電動執行器的選型與發展趨勢

電動執行器的選型與發展趨勢

電動執行器又稱閥門電動裝置，它是在不同行業領域的稱謂，在工業管道閥門行業稱之為閥門電動裝置，在儀表行業稱之為電動執行器，但現在業內已沒有很明確的區分，本文所涉及到的關于稱謂問題將統一稱之為電動執行器。

閥門在工業管路控制中是經常使用的重要設備，電動閥門隨著工業自動化的發展，因其動力源容易取得，且一般情況下無需維護的優點，比起氣動、液動等不同驅動方式的設備使用更為普遍。在工業場合電動閥門必需具有更高的可靠性和安全性，當閥門能保證性能和壽命的情況下，電動閥門的安全性與可靠性取決于電動執行器，因此電動執行器的性能、控制水平是電動閥門整機技術水平的綜合表現。所以在電動執行器選型時除必需考慮的一些基本要素外，對其提出合理的技術要求才能使電動閥門價值實現zui大化。

電動執行器的類型很多，不同類型和功能的電動執行器與閥門配套后都可稱之為電動閥門，但往往在設計、選型的過程中只重視閥門的參數忽略或沒有明確電動執行器的相關要求，這樣不僅使電動閥門發揮不出zui大的性能，而且在安裝、調試、使用過程中也會帶來不必要的麻煩，甚至給生產造成嚴重的后果。

本文將針對電動執行器選型考慮的要點進行說明，并對目前智能電動執行器的相關功能做簡單介紹，它將是當今乃至將來工業自動化控制發展所需的主流的產品。

• 電動執行器選型考慮要點

一、根據閥門類型選擇電動執行器

閥門的種類相當多，工作原理也不太一樣，一般以轉動閥板角度、升降閥板等方式來實現啟閉控制，當與電動執行器配套時首先應根據閥門的類型選擇電動執行器。

1．角行程電動執行器（轉角<360度）

電動執行器輸出軸的轉動小于一周，即小于360度，通常為90度就實現閥門的啟閉過程控制。此類電動執行器根據安裝接口方式的不同又分為直連式、底座曲柄式兩種。

a) 直連式：是指電動執行器輸出軸與閥桿直連安裝的形式。

b) 底座曲柄式：是指輸出軸通過曲柄與閥桿連接的形式。

此類電動執行器適用于蝶閥、球閥、旋塞閥等。

2．多回轉電動執行器（轉角>360度）

電動執行器輸出軸的轉動大于一周，即大于360度，一般需多圈才能實現閥門的啟閉過程控制。

此類電動執行器適用于閘閥、截止閥等。

3．直行程（直線運動）

電動執行器輸出軸的運動為直線運動式，不是轉動形式。

此類電動執行器適用于單座調節閥、雙座調節閥等。

二、根據生產工藝控制要求確定電動執行器的控制模式

電動執行器的控制模式一般分為開關型（開環控制）和調節型（閉環控制）兩大類。

1．開關型（開環控制）

開關型電動執行器一般實現對閥門的開或關控制，閥門要么處于全開位置，要么處于全關位置，此類閥門不需對介質流量進行控制。

特別值得一提的是開關型電動執行器因結構形式的不同還可分為分體結構和一體化結構。選型時必需對此做出說明，不然經常會發生在現場安裝時與控制系統沖突等不匹配現像。

a) 分體結構（通常稱為普通型）：控制單元與電動執行器分離，電動執行器不能單獨實現對閥門的控制，必需外加控制單元才能實現控制，一般外部采用控制器或控制柜形式進行配套。

此結構的缺點是不便于系統整體安裝，增加接線及安裝費用，且容易出現故障，當故障發生時不便于診斷和維修，性價比不理想。

b) 一體化結構（通常稱為整體型）：控制單元與電動執行器封裝成一體，無需外配控制單元即可現實就地操作，遠程只需輸出相關控制信息就可對其進行操作。

此結構的優點是方便系統整體安裝，減少接線及安裝費用，容易診斷并排除故障。但傳統的一體化結構產品也有很多不完善的地方，所以產生了智能電動執行器，關于智能電動執行器后面將再做說明。

2．調節型（閉環控制）

調節型電動執行器不僅具有開關型一體化結構的功能，它還能對閥門進行控制，從而調節介質流量。因篇幅有限其工作原理在此不作詳細說明。下面就調節型電動執行器選型時需注明的參數做簡要說明。

a)控制信號類型（電流、電壓）

調節型電動執行器控制信號一般有電流信號(4～20mA、0～10mA)或電壓信號(0～5V、１～5V)，選型時需明確其控制信號類型及參數。

b)工作形式（電開型、電關型）

調節型電動執行器工作方式一般為電開型（以4～20mA的控制為例，電開型是指4mA信號對應的是閥關，20mA對應的是閥開），另一種為電關型（以4-20mA的控制為例，電開型是指4mA信號對應的是閥開，20mA對應的是閥關）。一般情況下選型需明確工作形式，很多產品在出廠后并不能進行修改，但現在一些企業的智能型電動執行器可以通過現場設定隨時修改。

c)失信號保護

失信號保護是指因線路等故障造成控制信號丟失時，電動執行器將控制閥門啟閉到設定的保護值，常見的保護值為全開、全關、保持原位三種情況，且出廠后不易修改。但一些企業閥控生產的智能電動執行器可以通過現場設定進行靈活修改，并可設定任意位置（0～100%）為保護值。

三、根據閥門所需的扭力確定電動執行器的輸出扭力

閥門啟閉所需的扭力決定著電動執行器選擇多大的輸出扭力，一般由使用者提出或閥門廠家自行選配，做為執行器廠家只對執行器的輸出扭力負責，閥門正常啟閉所需的扭力由閥門口徑大小、工作壓力等因素決定，但因閥門廠家加工精度、裝配工藝有所區別，所以不同廠家生產的同規格閥門所需扭力也有所區別，即使是同個閥門廠家生產的同規格閥門扭力也有所差別，當選型時執行器的扭力選擇太小就會造成無法正常啟閉閥門，因此電動執行器必需選擇一個合理的扭力范圍。

四、根據所選電動執行器確定電氣參數

因不同執行器廠家的電氣參數有所差別，所以設計選型時一般都需確定其電氣參數，主要有電機功率、額定電流、二次控制回路電壓等，往往在這方面的疏忽，結果控制系統與電動執行器參數不匹配造成工作時空開跳閘、保險絲熔斷、熱過載繼電器保護起跳等故障現像。

五、根據使用場合選擇外殼防護等級、防爆等級

1．外殼防護等級

外殼防護等級是指電動執行器的殼體防外物、防水等級，以字母IP后加兩位數表示，*位由1～6表示防外物等級（見表一），第二位由１～８表示防水等級（見表二）。

表一 *位數字代表的防外物等級

表二　第二位數字代表的防水等級

2． 防爆等級

在可能出現爆炸性氣體、蒸汽、液體、可燃性粉塵等而引起火災或爆炸危險的場所時，必需對電動執行器提出防爆要求，根據不同的應用區域選擇防爆形式和類別。防爆等級可通過防爆標志ＥＸ及防爆內容來表示（參考《爆炸性環境用防爆電氣設備》GB3836－2000）。

防爆標志內容包括：防爆型式+設備類別+（氣體組別）+溫度組別

a)防爆型式：根據所采取的防爆措施，可分為本質安全型、隔爆型、增安型、正壓型、澆封型、充砂型等。它們的標識如下表三。

表三　防爆形式及標志

b) 設備類別：

表四　設備類別

II 類隔爆型“Eｘd”和本質安全型“Eｘi”電氣設備按其適用于爆炸性氣體混合物的zui大試驗安全間隙或zui小點燃電流比，進一步分為又分為IIA、IIB、和IIC 類,其它們之間的關系如下表五：

表五　氣體組別

c) 溫度類別：

電氣設備按其zui高表面溫度分為T1～T6 組，使得對應的T1～T6 組的電氣設備的zui高表面溫度不能超過對應的溫度組別的允許值。溫度組別、設備表面溫度和可燃性氣體或蒸汽的引燃溫度之間的關系如下表六：

表六　溫度組別

（二）智能電動執行器是當今乃至將來發展的主流

考慮以上所述的五大因素電動執行器基本能夠比較理想選型，但隨著工業自動化的不斷發展，特別是計算機速度的飛速發展，傳統電動執行器的弊端及無法實現的功能也隨之表露出來，一種安全、穩定、可靠、界面友好、智能化的電動執行器才能與自控系統相適應。那么智能電動執行器有哪些優點呢?它又能解決傳統產品的哪些弊端呢？下面針對380V電源驅動的智能電動執行器的優點做簡單介紹。

一、豐富的信息顯示及人性化的人機對話界面

傳統的電動執行器一般不具備太多的信息提示，所以在現場很難知道電動閥門的運行情況，特別是當出現故障時不容易診斷并排除故障。智能型電動執行器解決了這個問題，他將電動執行器的運行進行檢測并將信息通過液晶顯示屏顯示，這樣就減少了很多人為診斷過程，并能及時排除故障恢復生產。特別值得一提的是很多產品往往是代碼或英文，不便于現場工作理解操作，真正的人性化人機對話界面應該是全中文字顯示，奧美閥控生產的智能電動執行器就是全中文字菜單顯示。

二、可組態的多組信號輸出

電動執行器信號輸出的多少是執行器對其自身及閥門運行狀態監視程度高低的體現之一，傳統電動執行器一般是以機械微動開關觸點輸出，輸出點數有限，且以固定形式及固定的信息定義輸出，在選型如沒明確要求，產品一但出廠很難再做更改，這樣不便于使用的靈活性，也不能適應強大的系統控制要求。智能電動執行器必需能有更多的信號輸出點數，且對應信息定義可靈活組態。

三、解決相序問題

三相電機存在著相序問題，當三相電源相序錯誤，控制開閥、關閥時與閥門的實際轉向相反，失控將造成電動執行器、閥門嚴重損壞。所以初次安裝調試時必需手動進行相序糾錯，否則損壞將不可避免，但往往現場接線與調試是不同人員，常常發生沒有相序糾錯而使設備損壞的現像。而智能電動執行器可以不必考慮相序問題，內部電路檢測接入交流電源的相序，通過邏輯運算實現自動糾錯，不管怎么接都能按正確的轉向工作。

四、電源缺相保護

三相電機一但缺相將會使電機損壞，傳統電動執行器一般不具備缺相保護。智能電動執行器對三相電源進行檢測，能在缺相的時候及時進行保護。需要注意的一個事實是，絕大多數的電機缺相是在電機運行時發生的，而一般的缺相檢測只能檢測電機靜態下的缺相。但一些企業閥控生產的智能電動執行器能在動、靜態下實時檢測缺相是否存在，一但缺相發生將及時進行保護，通過屏幕顯示，發出報警信號。

五、*自診斷功能

電動執行器不管運行與否，一但被接通電源時就必需能自行診斷檢測，當診斷出故障時操作將被禁止，并通過液晶顯示屏顯示各故障報警信息，并將信號輸出給控制系統，這樣對設備的安全、可靠不只增加了一層保險，也縮短排除故障的時間，使故障診斷實現智能化，這是傳統產品所不具備的功能。

六、可修改的參數設定

傳統電動執行器一般出廠后參數是不可改的，智能型電動執行器*改變了這種局限性，它通過內部程序實現設定，可隨時進行參數的修改，不管是初裝還是使用過程中都可進行修改，使得設備發揮其強大的靈活性。

七、非侵入隔離密封

傳統電動執行器現場操作按鈕（或旋鈕）一般采用慣通軸，所以密封性能較差，智能型電動執行器一般采用非侵入式設計，操作按鍵與內部電路*隔離，使得密封問題得到*的解決。實現了免開蓋設定、操作、查詢。

八、現場總線控制

當一個工廠使用更多的電動閥門時，如何更好的實現集中控制并與自動化控制系統相適應，總線技術解決了這個問題，當電動執行器與上位機現實總線控制時，可以不必再采用傳統的多電纜控制方式。智能電動執行器采用標準接口（RS485、RS232）進行通訊，并將信號與處理器電路光電隔離，確保了電動執行器的安全運行。電動執行器實現總線控制方便用戶利用計算機、組態軟件和I/O模塊來構建經濟的控制系統。