智能型直行程电动执行机构原理及应用

　　介绍智能型YLM系列直行程电动执行机构的工作原理和结构，分析比较电动执行机构与气动执行机构及液动执行机构的优缺点，阐述YLM系列直行程电动执行机构现场应用的优势，最后说明电动执行机构的发展趋势。

　　电动执行机构可分为直行程和角行程2大类，直行程电动执行机构接受调节器的输入信号，并将其转换成与输入信号成比例的直线位移去带动阀门、挡板等调节机构，以实现自动控制。随着微电子技术、微机械技术和控制技术的发展，智能型电动执行机构成为一种发展趋势。智能型电动执行机构以微处理器作为主控器件，并配有功率控制单元、故障诊断报警单元、人机对话单元，可进行闭环控制;具有数字通信接口;调试时具有非侵入特性，即在不打开电气箱盖的前提下可设定各种运行控制参数。

1、工作原理与结构

　　(1)工作原理

　　YLM系列直行程电动执行机构是以单相交流伺服电动机为动力装置的位置伺服机构，其系统见图1。该电动执行机构的工作原理为：接受来自调节系统输入4～20mADC控制信号Ii与电动执行机构的位置反馈信号If并将其比较放大，当Ii与If之差超过死区Σ，电动机接通电源，以恒速旋转经减速器变为输出轴故轴向直线位移。在位移的同时，位置发送器输出1个与位移成比例的位置反馈信号If，当Ii与If之差小于死区Σ时，切断电动机电源使之停止转动，从而输出轴稳定在一定位置上，系统处于平衡状态。若电动执行机构的输入信号增大，则输出信号与反馈信号的偏差为正极性，电机正转;反之则偏差为负极性，电机反转。死区E值可在设置时改变。

图1 执行机构系统框图

　　(2)控制器

　　电动执行机构的控制器采用目前流行的PIC系列单片机为主控元件，同时采用无触点输出方法，具有寿命长、工作可靠、体积小和重量轻等优点。当输入控制信号4～20mADC时经光电隔离及A/D转换将模拟信号转换为数字信号后，将其送至CPU进行处理，CPU再根据执行

　　机构输出轴的当前位置(即反馈量)进行比较来决定电机的启/停及转动方向，并通过接口电路来驱动电机的转动，同时，CPU不断地从传感器上采集执行机构输出轴的当前位置并与给定量进行比较，实现输入信号对执行机构的输出轴位移的控制。

　　(3)减速机构

　　减速器是电机和工作机之间独立的闭式传动装置，用来降低转速和增大转矩，以满足工作需要。电动执行机构的减速器机构由多个平齿轮、螺旋机构和手操机构组成，自动操作时，交流伺服电机通过齿轮组传动梯形螺母从而传输轴在导管中来回移动;手动操作时，旋转手轮从而带动齿轮组至梯形螺母使传输轴位移，输出轴的极限尺寸由导管长度决定。

2、现场应用优势

　　(1)3种执行机构优缺点比较

　　执行机构可分为电动执行机构、气动执行机构和液动执行机构。其优缺点比较见表1。

表13种执行机构优缺点比较

　　因此，电动执行机构由于其突出的优点而被广泛应用于电力、冶金、石油、化工、轻工等工业部门的自动控制领域。

　　(2)YLM系列直行程电动执行机构的优点

　　YLM系列直行程电动执行机构特别适合挡板的可靠定位，适用于燃烧控制阀门、叶片、变速驱动或其他直行程应用场合。目前，YLM系列直行程电动执行机构已成功应用于多家电厂锅炉的2次风门上，几年来的运行实践表明，执行机构定位准确、性能稳定、效果良好。

　　YLM系列直行程电动执行机构可以接受无源触点(如DCS系统的DO)控制、4～20mA模拟量控制和220VAC有源开关量控制等3种控制;在故障状态下可以保持在全开、全关或原位置。

　　优点：

　　1)制造工艺复杂，加工精良，具有体积小、重量轻、耐高温和安装方便的优点;

　　2)结构上采用具有双重自锁功能、双重防水、双重推力保护和自润滑的部件，即使处于恶劣环境，执行机构仍可以正常工作;

　　3)电路控制设计采用逐步接近既定目标值方法，可提高执行机构工作精度防治过冲震荡，并采用全隔离电路可提高抗干扰能力;

　　4)采用防死机技术，工作环境温度范围为-25℃～80℃，执行机构可长期地稳定工作。

　　此外，执行机构还具断信号以调节机构卡死等故障保护、状态的显示及接点输出功能。

3、展望

　　随着各种新技术的快速进步，电动执行机构正朝小型化、一体化、数字化、智能化、总线化和网络化方向大步迈进，控制精度将越来越高，使用环境越来越广。然而，国产电动执行机构在产品的品种、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机构还很少，亟需努力找出差距，尽快缩短国产电动执行机构与世界先进水平的差距，更好地满足工业控制的需要。