电动执行机构原理(免费)

一、电动执行机构概述

执行机构，又称执行器，是一种自动控制领 域的常用机电一体化设备（器件），是自动 化仪表的三大组成部分（检测设备、调节设 备和执行设备）中的执行设备。主要是对一 些设备和装置进行自动操作，控制其开关和 调节，代替人工作业。按动力类型可分为气 动、液动、电动、电液动等几类；按运动形 式可分为直行程、角行程、回转型（多转式） 等几类。由于用电做为动力有其它几类介质 不可比拟的优势，因此电动型近年来发展最

快，应用面较广。电动型按不同标准又可分 为：组合式结构、机电一体化结构，电器控 制型、电子控制型、智能控制型（带HART、 FF协议），数字型、模拟型，手动接触调试 型、红外线遥控调试型等。它是伴随着人们 对控制性能的要求和自动控制技术的发展而 迅猛发展的。

•早期的工业领域，有许多的控制是手动和半 自动的，在操作中人体直接接触工业设备的 危险部位和危险介质（固、液、气三态的多种化学物质和辐射物质），极易造成对人的 伤害，很不安全；

•设备寿命短、易损坏、维修量大；

•采用半自动特别是手动控制的控制效率很低、

误差大，生产效率低下。 基于以上原因，执行机构逐渐产生并应用于

工业和其它控制领域，减少和避免了人身伤

害和设备损坏，极大的提高了控制精确度和 效率，同时也极大提高了生产效率。今年来

随着电子元器件技术、计算机技术和控制理论的飞速发展，国内外的执行机构都已跨入 智能控制的时代。

ROTORK

LIMITORQUE、天津二通

二、工作原理及结构

（一）电动执行机构 

目前，电动执行机构主要有：罗托克（ROTORK）、西博斯（SIPOS‐SIEMENSPositioner的缩写）、瑞基(RAGA)、奥马（AUMA）、ABB、上仪ROTORK、利米托克（ LIMITORQUE ）等各种电动执行机构。电动执行机构由伺服放大器和执行机构二个结构上相互的整体构成。执行机构为现场就地安装式结构，在减速器箱体上装有交流伺服电机和位置发送器。减速器上有手动部件、输出轴、机械限位块。 直行程位置发送器与减速器的联接结构如图

1所示

图1  电动执行机构位置发送器和减速器的联接示意图置

它们之间的联接和调整是通过杠杆和弹簧来 实现的。当减速器输出轴上下运动是时，杠 杆一端依靠弹簧的拉力紧压在输出轴的端面 上，因而传感器芯棒产生轴向位移，达到改 变位置发送器输出电流大小的目的。传感器 芯棒移动距离而对应的位置反馈电流为4~20mA DC（0~10mA DC）。输出轴位移 的行程和位置发送器输出电流呈线性关系。利用杠杆支点距离的不同来改变行程的变化。机械限位块则按行程不同来进行设置。直行程电动执行机构是一个用交流伺服电动机为原动机的位置伺服机构，其系统方块图如图2所示。

图2  电动执行机构系统方块图

FC   伺服放大器   SD   单相伺服电机    WF   位置发送器     Z    减速器      DFD  电动操作器    C    调节阀          

电动执行机构处于连续调节的控制过程状态：

•当输入信号Ii=0（或4mA DC）时,位置发送器反馈电流If=0(或4mA DC) ,此时伺服放大器没有输出电压，交流伺服电动机停转，执行机构输出轴稳定在预选好的零位。

•当输入信号Ii>0（或4mA DC）时（接入极 性应与位置反馈电流极性相反）此输入信号与系统本身的位置反馈电流在伺服放大器的 前置级磁放大器中进行磁势的综合比较，由于这两个信号大小不相等且极性相反就有误 差磁势出现，从而使伺服放大器有足够的输 出功率，驱动交流伺服电动机，执行机构输 出轴就朝着减少这个误差磁势的方向运动， 直到输入信号和位置反馈信号两者相等为 止，此时输出轴就稳定在与输入信号相对应 的位置上。

电动执行机构三种控制方式：

•当电动操作器切换开关放在“自动”位置时，即处在连续调节控制状态。

•当电动操作器切换开关放在“手动”位置时，即处在手动远方控制状态，操作时只要将旋 转切换开关分别拔到“开”或“关”的位置，执

行机构输出轴就可以上行或下行，在运动过 程中观察电动操作器上的阀位开度表，到所 需控制阀位开度时，立即松开切换开关即可。

•当电动操作器切换开关放置“手动”位置时，把交流伺服电动机端部旋钮放在“手动”位置，拉出执行机构上的手轮，摇动手轮就可 以实现手动操作。当不用就地手动操作时，千万要注意，把交流伺服电机端部的旋钮放在“自动”位置，并把手轮推进。

三、用途

电动执行机构可以与变送器，调节器等仪表 配套使用，它以电源为动力，接受4~20mA DC或0~10mA DC信号，将此转换成与输入 信号相对应的直线位移，自动地操纵阀门等 调节机构，完成自动调节任务，或者配用电 动操作器实现远方手动控制，可广泛应用于 发电厂、钢铁厂、化工、轻工等工业总门的 调节系统中。 执行机构主要应用在以下三大领域：

1．发电厂

•火电行业应用

送风机风门挡板、一次进风风门挡板、二次 进风风门挡板、主风箱风门挡板 、燃烧器调节杆、燃烧器摇摆驱动器、球阀和蝶阀控制、 滑动门等。

•其它电力行业的阀门执行器应用

球阀、叶轮机转速控制、冷凝水再循环、脱 氧机、锅炉给水、再加热恒温控制器及其它相关阀门应用。

2．过程控制 用于化工、石化、模具、食品、医药、包装 等行业的生产过程控制，按照既定的逻辑指 令或电脑程序对阀门、刀具、管道、挡板、 滑槽、平台等进行精确的定位、起停、开合、 回转，利用系统检测出的温度、压力、流量、 尺寸、辐射、亮度、色度、粗糙度、密度等 实时参数对系统进行调整，从而实现间歇、 连续和循环的加工过程的控制。

3．工业自动化 用于较为广泛的航空、航天、军工、机械、 冶金、开采、交通、建材等方面，对各类自 动化设备和系统的运动点（运动部件）进行 各种形式的调节和控制。

四、电动执行机构的安装和接线

•伺服放大器应安装在环境温度为0~50℃： 相对温度≤85%无腐蚀性气体的环境中。

•执行机构应安装在环境温度为‐25~+70℃， 相对温度≤95%无腐蚀性气体环境中，在一般情况下，执行机构均安装在调节阀的阀体 上，用螺钉坚固，当然也可以安装在其他调 节机构上。安装时应考虑到手动操作及维修 拆装的方便，安装时必须避免所有接合外的 松动间隙。限位块作限位用更不可松动和随 便拆装。执行机构的外形及安装方式见图3。

图3外形及安装方式

•执行机构外部接线按图4、5所示连接，仔 细复查

图4 伺服放大器、电动操作器、执行机构接线图

图5 无操作器接线图

五、电动执行机构的调试

电动执行机构组成部分在出厂时皆经过调 试，但为了保证正常运行和现场实际需要， 使用前应对基本性能作如下检查：

1.按图6接线图接线。

图6执行机构校验接线图

2\合上电源开关“1K”，将电机“把手”放在手动位置，摇动“手轮”使输出轴的位置置于出厂调试好的零位（即输出轴的下限 值），此时mA 表指示值应为零值或4mA。如果不到（或超过）此值可调整（调 零），电位器使其值为0mA 或4mA 。 

3、摇动“手轮”，使输出轴向上移动，mA表示值应相应地从0变化到10mA或从4mA变化到20Ma.如果不到或超过10mA或20mA，可调节“调满”电位器。

4、如需要重新调整方法如下：

在机械起始点（或偏离起始点一小位移） 用螺丝刀旋转调零（ZEPO）电位器，使 输出电流为0mA（显示为指示灯由亮至灭 时为零位）。

0~10mA调整方法：将执行机构开至终端或手摇）用螺丝刀调节满（ZERO）电位器至20mA，再上、下开几次，信号调准即可。

4~20mA 调整方法：将执行机构开至终端，用螺丝刀调节调满（ZERO）电位器至16mA，再将执行机构开至（或手摇）零位（起始点），调节调零（ZEPO）电位器使0mA变为4mA，再将执行机构开至（或手摇）终端。此时如果显示20mA即可。如果有小误差，反复上、下几次，信号调准即可。

5. 分别操作按钮“2K”“3K”输出轴应随之上下移动。同时位置发送器的输出电流值和输出轴的行程一一对应。

6. 反零位调整方法：

按图7所示，将伺服电机①、②两线掉换。

图7  执行机构位发内部接线示意图

    按图7所示，将印刷板上①、③两电位器线 掉换，再按上所述的第4点重复调试方法调 试（如果在调调零，调满时有假零位或超位 现象，可以松开电位器的固定螺钉，电位器 前后移动，将信号调至所要求范围，固定电 位器螺钉）。

六、使用和检维修

1.    电动执行机构使用前应认真仔细阅读使用 说明书按规定的检验方法，进行检查和校 验。

2.    电动执行机构的减速器应根据现场使用环 境加注合适的润滑油。

3.    电动执行机构投入运行前应检查现场电源 电压是否与规定相符。同时按规定的电器 安装接线图检查接线，拆线时，做好标记 并包扎好，接线时，按照拆线的顺序接回 并注意线头编号，各接线端子接线应牢靠。日常故障，可在接线端子上进行相应的检 查调试，对于指令故障，可以在就地短接 指令线查看，反馈故障可以在就地测量反 馈信号。

电动阀门接线端子

5.    执行机构和调节机构所有连接的接合处不 可有松动间隙，以保证有良好的调节效果。

6.    执行机构输出轴推力应和调节机构（阀门等）所需推力相适应，防止过载。

7.       执行机构各组成部分应根据现场使用条件 定期检查和调整。减速器应定期清洗加油。

8.     凝汽器入口执行器改中停，凝汽器A/B侧入口执行器以前只有开和关反馈，只给DCS反馈一个开关量，为了让运行人员能更深入了解凝汽器入口阀门开关位置，维修时给该执行器添加一个模拟量反馈功能。

9.    循泵出口蝶阀新增15°反馈限位改造，先断电，再添加继电器，依次添加行程开 关，当循泵出口蝶阀达到15°，行程开关 K闭合，继电器KR线圈得电，电路导通使循泵自动启动，并给DCS传递一个“高电平”信号。(见图8 继电器安装接线图)

图8 继电器安装接线图

电动执行机构的故障及排除方法见下表1：

表1