電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)講義

1、電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)講義一、概述執(zhí)行機(jī)構(gòu)，又稱(chēng)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)化儀表的三大組成部分（檢測(cè)設(shè)備、調(diào)節(jié)設(shè)備和執(zhí)行設(shè)備）中的執(zhí)行設(shè)備，將控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的動(dòng)作，以控制閥內(nèi)截流件的位置或其它調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的位置。信號(hào)或驅(qū)動(dòng)力可以為氣動(dòng)的、電動(dòng)的、液動(dòng)的或此三者的任意組合。主要是對(duì)一 些設(shè)備和裝置進(jìn)行自動(dòng)操作，控制其開(kāi)關(guān)和調(diào)節(jié)，代替人工作業(yè)。按動(dòng)力類(lèi)型可分為氣動(dòng)、液動(dòng)、電動(dòng)、電液動(dòng)等幾類(lèi)；按運(yùn)動(dòng)形式可分為直行程、角行程、回轉(zhuǎn)型（多轉(zhuǎn)式）等幾類(lèi)。由于用電做為動(dòng)力有其它幾類(lèi)介質(zhì) 不可比擬的優(yōu)勢(shì)，因此電動(dòng)型近年來(lái)發(fā)展最快，應(yīng)用面較廣。電動(dòng)型按不同標(biāo)準(zhǔn)又可分為：組合式結(jié)構(gòu)、機(jī)電

2、一體化結(jié)構(gòu)、電器控制型、電子控制型、智能控制型（帶HART、 FF協(xié)議）、數(shù)字型、模擬型、手動(dòng)接觸調(diào)試型、紅外線(xiàn)遙控調(diào)試型等。它是伴隨著人們 對(duì)控制性能的要求和自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展而迅猛發(fā)展的。早期的工業(yè)領(lǐng)域，有許多的控制是手動(dòng)和半自動(dòng)的，在操作中人體直接觸工業(yè)設(shè)備的 危險(xiǎn)部位和危險(xiǎn)介質(zhì)（固、液、氣三態(tài)的多種化學(xué)物質(zhì)和輻射物質(zhì)），極易造成對(duì)人的傷害，很不安全；設(shè)備壽命短、易損壞、維修量大； 采用半自動(dòng)特別是手動(dòng)控制的控制效率很低、誤差大，生產(chǎn)效率低下。 基于以上原因，執(zhí)行機(jī)構(gòu)逐漸產(chǎn)生并應(yīng)用于工業(yè)和其他控制領(lǐng)域，減少和避免了人身傷害和設(shè)備損壞，極大的提高了控制精確度和效率，同時(shí)也極大提高了生產(chǎn)效率

3、。今年來(lái)，隨著電子元器件技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和控制理論的飛速發(fā)展，國(guó)內(nèi)外的執(zhí)行機(jī)構(gòu)都已跨入智能控制的時(shí)代。二、DKJ系列角行程電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)與工作原理見(jiàn)圖比例式電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是一個(gè)以?xún)上嗨欧妱?dòng)機(jī)為動(dòng)力源的位置伺服機(jī)構(gòu)，由電動(dòng)伺服放大器和積分式電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成，積分式電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)由兩相伺服電動(dòng)機(jī)、減速器和位置發(fā)送器組成，系統(tǒng)圖1。圖1 執(zhí)行機(jī)構(gòu)系統(tǒng)原理圖對(duì)于比例式執(zhí)行機(jī)構(gòu)（當(dāng)電動(dòng)操作器為“自動(dòng)”工作狀態(tài)或未接入電動(dòng)操作器時(shí)），當(dāng)伺服放 大器的輸入端有控制信號(hào)輸入時(shí)，此信號(hào)與來(lái)自位置發(fā)送器的位置反饋信號(hào)進(jìn)行比較，比較后的信 號(hào)偏差經(jīng)過(guò)放大，使功率級(jí)導(dǎo)通相應(yīng)回路以驅(qū)動(dòng)兩相伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，使減速器的輸出

4、軸朝著減小 這一偏差方向轉(zhuǎn)動(dòng)（位置發(fā)送器不斷將輸出軸的實(shí)際位置轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)位置反饋信號(hào)回伺服放大器）直到信號(hào)偏差小于死區(qū)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。輸出軸的行 程與輸入信號(hào)成比例關(guān)系。 對(duì)于積分式執(zhí)行機(jī)構(gòu)，置電動(dòng)操作器為“手動(dòng)”狀態(tài)，按下電動(dòng)操作器的“關(guān)”或“開(kāi)”按鈕，伺服電動(dòng)機(jī)通電旋轉(zhuǎn)，減速器的輸出軸朝著“關(guān)”或“開(kāi)”的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，位置發(fā)送器將輸出軸的實(shí)際位置不斷轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)位置反饋信號(hào)送回電動(dòng)操作器的閥位開(kāi)度表，當(dāng)閥位開(kāi)度表的反饋信號(hào)顯示輸出軸已經(jīng)轉(zhuǎn)動(dòng)到需要的位置時(shí)，放開(kāi)電動(dòng)操作器的按鈕，伺服電動(dòng)機(jī)斷電停轉(zhuǎn)，輸出軸停止轉(zhuǎn)動(dòng)，輸出軸的轉(zhuǎn)動(dòng)量與通電時(shí)間成積分關(guān)系。 電動(dòng)機(jī)為

5、鼠籠式兩相交流伺服電動(dòng)機(jī)。該電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)阻較大，具有較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和較軟的機(jī)械特性。在伺服電動(dòng)機(jī)的尾部裝有制動(dòng)裝置，能在電動(dòng)機(jī)失電后迅速制動(dòng)，有效地限制輸出軸的 慣性惰走及負(fù)載反作用力矩的影響，使輸出軸準(zhǔn)確地停止在確定的位置上，改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性，電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用交流電容器做為兩相伺服電動(dòng)機(jī)的分相電容，提高了產(chǎn)品的可靠性。 減速器采用一級(jí)圓柱齒輪和一級(jí)漸開(kāi)線(xiàn)小齒差行星齒輪傳動(dòng)，具有傳動(dòng)比大、體積小、效率高、噪音小、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。在減速器上設(shè)置了手輪裝置供就地調(diào)整和操作，手輪轉(zhuǎn)動(dòng)方向與輸出軸相同。 伺服電動(dòng)機(jī)安裝在減速器上，它的后罩上有手柄，可以左右轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行“電動(dòng)”與“手動(dòng)”狀態(tài) 切換，在安裝調(diào)試

6、及系統(tǒng)或線(xiàn)路出現(xiàn)故障時(shí)可斷開(kāi)電源，拉出手輪至“手動(dòng)”位置（電動(dòng)機(jī)的手也扳至“手動(dòng)”位置）進(jìn)行就地操作。在減速器的端蓋上配置有兩塊由T型槽螺釘和螺母緊固的制動(dòng)塊，這就是角行程執(zhí)行機(jī)構(gòu)的機(jī)械 限位裝置。 位置發(fā)送器由傳動(dòng)裝置、傳感元件、電源裝置、放大電路及凸輪微動(dòng)開(kāi)關(guān)等組成。輸出軸 的轉(zhuǎn)角變化通過(guò)齒輪帶動(dòng)凸輪和導(dǎo)電塑料電位器轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，電位器的電阻變化通過(guò)放大電路轉(zhuǎn)化成位置反饋電流信號(hào)做為位置發(fā)送器的輸出，在放大電路印制線(xiàn)路板上裝有兩個(gè)電位器：“0%”電位器和“100%”電位器分別用來(lái)調(diào)整位置反饋電流的下限和上限。 在帶動(dòng)導(dǎo)電塑料電位器轉(zhuǎn)動(dòng)的軸上裝有2個(gè)可調(diào)的凸輪可以分別使2個(gè)微動(dòng)開(kāi)關(guān)動(dòng)作。靠近導(dǎo)電

7、 塑料電位器的凸輪微動(dòng)開(kāi)關(guān)可以切斷使輸出軸順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)（面對(duì)輸出軸觀察（注：以下均如此）的電動(dòng)機(jī)回路，另一個(gè)凸輪微動(dòng)開(kāi)關(guān)可以切斷使輸出軸逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的回路。這兩組凸輪微動(dòng)開(kāi)關(guān)組成了執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電氣限位裝置。 位置發(fā)送器上有2個(gè)插頭座，其中的14線(xiàn)矩形插頭座X1連接電源、接地、電動(dòng)機(jī)控制電路和傳輸位置反饋信號(hào)，3線(xiàn)圓形插頭X2連接伺服電動(dòng)機(jī)（已接線(xiàn)）。 位置反饋信號(hào)可調(diào)整為兩種狀態(tài)：正作用或反作用。 當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出軸順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，位置反饋電流增加稱(chēng)之為正作用。 當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出軸順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，位置反饋電流減少稱(chēng)之為反作用。三、電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的校核每臺(tái)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)在出廠(chǎng)前均已按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了嚴(yán)格檢驗(yàn)，考慮到

8、運(yùn)輸及貯存影響，為確保使用 安全，請(qǐng)用戶(hù)在安裝使用之前進(jìn)行如下校核：1.使現(xiàn)場(chǎng)的動(dòng)力條件、環(huán)境條件符合規(guī)定。 2.執(zhí)行機(jī)構(gòu)名牌標(biāo)識(shí)的各項(xiàng)內(nèi)容符合系統(tǒng)及閥門(mén)正常工作的需要。 3.絕緣電阻校核用500E兆歐表測(cè)量各組導(dǎo)線(xiàn)間及其與機(jī)殼間的絕緣電阻，應(yīng)符合規(guī)定。 4.機(jī)械校核 4.1緊固件檢查 各緊固件無(wú)松動(dòng)現(xiàn)象，如有松動(dòng)，務(wù)必用旋具擰緊。 4.2可動(dòng)零部件檢查 手輪及電動(dòng)機(jī)后罩上的手柄（以下簡(jiǎn)稱(chēng)電動(dòng)機(jī)手柄）在“手動(dòng)”“電動(dòng)”位置間切換靈活， 在規(guī)定位置上能被內(nèi)部的鋼球可靠定位（手輪軸上的鋼球壓力可用手輪前面的緊定螺釘調(diào)整，）在 “電動(dòng)”位置手輪空轉(zhuǎn)靈活。5.接插件檢查 各插頭插座安裝牢固、接觸牢靠，

9、卸下插頭，檢查各接觸對(duì)應(yīng)無(wú)銹蝕、變形等影響接觸的缺陷。 6.接線(xiàn) 按本說(shuō)明書(shū)的接線(xiàn)圖（圖2）接線(xiàn)。圖2-A 不接電動(dòng)操作器的比例式執(zhí)行機(jī)構(gòu)接線(xiàn)圖圖2-B 接DFD-05 電動(dòng)操作器的比例式執(zhí)行機(jī)構(gòu)接線(xiàn)圖圖2-C 接DFD-09 電動(dòng)操作器的比例式執(zhí)行機(jī)構(gòu)接線(xiàn)圖圖2-D 接DFD-05電動(dòng)操作器的積分式執(zhí)行機(jī)構(gòu)接線(xiàn)圖7.執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作狀態(tài)校核 7.1.比例式執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作狀態(tài)的校核 a.伺服放大器的校核 去掉位置反饋信號(hào)接線(xiàn)，接通伺服放大器電源，放大器的指示燈亮。 當(dāng)放大器的輸入端無(wú)任何外接信號(hào)時(shí)，調(diào)整調(diào)零電位器使用前級(jí)輸出電壓為零（在伺服放大器 安裝使用說(shuō)明書(shū)標(biāo)識(shí)的測(cè)量棒上測(cè)量），然后在任意一個(gè)輸

10、入通道（1-2，3-4端子間）加入不小于 1.5%輸入量程的直流信號(hào)，前級(jí)輸出電壓不小于0.5V。b.工作信號(hào)范圍校核 恢復(fù)位置反饋信號(hào)通道并在其中串接量程為020mA的直流電表，接通放大器及執(zhí)行機(jī)構(gòu)電源，在放大器輸入端施加工作信號(hào)范圍下限信號(hào)，伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出軸逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，位置反饋信號(hào)向接近輸出信號(hào)的方向變化，當(dāng)輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)到額定行程下限時(shí)，電流表顯示的位置反 饋信號(hào)為工作信號(hào)范圍下限，電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，輸出軸停止轉(zhuǎn)動(dòng)。 改變輸入信號(hào)至工作信號(hào)范圍上限值，執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出軸順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)到額定行程 上限時(shí)，電流表顯示的位置反饋信號(hào)也為工作信號(hào)范圍上限，電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，輸出軸停止

11、轉(zhuǎn)動(dòng)。 此時(shí)若轉(zhuǎn)動(dòng)位置發(fā)送器上的“100%”電位器，輸出軸的位置將發(fā)生變動(dòng)。c.死區(qū)調(diào)整產(chǎn)品在出廠(chǎng)時(shí)已調(diào)整好死區(qū)，一般不需進(jìn)行調(diào)整，如果出現(xiàn)振蕩說(shuō)明死區(qū)過(guò)小，可以調(diào)整伺服 放大器的“穩(wěn)定”或“死區(qū)調(diào)節(jié)”電位器，增大死區(qū)，使機(jī)構(gòu)穩(wěn)定，但不可調(diào)整過(guò)大，使靈敏度降低。 d.正作用變?yōu)榉醋饔贸鰪S(chǎng)時(shí)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)一般均按正作用接線(xiàn)和調(diào)整，如需要反作用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)用戶(hù)可做如下調(diào)整：(1)變換伺服放大器與積分式執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間關(guān)于電動(dòng)機(jī)的接線(xiàn)。 按接線(xiàn)圖2-A將放大器端子-X0與執(zhí)行機(jī)構(gòu)端子-X1的 原接線(xiàn) -X0：12接-X1：8，-X0：10接-X1：3 改為 -X0：10接-X1：8，-X0：12接-X1：3。

12、 按接線(xiàn)圖2-B將放大器端子-X0與操作器端子-X4的 原接線(xiàn) -X0：10接-X4：1，-X0：12接-X4：2 改為 -X0：10接-X4：2，-X0：12接-X4：1。 (2)變換位置反饋信號(hào)的變化方向。 將導(dǎo)電塑料電位器焊接頭1、3上的導(dǎo)線(xiàn)對(duì)調(diào)整重新焊接。e.在放大器的輸入端逐漸增加或減小直流信號(hào)，輸出軸將相應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)，輸入信號(hào)與轉(zhuǎn)角應(yīng)符合輸入輸出特性曲線(xiàn)如圖3。 7.2.積分式執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作狀態(tài)校核。 a.輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向校核 接通電源按動(dòng)電動(dòng)操作器“開(kāi)”按鈕，輸出軸順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，位置反饋信號(hào)將增加，按動(dòng)電動(dòng)操 作器“關(guān)”接鈕，輸出軸將逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，位移反饋信號(hào)將減少，如需要實(shí)現(xiàn)反作用請(qǐng)改變執(zhí)行

13、機(jī)構(gòu) 端子-X1與DFD-05電動(dòng)操作器端子-X4的接線(xiàn)，即將原-X1：35接-X4：11及-X1：810接-X4：13改為 -X1：35接-X4：13及-X810接-X4：11。 b.變換位置反饋信號(hào)的變化方向 按本章7.1d(2)的方法。 C.輸出軸的轉(zhuǎn)角與位置反饋信號(hào)應(yīng)符合輸出反饋特性曲線(xiàn)如圖4。四、電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的調(diào)整工作位置調(diào)整：松開(kāi)緊固制動(dòng)塊的螺母，卸下電動(dòng)機(jī)插頭，拆下位置發(fā)送器罩蓋，將手輪及電動(dòng)機(jī)手柄置于“手動(dòng)”位置，搖動(dòng)手輪使輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)到對(duì)應(yīng)于位置反饋電流下限的位置（以下簡(jiǎn)稱(chēng)下限位置）。 根據(jù)工作狀態(tài)是正作用還是反作用使一個(gè)制動(dòng)塊緊貼住輸出臂，緊固好固定制動(dòng)塊的螺母，搖動(dòng)手輪（正

14、作用時(shí)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，反作用時(shí)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)），使輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)90°(此位置以下簡(jiǎn)稱(chēng)上限位置）。使另一個(gè)制動(dòng)塊緊貼住輸出臂另一側(cè)，緊固好螺母。根據(jù)對(duì)于凸輪微動(dòng)開(kāi)關(guān)的說(shuō)明，調(diào)整凸輪，使其在輸出軸位于兩個(gè)極限位置時(shí)使相應(yīng)的微動(dòng)開(kāi)關(guān)動(dòng)作，將凸輪軸上的圓螺母緊固好。接好電動(dòng)機(jī)插頭，將手輪及電動(dòng)機(jī)手柄置于“電動(dòng)”位置，接通電源，使輸出軸往復(fù)旋轉(zhuǎn)，觀察調(diào)整的正確性。將輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)到下限位置，松開(kāi)緊固導(dǎo)電塑料電位器的壓板上的螺釘，握住電位器使之緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)到位置反饋電流為工作信號(hào)范圍下限時(shí)為止，緊固好壓板上的螺釘。如有差異可調(diào)整印制電路板上的“0%”電位器，接通電動(dòng)機(jī)使輸出軸向上限方向轉(zhuǎn)動(dòng)，位置反饋電流應(yīng)增加（如

15、位置反饋電流在減少到某一點(diǎn)后突然陡上又減少，則須將導(dǎo)電塑料電位器上的1、3接線(xiàn)頭對(duì)調(diào) 并重新調(diào)整位置反饋電流下限。當(dāng)輸出軸到達(dá)上限后，調(diào)整印制線(xiàn)路板上的100%電位器，使位置反饋信號(hào)為工作信號(hào)范圍上限。 對(duì)于比例式執(zhí)行機(jī)構(gòu)，接入伺服放大器，使輸入信號(hào)為工作信號(hào)范圍下限，輸出軸應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)到下限位置，如偏離，可調(diào)整導(dǎo)電塑料電位器或印制電路板上的0%電位器；使輸入信號(hào)為工作范圍上限，輸出軸應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)到上限位置，如偏離，可調(diào)整印制電路板上的100%電位器。 調(diào)整完畢，裝好位置發(fā)送器的罩蓋。ZKJ-510型電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)在本公司按工藝要求是反作用力的。執(zhí)行器由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)組成，輸入信號(hào)變大，調(diào)節(jié)輸出變小-反作用調(diào)節(jié)器。反之為正作用執(zhí)行器。4-20mA100%-正作用。SJ-150 型電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的調(diào)校與ZKJ-510型電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)大致相同。a. 輸出軸運(yùn)動(dòng)方向定義及調(diào)整 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)要求，確定輸出軸關(guān)向、開(kāi)向的位置。若運(yùn)行方向與定義不符，則調(diào)整電機(jī)端子接線(xiàn)即可。b. 機(jī)械限位的調(diào)整（1） 拆下兩個(gè)限位螺釘，將機(jī)構(gòu)行至“全關(guān)”位置。（2） 將一個(gè)限位螺釘旋入靠近“全關(guān)”位置限位螺栓的螺孔內(nèi)緊固；松開(kāi)緊固螺釘，調(diào)整限位螺栓與該限位螺釘接觸，調(diào)整后緊固。（3） 將另一個(gè)限位螺釘隔三個(gè)孔旋入后緊固。（當(dāng)全行程為90°時(shí)）（4） 將機(jī)構(gòu)行至“全開(kāi)”位置。按上述方法調(diào)整開(kāi)限位螺栓。c.