执行器有气动、液动、电动三类，气动需要气源且难以进行远程控制；液动需要液压调节系统；在解决了防爆和马达保护问题后，电动执行器得到了越来越广泛的应用。IQ执行器是Rotork公司1993年开发成功的一种新产品，我们厂开始在生产装置安装、推广该产品。通过几年的现场实践及学习，我们认为IQ执行器由于引入双密封概念以及马达、齿轮融合*新的电子技术，使它成为世界首台智能型非侵入式三相电源电动阀门执行器。它采用了智能电路，大大增强了保护功能和控制功能，进一步增强了执行器的可靠性。也正是因为采用了现代电子技术，实现了阀位和扭矩的连续测量，在罐区及化工装置的自动化控制中将得到越来越广泛的应用。

    1 智能型非侵入式执行器

    1.1 模块组件

    （1）端子箱；（2）磁力开关；（3）液晶指示窗；（4）三相绝缘式马达；（5）电子扭矩传感器；（6）蜗轮蜗杆副；（7）位移传感器；（8）手动/自动离合器；（9）可拆卸推力座；（10）驱动轴套；（11）电子控制箱。

    1.2 全新的功能

    （1）智能型    为速度和安全而设计的非侵入式控制。这种可靠的并经“Ls”认证的红外遥控装置可在不打开电动箱盖的情况下，完成调试和更改组态，如：扭矩设定、过热保护跳闸、远程控制选择、马达运转、远程开/关命令出现、开/关限位跳闸、开/关阀门。
    （2）全面保护 双密封结构能很好地保护内部电气元件；相同步器可确保IQ的三相电机始终具有正确的电源相序，从而防止执行器因错误连线而损坏；自动延时电路提供瞬时反转保护； 阀门卡住时的马达保护；单相保护；热动开关提供过热保护；阀门状态的远程显示。
    （3）广泛应用 侧面安装用于大型或低速的闸阀和球阀；地面安装用于远距离阀门；通过齿轮箱操作角行程阀门；对单叶片或多叶片挡板进行马达驱动。
    （4）智能化的通讯 IQ通讯器可直接与执行器内诊断印制板相连，并可将MOV的有关操作历史数据下装，从而进行故障诊断，并可进行预测，弥补阀门的缺陷。
    （5）双线串行通讯 PAKSCAN对执行器、电磁阀、泵、混合器及其它现场装置全面远程监控，采用一条双线串行链路即可使每个回路监控多达240个现场装置， 并能通过RS485与PLC、DCS系统直接通讯。

    IQ执行器基本功能及带各种可选功能电路示意图见图1和图2。

    2 技术

    为实现上述全新的功能，借鉴了其它领域，如：机械、电子与计算机、光学、电气与系统控制的技术。

    2.1 机械

    推力座自润滑、易于拆卸，大大提高寿命，并可在不改变阀位的情况下卸下执行器。驱动轴套可卸下，与阀杆配合进行机械加工，便于和阀门配合。为便于改变执行器的速度、马达轴与蜗杆轴是相互独立的。直接驱动手轮可在电源故障时提供可靠的紧急手动操作，手动/自动离合器位于输出轴，速度低，即使在马达运转时也可安全工作。运动部件减至*少，一对蜗轮蜗杆在油槽内运行，可极大地提高在不同环境下的使用寿命。润滑油采用SAE80EP。

    2.2 电路与计算机

    电路以位置处理器为中心，各处理器间进行异步串行数字通讯，构成一个小的网络。

    （1）位置传感器  霍耳效应传感器精确测量执行器的行程，无需使用任务齿轮和开关。处理器：两个传感器A与B的磁脉冲信号送入处理器，计算程序存储于本身ROM中，细分后得到位移分辨360°/4/12=7.5°，该处理器同时还承担小网络的指挥者任务。
    （2）扭矩传感器  位于定子内部，通过带有温度补偿的固态电路来检测执行器扭矩，取代了传统的机构弹簧开关和杠杆。处理器：通过测量线圈电流和磁通，得到二者乘积的直流分量，即为马达扭矩。处理器本身ROM中存有比例系数、齿轮箱损耗、禁止系数等数据，马达扭矩乘以系数减去损耗即可得到输出扭矩。

    （3）红外线处理器 对红外线调制脉冲光电转换后进行解调，并进行处理，得到相关命令。
    （4）Folmafic处理器 接收输入的模拟电流信号（可为0~5mA、0~10mA或0~20mA），并使执行器跟随这一控制信号动作。
    （5）EEPROM电可擦除式只读存储器 提供中心存储区，所存数据分三部分：扭矩标定数据、厂家信息、132默认值（BIOS）等；D2默认值、时钟等；当前操作信息。

    2.3 光学

    执行器设定分为两类：位置和扭矩。采用红外线设定器可快速、安全、方便地执行设定，不需在现场打开电动箱盖而暴露内部的控制电路，这就是*新的非侵入式设定的概念。设定器是本安型的，可保证带电时在危险地区进行调试。通讯器也采用红外线技术，通过密封的指示窗，可对执行器进行设定和诊断。

    2.4 电气

    采用高扭矩、低惯量的三相绝缘式马达， 马达启动后可迅速达到峰值扭矩，非励磁时几乎没有超限逆行；周期因素25%，执行器输出额定扭矩的33%、马达工作15min时，其温升将不超过B级绝缘； 恒温线圈内有精确的温度传感器，它不受周围环境温度的影响， 使电机处于*佳热容量中； 马达工作在50Hz、380V、450V、500V、60OV和60Hz、230V、460V、575V时，通过一个紧急状态下具有旁路功能的埋入式恒温器， 可防止马达被烧坏。此外马达还受到其它多项保护： 相同步器、单相保护、瞬时反转保护、阀门卡住时的保护。

    2.5 系统控制

    有三套控制方案Syncroset、Syncropak、Pakscan系统。

    Syncroset执行器无电子控制部分，将一件事情分开，难以分清事故的起因究竟是阀门、执行器、供电系统还是控制系统的问题，责任不明。

    Syncropak执行器集成了电子控制系统，但由DCS或PLC对其进行直接系统控制。

    Pakscan系统采用主工作站和双线回路将执行器本身（*多240台）联成网络进行系统控制，DCS或PLC仅起监视者的作用。双线回路以一根双芯电缆取代了多芯电缆，在通讯长达15km时可大大降低导线用量；主工作站可接上位微机，运行Pakvision软件完成顺序控制、联锁，使得组态极其简便；加上通用现场单元，Pakscan可对多种仪表进行全面自动化控制，从而使之成为一个综合、标准、及可预设计的远程控制系统。

    3 结论一全面保护与可靠性

    执行器大部分时间并不动作，所以设计考虑惰性和可靠性。在装置运行过程中IQ执行器对过冷、过热、过干、过潮、腐蚀性环境均无所谓，这是因为密封和元部件的质量。

    （1）机壳防水、防火得到CENELEC、CSA、FM认证。双密封结构能很好地保护内部电气元件，即使在现场打开接线盒盖，单独的密封端子箱也可保证电动装置的完整性。双密封，这点虽然简单，但十分重要。
    （2）非侵入概念：设定和本地控制。采用红外线设定器避免了开盖进行设定；采用磁力开关避免了机械贯通轴。IQ是世界上台非侵入式执行器，使得执行器既与环境隔离，又与人隔离，可靠性得到了极大的提高。
    （3）相同步器设有相位启动旋转保护装置，如果一组三相电源接错，相位自动旋转保护装置检测出来后，可自动在内部调相，使马达始终沿着正确的方向旋转，从而防止执行器因错误连线而损坏。
    （4）自动延时电路提供瞬时反转保护： 当执行器接到瞬时反转合时，它可防止冲击负载对阀芯和变速箱所产生的不必要的磨损延时操作。该电路还可通过触点限止电流波动。
    （5）阀门卡住时的马达保护：若阀门被卡住，而马达启动信号已发出，7~15s内阀门无任何动作，执行器内的逻辑电路可将相应的触点断开。
    （6）单相保护：出现电源缺相，马达有可能烧毁，而IQ系列执行器的电子装置不断地监视电源。如有一相或两相丢失，立刻控制磁励启动器断电，保护马达。
    （7）热动开关提供过热保护：在马达线圈的端部装有一个热动开关，用以直接检测这些线圈的温度。若马达线圈过热，则这个开关可将执行器控制电路断开。
    （8）Pakscan系统中通讯线路冗余，从而可以形成回路，单台执行器的故障不会影响整个系统的运行；主工作站进行热备份，也提高了控制系统的可靠性。具有独立的手轮，在电源故障时可提供可靠的紧急手动操作。采用蜗轮杆传动，具有*少的运动部件，提高了机械系统的可靠性。
    （9）当主电源过低或断电时，采用电池对位移传感器供电，用以更新EEPROM中数据，避免了重要的阀位信息遗失，使阀位显示可靠性大大提高。

原创作者：浙江金锋自动化仪表有限公司