电动执行机构原理

电动执行机构原理浙江三门核电检维修项目部中国核工业第五建设有限公司胡正明目录2中国核工业第五建设有限公司电动执行机构概述一工作原理及结构二用途三电动执行机构安装和接线四电动执行机构调试五使用和检维修六故障和排除方法七一、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昀中国核工业第五建设有限公司电动执行机构介绍3一、电动执行机构概述快，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、气三态的多中国核工业第五建设有限公司电动执行机构介绍4一、电动执行机构概述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中国核工业第五建设有限公司电动执行机构介绍5一、电动执行机构概述论的飞速发展，国内外的执行机构都已跨入智能控制的时代。中国核工业第五建设有限公司电动执行机构介绍6ROTORK一、电动执行机构概述LIMITORQUE、天津二通中国核工业第五建设有限公司电动执行机构介绍7二、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‐SIEMENS Positioner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独立的整体构成。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。中国核工业第五建设有限公司电动执行机构介绍8二、工作原理及结构（一）电动执行机构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所示中国核工业第五建设有限公司电动执行机构介绍9图1电动执行机构位置发送器和减速器的联接示意图置二、工作原理及结构（一）电动执行机构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。中国核工业第五建设有限公司电动执行机构介绍10二、工作原理及结构（一）电动执行机构机械限位块则按行程不同来进行设置。（二）工作原理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。中国核工业第五建设有限公司电动执行机构介绍11图2        电动执行机构系统方块图二、工作原理及结构（二）工作原理其中FC            伺服放大器SD            单相伺服电机WF           位置发送器执行机构Z             减速器DFD         电动操作器C              调节阀中国核工业第五建设有限公司电动执行机构介绍12二、工作原理及结构（二）工作原理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Ii0（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，由中国核工业第五建设有限公司电动执行机构介绍13二、工作原理及结构（二）工作原理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：中国核工业第五建设有限公司电动执行机构介绍14二、工作原理及结构（二）工作原理•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。中国核工业第五建设有限公司电动执行机构介绍15二、工作原理及结构（二）工作原理•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。中国核工业第五建设有限公司电动执行机构介绍16三、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：中国核工业第五建设有限公司电动执行机构介绍17三、用途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。中国核工业第五建设有限公司电动执行机构介绍18三、用途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。中国核工业第五建设有限公司电动执行机构介绍19三、用途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。中国核工业第五建设有限公司电动执行机构介绍20四、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。中国核工业第五建设有限公司电动执行机构介绍21四、电动执行机构的安装和接线中国核工业第五建设有限公司电动执行机构介绍22图3外形及安装方式四、电动执行机构的安装和接线中国核工业第五建设有限公司电动执行机构介绍23•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、执行机构接线图四、电动执行机构的安装和接线中国核工业第五建设有限公司电动执行机构介绍24图5 无操作器接线图五、电动执行机构的调试中国核工业第五建设有限公司电动执行机构介绍25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五、电动执行机构的调试中国核工业第五建设有限公司电动执行机构介绍262.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。五、电动执行机构的调试中国核工业第五建设有限公司电动执行机构介绍274.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。五、电动执行机构的调试中国核工业第五建设有限公司电动执行机构介绍28•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。五、电动执行机构的调试中国核工业第五建设有限公司电动执行机构介绍296.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五、电动执行机构的调试中国核工业第五建设有限公司电动执行机构介绍30•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、使用和检维修中国核工业第五建设有限公司电动执行机构介绍311.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。六、使用和检维修中国核工业第五建设有限公司电动执行机构介绍32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。电动阀门接线端子开指令关指令开反馈关反馈故障阀位短接ROTROK343533348967424322235—344—36SIPOS3534125619201218—193--6RAGA53553310116742435—344—36AUMA3112113940353614152324上仪3739383915—1612--136—728--2941423639六、使用和检维修中国核工业第五建设有限公司电动执行机构介绍334. 据调节系统的要求，选定输出轴的初始化零位。执行机构出厂时输出轴的零位皆调整在机械限位下端处。5. 执行机构和调节机构所有连接的接合处不可有