执行机构的应用.doc

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1、执行机构讲义一、执行机构的由来执行机构，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，所以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：组合式结构和机电一体化结构；电器控制型、电子控制型和智能控制型（带HART、FF协议）；数字型和模拟型；手动接触调试型和红外线遥控调试型等。它是伴

2、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：1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；2设备寿命短、易损坏、维修量大；3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。二、执行机构的英文名：ACTUA

3、TORS三、执行机构的应用领域执行机构主要应用在以下三大领域：1发电厂典型应用有：火电行业应用送风机风门挡板一次进风风门挡板空气预热风门挡板烟气再循环旁路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液压推杆驱动器叶轮机调速烟气调节阀蒸气调节阀球阀和蝶阀控制滑动门闸门其它电力行业的阀门执行器应用球阀除尘控制喷水叶轮机转速控制控制大型液压阀燃气控制阀燃烧器点火启动蒸气控制阀冷凝水再循环,脱氧机，锅炉给水，过热控制器，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

4、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。过程控制和工业自动化方面的主要应用举例如下：在硫矿生产中的应用注水流量控制球阀和碟阀控制碳酸钾管道阀门执行器的应用滑动门分流器闸门球阀和蝶阀球型控制阀水处理阀门执行器的应用液流流量控制调压阀压力控制酸溶液流量控制石灰石/水泥厂阀门执行器的应用球或蝶阀控制处理干水泥，石膏

5、，或液体送风和引风机调节型风门挡板旁路风门挡板环境污染控制和除尘装置滑动门对在料斗和储藏库的原材料进行物流控制闸门控制原材料在进料口的流量燃气控制阀调节转炉上燃烧器进气量蒸气控制阀控制生产过程所需的蒸气在谷物加工厂执行器的应用闸门分流阀分配器物料卸货器/加热器除尘隔离挡板气流控制(物流干燥)球阀和蝶阀控制钢厂风门挡板和阀门执行器的应用球或蝶阀控制控制冷却水，废水，或其它冷却介质调节型风门挡板送风和引风机旁路风门挡板闸门环境污染控制和除尘装置滑动门控制原材料在进料口的流量对在料斗和储藏库的原材料进行物流控制燃气控制阀蒸气控制阀调节转炉上燃烧器进气量控制生产过程所需的蒸气铝厂风门挡板和阀门执行器的

6、应用送风机风门挡板一次进风风门挡板空气预热风门挡板烟气再循环旁路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液压推杆驱动器叶轮机调速烟气调节阀蒸气调节阀球阀和蝶阀控制滑动门闸门过程控制挡板的应用空气补充排风机旁路热/冷风混和应急关断在石油工业中的应用注油工艺流量控制气举管路主阀门压力控制注水工艺流量控制油井油质采样试验/生产用阀门在天然气生产和输送工业的应用气举气流流量控制气管路主阀门压力控制压缩机喘振控制天然气压力控制天然气管路主阀门压力控制应急关断天然气调压器控制压力控制压缩机喘振控制流量控现代化的火电厂是一个庞大而又复杂的生产电能与热能 的工厂。 它由下列5个系统组

7、成： 燃料系统：完成燃料输送、储存、制备的系统。燃煤电厂具有卸煤设施、煤场、上煤设施、煤仓、给煤机、磨煤机等设备；燃油电厂备有油罐、加热器、油泵、输油管道等设备。 燃烧系统:完成燃料燃烧过程,使燃料化学能转化为蒸汽热能的系统。主要有燃烧器、炉膛、送风机、引风机、除尘器、除灰设备等。 汽水系统：完成蒸汽热能转化为机械能的系统。主要有锅炉的汽水部分、汽轮机及其辅助设备，如凝汽器、除氧器、回水加热器、给水泵、循环水泵、冷却设备等。 电气系统：完成机械能转化为电能的系统。主要有发电机、主变压器、断路器、隔离开关、母线等。 控制系统：完成生产过程中的参数测量及自动化监控操作的系统。 在上述系统的所有设备

8、中，最主要的设备是锅炉、汽轮机和发电机，它们安装在发电厂的主厂房内。主变压器和配电设备一般是安装在独立的建筑物内和户外；其他辅助设备如给水系统、供水设备、水处理设备、除尘设备、燃料储运设备等，有的安装在主厂房内，有的则是安装在辅助建筑中或在露天场地。火电厂生产电能的流程如图所示（火力发电的基本生产过程是,燃料在锅炉中燃烧,将其热量释放出来，传给锅炉中的水，从而产生高温高压蒸汽；蒸汽通过汽轮机又将热能转化为旋转动力，以驱动发电机输出电能。 大中型燃煤的火电厂，一般采用煤粉炉，其生产过程是:将进厂的原煤经碎煤机破碎、磨煤机磨成煤粉,用热风吹送，喷入锅炉炉膛，通过煤粉燃烧生成的高温烟气,首先加热炉膛

9、内的水冷壁管与过热器管,然后经过烟道内的再热器、省煤器和空气预热器而进入除尘器，在清除烟气中的飞灰之后，通过烟囱排入大气。 水在锅炉炉膛内生成饱和蒸汽，通过过热器时，继续被烟气加热而变为过热蒸汽，经主蒸汽管送入汽轮机，并在汽轮机内膨胀作功后，进入凝汽器凝结成水。该凝结水经低压回热加热器进入除氧器，再经给水泵、高压加热器送入锅炉。从汽轮机某个中间级抽出一部分蒸汽，分别送入回热加热器和除氧器，供回热给水和加热除氧。为了补偿蒸汽和水的损失，还须将经过化学处理的补充水加入除氧器，除氧器出来的水才能供给锅炉使用。为使蒸汽在凝汽器内凝结成水，还必须不断用循环水泵将冷却水送入凝汽器中的冷凝管内进行热交换，这

10、就又形成一个冷却水系统。冷却水或直接来自江、河、湖泊并排放入江、河、湖泊，或在冷却塔式喷水池中与大气进行热交换以重复使用。 过热蒸汽进入汽轮机以后，推动转子转动，带动发电机旋转发电，再通过一系列电气设备及输电线路送至用户。这就是一般的大中型凝汽式燃煤火电厂的生产过程。例如：热电厂2600MW的招标顺序第一批辅机1 烟气脱硝装置2 静电除尘器3 中速磨煤机4 给煤机5 电动给水泵，气动给水泵6 凝结水泵7 高压加热器8 除氧器9 汽机房桥式起重机第二批辅机1 送风机 2 引风机 3 一次风机 4 灰库卸灰设备 5 飞灰分选系统 6 碎煤机 7 滚轴筛 8 凝结水精处理系统 9 闭式循环冷却水泵

11、10 闭式循环水冷却器 11 二次滤网、滤水器 12 给水泵汽轮机 13 凝汽器胶球清洗装置 14 水环真空泵 15 给水泵 16 板框式旋转滤网 17 拦污栅 清污机 18 循环水泵 19 主变压器 20 高启变 21 高厂变高公变 22 GIS组合电器(7个断路器间隔、2个PT间隔) 23 凝结水泵高压变频器 24 锅炉客货两用电梯第三批辅机1气 力除灰系统 2干式除渣系统设备 3磨煤机过轨吊 4启动锅炉 5圆形煤场堆取料机 6皮带机 7皮带秤及链码装置 8入厂、入炉取样装置9活化给煤机10给水液动三通阀 11汽轮机高低压旁路装置 12循环水泵出口液控蝶阀 13循环水系统钢闸门14循环水、

12、工业水系统蝶阀 15循环水 PCCP 管16汽水取样装置 17化学加药装置 18化学水箱 19化学加氧装置 20柴油发电机21发变组保护、起备变保护和 微机型自动准同期装置 22单控及网控直流电源 23UPS 装置24炉管泄漏检测系统 25火焰检测系统 26飞灰含碳量检测系统 27屋顶通风机28汽动给水泵组和碎煤机弹簧隔振系统 第四批辅机1启动锅炉锅炉除灰2油区设备3等离子点火系统 4灰库气化风机及电加热器 5空气压缩机6电磁除铁器输煤7圆形煤场网架土建8彩色涂层钢板9多管冲击式除尘器10组合式空调机组11进口闸阀汽机12进口电动蝶阀13给水泵最小流量调节阀14取水泵站双梁吊钩门式起重机水工1

13、5循环水管道金属伸缩接头16旋转滤网冲洗水泵17雨水泵 18供氢站化学19电解海水制氯系统20工业废水集中处理系统21离相封闭母线电气一次 22共箱封闭母线23网络计算机监控系统电气二次24火灾报警系统25输煤程控系统26全厂工业电视系统热控第五辅机招标内容：一、招标内容： 01、储气罐 锅炉 9只 02、空气压缩机后处理装置 8套 03、排污泵 10台套 04、原煤仓疏松机械 12台套 05、自启闭式防爆门 24台 06、螺杆式水冷冷水机组 3套 07、玻璃钢开式冷却塔 3套 08、减温减压器 68台 09、进口调节阀10套 10、汽机房通用泵6台 11、含煤废水处理系统3套 12、生活、生

14、产、化学给水装置及控制装置 各1套 13、生活污水处理系统2套 14、消防给水装置及控制装置1套 15、铸铁镶铜闸门和玻璃钢拍门4只 16、雨水系统格栅除污机2台 17、活性碳过滤器（卧式四室叠装）系统 化学1套 18、锅炉补给水处理系统5台 19、6Kv高压开关柜设备 电气190面 20、阴极保护系统 WZ2008-115 套 1 21、分散控制系统 热控2套第六批辅机1非金属补偿器2金属补偿3风门及送粉管道可调缩孔(1. 一次风机出口电动关断风2. 一次风机冷风道电动关断风门3一次冷风联络电动关断风门4. 送风机出口电动关断风门5冷二次风联络风道电动关断风门6一次风空预器出口电动关断风门7

15、引风机入口烟道电动关断挡板门8引风机出口烟道电动关断挡板门9热风再循环管道电动关断挡板门10热风再循环管道电动调节风门11磨煤机入口冷风电动调节风门12磨煤机入口热风电动调节风门13磨煤机入口压力冷风气动隔绝风门14磨煤机入口热风气动关断风门)4燃油罐6电动三通挡板落煤管及输煤冲洗喷淋设施7皮带机用胶带8圆形煤场用盘煤仪9制冷站辅机设备10开式水滤水器11汽机房箱罐包12润滑油净化装置13四大管道支吊架14水工排污泵15化学水处理站化工泵及立式自吸泵16原水预处理系统17低压干式变压器18电气监控管理系统ECMS19辅助车间低压开关柜20主厂房低压开关第八批辅机1本体保温材料锅炉2主厂房钢结构

16、防火涂料3玻璃钢屋顶通风机、轴流通风机等设备暖通4空气处理机组、分体式空调器、风机盘管、防火阀等设备5泡沫消防设备6进口自动连接疏水器汽机7活性炭化学8照明检修箱9高压电力电缆10低压动力电缆11电气控制电缆12热工控制电缆13热工计算机电缆14热工补偿电缆15SIS系统16辅助车间控制系统及全厂辅助车间集中监控系统第九批辅机1 热力系统阀门(DN150mm)保温套 汽机2 主厂房进口变送器 热控3 热控进口成套仪表设备（包括进口工艺阀、进口仪表阀、进口过程开关、氧化锆、质量流量计、导波雷达液位变送器）4 热控国产仪表设备成套（孔板、测温元件、就地压力表、双金属温度计、连续防堵吹扫装置、特殊仪

17、表、国产仪表阀门）5 风量测量装置6 成套盘台柜（配电箱柜、电源柜、变送器柜等）7 风机盘管/新风机组/电动二通阀 暖通8 化学瓷砂 9 电气实验室仪器设备 实验室设备10 热工实验室设备11 化学试验室仪器仪表12 电瓶叉车 厂内车辆13 装载机14 推煤机15 自卸湿粉煤灰渣密闭运输车16 仿真机 执行器阀门在各个部位的应用锅炉热一次风道（磨煤机热风电动调节风门）台5热二次风道（锅炉进口电动调节风门）台5磨煤机调温风道（电动圆形关闭挡板风门）台15烟道（吸风机出口气动插板风门）台2烟道（空预器出口气动关闭挡板风门）台2烟道（除尘器出口气动挡板风门）台2一次风机入口风门台1进风室一次风(左右

18、)风门台2二次风机入口风门台1引风机入口风门台1返料风机出口风门台4进返料器返料风风门台4进返料器返料风风门台6返料风泄压排空风门台1一次点火风(左右)风门台2支二次热风(左右)风门台2引风机出口风门台2点火油回油电动阀台1密封风风门台1密封风风门台3汽机1#除氧器除氧头及水箱台21#除氧器除氧头及水箱台21#除氧器水箱调节台22#除氧器水箱调节台2给水泵再循环电动阀台8凝结水精处理系统进出口母管只4系统旁路自动阀门只2前置过滤器旁路调节阀、混床旁路调节阀只4前置过滤器进出口自动阀只8混床进出口自动阀只12混床再循环阀只8前置过滤器排水阀只4前置过滤器反洗水阀只4前置过滤器压缩空气进气阀、排气

19、阀；混床排水阀只10体外再生系统混床树脂冲洗水阀只4混床树脂进出口阀只12混床树脂输送阀只4混床压缩空气阀只2混床排气阀只6前置过滤器升压阀、混床升压阀只14树脂输送阀、分离塔树脂进出口阀、阴塔树脂出口阀、阳塔树脂进口阀只7分离塔顶部出水阀、只1三塔罗茨风机进气阀、三塔顶部进水阀、分离塔底部排水阀、阳塔部排水阀、阴阳塔底部进水阀、阴阳塔中部排污阀、树脂管道冲洗水阀、阳塔冲洗水阀只14罗茨风机排气阀只1阳塔排气阀、阴塔排气阀只2阴塔冲洗水阀、阴塔进碱阀、阳塔进酸阀只3分离塔排气阀只1三塔压缩空气阀只3分离塔底部冲洗水阀只1分离塔流量调节阀只1电动执行机构中文名称：电动执行机构英文名称：elect

20、ric actuator定义：利用电作为动力源的执行机构。对于执行机构最广泛的定义是：一种能提供直线或旋转运动的驱动装置，它利用某种驱动能源并在某种控制信号作用下工作。执行机构使用液体、气体、电力或其它能源并通过电机、气缸或其它装置将其转化成驱动作用。定义多回转电动执行机构基本的执行机构用于把阀门驱动至全开或全关的位置。用于控制阀的执行机构能够精确的使阀门走到任何位置。尽管大部分执行机构都是用于开关阀门，但是如今的执行机构的设计远远超出了简单的开关功能，它们包含了位置感应装置，力矩感应装置，电极保护装置，逻辑控制装置，数字通讯模块及PID控制模块等，而这些装置全部安装在一个紧凑的外壳内。因为越

21、来越多的工厂采用了自动化控制，人工操作被机械或自动化设备所替代，人们要求执行机构能够起到控制系统与阀门机械运动之间的界面作用，更要求执行机构增强工作安全性能和环境保护性能。在一些危险性的场合，自动化的执行机构装置能减少人员的伤害。某些特殊阀门要求在特殊情况下紧急打开或关闭，阀门执行机构能阻止危险进一步扩散同时将工厂损失减至最少。对一些高压大口径的阀门，所需的执行机构输出力矩非常大，这时所需执行机构必须提高机械效率并使用高输出的电机，这样平稳的操作大口径阀门。对于一些小扭矩的阀门，精小型的电动阀门也应用而生，相比普通性具有重量轻，结构紧凑，功能齐全等优点结构原理剖面图以MD系列电动执行机构的整体

22、式比例调节型为例。MD系列电动执行机构以交流伺服电动机为驱动装置的位皿伺服机构，由配接的位置定位器PM-2控制板接受调节系统的420mA直流控制信号与位置发送器的位置反馈借号进行比较，比较后的信号偏差经过放大使功率级导通，电动机旋转驱动执行机构的输出件朝着减小这一偏差的方向移动（位置发送器不断将输出件的实际位置转变为电信号位盈反馈信号送至位致定位器），直到偏差信号小于设定值为止。此时执行机构的输出件就稳定在与输人信号相对应的位置上。该系列角行程机构示意图如图1、直行程机构示意图如图2所示，其实际使用接线图如图3所示。MD系列角行程调节电动执行机构由动力部件和位置定位器（PM-2控制板）两大部分

23、组成。其中动力部件主要由电动机、减速器、力矩行程限制器、开关控制箱、手轮和机械限位装置以及位置发送器等组成，其各部分作用简述如下：1、电动机：电动机是特种单相或三相交流异步电动机，具有高启动力矩、低启动电流和较小的转动惯量，因而有较好的伺服特性。在电动机定子内部装有热敏开关（详见图3所示）做过热保护，当电动机出现异常过热（内部温度超过130）时该开关将控制电动机的电路断开以保护电动机和执行机构，当电动机冷却以后开关恢复接通，电路恢复工作。为了克服惯性惰走，调节型电动执行机构的电动机控制电路均有电制动功能。2、减速器：角行程执行机构采用行星减速加涡轮涡杆传动机构，既有较高的机械效率，又具有机械自

24、锁特性。直行程执行机构的减速器由多转执行机构减速器配接丝杆螺母传动装置组成。3、力矩行程限制器：它是一个设置在减速器内的标准单元，由过力矩保护机构、行程控制机构（电气限位）、位置传感器及接线端子等组成。（1）过力矩保护机构：内行星齿轮在传递力矩时产生的偏转拨动嵌装在齿轮外圈的摆杆，摆杆的两端各装有一个测力压缩弹赞作为正、反向力矩的传感元件，当输出力矩超过设定限制力矩时，内齿轮的偏转使摆杆触动力炬开关，切断控制电路使电动机停转。调整力炬限制弹资的压缩量即可调整力炬的限定值。该保护具有记忆功能，对应于接线图中的电器设备是力矩开关LEF、LEO。当该保护动作以后，在排除机械力矩故障后，执行机构断电或

25、信号瞬间反向一下即可恢复（即记忆解除）正常工作。（2）行程控制机构：由凸轮组和微动开关组成。该凸轮组通过齿轮减速装殷，与减速器传动轴相连，通过调整分别作用于正、反方向微动开关（即行程限位开关）的凸轮板的位置可限定执行机构的行程（行程开关FCO，FCF）。该电气限位的范围在出厂时已经调好，一般情况下请勿随便调整，以免损坏机构。（3）位置传感器：采用高精度、长寿命的导电塑料电位器作为位置传感元件，它与凸轮组同轴连接，整体式比例调节型电动执行机构位置指示信号，是将电位器随输出轴行程变化的电阻值送入PM-2控制板的比较放大电路，并由它送出一个4-20mA的DC电流信号用于指示。4、开关控制箱：在开关控

26、制箱内装有PM电子位置定位器。5、手轮：在故障状态和调试过程中，可通过转动手轮来实现手动就地操作。6、机械限位装置：主要用于故障时以及防止手动操作时超过极限位置保护。角行程电动执行机构的机械限位采用内置扇形涡轮限位结构，外形体积小，限位可靠；直行程电动执行机构的机械限位采用内置挡块型限位结构，可十分有效地保护阀座、阀杆、阀芯。位置定位器实质上是一个将控制信号与位置反馈信号进行比较并放大以控制电动机开停和旋转方向的多功能大功率放大板，它与执行机构的动力部件相连以控制执行机构按系统规定的状态工作。位置定位器主要由比较、逻辑保护、放大驱动及功率放大等电路组成。控制单相电动机的位置定位器功率放大部分主

27、要由光电祸合过零触发固态继电器（无触点电子开关）构成。其主体部分示意如图4所示。需要注意的是“手动一自动”转换开关，该开关的作用是在没有外加信号时，与手动调整电位器P1配合使用，以便观察或调试执行机构。用后一定要将其拨回“自动”位世，以免影响投人系统自动控制。阀门为了成功的实现过程自动化，最重要的是要确保阀门自身能够满足过程及管道内介质的特殊要求。通常生产过程和工艺介质能够决定阀门的种类，阀芯的类型以及阀内件和阀门的结构和材料。阀门选择好后接下来就要考虑自动化的要求即执行机构的选择。可以简单的按两种基本的阀门操作类型来考虑执行机构。旋转式阀门这类阀门包括：旋塞阀、球阀、蝶阀以及风门或挡板。这类

28、阀门需要已要求的力矩进行90度旋转操作的执行机构多回转阀门这类阀门可以是非旋转提升式阀杆或旋转非提升式杆，或者说是他们需要多转操作去驱动阀门到开或关的位置。这类阀门包括：直通阀（截止阀）、闸阀、刀闸阀等。作为一种选择，直线输出的气动或液动气缸或薄膜执行机构也开来驱动上述阀门。类型目前共有二种类型的电动执行机构，一般分为部分回转电动执行机构（Part-Turn Electric Valve Actuator)，和多回转电动执行机构（Multi-Turn Electric Valve Actuator),前者主要控制需要部分回转的阀门 例如：球阀，蝶阀等，后者需要多圈数旋转的阀门，例如闸阀等。电动

29、多回转式执行机构电力驱动的多回转式执行机构是最常用、最可靠的执行机构类型之一。使用单相或三相电动机驱动齿轮或蜗轮蜗杆最后驱动阀杆螺母，阀杆螺母使阀杆产生运动使阀门打开或关闭。多回转式电动执行机构可以快速驱动大尺寸阀门。为了保护阀门不受损坏，安装在在阀门行程的终点的限位开关会切断电机电源，同时当安全力矩被超过时，力矩感应装置也会切断电机电源，位置开关用于指示阀门的开关状态，安装离合器装置的手轮机构可在电源故障时手动操作阀门。这种类型执行机构的主要优点是所有部件都安装在一个壳体内，在这个防水、防尘、防爆的外壳内集成了所有基本及先进的功能。主要缺点是，当电源故障时，阀门只能保持在原位，只有使用备用电

30、源系统，阀门才能实现故障安全位置（故障开或故障关）电动单回转式执行机构这种执行机构类似于电动多回转执行机构，主要差别是执行机构最终输出的是1/4转记90度的运动。新一代电动单回转式执行机构结合了大部分多回转执行机构的复杂功能，例如：使用非进入式用户友好的操作界面实现参数设定与诊断功能。单回转执行机构结构紧凑可以安装到小尺寸阀门上，通常输出力矩可达800公斤米，另外应为所需电源较小，它们可以安装电池来实现故障安全操作。选择要素选择一台合适的阀门执行机构类型和规格时必须考虑下列要素：驱动能源最常用的驱动能源是电源或流体源，如果选择电源为驱动能源，对于大尺寸阀门一般选用三相电源，对于小尺寸阀门可选用

31、单相电源。一般电动执行机构可有多种电源类型供选择。有时也可选直流供电，此时可通过安装电池实现电源故障安全操作。流体源种类很多，首先可以是不同的介质如：压缩空气、氮气、天然气、液压流体等，其次它们可以具备各种压力，第三执行机构具有各种尺寸以提供输出力活力矩。阀门类型当选择阀门用执行机构时，必须要知道阀门的种类，这样才可以选择正确的执行机构类型。有些阀门需要多回转驱动，有些需要单回转驱动，有些需要往复式驱动，它们影响了执行机构类型的选择。通常多回转的气动执行机构比电动多回转执行机构价格要贵，但是往复式直行程输出的气动执行机构价格比电动多回转执行机构便宜。力矩大小对于90度回转的阀门如：球阀、碟阀、

32、旋塞阀，最好通过阀门厂商获得相应阀门力矩大小，大部分阀门厂商是通过测试阀门在额定压力下阀门所需的操作力矩，他们将这一力矩提供给客户。对于多回转的阀门情况有所不同，这些阀门可分为：往复式（提升式）运动-阀杆不旋转、往复式运动-阀杆旋转、非往复式-阀杆旋转，必须测量阀杆的直径，阀杆连接螺纹尺寸已决定执行机构规格。执行机构选型一但执行机构类型和阀门所需驱动力矩确定了，就可以使用执行机构厂商提供的数据表或选型软件进行选型。有时还需考虑阀门操作的速度和频率。流体驱动的执行机构可调节行程速度，但是三相电源的电动执行机构只有固定的行程时间。部分小规格的直流电动单回转执行机构可调节行程速度。开关控制自动控制阀

33、自动控制阀最大的好处是可以远距离的操作阀门，这就意味着操作人员可以坐在控制室控制生产过程而不需要亲临现场去人工操作阀门的开和关。人们只需铺设一些管线连接控制室和执行机构，驱动能源通过管线直接激励电动或气动执行机构，通常用的4-20mA信号来反馈阀门的位置。连续控制如果执行机构被要求用于控制过程系统的液位、流量或压力等参数，这是要求执行机构频繁动作的工作，可以用4-20mA信号作为控制信号，然而这个信号可能会和过程一样频繁的改变。如果需要非常高频率动作的执行机构，只有选择特殊的能频繁启停的调节型执行机构。当一个过程中需要多台执行机构时，可以通过使用数字通讯系统将各个执行机构连接起来，这样可大大降

34、低安装费用。数字通讯回路可以快速高效的传递指令和收集信息。目前有多种通讯方式如：FOUNDATIONFIELDBUS、PROFIBUS、DEVICENET、HART和专为阀门执行机构设计的PAKSCAN等。数字通讯系统不单单可以降低投资费用，它们还可以收集大量阀门信息，这些信息对于阀门的预测性维护程序非常有价值。预测维护操作人员可以借助内置的数据存储器来记录阀门每次动作时力矩感应装置测得的数据，这些数据可以用来监测阀门运行的状态，可以提示阀门是否需要维修，也可以用这些数据来诊断阀门。针对阀门可以诊断如下数据：1.阀门密封或填料摩擦力2.阀杆、阀门轴承的摩擦力矩3.阀座摩擦力4.阀门运行中的摩擦

35、力5.阀芯的所受的动态力6.阀杆螺纹摩擦力7.阀杆位置上述大部分数据存在于所有种类的阀门，但着重点不同，例如：对于蝶阀，阀门运行中的摩擦力是可以忽略的，但对于旋塞阀这个力数值却很大。不同的阀门具有不同的力矩运行曲线，例如：对于楔式闸饭，开启和关闭力矩都非常大，其它行程时只有填料摩擦力和螺纹摩擦力，关闭时，液体静压力作用在闸板上增加了阀座摩擦力，最终楔紧效应使力矩迅速增大直到关闭到位。所以根据力矩曲线的变化可以预测出将会发生的故障，可以对预测性维护提供有价值的信息。注意事项以MD系列电动执行机构的整体式比例调节型为例。在通电前，必须进行外观检查和绝缘检查，动力回路（弧电回路）及信号触点对外壳的绝

36、缘，用500V兆欧表测最不得低于20M:信号输人、输出回路及它们与动力回路之间的绝缘，除特殊要求外，不应低于l0m合格后方可通电。在通电后，应检查变压器、电机及电子电路部分元件等是否过热，转动部件是否有杂音，发现异常现象应立即切断电源，查明原因。未查明原因前，不要轻易焊下元件。更换电子元件时，应防止温度过高，损坏元件。更换场效应管和集成电路时一定要把电烙铁妥兽接地，或脱离电源利用余热进行焊接。拆卸零部件、元器件或焊接导线时，应做好标记，对应记号。应尽公避免被检设备的输出回路开路，避免被检设备在有输人信号时停电。检修后的设备必须进行校验。对干电动机要检查线圈对外壳及线圈之间的绝缘电阻，测皿线圈直

37、流电组，清洗轴承并加优质润滑油，检查转子、定子线圈及制动装；对于减速器要解体清洗各部件，检查行星齿轮部分的情况，检查斜齿轮部分的情况，检查涡轮涡杆或丝杆螺母的啮合情况，最后进行装配、调整并加长效铿基润滑脂。对于位置传感器部分要进行外观检查，检查电位器与行程控制机构的同轴连接情况，检查电位器的基本情况，检查电位器及放大板之间的连接情况。故障分析以MD系列电动执行机构的整体式比例调节型为例。位置传感器部分（1）电动执行机构接受控制系统发出的开、关信号后，电机能正常转动，但没有阀位反馈。其可能原因是：1）位置传感器的电位器与行程控制机构不能同轴旋转，需检查连接部分是否损坏；2）电位器损坏或性能变坏，

38、阻值不随转动而发生变化；3）位置传感器的电位器及放大板间连接导线是否正常；4）PM放大板是否损坏，有无反馈信号送出。（2）电动执行机构接受控制系统发出的开、关信号后，电机能正常转动，但阀位反馈始终为一固定值，不随阀门的开、关而变化，其可能原因是：1）导电塑料电位器的阻值为一恒值，不随转动而变，检修更换电位器；2）放大板中有关部分异常，检查处理。执行器（1）执行机构接收控制系统发出的开关信号后，电机不转并有嗡嗡声。其原因可能是：1）减速器的行星齿轮部分卡涩、损坏或变形；2）减速器的斜齿轮传动部分变形或过度磨损或损坏；3）减速器的涡轮涡杆或丝杆螺母传动部分变形损坏、卡涩等；4）整体机械部分配合不好

39、，不灵活，需调整加油。（2）电气部分故障（参见图3）1）电动执行机构接受控制系统发出的开、关信号后，电机不转，也无嗡嗡声。可能原因是：没有交流电源或电源不能加到执行机构的电机部分或位置定位器部分；PM放大板工作不正常，不能发出对应的控制信号；固态继电器部分损坏，不能将放大板送来的弱信号转变成电机需要的强电信号；电机热保护开关损坏；力矩限制开关损坏；行程限制开关损坏；手动/自动开关位置选错或开关损坏；电机损坏。2）电动执行机构接受控制系统发出的开、关信号后，电机不转，有嗡嗡声。其可能原因是：电机的启动电容损坏；电机线圈匝间轻微短路；电源电压不够。3）电动执行机构接受控制系统发出的开、关信号后，电

40、机抖动，并伴有咯咯声，其原因可能是：PM放大板的输出信号不足不能使固态继电器完全导通，造成电机的加载电压不足；固态继电器性能变坏，造成其输出端未完全导通。图3图2图4图1区别从传统观念来看，气缸与电动执行器一直被认为是属于两个完全不同领域的自动化产品，随着电气化程度的不断提高，电动执行器却慢慢浸入气动领域，二者在应用中既有竞争又相互补充。在本期栏目中，我们将从技术性能、购买和应用成本、能源效率、应用场合及市场形势等几个方面来对比气缸与电动执行器各自的优势技术性能的比较众所周知，相比电动执行器，气缸可在恶劣条件下可靠地工作，且操作简单，基本可实现免维护。气缸擅长作往复直线运动，尤其适于工业自动化

41、中最多的传送要求工件的直线搬运。而且，仅仅调节安装在气缸两侧的单向节流阀就可简单地实现稳定的速度控制，也成为气缸驱动系统最大的特征和优势。所以对于没有多点定位要求的用户，绝大多数从使用便利性角度更倾向于使用气缸工业现场使用电动执行器的应用大部分都是要求高精度多点定位，这是由于用气缸难以实现，退而求其次的结果。而电动执行器主要用于旋转与摆动工况。其优势在于响应时间快，通过反馈系统对速度、位置及力矩进行精确控制。但当需要完成直线运动时，需要通过齿形带或丝杆等机械装置进行传动转化，因此结构相对较为复杂，而且对工作环境及操作维护人员的专业知识都有较高要求。气缸的优势在于（1）对使用者的要求较低。气缸的

42、原理及结构简单，易于安装维护，对于使用者的要求不高。电缸则不同，工程人员必需具备一定的电气知识，否则极有可能因为误操作而使之损坏。（2）输出力大。气缸的输出力与缸径的平方成正比；而电缸的输出力与三个因素有关，缸径、电机的功率和丝杆的螺距，缸径及功率越大、螺距越小则输出力越大。一个缸径为50mm的气缸，理论上的输出力可达2000N，对于同样缸径的电缸，虽然不同公司的产品各有差异，但是基本上都不超过1000N。显而易见，在输出力方面气缸更具优势。（3）适应性强。气缸能够在高温和低温环境中正常工作且具有防尘、防水能力，可适应各种恶劣的环境。而电缸由于具有大量电气部件的缘故，对环境的要求较高，适应性较

43、差。电缸的优势主要体现在以下3个方面：（1）系统构成非常简单。由于电机通常与缸体集成在一起，再加上控制器与电缆，电缸的整个系统就是由这三部分组成的，简单而紧凑。（2）停止的位置数多且控制精度高。一般电缸有低端与高端之分，低端产品的停止位置有3、5、16、64个等，根据公司不同而有所变化；高端产品则更是可以达到几百甚至上千个位置。在精度方面，电缸也具有绝对的优势，定位精度可达0.05mm，所以常常应用于电子、半导体等精密的行业。（3）柔韧性强。毫无疑问，电缸的柔韧性远远强于气缸。由于控制器可以与PLC直接进行连接，对电机的转速、定位和正反转都能够实现精确控制，在一定程度上，电缸可以根据需要随意进

44、行运动；由于气体的可压缩性和运动时产生的惯性，即使换向阀与磁性开关之间配合地再好也不能做到气缸的准确定位，柔韧性也就无从谈起了。在技术性能方面，本人认为电动和气动各有所长，首先电动执行器的优势主要包括：（1）结构紧凑，体积小巧。比起气动执行器，电动执行器结构相对简单，一个基本的电子系统包括执行器，三位置DPDT开关、熔断器和一些电线，易于装配。（2）电动执行器的驱动源很灵活，一般车载电源即可满足需要，而气动执行器需要气源和压缩驱动装置。（3）电动执行器没有“漏气”的危险，可靠性高，而空气的可压缩性使得气动执行器的稳定性稍差。（4）不需要对各种气动管线进行安装和维护。（5）可以无需动力即保持负载

45、，而气动执行器需要持续不断的压力供给。（6）由于不需要额外的压力装置，电动执行器更加安静。通常，如果气动执行器在大负载的情况下，要加装消音器。（7）电动执行器在控制的精度方面更胜一筹。（8）气动装置中的通常需要把电信号转化为气信号，然后再转化为电信号，传递速度较慢，不宜用于元件级数过多的复杂回路。而气缸的优势则在于以下4个方面：（1）负载大，可以适应高力矩输出的应用（不过，现在的电动执行器已经逐渐达到目前的气动负载水平了）。（2）动作迅速、反应快。（3）工作环境适应性好，特别在易燃、易爆、多尘埃、强磁、辐射和振动等恶劣工作环境中，比液压、电子、电气控制更优越。（4）行程受阻或阀杆被扎住时电机容

46、易受损。购买和应用成本比较从总体上来讲，电伺服驱动比气动伺服驱动要贵，但也要因具体要求及场合而定。有些小功率的直流电机构成电动滑台(电伺服系统)实际上比气动伺服系统要便宜。如：当负载为1.5kg、工作行程为80mm、速度在2170mm/s之间、精度为0.1mm、加速度2.5m/s2等工况条件时，FESTO公司采用小型电动滑台、控制器、马达电缆、控制电缆、编程电缆以及电源电缆等组成的电伺服系统，其价格就比气动伺服系统便宜25%。同样，对于带活塞杆电缸也是如此。需要说明的是如果采用交流电机的话，所组成的电伺服系统的价格要比气动伺服系统高出40%左右。从购买和应用成本来看，气缸还是具有比较明显的优势的。对于气动系统来说，控制系统及执行机构都非常简单，每个气缸只需配置一个电磁阀就可完成气路的切换，进行运动控制，气缸发生故障的概率也比较小，维护简单方便，成本也低。而对于电动执行器来说，虽然电能的获得比较简单，能量成本较低，但购买及应用成本较高，不仅需要配置电机，还需要一套机械传动机构以及相应的驱动元件。同时使用电动执行器需要很多保护措施，错误的电路连接、电压的波动及负载的超载都会对电驱动器造成