電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和智能執(zhí)行機(jī)構(gòu)概述

發(fā)布：2018-12-18 | 點(diǎn)擊：人次

摘要：電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和智能執(zhí)行機(jī)構(gòu)概述資訊由優(yōu)秀的流量計(jì)、流量儀生產(chǎn)報(bào)價(jià)廠家為您提供。1.1.電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)一樣，是控制系統(tǒng)中的一個(gè)重要部分。它接收來自控制器的0?10mA或4?20mA的直流電流信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或直行程位移，。更多的流量計(jì)廠家選型號(hào)價(jià)格報(bào)價(jià)歡迎您來電咨詢，下面是電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和智能執(zhí)行機(jī)構(gòu)概述文章詳情。

1.1.電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)

電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)一樣，是控制系統(tǒng)中的一個(gè)重要部分。它接收來自控制器的0?10mA或4?20mA的直流電流信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或直行程位移，去操縱閥門、擋板等控制機(jī)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。

電動(dòng)執(zhí)行器有角行程、直行程和多轉(zhuǎn)式等類型。角行程電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)以電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力元件，將輸入的直流電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的角位移（0°?90°)，這種執(zhí)行機(jī)構(gòu)適用于操縱蝶閥、擋板之類的旋轉(zhuǎn)式控制閥。直行程執(zhí)行機(jī)構(gòu)接收輸入的直流電流信號(hào)后，使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，然后經(jīng)減速器減速并轉(zhuǎn)換為直線位移輸出，去操縱單座、雙座、三通等各種控制閥和其他直線式控制機(jī)構(gòu)。多轉(zhuǎn)式電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要用來開啟和關(guān)閉閘閥、截止閥等多轉(zhuǎn)式閥門。由于它的電動(dòng)功率比較大，zui大的有幾十千瓦，一般多用作就地操作和遙控。

幾種類型的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)在電氣原理上基本是相同的，只是減速器不一樣。以下簡(jiǎn)單介紹一下角行程的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)由伺服放大器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)兩部分組成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)又包括兩相伺服蘭減速器和位置發(fā)送器。為電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的組成框圖。

來自調(diào)節(jié)器的Ii作為伺服放大器的輸入信號(hào)，它與位置反饋信號(hào)If進(jìn)行比較，其差值經(jīng)放大后控制兩相伺服電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，再經(jīng)減速器減速后，改變輸出軸即調(diào)節(jié)閥的開度或擋板的角位移）。與此同時(shí)，輸出軸的位移又經(jīng)位置發(fā)送器轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)，作為閥位指示與反饋信號(hào)If。當(dāng)If與Ii相等時(shí)，兩相電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，這時(shí)調(diào)節(jié)閥的開度就穩(wěn)定在與調(diào)節(jié)器輸出（即執(zhí)行器的輸入）信號(hào)Ii成比例的位置上。

輸出軸轉(zhuǎn)角θ與輸入信號(hào)Ii的關(guān)系為

式中，尺為比例系數(shù)。

由上式可知，輸出軸轉(zhuǎn)角和輸入信號(hào)成正比，斫以電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)可看成是比例環(huán)節(jié)。電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)還可以通過電動(dòng)操作器實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的自動(dòng)操作和手動(dòng)操作的相互切換。當(dāng)操作器的切換開關(guān)切向“手動(dòng)”位置時(shí)，由正、反操作按鈕直接控制電機(jī)的電源，以實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出軸的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，進(jìn)行遙控手動(dòng)操作。

下面對(duì)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的伺服放大器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)分別介紹。

1.伺服放大器

伺服放大器由前置磁放大器、觸發(fā)器、可控硅主回路及電源等部分組成。如圖4-5所示。它的作用是綜合輸入信號(hào)和反饋信號(hào)，并將該結(jié)果信號(hào)加以放大，使之有足夠大的功率來控制伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。根據(jù)綜合后結(jié)果信號(hào)的極性，放大器應(yīng)輸出相應(yīng)極性的信號(hào)，以控制電動(dòng)機(jī)的正、反運(yùn)轉(zhuǎn)。

為滿足組成復(fù)雜控制系統(tǒng)的要求，伺服放大器有3個(gè)輸入信號(hào)通道和一個(gè)位置反饋通道-_因此，它可以同時(shí)輸入3個(gè)信號(hào)和一個(gè)位置反饋信號(hào)。簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)，只用其中一個(gè)輸入通道和位置反饋通道。

前置級(jí)磁放大器是一個(gè)增益很高的放大器，來自控制器的輸入信號(hào)和位置反饋信號(hào)在磁放大器中進(jìn)行比較，當(dāng)兩者不相等時(shí)，放大器把偏差信號(hào)進(jìn)行放大，根據(jù)輸入信號(hào)與反饋相減后偏差的正負(fù)極性和放大器在a、b兩點(diǎn)產(chǎn)生兩位式的輸入電壓，控制兩個(gè)晶體管觸發(fā)電路中一個(gè)工作、一個(gè)截止，使主回路的晶閘管導(dǎo)通，兩相伺服電動(dòng)機(jī)接通電源而旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)進(jìn)行主動(dòng)控制。晶閘管在電路中起無觸電開關(guān)作用。伺服放大器有兩組開關(guān)電路，即觸發(fā)器與主回路兩套，各自分別接受正偏差或負(fù)偏差的輸入信號(hào)，以控制伺服電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。與此同時(shí)，位置反饋信號(hào)隨電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)角的變化而變化，當(dāng)位置反饋信號(hào)與輸入信號(hào)相等時(shí)，前置反饋信號(hào)隨電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)角的變化而變化，當(dāng)位置反饋信號(hào)與輸入信號(hào)相等時(shí)，前置放大器沒有輸出，伺服電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)。

2.執(zhí)行機(jī)構(gòu)

執(zhí)行機(jī)構(gòu)由伺服電機(jī)、減速器和位置變送器3部分組成。它接收伺服放大器或電動(dòng)操作器的輸出信號(hào)，控制伺服電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)，再經(jīng)減速器減速后變成輸出力矩去推動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)動(dòng)作。與此同時(shí)，位置發(fā)送器將調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的角位移轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的直流電流信號(hào)，用以指示閥位，并反饋到前置磁放大器的輸入端，去平衡輸入電流信號(hào)。

(1)伺服電機(jī)

伺服電動(dòng)機(jī)是執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)力部分，它是采用沖槽硅鋼片疊成的定子和鼠籠型轉(zhuǎn)子組成的兩相伺服電動(dòng)捫：定子上具有相同的繞組，靠移相電容使兩相繞組中的電流相位相差90°，同時(shí)兩相繞組在空間也相差90°，因此構(gòu)成定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向，取決于兩組繞組中電流相位的超前或滯后。

考慮到執(zhí)行器中的電動(dòng)機(jī)常處于頻繁的啟動(dòng)、制動(dòng)過程中，在控制器輸出過載或其他原因使閥卡位時(shí)，電動(dòng)機(jī)還可能長期處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，為保證電動(dòng)機(jī)在這種情況下不致因過熱而燒毀，這種電動(dòng)機(jī)具有啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大和啟動(dòng)電流較小的特點(diǎn)。另外，為了盡量減少伺服電動(dòng)機(jī)在斷電后按慣性繼續(xù)“惰走”的過程，并防止電動(dòng)機(jī)斷電后被負(fù)載作用力推動(dòng)，發(fā)生反轉(zhuǎn)現(xiàn)象，在伺服電動(dòng)機(jī)內(nèi)部還裝有傍磁式制動(dòng)機(jī)構(gòu)，以保證電動(dòng)機(jī)在斷電時(shí)，轉(zhuǎn)子立即被制動(dòng)。

(2)減速器

伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速較高，輸出轉(zhuǎn)矩小。轉(zhuǎn)速一般為600?900r/min，而調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速比較低，輸出轉(zhuǎn)矩大，輸出軸全行程（90°)時(shí)間一般為25s，即輸出軸轉(zhuǎn)速為0.6r/min。因此伺服電動(dòng)機(jī)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)之間必須裝有減速器，將高轉(zhuǎn)速、低轉(zhuǎn)速變成低轉(zhuǎn)速、高轉(zhuǎn)矩，伺服電動(dòng)機(jī)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)之間一般裝有兩級(jí)減速器，減速比一般為（1000?1500):1。

減速器采用平齒輪和行星減速機(jī)混合的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。其中平齒輪加工簡(jiǎn)單，傳動(dòng)效率高，但減速器體積大，行星減速機(jī)構(gòu)具有體積小、減速比大、承載力大、效率高等優(yōu)點(diǎn)。

(3)位置發(fā)送器

位置發(fā)送器是根據(jù)差動(dòng)變壓器的工作原理，利用輸出軸的位移來改變鐵芯在差動(dòng)線圈中的位置，以產(chǎn)生反饋信號(hào)和位置信號(hào)。為保證位置發(fā)送器穩(wěn)定的電壓及反饋信號(hào)與輸出軸位移成線性關(guān)系，位置發(fā)送器的差動(dòng)變壓器電源采用LC串聯(lián)諧振磁飽和穩(wěn)壓，并在位置發(fā)送器內(nèi)設(shè)置零點(diǎn)補(bǔ)償電路，從而保證了位置發(fā)送器良好的反饋特性。

角行程電動(dòng)執(zhí)行器的位置發(fā)送器通過凸輪和減速器輸出軸相接，差動(dòng)變壓器的鐵芯用彈簧緊壓在凸輪的斜面上，輸出軸旋轉(zhuǎn)0°?90°,差動(dòng)變壓器鐵芯產(chǎn)生軸向位移，Z置i送H內(nèi)輸出電流為4?20mADC。

直行程電動(dòng)機(jī)執(zhí)行器的位置發(fā)送器與減速器之間的連接和調(diào)整是通過杠桿和彈簧來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)減速器輸出軸上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，杠桿一端依靠彈簧力緊壓在輸出軸的端面上，使差動(dòng)變壓器推桿產(chǎn)生軸向位移，從而改變鐵芯在差動(dòng)變壓器繞組中的位置，以達(dá)到改變位置發(fā)送器輸出電流的目的。

(4)操作器

操作器是用來完成手動(dòng)與自動(dòng)之間的切換、遠(yuǎn)方操作和自動(dòng)跟蹤無擾動(dòng)切換等任務(wù)。根據(jù)它的功能不同，有三種類型：*種是有切換、閥位指示、跟蹤電流指示和中途限位的；第二種是有切換操作、閥位指示和跟蹤電流的；第三種是有切換操作、閥位指示和跟蹤電流，但無跟蹤電流指示的。

隨著自動(dòng)化程度的不斷提高，對(duì)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)提出了更多的要求，如要求能直接與計(jì)算機(jī)連接、有自動(dòng)保持作用和不需數(shù)/模轉(zhuǎn)換的數(shù)字輸入電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，伺服電動(dòng)機(jī)采用了低速電動(dòng)機(jī)后，有利于簡(jiǎn)化電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)，提高性能，有待于進(jìn)一步推廣

3.電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的整機(jī)特性

電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)各環(huán)節(jié)的特性及信號(hào)傳遞方面框圖如圖4-6所示。

伺服放大器是一個(gè)具有繼電特性的非線性環(huán)節(jié)，具有不靈敏區(qū)（<150μA)。當(dāng)|Ii-If|<△/2時(shí)，無輸出；當(dāng)|Ii-If|≥△/2輸出為一恒定交流電壓（約為215V)。

減速器和位置發(fā)送器為比例環(huán)節(jié)。

伺服電機(jī)接通電源：伺服電機(jī)工作在恒速狀態(tài)，故為一個(gè)積分環(huán)節(jié)，因此，電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性主要取決于伺服電機(jī)時(shí)特性，即具有積分特性。

由于伺服放大器的不靈敏區(qū)很小，在系統(tǒng)平衡時(shí)，可認(rèn)為Ii-If=△≈0，故有Ii=If=kfθ，所以電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的靜態(tài)關(guān)系式為：，式中kf為位置發(fā)送器的比例系數(shù)，亦即反饋系數(shù)（kf=10mA/90°)。上式表明，電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸入與輸出之間具有良好的線性關(guān)系。

1.2智能執(zhí)行機(jī)構(gòu)

智能式電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的構(gòu)成原理與模擬式電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)相同，但是，智能式電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)采取了新穎的結(jié)構(gòu)部件。伺服放大器中采用了微處理系統(tǒng)，所有控制功能均可通過編程實(shí)現(xiàn)，而且還具有數(shù)字通信接口，從而具有HART協(xié)議或現(xiàn)場(chǎng)總線通信功能，成為現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)。有的伺服放大器中還采用了變頻技術(shù)，可以更有效地控制伺服電動(dòng)機(jī)的動(dòng)作。減速器采用新穎的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，運(yùn)行平穩(wěn)、傳動(dòng)效率高、無爬行、摩擦小。位置發(fā)送器采用了新技術(shù)和新方法，有的采用了霍爾效應(yīng)傳感器，直接感應(yīng)閥桿的縱向或旋轉(zhuǎn)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)了非接觸式定位檢測(cè)；也有的采用特殊的電位器，電位器中裝有球軸承和特種導(dǎo)電塑料材質(zhì)做成的電阻薄片；還有的采用磁阻效應(yīng)的非接觸式旋轉(zhuǎn)角度傳感器。

與常規(guī)電動(dòng)執(zhí)行器相比，智能電動(dòng)執(zhí)行器有如下特點(diǎn)。

1)具有智能化和高精度的控制功能。智能電動(dòng)執(zhí)行器可直接接收變送器信號(hào)，按設(shè)定值自動(dòng)進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，控制流量、壓力和溫度等過程變量。通過組態(tài)可按折線形成多種形狀的非線性流量特性，‘實(shí)現(xiàn)對(duì)過程非線性特性的補(bǔ)償，以提高系統(tǒng)的控制精度，同時(shí)也擺脫了長期以來依靠改變閥芯形狀來改變流量特性的落后狀況。

2)一體化的g構(gòu)設(shè)計(jì)思想。將位置控制器、PID控制器、伺服放大器、電-氣轉(zhuǎn)換器、閥位變送器等裝在+臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)儀表中，減少了信號(hào)傳輸中的泄漏和干擾等因素對(duì)系統(tǒng)控制精度的影響；還采用電d動(dòng)和斷續(xù)調(diào)節(jié)技術(shù)代替機(jī)械摩擦制動(dòng)技術(shù)，以提高整機(jī)的可靠性。

3)具有智能化的通信功能。與上位機(jī)或控制系統(tǒng)之間可通過現(xiàn)場(chǎng)總線按規(guī)定的通信協(xié)議進(jìn)行雙向數(shù)字通信，并構(gòu)成所需要的控制系統(tǒng)，這是智能執(zhí)行器與常規(guī)電動(dòng)執(zhí)行器的重要區(qū)別之一。

4)具有智能化的自診斷與保護(hù)功能。當(dāng)電源、氣動(dòng)部件、機(jī)械部件、控制信號(hào)、通信或其他方面出現(xiàn)故障時(shí)，均能迅速識(shí)別并能有效采取保護(hù)措施，確?？刂葡到y(tǒng)及生產(chǎn)過程的安全。

5)具有靈活的組態(tài)功能，“一機(jī)多用”，提高了經(jīng)濟(jì)效益。例如，對(duì)于輸入信號(hào)，可通過軟件組態(tài)來選擇合適的信號(hào)源；對(duì)于執(zhí)行器的運(yùn)行速度和行程，也可通過組態(tài)軟件進(jìn)行任意設(shè)置，所有這些都無需更換硬件。這樣一來，只要用少量類型的智能執(zhí)行器就能夠滿足各種工業(yè)過程的不同需求，從而大大提高了制造商和用戶的經(jīng)濟(jì)效益。

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