智能電動執(zhí)行機構是英國羅托克（ROTORK）公司推出的較早一代智能型電動執(zhí)行機構，它的執(zhí)行機構基型是ROTORK多轉電動執(zhí)行機構，在此基礎上，加上微處理器和外圍芯片電路、軟件實現(xiàn)智能控制。它采用紅外線手操器來設置執(zhí)行機構參數(shù)，所以能實現(xiàn)無需“開蓋”調拭技術。它的限位機構通過霍爾傳感器產(chǎn)生數(shù)字信號來設定，力矩保護通過測試電機電流和磁場來獲得。這種通過霍爾傳感器產(chǎn)生數(shù)字信號來設定，力矩保護通過測定電機電流和磁場來獲得。這種通過電子傳感器取代常規(guī)的計數(shù)器傳動機構及凸輪開關組件便于局部工況監(jiān)視及安全保障并簡化調試工作。
2． 美國的喬登（JORDAN）
美國喬登控制公司成立于1955年，從開始到現(xiàn)在一直專業(yè)生產(chǎn)電廠擋板電動執(zhí)行機構，特別是在苛刻工況下（比如：環(huán)境溫度高，安裝位置受限制和不易維護，動作頻繁等），喬登的產(chǎn)品一直是世界上大多數(shù)用戶的，這是由于制造商近五十年的經(jīng)驗累積和先進的設計制造思想使然。在這個領域，特別是高調節(jié)頻度（每小時執(zhí)行機構能動作的次數(shù)達到2000次到4000次）的調節(jié)型應用方面，在歐美*達到70％以上，*能和它競爭的是德國HARTMANN& BRAUN，但后者的價格是它的三倍以上。
喬登的主要優(yōu)勢在于高調節(jié)頻度（2000-4000次/小時），一體化（電機、伺服放大器和傳動機構），*潤滑免維護，任意位置角度安裝，正齒輪和蘇格蘭軛傳動機構等。目前國內(nèi)的品牌（如：ROTORK,SIPOS,AUMA等）無一例外都采用分體設計，特別是減速箱的壽命是很短的。采用渦輪渦桿傳動機構，磨損大，發(fā)熱量高，傳動效率低，壽命短，調節(jié)頻度zui高只能達到1200次/小時。而且要定期潤滑維護和不能任意位置安裝。
主要系列：SM、LA、MV、VA、EH、TA-1200、MC-1100、SM/LA-3300
3． 德國的EMG
1883 德國AEG集團成立，1900年前后開始生產(chǎn)電動執(zhí)行器。1946 AEG集團當時歐洲*二的電子設備集團（其電廠建設部歐洲排名*）成立全資子公司EMG，負責電動執(zhí)行機構業(yè)務.1976 EMG 開發(fā)出的偏心行星齒輪傳動機構 并成功應用在其執(zhí)行器上。1984 AEG集團電廠建設部出售給西門子公司，成為現(xiàn)在西門子的電力集團KWU。 EMG開始設立獨立的銷售網(wǎng)絡。1992 在有十幾萬員工的AEG集團被戴姆勒-奔馳集團并購，成為戴姆勒工業(yè)部并被分拆。1996 EMG工業(yè)集團獨立。2003年EMG集團公司在中國設立中國辦事處，開始開拓中國市場。
主要系列：德瑞摩DREHMO（Standard、Matic I、Matic C）
4． ABB
于1988年由分別成立于1883年和1891年的瑞典阿西亞公司和瑞士BBC公司合并成立，總部位于瑞士蘇黎世。是電力和自動化技術領域的公司，ABB集團在100多個國家擁有上千家企業(yè)，員工139, 000人。
ABB與中國的往來可追溯到本世紀初：早在1907年，ABB就向中國政府提供了一套蒸汽鍋爐。隨著業(yè)務的不斷發(fā)展，集團于1974年在香港創(chuàng)立了中國地區(qū)總部。1994年底把中國地區(qū)總部遷至北京。1995年，ABB公司在北京注冊了獨資的控股公司：阿西亞.布朗. 勃法瑞（中國）投資有限公司，負責中國地區(qū)的所有投資活動。目前，ABB中國在上海、廣州、重慶、沈陽、武漢、青島、南京、西安、成都、福州、哈爾濱、天津、大連、濟南、杭州、昆明、南寧、深圳、鄭州、長春、長沙和香港等地擁有23家銷售機構，在北京、上海、廣州、重慶、廈門、合肥、新會、中山、香港等地擁有27家合資/獨資企業(yè)，員工人數(shù)達到6000多名。
主要系列：ONTRAC（MOE700、MME 800）
Ontrac系列智能電動執(zhí)行機構是ABB公司近年推出的智能電動執(zhí)行機構產(chǎn)品。它的執(zhí)行機構基型也是多轉電動執(zhí)行機構，它的智能控制器安裝在執(zhí)行機構內(nèi)，有操作面板直接操作，LCD顯示，通過菜單式操作，設置執(zhí)行機構參數(shù)。它采用霍爾傳感器來獲得位置信號。通過微處理器對電機轉差S推算出力矩，并與用戶設定的力矩超限值進行比較，一旦超限電機被迫停止運動，微處理器發(fā)出報警信號。這種電子式力矩保護方式，省去過程傳統(tǒng)的彈簧、機械式開關，調試很方便。該執(zhí)行機構還能進行變頻調速控制及閥門特性修正。除傳統(tǒng)控制信號4-20mA可選外，還提供PROFIBUS DP/V1，通訊接口。
5． 德國的哈特曼-布朗（HARTMAN&BRAUN）
主要系列：PME 120
6． 德國的奧馬（AUMA）
7．德國的西門子（SIEMENS）
西門子公司是世界自動化行業(yè)的“老大”，SIPOS是SIEMENS Positioner的縮寫。于一九零五年生產(chǎn)出世界上*臺電動執(zhí)行機構，至今已有近百年的研究、開發(fā)、生產(chǎn)和銷售電動執(zhí)行機構的經(jīng)驗。SIPOS（西博思）為其電動執(zhí)行機構的注冊商標。
SIPOS已被廣泛應用于各個工業(yè)生產(chǎn)領域。中國電廠的所有電動汽機旁路上使用的執(zhí)行機構幾乎全部為*SIPOS。西門子公司還分別于1987年和1992年向中國的兩家制造廠出售其SIPOS1系列和SIPOS 3系列的生產(chǎn)技術。西門子公司不斷更新技術，相繼淘汰了SIPOS 1和SIPOS 3，在范圍內(nèi)創(chuàng)造性地將先進而又成熟的電機變頻控制技術應用于電動執(zhí)行機構中，采用內(nèi)置一體化變頻器來控制執(zhí)行機構的電機，并于一九九七年向市場推出面向新世紀的新一代SIPOS 5 系列電動執(zhí)行機構。
SIPOS 5 于一九九七年底進入中國市場，因其結構簡單、技術先進、性能可靠、可進行故障自診斷、智能化程度高且價格適中而備受市場青睞。在短短三年的時間內(nèi)，中國的七十多家用戶相繼購買了三千余臺，其質量、性能和高性能價格比得到了所有用戶的一致贊賞和認同。
為適應市場需要，自一九九九年十月一日起，西門子公司電動執(zhí)行機構部門從西門子公司龐大的機構中獨立出來，以原有注冊商標SIPOS為公司名，在德國成為具有獨立法人地位的電動執(zhí)行機構專業(yè)性公司：SIPOS AktorikGmbh（西博思電動執(zhí)行機構有限公司）。西博思公司的總部及生產(chǎn)廠位于德國的紐倫堡市，并已在主要國家和地區(qū)設有銷售和服務機構。
自一九九九年十月一日起，西門子公司所有于電動執(zhí)行機構有關的業(yè)務已全部轉至西博思公司，且西門子公司不再生產(chǎn)電動執(zhí)行機構。獨立后的西博思公司仍以SIPOS作為其電動執(zhí)行機構產(chǎn)品的注冊商標，但不再屬于西門子公司。西門子公司現(xiàn)在是西博思公司的主要用戶之一，西博思公司繼續(xù)想西門子公司提供產(chǎn)品和服務。
主要系列：SIPOS1、 SIPOS3 、SIPOS 5 Flash
8.法國的伯納德
法國伯納德股份有限公司是法中電力協(xié)會成員之一，成立于1946年，是世界的閥門電動執(zhí)行器（SERVOMOTEUR）專業(yè)生產(chǎn)廠商，其生產(chǎn)的核級閥門電動執(zhí)行器符合標準。自1950年起，法國核電站開始采用該公司的產(chǎn)品。世界上有60多座核電站使用伯納德的電動執(zhí)行器。1996年該公司產(chǎn)品開始進入中國市場，為中國的大亞灣、嶺澳、秦山、田灣等核電站提供過設備。目前，該公司年產(chǎn)35000多套控制設備，70%銷往國外，廣泛應用于核電、石油、天然氣和水處理等領域。
主要系列：SERVOMOTEUR
9. 意大利的BIFFI
10．美國的柏勒夫（BELLOFRAM）
11．德國PS
12．日本光榮（Unic）
五、JORDAN公司的歷史
1955由Chuck Jordan創(chuàng)立，1960向電力用戶推出風門擋板執(zhí)行機構，1964推出固態(tài)電路控制器，1968推出直行程電動執(zhí)行機構，1970推出角行程和直行程閥門電動執(zhí)行機，1978由美國成套供應商配用進入中國市場，1979 ~1990成為并作為Foxboro公司的執(zhí)行機構分公司，1987開發(fā)彈簧復位電動執(zhí)行機構，1990成為獨立公司，1991開發(fā)并生成采用步進電機的電動執(zhí)行機構，1992該設計贏得政府設計獎，1995推出智能型數(shù)字式伺服控制器，1996通過ISO-9001論證，1997建立公司（www.jordancontrols.com），1998推出 HART & Fieldbus 接口，1999推出快速大推力液壓電動執(zhí)行機構，2000推出具有連續(xù)調節(jié)能力的 SM-6000系列電動執(zhí)行機構，2001 – 成為獨立運作的ROTORK公司。在北京、上海和洛陽有服務和備件中心。
六、JORDAN進入中國的情況簡述
從1978年山東石橫電廠開始進入中國市場，到現(xiàn)在在國內(nèi)已經(jīng)有了數(shù)十家電力用戶，而且從未出過任何問題。從中國的市場來看，目前在電廠的煙風系統(tǒng)（送引風機，磨煤機，排粉機，一次風，二次風等）的擋板，調節(jié)閥電動頭（給水，凝結水，再循環(huán)等）和燃油系統(tǒng)快開閥等方面應用非常廣泛。
七、在中國JORDAN主要有哪幾種執(zhí)行機構的業(yè)績
在中國JORDAN主要有角行程（SM）；直行程（LA）；短直行程（MV、VA）的業(yè)績。
八、在中國執(zhí)行機構的主要現(xiàn)狀
我國的執(zhí)行機構和伺服放大器是六十年代統(tǒng)一設計的，三十多年來在技術上沒有多大創(chuàng)新，zui早的型號有DTZ和DTJ。但近幾年（基本是在“九五”期間進行），隨著國內(nèi)對控制要求的不斷提高，各相關研究機構和部門也開發(fā)出新一代的智能型電動執(zhí)行機構，性能有很大提高，價格在進口產(chǎn)品的一半以下。
開發(fā)機構主要有：上海自動化儀表股份有限公司、四川儀表集團公司、海萬迅儀表有限公司、上海銳凱儀表有限公司等。
型號主要有：QSL、QSQ、DKZ-Z、ZKJ-Z、ZILJ、IKJ等。
目前，在中國，執(zhí)行機構的品牌（含國內(nèi)品牌和國外品牌）較多，市場競爭較大。國外產(chǎn)品主要集中在中市場，而國內(nèi)產(chǎn)品則集中在低端市場。國外產(chǎn)品質量較優(yōu)，但價格往往是國產(chǎn)品牌的幾倍甚至十倍以上，其在技術和商務方面的投資和努力高于國內(nèi)企業(yè)；國內(nèi)現(xiàn)以有一些產(chǎn)品已能達到較高的性價比，但總體來講需要加快技術進步和行業(yè)激勵，加大商務努力。
國產(chǎn)執(zhí)行機構在各行業(yè)應用已比較普遍。但進口執(zhí)行機構從行業(yè)來看，則主要集中在、電力、石化、化工、冶金、建材、環(huán)保等領域和自動化程度較高的生產(chǎn)線上。從投資來看，進口執(zhí)行機構應用較多的地方主要是國家投資的大中型企業(yè)和支柱產(chǎn)業(yè)、外商投資企業(yè)、資金充足和融資能力強的民營企業(yè)。
中國經(jīng)濟正在騰飛，做為現(xiàn)今世界*大制造基地，執(zhí)行機構的市場潛力仍是非常大的：西部大開發(fā)、中部開發(fā)、東北老工業(yè)基地的振興等國家重大舉措；外資投入的不斷加大；老企業(yè)的技術更新和改造等都帶來了很大的機遇。
現(xiàn)在中國的企業(yè)用戶已擺脫長期以來的盲目，變得理性化，既不盲目崇洋，也不再一味追求低價。國內(nèi)企業(yè)在緊追和趕超先進技術，力爭提高度；而外國廠商則瞄準中國巨大的市場，在降低價格方面不斷的努力，以提高在中國市場的競爭力
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