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上海自動(dòng)化儀表十一廠電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是電動(dòng)單元組合式儀表中的執(zhí)行單元。以單相交流電源為動(dòng)力，接收統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)直流信號(hào)，輸出相應(yīng)的轉(zhuǎn)角位移，操縱風(fēng)門、擋板等調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，可配用各種電動(dòng)操作器完成調(diào)節(jié)系統(tǒng)“手動(dòng)—自動(dòng)”的無(wú)擾動(dòng)切換，及對(duì)被調(diào)對(duì)象的遠(yuǎn)程操作，電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)還設(shè)有電氣限位和機(jī)械限位雙重保護(hù)來(lái)完成自動(dòng)調(diào)節(jié)的任務(wù)。在電力、冶金、石油化工及鍋爐系統(tǒng)的上水及風(fēng)門擋板的調(diào)節(jié)等得到廣泛應(yīng)用。
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，現(xiàn)代工業(yè)設(shè)備日益朝著大型化、復(fù)雜化、智能化發(fā)展。傳統(tǒng)的半自動(dòng)特別是手動(dòng)控制的系統(tǒng)、誤差大、生產(chǎn)效率低下。參數(shù)報(bào)警和連鎖保護(hù)已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)過(guò)程的需要。執(zhí)行機(jī)構(gòu)除應(yīng)用于工業(yè)也應(yīng)用于其他控制領(lǐng)域，減少了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了控制精度和生產(chǎn)效率。在當(dāng)今計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，軟硬件的可靠性和穩(wěn)定性已經(jīng)非常高，所以執(zhí)行器的穩(wěn)定性和控制精度已經(jīng)成為自動(dòng)控制系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)。
1 執(zhí)行器的工作原理
電動(dòng)執(zhí)行器，是一種自動(dòng)控制領(lǐng)域的常用機(jī)電一體化設(shè)備器件，是自動(dòng)化儀表終端的執(zhí)行設(shè)備。主要是對(duì)一些閥門、擋板等設(shè)備進(jìn)行開(kāi)關(guān)和調(diào)節(jié)控制，代替人工作業(yè)。它由伺服放大器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)兩部分組成。
注：Ii為輸入電流即指令；If為變送器的反饋電流；
輸出量θ為執(zhí)行器旋轉(zhuǎn)的角度或位移。
DKJ角行程電動(dòng)執(zhí)行器是一個(gè)具有深度負(fù)反饋的閉合隨動(dòng)系統(tǒng)。伺服放大器將輸入信號(hào)Ii和來(lái)自執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置反饋信號(hào)If進(jìn)行比較，將兩者的偏差進(jìn)行放大以驅(qū)動(dòng)兩相電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，再經(jīng)減速機(jī)減速，帶動(dòng)輸出軸改變轉(zhuǎn)角。輸出軸轉(zhuǎn)角的變化又經(jīng)過(guò)位置發(fā)送器按比例轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的位置反饋電流If，反饋到伺服放大器的輸入端。當(dāng)Ii與If偏差為0時(shí)，兩相電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，輸出軸穩(wěn)定在與輸入Ii相對(duì)應(yīng)的位置上。電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出軸轉(zhuǎn)角θ與輸入信號(hào)電流之間的關(guān)系為：
θ=KIi (1)
式中：K=9 /mA，可以近似看成一個(gè)比例環(huán)節(jié)。前置磁放大器是伺服放大器的主要部件，它是一個(gè)具有內(nèi)部反饋的直流雙推挽式磁放大器，它利用磁鐵材料的非線性原理，將電流轉(zhuǎn)換成電壓輸出。
1.1 電動(dòng)執(zhí)行器工作模式
就地方式、遠(yuǎn)程方式和自動(dòng)調(diào)節(jié)方式。當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)出現(xiàn)故障或緊急事故時(shí)，旋鈕切到“手動(dòng)”位置，搖動(dòng)手輪就可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)操作。遙控方式是把中控室內(nèi)的操作器切換開(kāi)關(guān)放在“手動(dòng)”位置時(shí)，通過(guò)旋轉(zhuǎn)“開(kāi)”或“關(guān)”旋鈕發(fā)出控制信號(hào)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。
在自動(dòng)調(diào)節(jié)方式時(shí)，其控制過(guò)程：輸入信號(hào)Iλ1=0時(shí)，位置發(fā)送器反饋電流I反=0，此時(shí)伺服放大器沒(méi)有輸出電壓，電機(jī)停轉(zhuǎn)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出軸穩(wěn)定在預(yù)選好的零位。
輸入信號(hào)Iλ1>0時(shí)，此輸入信號(hào)與系統(tǒng)本身的位置反饋電流在伺服放大器中進(jìn)行磁勢(shì)綜合比較，由于這2個(gè)信號(hào)大小不相等且極性相反就有誤差磁勢(shì)出現(xiàn)，從而使伺服放大器有足夠的輸出功率驅(qū)動(dòng)電機(jī)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出軸就朝著減少這個(gè)誤差磁勢(shì)的方向運(yùn)動(dòng)，直到輸入信號(hào)和位置反饋信號(hào)兩者相等為止，此時(shí)輸出軸就穩(wěn)定在與輸入信號(hào)相對(duì)應(yīng)的位置上。
2 電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的組成及功能
電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)由電機(jī)、減速器及位置發(fā)送器3部分組成。
2.1 電機(jī)
電機(jī)是接受伺服放大器或電動(dòng)操作器輸出的開(kāi)關(guān)電源，把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，從而驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作。
2.2 減速器
減速器是將電機(jī)的高轉(zhuǎn)速、小轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換為低轉(zhuǎn)速、大轉(zhuǎn)矩的輸出功率，驅(qū)動(dòng)輸出臂轉(zhuǎn)角限制在90°范圍內(nèi)，產(chǎn)生的扭矩通過(guò)聯(lián)桿驅(qū)動(dòng)閥板開(kāi)啟。
2.3 位置發(fā)送器
位置發(fā)送器是通過(guò)連桿產(chǎn)生軸向位移，改變鐵芯在差動(dòng)變壓器線圈中的位置，使差動(dòng)變壓器輸出對(duì)應(yīng)位置的電壓轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的直流電流信號(hào)(4~20mA)。減速器輸出軸的轉(zhuǎn)角位移與位置發(fā)送器的輸出電流呈線性關(guān)系。
3 電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)常見(jiàn)故障的分析
3.1 經(jīng)常發(fā)生電源保險(xiǎn)絲被燒斷或空開(kāi)跳閘；執(zhí)行機(jī)構(gòu)電機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)故障分析
(1)執(zhí)行機(jī)構(gòu)大部分都安裝在工作環(huán)境惡劣、灰塵大、易漏水的地方。或有漏水滴在了電源插座上引起保險(xiǎn)絲燒壞或空開(kāi)跳閘；如：執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)部或傳輸線路有了問(wèn)題。也可引起空開(kāi)跳閘，此時(shí)，可以把執(zhí)行機(jī)構(gòu)的插頭拔掉以檢查是否是其內(nèi)部還是傳輸線路的問(wèn)題。如拔掉該插頭后，保險(xiǎn)絲不再被燒壞或空開(kāi)不跳閘，就是其內(nèi)部有問(wèn)題，否則很可能是傳輸線路出了問(wèn)題。很可能是臨近插頭的線路受潮，致使電源造成短路。
(2)執(zhí)行機(jī)構(gòu)電機(jī)啟動(dòng)電容擊穿、電機(jī)繞組短路或開(kāi)路，此時(shí)，更換電容或電機(jī)或者查出繞組開(kāi)路點(diǎn)。
3.2 調(diào)節(jié)器輸出變化但執(zhí)行機(jī)構(gòu)始終不動(dòng)作故障分析
(1)閉環(huán)回路上各連接線有斷開(kāi)或各接點(diǎn)接觸不良的現(xiàn)象。
(2)伺服放大器無(wú)輸出，伺服放大器本體故障，一般在放大器前級(jí)，導(dǎo)致伺服放大器無(wú)輸出。
(3)電機(jī)故障造成執(zhí)行機(jī)構(gòu)不動(dòng)作，電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電機(jī)燒壞，或電機(jī)繞組損壞；電機(jī)繞組斷路或短路造成執(zhí)行機(jī)構(gòu)不動(dòng)作。有時(shí)電機(jī)內(nèi)剎車片斷裂，造成電機(jī)卡死。導(dǎo)致執(zhí)行機(jī)構(gòu)不動(dòng)作。
3.3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)在開(kāi)或關(guān)過(guò)程中反饋信號(hào)實(shí)時(shí)跟蹤閥門當(dāng)前位置時(shí)，反饋信號(hào)上下漂移，造成執(zhí)行機(jī)構(gòu)擺動(dòng)的故障分析。
(1)當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)電機(jī)的電動(dòng)剎車失靈，執(zhí)行器無(wú)法定位，容易引起反饋信號(hào)漂移。
(2)差動(dòng)變壓器的鐵芯連桿鎖緊裝置松動(dòng)，輸出軸的轉(zhuǎn)角位移與位置發(fā)送器的輸出電流波動(dòng)不呈線性關(guān)系。
(3)全開(kāi)位置與全關(guān)位置的角度太小，使差動(dòng)變壓器輸出過(guò)于敏感。適當(dāng)擴(kuò)大靈敏度(死區(qū))的設(shè)置。
3.4 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作方向與調(diào)節(jié)器給定方向相反的故障分析
從調(diào)節(jié)器給出閥位調(diào)節(jié)信號(hào)，當(dāng)要求閥位開(kāi)大時(shí)，閥位反饋信號(hào)卻顯示關(guān)小了。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)是由于伺服放大器輸出的正反轉(zhuǎn)信號(hào)線接反造成，這樣導(dǎo)致電機(jī)該增大輸出轉(zhuǎn)角時(shí)卻反而減小。
3.5 閥位輸出線性不好或沒(méi)有輸出信號(hào)故障分析
(1)導(dǎo)電塑料電位器損壞。調(diào)整電位器但電阻值不變化或變化很小。
(2)位置發(fā)送器工作不正常，導(dǎo)致電流信號(hào)無(wú)輸出。
4 結(jié)束語(yǔ)
在日常維護(hù)中發(fā)現(xiàn)，電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的故障多發(fā)于伺服放大器故障。而伺服放大器是由電器元件組成的電子線路板構(gòu)成，電子元件的質(zhì)量和電路板的可靠性決定了伺服放大器的可靠性。常規(guī)伺服放大器抗干擾的能力普遍不高，電壓的波動(dòng)、高溫、高粉塵、振動(dòng)等外部環(huán)境的影響都容易導(dǎo)致伺服放大器故障。針對(duì)伺服放大器存在可靠性差的缺點(diǎn)，建議利用DCS來(lái)實(shí)現(xiàn)伺服放大器的控制功能。因?yàn)镈CS具有靈活的組態(tài)方法、豐富的軟件功能和很高的可靠性?？勺詣?dòng)判斷執(zhí)行機(jī)構(gòu)的狀態(tài)，當(dāng)固態(tài)繼電器擊穿或者閥位反饋信號(hào)有誤時(shí)能夠使電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)保持在原位置，以防止事故的擴(kuò)大化。而且在可靠性方面有了很大程度的提高。
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2025第21屆鄭州工業(yè)自動(dòng)化展
展會(huì)城市：鄭州市展會(huì)時(shí)間：2025-05-09