執(zhí)行器有氣動、液動、電動三類，氣動需要氣源且難以進行遠程控制；液動需要液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)；在解決了防爆和馬達保護問題后，電動執(zhí)行器得到了越來越廣泛的應用。IQ執(zhí)行器是Rotork公司1993年開發(fā)成功的一種新產(chǎn)品，我們廠開始在生產(chǎn)裝置安裝、推廣該產(chǎn)品。通過幾年的現(xiàn)場實踐及學習，我們認為IQ執(zhí)行器由于引入雙密封概念以及馬達、齒輪融合*新的電子技術(shù)，使它成為世界首臺智能型非侵入式三相電源電動閥門執(zhí)行器。它采用了智能電路，大大增強了保護功能和控制功能，進一步增強了執(zhí)行器的可靠性。也正是因為采用了現(xiàn)代電子技術(shù)，實現(xiàn)了閥位和扭矩的連續(xù)測量，在罐區(qū)及化工裝置的自動化控制中將得到越來越廣泛的應用。

    1 智能型非侵入式執(zhí)行器

    1.1 模塊組件

    （1）端子箱；（2）磁力開關(guān)；（3）液晶指示窗；（4）三相絕緣式馬達；（5）電子扭矩傳感器；（6）蝸輪蝸桿副；（7）位移傳感器；（8）手動/自動離合器；（9）可拆卸推力座；（10）驅(qū)動軸套；（11）電子控制箱。

    1.2 全新的功能

    （1）智能型    為速度和安全而設(shè)計的非侵入式控制。這種可靠的并經(jīng)“Ls”認證的紅外遙控裝置可在不打開電動箱蓋的情況下，完成調(diào)試和更改組態(tài)，如：扭矩設(shè)定、過熱保護跳閘、遠程控制選擇、馬達運轉(zhuǎn)、遠程開/關(guān)命令出現(xiàn)、開/關(guān)限位跳閘、開/關(guān)閥門。
    （2）全面保護 雙密封結(jié)構(gòu)能很好地保護內(nèi)部電氣元件；相同步器可確保IQ的三相電機始終具有正確的電源相序，從而防止執(zhí)行器因錯誤連線而損壞；自動延時電路提供瞬時反轉(zhuǎn)保護； 閥門卡住時的馬達保護；單相保護；熱動開關(guān)提供過熱保護；閥門狀態(tài)的遠程顯示。
    （3）廣泛應用 側(cè)面安裝用于大型或低速的閘閥和球閥；地面安裝用于遠距離閥門；通過齒輪箱操作角行程閥門；對單葉片或多葉片擋板進行馬達驅(qū)動。
    （4）智能化的通訊 IQ通訊器可直接與執(zhí)行器內(nèi)診斷印制板相連，并可將MOV的有關(guān)操作歷史數(shù)據(jù)下裝，從而進行故障診斷，并可進行預測，彌補閥門的缺陷。
    （5）雙線串行通訊 PAKSCAN對執(zhí)行器、電磁閥、泵、混合器及其它現(xiàn)場裝置全面遠程監(jiān)控，采用一條雙線串行鏈路即可使每個回路監(jiān)控多達240個現(xiàn)場裝置， 并能通過RS485與PLC、DCS系統(tǒng)直接通訊。

    IQ執(zhí)行器基本功能及帶各種可選功能電路示意圖見圖1和圖2。

    2 技術(shù)

    為實現(xiàn)上述全新的功能，借鑒了其它領(lǐng)域，如：機械、電子與計算機、光學、電氣與系統(tǒng)控制的技術(shù)。

    2.1 機械

    推力座自潤滑、易于拆卸，大大提高壽命，并可在不改變閥位的情況下卸下執(zhí)行器。驅(qū)動軸套可卸下，與閥桿配合進行機械加工，便于和閥門配合。為便于改變執(zhí)行器的速度、馬達軸與蝸桿軸是相互獨立的。直接驅(qū)動手輪可在電源故障時提供可靠的緊急手動操作，手動/自動離合器位于輸出軸，速度低，即使在馬達運轉(zhuǎn)時也可安全工作。運動部件減至*少，一對蝸輪蝸桿在油槽內(nèi)運行，可極大地提高在不同環(huán)境下的使用壽命。潤滑油采用SAE80EP。

    2.2 電路與計算機

    電路以位置處理器為中心，各處理器間進行異步串行數(shù)字通訊，構(gòu)成一個小的網(wǎng)絡。

    （1）位置傳感器  霍耳效應傳感器精確測量執(zhí)行器的行程，無需使用任務齒輪和開關(guān)。處理器：兩個傳感器A與B的磁脈沖信號送入處理器，計算程序存儲于本身ROM中，細分后得到位移分辨360°/4/12=7.5°，該處理器同時還承擔小網(wǎng)絡的指揮者任務。
    （2）扭矩傳感器  位于定子內(nèi)部，通過帶有溫度補償?shù)墓虘B(tài)電路來檢測執(zhí)行器扭矩，取代了傳統(tǒng)的機構(gòu)彈簧開關(guān)和杠桿。處理器：通過測量線圈電流和磁通，得到二者乘積的直流分量，即為馬達扭矩。處理器本身ROM中存有比例系數(shù)、齒輪箱損耗、禁止系數(shù)等數(shù)據(jù)，馬達扭矩乘以系數(shù)減去損耗即可得到輸出扭矩。

    （3）紅外線處理器 對紅外線調(diào)制脈沖光電轉(zhuǎn)換后進行解調(diào)，并進行處理，得到相關(guān)命令。
    （4）Folmafic處理器 接收輸入的模擬電流信號（可為0~5mA、0~10mA或0~20mA），并使執(zhí)行器跟隨這一控制信號動作。
    （5）EEPROM電可擦除式只讀存儲器 提供中心存儲區(qū)，所存數(shù)據(jù)分三部分：扭矩標定數(shù)據(jù)、廠家信息、132默認值（BIOS）等；D2默認值、時鐘等；當前操作信息。

    2.3 光學

    執(zhí)行器設(shè)定分為兩類：位置和扭矩。采用紅外線設(shè)定器可快速、安全、方便地執(zhí)行設(shè)定，不需在現(xiàn)場打開電動箱蓋而暴露內(nèi)部的控制電路，這就是*新的非侵入式設(shè)定的概念。設(shè)定器是本安型的，可保證帶電時在危險地區(qū)進行調(diào)試。通訊器也采用紅外線技術(shù)，通過密封的指示窗，可對執(zhí)行器進行設(shè)定和診斷。

    2.4 電氣

    采用高扭矩、低慣量的三相絕緣式馬達， 馬達啟動后可迅速達到峰值扭矩，非勵磁時幾乎沒有超限逆行；周期因素25%，執(zhí)行器輸出額定扭矩的33%、馬達工作15min時，其溫升將不超過B級絕緣； 恒溫線圈內(nèi)有精確的溫度傳感器，它不受周圍環(huán)境溫度的影響， 使電機處于*佳熱容量中； 馬達工作在50Hz、380V、450V、500V、60OV和60Hz、230V、460V、575V時，通過一個緊急狀態(tài)下具有旁路功能的埋入式恒溫器， 可防止馬達被燒壞。此外馬達還受到其它多項保護： 相同步器、單相保護、瞬時反轉(zhuǎn)保護、閥門卡住時的保護。

    2.5 系統(tǒng)控制

    有三套控制方案Syncroset、Syncropak、Pakscan系統(tǒng)。

    Syncroset執(zhí)行器無電子控制部分，將一件事情分開，難以分清事故的起因究竟是閥門、執(zhí)行器、供電系統(tǒng)還是控制系統(tǒng)的問題，責任不明。

    Syncropak執(zhí)行器集成了電子控制系統(tǒng)，但由DCS或PLC對其進行直接系統(tǒng)控制。

    Pakscan系統(tǒng)采用主工作站和雙線回路將執(zhí)行器本身（*多240臺）聯(lián)成網(wǎng)絡進行系統(tǒng)控制，DCS或PLC僅起監(jiān)視者的作用。雙線回路以一根雙芯電纜取代了多芯電纜，在通訊長達15km時可大大降低導線用量；主工作站可接上位微機，運行Pakvision軟件完成順序控制、聯(lián)鎖，使得組態(tài)極其簡便；加上通用現(xiàn)場單元，Pakscan可對多種儀表進行全面自動化控制，從而使之成為一個綜合、標準、及可預設(shè)計的遠程控制系統(tǒng)。

    3 結(jié)論一全面保護與可靠性

    執(zhí)行器大部分時間并不動作，所以設(shè)計考慮惰性和可靠性。在裝置運行過程中IQ執(zhí)行器對過冷、過熱、過干、過潮、腐蝕性環(huán)境均無所謂，這是因為密封和元部件的質(zhì)量。

    （1）機殼防水、防火得到CENELEC、CSA、FM認證。雙密封結(jié)構(gòu)能很好地保護內(nèi)部電氣元件，即使在現(xiàn)場打開接線盒蓋，單獨的密封端子箱也可保證電動裝置的完整性。雙密封，這點雖然簡單，但十分重要。
    （2）非侵入概念：設(shè)定和本地控制。采用紅外線設(shè)定器避免了開蓋進行設(shè)定；采用磁力開關(guān)避免了機械貫通軸。IQ是世界上臺非侵入式執(zhí)行器，使得執(zhí)行器既與環(huán)境隔離，又與人隔離，可靠性得到了極大的提高。
    （3）相同步器設(shè)有相位啟動旋轉(zhuǎn)保護裝置，如果一組三相電源接錯，相位自動旋轉(zhuǎn)保護裝置檢測出來后，可自動在內(nèi)部調(diào)相，使馬達始終沿著正確的方向旋轉(zhuǎn)，從而防止執(zhí)行器因錯誤連線而損壞。
    （4）自動延時電路提供瞬時反轉(zhuǎn)保護： 當執(zhí)行器接到瞬時反轉(zhuǎn)合時，它可防止沖擊負載對閥芯和變速箱所產(chǎn)生的不必要的磨損延時操作。該電路還可通過觸點限止電流波動。
    （5）閥門卡住時的馬達保護：若閥門被卡住，而馬達啟動信號已發(fā)出，7~15s內(nèi)閥門無任何動作，執(zhí)行器內(nèi)的邏輯電路可將相應的觸點斷開。
    （6）單相保護：出現(xiàn)電源缺相，馬達有可能燒毀，而IQ系列執(zhí)行器的電子裝置不斷地監(jiān)視電源。如有一相或兩相丟失，立刻控制磁勵啟動器斷電，保護馬達。
    （7）熱動開關(guān)提供過熱保護：在馬達線圈的端部裝有一個熱動開關(guān)，用以直接檢測這些線圈的溫度。若馬達線圈過熱，則這個開關(guān)可將執(zhí)行器控制電路斷開。
    （8）Pakscan系統(tǒng)中通訊線路冗余，從而可以形成回路，單臺執(zhí)行器的故障不會影響整個系統(tǒng)的運行；主工作站進行熱備份，也提高了控制系統(tǒng)的可靠性。具有獨立的手輪，在電源故障時可提供可靠的緊急手動操作。采用蝸輪桿傳動，具有*少的運動部件，提高了機械系統(tǒng)的可靠性。
    （9）當主電源過低或斷電時，采用電池對位移傳感器供電，用以更新EEPROM中數(shù)據(jù)，避免了重要的閥位信息遺失，使閥位顯示可靠性大大提高。

原創(chuàng)作者：浙江金鋒自動化儀表有限公司