執(zhí)行機構的應用

1、執(zhí)行機構講義一、執(zhí)行機構的由來執(zhí)行機構，又稱執(zhí)行器，是一種自動控制領域的常用機電一體化設備（器件），是自動化儀表的三大組成部分（檢測設備、調節(jié)設備和執(zhí)行設備）中的執(zhí)行設備。主要是對一些設備和裝置進行自動操作，控制其開關和調節(jié)，代替人工作業(yè)。按動力類型可分為氣動、液動、電動、電液動等幾類；按運動形式可分為直行程、角行程、回轉型（多轉式）等幾類。由于用電做為動力有其它幾類介質不可比擬的優(yōu)勢，所以電動型近年來發(fā)展最快，應用面較廣。電動型按不同標準又可分為：組合式結構和機電一體化結構；電器控制型、電子控制型和智能控制型（帶hart、ff協(xié)議）；數(shù)字型和模擬型；手動接觸調試型和紅外線遙控調試型等。它是伴

2、隨著人們對控制性能的要求和自動控制技術的發(fā)展而迅猛發(fā)展的：1早期的工業(yè)領域，有許多的控制是手動和半自動的，在操作中人體直接接觸工業(yè)設備的危險部位和危險介質（固、液、氣三態(tài)的多種化學物質和輻射物質），極易造成對人的傷害，很不安全；2設備壽命短、易損壞、維修量大；3采用半自動特別是手動控制的控制效率很低、誤差大，生產效率低下?；谝陨显?，執(zhí)行機構逐漸產生并應用于工業(yè)和其它控制領域，減少和避免了人身傷害和設備損壞，極大的提高了控制精確度和效率，同時也極大提高了生產效率。今年來隨著電子元器件技術、計算機技術和控制理論的飛速發(fā)展，國內外的執(zhí)行機構都已跨入智能控制的時代。二、執(zhí)行機構的英文名：actua

3、tors三、執(zhí)行機構的應用領域執(zhí)行機構主要應用在以下三大領域：1發(fā)電廠典型應用有：火電行業(yè)應用送風機風門擋板一次進風風門擋板空氣預熱風門擋板煙氣再循環(huán)旁路風門擋板二次進風風門擋板主風箱風門擋板燃燒器調節(jié)桿燃燒器搖擺驅動器液壓推桿驅動器葉輪機調速煙氣調節(jié)閥蒸氣調節(jié)閥球閥和蝶閥控制滑動門閘門其它電力行業(yè)的閥門執(zhí)行器應用球閥除塵控制噴水葉輪機轉速控制控制大型液壓閥燃氣控制閥燃燒器點火啟動蒸氣控制閥冷凝水再循環(huán),脫氧機，鍋爐給水，過熱控制器，再加熱恒溫控制器，及其它相關閥門應用2過程控制用于化工、石化、模具、食品、醫(yī)藥、包裝等行業(yè)的生產過程控制，按照既定的邏輯指令或電腦程序對閥門、刀具、管道、擋板、滑

4、槽、平臺等進行精確的定位、起停、開合、回轉，利用系統(tǒng)檢測出的溫度、壓力、流量、尺寸、輻射、亮度、色度、粗糙度、密度等實時參數(shù)對系統(tǒng)進行調整，從而實現(xiàn)間歇、連續(xù)和循環(huán)的加工過程的控制。3工業(yè)自動化用于較為廣泛的航空、航天、軍工、機械、冶金、開采、交通、建材等方面，對各類自動化設備和系統(tǒng)的運動點（運動部件）進行各種形式的調節(jié)和控制。過程控制和工業(yè)自動化方面的主要應用舉例如下：在硫礦生產中的應用注水流量控制球閥和碟閥控制碳酸鉀管道閥門執(zhí)行器的應用滑動門分流器閘門球閥和蝶閥球型控制閥水處理閥門執(zhí)行器的應用液流流量控制調壓閥壓力控制酸溶液流量控制石灰石/水泥廠閥門執(zhí)行器的應用球或蝶閥控制處理干水泥，石膏

5、，或液體送風和引風機調節(jié)型風門擋板旁路風門擋板環(huán)境污染控制和除塵裝置滑動門對在料斗和儲藏庫的原材料進行物流控制閘門控制原材料在進料口的流量燃氣控制閥調節(jié)轉爐上燃燒器進氣量蒸氣控制閥控制生產過程所需的蒸氣在谷物加工廠執(zhí)行器的應用閘門分流閥分配器物料卸貨器/加熱器除塵隔離擋板氣流控制(物流干燥)球閥和蝶閥控制鋼廠風門擋板和閥門執(zhí)行器的應用球或蝶閥控制控制冷卻水，廢水，或其它冷卻介質調節(jié)型風門擋板送風和引風機旁路風門擋板閘門環(huán)境污染控制和除塵裝置滑動門控制原材料在進料口的流量對在料斗和儲藏庫的原材料進行物流控制燃氣控制閥蒸氣控制閥調節(jié)轉爐上燃燒器進氣量控制生產過程所需的蒸氣鋁廠風門擋板和閥門執(zhí)行器的

6、應用送風機風門擋板一次進風風門擋板空氣預熱風門擋板煙氣再循環(huán)旁路風門擋板二次進風風門擋板主風箱風門擋板燃燒器調節(jié)桿燃燒器搖擺驅動器液壓推桿驅動器葉輪機調速煙氣調節(jié)閥蒸氣調節(jié)閥球閥和蝶閥控制滑動門閘門過程控制擋板的應用空氣補充排風機旁路熱/冷風混和應急關斷在石油工業(yè)中的應用注油工藝流量控制氣舉管路主閥門壓力控制注水工藝流量控制油井油質采樣試驗/生產用閥門在天然氣生產和輸送工業(yè)的應用氣舉氣流流量控制氣管路主閥門壓力控制壓縮機喘振控制天然氣壓力控制天然氣管路主閥門壓力控制應急關斷天然氣調壓器控制壓力控制壓縮機喘振控制流量控現(xiàn)代化的火電廠是一個龐大而又復雜的生產電能與熱能 的工廠。 它由下列5個系統(tǒng)組

7、成： 燃料系統(tǒng)：完成燃料輸送、儲存、制備的系統(tǒng)。燃煤電廠具有卸煤設施、煤場、上煤設施、煤倉、給煤機、磨煤機等設備；燃油電廠備有油罐、加熱器、油泵、輸油管道等設備。 燃燒系統(tǒng):完成燃料燃燒過程,使燃料化學能轉化為蒸汽熱能的系統(tǒng)。主要有燃燒器、爐膛、送風機、引風機、除塵器、除灰設備等。 汽水系統(tǒng)：完成蒸汽熱能轉化為機械能的系統(tǒng)。主要有鍋爐的汽水部分、汽輪機及其輔助設備，如凝汽器、除氧器、回水加熱器、給水泵、循環(huán)水泵、冷卻設備等。 電氣系統(tǒng)：完成機械能轉化為電能的系統(tǒng)。主要有發(fā)電機、主變壓器、斷路器、隔離開關、母線等。 控制系統(tǒng)：完成生產過程中的參數(shù)測量及自動化監(jiān)控操作的系統(tǒng)。 在上述系統(tǒng)的所有設備

8、中，最主要的設備是鍋爐、汽輪機和發(fā)電機，它們安裝在發(fā)電廠的主廠房內。主變壓器和配電設備一般是安裝在獨立的建筑物內和戶外；其他輔助設備如給水系統(tǒng)、供水設備、水處理設備、除塵設備、燃料儲運設備等，有的安裝在主廠房內，有的則是安裝在輔助建筑中或在露天場地?；痣姀S生產電能的流程如圖所示（火力發(fā)電的基本生產過程是,燃料在鍋爐中燃燒,將其熱量釋放出來，傳給鍋爐中的水，從而產生高溫高壓蒸汽；蒸汽通過汽輪機又將熱能轉化為旋轉動力，以驅動發(fā)電機輸出電能。 大中型燃煤的火電廠，一般采用煤粉爐，其生產過程是:將進廠的原煤經碎煤機破碎、磨煤機磨成煤粉,用熱風吹送，噴入鍋爐爐膛，通過煤粉燃燒生成的高溫煙氣,首先加熱爐膛

9、內的水冷壁管與過熱器管,然后經過煙道內的再熱器、省煤器和空氣預熱器而進入除塵器，在清除煙氣中的飛灰之后，通過煙囪排入大氣。 水在鍋爐爐膛內生成飽和蒸汽，通過過熱器時，繼續(xù)被煙氣加熱而變?yōu)檫^熱蒸汽，經主蒸汽管送入汽輪機，并在汽輪機內膨脹作功后，進入凝汽器凝結成水。該凝結水經低壓回熱加熱器進入除氧器，再經給水泵、高壓加熱器送入鍋爐。從汽輪機某個中間級抽出一部分蒸汽，分別送入回熱加熱器和除氧器，供回熱給水和加熱除氧。為了補償蒸汽和水的損失，還須將經過化學處理的補充水加入除氧器，除氧器出來的水才能供給鍋爐使用。為使蒸汽在凝汽器內凝結成水，還必須不斷用循環(huán)水泵將冷卻水送入凝汽器中的冷凝管內進行熱交換，這

10、就又形成一個冷卻水系統(tǒng)。冷卻水或直接來自江、河、湖泊并排放入江、河、湖泊，或在冷卻塔式噴水池中與大氣進行熱交換以重復使用。 過熱蒸汽進入汽輪機以后，推動轉子轉動，帶動發(fā)電機旋轉發(fā)電，再通過一系列電氣設備及輸電線路送至用戶。這就是一般的大中型凝汽式燃煤火電廠的生產過程。例如：熱電廠2600mw的招標順序第一批輔機1 煙氣脫硝裝置2 靜電除塵器3 中速磨煤機4 給煤機5 電動給水泵，氣動給水泵6 凝結水泵7 高壓加熱器8 除氧器9 汽機房橋式起重機第二批輔機1 送風機 2 引風機 3 一次風機 4 灰?guī)煨痘以O備 5 飛灰分選系統(tǒng) 6 碎煤機 7 滾軸篩 8 凝結水精處理系統(tǒng) 9 閉式循環(huán)冷卻水泵

11、10 閉式循環(huán)水冷卻器 11 二次濾網、濾水器 12 給水泵汽輪機 13 凝汽器膠球清洗裝置 14 水環(huán)真空泵 15 給水泵 16 板框式旋轉濾網 17 攔污柵 清污機 18 循環(huán)水泵 19 主變壓器 20 高啟變 21 高廠變高公變 22 gis組合電器(7個斷路器間隔、2個pt間隔) 23 凝結水泵高壓變頻器 24 鍋爐客貨兩用電梯第三批輔機1氣 力除灰系統(tǒng) 2干式除渣系統(tǒng)設備 3磨煤機過軌吊 4啟動鍋爐 5圓形煤場堆取料機 6皮帶機 7皮帶秤及鏈碼裝置 8入廠、入爐取樣裝置9活化給煤機10給水液動三通閥 11汽輪機高低壓旁路裝置 12循環(huán)水泵出口液控蝶閥 13循環(huán)水系統(tǒng)鋼閘門14循環(huán)水、

12、工業(yè)水系統(tǒng)蝶閥 15循環(huán)水 pccp 管16汽水取樣裝置 17化學加藥裝置 18化學水箱 19化學加氧裝置 20柴油發(fā)電機21發(fā)變組保護、起備變保護和 微機型自動準同期裝置 22單控及網控直流電源 23ups 裝置24爐管泄漏檢測系統(tǒng) 25火焰檢測系統(tǒng) 26飛灰含碳量檢測系統(tǒng) 27屋頂通風機28汽動給水泵組和碎煤機彈簧隔振系統(tǒng) 第四批輔機1啟動鍋爐鍋爐除灰2油區(qū)設備3等離子點火系統(tǒng) 4灰?guī)鞖饣L機及電加熱器 5空氣壓縮機6電磁除鐵器輸煤7圓形煤場網架土建8彩色涂層鋼板9多管沖擊式除塵器10組合式空調機組11進口閘閥汽機12進口電動蝶閥13給水泵最小流量調節(jié)閥14取水泵站雙梁吊鉤門式起重機水工1

13、5循環(huán)水管道金屬伸縮接頭16旋轉濾網沖洗水泵17雨水泵 18供氫站化學19電解海水制氯系統(tǒng)20工業(yè)廢水集中處理系統(tǒng)21離相封閉母線電氣一次 22共箱封閉母線23網絡計算機監(jiān)控系統(tǒng)電氣二次24火災報警系統(tǒng)25輸煤程控系統(tǒng)26全廠工業(yè)電視系統(tǒng)熱控第五輔機招標內容：一、招標內容： 01、儲氣罐 鍋爐 9只 02、空氣壓縮機后處理裝置 8套 03、排污泵 10臺套 04、原煤倉疏松機械 12臺套 05、自啟閉式防爆門 24臺 06、螺桿式水冷冷水機組 3套 07、玻璃鋼開式冷卻塔 3套 08、減溫減壓器 68臺 09、進口調節(jié)閥10套 10、汽機房通用泵6臺 11、含煤廢水處理系統(tǒng)3套 12、生活、生

14、產、化學給水裝置及控制裝置 各1套 13、生活污水處理系統(tǒng)2套 14、消防給水裝置及控制裝置1套 15、鑄鐵鑲銅閘門和玻璃鋼拍門4只 16、雨水系統(tǒng)格柵除污機2臺 17、活性碳過濾器（臥式四室疊裝）系統(tǒng) 化學1套 18、鍋爐補給水處理系統(tǒng)5臺 19、6kv高壓開關柜設備 電氣190面 20、陰極保護系統(tǒng) wz2008-115 套 1 21、分散控制系統(tǒng) 熱控2套第六批輔機1非金屬補償器2金屬補償3風門及送粉管道可調縮孔(1. 一次風機出口電動關斷風2. 一次風機冷風道電動關斷風門3一次冷風聯(lián)絡電動關斷風門4. 送風機出口電動關斷風門5冷二次風聯(lián)絡風道電動關斷風門6一次風空預器出口電動關斷風門7

15、引風機入口煙道電動關斷擋板門8引風機出口煙道電動關斷擋板門9熱風再循環(huán)管道電動關斷擋板門10熱風再循環(huán)管道電動調節(jié)風門11磨煤機入口冷風電動調節(jié)風門12磨煤機入口熱風電動調節(jié)風門13磨煤機入口壓力冷風氣動隔絕風門14磨煤機入口熱風氣動關斷風門)4燃油罐6電動三通擋板落煤管及輸煤沖洗噴淋設施7皮帶機用膠帶8圓形煤場用盤煤儀9制冷站輔機設備10開式水濾水器11汽機房箱罐包12潤滑油凈化裝置13四大管道支吊架14水工排污泵15化學水處理站化工泵及立式自吸泵16原水預處理系統(tǒng)17低壓干式變壓器18電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)ecms19輔助車間低壓開關柜20主廠房低壓開關第八批輔機1本體保溫材料鍋爐2主廠房鋼結構

16、防火涂料3玻璃鋼屋頂通風機、軸流通風機等設備暖通4空氣處理機組、分體式空調器、風機盤管、防火閥等設備5泡沫消防設備6進口自動連接疏水器汽機7活性炭化學8照明檢修箱9高壓電力電纜10低壓動力電纜11電氣控制電纜12熱工控制電纜13熱工計算機電纜14熱工補償電纜15sis系統(tǒng)16輔助車間控制系統(tǒng)及全廠輔助車間集中監(jiān)控系統(tǒng)第九批輔機1 熱力系統(tǒng)閥門(dn150mm)保溫套 汽機2 主廠房進口變送器 熱控3 熱控進口成套儀表設備（包括進口工藝閥、進口儀表閥、進口過程開關、氧化鋯、質量流量計、導波雷達液位變送器）4 熱控國產儀表設備成套（孔板、測溫元件、就地壓力表、雙金屬溫度計、連續(xù)防堵吹掃裝置、特殊儀

17、表、國產儀表閥門）5 風量測量裝置6 成套盤臺柜（配電箱柜、電源柜、變送器柜等）7 風機盤管/新風機組/電動二通閥 暖通8 化學瓷砂 9 電氣實驗室儀器設備 實驗室設備10 熱工實驗室設備11 化學試驗室儀器儀表12 電瓶叉車 廠內車輛13 裝載機14 推煤機15 自卸濕粉煤灰渣密閉運輸車16 仿真機 執(zhí)行器閥門在各個部位的應用鍋爐熱一次風道（磨煤機熱風電動調節(jié)風門）臺5熱二次風道（鍋爐進口電動調節(jié)風門）臺5磨煤機調溫風道（電動圓形關閉擋板風門）臺15煙道（吸風機出口氣動插板風門）臺2煙道（空預器出口氣動關閉擋板風門）臺2煙道（除塵器出口氣動擋板風門）臺2一次風機入口風門臺1進風室一次風(左右

18、)風門臺2二次風機入口風門臺1引風機入口風門臺1返料風機出口風門臺4進返料器返料風風門臺4進返料器返料風風門臺6返料風泄壓排空風門臺1一次點火風(左右)風門臺2支二次熱風(左右)風門臺2引風機出口風門臺2點火油回油電動閥臺1密封風風門臺1密封風風門臺3汽機1#除氧器除氧頭及水箱臺21#除氧器除氧頭及水箱臺21#除氧器水箱調節(jié)臺22#除氧器水箱調節(jié)臺2給水泵再循環(huán)電動閥臺8凝結水精處理系統(tǒng)進出口母管只4系統(tǒng)旁路自動閥門只2前置過濾器旁路調節(jié)閥、混床旁路調節(jié)閥只4前置過濾器進出口自動閥只8混床進出口自動閥只12混床再循環(huán)閥只8前置過濾器排水閥只4前置過濾器反洗水閥只4前置過濾器壓縮空氣進氣閥、排氣

19、閥；混床排水閥只10體外再生系統(tǒng)混床樹脂沖洗水閥只4混床樹脂進出口閥只12混床樹脂輸送閥只4混床壓縮空氣閥只2混床排氣閥只6前置過濾器升壓閥、混床升壓閥只14樹脂輸送閥、分離塔樹脂進出口閥、陰塔樹脂出口閥、陽塔樹脂進口閥只7分離塔頂部出水閥、只1三塔羅茨風機進氣閥、三塔頂部進水閥、分離塔底部排水閥、陽塔部排水閥、陰陽塔底部進水閥、陰陽塔中部排污閥、樹脂管道沖洗水閥、陽塔沖洗水閥只14羅茨風機排氣閥只1陽塔排氣閥、陰塔排氣閥只2陰塔沖洗水閥、陰塔進堿閥、陽塔進酸閥只3分離塔排氣閥只1三塔壓縮空氣閥只3分離塔底部沖洗水閥只1分離塔流量調節(jié)閥只1電動執(zhí)行機構中文名稱：電動執(zhí)行機構英文名稱：elect

20、ric actuator定義：利用電作為動力源的執(zhí)行機構。對于執(zhí)行機構最廣泛的定義是：一種能提供直線或旋轉運動的驅動裝置，它利用某種驅動能源并在某種控制信號作用下工作。執(zhí)行機構使用液體、氣體、電力或其它能源并通過電機、氣缸或其它裝置將其轉化成驅動作用。定義多回轉電動執(zhí)行機構基本的執(zhí)行機構用于把閥門驅動至全開或全關的位置。用于控制閥的執(zhí)行機構能夠精確的使閥門走到任何位置。盡管大部分執(zhí)行機構都是用于開關閥門，但是如今的執(zhí)行機構的設計遠遠超出了簡單的開關功能，它們包含了位置感應裝置，力矩感應裝置，電極保護裝置，邏輯控制裝置，數(shù)字通訊模塊及pid控制模塊等，而這些裝置全部安裝在一個緊湊的外殼內。因為越

21、來越多的工廠采用了自動化控制，人工操作被機械或自動化設備所替代，人們要求執(zhí)行機構能夠起到控制系統(tǒng)與閥門機械運動之間的界面作用，更要求執(zhí)行機構增強工作安全性能和環(huán)境保護性能。在一些危險性的場合，自動化的執(zhí)行機構裝置能減少人員的傷害。某些特殊閥門要求在特殊情況下緊急打開或關閉，閥門執(zhí)行機構能阻止危險進一步擴散同時將工廠損失減至最少。對一些高壓大口徑的閥門，所需的執(zhí)行機構輸出力矩非常大，這時所需執(zhí)行機構必須提高機械效率并使用高輸出的電機，這樣平穩(wěn)的操作大口徑閥門。對于一些小扭矩的閥門，精小型的電動閥門也應用而生，相比普通性具有重量輕，結構緊湊，功能齊全等優(yōu)點結構原理剖面圖以md系列電動執(zhí)行機構的整體

22、式比例調節(jié)型為例。md系列電動執(zhí)行機構以交流伺服電動機為驅動裝置的位皿伺服機構，由配接的位置定位器pm-2控制板接受調節(jié)系統(tǒng)的420ma直流控制信號與位置發(fā)送器的位置反饋借號進行比較，比較后的信號偏差經過放大使功率級導通，電動機旋轉驅動執(zhí)行機構的輸出件朝著減小這一偏差的方向移動（位置發(fā)送器不斷將輸出件的實際位置轉變?yōu)殡娦盘栁挥答佇盘査椭廖恢露ㄎ黄鳎?，直到偏差信號小于設定值為止。此時執(zhí)行機構的輸出件就穩(wěn)定在與輸人信號相對應的位置上。該系列角行程機構示意圖如圖1、直行程機構示意圖如圖2所示，其實際使用接線圖如圖3所示。md系列角行程調節(jié)電動執(zhí)行機構由動力部件和位置定位器（pm-2控制板）兩大部分

23、組成。其中動力部件主要由電動機、減速器、力矩行程限制器、開關控制箱、手輪和機械限位裝置以及位置發(fā)送器等組成，其各部分作用簡述如下：1、電動機：電動機是特種單相或三相交流異步電動機，具有高啟動力矩、低啟動電流和較小的轉動慣量，因而有較好的伺服特性。在電動機定子內部裝有熱敏開關（詳見圖3所示）做過熱保護，當電動機出現(xiàn)異常過熱（內部溫度超過130）時該開關將控制電動機的電路斷開以保護電動機和執(zhí)行機構，當電動機冷卻以后開關恢復接通，電路恢復工作。為了克服慣性惰走，調節(jié)型電動執(zhí)行機構的電動機控制電路均有電制動功能。2、減速器：角行程執(zhí)行機構采用行星減速加渦輪渦桿傳動機構，既有較高的機械效率，又具有機械自

24、鎖特性。直行程執(zhí)行機構的減速器由多轉執(zhí)行機構減速器配接絲桿螺母傳動裝置組成。3、力矩行程限制器：它是一個設置在減速器內的標準單元，由過力矩保護機構、行程控制機構（電氣限位）、位置傳感器及接線端子等組成。（1）過力矩保護機構：內行星齒輪在傳遞力矩時產生的偏轉撥動嵌裝在齒輪外圈的擺桿，擺桿的兩端各裝有一個測力壓縮彈贊作為正、反向力矩的傳感元件，當輸出力矩超過設定限制力矩時，內齒輪的偏轉使擺桿觸動力炬開關，切斷控制電路使電動機停轉。調整力炬限制彈資的壓縮量即可調整力炬的限定值。該保護具有記憶功能，對應于接線圖中的電器設備是力矩開關lef、leo。當該保護動作以后，在排除機械力矩故障后，執(zhí)行機構斷電或

25、信號瞬間反向一下即可恢復（即記憶解除）正常工作。（2）行程控制機構：由凸輪組和微動開關組成。該凸輪組通過齒輪減速裝殷，與減速器傳動軸相連，通過調整分別作用于正、反方向微動開關（即行程限位開關）的凸輪板的位置可限定執(zhí)行機構的行程（行程開關fco，fcf）。該電氣限位的范圍在出廠時已經調好，一般情況下請勿隨便調整，以免損壞機構。（3）位置傳感器：采用高精度、長壽命的導電塑料電位器作為位置傳感元件，它與凸輪組同軸連接，整體式比例調節(jié)型電動執(zhí)行機構位置指示信號，是將電位器隨輸出軸行程變化的電阻值送入pm-2控制板的比較放大電路，并由它送出一個4-20ma的dc電流信號用于指示。4、開關控制箱：在開關控

26、制箱內裝有pm電子位置定位器。5、手輪：在故障狀態(tài)和調試過程中，可通過轉動手輪來實現(xiàn)手動就地操作。6、機械限位裝置：主要用于故障時以及防止手動操作時超過極限位置保護。角行程電動執(zhí)行機構的機械限位采用內置扇形渦輪限位結構，外形體積小，限位可靠；直行程電動執(zhí)行機構的機械限位采用內置擋塊型限位結構，可十分有效地保護閥座、閥桿、閥芯。位置定位器實質上是一個將控制信號與位置反饋信號進行比較并放大以控制電動機開停和旋轉方向的多功能大功率放大板，它與執(zhí)行機構的動力部件相連以控制執(zhí)行機構按系統(tǒng)規(guī)定的狀態(tài)工作。位置定位器主要由比較、邏輯保護、放大驅動及功率放大等電路組成?？刂茊蜗嚯妱訖C的位置定位器功率放大部分主

27、要由光電禍合過零觸發(fā)固態(tài)繼電器（無觸點電子開關）構成。其主體部分示意如圖4所示。需要注意的是“手動一自動”轉換開關，該開關的作用是在沒有外加信號時，與手動調整電位器p1配合使用，以便觀察或調試執(zhí)行機構。用后一定要將其撥回“自動”位世，以免影響投人系統(tǒng)自動控制。閥門為了成功的實現(xiàn)過程自動化，最重要的是要確保閥門自身能夠滿足過程及管道內介質的特殊要求。通常生產過程和工藝介質能夠決定閥門的種類，閥芯的類型以及閥內件和閥門的結構和材料。閥門選擇好后接下來就要考慮自動化的要求即執(zhí)行機構的選擇。可以簡單的按兩種基本的閥門操作類型來考慮執(zhí)行機構。旋轉式閥門這類閥門包括：旋塞閥、球閥、蝶閥以及風門或擋板。這類

28、閥門需要已要求的力矩進行90度旋轉操作的執(zhí)行機構多回轉閥門這類閥門可以是非旋轉提升式閥桿或旋轉非提升式桿，或者說是他們需要多轉操作去驅動閥門到開或關的位置。這類閥門包括：直通閥（截止閥）、閘閥、刀閘閥等。作為一種選擇，直線輸出的氣動或液動氣缸或薄膜執(zhí)行機構也開來驅動上述閥門。類型目前共有二種類型的電動執(zhí)行機構，一般分為部分回轉電動執(zhí)行機構（part-turn electric valve actuator)，和多回轉電動執(zhí)行機構（multi-turn electric valve actuator),前者主要控制需要部分回轉的閥門 例如：球閥，蝶閥等，后者需要多圈數(shù)旋轉的閥門，例如閘閥等。電動

29、多回轉式執(zhí)行機構電力驅動的多回轉式執(zhí)行機構是最常用、最可靠的執(zhí)行機構類型之一。使用單相或三相電動機驅動齒輪或蝸輪蝸桿最后驅動閥桿螺母，閥桿螺母使閥桿產生運動使閥門打開或關閉。多回轉式電動執(zhí)行機構可以快速驅動大尺寸閥門。為了保護閥門不受損壞，安裝在在閥門行程的終點的限位開關會切斷電機電源，同時當安全力矩被超過時，力矩感應裝置也會切斷電機電源，位置開關用于指示閥門的開關狀態(tài)，安裝離合器裝置的手輪機構可在電源故障時手動操作閥門。這種類型執(zhí)行機構的主要優(yōu)點是所有部件都安裝在一個殼體內，在這個防水、防塵、防爆的外殼內集成了所有基本及先進的功能。主要缺點是，當電源故障時，閥門只能保持在原位，只有使用備用電

30、源系統(tǒng)，閥門才能實現(xiàn)故障安全位置（故障開或故障關）電動單回轉式執(zhí)行機構這種執(zhí)行機構類似于電動多回轉執(zhí)行機構，主要差別是執(zhí)行機構最終輸出的是1/4轉記90度的運動。新一代電動單回轉式執(zhí)行機構結合了大部分多回轉執(zhí)行機構的復雜功能，例如：使用非進入式用戶友好的操作界面實現(xiàn)參數(shù)設定與診斷功能。單回轉執(zhí)行機構結構緊湊可以安裝到小尺寸閥門上，通常輸出力矩可達800公斤米，另外應為所需電源較小，它們可以安裝電池來實現(xiàn)故障安全操作。選擇要素選擇一臺合適的閥門執(zhí)行機構類型和規(guī)格時必須考慮下列要素：驅動能源最常用的驅動能源是電源或流體源，如果選擇電源為驅動能源，對于大尺寸閥門一般選用三相電源，對于小尺寸閥門可選用

31、單相電源。一般電動執(zhí)行機構可有多種電源類型供選擇。有時也可選直流供電，此時可通過安裝電池實現(xiàn)電源故障安全操作。流體源種類很多，首先可以是不同的介質如：壓縮空氣、氮氣、天然氣、液壓流體等，其次它們可以具備各種壓力，第三執(zhí)行機構具有各種尺寸以提供輸出力活力矩。閥門類型當選擇閥門用執(zhí)行機構時，必須要知道閥門的種類，這樣才可以選擇正確的執(zhí)行機構類型。有些閥門需要多回轉驅動，有些需要單回轉驅動，有些需要往復式驅動，它們影響了執(zhí)行機構類型的選擇。通常多回轉的氣動執(zhí)行機構比電動多回轉執(zhí)行機構價格要貴，但是往復式直行程輸出的氣動執(zhí)行機構價格比電動多回轉執(zhí)行機構便宜。力矩大小對于90度回轉的閥門如：球閥、碟閥、

32、旋塞閥，最好通過閥門廠商獲得相應閥門力矩大小，大部分閥門廠商是通過測試閥門在額定壓力下閥門所需的操作力矩，他們將這一力矩提供給客戶。對于多回轉的閥門情況有所不同，這些閥門可分為：往復式（提升式）運動-閥桿不旋轉、往復式運動-閥桿旋轉、非往復式-閥桿旋轉，必須測量閥桿的直徑，閥桿連接螺紋尺寸已決定執(zhí)行機構規(guī)格。執(zhí)行機構選型一但執(zhí)行機構類型和閥門所需驅動力矩確定了，就可以使用執(zhí)行機構廠商提供的數(shù)據(jù)表或選型軟件進行選型。有時還需考慮閥門操作的速度和頻率。流體驅動的執(zhí)行機構可調節(jié)行程速度，但是三相電源的電動執(zhí)行機構只有固定的行程時間。部分小規(guī)格的直流電動單回轉執(zhí)行機構可調節(jié)行程速度。開關控制自動控制閥

33、自動控制閥最大的好處是可以遠距離的操作閥門，這就意味著操作人員可以坐在控制室控制生產過程而不需要親臨現(xiàn)場去人工操作閥門的開和關。人們只需鋪設一些管線連接控制室和執(zhí)行機構，驅動能源通過管線直接激勵電動或氣動執(zhí)行機構，通常用的4-20ma信號來反饋閥門的位置。連續(xù)控制如果執(zhí)行機構被要求用于控制過程系統(tǒng)的液位、流量或壓力等參數(shù)，這是要求執(zhí)行機構頻繁動作的工作，可以用4-20ma信號作為控制信號，然而這個信號可能會和過程一樣頻繁的改變。如果需要非常高頻率動作的執(zhí)行機構，只有選擇特殊的能頻繁啟停的調節(jié)型執(zhí)行機構。當一個過程中需要多臺執(zhí)行機構時，可以通過使用數(shù)字通訊系統(tǒng)將各個執(zhí)行機構連接起來，這樣可大大降

34、低安裝費用。數(shù)字通訊回路可以快速高效的傳遞指令和收集信息。目前有多種通訊方式如：foundationfieldbus、profibus、devicenet、hart和專為閥門執(zhí)行機構設計的pakscan等。數(shù)字通訊系統(tǒng)不單單可以降低投資費用，它們還可以收集大量閥門信息，這些信息對于閥門的預測性維護程序非常有價值。預測維護操作人員可以借助內置的數(shù)據(jù)存儲器來記錄閥門每次動作時力矩感應裝置測得的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可以用來監(jiān)測閥門運行的狀態(tài)，可以提示閥門是否需要維修，也可以用這些數(shù)據(jù)來診斷閥門。針對閥門可以診斷如下數(shù)據(jù)：1.閥門密封或填料摩擦力2.閥桿、閥門軸承的摩擦力矩3.閥座摩擦力4.閥門運行中的摩擦

35、力5.閥芯的所受的動態(tài)力6.閥桿螺紋摩擦力7.閥桿位置上述大部分數(shù)據(jù)存在于所有種類的閥門，但著重點不同，例如：對于蝶閥，閥門運行中的摩擦力是可以忽略的，但對于旋塞閥這個力數(shù)值卻很大。不同的閥門具有不同的力矩運行曲線，例如：對于楔式閘飯，開啟和關閉力矩都非常大，其它行程時只有填料摩擦力和螺紋摩擦力，關閉時，液體靜壓力作用在閘板上增加了閥座摩擦力，最終楔緊效應使力矩迅速增大直到關閉到位。所以根據(jù)力矩曲線的變化可以預測出將會發(fā)生的故障，可以對預測性維護提供有價值的信息。注意事項以md系列電動執(zhí)行機構的整體式比例調節(jié)型為例。在通電前，必須進行外觀檢查和絕緣檢查，動力回路（弧電回路）及信號觸點對外殼的絕

36、緣，用500v兆歐表測最不得低于20m:信號輸人、輸出回路及它們與動力回路之間的絕緣，除特殊要求外，不應低于l0m合格后方可通電。在通電后，應檢查變壓器、電機及電子電路部分元件等是否過熱，轉動部件是否有雜音，發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象應立即切斷電源，查明原因。未查明原因前，不要輕易焊下元件。更換電子元件時，應防止溫度過高，損壞元件。更換場效應管和集成電路時一定要把電烙鐵妥獸接地，或脫離電源利用余熱進行焊接。拆卸零部件、元器件或焊接導線時，應做好標記，對應記號。應盡公避免被檢設備的輸出回路開路，避免被檢設備在有輸人信號時停電。檢修后的設備必須進行校驗。對干電動機要檢查線圈對外殼及線圈之間的絕緣電阻，測皿線圈直

37、流電組，清洗軸承并加優(yōu)質潤滑油，檢查轉子、定子線圈及制動裝；對于減速器要解體清洗各部件，檢查行星齒輪部分的情況，檢查斜齒輪部分的情況，檢查渦輪渦桿或絲桿螺母的嚙合情況，最后進行裝配、調整并加長效鏗基潤滑脂。對于位置傳感器部分要進行外觀檢查，檢查電位器與行程控制機構的同軸連接情況，檢查電位器的基本情況，檢查電位器及放大板之間的連接情況。故障分析以md系列電動執(zhí)行機構的整體式比例調節(jié)型為例。位置傳感器部分（1）電動執(zhí)行機構接受控制系統(tǒng)發(fā)出的開、關信號后，電機能正常轉動，但沒有閥位反饋。其可能原因是：1）位置傳感器的電位器與行程控制機構不能同軸旋轉，需檢查連接部分是否損壞；2）電位器損壞或性能變壞，

38、阻值不隨轉動而發(fā)生變化；3）位置傳感器的電位器及放大板間連接導線是否正常；4）pm放大板是否損壞，有無反饋信號送出。（2）電動執(zhí)行機構接受控制系統(tǒng)發(fā)出的開、關信號后，電機能正常轉動，但閥位反饋始終為一固定值，不隨閥門的開、關而變化，其可能原因是：1）導電塑料電位器的阻值為一恒值，不隨轉動而變，檢修更換電位器；2）放大板中有關部分異常，檢查處理。執(zhí)行器（1）執(zhí)行機構接收控制系統(tǒng)發(fā)出的開關信號后，電機不轉并有嗡嗡聲。其原因可能是：1）減速器的行星齒輪部分卡澀、損壞或變形；2）減速器的斜齒輪傳動部分變形或過度磨損或損壞；3）減速器的渦輪渦桿或絲桿螺母傳動部分變形損壞、卡澀等；4）整體機械部分配合不好

39、，不靈活，需調整加油。（2）電氣部分故障（參見圖3）1）電動執(zhí)行機構接受控制系統(tǒng)發(fā)出的開、關信號后，電機不轉，也無嗡嗡聲?？赡茉蚴牵簺]有交流電源或電源不能加到執(zhí)行機構的電機部分或位置定位器部分；pm放大板工作不正常，不能發(fā)出對應的控制信號；固態(tài)繼電器部分損壞，不能將放大板送來的弱信號轉變成電機需要的強電信號；電機熱保護開關損壞；力矩限制開關損壞；行程限制開關損壞；手動/自動開關位置選錯或開關損壞；電機損壞。2）電動執(zhí)行機構接受控制系統(tǒng)發(fā)出的開、關信號后，電機不轉，有嗡嗡聲。其可能原因是：電機的啟動電容損壞；電機線圈匝間輕微短路；電源電壓不夠。3）電動執(zhí)行機構接受控制系統(tǒng)發(fā)出的開、關信號后，電

40、機抖動，并伴有咯咯聲，其原因可能是：pm放大板的輸出信號不足不能使固態(tài)繼電器完全導通，造成電機的加載電壓不足；固態(tài)繼電器性能變壞，造成其輸出端未完全導通。圖3圖2圖4圖1區(qū)別從傳統(tǒng)觀念來看，氣缸與電動執(zhí)行器一直被認為是屬于兩個完全不同領域的自動化產品，隨著電氣化程度的不斷提高，電動執(zhí)行器卻慢慢浸入氣動領域，二者在應用中既有競爭又相互補充。在本期欄目中，我們將從技術性能、購買和應用成本、能源效率、應用場合及市場形勢等幾個方面來對比氣缸與電動執(zhí)行器各自的優(yōu)勢技術性能的比較眾所周知，相比電動執(zhí)行器，氣缸可在惡劣條件下可靠地工作，且操作簡單，基本可實現(xiàn)免維護。氣缸擅長作往復直線運動，尤其適于工業(yè)自動化

41、中最多的傳送要求工件的直線搬運。而且，僅僅調節(jié)安裝在氣缸兩側的單向節(jié)流閥就可簡單地實現(xiàn)穩(wěn)定的速度控制，也成為氣缸驅動系統(tǒng)最大的特征和優(yōu)勢。所以對于沒有多點定位要求的用戶，絕大多數(shù)從使用便利性角度更傾向于使用氣缸工業(yè)現(xiàn)場使用電動執(zhí)行器的應用大部分都是要求高精度多點定位，這是由于用氣缸難以實現(xiàn)，退而求其次的結果。而電動執(zhí)行器主要用于旋轉與擺動工況。其優(yōu)勢在于響應時間快，通過反饋系統(tǒng)對速度、位置及力矩進行精確控制。但當需要完成直線運動時，需要通過齒形帶或絲桿等機械裝置進行傳動轉化，因此結構相對較為復雜，而且對工作環(huán)境及操作維護人員的專業(yè)知識都有較高要求。氣缸的優(yōu)勢在于（1）對使用者的要求較低。氣缸的

42、原理及結構簡單，易于安裝維護，對于使用者的要求不高。電缸則不同，工程人員必需具備一定的電氣知識，否則極有可能因為誤操作而使之損壞。（2）輸出力大。氣缸的輸出力與缸徑的平方成正比；而電缸的輸出力與三個因素有關，缸徑、電機的功率和絲桿的螺距，缸徑及功率越大、螺距越小則輸出力越大。一個缸徑為50mm的氣缸，理論上的輸出力可達2000n，對于同樣缸徑的電缸，雖然不同公司的產品各有差異，但是基本上都不超過1000n。顯而易見，在輸出力方面氣缸更具優(yōu)勢。（3）適應性強。氣缸能夠在高溫和低溫環(huán)境中正常工作且具有防塵、防水能力，可適應各種惡劣的環(huán)境。而電缸由于具有大量電氣部件的緣故，對環(huán)境的要求較高，適應性較

43、差。電缸的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下3個方面：（1）系統(tǒng)構成非常簡單。由于電機通常與缸體集成在一起，再加上控制器與電纜，電缸的整個系統(tǒng)就是由這三部分組成的，簡單而緊湊。（2）停止的位置數(shù)多且控制精度高。一般電缸有低端與高端之分，低端產品的停止位置有3、5、16、64個等，根據(jù)公司不同而有所變化；高端產品則更是可以達到幾百甚至上千個位置。在精度方面，電缸也具有絕對的優(yōu)勢，定位精度可達0.05mm，所以常常應用于電子、半導體等精密的行業(yè)。（3）柔韌性強。毫無疑問，電缸的柔韌性遠遠強于氣缸。由于控制器可以與plc直接進行連接，對電機的轉速、定位和正反轉都能夠實現(xiàn)精確控制，在一定程度上，電缸可以根據(jù)需要隨意進

44、行運動；由于氣體的可壓縮性和運動時產生的慣性，即使換向閥與磁性開關之間配合地再好也不能做到氣缸的準確定位，柔韌性也就無從談起了。在技術性能方面，本人認為電動和氣動各有所長，首先電動執(zhí)行器的優(yōu)勢主要包括：（1）結構緊湊，體積小巧。比起氣動執(zhí)行器，電動執(zhí)行器結構相對簡單，一個基本的電子系統(tǒng)包括執(zhí)行器，三位置dpdt開關、熔斷器和一些電線，易于裝配。（2）電動執(zhí)行器的驅動源很靈活，一般車載電源即可滿足需要，而氣動執(zhí)行器需要氣源和壓縮驅動裝置。（3）電動執(zhí)行器沒有“漏氣”的危險，可靠性高，而空氣的可壓縮性使得氣動執(zhí)行器的穩(wěn)定性稍差。（4）不需要對各種氣動管線進行安裝和維護。（5）可以無需動力即保持負載

45、，而氣動執(zhí)行器需要持續(xù)不斷的壓力供給。（6）由于不需要額外的壓力裝置，電動執(zhí)行器更加安靜。通常，如果氣動執(zhí)行器在大負載的情況下，要加裝消音器。（7）電動執(zhí)行器在控制的精度方面更勝一籌。（8）氣動裝置中的通常需要把電信號轉化為氣信號，然后再轉化為電信號，傳遞速度較慢，不宜用于元件級數(shù)過多的復雜回路。而氣缸的優(yōu)勢則在于以下4個方面：（1）負載大，可以適應高力矩輸出的應用（不過，現(xiàn)在的電動執(zhí)行器已經逐漸達到目前的氣動負載水平了）。（2）動作迅速、反應快。（3）工作環(huán)境適應性好，特別在易燃、易爆、多塵埃、強磁、輻射和振動等惡劣工作環(huán)境中，比液壓、電子、電氣控制更優(yōu)越。（4）行程受阻或閥桿被扎住時電機容

46、易受損。購買和應用成本比較從總體上來講，電伺服驅動比氣動伺服驅動要貴，但也要因具體要求及場合而定。有些小功率的直流電機構成電動滑臺(電伺服系統(tǒng))實際上比氣動伺服系統(tǒng)要便宜。如：當負載為1.5kg、工作行程為80mm、速度在2170mm/s之間、精度為0.1mm、加速度2.5m/s2等工況條件時，festo公司采用小型電動滑臺、控制器、馬達電纜、控制電纜、編程電纜以及電源電纜等組成的電伺服系統(tǒng)，其價格就比氣動伺服系統(tǒng)便宜25%。同樣，對于帶活塞桿電缸也是如此。需要說明的是如果采用交流電機的話，所組成的電伺服系統(tǒng)的價格要比氣動伺服系統(tǒng)高出40%左右。從購買和應用成本來看，氣缸還是具有比較明顯的優(yōu)勢

47、的。對于氣動系統(tǒng)來說，控制系統(tǒng)及執(zhí)行機構都非常簡單，每個氣缸只需配置一個電磁閥就可完成氣路的切換，進行運動控制，氣缸發(fā)生故障的概率也比較小，維護簡單方便，成本也低。而對于電動執(zhí)行器來說，雖然電能的獲得比較簡單，能量成本較低，但購買及應用成本較高，不僅需要配置電機，還需要一套機械傳動機構以及相應的驅動元件。同時使用電動執(zhí)行器需要很多保護措施，錯誤的電路連接、電壓的波動及負載的超載都會對電驅動器造成損壞，因此需要在電路及機械上加裝保護系統(tǒng)，增加了很多額外的費用支出。另外，由于電動執(zhí)行器驅動單元的參數(shù)化設置較多，且集成度高，所以其一旦發(fā)生故障，就要更換整個元件。而且當系統(tǒng)需要的驅動力增加時，也要成套

48、更換元件才能實現(xiàn)。因此綜合比較可以看出氣缸在購買及維護成本上有較大優(yōu)勢。能源效率比較我們研究的結果表明，在往復運動周期較短（小于1min）的水平往復運動中，電動執(zhí)行器的運行能耗通常低于氣缸的運行能耗，即更節(jié)能。而在往復運動周期較長（大于1min）時，氣缸竟然變得更節(jié)能。這首先是由于終端停止時電動執(zhí)行器的控制器通常需要消耗約10w的電力，而氣缸僅有電磁閥耗電和氣體泄露，一般低于1w，即終端停止時間越長，對氣缸越有利；其次電機在連續(xù)旋轉條件下的額定效率可達90%以上，但在直線往復運動（絲杠轉換）中的臺形加減速旋轉條件下的平均效率卻不到50%。在豎直往復運動時，夾持工件的保持動作要求不斷供給電流給電動執(zhí)行器以克服重力，而氣缸只需關閉電磁閥即可，耗電極少。因此在豎直往復運動時電動執(zhí)行器相比氣缸的能耗優(yōu)勢不是很大。由上可見，電機本身效率很高，但在往復直線運動中考慮其效率下降及控制器的電力消耗，電動執(zhí)行器未必一定比氣缸節(jié)能，具體比較取決于實際的工作條件，即安裝方向、往復運動周期和負載率等。應用場合比較氣動系統(tǒng)和電動系統(tǒng)并不互相排斥。相反，這只是一個要求不同的