1、張華2013年8月目錄一、電動執行機構應用和分類電動執行機構應用和分類二、氣動執行機構二、氣動執行機構三、電動執行機構三、電動執行機構四、執行機構調試四、執行機構調試五、執行機構的性能指標和選型五、執行機構的性能指標和選型一一.電動執行機構應用和分類電動執行機構應用和分類執行器在現代生產過程自動化中起著十分重要的作用。人們常把它稱為實現生產過程控制的手足，因為它在自動化控制系統中接受調節器的控制信號，自動的改變調節變量，達到對被調參數（如溫度、壓力、流量、液位等）進行調節的目的，使生產過程按預定要求正常進行。執行器的功能：-控制閥門的開關，保證閥門正常工作所需的行程-提供閥門關閉時所需的關閉力

2、-具備一定的開關速度，保證使用要求-與相關附件聯合使用，滿足意外故障時閥門的理想位置（故障時閥門打開，或關閉，或即時原位鎖定）執行機構分類執行機構按照動作方式一般有開關型與調節型兩種；開關型在電廠執行機構多用于關斷閥、隔離閥、排污閥、疏水閥、快關閥等；氣動執行機構，開關型控制主要靠電磁閥，調節型控制主要靠閥門定位器；開關型電動執行機構（電動裝置）定位可以采用行程定位或力矩定位，在隔離閥、排污閥、疏水閥采用力矩定位更能保證閥門關閉嚴密;以下主要介紹調節性執行機構。執行機構的分類執行機構的分類驅動方式分：電動:電機驅動，方便控制，體積小，效率高，品種多，經濟，使用壽命一般510年。氣動：氣源驅動，

3、使用簡單，防爆性能好，成熟可靠，運行速度快，需要氣源及管路，效率低，維護量大。電液式：電動泵或電磁閥控制液壓缸，可靠性最高，定位精度好，使用壽命長達4050年，運行速度快，體積龐大，價格昂貴（如循環水液控蝶）。從應用來分類從應用來分類直行程（Linear Actuator）:直行程調節閥（口徑一般為15150mm）的控制。輸出推力：0.525KN，行程（10100mm）,行程速度（0.22.5mm/s）。從應用來分類從應用來分類角行程（Quarter-turn Actuator）:90度轉角閥門（如蝶閥、球閥）和風門擋板的控制。輸出力矩：5020000Nm（常用力矩：100Nm，250Nm，7

4、00Nm，1600Nm，2500Nm，4000Nm，6500Nm）行程:90、120,行程速度（5150S）。從應用來分類從應用來分類多轉式（Multi-turn Actuator）:多回轉閥門（如閘閥）的控制，也是直行程、角行程執行器的基礎。輸出力矩：302000Nm，行程（0.2550S.）,行程速度（1120r/min）。二、氣動執行機構 氣動執行機構接受氣動控制器或閥門定位器輸出的氣壓信號，并將其轉換成相應的推桿直線位移，以推動調節閥動作。 按照結構可分：氣動薄膜執行機構氣缸式執行機構氣動執行機構分類l對于不同的進氣方向又分為：l氣開式（進氣打開閥門，失氣彈簧復位關閉閥門）l氣關式（進

5、氣關閉閥門，失氣彈簧復位打開閥門）氣動執行機構的主要組成部件和功能 減壓閥：降低控制氣源壓力，以適宜執行機構的工作壓力；過濾器：濾去壓縮空氣中的水和其他雜質，保證進入電/氣轉換器、定位器以及執行機構的壓縮空氣的清潔。許多產品是減壓閥和過濾器一體化設計；電/氣轉換器：將控制系統來的4-20mA電流信號轉換成3-15psi（0.2-1kg/cm）的氣壓控制信號；定位器：是閥位控制的核心部件，對調節閥的閥位進行精確控制；氣動執行機構的主要組成部件和功能位置變送器：通過連桿與閥桿的位移同步產生轉角移動，轉換成420mA電信號，線性地反映閥門的開度；行程開關：通常安裝在閥門的全開和全關位置，用以發出閥門

6、全開和全關的信號送到控制系統 為了實現某些特殊的控制功能，一些執行機構上還配備了其他的控制部件，如實現聯鎖功能的電磁閥，實現保位功能的鎖氣器，加快動作速度的氣放大器，失氣時維持短時操作的儲能罐等等。閥門定位器閥門定位器是氣動執行機構控制的核心部件，有氣動閥門定位和智能閥門定位器；氣動閥門定位器都是利用力平衡原理進行調節的，缺點是調節困難，線性差，靈敏度差，故障率高，不具有“三斷保護”功能；廠家如上海高特，寧夏吳忠等智能型閥門定位器的工作原理與傳統定位器完全不同。采用微處理器對給定值和位置反饋進行比較。如果微處理器檢測到偏差，它就用一個五步開關程序來控制壓電閥，壓電閥進而調節進入執行機構氣室的空

7、氣流量，將控制指令轉換為氣動位移增量。優點：調節方便，靈敏度高，線性好，具有“三斷保護”功能。一般是國外品牌，廠家有：FISHER、ABB、siemens等。力平衡式定位器工作原理力平衡式定位器工作原理l 上圖氣動閥門定位器是按力平衡原理設計和工作的。如圖下圖所示當通入波紋管的信號壓力增加時，使杠桿2繞支點轉動，檔板靠近噴嘴，噴嘴背壓經放大器放大后，送入薄膜執行機構氣室，使閥桿向下移動，并帶動反饋桿（擺桿）繞支點轉動，連接在同一軸上的反饋凸輪（偏心凸輪）也跟著作逆時針方向轉動，通過滾輪使杠桿1繞支點轉動，并將反饋彈簧拉伸、彈簧對杠桿2的拉力與信號壓力作用在波紋管上的力達到新的平衡狀態。l 當通

8、入波紋管的信號壓力減少時，使杠桿2繞支點轉動，檔板離開噴嘴，噴嘴背壓經放大器放大后，送入薄膜執行機構氣室，使閥桿向上移動，并帶動反饋桿（擺桿）繞支點轉動，連接在同一軸上的反饋凸輪（偏心凸輪）也跟著作順時針方向轉動，通過滾輪使杠桿1繞支點轉動，并將反饋彈簧壓縮、彈簧對杠桿2的壓力與信號壓力作用在波紋管上的力達到新的平衡狀態。力平衡式定位器調節原理方框圖 氣動執行機構常見故障及產生的原因 （一）調節閥不動作。故障現象及原因如下：1無信號、無氣源 氣源未開，由于氣源含水在冬季結冰，導致風管堵塞或過濾器、減壓閥堵塞失靈，空壓機故障；氣源總管泄漏。2有氣源，無信號 調節器故障，信號管泄漏；定位器波紋管漏

9、氣；3定位器無氣源 過濾器堵塞；減壓閥故障；管道泄漏或堵塞。4定位器有氣源，無輸出 定位器的節流孔堵塞。5定位器輸出正常調節閥不動作 閥芯脫落，閥芯與閥座卡死；閥桿彎曲或折斷；閥座閥芯凍結或焦塊污物；執行機構彈簧因長期不用而銹死。（二）調節閥的動作不穩定。故障現象和原因如下：1氣源壓力不穩定 壓縮機容量太小；減壓閥故障。2信號壓力不穩定 控制系統的時間常數（TRC）不適當；調節器輸出不穩定。 3氣源壓力穩定，信號壓力也穩定，但調節閥的動作仍不穩定 定位器中放大器磨損或臟，耗氣量特別增大時會產生輸出震蕩；定位器中放大器的噴咀擋板不平行，擋板蓋不住噴咀；輸出管、線漏氣；膜盒漏氣；閥桿摩擦阻力大。（

10、三）調節閥振蕩，故障現象和原因如下 ： 1調節閥在任何開度下都振蕩 支撐不穩；附近有振動源；閥芯與襯套磨損嚴重； 膜盒漏氣； 定位器漏氣；定位器輸出與膜盒間管路漏氣；盤根壓得太緊；盤根壓偏；閥桿摩擦力太大。2調節閥在接近全閉位置時振蕩 調節閥選大了，常在小開度下使用；單座閥介質流向與關閉方向相反。（四）調節閥的動作遲鈍。遲鈍的現象及原因如下：1閥桿僅在單方向動作時遲鈍 氣動薄膜執行機構中膜片破損泄漏； 執行機構中“O”型密封泄漏。2閥桿在往復動作時均有遲鈍現象 閥體內有粘物堵塞； 聚四氟乙烯填料變質硬化或石墨一石棉填料潤滑油干燥； 填料壓得太緊，摩擦阻力增大； 由于閥桿不直導致摩擦阻力大； 沒

11、有定位器的氣動調節閥也會導致動作遲（五）調節閥的泄漏量增大。泄漏的原因下： 1閥全關時泄漏量大 閥芯被磨損，內漏嚴重， 閥未調好關不嚴。 2閥達不到全閉位置 介質壓差太大，執行機構剛性小，閥關不嚴； 閥內有異物； 襯套燒結。 三、電動執行機構電動執行機構是電動單元組合式儀表中的執行單元。它是以單相交流電源為動力，接受統一的標準直流信號，輸出相應的轉角位移，操縱風門、擋板等調節機構，可配用各種電動操作器完成調節系統“手動自動”的無擾動切換，及對被調對象的遠方手動操作，電動執行機構還設有電氣限位和機械限位雙重保護來完成自動調節的任務。它在電力、冶金、石油化工及鍋爐系統的上水及風門擋板的調節等部門得

12、到廣泛應用。電動執行機構結構電動執行器的結構電動執行器一般由伺服電機控制器減速機輔助部件四部分組成。電動執行機構結構電機 電機是接受伺服放大器或電動操作器輸出的開關電源，把電能轉化為機械能，從而驅動執行機構動作。減速器 減速器上有手動部件、輸出軸、機械限位塊。減速器是將電機的高轉速、小轉矩轉換為低轉速、大轉矩的輸出功率，以帶動閥門機構動作。機座上有兩塊剎車片，可使輸出軸的轉角限制在90范圍內以保證不損壞調節機構及有關連桿。電動執行機構結構控制部分接受和輸出420mA模擬信號和數字信號實現對于執行器的自動控制，包括伺服放大器和位置發送器，新近發展的智能化技術還可以實現對執行器的功能設定、故障自診

13、斷、狀態報警和紀錄、顯示和通訊功能。位置發送器 位置發送器由電源變壓器、差動變壓器、印刷電路板等部件組成。當減速器輸出軸移動時，凸輪隨之旋轉，是壓在凸輪斜面上的差動變壓器的鐵芯連桿產生軸向位移，改變鐵芯在差動變壓器線圈中的位置，使差動變壓器輸出對應位置的電壓轉換成標準的直流電流信號（420mA）。減速器輸出軸的轉角位移與位置發送器的輸出電流呈線性關系。電動執行機構結構伺服放大器 伺服放大器的調節原理類似于一個純積分作用的調節器，只要指令信號與閥位反饋信號的偏差超過調節不靈敏區的范圍，伺服放大器就會一直發出開指令或者關指令。 它接受調節儀表的標準信號（4-20mA）和執行機構的反饋信號，進行比較

14、放大后輸出220V交流電驅動伺服電動機正轉、反轉，連續調節閥位開度。實現各種工藝過程參數自動調節。電動執行機構結構伺服放大器原理框圖電動執行機構結構輔助部分手輪部件：斷電和調試時操作執行器。閥位顯示部件：現場顯示執行器閥位情況。電氣及機械限位裝置：雙重保護，智能型產品有采用電流傳感器技術來實現限位和力矩保護功能。力矩保護開關：過力矩時對執行器的減速機構進行保護。加熱電阻：保持電氣盒空間一定的溫度，在低溫時不會接露，使電氣部件受潮。附加限位開關和力矩開關：提供一些附加的信號點。電動執行機構廠家目前，電動執行機構主要有：羅托克（ROTORK）、西博斯（SIPOS-SIEMENS Positione

15、r的縮寫）、奧馬（AUMA）、伯納德、瑞基(RAGA)、ABB、上儀ROTORK、上海玉葉、常州電站、揚州修造等電動執行機構工作原理電動執行機構工作原理來自調節器的電流信號Ii（4-20mA）作為伺服放大器的輸入，與閥的位置反饋信號If進行比較，當輸入信號和反饋信號比較差值不等于零時，其差值經伺服放大器放大后，控制兩相伺服電機按相應的方向轉動，再經減速器減速后使輸出軸產生位移；同時，輸出軸位移又經位置發送器轉換成閥的反饋信號If；當反饋信號與輸入信號相等時，伺服放大器無輸出，電機不轉動，執行機構就穩定在與輸入信號相應的位置上。電動執行機構的輸出軸位移和輸入信號成線性關系。電動執行機構控制方式電

16、動執行機構有遠方遙控調節、就地電動控制和就地手動操作三種控制方式。1、就地手動方式 電動執行機構需就地手動操作時，當電動操作器切換開關放置“手動”位置，把電機端部旋鈕撥到“手動”位置，拉出執行機構上的手輪或撥動手自動切換把手，搖動手輪就可以實現手動操作。當不用就地操作時，千萬要注意，把電機端部的旋鈕撥到“自動”位置，并把手輪推進。電動執行機構控制方式2、就地電動方式 當執行機構切換開關放在“就地”位置時，操作時只要將旋轉切換開關分別拔到“開”或“關”的位置（或按“開”或“關”按鈕），帶動電機正轉或反轉，執行機構輸出軸就可以實現上行或下行動作，在運動過程中觀察電動操作器上的閥位開度表，到所需控制

17、閥位開度時，立即松開切換開關即可。3、遠方遙控方式 當電動操作器切換開關放在“自動”或“遠控”位置時，即處在自動調節狀態，接受DCS或控制器4-20mA DC指令信號，自動調節執行機構閥位到預定位置。 故障及排除方法故障及排除方法電動執電動執行機構的故障及排除方法見下表1：故障現象原因分析檢查方法排除方法執行機構不動作 相線與中線接反用試電筆檢查中線與相線對調重新接好保險絲斷開目測更換保險管線路斷開或各接點接觸不良目測和用萬用表測量檢查各焊點是否脫焊或各接線點、插座等接觸是否良好對脫焊重新焊好，對接觸不良要重新接好或更換不良零件電機繞組斷路或短路用導線短接固態繼電器的交流輸出兩接點，電機轉動。

18、更換電機分相電容器斷路損壞更換電容故障及排除方法故障及排除方法續表1故障現象原因分析檢查方法排除方法執行機構不動作固態繼電器斷路損壞用導線短接固態繼電器的交流輸出兩接點，電機轉動更換固態繼電器放大器前級故障依次檢查前級輸出直流電源及元器件，對損壞無件更換接通電源后輸出軸就朝一個方向轉動放大器前級不調零用萬用表量出在無信號時放大器前級的輸出斷開輸入信號和反饋信號重新調零兩條反饋線接反用萬用表檢查反饋電流的方向更改接線兩條放大器輸出線接反用調接兩條線方法更改接線固態繼電器擊穿用斷開固態繼電器交流輸出接點方法，或用萬用表測量更換固態繼電器故障及排除方法故障及排除方法續表1故障現象原因分析檢查方法排除

19、方法執行機構只能向一個方向轉動一路輸出斷路，固態繼電器損壞或輸出電路斷線用導線短接續固態繼電器兩交流輸出接點對損壞固態繼電器進行更換對接線斷線重新接好控制電路一路失效用萬用表檢查三極管更換損壞的三極管電機一路斷線用萬用表測量重新接好斷線執行機構一個方向正常，一個方向輸出無力一個固態繼電器軟擊穿用斷開固態繼電器交流輸出兩端子方法斷開后電機轉動正常更換被斷開的固態繼電器電機中線接錯目測更換接線執行機構兩個方向輸出無力電機分相電容容量降低或軟擊穿更換電容電機制動器故障打開電機后罩檢查調整或更換制動器零件故障及排除方法故障及排除方法續表1故障現象原因分析檢查方法排除方法執 行 器動 作 正常 ， 但無

20、 閥 位反饋測量閥位反饋回路僅有4-6mA左右用 萬用 表檢查重新設定，不起作用，更換閥位反饋板，如果問題依然沒有解決就要考慮更換主板檢查計數器圓形磁鋼壞或者計數器板壞更換計數器閥 門 關不到位電動閥門閥桿卡塞，電動頭的輸出力矩不夠大增大電動頭的輸出力矩執 行 器閥 桿 無輸出檢查手動是否可以操作，如果手自動離合器卡死在手動位置，電機只會空轉調整手自動離合器檢查電機是否轉動，如果電機可以轉動，并且已在自動位置，說明指令信號已經到達閥門，可能閥桿斷裂更換閥桿故障及排除方法故障及排除方法續表1故障現象原因分析檢查方法排除方法執行器閥桿無輸出手動電動均不能操作，可能閥門卡死或軸套卡死、滑絲、松脫調整

21、閥門或軸套執行器遠方/就地均不動作電機電源接線不正確 重新接線檢查手自動離合器是否卡死、松動調整手自動離合器執行器的顯示面板有報警顯示按面板提示進行處理執行器送電就發生跳閘繼電器控制板損壞更換繼電器電機線圈燒毀更換電機手動正常，電機不能切換手自動離合器卡簧在手動方向卡死拆卸手輪，釋放卡簧，重新裝配好故障及排除方法故障及排除方法續表1故障現象原因分析檢查方法排除方法電 動 執 行 器振蕩電動執行器伺服放大器的不靈敏區（死區）太小增大執行機構不靈敏區（死區）。死區太大執行機構不靈敏，太小產生振蕩，電動執行器的制動器間隙調整不當，或磨損嚴重，使伺服電機惰走太大，應定期進行檢查和調整調節器參數整定不當

22、一般是因比例帶設置太小，系統增益較大，這對有中間被調參數（或稱導前參數）的系統更為明顯。出現這種情況時，應重新整定調節器參數。四、執行機構調試執行機構種類繁多，調試方法不盡相同，非智能執行機構調試步驟較多，智能型執行機構調試簡單，現在執行機構廠家推出非侵入式執行機構，利用紅外遙控器或按鍵就能完整調試，不需要打開執行機構外殼，氣動執行機智能定位器也能用HART手操器進行調試。下面我們僅以角行程電動執行機構為例，介紹一下電動執行機構的調校。調試前的準備工作： 工具：十字螺絲刀、一字螺絲刀、剝線鉗、斜口鉗、記號筆等相關工具設備：數字萬用表、直流信號發生器（4-20mA）、對講機備品：接線插頭、小段電

23、纜資料：相應規格電動執行機構使用說明書執行機構調試調試步驟：1、檢查執行機構外觀完整，型號匹配。2、完成執行機構接線，檢查接線是否正確。 執行機構接線：1）電源線，220V或380V，氣動閥門定位器一般不需要專用電源線，2）模擬信號：指令信號4-20mA DC,從DCS或PLC至執行機構，反饋信號4-20mA DC,從執行機構至DCS或PLC等，3）開關信號（可選）：全開、全關行程開關信號，故障信號等。3、在通電前，先手動把執行機構調到中間位置，然后將操作方式打到“就地操作”，通電，先點動看執行機構運行方向和閥動作的方向是否一致，如果相反，則需將電源線換相或更改執行機構正反作用方式。執行機構調試4、調限位：通過執行機構將閥動作至“全關“位置，將萬用表打到蜂鳴檔，量下關限位的“開點”是否變為“閉點”；如果沒有變化，則需要調整關限位，直至調好；然后再將閥動作到“全開”位置，看下“開限位”信號是否來，否則需要調開限位。在開關限位都調好后，將閥來回動作幾遍，直至限位信號都正常。5、調反饋：反饋電流值是個很重要的參數，直接影響到DCS畫面顯示反饋值，一定要調準。將萬用表打到mA檔，并且串到反饋回路中；將執行