電動執(zhí)行器控制技術(shù)講義

電動執(zhí)行器控制技術(shù)講義概述執(zhí)行器在現(xiàn)代生產(chǎn)過程自動化中起著十分重要作用。稱作實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化的“手足”，它接受調(diào)節(jié)器的控制信號，自動改變操作變量，達到對被調(diào)參數(shù)（如溫度、壓力、液位、流量）進行調(diào)節(jié)的目的。根據(jù)使用的能源可分作電動執(zhí)行器、氣動執(zhí)行器、液動執(zhí)行器。電液執(zhí)行器與電動執(zhí)行器相比，由于采用液壓機構(gòu)，因此具有更大的推力和推力矩，控制定位精確，響應(yīng)速度快，各項指標非常出色。但電液執(zhí)行器液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格昂貴，目前還難以普及。電動執(zhí)行器的特點電動執(zhí)行器是以電為能源。主要特點是：能源取用方便，信號傳輸速度快、傳送距離遠；便于集中控制；停電時執(zhí)行器保持原位不動，不影響主設(shè)備的安全；靈敏度和精度較高。缺點是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、推力小、價格貴、故障率高于氣動執(zhí)行器。電動執(zhí)行器按位移分為角形程、直行程和多轉(zhuǎn)式等三類。電動執(zhí)行器設(shè)有閥位檢測裝置，因此，電動執(zhí)行機構(gòu)與閥位檢測裝置組成位置反饋控制系統(tǒng)，具有良好的穩(wěn)定性。適用于無氣源供應(yīng)的場所，不具有氣動執(zhí)行器的本質(zhì)安全性，當用于危險場所時，需考慮設(shè)置安全防暴措施。電動執(zhí)行器原理電動執(zhí)行器主要由位置發(fā)送器、減速機構(gòu)、伺服電動機組成。其工作原理是：伺服放大器把來自調(diào)節(jié)器的輸入信號與位置發(fā)送器來的反饋信號相比較，其偏差經(jīng)放大后去控制伺服電動機正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，經(jīng)減速器減速后，使輸出軸產(chǎn)生位移（線位移或角位移）。執(zhí)行器的動作方向總是減小偏差信號，當偏差信號為零時（即小于放大器死區(qū)），此時執(zhí)行機構(gòu)輸出軸就停在與輸入信號相對應(yīng)的位置上，完成一次調(diào)節(jié)任務(wù)。輸入信號不斷的變化，執(zhí)行機構(gòu)也就不斷的跟隨調(diào)整。電動執(zhí)行器接線原理圖電動執(zhí)行器原理方框圖電子式執(zhí)行器原理方框圖伺服放大器電動手操器伺服電機減速器位置發(fā)送器輸出軸If調(diào)節(jié)器伺服電機放大器LN正反控制模塊手操器伺服電機減速器位置檢測輸出軸If調(diào)節(jié)器執(zhí)行器的安裝一、角形程執(zhí)行器安裝的注意事項1、執(zhí)行機構(gòu)一般安裝于調(diào)節(jié)閥附近，其位置應(yīng)便于操作檢修，露天安裝要有防雨設(shè)施；2、為了發(fā)揮執(zhí)行器的最大輸出力矩，將調(diào)節(jié)機構(gòu)轉(zhuǎn)臂放置在50%開度位置，使連桿與轉(zhuǎn)臂垂直，執(zhí)行器的動作方向應(yīng)沿調(diào)節(jié)閥轉(zhuǎn)臂的切線方向，執(zhí)行器的轉(zhuǎn)臂與連桿應(yīng)垂直，并在同一平面內(nèi)動作。3、執(zhí)行機構(gòu)及底座的固定必須牢固，所選材料必須保證相應(yīng)力矩的執(zhí)行器正常工作。二、直行程執(zhí)行器安裝注意事項1、執(zhí)行器輸出軸與調(diào)節(jié)閥推桿的連接應(yīng)保持2~3毫米間隙；2、當控制角位移調(diào)節(jié)閥（或翻板）時，執(zhí)行器的動作方向應(yīng)沿調(diào)節(jié)閥轉(zhuǎn)臂的切線方向，并在同一平面內(nèi)動作。3、直行程執(zhí)行器的輸出位移量應(yīng)滿足調(diào)節(jié)閥的線位移量；電子式執(zhí)行機構(gòu)隨著電子技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了電子式執(zhí)行機構(gòu)，它們的差別在于將電動執(zhí)行器的位置發(fā)送器和外置伺服放大器（位置定位器）經(jīng)整合集成后，全部置于執(zhí)行器內(nèi)部。減少了中間環(huán)節(jié)，簡化了接線。其原理與電動執(zhí)行器完全相同，它具有結(jié)構(gòu)緊湊，電路部分實現(xiàn)模塊化結(jié)構(gòu)，降低了維護量；根據(jù)生產(chǎn)廠家的設(shè)計不同，其調(diào)整方式也不一樣，性能也存在差異。有些電子式執(zhí)行器采用了電力矩制動方式

。電動執(zhí)行機構(gòu)的故障分析由于電動執(zhí)行器和電子式執(zhí)行器的原理一樣，隨不同的生產(chǎn)廠家設(shè)計結(jié)構(gòu)不同，故障表現(xiàn)形式基本一樣，判斷執(zhí)行器的故障首先要熟悉其工作原理，對于執(zhí)行器不同的組成部分，其故障現(xiàn)象有各自的表現(xiàn)形式。像位置檢測元件、換相電容、放大器、伺服電機、減速機構(gòu)等，它們的故障都有各自的特征表象，熟悉并了解這些部件的作用，對快速判斷故障起著事半功倍的作用。電動執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)故障分析近幾年，電子式執(zhí)行器的興起幾乎完全取代了電動執(zhí)行器，這些電子式執(zhí)行器的減速機構(gòu)大多采用蝸輪蝸桿形式，使減速機構(gòu)更簡單，性能更平穩(wěn)，機械慣性很小，可以不采用制動裝置，或采用電力矩制動以實現(xiàn)快速定位。這類產(chǎn)品廠家較多，例如北京奧特美、上海以及一些國外品牌等，市場較常見，不足之處是將所有的電子元件（包括大電流的控制元件）封裝在一起，不利于散熱，是故障重點之一；另外，執(zhí)行器的殼體使電機不能有效散熱，溫升導(dǎo)致執(zhí)行器‘抱死’，影響正常調(diào)節(jié)和生產(chǎn)。電力矩制動方式的利弊電力矩制動不是對所有執(zhí)行器都適用，它取決于減速機構(gòu)的形式，對于小慣性變速形式效果較好，如蝸輪蝸桿減速機構(gòu)本身具有制動的功能。而對于DKJ型執(zhí)行器，其齒輪組采用直齒傳動，齒輪慣性較大，同時齒輪之間的咬合存在間隙，這個間隙為慣性提供了空間，其結(jié)果使執(zhí)行器不能快速定位，出現(xiàn)震蕩，同時電機主動齒輪容易損傷。電力矩制動方式也有它的兩面性：一方面可取代機械摩擦制動，有一定的優(yōu)點；另一方面也會使電機啟動頻繁增加發(fā)熱的因素，甚至過熱自保不能調(diào)節(jié)。電動執(zhí)行器的故障表現(xiàn)電動執(zhí)行器的故障表現(xiàn)形式多種多樣，可以歸納為下列幾種形式：⑴執(zhí)行器不動作；⑵執(zhí)行器周期震蕩；⑶執(zhí)行器單向動作；⑷執(zhí)行器異常發(fā)熱；⑸執(zhí)行器動作無力；⑹執(zhí)行器異常抖動；⑺執(zhí)行器電機空轉(zhuǎn)；⑻執(zhí)行器運行時噪音大；電動執(zhí)行機構(gòu)的故障分析現(xiàn)象分析故障原因處理方法執(zhí)行器周期震蕩在平衡點周期震蕩靈敏度高靈敏度一般在1~2%位置電位器某一點接觸不良可重新調(diào)試，避開該點或更換電位器制動不良調(diào)整制動否則更換執(zhí)行器單向動作電機回路故障電機一繞組開路若繞組故障更換電機電機某相回路斷找出開路點并處理放大器故障一固態(tài)開關(guān)壞更換固態(tài)開關(guān)觸發(fā)電路故障更換放大器或模塊位置信號故障電位器松動變值緊固或必要時更換位置檢測軸不動查找檢測軸故障并處理電動執(zhí)行機構(gòu)的故障分析現(xiàn)象分析故障原因處理方法執(zhí)行器不動作電源掉電斷路器容量小或故障更換合適開關(guān)線路或設(shè)備有短路處分段排查找到故障點并處理放大器及元件控制模塊(放大器)壞更換模塊(放大器)固態(tài)開關(guān)壞更換固態(tài)開關(guān)換向電容流液或失效更換同容量電容線路故障電機公共回路開路分段排查并處理控制、反饋信號開路(端子、焊點、接頭)檢查信號回路故障源并處理斷點電動執(zhí)行機構(gòu)的故障分析現(xiàn)象分析故障原因處理方法執(zhí)行器異常發(fā)熱干擾因素電源雜波干擾加抗干擾器或高壓電容濾波信號穿入交流干擾接大容量電容濾波或采用屏蔽電纜電源信號共用一條電纜造成干擾電源和信號電纜應(yīng)分別敷設(shè)換向電容因素電容變值功效降低更換電容電容選用偏大，啟動電流大引起發(fā)熱更換電容過載因素執(zhí)行器減速箱或負載有機械故障找到過載原因作相應(yīng)處理電動執(zhí)行機構(gòu)的故障分析現(xiàn)象分析故障原因處理方法執(zhí)行器動作無力換向電容因素電容容量變小，電機啟動無力更換電容執(zhí)行器行程時間超過規(guī)定值更換電容執(zhí)行器電機空轉(zhuǎn)減速機構(gòu)減速機構(gòu)齒輪磨損更換執(zhí)行器傳動皮帶皮帶磨損更換皮帶電機齒輪電機傳動齒輪損壞更換齒輪或執(zhí)行器電動執(zhí)行機構(gòu)的故障分析現(xiàn)象分析故障原因處理方法執(zhí)行器異常抖動干擾程度嚴重電源雜波干擾較強加抗干擾器或改電源信號穿入交流干擾接大容量電容濾波并采取屏蔽措施電源信號共用一條電纜造成干擾電源和信號電纜應(yīng)分別敷設(shè)機械故障引起執(zhí)行器減速箱有機械故障