一、電動(dòng)執(zhí)行器的概述
電動(dòng)執(zhí)行器是過(guò)程控制中的一個(gè)重要組成部分。它的作用是接受控制器送來(lái)的控制信號(hào)，改變被控介質(zhì)的流量，從而將被控變量維持在所要求的數(shù)值上或一定的范圍內(nèi)。執(zhí)行器的動(dòng)作是由調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)通過(guò)各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。執(zhí)行器由執(zhí)行機(jī)構(gòu)與調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)組成。在電信號(hào)作為控制信號(hào)的控制系統(tǒng)中，目前廣泛應(yīng)用一下三種控制方式。二、電動(dòng)執(zhí)行器的應(yīng)用
在自控系統(tǒng)中，為使執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出滿足一定精度的要求，在控制理論上常采用負(fù)反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)。即將執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置輸出作為反饋信號(hào)，和電動(dòng)調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)作比較，將其差值經(jīng)過(guò)放大用于驅(qū)動(dòng)和控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)向消除差值的方向運(yùn)動(dòng)，最終達(dá)到執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置輸出和電動(dòng)調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)成線性關(guān)系。在應(yīng)用氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的場(chǎng)合下，當(dāng)采用電/氣轉(zhuǎn)換器和氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)配套時(shí)，由于是開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)，只能用于控制精度不高的場(chǎng)合。當(dāng)需要精度較高時(shí)，一般采用電/氣閥門定位器和氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)相配套，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出位移通過(guò)凸輪杠桿反饋到閥門定位器內(nèi)，利用負(fù)反饋的工作原理，大大提高氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的位置精度。因此，目前在自控系統(tǒng)中應(yīng)用的氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥大多數(shù)都與閥門定位器配套使用。
智能電動(dòng)執(zhí)行器將伺服放大器與操作器轉(zhuǎn)換成數(shù)字電路，而智能執(zhí)行器則將所有的環(huán)節(jié)集成，信號(hào)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線由變送器或操作站發(fā)來(lái)，可以取代調(diào)節(jié)器。
三、電動(dòng)執(zhí)行器的三種分類以及發(fā)展
執(zhí)行器在自動(dòng)控制系統(tǒng)中的作用相當(dāng)于人的四肢，它接受調(diào)節(jié)器的控制信號(hào)，改變操縱變量，使生產(chǎn)過(guò)程按預(yù)定要求正常執(zhí)行。執(zhí)行器由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)組成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)是指根據(jù)調(diào)節(jié)器控制信號(hào)產(chǎn)生推力或位移的裝置，而調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出信號(hào)去改變能量或物料輸送量的裝置，而調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出信號(hào)支改變能量或物料輸送量的裝置，見(jiàn)的是調(diào)節(jié)閥。在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，執(zhí)行器直接控制工藝介質(zhì)，若選型或使用不當(dāng)，往往會(huì)給生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制帶來(lái)困難。因此執(zhí)行器的選擇、使用和安裝調(diào)試是個(gè)重要的問(wèn)題。執(zhí)行器按其能源形式分為氣動(dòng)、電動(dòng)和液動(dòng)三大類，它們各有特點(diǎn)，適于不同的場(chǎng)合。隨著近幾年來(lái)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展各類執(zhí)行機(jī)構(gòu)正逐步走向智能化的道路，而其中專門和氣動(dòng)執(zhí)行器配套使用的智能閥門定位器和全電子電動(dòng)執(zhí)行器的出現(xiàn)更加速了執(zhí)行機(jī)構(gòu)智能化的發(fā)展，為執(zhí)行器的應(yīng)用開(kāi)辟了新天地。
1、液動(dòng)執(zhí)行器：液動(dòng)執(zhí)行器推力，一般都是機(jī)電一體化的，但比較笨重，所以現(xiàn)在使用不多。但也因?yàn)槠渫屏Υ蟮奶攸c(diǎn)，在一些大型場(chǎng)所因無(wú)法取代而被采用，如三峽的船閥用的就是液動(dòng)執(zhí)行器。
2、氣動(dòng)執(zhí)行器：氣動(dòng)執(zhí)行器的執(zhí)地機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是統(tǒng)一的整體，其執(zhí)行機(jī)構(gòu)有薄膜式(見(jiàn)圖1)和活塞式(見(jiàn)圖2)兩類?；钊叫谐涕L(zhǎng)，適用于要求有較大推力的場(chǎng)合，不但可以直接帶動(dòng)閥軒，而且可以和蝸輪蝸桿等配合使用;而薄膜式行程較小，只能直接帶動(dòng)閥桿。其執(zhí)行器分為正作用和反作用兩種形式，所謂正作用就是信號(hào)壓力增大，推桿向下;反作用形式就是信號(hào)壓力增大，推桿向上。這種執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出位移與輸入氣壓信號(hào)成正比例關(guān)系，信號(hào)壓力越大，推桿的位移量也越大。當(dāng)壓力與彈簧的反作用力平衡時(shí)，推桿穩(wěn)定在某一位置，氣動(dòng)執(zhí)行器又有角行程氣動(dòng)執(zhí)行器和直行程氣動(dòng)執(zhí)行器兩種。隨著氣動(dòng)執(zhí)行器智能化的不斷發(fā)展，智能閥門定位器成為其的配套產(chǎn)品。智能閥門定位器內(nèi)裝高集成度的微控制器，采用電平衡(數(shù)字平衡)原理代替?zhèn)鹘y(tǒng)的力平衡原理，將電控命令轉(zhuǎn)換成氣動(dòng)定位增量來(lái)實(shí)現(xiàn)閥位控制;利用數(shù)字式開(kāi)、停、關(guān)的信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作;閥位反饋信號(hào)直接通過(guò)高精確度的位置傳感器，實(shí)現(xiàn)電/氣轉(zhuǎn)換功能。智能閥門定位器具有提高輸出力和動(dòng)作速度、調(diào)節(jié)精確度(最小行程分辨率可達(dá)±0.05%)、克服閥桿摩擦力、實(shí)現(xiàn)正確定位等特點(diǎn)。正是因?yàn)檫@些配套產(chǎn)品的不斷智能化，才使得氣動(dòng)執(zhí)行器更加智能化。由于氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輸出推力大、動(dòng)作平穩(wěn)可靠、安全防爆等優(yōu)點(diǎn)，在化工、煉油等對(duì)安全要求較高的生產(chǎn)過(guò)程中得到廣泛的應(yīng)用。
3、電動(dòng)執(zhí)行器：電動(dòng)執(zhí)行器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是分開(kāi)的兩部分，其執(zhí)行機(jī)構(gòu)分角行程和直行程兩種。電動(dòng)執(zhí)行器接受來(lái)自調(diào)節(jié)器的直流信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或直行程位移去操縱閥門、擋板等調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)。電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)安全防爆性能差，電機(jī)動(dòng)作不夠迅速，且在行程阻或閥桿被扎住時(shí)電機(jī)容易受損。盡管近年來(lái)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)在不斷改進(jìn)并有擴(kuò)大應(yīng)用的趨勢(shì)，但從總體上看不及氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)應(yīng)用的普遍。
隨著自動(dòng)化、電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在越來(lái)越多的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)已經(jīng)向智能化發(fā)展。上海自動(dòng)化儀表股份有限公司在引進(jìn)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的新產(chǎn)品，采用了雙CPU、電子限力矩保護(hù)、電子行程限位、數(shù)字式位置發(fā)送器、相位自動(dòng)鑒別、紅外線遙控調(diào)試以及故障診斷、自動(dòng)切換處理多種保護(hù)拖施等關(guān)鍵技術(shù)，提高了產(chǎn)品的穩(wěn)定性、可靠性和精確度等級(jí)。它已通過(guò)防爆及射頻干擾、靜電放電、快速瞬變脈沖群等試驗(yàn)，基本誤差小于±1.5%，回差為1%，外殼保護(hù)等級(jí)為IP65，使用環(huán)境溫度為-25℃～70℃，這些指標(biāo)均已達(dá)到水平。智能電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是一類新型終端控制儀表，它根據(jù)控制電信號(hào)直接操作改變調(diào)節(jié)閥閥桿的位移。由于人們對(duì)控制系統(tǒng)的精確度和動(dòng)態(tài)特性提出了越來(lái)越高的要求，電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)能夠獲得響應(yīng)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)控制也更為合理、方便、經(jīng)濟(jì)，因而正受到用戶的歡迎。它還可免去選用氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)必需配置良好氣源設(shè)備和安裝氣路管線的麻煩。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，我們有理由相信，今后的執(zhí)行器將會(huì)和其它儀表一樣更加智能.
四、現(xiàn)場(chǎng)電動(dòng)執(zhí)行器的特點(diǎn)
近年來(lái)，隨著現(xiàn)場(chǎng)總線的出現(xiàn)和發(fā)展，在國(guó)際上出現(xiàn)一些有影響的生產(chǎn)工業(yè)閥門和執(zhí)行器的專業(yè)化大公司相繼開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)出符合現(xiàn)場(chǎng)總線通信協(xié)議的閥門和執(zhí)行器產(chǎn)品。符合現(xiàn)場(chǎng)總線的智能執(zhí)行器由傳統(tǒng)的執(zhí)行器、含有微處理器的控制器以及可與PC或PLC雙向通信的硬件及軟件組成，具有與上位機(jī)或控制系統(tǒng)通信的功能，大致具有以下特點(diǎn)：1、智能化和高精度的系統(tǒng)控制功能?？刂七\(yùn)算任務(wù)由傳統(tǒng)的控制器轉(zhuǎn)為由執(zhí)行器的微處理器來(lái)完成，即執(zhí)行器直接接受變送器的信號(hào)，按設(shè)定值自動(dòng)進(jìn)行PID調(diào)節(jié)、控制流量、壓力、壓差和溫度等多種過(guò)程變量。在一般情況下，閥門的特性曲線是非線性的，對(duì)執(zhí)行器組態(tài)，定義8至32段折線可對(duì)輸出特性曲線進(jìn)行補(bǔ)償，提高了系統(tǒng)的控制精度。
2、一體化的結(jié)構(gòu)。智能執(zhí)行器包含了位置控制器、閥位變送器、PID控制器、伺服放大器以及電動(dòng)的和氣動(dòng)的模件，即將整個(gè)控制裝在一臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)儀表里，減少了因信號(hào)傳輸中的泄露和干擾等因素對(duì)系統(tǒng)的影響，提高了系統(tǒng)的可靠性。
3、智能化的通信功能。由于通信符合現(xiàn)場(chǎng)總線的通信協(xié)議，執(zhí)行器與上位機(jī)或控制系統(tǒng)之間可通過(guò)總線進(jìn)行雙向數(shù)字通信，極大地提高了系統(tǒng)的控制精度和穩(wěn)定性。這是與以往的執(zhí)行器的區(qū)別。由于符合現(xiàn)場(chǎng)總線的通信協(xié)議，所以，可以與任何其他符合現(xiàn)場(chǎng)總線的系統(tǒng)相互集成，構(gòu)成控制系統(tǒng)。
4、智能化的系統(tǒng)保護(hù)和自身保護(hù)功能。當(dāng)外電源掉電時(shí)，能自動(dòng)利用后備電池驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使閥門處于預(yù)先設(shè)定的安全位置。當(dāng)電源、氣動(dòng)部件、機(jī)械部件、控制信號(hào)、通信或其他方面出現(xiàn)故障時(shí)，都有自動(dòng)保護(hù)措施，以保證系統(tǒng)本身以及生產(chǎn)過(guò)程的安全可靠。另外，自啟動(dòng)和自整定功能使啟動(dòng)變得極為簡(jiǎn)易。
5、智能化的自診斷功能。自診斷功能可幫助快速識(shí)別故障的原因。對(duì)于執(zhí)行器的任何故障，智能執(zhí)行器均能盡早、盡快識(shí)別，在執(zhí)行器發(fā)生損壞前就采取有效措施，這會(huì)增加系統(tǒng)的可靠性，并延長(zhǎng)設(shè)備壽命，避免工廠停車維修。
6、靈活的組態(tài)功能?？梢宰杂山M態(tài)的智能執(zhí)行器具有較高的靈活性，因此，只需要少量類型的執(zhí)行器就可以滿足多變的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)要求。這對(duì)于制造商和用戶都是極有益的。例如，對(duì)于輸入信號(hào)，可以通過(guò)軟件組態(tài)來(lái)選擇合適的信號(hào)源，而不必更換軟件，也可以任意設(shè)置執(zhí)行器的運(yùn)行速度和行程。
五、電動(dòng)執(zhí)行器的分類
（1）執(zhí)行器按所用驅(qū)動(dòng)能源分為氣動(dòng)、電動(dòng)和液壓執(zhí)行器三種。（2）按輸出位移的形式，執(zhí)行器有轉(zhuǎn)角型和直線型兩種。
（3）按動(dòng)作規(guī)律，執(zhí)行器可分為開(kāi)關(guān)型、積分型和比例型三類。
（4）按輸入控制信號(hào)，執(zhí)行器分為可以輸入空氣壓力信號(hào)、直流電流信號(hào)、電接點(diǎn)通斷信號(hào)、脈沖信號(hào)等幾類。
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