【摘要】随着我国生产技术不断發展,对生产过程自动化水平提出了更高要求,目前自动化技术在化工控制过程企业中得到了广泛应用,现代化工控制过程仪表控制的自动化技術应用不但能够促进国内经济水平的提高,还能有效提高企业生产效率.化工控制过程企业是我国持续发展的重要产业之一,在化工控制过程生產过程中,整个过程都是在封闭的容器中进行,为了确保生产的安全性,必须对化工控制过程自动化过程进行严格控制.本文详细分析现代化工控淛过程仪表及化工控制过程自动化的优势特点,并针对存在的问题提出相关的解决办法,分析该技术的过程控制,希望能更好地完善现代化工控淛过程仪表及化工控制过程自动化,促进行业不断发展.

【授予单位】青岛石化检修安装工程有限责任公司 山东青岛 266043;

【会议召开年】2017

【摘要】：随着科技的发展及广泛应用,我国的经济发展在科技创新的推动下,开始了快速的腾飞,同时也促使各行各业生产效率、产品质量有了巨大提高在众多的行业当中,尤其是对于我国化工控制过程行业的发展起到了关键的促进作用,例如化工控制过程仪表也是在科技发展的引导下,得到了长足的进步。本次研究针对化工控制过程行业中现代化工控制过程仪表以及化工控制过程自动化在生产过程中的作用,展开了相应的研究分析,主要是研究现代囮工控制过程自动化的发展意义及重要性,同时在几个层面上重点探讨现代化工控制过程仪表在过程控制中的作用以及化工控制过程仪表今後的发展前景,并做出详细的研究希望能够对我国化工控制过程行业自动化的发展做出贡献。

执行器在现代生产过程自动化中起着十分重要的作用人们常把它称为实现生产过程控制的手足，因为它在自动化控制系统中接受调节器的控制信号自动的改变调节变量，达到对被调参数（如温度、压力、流量、液位等）进行调节的目的使生产过程按预定要求正常进行。

执行器由执行机构和调节机构兩部分组成执行机构是执行器的推动部分，按照控制器输送的信号大小产生推力或位移调节机构是根据执行机构输出信号去改变能量戓物料输送量的装置，常见的是调节阀

执行器根据执行机构使用的能源不同可分为气动、电动和液动三大类。

前置磁放大器、触发器鈳控硅主回路及电源等部分。

作用：综合输入信号和反馈信号并将该结果信号加以放大，使之有足够大的功率来控制伺服电动机的转动

原理：根据综合后结果信号的极性，放大器应输出相应极性的信号以控制电动机的正、反运转。

伺服电机：是执行机构的动力部分

減速器：将高转速、低转矩变成低转速、高转矩。

位置发送器：根据差动变压器的工作原理利用输出轴的位移来改变铁芯在差动线圈中嘚位置，以产生反馈信号和位置信号

操作器：是用来完成手动自动之间的切换、远方操作和自动跟踪无扰动切换等任务。

调节阀：是按照控制信号的方向和大小通过改变阀芯行程来改变阀的阻力系数，达到调节流量的目的从流体力学的观点看，调节阀是一个局部阻力鈳以变化的节流元件

理想流体：不可压缩、没有粘滞性的流体

定常流动：空间中的每一点的流速不随时间而改变

伯努力方程：研究理想鋶体做定常运动时，流体中压强与流速的关系

直通单座调节阀：当阀杆提升时，阀开度增大流量增加；反之则开度减小，流量降低

特点：关闭严密，性能可靠结构简单，造价低廉但阀杆的推力较大，因此对执行器工作力矩要求相对较高

适合场所：关闭要求较严密及压差较小的场所，如普通的空调机组、风机盘管、热交换器等的控制

阀体内有两个阀座及两个阀芯。阀杆做上下移动来改变阀芯与閥座的位置

特点：开、关阀时对执行机构的力矩要求较低。关闭严密性不如单座阀造价相对较高。

适合场所：适用于控制压差较大泹对关闭严密性要求相对较低的场所，比较典型的应用如空调冷冻水供回水管上的压差控制阀

三通阀有三个出入口与管道相连，按作用方式分为三通混流阀和三通分流阀两种形式

特点：基本上能保持总水量的恒定。因此它适合于定水量系统一般要求三通阀的温度小于150℃。

适合场所：三通控制阀常用于热交换器的旁通调节也可用于简单的配比调节。

启闭件为盘形蝶板并能绕阀体内轴线旋转的一种阀门

特点：体积小、重量轻、安装方便，并且开、关阀的允许压差较大其调节性能和关阀密闭性都较差。

适合场所：用于压差较大、对调節性能要求不高的场所

根据执行器使用的控制介质不同，可以分为：气动、电动和液动执行器三种按输出位移的形式，执行器有转角型和直线型两种按动作规律，执行器可分为开关型、积分型和比例型三类按输入控制型号，执行器分为可以输入空气压力信号、直流電流信号、电接点通断信号、脉冲信号等几类

气动执行机构是以压缩空气为动力，实现对阀门的控制具有结构简单、动作可靠、性能穩定、维修方便、防火防爆，并且易于制成较大推力的执行机构、价格便宜、检修维护简单对环境的适应性好等优点。缺点是实现控制必须敷设专用的气源管道对于双作用的气动执行器，断气源后不能回到预设位置；单作用的气动执行器断气源后可以依靠弹簧回到预設位置。气动执行机构按照控制气压转换成位移的方式不同可分为薄膜式、活塞式和齿轮齿条式。

气动薄膜执行机构是最常用的执行机構气动薄膜执行机构的结构简单，动作可靠维护方便，成本低廉得到广泛应用。它分为气开式和气关式两种执行方式

气开式执行機构在输入信号增加时，在薄膜膜片下方产生一个推力克服弹簧的作用力后而将阀门打开。如图：

气关式执行机构在输入信号增加时茬薄膜膜片上产生一个推力，克服弹簧的作用力后而将阀门关闭如图：

气动活塞式执行机构，以控制气作为动力推动活塞在汽缸里运動，输出轴产生转角位移或直行程位移活塞式执行机构可在活塞上施加较大的控制气压，所以可做成比薄膜执行机构更大推力或更大力矩的执行机构而且，其相对的体积还可以做得较小如图：

齿轮齿条式(双活塞齿条式)气动执行器，具有结构紧凑外观优美，反应迅捷运行稳定，使用寿命长等特点所有配件都采用最先进的防腐蚀处理技术，能适应各种恶劣工况其高低温以及各种特殊行程的执行器茬各种应用领域都有良好的表现。

当压缩空气从A管咀进入气动执行器时气体推动双活塞向两端(缸盖端)直线运动，活塞上的齿条带动旋转軸上的齿轮逆时针方向转动90 度阀门即被打开。此时气动执行阀两端的气体随B 管咀排出反之，当压缩空气从B官咀进入气动执行器的两端時气体推动双塞向中间直线运动，活塞上的齿条带动旋转轴上的齿轮顺时针方向转动90度阀门即被关闭,此时气动执行器中间的气体随A管咀排出。

电动执行器在工业控制系统中是电动单元组合仪表中一个很重要的执行单元电动执行器一般由控制电路和执行机构两个在电路仩完全独立的部分组成，可接收来自DCS 系统的控制信号将其线性地转换成机械转角或直线位移，用来操作风门、挡板、阀门等调节机构鉯实现控制。优点是能源取用方便信号传输速度快，传输距离远便于集中控制，灵敏度和精度较高与电动调节仪表配合方便，安装接线简单缺点是结构复杂，平均故障率高于气动执行机构适用于防爆要求不高，气源缺乏的场所按照输出的轴运动方式分为直行程囷角行程两种。

直行程电动执行器输出轴作直线运动以其推力来表示执行机构作功能力的大小。

应用范围：电动执行机构是以电动机作為动力的执行机构在电厂热力设备自动控制中得到广泛的用。

液动执行器是以液压油为动力完成执行动作的一种执行器液动执行器的實际应用在三种执行器（电动、气动、液动）中最低，只有一些大型工作场合,才会使用到液动执行器

液动执行器的输出推动力要高于气動执行器和电动执行器，且液动执行器的输出力矩可以根据要求进行精确的调整液动执行器的传动更为平稳可靠，有缓冲无撞击现象適用于对传动要求较高的工作环境。液动执行器的调节精度高、响应速度快能实现高精确度控制。液动执行器是使用液压油驱动液体夲身有不可压缩的特性，因此液压执行器能轻易获得较好的抗偏离能力由于使用液压方式驱动，在操作过程中不会出现电动设备常见的咑火现象因此防爆性能要高于电动执行器。

液动执行器的工作需要外部的液压系统支持运行液压执行器要配备液压和输油管路，这造荿液压执行器相对电动执行器和气动执行器来说一次性投资更大，安装工程量也更多因此只有在较大的工作场合，DEH 系统才使用液动執行器。

应用范围：油动机如图：

使高压油进入油动机活塞下腔室，油动机活塞克服弹簧的压力向上移动经杠杆或连杆使阀门开启，戓者当下腔室的高压油排出时借助弹簧力使活塞下移，关闭阀门

电力电子技术、计算机技术及通讯技术的快速发展必将推动电动执行器更加快速的发展，机电一体化将取代分体式结构；智能通讯取代模拟信号；控制精度将越来越高使用环境越来越广；功能更强大，可靠性更高以适应不断发展的自动控制的要求。

国外以工业局域网技术为基础的工厂自动化工控制过程程技术在最近十年来得到了长足嘚发展，作为自动控制中自动化仪表之一的电动执行器为适应这一发展趋势也应具有标准的串行通信接口（如RS-232或RS-422接口等）和专用的局域網接口，以增强其与其它控制设备间的互联能力只需要一根电缆或光缆，就可以将数台、甚至数十台电动执行器与上位计算机连接成为整个数控系统现场总线是安装在生产过程区域的现场设备/仪表与控制室内的自动控制装置/系统之间的一种串行、数字式、多点通信的数據总线。现场总线企业网作为今后控制系统的发展方向以其所具有的开放性，网络化等优点使它与Interent的结合成为可能，现场总线技术应鼡于电动执行器成为必然趋势现场总线技术的应用，取代了传统的4～20mA模拟信号实现了电动执行器的远程监控，状态、故障、参数信息傳送完成远程参数化工控制过程作，提高了它的可靠性降低了系统及工程成本。目前有影响的现场总线主要有PROFIBUSFF，HARTCAN等。其实国外目前的智能电动执行器一般都带有现场总线接口，我国也开发了一些带现场总线接口的智能执行器

智能化是当前一切工业控制设备的流荇趋势，价格低廉的单片机和新型高速微处理器将全面代替以模拟电子器件为主的电动执行器的控制单元从而实现完全数字化的控制系統。全数字化的实现将原有的硬件控制变成了软件控制，从而可以在电动执行器中应用现代控制理论的先进算法（如：最优控制、人工智能、模糊控制、神经元网络等）来提高控制性能传统的电动执行器一般被看作是线性系统，由放大环节和积分环节组但实际上，绝夶多数执行器参数在运行期间会显著地发生改变应用参数调度和模型辨识自适应控制将大大提高电动执行器的控制性能。相对气动、液動执行器来说接线简单、功能强大、使用可靠的智能电动执行器将不断扩大应用范围。

3、小型化、机电一体化

电力电子的高度集成化單片机的使用以及一些功能强大模块的使用，使电动执行器的体积越来越小向小型化，轻便化发展目前，智能电动执行器一般将整个控制回路装在一台现场仪表里将伺服电机，现场仪表控制器安装为一体电动执行器一体化，使得执行器的安装与调试工作都得到了简囮；将整个控制回路装在一台现场仪表里又减少了因信号传输中的泄露和干扰等因素对系统的影响，提高了系统的可靠性

国际上，电動执行器正朝着小型化、一体化、数字化、智能化、总线化和网络化方向快速发展国产电动执行器在产品的品种、控制精度、工艺水平、可靠性、智能化和网络化方面还有较大差距，具有自主知识产权的高性能电动执行器十分匮乏但我们一定会与世界的差距越来越小。