最新执行机构原理及结构.docx
《最新执行机构原理及结构.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《最新执行机构原理及结构.docx（31页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
最新执行机构原理及结构
执行机构原理及结构
执行器的工作原理及结构
一、概述
执行器在现代生产过程自动化中起着十分重要的作用。
人们常把它称为实现生产过程控制的手足，因为它在自动化控制系统中接受调节器的控制信号，自动的改变调节变量，达到对被调参数（如温度、压力、流量、液位等）进行调节的目的，使生产过程按预定要求正常进行。
执行器根据执行机构使用的能源不同可可分为气动、电动和液动三大类。
电动执行器
电动执行器是以电能为动力的，它的特点是获取能源方便，动作快，信号传递速度快，且可远距离传输信号，便于和数字装置配合使用等。
所以电动执行器处于发展和上升时期，是一种有发展前途的装置。
其缺点是结构复杂，价格贵和推动力小，同时，一般来说电动执行器不适合防火防爆的场合。
但如果采用防爆结构，也可以达到防火防爆的要求。
气动执行器
气动执行器是以压缩空气为动力的，具有结构简单、动作可靠稳定、输出力大、维护方便和防火防爆等优点。
所以广泛应用于石油、化工、冶金、电力等部门，特别适用于具有爆炸危险的石油、化工生产过程。
其缺点是滞后大，不适宜远传（150m以内），不能与数字装置连接。
目前，国内外所选用的执行器中，液动的很少。
执行器的基本结构
执行器由执行机构和调节阀（调节机构）两个部分组成，执行机构是执行器的推动装置，它根据控制信号的大小，产生相应的推力，推动调节阀动作。
调节阀是执行器的调节部分，在执行机构推力的作用下，调节阀产生一定的位移或转角，直接调节流体的流量。
为了保证执行器能够正常工作，提高调节质量和可靠性，执行器还必须配备一定的辅助装置。
常用的辅助装置有阀门定位器和手轮机构。
阀门定位器利用反馈原理改善执行器性能，使执行器能按调节器的控制信号，实现准确定位。
手轮机构用于直接操作调节阀，以便在停电、停气、调节器无输出或执行机构损坏而失灵的情况下，生产仍能正常工作。
二、气动执行机构
气动执行机构接受气动控制器或阀门定位器输出的气压信号，并将其转换成相应的推杆直线位移，以推动调节阀动作。
气动执行机构主要有两种类型：
薄膜式与活塞式。
薄膜式执行机构简单、动作可靠、维修方便、价格低廉，是最常用的一种执行机构；活塞式执行机构允许操作压力可达500kpa，因此输出推力大，但价格较高。
气动执行机构又可分为有弹簧和无弹簧两种，有弹簧的气动执行机构较之无弹簧的气动执行机构输出推力小、价格低。
气动执行机构有正作用和反作用两种形式。
当信号压力增加时推杆向下动作的叫正作用式执行机构；信号压力增加时推杆向上动作的叫反作用式执行机构
气动薄膜执行机构使用弹性膜片将输入气压转变为推杆的推力，通过推杆使阀芯产生相应的位移，改变阀的开度，气动活塞式执行机构以汽缸内的活塞输出推力，由于汽缸允许压力较高，可获得较大的推力，并容易制成长行程执行机构。
一个典型的气动薄膜型执行机构主要由弹性薄膜、压缩弹簧和推杆组成。
图为薄膜气动阀结构示意图
当信号压力P进入气室时，此时压力乘以膜片的有效面积得到推力，使推杆移动，弹簧受压，直到弹簧产生的反作用力与薄膜上的推力平衡为止。
信号压力越大，推力越大，推杆的位移计弹簧的压缩量也越大。
推杆的位移范围就是执行机构的行程。
推杆则从零走到全行程，阀门就从全开（或全关）到全关（或全开）。
一般控制气源的装置有电磁阀，全开或全关，定位器能实现调节作用。
气动活塞式执行机构
气动活塞式执行机构，其基本部分为气缸，气缸内活塞随气缸两侧压差而移动。
两侧可以分别输入一个固定信号和一个变动信号，或两侧都输入变动信号。
它的输出特性有比例式及两位式两种。
两位式是根据输入执行机构活塞两侧的操作压力的大小，活塞从高压侧推向低压侧，使推杆从一个极端位置移到另一极端位置。
比例式是在两位式基础上加有阀门定位器后，使推杆位移与信号压力成比例关系。
此外，还有一种长行程执行机构，其结构原理与活塞式执行机构基本相同，它具有行程长、输出力矩大的特点，输出转角位移为90o，直线位移为40～200mm，适用于输出角位移和力矩的场合。
阀门定位器
阀门定位器是气动执行器的—种辅助仪表，它与气动执行器配套使用。
在的气动调节阀中，阀杆的位移是由薄膜上的气压推力与弹簧反作用力平衡来确定的，门定位器接受调节器的输出信号后，去控制气动执行器；当气动执行器动作时，阀杆的位移又通过机械装置负反馈到阀门定位器，因此定位器和执行器组成了一个闭环回路，阀门定位器能够增加执行机构的输出功率，减少调节信号的传递滞后，加快阀杆的移动速度，能提高信号与阀位间的线性度，克服阀杆的摩擦力和消除不平衡力的影响，从而保证调节阀的正确定位。
图为智能阀门定位器的功能图
三、电动执行器的工作原理:
电动执行机构的工作原理都是利用电机的正反转来实现阀门的开关。
1、电动执行器的分类：
电动执行机构一般有开关型与调节型两种，智能执行机构可实现开关型和调节型的选型，电动执行器按运动形式可分为直行程和角行程两种，按停止种类划分也可分为力矩停与行程停两种，现阶段的智能型电动执行机构在生产过程中根据不同需要两种形式都可以选择，电动执行器按装配的阀门与减速机构不同有多回转型（3600）和部分回转型（900）
2、电动执行机构的构成
a）电动机;
b）减速传动机构;
c）转矩控制（机械式或电子式）;
d）行程控制（机械式或电子式）;
e）位置指示（机械式或电子式）;
f）位置信号反馈（用户要求时提供）;
9）手动操作机构:
h）手一电动切换;
i）功率控制（用户要求时提供）。
3、电动执行机构通用技术要求
电动执行机构应在下列条件下正常工作:
a）环境条件。
1）海拔应不高于1000m;
2）工作环境温度:
开关型电动执行机构一0℃一+800C
调节型电动执行机构一20℃一+600C
3）工作环境相对湿度不大于90%（250C）;
4）工作环境不含有强腐蚀性、易燃、易爆的介质。
b）电源条件。
1）电压额定值:
三相380X（1士10%）V
单相220X（1士10%）V
2）频率值50X（1士1%）Hz.
c）特殊条件。
特殊电源条件和特殊环境条件中使用的电动执行机构可另行规定。
4、电动执行机构配用的电动机应能满足电动执行机构的各项性能要求。
4.1电动执行机构外表面应平整、光滑，不得有裂纹、毛刺及磕碰等影响外观质量的缺陷，表面涂漆
层应附着牢固、平整、光滑、色泽均匀，无油污、压痕和其他机械损伤。
4.2电动执行机构接线部分应有接地螺钉及标志。
4.3电动执行机构手动操作机构应有开关方向指示，宜为面向手轮顺时针为“关”，逆时针为“开”。
4.4电气接线应符合接线图的要求，布线光滑平整，固定牢固，导线不得开裂，绝缘层不得损伤。
电动执行机构的动力电源和控制信号的进线应分开。
4.5电动执行机构各裸露带电回路之间，以及带电零部件与导电零部件或接地零部件之间（不包括印刷电路板）的电气间隙和爬电距离应符合要求。
4.6电动执行机构配置现场位置指示机构时，该指示机构指针的指向应与输出轴的开关旋向一致，
并且运行中无停顿、滞后现象，旋转角度范围应为80'-280'。
4.7电动执行机构配置位置发送器时，所供电源电压应为直流12V^-30V，其输出位置信号应为
（4-20）mADC，与电动执行机构最终输出实际位移的误差应不大于输出位置信号示值范围的11%.
4.8电动执行机构在空载下的噪声，用声级计计量应不大于声压级75dB（A）.
4.9电动执行机构所有载流部分与外壳间的绝缘电阻应不低于20MU0
4.10手一电动切换机构应灵活可靠，电动时手轮不得转动（摩擦力带动除外）。
4.11电动执行机构的最大控制转矩应不小于额定转矩。
最小控制转矩应不大于额定转矩，同时应不大于最大控制转矩的50%.
4.12设置转矩应不大于最大控制转矩，不小于最小控制转矩。
若用户未提出转矩要求，则设置转矩应为最小控制转矩。
4.13电动执行机构的堵转转矩应大于最大控制转矩的1.1倍。
4.14电动执行机构的转矩控制部分应灵敏可靠，并能调整输出控制转矩的大小。
4.15电动执行机构的基本误差应不大于士1.0%.
4.16电动执行机构的回差应不大于1.0%.
4.17电动执行机构的防护等级:
户内应不低于IP55（不带机械制动）和IP54（带机械制动），户外应不低于IP65e
4.18对电动执行机构实施手动操作时，在达到电动执行机构最大控制转矩情况下，作用于手轮上的操作转矩应不小于15Nm，手轮（柄）的结构应能承受附加杠杆的驱动。
5、开关型电动执行机构应具备以下功能:
a）输出表示全开、全关及至少一个中间位置的状态信号;
b）在负载超出最大控制转矩时，输出开、关行程方向的转矩过载的状态信号;
C）输出表示运动状态的远传闪光信号:
d）输出表示阀门位置的电阻信号或（4-20）mADC电流信号。
6、调节型电动执行机构应具备以下功能:
a）输出表示全开、全关位置的状态信号:
b）在负载超出最大控制转矩时，输出开、关行程方向的转矩过载的状态信号;
c）输出表示阀门位置的（4^20）rnADC电流信号，其负载能力应不小于65052;
d）电动机应配置热保护元件。
7、配有功率控制部分的电动执行机构应具备以下功能:
a）调节型电动执行机构应能接受下列型式的输入信号:
1）（4^20）mADC模拟量信号，输入阻抗不大于25052;
2）24VDC脉冲量信号，脉冲宽度大于300ms;
3）触点信号。
b）开关型电动执行机构应能接受下列型式的输入信号:
1）触点信号;
2）24VDC开关量信号。
c）实现远方和就地操作控制及远方和就地之间的切换。
d）就地操作控制部分须有防护措施，以防止误操作。
e）输入电源的过电流保护。
f）在电源中断时应保持不动。
S）在控制信号中断时应保持不动或回到安全位置。
8、智能型电动执行机构应具备以下功能:
a）配有功率控制部分的电动执行机构的所有功能;
b）通过显示各种符号、数字、文字的人机界面进行参数设置、调试和故障诊断:
c）通过死区自适应或其他方式，在各种运行工况下均不发生振荡;
d）防止电动机惰走;
e）对输入的三相电源自动进行相序纠正;
f）发生故障时应停止在原位置，并给出故障状态信号;
8）紧急操作阀门关闭和开启的功能:
9、电动执行机构与阀门的配套
9.1电动执行机构与阀门配套时，其控制转矩应满足下列条件:
a）电动执行机构输出的最大控制转矩应大于阀门在工作状态时开启或关闭所需的转矩:
b）电动执行机构输出的最小控制转矩应小于阀门在工作状态时开启或关闭所需的转矩;
c）调节型电动执行机构输出的最小控制转矩应不小于调节阀或调节挡板中间位置的运行转矩。
9.2电动执行机构与阀门配套时，其额定行程应满足下列条件:
a）电动执行机构的额定行程应不小于阀门的最大行程;
b）电动执行机构的额定行程范围值应可调整。
9.3双速运行的阀门应配套下列形式的双速电动执行机构:
a）双电动机电动执行机构:
b）变极双速电动机电动执行机构;
c）变频调速电动执行机构。
四、现场执行机构的故障分析及检修：
目前现场主要安装的电动执行机构有瑞基电动执行器和罗多克电动执行器两种，下面为这两种电动执行机构的一些常见故障及分析处理方法。
1、罗多克电动执行器常见故障及处理方法。
1）、执行器阀杆无输出：
A查手动是否可以操作。
手自动离合器卡死在手动位置，则电机只会空转。
B检查电机是否转动。
C、手动和电动都不能操作，可以考虑是阀门卡死。
D脱开阀门连接部分，如果阀门没有卡死，检查轴套是否已卡死、滑丝或松脱。
2）、在全开/全关时不能停留在设定的行程位置，阀杆与阀体发生顶撞。
“关/开阀限位LC/LO”参数已经丢失，应重新设定。
或将参数“力矩开/关”更改为“限位开/关”。
3）、显示阀位与实际阀位不一致。
重设限位后，动作几次，又发生漂移，应更换计数器板。
4）、执行器工作，但没有阀位指示，检查计数器，可能圆形磁钢坏了或计数器板坏了。
如果接线端子22/23没有4-20mA电流信号输出，可以考虑更换（伺放+）位返板。
5）、 远控调节状态下，上下摆动不能定位，可以增大“死区调整参数Fd”；但增大该参数到20以上才不摆动，可更换伺放（+位返）板；如果更换后故障依旧，建议：
把电机更换为低速的电机或扩大轴套和阀杆的螺纹螺距。
6）、远控/就地均不动作，或电机单向旋转，不能限位。
检查手自动离合器没有卡死，电机没有烧毁：
可以检查电机电源接线是否正确或三相电源是否不平衡。
7）、远控/就地均不动作，量电机绕组，过热保护，电磁反馈开路，电机已烧毁。
8）、远控/就地均不动作，用设定器检查，故障显示：
“H1力矩开关跳断”；“H6没有电磁反馈”。
测试（固态）继电器没有输出。
更换继电器控制板或电源板组件。
9）、三相电源一送就跳闸：
继电器控制板有问题或电机线圈已烧毁。
10）、因电源电压高（400V以上），熔断保险丝，更换执行器保险丝后又被熔断。
检查，电源板硅整流块正常，电源变压器初级电阻过低，可更换电源板组件或电源变压器。
11）、 背景灯不亮，检查三相电源正常，可能是执行器保险丝已熔断或主板电源线松动未插好。
12）、不带负荷时一切正常，带负荷时，开阀正常，关到40%左右就停转，“关闭力矩值”已设为99，用手轮可以关到位。
刚安装时可以关到位，用一段时间就不行了，建议换用大一档的执行器。
13）、手动正常，电动不能切换。
手自动离合器卡簧在手动方向卡死。
可拆卸手轮，释放卡簧，重新装配好。
14）、执行器远控/就地均不动作，开/关到位指示灯闪烁，检查电池电压过低。
执行器在主电源掉电时，已丢失设定的参数。
更换电池，重新设置。
15）、 执行器动作正常，但无阀位反馈。
量22/23回路仅有1-3mA左右。
重新设定，不起作用。
更换伺放+位返板；把反馈回路断开，反馈信号正常，属外接电缆故障，更换电缆。
16）、 执行器动作过程中力矩保护跳断，增大关闭/打开力矩值设定，故障依旧：
检查执行器润滑油是否已干，阀门是否卡死。
17）、阀门关不死，重设行程限位。
重设后故障依旧，阀门坏了。
18）、执行器设定及动作正常，就是不能超越某一行程位置。
阀门卡涩或减速箱机械限位设反。
可用手动检查并重新设定。
19）、 动作过程中，电机振动，时走时停，转速变慢。
手自动离合器没有故障，应更换（固态）继电器，再作检查。
20）、 执行器手/自动时，显示阀位不变化，反馈也不变化。
“限位开/关LO/LC”参数不能被设定。
主板已坏，更换主板。
21）、执行器电源板已坏，更换新的电源板，通电后发现新电源板上的硅整流块很快发热。
发现主板有个别元件已烧毁，更换主板。
22）、执行器远控/就地均不动作。
不接受设定信号，手动时，能显示阀位。
更换主板，继电器控制板；可能是开关坏了，开关内的磁钢破碎或丢失。
23）、执行器远控正常，一就地控制就“执行器报警”。
更换就地控制板。
24）、 执行器远控不动作，就地可动作。
但显示阀位不变。
线路插头松动，重新插好后，其它情况正常，还是不能远控。
更换伺放（+位返）板。
25）、 就地操作正常，远控不能关。
开方向远控时，不论信号大小，执行器一直到全开。
重设限位，不起作用，应更换伺放（+位返）板。
26）、 IQMK2新品，屏幕上显示“阀门报警”符号，手动报警符号可消除。
就地正/反转，继电器立即动作跳闸。
拆开电机，更换力矩传感器。
27）、 背景灯不亮或显示杂乱的符号或三个状态指示灯同时亮，更换主板。
运行指示灯和开/关到位指示灯，二个指示灯同时亮，限位与阀门旋转方向设置矛盾，重新设定。
28）、一些报警接点不能切换，不能检测远控/就地状态。
更换主板或输入输出处理板。
还有一些故障，主要由安装、设定、操作不当等原因造成。
有时是几种故障参杂在一起，需要结合“报警显示”和“H帮助显示”逐一分析检查。
2.瑞基电动执行机构的故障分析及处理方法。
2.1故障分析及原因
故障现象
原因分析
处理方法
电源缺相
静态缺相
外部三相电源某相掉电
上电时,测量葵花盘动力线端子的电压
葵花盘保险丝烧坏
上电时，测量葵花盘动力线端子的电压，以及电源板电源进线
葵花盘电源接插件脱落或接触不良
同上
电源板上检测静态缺相的电路（同时也是检测相序的）损坏
测试光耦发光二极管两端电压，正常导通时应为1V左右，光敏三极管集电极与发射极间应有方波输出（万用表交流档应该有变化）
主板上有关静态缺相的电路损坏
动态缺相（一定要开关指令发出后1－2秒出现的电源缺相：
有个总原则，若是开关方向都动态缺相，说明是有关动态缺相的回路有问题，若是单方向动态缺相，则说明公共回路是正常的，一定是量个方向不同回路的部分出问题）
运行中葵花盘保险丝烧坏
八针电源接插线或者六针控制线接触不好或者断掉
固态继电器损坏或者三芯控制线松脱，或者电源板上驱动固态继电器的电路损坏（一般为39047）
给一个开\关指令，用交流档测量固态继电器与电机三相绕组连接处（断开电机进线）的电压，是否两两都有380V.AC，若无，则是固态继电器坏
以VSS为地，测量三芯控制线的1、2脚，再保证主板已经发出开或关的指令后，电压降落为0.8V左右，说明是固态继电器损坏；若电压不降落，说明是电源板上驱动电路损坏或是固态继电器中光耦损坏。
若能够确保电源板已经发出指令，测试电机进线线电压是否正常，不正常说明固态继电器坏
交流接触器损坏或者220V控制回路连线松脱
在保证主板已经发出开或关指令后，以2脚为公共端测试三芯控制线（连接交流接触器与电源板）的交流电压是否改变
保证主板已经发出开或关指令后，测试电机进线电压是否正常
电机烧坏
测量电机绕组的电阻，烧坏后为无穷大，或者为零（匝间短路）
电流互感器损坏，或七芯线中有虚焊或松脱的现象
测量电流互感器电阻
主板上面检测动态缺相的电路损坏
主板上面，检测动态缺相所配的电阻太小（此时会动作一段时间再出现动态缺相）
用钳型表测试电流，在重新计算该配多大的电阻（此项在调试中出现）
串入电源板控制回路的温度开关坏掉
温度开关，在正常时为通路
动态缺相
B1那路的滤波的电解电容从电路中断开，造成9V输出电压偏低
RA、RQ型的变压器220V控制交流接触器的电压不正常
由于电源电压过低，变压器220V那路没有稳住；或者变压器220V那路性能不好，即使电源电压在正常波动范围内，也不能稳定
电源板上B1整流桥损坏，造成控制交流接触器的中间继电器没有吸合
测量B1的整流输出电压，空载时为9.6－－10V左右，驱动中间继电器的电压，在没有发出指令时为7.4V左右。
必须注意的是：
可能由于每个中间继电器的吸合电流不一样大，有时上述电压都差不多，但是还是会出现中间继电器不吸合的情况
DC-DC损坏
测试DC-DC的输入、输出，正常时都为5V左右
电源板上控制开、关的中间继电器或者光耦（对RQM），或者3904损坏
对中间继电器：
3904集电极电压能够被开、关指令拉为低电平，但是中间继电器不吸合；
对3904：
开关指令发出后，集电极点评不能被拉低
主板上有关动态缺相的电路的电压不正常
检查VBB、VEE等电压（比如有次，在22、23端子带上负载后，VEE电压不正常，结果是把变压器换了才得以解决）
葵花接线盘中的电源插件松脱，或者没有安装，或者三相电源线接触不好
通常是在调试过程中发生
电机某项的因出现断开或接触不良
电机失速
手动/电动切换装置锁死，电机空转
来回转动手轮，解锁；对RA40A以上，有时是由于拨块与压片的配合间隙太小，两者牢牢咬住
手动/自动切换装置被损坏
只有更换相应的机械部件
电机转子被卡住，无法启动电机
在保证控制部分没有问题时，打开电机检查故障原因（比如RA、RQ型，直接压下交流接触器看电机是否转动）
小伞齿轮或者大伞齿轮被磨损
更换
阀位板损坏
即使手轮转动，阀位显示值也不变化
与阀位板连接的接插件连接不可靠，或虚焊电机烧坏
电机烧坏
固态继电器坏（缺相检测失效时）
交流接触器损坏（缺相检测失效时）
电源板驱动回路损坏（缺相检测失效时）
串入电源板控制回路的温度开关坏（缺相检测失效时）
变压器220V那路电压不正常
可能时电源电压太低，或者220V这路的性能本身不太好
六芯控制线的5、6针断或者接触不好（缺相检测时失效）
电源板与交流接触器或固态继电器的连接三芯线接触不好（缺相检测失效时）
由于振动太厉害，把主板上的调零点的电位器阻值改变，造成零点很低（比如零点为负）
把零点升高
磁通或者电流的方向不对，造成零点很低（比如零点为负）
二者夹角不对，交换电流或者磁通的方向
更换电源板后，没有把电源板上地线固定处的止脱螺帽拧好，会卡住阀位板上磁钢，使其不能转动
拧好止脱螺帽
电源掉电
外部三相电源掉电
RQM型，葵花盘中的电源保险丝烧坏
用户的三相保险丝烧坏
可能时动力线被割破，造成对机壳短路
电源板上的滤波器损坏
电源板进线接触不良，造成变压器原边未形成通路
变压器损坏
电源板上B1那路损坏
测试B1那路的电压
八芯电源线接触不良
主控板或者电源板上有元器件损坏，造成9V那路电压被拉低
测试9V那路电压，以及单片机进行掉电检测的管脚电压（比如电源板上的DC-DC损坏，把单片机进行掉电检测的那路电压拉低，从而单片机误以为是“电源掉电”）
有背光，但显示“电源掉电”
单片机未成功复位
有背光，但显示“电源掉电”
单片机检测电源掉电的管脚内部损坏
VC
电机温度大于130度，温度开关断开
暂停执行器，待电机冷却，同时增大禁动时间与死区
温度开关损坏
电机烧坏后，把温度开关也烧坏
温度开关的连线接触不良
主板上面与温度开关有关的电路损坏
把主板上的三芯线的2、3脚短接，若还出现“电机过热”，则是主板有问题（在实际维修过程中，有时短接1N4007，即D38后，不再出现“电机过热”，估计是VCC的输出电压不够，造成三端稳压块不能把VCC的电压稳住）；若不再出现“电机过热”，则是电源板上有关温度的回路损坏
电源板上与温度开关有关的电路损坏
测试温度开关有关回路
9V那路的电压是否正常
测试9V输出电压，以及变压器输出电压
电源板温度开关回路有问题
测试光耦是否正常，滤波电感是否断路，三芯线是否正常
六芯控制线的3脚或4脚断开或虚焊
关阀过矩
关闭保护转矩值设置的太小
执行器选型偏小
“关闭限位”菜单下的子菜单“限位保护”设定成了“无”
当需要把阀门关的很紧时，可以使用这个功能，旦必须注意的是：
关指令一定要可靠。
见备注1
阀门内有杂物，造成阀门被卡住
主板上的“零点”电位器阻值改变，使得“零点”升高
通常只在调试中出现
“增益”电位器阻值太大
通常只在调试中出现
电源某相发生缺相时，流过电流互感器的电流增大
此时，是由于单片机的缺相检测失效，故而在电流猛增时出现过矩现象
执行器的阀位脉冲寄存器被改变，或是运行过程中由于单片机被复位（比如固态继电器引起的复位等），造成计数脉冲被漏记，形成改变
对前者：
检查电池是否耗尽
对后者：
更换新的固态继电器
升级会员 