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電動執行機構原理-江蘇AG亞洲集團執行器有限公司
發布日期:2014-10-07 14:16:54

  

電動執行機構原理

一、電動執行機構概述

執行機構,又稱執行器,是一種自動控製領域的常用機電一體化設備(器件),是自動 化儀表的三大組成部分(檢測設備、調節設 備和執行設備)中的執行設備。主要是對一 些設備和裝置進行自動操作,控製其開關和調節,代替人工作業。按動力類型可分為氣 動、液動、電動、電液動等幾類;按運動形 式可分為直行程、角行程、回轉型(多轉式) 等幾類。由於用電做為動力有其它幾類介質不可比擬的優勢,因此電動型近年來發展最

快,應用麵較廣。電動型按不同標準又可分為:組合式結構、機電一體化結構,電器控 製型、電子控製型、智能控製型(帶HART、 FF協議),數字型、模擬型,手動接觸調試 型、紅外線遙控調試型等。它是伴隨著人們 對控製性能的要求和自動控製技術的發展而迅猛發展的。

•早期的工業領域,有許多的控製是手動和半自動的,在操作中人體直接接觸工業設備的 危險部位和危險介質(固、液、氣三態的多種化學物質和輻射物質),極易造成對人的 傷害,很不安全;

•設備壽命短、易損壞、維修量大;

•采用半自動特別是手動控製的控製效率很低、

誤差大,生產效率低下。 基於以上原因,執行機構逐漸產生並應用於

工業和其它控製領域,減少和避免了人身傷

害和設備損壞,極大的提高了控製精確度和 效率,同時也極大提高了生產效率。今年來

隨著電子元器件技術、計算機技術和控製理論的飛速發展,國內外的執行機構都已跨入 智能控製的時代。

 

ROTORK

LIMITORQUE、天津二通

 

二、工作原理及結構

(一)電動執行機構

目前,電動執行機構主要有:羅托克(ROTORK)、西博斯(SIPOS‐SIEMENSPositioner的縮寫)、瑞基(RAGA)、奧馬(AUMA)、ABB、上儀ROTORK、利米托克( LIMITORQUE )等各種電動執行機構。電動執行機構由伺服放大器和執行機構二個結構上相互獨立的整體構成。執行機構為現場就地安裝式結構,在減速器箱體上裝有交流伺服電機和位置發送器。減速器上有手動部件、輸出軸、機械限位塊。直行程位置發送器與減速器的聯接結構如圖

1所示

圖1  電動執行機構位置發送器和減速器的聯接示意圖置

它們之間的聯接和調整是通過杠杆和彈簧來 實現的。當減速器輸出軸上下運動是時,杠杆一端依靠彈簧的拉力緊壓在輸出軸的端麵 上,因而傳感器芯棒產生軸向位移,達到改 變位置發送器輸出電流大小的目的。傳感器 芯棒移動距離而對應的位置反饋電流為4~20mA DC(0~10mA DC)。輸出軸位移 的行程和位置發送器輸出電流呈線性關係。利用杠杆支點距離的不同來改變行程的變化。機械限位塊則按行程不同來進行設置。直行程電動執行機構是一個用交流伺服電動機為原動機的位置伺服機構,其係統方塊圖如圖2所示。

圖2  電動執行機構係統方塊圖

 

FC   伺服放大器   SD   單相伺服電機    WF   位置發送器     Z    減速器      DFD  電動操作器    C    調節閥          

電動執行機構處於連續調節的控製過程狀態:

•當輸入信號Ii=0(或4mA DC)時,位置發送器反饋電流If=0(或4mA DC) ,此時伺服放大器沒有輸出電壓,交流伺服電動機停轉,執行機構輸出軸穩定在預選好的零位。

•當輸入信號Ii>0(或4mA DC)時(接入極 性應與位置反饋電流極性相反)此輸入信號與係統本身的位置反饋電流在伺服放大器的 前置級磁放大器中進行磁勢的綜合比較,由於這兩個信號大小不相等且極性相反就有誤差磁勢出現,從而使伺服放大器有足夠的輸 出功率,驅動交流伺服電動機,執行機構輸 出軸就朝著減少這個誤差磁勢的方向運動, 直到輸入信號和位置反饋信號兩者相等為 止,此時輸出軸就穩定在與輸入信號相對應的位置上。

電動執行機構三種控製方式:

•當電動操作器切換開關放在“自動”位置時,即處在連續調節控製狀態。

•當電動操作器切換開關放在“手動”位置時,即處在手動遠方控製狀態,操作時隻要將旋 轉切換開關分別拔到“開”或“關”的位置,執

行機構輸出軸就可以上行或下行,在運動過 程中觀察電動操作器上的閥位開度表,到所需控製閥位開度時,立即鬆開切換開關即可。

•當電動操作器切換開關放置“手動”位置時,把交流伺服電動機端部旋鈕放在“手動”位置,拉出執行機構上的手輪,搖動手輪就可 以實現手動操作。當不用就地手動操作時,千萬要注意,把交流伺服電機端部的旋鈕放在“自動”位置,並把手輪推進。

三、用途

 

電動執行機構可以與變送器,調節器等儀表 配套使用,它以電源為動力,接受4~20mA DC或0~10mA DC信號,將此轉換成與輸入 信號相對應的直線位移,自動地操縱閥門等 調節機構,完成自動調節任務,或者配用電動操作器實現遠方手動控製,可廣泛應用於 發電廠、鋼鐵廠、化工、輕工等工業總門的 調節係統中。 執行機構主要應用在以下三大領域:

1.發電廠

•火電行業應用

送風機風門擋板、一次進風風門擋板、二次 進風風門擋板、主風箱風門擋板 、燃燒器調節杆、燃燒器搖擺驅動器、球閥和蝶閥控製、 滑動門等。

•其它電力行業的閥門執行器應用

球閥、葉輪機轉速控製、冷凝水再循環、脫 氧機、鍋爐給水、再加熱恒溫控製器及其它相關閥門應用。

2.過程控製 用於化工、石化、模具、食品、醫藥、包裝等行業的生產過程控製,按照既定的邏輯指 令或電腦程序對閥門、刀具、管道、擋板、 滑槽、平台等進行精確的定位、起停、開合、 回轉,利用係統檢測出的溫度、壓力、流量、尺寸、輻射、亮度、色度、粗糙度、密度等 實時參數對係統進行調整,從而實現間歇、 連續和循環的加工過程的控製。

3.工業自動化用於較為廣泛的航空、航天、軍工、機械、 冶金、開采、交通、建材等方麵,對各類自 動化設備和係統的運動點(運動部件)進行 各種形式的調節和控製。

四、電動執行機構的安裝和接線

 

•伺服放大器應安裝在環境溫度為0~50℃: 相對溫度≤85%無腐蝕性氣體的環境中。

•執行機構應安裝在環境溫度為‐25~+70℃, 相對溫度≤95%無腐蝕性氣體環境中,在一般情況下,執行機構均安裝在調節閥的閥體 上,用螺釘堅固,當然也可以安裝在其他調節機構上。安裝時應考慮到手動操作及維修 拆裝的方便,安裝時必須避免所有接合外的 鬆動間隙。限位塊作限位用更不可鬆動和隨 便拆裝。執行機構的外形及安裝方式見圖3。

圖3外形及安裝方式

•執行機構外部接線按圖4、5所示連接,仔細複查

圖4 伺服放大器、電動操作器、執行機構接線圖

圖5 無操作器接線圖

五、電動執行機構的調試

電動執行機構組成部分在出廠時皆經過調 試,但為了保證正常運行和現場實際需要,使用前應對基本性能作如下檢查:

1.按圖6接線圖接線。

圖6執行機構校驗接線圖

2\合上電源開關“1K”,將電機“把手”放在手動位置,搖動“手輪”使輸出軸的位置置於出廠調試好的零位(即輸出軸的下限值),此時mA 表指示值應為零值或4mA。如果不到(或超過)此值可調整(調零),電位器使其值為0mA 或4mA 。

3、搖動“手輪”,使輸出軸向上移動,mA表示值應相應地從0變化到10mA或從4mA變化到20Ma.如果不到或超過10mA或20mA,可調節“調滿”電位器。

4、如需要重新調整方法如下:

在機械起始點(或偏離起始點一小位移) 用螺絲刀旋轉調零(ZEPO)電位器,使 輸出電流為0mA(顯示為指示燈由亮至滅 時為零位)。

0~10mA調整方法:將執行機構開至終端或手搖)用螺絲刀調節滿(ZERO)電位器至20mA,再上、下開幾次,信號調準即可。

4~20mA 調整方法:將執行機構開至終端,用螺絲刀調節調滿(ZERO)電位器至16mA,再將執行機構開至(或手搖)零位(起始點),調節調零(ZEPO)電位器使0mA變為4mA,再將執行機構開至(或手搖)終端。此時如果顯示20mA即可。如果有小誤差,反複上、下幾次,信號調準即可。

5. 分別操作按鈕“2K”“3K”輸出軸應隨之上下移動。同時位置發送器的輸出電流值和輸出軸的行程一一對應。

6. 反零位調整方法:

按圖7所示,將伺服電機①、②兩線掉換。

圖7  執行機構位發內部接線示意圖

     按圖7所示,將印刷板上①、③兩電位器線掉換,再按上所述的第4點重複調試方法調 試(如果在調調零,調滿時有假零位或超位 現象,可以鬆開電位器的固定螺釘,電位器前後移動,將信號調至所要求範圍,固定電 位器螺釘)。

六、使用和檢維修

1.      電動執行機構使用前應認真仔細閱讀使用 說明書按規定的檢驗方法,進行檢查和校 驗。

2.      電動執行機構的減速器應根據現場使用環 境加注合適的潤滑油。

3.      電動執行機構投入運行前應檢查現場電源 電壓是否與規定相符。同時按規定的電器 安裝接線圖檢查接線,拆線時,做好標記並包紮好,接線時,按照拆線的順序接回 並注意線頭編號,各接線端子接線應牢靠。日常故障,可在接線端子上進行相應的檢 查調試,對於指令故障,可以在就地短接 指令線查看,反饋故障可以在就地測量反 饋信號。

江蘇AG亞洲集團執行器有限公司---- www.mwpowersupply.com,電動閥門接線端子

 

開指令

關指令

開反饋

關反饋

故障

閥位

短接

ROTROK

34 35

33 34

8   9

6   7

42 43

22 23

534

436

SIPOS

3  5

3  4

1   2

5   6

19 20

1  2

18—19

3--6

RAGA

5  35

5  33

10 11

6  7

42 43

 

534

436

AUMA

3  11

2  11

39 40

35 36

14 15

23 24

 

上儀

37 39

38 39

15—16

12--13

67

28--29

41 42

 

36 39

4.      據調節係統的要求,選定輸出軸的初始化 零位。執行機構出廠時輸出軸的零位皆調 整在機械限位下端處。

5.      執行機構和調節機構所有連接的接合處不 可有鬆動間隙,以保證有良好的調節效果。

6.      執行機構輸出軸推力應和調節機構(閥門等)所需推力相適應,防止過載。

7.     執行機構各組成部分應根據現場使用條件 定期檢查和調整。減速器應定期清洗加油。

8.     凝汽器入口執行器改中停,凝汽器A/B側入口執行器以前隻有開和關反饋,隻給DCS反饋一個開關量,為了讓運行人員能更深入了解凝汽器入口閥門開關位置,維修時給該執行器添加一個模擬量反饋功能。

9.    循泵出口蝶閥新增15°反饋限位改造,先斷電,再添加繼電器,依次添加行程開 關,當循泵出口蝶閥達到15°,行程開關 K閉合,繼電器KR線圈得電,電路導通使循泵自動啟動,並給DCS傳遞一個“高電平”信號。(見圖8 繼電器安裝接線圖)

              

圖8 繼電器安裝接線圖

電動執行機構的故障及排除方法見下表1:

表1

故障現象

原因分析

檢查方法

排除方法

執 行 機構不動 作

相線與中線接反

用試電筆檢查中 線與相線

對調重新接好

保險絲斷開

目測

更換保險管

線路斷開或各接 點接觸不良

目測和用萬用表 測量檢查各焊點

是否脫焊或各接 線點、插座等接

觸是否良好

對 脫 焊 重 新 焊 好,對接觸不良

要重新接好或更 換不良零件

電機繞組斷路或 短路

用導線短接固態 繼電器的交流輸出兩接點,電機 轉動。

更換電機

分相電容器斷路 損壞

更換電容

 

 

執 行 機構不動 作

 

 

固態繼電器斷路損壞

 

用導線短接固態繼電器 的交流輸出兩接點,電機轉動

 

更換固態繼電器

 

放大器前級故障

 

依次檢查前級輸 出直流電源及元

器件,對損壞無 件更換

 

接通電源後 輸出軸就朝

一個方向轉

 

放大器前級不調零

 

用萬用表量出在無信號 時放大器前級的輸出

 

斷開輸入信號和 反饋信號重新調

 

兩條反饋線接反

 

用萬用表檢查反饋電流 的方向

 

更改接線

 

兩條放大器輸出線接反

 

用調接兩條線方法

 

更改接線

 

固態繼電器擊穿

 

用斷開固態繼電器交流 輸出接點方法,或用萬

用表測量

 

更換固態繼電器

 

 

一路輸出斷路,固態繼電器損壞或輸出電路斷線

 

 

用導線短接續固態繼電 器兩交流輸出接點

 

①對損壞固 態 繼電器進行 更換②對接線斷線 重新接好

控製電路一路失效

 

用萬用表檢查三極管

 

更換損壞的 三 極管

 

電機一路斷線

 

用萬用表測量

 

重新接好斷線

 

執行機構一個方向正常,一個方向輸出無力

 

一個固態繼電器軟擊穿

 

用斷開固態繼電器交流 輸出兩端子方法斷開後

電機轉動正常

 

更換被斷開的固態繼電器

 

電機中線接錯

 

目測

 

更換接線

 

執行機構兩個方 向輸出無力

 

電機分相 電 容 容 量降低或軟擊穿

 

 

更換電容

 

電機製動器故障

 

打開電機後罩檢查

 

調整或更換 製 動器零件                    38

 

執行機構振 蕩

 

放大器不調零

 

用萬用表檢前級 輸出

 

放大器在無任何外信號 情況下重新調零

 

死區過小

 

 

調節放大器靈敏電位器

 

電機製動器失效

 

打開電機後蓋檢 查摩擦片和彈簧

是否完好

 

更換新的摩擦片或重新 調整彈簧

 

輸出線性不 好或沒有輸出信號

 

 

導電塑料電位器損壞

 

用萬用表量

 

更換新電位器

 

位發線路板工作不正常

 

用萬用表檢查是 否有信號輸出

 

更換損壞的線路板

 

位發變壓器不好

 

用萬用表檢查

 

更換變壓器

 

遠方無法啟 動,反饋故障,指令故 障

 

電動門正常,接線錯誤

 

用萬用表檢查

 

重新接線

 

控製機櫃開關鏽死,線 頭生鏽導致電阻增大, 線頭沾水造成短路

 

目測,用萬用表檢查

 

重新接線

 

執行器動作正常,但無閥位反饋

 

閥 門 關 不到位

 

測量閥位反饋回路僅有4-6mA左右

 

用萬用表檢查

重新設定,不起作 用,更換閥位反饋

板,如果問題依然 沒有解決就要考慮 更換主板

 

檢查計數器圓形磁鋼壞或者計數器板壞

 

 

更換計數器

 

電動閥門閥杆卡塞,電動頭的輸出力矩不夠大

 

 

增大電動頭的輸出力矩

 

執行器閥杆無輸出

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

檢查手動是否可以操作,如果手自動離合器卡死在手動位置,電機隻會空轉

 

 

調整手自動離合器

 

 

檢查電機是否轉動,如果電機可以轉動,並且已在自動位置,說明指令信號

已經到達閥門,可能閥杆斷裂

 

 

更換閥杆

 

手動電動均不能操作,可能閥門卡死或

軸套卡死、滑絲、鬆脫

 

 

調整閥門或軸套

 

執行器遠方 / 就

地均不動作

 

電機電源接線不正確

 

 

 

重新接線

 

檢查手自動離合器是 否卡死、鬆動

 

 

調整手自動離合器

 

執行器的顯示麵板有 報警顯示

 

 

按麵板提示進行處理

 

 

執行器送電就發 生跳閘

 

繼電器控製板損壞

 

 

更換繼電器

 

電機線圈燒毀

 

 

更換電機

 

手動正常,電機不能切換

 

 

手自動離合器卡簧在 手動方向卡死

 

 

拆卸手輪,釋放卡簧,重 新裝配好

 


 


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