第十八章执行器.doc

第三篇执行器第十八章执行器第一节概述一、执行器的作用在控制仪表中,变送器是信息的源头,控制器是信息的处理,执行器是信息的终端,因此也称执行器为终端元件(finalelement)。生产过程的信息从变送器引入,经控制器或DCS运算处理后输出操作指令给执行器控制生产过程,或由操作员站发出的人工操作指令给执行器控制生产过程。执行器将操作指令进行功率放大,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,如控制阀门、挡板,控制操纵变量变化,以完成对各种被控参量的控制。执行器主要由执行机构和控制机构两部分组成,控制机构也称为调节机构、调节阀或控制阀。执行器和执行机构是两个不同的概念,如果执行机构安装在调节阀上,二者的组合应称为执行器,或者说,带有调节阀的执行机构是执行器,执行机构是执行器的组成部分之一。凡是涉及流体的连续自动控制系统,一般都是用控制阀作为控制机构,因为这种方式投资最少而且又简单实用。但是,随着变频技术的发展,用变频器控制泵和风机转速来控制流体的流量的方式开始增多,因为这种方式既节余额能源,又能提高控制质量,但这种方式的投资较大。执行机构的特性对控制系统的影响,丝毫不比其他环节小,即使采用了最先进的控制器和昂贵的计算机,若执行环节上设计或选用不当,整个系统就不能发挥作用。控制阀直接与介质接触,常常在高压、高温、深冷、高粘度、易结晶、闪蒸、汽蚀、高压差等状况下工作,使用条件恶劣,因此,它是控制系统的薄弱环节。如果执行器选择或使用不当,往往会给生产过程自动化带来困难。在许多场合下,会导致自动控制系统的控制质量下降,控制失灵,甚至因介质的易燃、易爆、有毒、而造成严重的生产事故。因此,必须对执行器的设计、安装、调试和维护给与高度重视。二、执行器的产生远古时期,人们为了控制河流或小溪的水流量,采用大石块或树干来阻止水的流动或改变水的流动方向。以后,在农业中又出现了用于灌溉的水渠闸门,这就是执行器的雏形。最早的执行器是1880年由费希尔制造的带重锤的自力式执行器,如图18-1所示。图18-1带重锤的自力式执行器当用户使用的流体减少时,流体压力P增大,,杠杆失去平衡,逆时针转动,带动阀杆向下移动,关小阀门,流体较少的通过阀门,导致阀门后流体压力下降。阀杆的移动速度与压力偏差成正比。当压力逐步恢复到时,阀门停在一个新的位置。反之,当用户使用的流体增大时,流体压力P减小,,在重锤重力的作用下,杠杆失去平衡,顺时针转动,带动阀杆向上移动,关大阀门,流体较多的通过阀门,导致阀门后流体压力上升。当压力逐步恢复到时,阀门停在一个新的位置。阀杆的移动速度与针形的阻力有关,改变针形阀的开度(即阻力R)可改变阀杆移动的速度。三、执行器的构成⒈电动执行器构成电动执行器主要有三种构成:遥控操作执行器(如图18-2所示);积分式执行器(如图18-3所示);比例式执行器。比例式执行机构又分成三种构成方式:①伺服放大器与操作器分体式控制(如图18-4所示);②伺服放大器中包括操作器,即伺服放大器与操作器组成一体化结构(如图18-5所示);③伺服放大器(电动阀门定位器)直接安装在执行机构上组成一体化结构,也称电子式执行机构,只要输入4~20mA直流信号就能控制电动执行机构动作(如图18-6所示)。图18-2遥控操作执行器原理框图图18-3积分式执行器原理框图图18-4分体式执行器原理框图图18-5一体化执行器原理框图图18-6电子式执行机构原理框图⒉气动执行器构成气动执行器主要有二种构成:开环和闭环。开环原理框图如图18-7所示,它只能用在控制精度要求不高的场合;闭环原理框图如图18-8所示,它用在控制精度要求较高的场合。图18-7气动执行器开环原理框图图18-8气动执行器闭环原理框图第二节执行机构一、分类及特点㈠按使用的能源形式执行机构根据所使用的能源形式可分成气动、电动和液动三大类。气动执行机构是利用压缩空气作为能源,电动和液动执行机构分别利用电和高压液体作为能源。国内火电厂所选用的执行机构中,电动、气动的较多,液动的较少。电动执行机构更多的是与DCS(分散控制系统)和PLC(可编程序控制器)配合使用。电动执行机构具有体积小、信号传输速度快、灵敏度和精度高、安装接线简单、信号便于远传等优点。采用电动执行机构,在改变控制阀开度时,需要供电,在达到所需开度时就可不再供电,因此,从节能看,电动执行机构比气动执行机构有明显节能优点。采用电动执行机构。不仅可减少采用气动执行机构所需的气源装置和辅助设备,也可减少执行机构的重量。电动执行机构的缺点是应用结构复杂、输出力矩小、不能变速(指未采用变频器的执行机构)、流量特性由控制机构确定等。为避免电动机温升过高,一般不允许电动机频繁动作,这使得自动控制系统很难提高控制准确度。气动执行机构具有结构简单、安全可靠