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電動執(zhí)行器
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產品名稱：電動執(zhí)行器[ 2020-05-28 ]
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一、電動執(zhí)行器的概述
電動執(zhí)行器是過程控制中的一個重要組成部分。它的作用是接受控制器送來的控制信號，改變被控介質的流量，從而將被控變量維持在所要求的數(shù)值上或一定的范圍內。執(zhí)行器的動作是由調節(jié)器的輸出信號通過各種執(zhí)行機構來實現(xiàn)的。執(zhí)行器由執(zhí)行機構與調節(jié)機構組成。在電信號作為控制信號的控制系統(tǒng)中，目前廣泛應用一下三種控制方式。
二、電動執(zhí)行器的應用
在自控系統(tǒng)中，為使執(zhí)行機構的輸出滿足一定精度的要求，在控制理論上常采用負反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)。即將執(zhí)行機構的位置輸出作為反饋信號，和電動調節(jié)器的輸出信號作比較，將其差值經過放大用于驅動和控制執(zhí)行機構的動作，使執(zhí)行機構向消除差值的方向運動，最終達到執(zhí)行機構的位置輸出和電動調節(jié)器輸出信號成線性關系。
在應用氣動執(zhí)行機構的場合下，當采用電/氣轉換器和氣動執(zhí)行機構配套時，由于是開環(huán)控制系統(tǒng)，只能用于控制精度不高的場合。當需要精度較高時，一般采用電/氣閥門定位器和氣動執(zhí)行機構相配套，執(zhí)行機構的輸出位移通過凸輪杠桿反饋到閥門定位器內，利用負反饋的工作原理，大大提高氣動調節(jié)閥的位置精度。因此，目前在自控系統(tǒng)中應用的氣動調節(jié)閥大多數(shù)都與閥門定位器配套使用。
智能電動執(zhí)行器將伺服放大器與操作器轉換成數(shù)字電路，而智能執(zhí)行器則將所有的環(huán)節(jié)集成，信號通過現(xiàn)場總線由變送器或操作站發(fā)來，可以取代調節(jié)器。
三、電動執(zhí)行器的三種分類以及發(fā)展
執(zhí)行器在自動控制系統(tǒng)中的作用相當于人的四肢，它接受調節(jié)器的控制信號，改變操縱變量，使生產過程按預定要求正常執(zhí)行。執(zhí)行器由執(zhí)行機構和調節(jié)機構組成。執(zhí)行機構是指根據調節(jié)器控制信號產生推力或位移的裝置，而調節(jié)機構是根據執(zhí)行機構輸出信號去改變能量或物料輸送量的裝置，而調節(jié)機構是根據執(zhí)行機構輸出信號支改變能量或物料輸送量的裝置，最常見的是調節(jié)閥。在生產現(xiàn)場，執(zhí)行器直接控制工藝介質，若選型或使用不當，往往會給生產過程的自動控制帶來困難。因此執(zhí)行器的選擇、使用和安裝調試是個重要的問題。
執(zhí)行器按其能源形式分為氣動、電動和液動三大類，它們各有特點，適于不同的場合。隨著近幾年來科學技術的不斷發(fā)展各類執(zhí)行機構正逐步走向智能化的道路，而其中專門和氣動執(zhí)行器配套使用的智能閥門定位器和全電子電動執(zhí)行器的出現(xiàn)更加速了執(zhí)行機構智能化的發(fā)展，為執(zhí)行器的應用開辟了新天地。
1、液動執(zhí)行器：液動執(zhí)行器推力最大，一般都是機電一體化的，但比較笨重，所以現(xiàn)在使用不多。但也因為其推力大的特點，在一些大型場所因無法取代而被采用，如三峽的船閥用的就是液動執(zhí)行器。
2、氣動執(zhí)行器：氣動執(zhí)行器的執(zhí)地機構和調節(jié)機構是統(tǒng)一的整體，其執(zhí)行機構有薄膜式(見圖1)和活塞式(見圖2)兩類。活塞式行程長，適用于要求有較大推力的場合，不但可以直接帶動閥軒，而且可以和蝸輪蝸桿等配合使用;而薄膜式行程較小，只能直接帶動閥桿。其執(zhí)行器分為正作用和反作用兩種形式，所謂正作用就是信號壓力增大，推桿向下;反作用形式就是信號壓力增大，推桿向上。這種執(zhí)行機構的輸出位移與輸入氣壓信號成正比例關系，信號壓力越大，推桿的位移量也越大。當壓力與彈簧的反作用力平衡時，推桿穩(wěn)定在某一位置，氣動執(zhí)行器又有角行程氣動執(zhí)行器和直行程氣動執(zhí)行器兩種。隨著氣動執(zhí)行器智能化的不斷發(fā)展，智能閥門定位器成為其不可缺少的配套產品。智能閥門定位器內裝高集成度的微控制器，采用電平衡(數(shù)字平衡)原理代替?zhèn)鹘y(tǒng)的力平衡原理，將電控命令轉換成氣動定位增量來實現(xiàn)閥位控制;利用數(shù)字式開、停、關的信號來驅動氣動執(zhí)行機構的動作;閥位反饋信號直接通過高精確度的位置傳感器，實現(xiàn)電/氣轉換功能。智能閥門定位器具有提高輸出力和動作速度、調節(jié)精確度(最小行程分辨率可達±0.05%)、克服閥桿摩擦力、實現(xiàn)正確定位等特點。正是因為這些配套產品的不斷智能化，才使得氣動執(zhí)行器更加智能化。由于氣動執(zhí)行機構有結構簡單、輸出推力大、動作平穩(wěn)可靠、安全防爆等優(yōu)點，在化工、煉油等對安全要求較高的生產過程中得到廣泛的應用。
3、電動執(zhí)行器：電動執(zhí)行器的執(zhí)行機構和調節(jié)機構是分開的兩部分，其執(zhí)行機構分角行程和直行程兩種。電動執(zhí)行器接受來自調節(jié)器的直流信號，并將其轉換成相應的角位移或直行程位移去操縱閥門、擋板等調節(jié)機構，以實現(xiàn)自動調節(jié)。電動執(zhí)行機構安全防爆性能差，電機動作不夠迅速，且在行程阻或閥桿被扎住時電機容易受損。盡管近年來電動執(zhí)行機構在不斷改進并有擴大應用的趨勢，但從總體上看不及氣動執(zhí)行機構應用的普遍。
隨著自動化、電子和計算機技術的發(fā)展，現(xiàn)在越來越多的電動執(zhí)行機構已經向智能化發(fā)展。上海自動化儀表股份有限公司在引進國外技術的基礎上設計的新產品，采用了雙CPU、電子限力矩保護、電子行程限位、數(shù)字式位置發(fā)送器、相位自動鑒別、紅外線遙控調試以及故障診斷、自動切換處理多種保護拖施等關鍵技術，提高了產品的穩(wěn)定性、可靠性和精確度等級。它已通過防爆及射頻干擾、靜電放電、快速瞬變脈沖群等試驗，基本誤差小于±1.5%，回差為1%，外殼保護等級為IP65，使用環(huán)境溫度為-25℃～70℃，這些指標均已達到國際先進水平。智能電動執(zhí)行機構是一類新型終端控制儀表，它根據控制電信號直接操作改變調節(jié)閥閥桿的位移。由于人們對控制系統(tǒng)的精確度和動態(tài)特性提出了越來越高的要求，電動執(zhí)行機構能夠獲得最快響應時間，實現(xiàn)控制也更為合理、方便、經濟，因而正受到用戶的歡迎。它還可免去選用氣動執(zhí)行機構必需配置良好氣源設備和安裝氣路管線的麻煩。隨著科學技術的進步和發(fā)展，我們有理由相信，今后的執(zhí)行器將會和其它儀表一樣更加智能.
四、現(xiàn)場電動執(zhí)行器的特點
近年來，隨著現(xiàn)場總線的出現(xiàn)和發(fā)展，在國際上出現(xiàn)一些有影響的生產工業(yè)閥門和執(zhí)行器的專業(yè)化大公司相繼開發(fā)設計出符合現(xiàn)場總線通信協(xié)議的閥門和執(zhí)行器產品。符合現(xiàn)場總線的智能執(zhí)行器由傳統(tǒng)的執(zhí)行器、含有微處理器的控制器以及可與PC或PLC雙向通信的硬件及軟件組成，具有與上位機或控制系統(tǒng)通信的功能，大致具有以下特點：
1、智能化和高精度的系統(tǒng)控制功能。控制運算任務由傳統(tǒng)的控制器轉為由執(zhí)行器的微處理器來完成，即執(zhí)行器直接接受變送器的信號，按設定值自動進行PID調節(jié)、控制流量、壓力、壓差和溫度等多種過程變量。在一般情況下，閥門的特性曲線是非線性的，對執(zhí)行器組態(tài)，定義8至32段折線可對輸出特性曲線進行補償，提高了系統(tǒng)的控制精度。
2、一體化的結構。智能執(zhí)行器包含了位置控制器、閥位變送器、PID控制器、伺服放大器以及電動的和氣動的模件，即將整個控制裝在一臺現(xiàn)場儀表里，減少了因信號傳輸中的泄露和干擾等因素對系統(tǒng)的影響，提高了系統(tǒng)的可靠性。
3、智能化的通信功能。由于通信符合現(xiàn)場總線的通信協(xié)議，執(zhí)行器與上位機或控制系統(tǒng)之間可通過總線進行雙向數(shù)字通信，極大地提高了系統(tǒng)的控制精度和穩(wěn)定性。這是與以往的執(zhí)行器最大的區(qū)別。由于符合現(xiàn)場總線的通信協(xié)議，所以，可以與任何其他符合現(xiàn)場總線的系統(tǒng)相互集成，構成控制系統(tǒng)。
4、智能化的系統(tǒng)保護和自身保護功能。當外電源掉電時，能自動利用后備電池驅動執(zhí)行機構，使閥門處于預先設定的安全位置。當電源、氣動部件、機械部件、控制信號、通信或其他方面出現(xiàn)故障時，都有自動保護措施，以保證系統(tǒng)本身以及生產過程的安全可靠。另外，自啟動和自整定功能使啟動變得極為簡易。
5、智能化的自診斷功能。自診斷功能可幫助快速識別故障的原因。對于執(zhí)行器的任何故障，智能執(zhí)行器均能盡早、盡快識別，在執(zhí)行器發(fā)生損壞前就采取有效措施，這會增加系統(tǒng)的可靠性，并延長設備壽命，避免工廠停車維修。
6、靈活的組態(tài)功能?？梢宰杂山M態(tài)的智能執(zhí)行器具有較高的靈活性，因此，只需要少量類型的執(zhí)行器就可以滿足多變的工業(yè)現(xiàn)場要求。這對于制造商和用戶都是極有益的。例如，對于輸入信號，可以通過軟件組態(tài)來選擇合適的信號源，而不必更換軟件，也可以任意設置執(zhí)行器的運行速度和行程。
五、電動執(zhí)行器的分類
（1）執(zhí)行器按所用驅動能源分為氣動、電動和液壓執(zhí)行器三種。
（2）按輸出位移的形式，執(zhí)行器有轉角型和直線型兩種。
（3）按動作規(guī)律，執(zhí)行器可分為開關型、積分型和比例型三類。
（4）按輸入控制信號，執(zhí)行器分為可以輸入空氣壓力信號、直流電流信號、電接點通斷信號、脈沖信號等幾類。
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