直行程电动执行器

第一章绪论

1.1电动执行机构概述

执行机构，是一种自动控制领域的常用的机电一体化器件，又称作执行器。是检测设备、调节设备和执行设备三大自动化仪表组成部分中的执行设备，主要是对一些设备和装置进行自动操作、控制开关和调节，代替人工作业。是自动控制系统不可缺少的组成部分,它接受控制器或人工给定的控制信号,将其进行功率放大,并转换为输出轴相应的转角或直线位移,连续地或断续地去推动各种控制机构,如控制阀、挡板,以完成对生产过程各种参量的控制。

执行机构按动力类型可分为气动、液动、电动和电液动等几类。按运动形式可分为直行程、角行程、回转型等几类。相对于其他动力，电动执行器其发展最快，应用最广。

电动执行机构电机动作不够迅速，且在行程受阻或阀杆被扎住时电机容易受损。但是由于执行器本身具有伺服功能，无须外接伺服放大器；可以带过载保护单元；任意选择正反动作；断电后阀门自锁；电动机内部有温度保护开关从而保护电机不被烧毁的等特点。电动执行器在不断改进有扩大应用的趋势。

随着自动化，电子和计算机技术的发展，现在越来越多的执行机构已经向智能化发展，很多执行机构已经带有通讯和智能控制的功能，比如很多厂家的厂品都带现场总线接口。我们相信今后执行器和其他自动化仪表一

样会越来越智能化，这是大势所驱。电动型按标准可分为组合式结构、机电一体化结构电器控制型、电子控制型、智能控制型等。

1.2电动执行机构发展

自从1929年美国LIMITORQUE（利密托克）公司制造出了世界上第一台电动执行机构以来, 国际上电动执行器技术水平发展迅速。20世纪80年代起，国外相继推出了符合各种现场总线标准的智能执行器，在工业现场取得了较好的应用效果。由于高新技术的迅猛发展，目前国外已开发出新一代智能化电动执行机构产品，电子计算机技术、微机控制技术已在阀门设计中得到广泛应用。

我国电动执行器的研制起步较晚，最初是70年代从仿制苏联的执行机构开始的。80年代以来随着电力电子技术的发展，电动执行器发展快速DKJ 型角行程和DKZ型直行程电动执行机构两大类产品进入市场，DKJ、DKZ是我国最早的、唯一生产的电动执行器，此产品以结构简单、经济实用等优点被最早的国营大型企业使用。 90年代以后，随着现代工控计算机水平的发展，目前我国仪器仪表行业整体综合技术水平普遍上升，微电子技术和计算机技术在仪器仪表产品中普遍采用，多数产品实现了智能化。智能型的电动执行器实现了智能控制、防护等级高、控制精度较高、重量轻、稳定性好的功能。但与国际上先进的智能化电动执行器相比，现有的国产电动执行机构仍存在控制方式落后，可靠性不高，不能根据生产的实际要求进行参数的现场调整，不能组成网络进行远程控制等问题。在安全防爆性能等方面，远远低于气动执行机构，影响了它的广泛应用。

目前国内普遍使用DKJ和DKZ型两大类产品，一些企业使用DKJ、DKZ

的更新换代产品，但在控制要求较高的实验、生产控制中，主要还是依赖价格较高的国外智能产品。

1.3电动执行机构的特点

目前，国际电动执行器的主要有以下特点：

（1）智能通信，智能控制智能电动执行器利用微机技术和现场通信技术，实现双向通信、PID调节、在线自动标定、自校正与自诊断等多种控制技术要求的功能，有效提高控制水平。

（2）机电一体化新型智能化电动执行机构将伺服放大器与执行机构合为一体，驱动电路应用功能强大的集成模块，结构简单，控制性能好。

（3）控制策略更为先进，先进的控制方法有利于解决电机的惯性问题，实现准确定位，提高控制精度。

1.4电动执行机构发展趋势

电力电子技术、计算机技术及通讯技术的快速发展必将推动电动执行器更加快速的发展，机电一体化将取代分体式结构；智能通讯取代模拟信号；控制精度将越来越高，使用环境越来越广；功能更强大，可靠性更高，以适应不断发展的自动控制的要求。

1.总线化、网络化

国外，以工业局域网技术为基础的工厂自动化工程技术在最近十年来得到了长足的发展，作为自动控制中自动化仪表之一的电动执行器为适应这一发展趋势，也应具有标准的串行通信接口和专用的局域网接口，以增强其与其它控制设备间的互联能力，只需要一根电缆或光缆，就可以将数台、甚至数十台电动执行器与上位计算机连接成为整个数控系统。现场总

线是安装在生产过程区域的现场设备/仪表与控制室内的自动控制装置/系统之间的一种串行、数字式、多点通信的数据总线。现场总线企业网作为今后控制系统的发展方向，以其所具有的开放性，网络化等优点，使它与Internet的结合成为可能，现场总线技术应用于电动执行器成为必然趋势。现场总线技术的应用，取代了传统的4～20mA模拟信号，实现了电动执行器的远程监控，状态、故障、参数信息传送，完成远程参数化工作，提高了它的可靠性，降低了系统及工程成本。目前有影响的现场总线主要有PROFIBUS，FF，HART，CAN等。其实，国外目前的智能电动执行器一般都带有现场总线接口，我国也开发了一些带现场总线接口的智能执行器。

2.数字化、智能化

智能化是当前一切工业控制设备的流行趋势，价格低廉的单片机和新型高速微处理器将全面代替以模拟电子器件为主的电动执行器的控制单元，从而实现完全数字化的控制系统。全数字化的实现，将原有的硬件控制变成了软件控制，从而可以在电动执行器中应用现代控制理论的先进算法（如：最优控制、人工智能、模糊控制、神经元网络等）来提高控制性能。传统的电动执行器一般被看作是线性系统，由放大环节和积分环节组。但实际上，绝大多数执行器参数在运行期间会显著地发生改变，应用参数调度和模型辨识自适应控制将大大提高电动执行器的控制性能。相对气动、液动执行器来说，接线简单、功能强大、使用可靠的智能电动执行器将不断扩大应用范围。

3.小型化、机电一体化

电力电子的高度集成化，单片机的使用以及一些功能强大模块的使用，使电动执行器的体积越来越小，向小型化，轻便化发展。目前，智能电动执行器一般将整个控制回路装在一台现场仪表里，将伺服电机，现场仪表控制器安装为一体。电动执行器一体化，使得执行器的安装与调试工作都得到了简化；将整个控制回路装在一台现场仪表里，又减少了因信号传输中的泄露和干扰等因素对系统的影响，提高了系统的可靠性。

1.5执行机构应用领域

电动执行机构主要应用在以下三大领域：

1.发电厂--火电行业应用送风机风门挡板、一次进风风门挡板、二次进风风门挡板、主风箱风门挡板、燃烧器调节杆、燃烧器摇摆驱动器、球阀和蝶阀控制、滑动门等。•其它电力行业的阀门执行器应用球阀、叶轮机转速控制、冷凝水再循环、脱氧机、锅炉给水、再加热恒温控制器及其它相关阀门应用。

2.过程控制--用于化工、石化、模具、食品、医药、包装等行业的生产过程控制，按照既定的逻辑指令或电脑程序对阀门、刀具、管道、挡板、滑槽、平台等进行精确的定位、起停、开合、回转，利用系统检测出的温度、压力、流量、尺寸、辐射、亮度、色度、粗糙度、密度等实时参数对系统进行调整，从而实现间歇、连续和循环的加工过程的控制。