上海自动化仪表十一厂电动执行机构是电动单元组合式仪表中的执行单元。以单相交流电源为动力，接收统一的标准直流信号，输出相应的转角位移，操纵风门、挡板等调节机构，可配用各种电动操作器完成调节系统“手动—自动”的无扰动切换，及对被调对象的远程操作，电动执行机构还设有电气限位和机械限位双重保护来完成自动调节的任务。在电力、冶金、石油化工及锅炉系统的上水及风门挡板的调节等得到广泛应用。
 

　　随着我国经济的快速发展，现代工业设备日益朝着大型化、复杂化、智能化发展。传统的半自动特别是手动控制的系统、误差大、生产效率低下。参数报警和连锁保护已经不能满足现代化生产过程的需要。执行机构除应用于工业也应用于其他控制领域，减少了劳动强度，提高了控制精度和生产效率。在当今计算机控制系统中，软硬件的可靠性和稳定性已经非常高，所以执行器的稳定性和控制精度已经成为自动控制系统中的重要环节。
 

　　1 执行器的工作原理
 

　　电动执行器，是一种自动控制领域的常用机电一体化设备器件，是自动化仪表终端的执行设备。主要是对一些阀门、挡板等设备进行开关和调节控制，代替人工作业。它由伺服放大器和执行机构两部分组成。
 

　　注：Ii为输入电流即指令；If为变送器的反馈电流；
 

　　输出量θ为执行器旋转的角度或位移。
 

　　DKJ角行程电动执行器是一个具有深度负反馈的闭合随动系统。伺服放大器将输入信号Ii和来自执行机构的位置反馈信号If进行比较，将两者的偏差进行放大以驱动两相电机转动，再经减速机减速，带动输出轴改变转角。输出轴转角的变化又经过位置发送器按比例转换成相应的位置反馈电流If，反馈到伺服放大器的输入端。当Ii与If偏差为0时，两相电动机停止转动，输出轴稳定在与输入Ii相对应的位置上。电动执行机构输出轴转角θ与输入信号电流之间的关系为：
 

　　θ=KIi (1)
 

　　式中：K=9 /mA，可以近似看成一个比例环节。前置磁放大器是伺服放大器的主要部件，它是一个具有内部反馈的直流双推挽式磁放大器，它利用磁铁材料的非线性原理，将电流转换成电压输出。
 

　　1.1 电动执行器工作模式
 

　　就地方式、远程方式和自动调节方式。当执行机构出现故障或紧急事故时，旋钮切到“手动”位置，摇动手轮就可以实现手动操作。遥控方式是把中控室内的操作器切换开关放在“手动”位置时，通过旋转“开”或“关”旋钮发出控制信号控制执行机构正转或反转。
 

　　在自动调节方式时，其控制过程：输入信号Iλ1=0时，位置发送器反馈电流I反=0，此时伺服放大器没有输出电压，电机停转，执行机构输出轴稳定在预选好的零位。
 

　　输入信号Iλ1>0时，此输入信号与系统本身的位置反馈电流在伺服放大器中进行磁势综合比较，由于这2个信号大小不相等且极性相反就有误差磁势出现，从而使伺服放大器有足够的输出功率驱动电机，执行机构输出轴就朝着减少这个误差磁势的方向运动，直到输入信号和位置反馈信号两者相等为止，此时输出轴就稳定在与输入信号相对应的位置上。
 

　　2 电动执行机构的组成及功能
 

　　电动执行机构由电机、减速器及位置发送器3部分组成。
 

　　2.1 电机
 

　　电机是接受伺服放大器或电动操作器输出的开关电源，把电能转化为机械能，从而驱动执行机构动作。
 

　　2.2 减速器
 

　　减速器是将电机的高转速、小转矩转换为低转速、大转矩的输出功率，驱动输出臂转角限制在90°范围内，产生的扭矩通过联杆驱动阀板开启。
 

　　2.3 位置发送器
 

　　位置发送器是通过连杆产生轴向位移，改变铁芯在差动变压器线圈中的位置，使差动变压器输出对应位置的电压转换成标准的直流电流信号(4~20mA)。减速器输出轴的转角位移与位置发送器的输出电流呈线性关系。
 

　　3 电动执行机构常见故障的分析
 

　　3.1 经常发生电源保险丝被烧断或空开跳闸；执行机构电机不转动故障分析
 

　　(1)执行机构大部分都安装在工作环境恶劣、灰尘大、易漏水的地方。或有漏水滴在了电源插座上引起保险丝烧坏或空开跳闸；如：执行机构内部或传输线路有了问题。也可引起空开跳闸，此时，可以把执行机构的插头拔掉以检查是否是其内部还是传输线路的问题。如拔掉该插头后，保险丝不再被烧坏或空开不跳闸，就是其内部有问题，否则很可能是传输线路出了问题。很可能是临近插头的线路受潮，致使电源造成短路。
 

　　(2)执行机构电机启动电容击穿、电机绕组短路或开路，此时，更换电容或电机或者查出绕组开路点。
 

　　3.2 调节器输出变化但执行机构始终不动作故障分析
 

　　(1)闭环回路上各连接线有断开或各接点接触不良的现象。
 

　　(2)伺服放大器无输出，伺服放大器本体故障，一般在放大器前级，导致伺服放大器无输出。
 

　　(3)电机故障造成执行机构不动作，电动执行机构的电机烧坏，或电机绕组损坏；电机绕组断路或短路造成执行机构不动作。有时电机内刹车片断裂，造成电机卡死。导致执行机构不动作。
 

　　3.3 执行机构在开或关过程中反馈信号实时跟踪阀门当前位置时，反馈信号上下漂移，造成执行机构摆动的故障分析。
 

　　(1)当执行机构电机的电动刹车失灵，执行器无法定位，容易引起反馈信号漂移。
 

　　(2)差动变压器的铁芯连杆锁紧装置松动，输出轴的转角位移与位置发送器的输出电流波动不呈线性关系。
 

　　(3)全开位置与全关位置的角度太小，使差动变压器输出过于敏感。适当扩大灵敏度(死区)的设置。
 

　　3.4 执行机构的动作方向与调节器给定方向相反的故障分析
 

　　从调节器给出阀位调节信号，当要求阀位开大时，阀位反馈信号却显示关小了。经检查发现是由于伺服放大器输出的正反转信号线接反造成，这样导致电机该增大输出转角时却反而减小。
 

　　3.5 阀位输出线性不好或没有输出信号故障分析
 

　　(1)导电塑料电位器损坏。调整电位器但电阻值不变化或变化很小。
 

　　(2)位置发送器工作不正常，导致电流信号无输出。
 

　　4 结束语
 

　　在日常维护中发现，电动执行机构的故障多发于伺服放大器故障。而伺服放大器是由电器元件组成的电子线路板构成，电子元件的质量和电路板的可靠性决定了伺服放大器的可靠性。常规伺服放大器抗干扰的能力普遍不高，电压的波动、高温、高粉尘、振动等外部环境的影响都容易导致伺服放大器故障。针对伺服放大器存在可靠性差的缺点，建议利用DCS来实现伺服放大器的控制功能。因为DCS具有灵活的组态方法、丰富的软件功能和很高的可靠性。可自动判断执行机构的状态，当固态继电器击穿或者阀位反馈信号有误时能够使电动执行机构保持在原位置，以防止事故的扩大化。而且在可靠性方面有了很大程度的提高。