电动执行器工作原理要点.pdf

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1、1 摘要 过程控制系统是实现生产过程自动化的平台，而过程控制仪表及装置是过程控 制系统不可缺少的重要组成部分，一个简单的自动控制系统，由变送器、控制器和 执行器构成了一个单回路控制系统。方框图如下图，执行器是过程控制系统中的一 个重要的组成部分，人们常把执行器比喻为生产过程自动化的“手脚”，执行器由 执行机构和调节机构两个部分组成。简单介绍执行器的种类及特点、执行器的作用 方式，电动执行器工作原理及选用的原则，电动执行器的应用现状及发展趋势。 一、 执行器的定义 执行器是自动控制系统中的执行机构和控制阀组合体。它在自动控制系统中的 作用是接受来自调节器发出的信号，以其在工艺管路的位置和特性，调

2、节工艺介质 的流量，从而将被空数控制在生产过程所要求的范围内。 二、 执行器的分类及特点 1、分类 （1） 执行器按所用驱动能源分为气动、电动和液压执行器三种。 （2） 按输出位移的形式，执行器有转角型和直线型两种。 （3） 按动作规律，执行器可分为开关型、积分型和比例型三类。 （4） 按输入控制信号，执行器分为可以输入空气压力信号、直流电流信号、电接点通 断信号、脉冲信号等几类。 2、优点 电动执行器的能源取用方便，动作灵敏，信号传输速度快，适合于远距离的信 号传送，便于与电子计算机配合使用。 3、缺点 电动执行器一般不适用与防火防爆的场合，而且结构复杂，价格贵。 单回路系统控制方框图 2

3、三、执行器的结构原理 （1）执行机构接收控制系统发出的开关信号后，电机不转并有嗡嗡声。其原因可能是： 1）减速器的行星齿轮部分卡涩、损坏或变形； 2）减速器的斜齿轮传动部分变形或过度磨损或损坏； 3）减速器的涡轮涡杆或丝杆螺母传动部分变形损坏、卡涩等； 4）整体机械部分配合不好，不灵活，需调整加油。 （2）电气部分故障（参见图3） 结构原理 1）电动执行机构接受控制系统发出的开、关信号后，电机不转，也无嗡嗡声。 可能原因是：没有交流电源或电源不能加到执行机构的电机部分或位置定位器部分； PM放大板工作不正常，不能发出对应的控制信号；固态继电器部分损坏，不能将放 大板送来的弱信号转变成电机需要的

4、强电信号；电机热保护开关损坏；力矩限制开 关损坏；行程限制开关损坏；手动/ 自动开关位置选错或开关损坏；电机损坏。 2）电动执行机构接受控制系统发出的开、关信号后，电机不转，有嗡嗡声。其 可能原因是：电机的启动电容损坏；电机线圈匝间轻微短路；电源电压不够。 3）电动执行机构接受控制系统发出的开、关信号后，电机抖动，并伴有咯咯声， 其原因可能是： PM 放大板的输出信号不足不能使固态继电器完全导通，造成电机的 加载电压不足；固态继电器性能变坏，造成其输出端未完全导通。 3 图 1 图 2 图 3 图 4 四、电动执行器工作原理 电动执行器有五种类型： 直行程电动执行器、 角行程电动执行器、 电动

5、调节阀、 PID 电动调节执行器和电磁阀。前四种属于DDZ型。下面简要介绍一下直行程电动 执行器 (DKJ)和角行程电动执行器 (DKZ)。 直行程与角行程电动执行器的作用是接收调节器或其它仪表送来的010，420 毫安或 15伏电压的标准值流电信号，经执行器后变成位移推力或转角力矩，以操 作开关、阀门等，完成自动调节的任务。这两种执行器以前都是由伺服放大器与执 行机构两大部分组成的。现在有机电一体智能化的结构，它们的结构、工作原理和 使用方法都是相似的，区别仅在于，一个输出位移( 推力)，一个输出转角 ( 力矩)。 五、电动执行器选型考虑要点 （1）根据阀门类型选择电动执行器 4 阀门的种类

6、相当多， 工作原理也不太一样， 一般以转动阀板角度、 升降阀 板等方式来实现启闭控制，当与电动执行器配套时首先应根据阀门的类型选择电动 执行器。 1角行程电动执行器（转角360度） 电动执行器输出轴的转动大于一周，即大于360 度，一般需多圈才能实现阀门 的启闭过程控制。此类电动执行器适用于闸阀、截止阀等。 3直行程（直线运动） 电动执行器输出轴的运动为直线运动式，不是转动形式。此类电动执行器适用 于单座调节阀、双座调节阀等。 （2）根据生产工艺控制要求确定电动执行器的控制模式 电动执行器的控制模式一般分为开关型（开环控制）和调节型（闭环控制）两 大类。 1开关型（开环控制） 开关型电动执行器

7、一般实现对阀门的开或关控制，阀门要么处于全开位置，要 么处于全关位置，此类阀门不需对介质流量进行精确控制。特别值得一提的是开关 型电动执行器因结构形式的不同还可分为分体结构和一体化结构。选型时必需对此 做出说明，不然经常会发生在现场安装时与控制系统冲突等不匹配现像。 a) 分体结构（通常称为普通型）：控制单元与电动执行器分离，电动执行器不 能单独实现对阀门的控制，必需外加控制单元才能实现控制，一般外部采用控制器 或控制柜形式进行配套。此结构的缺点是不便于系统整体安装，增加接线及安装费 用，且容易出现故障，当故障发生时不便于诊断和维修，性价比不理想。 b) 一体化结构（通常称为整体型）：控制单元

8、与电动执行器封装成一体，无需 外配控制单元即可现实就地操作，远程只需输出相关控制信息就可对其进行操作。 此结构的优点是方便系统整体安装，减少接线及安装费用，容易诊断并排除故障。 但传统的一体化结构产品也有很多不完善的地方，所以产生了智能电动执行器，关 于智能电动执行器后面将再做说明。 2 调节型（闭环控制） 调节型电动执行器不仅具有开关型一体化结构的功能，它还能对阀门进行精确 控制，从而精确调节介质流量。 因篇幅有限其工作原理在此不作详细说明。下面就 调节型电动执行器选型时需注明的参数做简要说明。 a) 控制信号类型（电流、电压） 5 调节型电动执行器控制信号一般有电流信号(420mA 、01

9、0mA) 或电压信号 (0 5V、15V)，选型时需明确其控制信号类型及参数。 b) 工作形式（电开型、电关型） 调节型电动执行器工作方式一般为电开型（以420mA 的控制为例，电开型是 指 4mA 信号对应的是阀关， 20mA对应的是阀开），另一种为电关型（以4-20mA的 控制为例，电开型是指4mA信号对应的是阀开， 20mA 对应的是阀关）。一般情况下 选型需明确工作形式，很多产品在出厂后并不能进行修改，奥美阀控生产的智能型 电动执行器可以通过现场设定随时修改。 c) 失信号保护 失信号保护是指因线路等故障造成控制信号丢失时，电动执行器将控制阀门启 闭到设定的保护值，常见的保护值为全开、

10、全关、保持原位三种情况，且出厂后不 易修改。奥美阀控生产的智能电动执行器可以通过现场设定进行灵活修改，并可设 定任意位置（ 0100% ）为保护值。 （3）根据阀门所需的扭力确定电动执行器的输出扭力 阀门启闭所需的扭力决定着电动执行器选择多大的输出扭力，一般由使用者提 出或阀门厂家自行选配， 做为执行器厂家只对执行器的输出扭力负责，阀门正常启 闭所需的扭力由阀门口径大小、工作压力等因素决定，但因阀门厂家加工精度、装 配工艺有所区别， 所以不同厂家生产的同规格阀门所需扭力也有所区别， 即使是同 个阀门厂家生产的同规格阀门扭力也有所差别，当选型时执行器的扭力选择太小就 会造成无法正常启闭阀门，因此

11、电动执行器必需选择一个合理的扭力范围。 （4）根据所选电动执行器确定电气参数 因不同执行器厂家的电气参数有所差别，所以设计选型时一般都需确定其电气 参数，主要有电机功率、额定电流、二次控制回路电压等， 对于执行机构最广泛的定义是：一种能提供直线或旋转运动的驱动装置，它利用 某种驱动能源并在某种控制信号作用下工作。执行机构使用液体、气体、电力或其它能 源并通过电机、气缸或其它装置将其转化成驱动作用。 多回转电动执行机构 基本的执行机构用于把 阀门驱动至全开或全关的位置。用与控制阀 的执行机构 能够精确的使阀门走到任何位置。尽管大部分执行机构都是用于开关阀门，但是如 今的执行机构的设计远远超出了简

12、单的开关功能，它们包含了位置感应装置，力矩 感应装置，电极保护装置，逻辑控制装置，数字通讯模块及PID控制模块等，而这 些装置全部安装在一个紧凑的外壳内。 6 因为越来越多的工厂采用了自动化控制，人工操作被机械或自动化设备所替代， 人们要求执行机构能够起到控制系统与阀门机械运动之间的界面作用，更要求执行 机构增强工作安全性能和环境保护性能。在一些危险性的场合，自动化的执行机构 装置能减少人员的伤害。某些特殊阀门要求在特殊情况下紧急打开或关闭，阀门执 行机构能阻止危险进一步扩散同时将工厂损失减至最少。对一些高压大口径的阀门， 所需的执行机构输出力矩非常大，这时所需执行机构必须提高机械效率并使用高

13、输 出的电机，这样平稳的操作大口径阀门。对于一些小扭矩的阀门，精小型的电动阀 门也应用而生，相比普通性具有重量轻，结构紧凑，功能齐全等优点 角行程电动执行机构 结构原理 以 MD 系列电动执行机构的整体式比例调节型为例。 MD 系列电动执行机构以交流伺服电动机为驱动装置的位皿伺服机构，由配接的位置定位 器 PM-2控制板接受调节系统的420mA直流控制信号与位置发送器的位置反馈借号进 行比较，比较后的信号偏差经过放大使功率级导通，电动机旋转驱动执行机构的输出件 朝着减小这一偏差的方向移动 （位置发送器不断将输出件的实际位置转变为电信号位 盈反馈信号送至位致定位器），直到偏差信号小于设定值为止。

14、此时执行机构的输出件 就稳定在与输人信号相对应的位置上。该系列角行程机构示意图如图1、直行程机构示 意图如图 2 所示，其实际使用接线图如图3 所示。 MD 系列角行程调节电动执行机构由动力部件和位置定位器（PM-2控制板）两大部分组 成。其中动力部件主要由电动机、减速器、力矩行程限制器、开关控制箱、手轮和机械 限位装置以及位置发送器等组成，其各部分作用简述如下： 1、电动机：电动机是特种单相或三相交流异步电动机，具有高启动力矩、低启动电流 和较小的转动惯量，因而有较好的伺服特性。在电动机定子内部装有热敏开关（详见图 3 所示）做过热保护，当电动机出现异常过热（内部温度超过130）时该开关将控

15、制 电动机的电路断开以保护电动机和执行机构，当电动机冷却以后开关恢复接通，电路恢 复工作。为了克服惯性惰走，调节型电动执行机构的电动机控制电路均有电制动功能。 2、减速器：角行程执行机构采用行星减速加涡轮涡杆传动机构，既有较高的机械效率， 又具有机械自锁特性。 直行程执行机构的减速器由多转执行机构减速器配接丝杆螺母传 动装置组成。 3、力矩行程限制器：它是一个设置在减速器内的标准单元，由过力矩保护机构、行程 控制机构（电气限位）、位置传感器及接线端子等组成。 （1）过力矩保护机构：内行星齿轮在传递力矩时产生的偏转拨动嵌装在齿轮外圈的摆 杆，摆杆的两端各装有一个测力压缩弹赞作为正、反向力矩的传感

16、元件，当输出力矩超 7 过设定限制力矩时，内齿轮的偏转使摆杆触动力炬开关，切断控制电路使电动机停转。 调整力炬限制弹资的压缩量即可调整力炬的限定值。该保护具有记忆功能，对应于接线 图中的电器设备是力矩开关LEF 、LEO 。当该保护动作以后，在排除机械力矩故障后，执 行机构断电或信号瞬间反向一下即可恢复（即记忆解除）正常工作。 （2）行程控制机构：由凸轮组和微动开关组成。该凸轮组通过齿轮减速装殷，与减速 器传动轴相连，通过调整分别作用于正、反方向微动开关（即行程限位开关）的凸轮板 的位置可限定执行机构的行程（行程开关FCO ，FCF ）。该电气限位的范围在出厂时已经 调好，一般情况下请勿随便调

17、整，以免损坏机构。 （3）位置传感器：采用高精度、长寿命的导电塑料电位器作为位置传感元件，它与凸 轮组同轴连接，整体式比例调节型电动执行机构位置指示信号，是将电位器随输出轴行 程变化的电阻值送入PM-2控制板的比较放大电路，并由它送出一个4-20mA的 DC电流 信号用于指示。 4、开关控制箱：在开关控制箱内装有PM电子位置定位器。 5、手轮：在故障状态和调试过程中，可通过转动手轮来实现手动就地操作。 6、机械限位装置：主要用于故障时以及防止手动操作时超过极限位置保护。角行程电 动执行机构的机械限位采用内置扇形涡轮限位结构，外形体积小，限位可靠；直行程电 动执行机构的机械限位采用内置挡块型限位

18、结构，可十分有效地保护阀座、 阀杆、阀芯。 位置定位器实质上是一个将控制信号与位置反馈信号进行比较并放大以控制电动机开 停和旋转方向的多功能大功率放大板，它与执行机构的动力部件相连以控制执行机构按 系统规定的状态工作。位置定位器主要由比较、逻辑保护、放大驱动及功率放大等电路 组成。控制单相电动机的位置定位器功率放大部分主要由光电祸合过零触发固态继电器 （无触点电子开关）构成。其主体部分示意如图4 所示。需要注意的是“手动一自动” 转换开关，该开关的作用是在没有外加信号时，与手动调整电位器P1配合使用，以便 观察或调试执行机构。 用后一定要将其拨回“自动”位世， 以免影响投人系统自动控制。 阀门

19、 为了成功的实现过程自动化， 最重要的是要确保阀门自身能够满足过程及管道内介质 的特殊要求。通常生产过程和工艺介质能够决定阀门的种类，阀芯的类型以及阀内件和 阀门的结构和材料。 阀门选择好后接下来就要考虑自动化的要求即执行机构的选择。可以简单的按两种基本 的阀门操作类型来考虑执行机构。 旋转式阀门（单回转阀门） 这类阀门包括：旋塞阀、球阀、蝶阀以及风门或挡板。这类阀门需要已要求的力矩 进行 90 度旋转操作的执行机构 多回转阀门 这类阀门可以是非旋转提升式阀杆或旋转非提升式杆，或者说是他们需要多转操作 去驱动阀门到开或关的位置。这类阀门包括：直通阀（截止阀）、闸阀、刀闸阀等。作 为一种选择，直

20、线输出的气动或液动气缸或薄膜执行机构也开来驱动上述阀门。 类型 8 目前共有二种类型的电动执行机构，一般分为部分回转电动执行机构（Part-Turn Electric Valve Actuator)，和多回转电动执行机构（Multi-Turn Electric Valve Actuator),前者主要控制需要部分回转的阀门例如：球阀，蝶阀等，后者需要多圈数 旋转的阀门，例如闸阀等。 电动多回转式执行机构 电力驱动的多回转式执行机构是最常用、最可靠的执行机构类型之一。使用单相或 三相电动机驱动齿轮或蜗轮蜗杆最后驱动阀杆螺母，阀杆螺母使阀杆产生运动使阀门打 开或关闭。 多回转式电动执行机构可以快速

21、驱动大尺寸阀门。为了保护阀门不受损坏，安装在 在阀门行程的终点的限位开关会切断电机电源，同时当安全力矩被超过时，力矩感应装 置也会切断电机电源，位置开关用于指示阀门的开关状态，安装离合器装置的手轮机构 可在电源故障时手动操作阀门。 这种类型执行机构的主要优点是所有部件都安装在一个壳体内，在这个防水、防尘、防 爆的外壳内集成了所有基本及先进的功能。主要缺点是，当电源故障时，阀门只能保持 在原位，只有使用备用电源系统，阀门才能实现故障安全位置（故障开或故障关） 电动单回转式执行机构 这种执行机构类似于电动多回转执行机构，主要差别是执行机构最终输出的是1/4 转记 90 度的运动。新一代电动单回转式

22、执行机构结合了大部分多回转执行机构的复杂 功能，例如：使用非进入式用户友好的操作界面实现参数设定与诊断功能。 单回转执行机构结构紧凑可以安装到小尺寸阀门上，通常输出力矩可达800公斤米，另 外应为所需电源较小，它们可以安装电池来实现故障安全操作。 选择要素 选择一台合适的阀门执行机构类型和规格时必须考虑下列要素： 1、驱动能源 最常用的驱动能源是电源或流体源，如果选择电源为驱动能源，对于大尺寸阀门一 般选用三相电源，对于小尺寸阀门可选用单相电源。一般电动执行机构可有多种电源类 型供选择。有时也可选直流供电，此时可通过安装电池实现电源故障安全操作。流体源 种类很多，首先可以是不同的介质如：压缩空

23、气、氮气、天然气、液压流体等，其次它 们可以具备各种压力，第三执行机构具有各种尺寸以提供输出力活力矩。 2、阀门类型 当选择阀门用执行机构时，必须要知道阀门的种类，这样才可以选择正确的执行机 构类型。有些阀门需要多回转驱动，有些需要单回转驱动，有些需要往复式驱动，它们 影响了执行机构类型的选择。 通常多回转的气动执行机构比电动多回转执行机构价格要 贵，但是往复式直行程输出的气动执行机构价格比电动多回转执行机构便宜。 3、力矩大小 对于 90 度回转的阀门如：球阀、碟阀、旋塞阀，最好通过阀门厂商获得相应阀门力 矩大小，大部分阀门厂商是通过测试阀门在额定压力下阀门所需的操作力矩，他们将这 9 一力

24、矩提供给客户。对于多回转的阀门情况有所不同，这些阀门可分为：往复式（提升 式）运动 - 阀杆不旋转、往复式运动-阀杆旋转、非往复式 - 阀杆旋转，必须测量阀杆的 直径，阀杆连接螺纹尺寸已决定执行机构规格。 执行机构选型 一但执行机构类型和阀门所需驱动力矩确定了，就可以使用执行机构厂商提供的数据 表或选型软件进行选型。有时还需考虑阀门操作的速度和频率。 流体驱动的执行机构可调节行程速度，但是三相电源的电动执行机构只有固定的行程时 间。部分小规格的直流电动单回转执行机构可调节行程速度。 自动控制阀 自动控制阀最大的好处是可以远距离的操作阀门，这就意味着操作人员可以坐在控制 室控制生产过程而不需要亲

25、临现场去人工操作阀门的开和关。人们只需铺设一些管线连 接控制室和执行机构，驱动能源通过管线直接激励电动或气动执行机构，通常用的 4-20mA信号来反馈阀门的位置。 连续控制 如果执行机构被要求用于控制过程系统的液位、流量或压力等参数，这是要求执行 机构频繁动作的工作，可以用4-20mA信号作为控制信号，然而这个信号可能会和过程 一样频繁的改变。如果需要非常高频率动作的执行机构，只有选择特殊的能频繁启停的 调节型执行机构。当一个过程中需要多台执行机构时，可以通过使用数字通讯系统将各 个执行机构连接起来，这样可大大降低安装费用。数字通讯回路可以快速高效的传递指 令和收集信息。目前有多种通讯方式如：

26、FOUNDATIONFIELDBUS、PROFIBUS、DEVICENET、 HART 和专为阀门执行机构设计的PAKSCAN 等。数字通讯系统不单单可以降低投资费用， 它们还可以收集大量阀门信息，这些信息对于阀门的预测性维护程序非常有价值。 预测维护 操作人员可以借助内置的数据存储器来记录阀门每次动作时力矩感应装置测得的数 据，这些数据可以用来监测阀门运行的状态，可以提示阀门是否需要维修，也可以用这 些数据来诊断阀门。 针对阀门可以诊断如下数据： 1. 阀门密封或填料摩擦力 2. 阀杆、阀门轴承的摩擦力矩 3. 阀座摩擦力 4. 阀门运行中的摩擦力 5. 阀芯的所受的动态力 6. 阀杆螺纹摩

27、擦力 7. 阀杆位置 上述大部分数据存在于所有种类的阀门，但着重点不同，例如：对于蝶阀，阀门运行中 的摩擦力是可以忽略的，但对于旋塞阀这个力数值却很大。不同的阀门具有不同的力矩 运行曲线，例如：对于楔式闸饭，开启和关闭力矩都非常大，其它行程时只有填料摩擦 力和螺纹摩擦力，关闭时，液体静压力作用在闸板上增加了阀座摩擦力，最终楔紧效应 10 使力矩迅速增大直到关闭到位。所以根据力矩曲线的变化可以预测出将会发生的故障， 可以对预测性维护提供有价值的信息。 注意事项 以 MD 系列电动执行机构的整体式比例调节型为例。 在通电前，必须进行外观检查和绝缘检查，动力回路（弧电回路）及信号触点对外壳的 绝缘，

28、用 500V兆欧表测最不得低于20M : 信号输人、输出回路及它们与动力回路之间 的绝缘，除特殊要求外，不应低于l0m 合格后方可通电。在通电后，应检查变压器、 电机及电子电路部分元件等是否过热，转动部件是否有杂音，发现异常现象应立即切断 电源，查明原因。未查明原因前，不要轻易焊下元件。更换电子元件时，应防止温度过 高，损坏元件。更换场效应管和集成电路时一定要把电烙铁妥兽接地，或脱离电源利用 余热进行焊接。拆卸零部件、元器件或焊接导线时，应做好标记，对应记号。应尽公避 免被检设备的输出回路开路，避免被检设备在有输人信号时停电。检修后的设备必须进 行校验。对干电动机要检查线圈对外壳及线圈之间的绝

29、缘电阻，测皿线圈直流电组，清 洗轴承并加优质润滑油， 检查转子、定子线圈及制动装； 对于减速器要解体清洗各部件， 检查行星齿轮部分的情况，检查斜齿轮部分的情况，检查涡轮涡杆或丝杆螺母的啮合情 况，最后进行装配、调整并加长效铿基润滑脂。对于位置传感器部分要进行外观检查， 检查电位器与行程控制机构的同轴连接情况，检查电位器的基本情况，检查电位器及放 大板之间的连接情况。 故障分析 以 MD 系列电动执行机构的整体式比例调节型为例。 位置传感器部分 （1）电动执行机构接受控制系统发出的开、关信号后，电机能正常转动，但没有阀位 反馈。其可能原因是： 1）位置传感器的电位器与行程控制机构不能同轴旋转，需

30、检查连接部分是否损坏； 2）电位器损坏或性能变坏，阻值不随转动而发生变化； 3）位置传感器的电位器及放大板间连接导线是否正常； 4）PM放大板是否损坏，有无反馈信号送出。 （2）电动执行机构接受控制系统发出的开、关信号后，电机能正常转动，但阀位反馈 始终为一固定值，不随阀门的开、关而变化，其可能原因是： 1）导电塑料电位器的阻值为一恒值，不随转动而变，检修更换电位器； 2）放大板中有关部分异常，检查处理。 六、电动执行器的应用现状及发展趋势 电动执行器是工业过程控制系统中一个十分重要的现场驱动装置，其能源取用方便、安 装调试简单，在电力、冶金、石油、化工等工业部门得到越来越广泛的应用。电动执行

31、 器包括电动执行机构和调节阀两部分，控制精度主要决定于电动执行机构的控制性能， 它能够将系统的控制信号转换成输出轴的角位移、直线位移，控制阀门等截流件的位置 或其它调节机构，使被控介质按系统要求状态工作。 11 （1）电动执行器的研制及应用现状 国内现状，我国电动执行器的研制起步较晚，是从苏联有触点的执行机构进行 仿制开始的， 60 年代末 70 年代初，逐步发展了 DDZ-II 型和 DDZ-III 型 产品。 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，无触点型直行程电 动执行机构两大类产品进入市场， 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，

32、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。随着现代工控计算机管理的发 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，产品中普遍采用多数产品实现了智能化。今天，DKJ 、 多数产品实现了智能化。 今天，DKJ 、 DKZ 系列与以前相比有了两大实质性改进：性 改进：（1）生产出直接受计算机控制的智能电子型、户外型、隔爆型等生产出直接 受计算机控制的智能电子型、户外型、改进型产品；改进型产品； （2）将电路控制部分灌封在一个小型塑料盒中，形成了便于将电路控制部分灌封在 一

33、个小型塑料盒中，即模块，维护的即插即用型。因此，普通 DKJ 型和 DKZ 型的 可靠性、精度、负载能力、信号品质系数等性能有了很大提高，而且对环境条件的 要求降低了很多；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。如上海光辉自动化阀门有限公司生产的量轻、稳 定性好的功能。 系列智能型电动执行机构就具备这些特点， RQM 系列智能型电动执 行机构就具备这些特点，其位置控制基本误差=1% ，重复性误差：（设定行程时 间25s）1% 。上海工业自动化仪：（设定行程时间 25s RK- 系列智能电动执 行机构采用全封闭、器仪表研究所开发的 RK-Z 系列智

34、能电动执行机构采用全封 闭、一体化结构；传动系统采用螺杆螺母式，传动平稳、承载能力强、传动精度高； 此外， 具有自诊断、自调整和 PID 调节功能。此外，天津贝尔仪表有限公司生产 制造的 SKJ 快速系列（3s 或 6s ， 国内最快）特别适用于需要紧急动作的工作场合。 但国内的许多智能电动执行器是引用国外先进技术生产制造的，系列智能型制造的， 如天津市龙城自动化仪表有限公司生产制造的 SH 系列智能型电动执行机构采用 了法国新一代先进技术。 因此，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

35、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，主要是依赖价格较高的国外智能产品。 SIPOS、AUMA 、EMG ， ROTORK，价 格较高的国外智能产品。如德国 SIPOS、AUMA 、EMG ，英国 ROTORK， BERNARD ARD 等电动执行器。法国 BERNARD，美国 LIMITORQUE 等电动执行器。 随着各种过程控 制要求的不断提高，电动执行器必须提高控制性能，才能真正提高自动控制水平。 自 1

36、929 年 LIMITORQUE 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，目前国外己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 控制技术己在阀门设计中得到广泛应用。这些智能化电动执行器功能强大、简单可 靠、 得到广泛应用。国际著名的电动执行器公司英国的 ROTORK（罗托克）生产的 系列智能化电动执行器， 不但具有智能通信、 智能控制、IQ 系列智能化电动执行器， 支持多种现场总线的功能，而且其独有的双密封系

37、统和红外线非侵入式设定，使它 12 可用在任何环境中，防水防暴，终身可靠，调试及故障排除简单。德国 Hartmann&Braum 公司新一代产品智能电动执行器 MOE700 实现了智能式电子一体 化，变频变速定位，监控等功能。代表着该领域的世界先进水公司等几家国外著名 的公司还有美国的 JORDAN 公司和 LIMITORQUE 公司等几家国外著名的公司。公司 的智能电动执行器突出特点是动作频率高， JORDAN 公司的智能电动执行器突出特 点是动作频率高，其动作频 20004000/h， 而国内的电动执行器动作频率在 2000/h 以下，一般动作频率达到 1200/h 就是很高的了。总之，国

38、际上智能电动执行器有 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智 能通信，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。 Nucom 电动执行器利用先进的电制动技术，控制精度可达 1/250 ， 国产的普通型 DKZ 及 DKJ 电动执行器控制精度一般2.5/100 。(2) 电动执行

39、器的发 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；智能通讯的取代模拟结构的；可靠 性、控制精度将越来越高，使用环境越来越广；功能更强大，以适应不断发展的自 动控制的要求。 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（国外，以工 业局域网技术为基础的工厂自动化（Factory Automation）工程技术在最近十年来 得到了长足的发展， Automation ）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（ RSRS接口等）

40、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/ 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 Interent 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取代了传统的 4 20mA 执行 器。现场总线技术的应用，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

41、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 ，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，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。 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（进算法（如： 最优控制、人工智能、模

42、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成，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、 13 使用可靠的智能电动执行器将不断扩大应用范围。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，控制回路装在一台现场现场仪表控制器安装为一体。 电动执行器一体化

43、，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。 结束语 国际上，电动执行器正朝着小型化、一体化、数字化、智能化、总线化和网络 化方向快速发展，国产电动执行器在产品的品种、控制精度、工艺水平、可靠性、 智能化和网络化方面还有较大差距， 具有自主知识产权的高性能电动执行器十分匮 乏。本文旨在找到我们与世界在电动执行器方面的差距， 明确目标，通过我们的努 力尽快减小国产电动执行器与世界先进水平的差距。 14 行机构选型 一但执行机构类型和阀门所需驱动力矩确定了，就可以使用执行机构厂商提供的数据

44、表或选型软件进行选型。有时还需考虑阀门操作的速度和频率。 流体驱动的执行机构可调节行程速度，但是三相电源的电动执行机构只有固定的行程时 间。部分小规格的直流电动单回转执行机构可调节行程速度。 2、优点 电动执行器的能源取用方便，动作灵敏，信号传输速度快，适合于远距离的信 号传送，便于与电子计算机配合使用。 3、缺点 电动执行器一般不适用与防火防爆的场合，而且结构复杂，价格贵。 、电动执行器选型考虑要点 （1）根据阀门类型选择电动执行器 （2）根据生产工艺控制要求确定电动执行器的控制模式 （3）根据阀门所需的扭力确定电动执行器的输出扭力 ）根据所选电动执行器确定电气参数 因不同执行器厂家的电气参

45、数有所差别，所以设计选型时一般都需确定其电气 参数，主要有电机功率、额定电流、二次控制回路电压等， 对于执行机构最广泛的定义是：一种能提供直线或旋转运动的驱动装置，它利用 某种驱动能源并在某种控制信号作用下工作。执行机构使用液体、气体、电力或其它能 源并通过电机、气缸或其它装置将其转化成驱动作用。 结束语 国际上，电动执行器正朝着小型化、一体化、数字化、智能化、总线化和网络 化方向快速发展，国产电动执行器在产品的品种、控制精度、工艺水平、可靠性、 智能化和网络化方面还有较大差距， 具有自主知识产权的高性能电动执行器十分匮 乏。本文旨在找到我们与世界在电动执行器方面的差距， 明确目标，通过我们的

46、努 力尽快减小国产电动执行器与世界先进水平的差距。 以工业局域网技术为基础的工厂自动化（ 国外，以工业局域网技术为基础的工 厂自动化（ Factory Automation）工程技术在最近十年来得到了长足的发展， Automation ）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（ RSRS 接口等）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。电动执行器是工业过程控制系统中一个十分重要的现场驱动装置，其能

47、源取用方便、安装调试简单，在电力、冶金、石油、化工等工业部门得到越来越广 泛的应用。电动执行器包括电动执行机构和调节阀两部分，控制精度主要决定于电 15 动执行机构的控制性能，它能够将系统的控制信号转换成输出轴的角位移、直线位 移，控制阀门等截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 节组成，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。 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，控制回路装在一台 现场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。流件的位置或其它调节机 构，使被控介质按系统要求状态工作。