1、執行機構和氣路控制內容概要 一、前言 二、執行機構 三、氣路控制一、前言執行器，是一種自動控制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，控制其開關和調節，代替人工作業。執行器由執行機構和調節閥（調節機構）兩個部分組成，執行機構是執行器的推動裝置，它根據控制信號的大小，產生相應的推力，推動調節閥動作，所以他是將信號壓力的大小轉換為閥桿位移的裝置。二、執行機構1、概述執行機構 在現代生產過程自動化中起著十分重要的作用。人們常把它稱為實現生產過程控制的手足，因為它在自動化控制系統中接受調節器的控制信號

2、，自動的改變調節變量，達到對被調參數（如溫度、壓力、流量、液位等）進行調節的目的，使生產過程按預定要求正常進行。執行機構的作用就是將調節器來的信號轉變為相應的推力和位移，用于帶動調節機構完成調節動作。二、執行機構2、分類根據所用的能源的不同，執行機構可分為氣動、液動、電動和自力式等。氣動執行機構是壓縮空氣供風為動力，特點是結構簡單、安全防爆，低成本；液動執行機構是以液壓為動力，特點是功率大、動作快，但使用成本高，結構復雜；電動執行機構有電源盒控制信號驅動伺服電機來動作，這種儀表易于電動儀表連接，功率大，動作大，但應注意在防爆場合下使用；自力式執行機構依靠被調介質本身的能量來動作，如有介質的壓力

3、帶動。按運動形式可分為直行程、角行程、回轉型（多轉式）等幾類。二、執行機構3、執行器的基本結構 執行器由執行機構和調節閥（調節機構）兩個部分組成，執行機構是執行器的推動裝置，它根據控制信號的大小，產生相應的推力，推動調節閥動作。調節閥是執行器的調節部分，在執行機構推力的作用下，調節閥產生一定的位移或轉角，直接調節流體的流量。 為了保證執行器能夠正常工作，提高調節質量和可靠性，執行器還必須配備一定的輔助裝置。常用的輔助裝置有閥門定位器和手輪機構。閥門定位器利用反饋原理改善執行器性能，使執行器能按調節器的控制信號，實現準確定位。手輪機構用于直接操作調節閥，以便在停電、停氣、調節器無輸出或執行機構損

4、壞而失靈的情況下，生產仍能正常工作。 二、執行機構4、氣動執行機構 氣動執行機構接受氣動控制器或閥門定位器輸出的氣壓信號，并將其轉換成相應的推桿直線位移，以推動調節閥動作。 氣動執行機構主要有兩種類型：薄膜式與活塞式。薄膜式執行機構簡單、動作可靠、維修方便、價格低廉，是最常用的一種執行機構；活塞式執行機構允許操作壓力可達500kpa，因此輸出推力大，而且無彈簧抵消推力，但價格較高。二、執行機構氣動執行機構又可分為有彈簧和無彈簧兩種，有彈簧的氣動執行機構較之無彈簧的氣動執行機構輸出推力小、價格低。氣動執行機構有正作用和反作用兩種形式。當來自控制器或閥門定位器的信號壓力增加時，閥門推桿向下動作的叫

5、正作用式執行機構；信號壓力增加時，閥門推桿向上動作的叫反作用式執行機構 。 二、執行機構氣動薄膜執行機構使用彈性膜片將輸入氣壓轉變為推桿的推力，通過推桿使閥芯產生相應的位移，改變閥的開度。 一個典型的氣動薄膜型執行機構主要由彈性薄膜、壓縮彈簧和推桿組成。氣動活塞式執行機構以汽缸內的活塞輸出推力，由于汽缸允許壓力較高，可獲得較大的推力，并容易制成長行程執行機構。適用于大口徑、高靜壓、高壓差閥和蝶閥。還有一種長行程執行機構，其結構原理與活塞式執行機構基本相同，它具有行程長、輸出力矩大的特點，輸出轉角位移為90o，直線位移為40200mm，適用于輸出角位移和力矩的場合。二、執行機構4.1、氣動薄膜式

6、執行機構 當信號壓力P進入氣室時，此時壓力乘以膜片的有效面積得到推力，使推桿移動，彈簧受壓，直到彈簧產生的反作用力與薄膜上的推力平衡為止。信號壓力越大，推力越大，推桿的位移計彈簧的壓縮量也越大。推桿的位移范圍就是執行機構的行程。推桿若從零走到全行程，則閥門就從全開（或全關）到全關（或全開）。二、執行機構4.2氣動活塞式執行機構氣動活塞式執行機構，其基本部分為氣缸，氣缸內活塞隨氣缸兩側壓差而移動。兩側可以分別輸入一個固定信號和一個變動信號，或兩側都輸入變動信號。它的輸出特性有比例式及兩位式兩種。兩位式是根據輸入執行機構活塞兩側的操作壓力差來完成推動任務的，活塞從高壓側推向低壓側，使推桿從一個極端

7、位置移到另一極端位置。比例式是在兩位式基礎上加有閥門定位器后，使推桿位移與信號壓力成比例關系。 二、執行機構5、電動執行機構 電動執行機構按調節方式分類:一般有開關型、調節型。開關型（兩位型）：執行機構接收開關信號控制輸出，即使開關復位，輸出件繼續移動，直到極限位置停止。執行機構除非緊急按停，不能停在中間位置。原理與遠控調節型相同，區別是能自動保持開關信號。遠控調節型：執行機構接收開關（繼電）信號控制輸出位移，開關復位，輸出件停止運動。是一種開環的可間斷調節的控制系統。比例調節型：執行機構接收系統的控制信號自動實現工業過程調節控制，控制行程與輸入信號成正比。是一種帶負反饋的偏差控制系統。二、執

8、行機構電動執行機構的按輸出位移一般分為直行程、角行程、多轉式三種類型電動執行器按裝配的閥門與減速機構不同有多回轉型（3600）和部分回轉型（900）按停止種類劃分也可分為力矩停與行程停兩種，現階段的智能型電動執行機構在生產過程中根據不同需要兩種形式都可以選擇。二、執行機構電動型按不同標準又可分為：組合式結構、機電一體化結構，電器控制型、電子控制型、智能控制型（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 對控制性能的要求和自動控制技術的發展而 迅猛發展的電動執行機構 。目前，電動執行機構主要有：羅托克（ROTORK）、西博斯（SIPOSSIEME

9、NSPositioner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。電動執行機構的工作原理都是利用電機的正反轉來實現閥門的開關。接收調節器輸出的420mA信號，由放大器進行功率放大，驅動電動機正反轉產生推桿的直行程或角行程。 二、執行機構電動執行機構實際上是由伺服放大器以及執行機構共同構成的電動執行機構，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。 這個系統在結構上是一個自動調節系統，被調參數為行程。系統有信號比較，功率放大，單相低速同步電機

10、，減速傳動機構和位置反饋電路組成。在這個系統中還可以加進操作器用于實現手動和自動的切換操作。 二、執行機構直行程位置發送器與減速器的聯接結構如圖 1所示，它們之間的聯接和調整是通過杠桿和彈簧來實現的。當減速器輸出軸上下運動是時，杠桿一端依靠彈簧的拉力緊壓在輸出軸的端面 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420mA DC（010mA DC）。輸出軸位移的行程和位置發送器輸出電流呈線性關系。利用杠桿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。二、執行機構直行程電動執行機構是一個用交流伺服電動機為原動機

11、的位置伺服機構，其系統方塊圖如圖2所示。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：調節閥二、執行機構電動執行機構三種控制方式：當電動操作器切換開關放在“自動”位置時，即處在連續調節控制狀態。 當電動操作器切換開關放在“手動”位置時，即處在手動遠方控制狀態，操作時只要將旋 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，到所需控制閥位開度時，立即松開切換開關即可。 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

12、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，并把手輪推進。二、執行機構6、執行機構檢修時應注意事項. 1）檢修作業人員應認真學習并嚴格執行安規有關規定以及大中小修期間制訂的相關的規章制度。2）檢修人員已完成安全、技術交底，明確檢修的目的、任務和要消除的缺陷。 工作票手續準備完整，需要解除的聯鎖保護或安全措施已執行。 3）電動執行機構在檢修或更換板件時，特別注意應停電。 4）調節閥在調試前應核實、考慮閥門開關會對系統造成的影響，必要時應隔離。5）板件或零件拆卸時要做好標記，防止丟失和接錯板件。 6）執行機構為精密儀器，檢修時應注意不要使用蠻力。

13、7）檢修時應做到工完料盡場地清。英國Rotork電動執行器結構圖1、電動機 2、行程和力矩傳感器 3、減速裝置 4、閥門附件5、手動輪 6、執行器控制板 7、電氣接線端8、現場總線板帶Rotork多回轉執行機構的閘閥 帶Rotork角行程執行執行機構的蝶閥德國AUMA電動執行機構結構圖1、電動機 2、行程和力矩傳感器 3、減速器 4、閥門附件5、手動輪 6、執行器控制板 7、電氣接線8、現場總線板AUMA角行程執行機構帶蝶閥示意圖 AUMA執行機構帶閘閥示意圖露天安裝的AUMA電動執行器，中間灰色電纜是電機電源線，兩側的四個藍色電纜（本安信號）用于傳輸末位、力矩和遠方程令。小知識一、電動執行機

14、構的“電開”和“電關“概念是什么？如何將一個“電關”代改為“電開”閥？答：1）“電開”是指伺放在沒有輸入控制電流信號時，執行機構處于關閉狀態，有信號輸入時向開的方向動作。“電關”與“電開”相反。 2）將“電關”改為“電開”可改變伺放電機正、反轉線，將正接入反，反接正即可。小知識二、從哪些方面考慮氣開氣閉閥的選型？a、事故條件下，工藝裝置處于安全狀態。失電、失氣狀態下保證工藝過程或設備安全條件下對閥門開、關狀態的要求。這是選擇氣開、氣關閥的原則。如：加熱爐燃燒控制，調節閥安裝在燃料氣進口管線上。根據爐膛的溫度或背加熱物料在加熱爐出口的溫度來控制其燃料的供應，這時應選擇氣開閥（FC）更安全些，防止

15、爐膛超溫，造成設備燒損爐管。又如：冷卻水冷卻的換熱設備，熱物料在換熱器內與冷卻水進行交換換熱，調節閥安裝在冷卻水管上，用換熱后的物料溫度來控制冷卻水量，當氣源中斷時，調節閥應處于開啟位置更安全些，宜選用氣關式（FO）調節閥。小知識b、事故狀態下，減少原料和動力損耗，保證產品質量。c、介質特性。如：如果容器內有易凝固、結晶的介質，則盡量選擇氣關閥，防止介質在事故狀態下在容器內結晶而難以處理。 例如：1、人們提到的蒸汽加熱器（比如精鎦塔塔釜再沸器），其加熱介質為水蒸汽，一般的原則，一旦出現操作不正常，如塔壓、塔釜溫度過高等極其不利的情況出現，在事故狀態或者不正常操作的狀態下，這個調節閥應該處于關閉

16、狀態，比如儀表氣源突然沒了，壓縮機事故、儀表空氣緩沖罐壓力失常等，處于關閉狀態有利于切斷高溫水蒸汽繼續進入加熱器，也就是切斷了熱源，從而保證設備的安全，“無氣源則關”，很顯然，這個調節閥應該選氣開閥（氣來了才能開嘛）。小知識 拓展一下思維，塔頂的冷凝器的冷卻水上水調節閥，應該是氣開、氣關呢？為了保證冷凝器不處于高溫下，或者說在調節閥出現失去氣源的情況下，為了塔頂壓力、溫度正常，這個時候是不允許冷卻水出現停水狀況的，那么這個調節閥在事故狀態下就應該是處于開啟狀態，恰恰和加熱器的調節閥相反，道理都一樣，就是為了維持這個精鎦塔的正常、穩定操作，事故狀態下不會有惡劣的影響，為了安全，這個閥“無氣源則開

17、”，很顯然，這個調節閥應該選氣關閥（氣來了才能關嘛）。特殊的情況，加熱器的蒸汽調節閥也有可能選氣關，比如塔釜的物料在低溫下極易結晶，一旦停止了蒸汽的加入，物料就會隨著溫度的下降結晶，事故狀態下為了不讓其堵塞管道和設備，給人們爭取到處理事故的時間，此時要維持蒸汽的通入，保證設備管道不至于堵塞，此時就要選氣關閥。這是特例，也是根據具體的工藝操作情況而定的。 小知識2、再看看漩渦泵出口的旁路流量調節閥，一般而言，旁路調節流量是一種較為普遍的方式，盡管損失了一些電能，但對于漩渦泵這種小流量、高揚程的泵，這種調節方式還是較為普遍的。這個閥的氣開、氣關如何選擇？對泵的選型很熟悉的朋友都知道，漩渦泵是不允許

18、出現出口閥完全關閉的情況的，一旦在運行過程中出現泵出口閥關死的狀況，這臺漩渦泵很快就會損壞，一般泵的出口有止回閥、截止閥，外加這個旁路調節閥調節流量，一旦出現泵出口截止閥閥芯卡死的意外情況，此時為保證泵的出口不至于完全被關死，那么這個旁路調節閥必須處于開啟的狀態，再比如，一旦失去氣源，這個調節閥處于關閉狀態，那么和正常操作時比，泵出口的截止閥的開度未變，勢必造成漩渦泵出口壓力猛增，對泵也是極其不利的，那么為了漩渦泵的安全，這個閥“無氣源則開”，很顯然，這個調節閥應該選氣關閥。小知識 總結：一般情況下再調節閥氣源中斷時，應切斷進入裝置和設備的原料、熱源，停止向裝置外輸出產品的情況下，采用氣開調節

19、閥。對于塔和容器的液位抽出調節閥應選用氣開調節閥。塔和容器壓力的調節閥如裝在馳放端，則應選用氣關調節閥，塔的回流閥應選用氣關閥。以上是一般性原則，以使所有的調節閥在裝置氣源中斷時動作即保證安全又協調。當然也有特殊情況，如考慮氣源中斷時使閥門 保位。如：高壓作業中，不希望使高壓介質突然的切斷或全部放空，在這種情況下調節閥應保持原位小知識 總之氣開、氣關的選擇，應該具體情況具體分析，把握矛盾的主要方面，比如前頭說的那個塔釜物料結晶的情況，此時結晶就是矛盾的主要因素了，這個選型應該不是自控專業設計人員說了算的，有經驗的自控設計人員會主動詢問工藝人員操作狀況和過程，也就是你是怎么操作的，事故情況下有何

20、禁忌，有何注意事項等，而有經驗的工藝人員（技術員或該級別以上）在給自控專業提交條件的時候，應該不會忘記在條件表中注明氣開、氣關的形式。小知識 3、氣開式調節閥：輸入風壓增大，閥門開大；氣關式調節閥：輸入風壓增大時，閥門關（閥門開小）；正作用調節閥：氣壓信號從膜片上部進入，閥門下移；反作用調節閥：氣壓信號從膜片下部進入，閥桿上移；大口徑的調節閥多采用正作用，通過改變閥芯的安裝方向來確定是氣開或氣關；小口徑的調節閥大多是反作用，通過改變輸入信號的方向來確定氣開或氣關形式。 4、氣開式調節閥：輸入風壓增大，閥門開大；氣關式調節閥：輸入風壓增大時，閥門關（閥門開小）；正作用調節閥：氣壓信號從膜片上部進

21、入，閥門下移；反作用調節閥：氣壓信號從膜片下部進入，閥桿上移；大口徑的調節閥多采用正作用，通過改變閥芯的安裝方向來確定是氣開或氣關；小口徑的調節閥大多是反作用，通過改變輸入信號的方向來確定氣開或氣關形式。 小知識小知識 5、閥門定位器用于下述場合時應如何加以調整?1)配反作用執行機構；2）要求反作用輸出，即輸入信號增大時，輸出壓力減小，也叫反作用定位器；3）配0.4-2.0*100KPa、0.6-1.8*100KPa彈簧范圍的調節閥；4）用于分程控制。答：1）使用凸輪的反面，即將凸輪翻轉180安裝；2）對于電-氣閥門定位器，可把接線端子對調，即把原來的“-”端接電流的“+”端，原來的“+”接電

22、流的“-”端。對于氣動閥門定位器，將信號氣路組件的波紋管從右邊拆下后反裝到左邊；3）將1.4*100KPa的氣源換成2.5*100KPa的氣源，通過調零及調量程實現；4）兩臺定位器并聯接受調節器信號，采用分程控制凸輪，通過調零及調量程，使第一臺和第二臺定位器分別在4-12mA（或0.2-0.6*100KPa)和12-20mA（或0.6-1.0*100KPa）信號范圍內驅動閥桿走完全行程。三、氣路控制1、概述完成各種不同的控制功能，機械設備的氣壓傳動系統有不同的組織形式。但不論氣壓傳動系統如何復雜，它們都是由一些氣壓基本回路所組成。熟悉和掌握這些基本回路的結構組成、工作原理和功能，是分析、使用和

23、維護氣壓傳動系統的基礎。三、氣路控制2、氣動系統氣動系統是以壓縮空氣作為工作介質進行能量的傳遞和控制的一種傳動形式。壓縮空氣經過一系列控制元件后，將能量傳遞至執行元件，輸出力（直線氣缸）或者力矩（擺缸或氣馬達）。氣缸用于實現直線往復運動，輸出力和直線位移；氣馬達用于實現連續回轉運動，輸出力矩和角位移。三、氣路控制3、氣動系統特點 與液壓、電氣相比，氣動技術是實現低成本自動化的最佳手段，具有更廣泛的工作適應性。結構簡單、緊湊、易于制造，價格便宜，可靠性高，使用壽命長。易于實現快速的直線往返運動、擺動和高速移動輸出力、運動速度調節方便，改變運動防線簡單工作安全可靠，容易實現防潮、防爆和防火。安裝和

24、控制有較高的自由度，具有過載保護能力。由于空氣的可壓縮性，可以實現能量儲存，可進行遠距離傳輸。三、氣路控制 與液壓、電氣相比，氣動技術也具有一定的缺點。噪音大、潤滑性差、難以實現精確定位。由于空氣的壓縮性，氣缸的動作速度容易受到負載變化的影響，很難達到勻速狀態低速原董事，摩擦力站推力的比例較大，易出現爬行，因此低速穩定性不好氣缸輸出力相對較小。三、氣路控制4、氣動系統的組成氣源裝置：為系統提供合乎質量要求的壓縮空氣。執行元件：將氣體壓力能轉換成機械能并完成做工動作的元件。控制元件：控制氣體壓力、流量及運動方向的元件，如各種閥類；能完成一定邏輯功能的元件，即氣動邏輯元件；感測、轉換、處理氣動信號

25、的元器件，如氣動傳感器及信號處理裝置。氣動輔件：氣動系統中的輔助元件，如消音器、接頭等。三、氣路控制4.1氣源裝置氣源裝置有以下4部分組成（1）氣壓發生裝置：空氣壓縮機，將機械能轉變為氣體壓力能的裝置。 空氣壓縮機的選用原則依據是氣動系統所需要的工作壓力和流量兩個參數。（2）凈化、貯存壓縮空氣的裝置：混入壓縮空氣中的油分、水分、灰塵等雜志會產生不良影響，必須設置除油、除水、除塵，并使壓縮空氣干燥，提高壓縮空氣質量，進行氣源凈化的輔助設備一般包括：冷卻器、油水分離器、儲氣罐、和干燥器。（3）管道系統三、氣路控制（4）氣動三大件：分水過濾器：除去空氣中的灰塵、雜志，并將空氣中的水分分離出來。油霧器

26、：特殊的注油裝置，當壓縮空氣流果實，將潤滑油噴射成霧狀，隨壓縮空氣流入需要潤滑部件，達到潤滑目的。減壓閥：起減壓和穩壓作用。三、氣路控制4.2執行元件常用的執行元件為氣缸和氣馬達。氣缸用于實現直線往復運動，輸出力和直線位移；氣馬達用于實現連續回轉運動，輸出力矩和角位移。氣缸分類：活塞式和膜片式；活塞式又分單活塞式和雙活塞式 ；單活塞式又可分為有活塞桿和無活塞桿。三、氣路控制4.3控制元件控制元件按其作用和功能分為壓力控制閥、流量控制閥和方向控制。（1）壓力控制閥壓力控制閥的功能：控制系統中壓縮空氣的壓力,以滿足系統對不同壓力的需要壓力控制閥的工作原理：均是利用空氣壓力和彈簧力相平衡的原理來工作

27、的壓力控制閥的分類: 減壓閥、定值器：降壓穩壓作用 安全閥、限壓切斷閥：限壓安全保護作用 順序閥、平衡閥：根據氣路壓力不同進行某種控制三、氣路控制減壓閥減壓閥的作用是降低由空氣壓縮機來的壓力，以始于2每臺氣動設備的需要，并使這一部分壓力保持穩定。按調節壓力方式不同，減壓閥有直動型和先導型兩種。三、氣路控制安全閥功能:當儲氣罐或氣動回路中的壓力超過一定值時，安全閥能立即打開放氣，以阻止壓力繼續升高產生危險，系統中起過壓保護作用三、氣路控制順序閥：依靠回路中壓力的高低變化實現執行元件的順序動作三、氣路控制（2）流量控制閥流量控制閥主要是節流閥，分為單向節流閥和排氣節流閥節流閥：通過改變閥的通流面積

28、來調節流量三、氣路控制單向節流閥是由單向閥和節流閥并聯組合而成的組合是控制閥。三、氣路控制排氣節流閥：不僅具有節流調速的作用，而且還能起到降低排放氣流噪聲的作用。排氣節流閥只能安裝在排氣口，調節排出氣體的流量以控制執行元件的速度。 三、氣路控制（3）方向控制閥：分為單向型和換向型。（3.1）單向型控制閥：氣流只能向一個方向流動而不能反向流動通過的閥。單向閥多與節流閥組合起來控制執行元件的運動速度 。單向控制閥：包括單向閥、或門型梭閥、與門型梭閥和快排閥 三、氣路控制單向閥：氣流只能向一個方向流動而不能反向流動通過的閥 單向閥多與節流閥組合起來控制執行元件的運動速度 圖17-1單向閥工作原理圖圖17-2 單向閥三、氣路控制梭閥（或門）相當于兩個單向閥的組合。若P1、P2都進氣，則高壓側進氣口A。若P1=P2，則先加入壓力一側A，另一側通路關閉。三、氣路控制與門型梭閥：相當于兩個單向閥的組合 ，適用于互鎖回路。若P1、P2都進氣，A口有輸出。若P1、P2無輸入，口無輸出。若P1P2，則低壓側A，高壓側關閉。三、氣路控制快排閥：加快氣缸排氣腔排氣，以提高氣缸運動速度。快速