自80年代中期以来国外执行器在成功开发了高性能、高压、防空化、低噪声、耐磨、耐腐等特殊产品的基础上，为适应引入计算机网络技术新控制系统的要求，又进入了一场新的技术竞争。

采用传统的4～20mA模拟量信号控制的现场仪表、变送器、执行器正面临着一场新的挑战——适应具有双向数字通信的现场总线的控制模式。为此，执行器必须根本改变原有的控制模式和控制功能，实现数字化、智能化、通信化。

国外生产控制阀和电动执行机构的主要厂商，自80年代中期已开始数字化、智能化产品的技术开发和研究，其中起步最早的是美国VALTEK控制阀公司，随后又有英国的ROTORK公司，德国的西门子公司、SAMSON公司、SENSYCON公司，美国的FISHER公司等。其中西门子公司的SIPART PS智能阀门定位器和ROTORK公司的IQ型电动执行机构率先商品化进入市场。我国自1995年起已少量使用这些产品于电站、石化等大型工程中，反映良好，并有进一步推广应用的趋势。 

二 执行器数字化、智能化、通信化技术 

1. 现场总线与HART协议 

现场总线是用于现场仪表与控制系统间的一种全数字化、多变量、双向、多站的通信系统，它将用数字信号取代现行的4 ～20mA模拟量信号。它使现场信号的采集、传输和数据变换更加高效、方便; 作为一种全开放的总线标准，是国际上各大控制公司共同关心的热点。由于涉及各公司现有技术兼容的直接利益，因此，一个统一的现场总线标准至今尚未形成。但迫于控制技术发展的需要，现场总线标准的确立已是势在必行了。

HART协议是现场总线未能形成的现状下出现的一种过渡技术，该协议由ROSEMOUNT公司开发的，即通信可寻址远程传感器的数据网络协议(Highway Addressable Remote Transducer，HART)，它使用SFK(移频键控)技术，成功地在模拟信号上叠加一个频率信号，如图1所示。它成功地使模拟和数字双向通信能同时进行，并互不干扰。该协议还可在一根双绞电线上以全数字的方式通信，支持多达15个现场设备的多站网络，因此，已成为目前最有影响的智能仪表通信协议。此外，FISHER-ROSEMOUNT公司还推出了手操器，可供依循HART协议的智能仪表使用，实现通信和手操。它与DCS系统的典型集成形式如图2所示。 

2. 气动执行机构的数字化和智能化 

由于气动执行机构具有结构简单、可靠、本质安全防爆、维修方便等突出的优点，由其组成的气动控制阀一直是执行器的主流产品。即使自70年代以来电动控制仪表大量替代气动控制仪表，气动控制阀依然借助电气转换技术被广泛使用，并得到不断发展和提高。但原有电气转换技术一直是基于喷嘴挡板结构的力平衡和位移平衡原理，使其无法突破模拟量的控制技术，引入数字技术和微机技术，实现智能化。因此，气动控制阀智能化、微机化的关键在于根本改变电气阀门定位器的设计原理，由经典的机械结构设计变为采用电子技术。

从图3可知，d方案是一种最为有效的方法，既可保留原阀门定位器的有效功能，提高控制阀的性能，在技术上又可兼容各类执行机构和控制阀的使用要求。只要按防爆、非防爆，大行程、小行程，直行程、角行程等参数和功能，开发几个典型的品种，即能实现原有气动控制阀的升级换代，成为一代新型智能产品; 进而可通过智能型定位器的开发、简化，以及改变控制阀的部分设计(例如可以一种最有利于抗冲刷、低流阻的外形设计阀芯，由定位器的智能功能实现各种流量特性)，使控制阀的结构稳定性、抗振性、响应速度、阀座密封比压、力矩保护等得到有效改善。

由西门子公司提出的SIPART PS型智能阀门定位器即是按这种技术思路实施的一个成功例子，其工作原理如图4所示。

该设计突破的关键技术有：

(1) 采用高响应、低功耗的压电式电磁阀组件，接受数字脉冲信号开关气源，由两个电磁阀组成控制的供气回路，实现气室压力控制。

(2) 采用电子式位移传感器，实现高精度位置反馈，并以电流反馈信号代替原有的力、位移反馈变量。

(3) 采用带微机的信号偏差控制代替传统的机械式力平衡比较机构。

该产品采用功能模块组合方式，使产品具有多种功能和特点：

(1) 耗气量极小，为机械式的2%。

(2) 抗振性好，由原2g提高到6g加速度。

(3) 按偏差大小自适应控制提高响应速度和控制精度，分辨力优于0.05%。

(4) 多种流量特性的选择。

(5) 具有现场功能设定显示气源压力故障诊断、报警等功能。

(6) 可以进一步实现与现场总线的联用。 

3. 电动执行机构的数字化和智能化 

电动执行机构也是一种广为采用的执行器产品，特别适用于电站、冶金等工业。电动执行机构采用电源操作，因此实现数字化、微机化要比气动调节阀来得容易。早在80年代国内外都已有相应产品提供，如带微机的伺服放大器、高精度步进电机执行机构等。但这些产品仅着眼于增加控制功能，不能与总线联网。

近年来由ROTORK公司开发的IQ型智能执行机构，采用多种先进技术实现了这个目标，其工作原理如图5所示。

该产品设计突破的关键技术和主要特点为：

(1) 采用不接触式磁脉冲式位移传感器代替导电塑料电位器的位置发生器，既简化了原有的机械结构又可直接输出数字信号;

(2) 采用测量电机负载电流的电磁力矩变送器代替蝶形弹簧等机械式力矩保护机构，因而更为可靠有效，并实现输出信号的数字化;

(3) 采用红外线信号接收器，实现现场智能通信;

(4) 双密封防水结构，达到IP68防护标准要求;

(5) 现场状态数字显示，并可现场在线设置、修改参数和保护功能;

(6) 具有电机断相、过热、堵转、阀门卡死等保护功能和报警功能;

(7) 伺服放大器与执行机构组合成整体，就地现场安装。 

随着自动化控制技术的发展，对系统的高效、可靠、安全提出了更高的要求，执行器在系统中的作用愈益重要。国内外的有识之士都在密切关注着执行器的发展，为之投入了更多的人力和资金，加速着本专业的技术发展。由于执行器在自控系统中的特有地位，智能化、通信化是必要的，但更重要的是开发更多适用各种现场要求的高温、高压、耐腐、防辐射、防火、切断、耐磨、耐冲刷、低噪声等控制阀，并改进它们的结构，实现仪表化、通用化、多功能化、组合化; 提高它们的可靠性、使用寿命和操作性，还必须充分重视执行器产品的选用技术、应用技术。国际上，IEC已经着手制订流量特性选择的有关标准，而噪声计算、流量系数计算等标准经多年的努力已经被各国接受并实现了软件化，成为国际交流和贸易的统一依据; 为促进执行器产品的开发，产品的试验技术也得到了发展，而且试验装置和技术已成为产品开发的重要竞争手段和制订验证标准的必备条件。美国公司能够长期成为控制阀技术领域的先驱，就是因为它们具有良好的开发研究试验条件。

综上所述，执行器技术面临着新技术的种种挑战。作为基础元件，当今各种新技术、新工艺、新材料的发展也为它的技术进步提供了更有利的条件和基础。执行器行业已有了几十年的技术积累和良好的环境。作者相信90年代将是执行器技术发展的又一繁荣时期。

摘自互联网（作者：汪克成）