1、精選優質文檔-傾情為你奉上課前準備：多媒體課件制作、演示實驗設備調試、以4人/小組進行分組。一、課程導引執行器的作用在過程控制系統中，執行器接受調節器的指令信號，經執行機構將其轉換成相應的角位移或直線位移，去操縱調節機構，改變被控對象進、出的能量或物料，以實現過程的自動控制。在任何自動控制系統中，執行器是必不可少的組成部分。如果把傳感器比擬成控制系統的感覺器官，調節器就是控制系統的大腦，而執行器則可以比擬為干具體工作的手。執行器常常工作在高溫、高壓、深冷、強腐蝕、高粘度、易結晶、閃蒸、汽蝕、高壓差等狀態下，使用條件惡劣，因此，它是整個控制系統的薄弱環節。如果執行器選擇或使用不當，往往會給生產過

2、程自動化帶來困難。在許多場合下，會導致控制系統的控制質量下降、調節失靈，甚至因介質的易燃、易爆、有毒而造成嚴重的事故。為此，對于執行器的正確選用和安裝、維修等各個環節，必須給予足夠的注意。執行器根據驅動動力的不同，可劃分為氣動執行器、液動執行器和電動執行器，本次課將結合實驗裝置所用的智能電動調節閥使用知識進行介紹。二、產品知識電動調節閥的結構與工作原理（20分鐘）1、電動調節閥的基本結構圖1 電動調節閥外形機構 在THJ-2的實驗裝置上，配置了上海萬迅儀表有限公司生產的智能型電動調節閥，其型號為QSVP-16K，圖1是電動調節閥的典型外形，它由兩個可拆分的執行機構和調節閥（調節機構）部分組成。

3、上部是執行機構，接受調節器輸出的010mADC或420mADC信號，并將其轉換成相應的直線位移，推動下部的調節閥動作，直接調節流體的流量。各類電動調節閥的執行機構基本相同，但調節閥（調節機構）的結構因使用條件的不同類型很多，最常用的是直通單閥座和直通雙閥座兩種。2、電動執行機構的基本結構（部分摘自上海萬迅儀表產品說明書）執行機構采用了德國進口的PSL電子式一體化的電動執行機構，該產品體積小、重量輕，功能強、操作方便，已廣泛應用于工業控制。其直行程電動執行器主要是由相互隔離的電氣部分和齒輪傳動部分組成，電機作為連接兩個隔離部分的中間部件。電機按控制要求輸出轉矩，通過多級正齒輪傳遞到梯形絲桿上，梯

4、形絲桿通過螺紋變換轉矩為推力。因此梯形螺桿通過自鎖的輸出軸將直線行程傳遞到閥桿。執行機構輸出軸帶有一個防止傳動的止轉環，輸出軸的徑向鎖定裝置也可以做動位置指示器。輸出軸止動環上連有一個旗桿，旗桿隨輸出軸同步運行，通過與旗桿連接的齒條板將輸出軸位移轉換成電信號，提供給智能控制板作為比較信號和閥位反饋輸出。同時執行機構的行程也可由齒條板上的兩個主限位開關開限制，并由兩機械限位保護。3、執行機構工作原理圖2 智能電動執行機構 電動執行機構是以電動機為驅動源、以直流電流為控制及反饋信號，原理方塊圖如圖3所示。當控制器的輸入端有一個信號輸入時，此信號與位置信號進行比較，當兩個信號的偏差值大于規定的死區時

5、，控制器產生功率輸出，驅動伺服電動機轉動使減速器的輸出軸朝減小這一偏差的方向轉動，直到偏差小于死區為止。此時輸出軸就穩定在與輸入信號相對應的位置上。圖3 電動執行機構工作原理4、控制器結構控制器由主控電路板、傳感器、帶LED 操作按鍵、分相電容、接線端子等組成。智能伺服放大器以專用單片微處理器為基礎，通過輸入回路把模擬信號、閥位電阻信號轉換成數字信號，微處理器根據采樣結果通過人工智能控制軟件后，顯示結果及輸出控制信號。圖3 智能控制器組成結構5、調節閥的基本結構調節閥與工藝管道中被調介質直接接觸，閥芯在閥體內運動，改變閥芯與閥座之間的流通面積，即改變閥門的阻力系數就可以對工藝參數進行調節。圖4

6、、圖5給出直通單閥座和直通雙閥座的典型結構，它由上閥蓋(或高溫上閥蓋)、閥體、下閥蓋、閥芯與閥桿組成的閥芯部件、閥座、填料、壓板等組成。圖5 直通單座調節閥圖4 直通雙座調節閥直通單閥座的閥體內只有一個閥芯和一個閥座，其特點是結構簡單、泄漏量小(甚至可以完全切斷)和允許壓差小。因此，它適用于要求泄漏量小，工作壓差較小的干凈介質的場合。在應用中應特別注意其允許壓差，防止閥門關不死。直通雙座調節閥的閥體內有兩個閥芯和閥座。它與同口徑的單座閥相比，流通能力約大20%25%。因為流體對上、下兩閥芯上的作用力可以相互抵消，但上、下兩閥芯不易同時關閉，因此雙座閥具有允許壓差大、泄漏量較大的特點。故適用于閥

7、兩端壓差較大，泄漏量要求不高的干凈介質場合，不適用于高粘度和含纖維的場合。三、動手實踐電動調節閥的基本使用（35分鐘）1、識讀銘牌識讀電動調節閥的銘牌，并回答問題：a）口徑多少？b）閥桿行程多大？c)工作壓力是多少？d）流量系數多少？e)最大推力是多少？2、線路聯接由于PSL執行機構采用了一體化技術，自帶伺服放大器，在不需要閥位顯示的情況下，線路聯接極為方便，只需二路線電源線和控制線。圖6是其線路聯接圖。圖6 執行機構電氣聯接圖打開機殼即可看見如圖示意，對應圖示插上智能控制板，嵌入定位銷將其固定。執行機構外殼內有端子條用于電氣接線，選擇適當的電源線與執行機構相連，建議使用1.0（mm2）導線。

8、注：線路聯接時電源線一定要正確，不然會造成控制器損壞。3、調試執行機構在出廠前都進行了整定，一般使用時不需要再調試。實際使用中可能需對調節閥開度進行整定，為此，就PSL的限位開關整定問題作介紹。（1）基本原則執行器與調節閥門安裝連接組合后的產品調試必須作到三位同步：調節閥位置、行程開關位置、對應信號位置。例：輸入信號為4mA，下限位開關是斷電位置；輸入信號為20mA，調節閥處于滿度開位置，上限位開關是斷電位置。判斷行程限位開關力辦法：上、下行程由調節凸塊碰撞到限位開關時，會聽到“咔嗒”聲均可，反作用時相反操作。（2）整定方法n 手動執行器驅動閥門的閥芯接觸閥座。當閥桿開始軸向動作時，閥桿受力為

9、執行器盤簧的反作用力。n 繼續向同一方向驅動執行器，直到執行機構盤簧被壓縮到盤簧圖表所示相應數值。這樣保證關斷力，防止泄漏。圖7 限位開關調整圖n 不通電轉動手輪使閥桿下降至“0”位置時，調整下限限位開關正好動作（圖2）（右凸塊）。同時左旋反饋電位器到“0”歐姆位置。再轉動手輪使閥桿上升至標尺100%位置時，調節上限限位開關正好動作（左凸塊）。重復上述動作直至上、下限限位都調整好。四、理論提高電動執行機構工作原理（選學25分鐘）1、電動執行機構的結構原理通過以上部分的學習，我們已經知道電動執行機構由伺服放大器和執行單元兩大部分，其典型結構原理方框圖如圖8所示，對其工作原理在此作進一步討論。加深

10、知識的理解與掌握，達到舉一反三之目的。 圖8 電動執行機構組成框圖伺服放大器將輸入信號Ii和反饋信號If相比較，得到差值信號I（I=IiIf）。當差值信號I0時，I經伺服放大器功率放大后，驅動伺服電機正轉，再經機械減速器減速后，使輸出轉角增大。輸出軸轉角位置經位置發送器轉換成相應的反饋電流If ，反饋到伺服放大器的輸入端使I減小，直至I=0時，伺服電機才停止轉動，輸出軸就穩定在與輸入信號相對應的位置上。反之，當I0時，伺服電機反轉，輸出軸轉角減少，If也相應減小，直至使I=0時，伺服電機才停止轉動，輸出軸穩定在另一新的位置上。2、伺服放大器伺服放大器主要由前置磁放大器、觸發器和可控硅交流開關等

11、構成。它與電機配合工作的伺服驅動電路如圖9所示。圖9前置放大器是一個增益很高的放大器，根據輸入信號與反饋信號相減后偏差的正負，在a、b兩點產生兩位式的輸出電壓，控制兩個可控硅觸發電路中一個工作，一個截止。當前置放大器輸出電壓的極性為a（+）、b（）時，觸發電路2截止，可控硅SCR2接在二極管橋式整流器的直流端，它的導通使橋式整流器的c、d兩端近于短接，故220V的交流電壓直接接到伺服電機的繞組，同時經分相電容CF加到繞組上，這樣，繞組中的電流相位比繞組超前90o，形成旋轉磁場，使電機朝一個方向轉動。如果前置放大器的輸出電壓極性和上述相反，即a（）、b（+）時，觸發電路1截止，可控硅SCR1不通

12、，而觸發電路2控制SCR2完全導通，使另一橋式整流器的兩端e、f近于短接，電源電壓直接加于電機繞組，并經分相電容CF供電給繞組。這樣，繞組中的電流相位比繞組超前90o，電機朝相反的方向轉動。由于前置放大器的增益很高，只要偏差信號大于不靈敏區，觸發電路便可使可控硅導通，電動機以全速轉動，這里可控硅起的是無觸點開關的作用。當SCR1和SCR2都不導通，伺服電機停止轉動。3、執行單元執行單元由伺服電機、機械減速和位置發送器三部分組成。執行單元接受伺服放大器或電動操作器的輸出信號，控制伺服電機的正、反轉，經機械減速器減速后變成輸出力矩推動調節機構動作。與此同時，位置發送器將調節機構的角位移轉換成相對應

13、的010mA，DC信號，作為閥位批示，并反饋到前置放大器的輸入端作為位置反饋信號以平衡輸入信號。（1）伺服電機伺服電機實際上是一個二相電容異步電機，它將伺服放大器輸出的電功率轉換成機械轉矩，作為執行器的動力部件。伺服電機由一個用沖槽硅鋼片疊成的定子和鼠籠式轉子組成。定子上均布著兩個匝數、線徑相同而相隔90o電角度的定子繞組和。由于分相電容CF的作用，和的電流相位總是相差90o，其合成向量產生定子旋轉磁場，定子旋轉磁場又在轉子內產生感應電流并構成轉子磁場，兩個磁場相互作用，使轉子旋轉。如前所述，轉子旋轉方向取決于和中的電流相位差，即取決于分相電容CF串接在哪一個定子繞組中。圖10為了消除電機輸出

14、軸的惰走現象（斷電后，電機由于慣性而繼續運轉），提高整機的穩定性，在伺服電機的尾部還裝有制動機構。其基本結構如圖8-6所示。在電機轉子2的尾端環上嵌裝了幾塊磁路相互隔離的銜鐵3，電機轉動時，定子磁場通過此銜鐵吸動制動輪8，使它和制動盤9脫開，電機便自由轉動。當電機斷電時，定子磁場消失，銜鐵的吸力隨即消失，制動輪8在壓縮彈簧5的作用下，壓緊在制動盤上，依靠輪和盤的磨擦力使轉子迅速停止轉動。制動輪上的調整螺釘6，可以調整壓縮彈簧5的壓緊力，以改變銜鐵與制動輪套軸之間的間隙，保證可靠的吸與放。除了這種旁磁式制動機構外，還有杠桿式制動機構和電磁式制動機構。電動機后罩端蓋上還有手動按鈕7，撳上手動按鈕可

15、使制動輪和制動盤脫開，以便就地手動操作執行器。（2）減速器電動執行機構中的減速器常在整個機構中占很大體積，是造成電動執行器結構復雜的主要原因。由于伺服電機大多是高轉速小力矩的，必須經過近千倍的減速，才能推動調節機構。目前電動執行機構中常用的減速器有行星齒輪和蝸輪蝸桿兩種，其中行星齒輪減速器由于體積小、傳動效率高、承載能力大、單級速比可達100倍以上，獲得廣泛的應用。近年來，人們為簡化減速機構，努力研制各種低速電機，希望直接獲得低速度、大推力、小慣性的動力。但這些執行器的性能目前還不太理想。（3）位置發送器位置發送器的作用是將電動執行機構輸出軸的位移轉變為010mA，DC反饋信號的裝置。其主要部

16、分是差動變壓器，如圖11(b)所示。 圖11 差動變壓器差動變壓器采用三段式結構，中間一段繞有一個初級激磁線圈W1，兩邊對稱地繞有兩個完全相同的次級線圈W2，它們反向串聯，其感應電勢的差值作為輸出。在線圈骨架中有一個可動鐵芯。在差動變壓器的初級加上交流穩壓電源后，兩個次級繞組分別感應出交流電壓V34、V56。由于兩個次級繞組匝數相等，因此感應電壓的大小和極性取決于鐵芯的位置。當鐵芯位于差動變壓器的中間位置時，輸出V00；當鐵芯右移時，V00，此時輸出V0的極性取決于V56；當鐵芯左移時，同樣有V00，其V0的極性取決于V34。執行機構輸出軸與差動變壓器之間的聯接如圖11（a）所示。差動變壓器的鐵芯與凸輪斜面是靠彈簧相