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。它是以單相交流電源為動(dòng)力，接受統(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(mén)、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)方手動(dòng)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)。它在電力、冶金、石油化工及鍋爐系統(tǒng)的上水及風(fēng)門(mén)擋板的調(diào)節(jié)等部門(mén)得到廣泛應(yīng)用。
1. 電動(dòng)切斷閥及調(diào)節(jié)閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作原理
電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括伺服放大器及執(zhí)行機(jī)構(gòu)兩大部分，其中執(zhí)行機(jī)構(gòu)又分為電機(jī)、減速器及位置發(fā)送器三大部件
來(lái)自調(diào)節(jié)器的電流信號(hào)Ii(4-20mA)作為伺服放大器的輸入，與閥的位置反饋信號(hào)If進(jìn)行比 較，當(dāng)輸入信號(hào)和反饋信號(hào)比較差值不等于零時(shí)，其差值經(jīng)伺服放大器放大后，控制兩相伺服電機(jī)按相應(yīng)的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，再經(jīng)減速器減速后使輸出軸產(chǎn)生位移；同時(shí)，輸出軸位移又經(jīng)位置發(fā)送器轉(zhuǎn)換成閥的反饋信號(hào)If；當(dāng)反饋信號(hào)與輸入信號(hào)相等時(shí)，伺服放大器無(wú)輸出，電機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)就穩(wěn)定在與輸入信號(hào)相應(yīng)的位置上。電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出軸位移和輸入信號(hào)成線(xiàn)性關(guān)系。
電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)有連續(xù)調(diào)節(jié)、遠(yuǎn)程手動(dòng)控制和就地手動(dòng)操作三種控制方式。
1.1 電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)就地調(diào)節(jié)方式
電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)需就地手動(dòng)操作時(shí)，當(dāng)電動(dòng)操作器切換開(kāi)關(guān)放置“手動(dòng)”位置，把電機(jī)端部旋鈕撥到“手動(dòng)”位置，拉出執(zhí)行機(jī)構(gòu)上的手輪，搖動(dòng)手輪就可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)操作。當(dāng)不用就地操作時(shí)，千萬(wàn)要注意，把電機(jī)端部的旋鈕撥到“自動(dòng)”位置，并把手輪推進(jìn)。
1.2 電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)遠(yuǎn)程遙控調(diào)節(jié)方式
當(dāng)電動(dòng)操作器切換開(kāi)關(guān)放在“手動(dòng)”位置時(shí)，即處在手動(dòng)遠(yuǎn)程控制狀態(tài)，操作時(shí)只要將旋轉(zhuǎn)切換開(kāi)關(guān)分別拔到“開(kāi)”或“關(guān)”的位置，帶動(dòng)電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出軸就可以實(shí)現(xiàn)上行或下行動(dòng)作，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中觀察電動(dòng)操作器上的閥位開(kāi)度表，到所需控制閥位開(kāi)度時(shí)，立即松開(kāi)切換開(kāi)關(guān)即可。
1.3 電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)自動(dòng)調(diào)節(jié)方式
當(dāng)電動(dòng)操作器切換開(kāi)關(guān)放在“自動(dòng)”位置時(shí)，即處在自動(dòng)調(diào)節(jié)狀態(tài)，其控制過(guò)程如下：
當(dāng)輸入信號(hào)Iλ1=0(或4mA DC)時(shí),位置發(fā)送器反饋電流I反=0(或4mA DC) ,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；
當(dāng)輸入信號(hào)Iλ1>0(或4mA DC)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的前置級(jí)磁放大器中進(jìn)行磁勢(shì)的綜合比較，由于這二個(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)二者相等為止，此時(shí)輸出軸就穩(wěn)定在于輸入信號(hào)相對(duì)應(yīng)的位置上。
2. 電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的組成分為電機(jī)、減速器及位置發(fā)送器三大部件
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
減速器上有手動(dòng)部件、輸出軸、機(jī)械限位塊。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，以帶動(dòng)閥門(mén)機(jī)構(gòu)動(dòng)作。機(jī)座上有兩塊剎車(chē)片，可使輸出軸的轉(zhuǎn)角限制在90°范圍內(nèi)以保證不損壞調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)及有關(guān)連桿。
2.3 位置發(fā)送器
位置發(fā)送器由電源變壓器、差動(dòng)變壓器、印刷電路板等部件組成。
當(dāng)減速器輸出軸移動(dòng)時(shí)，凸輪隨之旋轉(zhuǎn)，是壓在凸輪斜面上的差動(dòng)變壓器的鐵芯連桿產(chǎn)生軸向位移，改變鐵芯在差動(dòng)變壓器線(xiàn)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(xiàn)性關(guān)系。
3. 伺服放大器的原理
在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，這些執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要外掛式的伺服放大器進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制。電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的指令信號(hào)與閥位反饋信號(hào)在伺服放大器中進(jìn)行比較放大后，經(jīng)過(guò)可控硅送出220V的開(kāi)關(guān)信號(hào)。伺服放大器是由電器元件組成的電子線(xiàn)路板構(gòu)成，分前置級(jí)磁放大器線(xiàn)路板、觸發(fā)器線(xiàn)路板、可控硅交流開(kāi)關(guān)線(xiàn)路板三部分。電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的指令信號(hào)與閥位反饋信號(hào)的比較放大靠這些電子線(xiàn)路板的運(yùn)行來(lái)實(shí)現(xiàn)。
伺服放大器有兩種模式可供選擇:
一種為執(zhí)行機(jī)構(gòu)本身的控制板上帶有伺服放大器功能，結(jié)構(gòu)緊湊，不需占有儀表盤(pán)后空間，安裝及調(diào)試較為簡(jiǎn)單(即電子一體化)。
另一種為單獨(dú)放置的位置定位器，安裝于儀表盤(pán)后，這是一種較為傳統(tǒng)的應(yīng)用方法，檢修及更換較為容易(即分立式比例調(diào)節(jié)型)。
伺服放大器是電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制單元儀表，可分為墻掛式和架裝式兩種。放大器的前置板包括信號(hào)的隔離、比較、極性的判別、故障診斷等功能。主回路板上有兩路交流開(kāi)關(guān)，電源變壓器及直流穩(wěn)壓電源。前置板安裝在主回路板上。它接受調(diào)節(jié)儀表的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)(4-20mA)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的反饋信號(hào)，輸出220V交流電驅(qū)動(dòng)伺服電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)，連續(xù)調(diào)節(jié)閥位開(kāi)度。實(shí)現(xiàn)各種工藝過(guò)程參數(shù)自動(dòng)調(diào)節(jié)。
4. 結(jié)束語(yǔ)
在日常維護(hù)中我們發(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(xiàn)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，可自動(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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