电动执行机构发展趋势研究.pdf

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第6期(总第193期)
机械工程与自动化
No 6
2015年12月
MECHANICAL ENGINEERING AUTOMATION
文章编号:1672-6413(2015)06-0225-02
电动执行机构发展趋势研究
王召垒
(扬州电力设备修造厂有限公司,江苏扬州225003)
摘要:电动执行机构是过程驱动控制领域的重要环节,探讨了电动执行机构的未来发展趋势,重点介绍了现
场总线型、蓝牙型、 Zig Bee型和智慧型电动执行机构。
关鍵词:电动执行机构;蓝牙; Zigbee;智慧型
中图分类号:TP273
文献标识码:A
1电动执行机构的概念、用途及分类
片微处理器为核心的电动执行机构开始出现,并逐渐
电动执行机构是自动化过程控制领域常用的一种成为市场主流。单片微处理器的应用,使得电动执行
机电一体化设备,它以电为动力源,通过对阀门进行控机构由原有的硬件控制变成了软件控制,使电动执行
制和调节,并能接收调节设备送来的模拟量或数字量机构从单一的现场执行单元转变为数字化的现场设
标准信号,通过将这些信号变成相对应的转角或行程备,走向了智能化控制。
等的机械位移来改变与操作阀门(调节阀、风门、挡板2.2国内发展历程
开度等),以使得被调参数(压力、流量、温度、液位等)
国内的电动执行机构大致经历了以下几个发展阶
能够进行自动调节。电动执行机构可以使生产过程按段
预定的要求进行,它是过程自动控制系统中极为重要的
(1)初级阶段(1964年~1980年):这个时期的电
执行设备,被广泛应用于电力、石油、化工、治金等行业。动执行机构仅用于驱动闻阀、截止阀等阀门的多回转
电动执行机构按其使用的工作环境可以归纳为普型产品,以机械结构为主,输出转矩范围窄,规格单一。
通型、核电型、防爆型和防腐型等;按其输出运动的形
2)快速发展阶段(1981年~2000年):这一时期
式又可分为多回转型(输出轴转角大于360°)、部分回通过引进国外产品及技术,产品种类增加、适应性更
转型(转角小于360°,多为90)和直行程(输出轴直线强,传动技术有较大进步,初步实现简易控制,制定产
运动);按其控制方式也可分为开关型(开环控制)和调品标准
节型(闭环控制)。
(3)高新控制技术应用阶段(2000年至今):随着
2电动执行机构国内外发展历程
嵌入式控制系统、传感器及通信技术的发展,非侵入式
2.1国外发展历程
产品应运而生,智能型、总线控制型产品得到推广应
1905年德国西门子公司制造出世界上第一台电用,并制定了国家标准
动执行机构 SIPOS,从此电动执行机构进入工业自动3电动执行机构的发展趋势
化领域,并且伴随着科学技术的发展和自动化控制系3.1现场总线型电动执行机构
统的进步不断发展完善。早期的电动执行机构以机械
现场总线是指在制造或者过程区域的现场装置与
部件为主,主要由电机、机械传动部分和位置、转矩信控制室内的自动装置之间的数字式、串行、多点通信的
号开关组成
数据总线。根据协议的不同,现场总线分为 PROFI-
二十世纪七、八十年代,随着计算机技术和大规模BUS、FF、 MODBUS、HART、 LONWORKS和CAN
集成电路技术的发展,出现了可编程序控制器(Pl
等等。电动执行机构的控制模块中嵌入现场总线通信
使得集中式与分散式相结合的分散型控制系统(D
协议组成总线型电动执行机构
应运而生,从这一阶段开始,电动执行机构成为机电
现场总线系统主要由上位机组态界面、PLC控制
体化的现场设备。
系统、下位机电动执行机构和仪表等组成,其结构如图
十世纪末,随着计算机网络技术的发展,企业对1所示。通俗地讲就是根据固定的协议,电脑通过2
综合自动化和管理现代化的要求不断提高,工业自动根总线电缆与现场设备进行通信,实现电脑对现场设
化系统逐渐向数字化网络化方向发展,这一时期,以单备的监控。
收稿日期:2015-08-03;修订日期:2015-10-25
作者简介:王召垒(1983-),男,河北枣强人,工程师,硬士,主要从事阀门电动执行机构设计与制造。
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机槭工程与自动化
2015年第6期
3.2蓝牙控制型电动执行机构
智慧型控制系统如图4所示,通过安装在电动执
蓝牙是一种短距离无线通信标准,已广泛应用于行机构上的GSM短信终端模块将阀门管道的状态信
手机、笔记本、车载设备等电子产品中,它使用射频信息编码后作为短信发送出去,经远程基站到达远程监
号作为传输介质,标准是完全开放和无偿的,互操作性控中心,远程监控中心的GSM终端模块接收解码,当
与兼容性好,射频信号功率小,功耗低,安全无公害,在验证来源的合法性后还原成文本信息发布在用户的手
基带层使用跳频扩频技术,数据可加密,信息的安全性机上。如果需要发往若干个手机,只要在群发列表中
高。电动执行机构内嵌蓝牙通信组件,在具有Win-添加每个手机的SIM卡电话号码就可以了。短信息
dows Mobile/CE/ Android操作系统的手持智能设备发送周期很短,所以在电动执行机构上发送阀门管道
PDA、手机)上装入应用软件,即可在电动执行机构状态信息后,几秒钟内手机上的信息就可以得到更新,
与智能设备之间搭建起点对点的无线通信平台,智能这样便实现了远程控制。
设备可控制电动执行机构运行,查询或修改执行机构运
行参数,实现双向数据传输,有效工作距离可达10m。
系统由电动执行机构、手持设备构成,其结构如图2所示。
Zigbee
gee
管理级早?号著户机
电脑
中心
主站
中继
路由
以太网
过程级
图3 Zigbee控制系统结构图
现场总线
现场级
智能型电动
手机用户
远程监控中心
执行机构
远程基站
手持智能终端
图1现场总线控制系统结构图
3 Bluetooth
GSM短信终端模块
只
行
场执行
机构
图4智慧型控制系统结构图
GSM短信终端模块带有RS232或RS485接
口,可以实现与电动执行机构电控组件的通信,电控组
件通过单片机芯片采集电动执行机构的状态信息并存
储,然后经VP1176等485信号转换模块将芯片的
TTL电平转换为485电平,最终把数据传输给GSM
图2蓝牙控制系统结构图
短信终端模块,由GSM把数据编码打包,以短信息的
3.3 Zig Bee控制型电动执行机构
方式发送出去。
Zigbee是基于IE8O2.15.4标准的低功耗局域4结语
网协议。根据国际标准规定, Zigbe技术是一种短距
离、低功耗的无线通信技术,单个ZgBe模块控制距制领域对电动执行机构的要求越来越高,高可靠性、高
离为300m,加装多个 Zigbee中继模块可以实现信号防护等级、高防爆等级(石化市场)、高智能化、体积小
跳跃式传播,在人力难以到达的位置或高危场合实施是未来发展的趋势,更智能更安全更实用的电动执行
控制具有绝对的优势。
机构必将引领行业的潮流。