执行器在自控系统中的发展

执行器在控制系统中又称为终端控制元件，它是正向通路中直接改变操作变量的仪表，由执行机构响应调节器来的信号或人工控制信号，并将信号转换成位移，以驱动调节机构。
常用的执行机构有电动和气动两大类，调节机构一般为阀门（调节阀，截止阀，闸阀，蝶阀等）和风门挡板。
执行机构与调节机构的连接有两种方式：
1）直接连接：执行机构一般安装在调节机构（如阀门）的上部，直接驱动调节机构。这类执行机构有：直行程电动执行机构，电磁阀的线圈控制机构，电动阀门的电动装置，气动薄膜执行机构和气动活塞执行机构等。
2）间接连接：执行机构与调节机构分开安装，它们之间通过转臂及连杆连接，转臂作回转运动，这类执行机构有角行程电动执行机构，气动长行程执行机构等。
1 电动执行机构
电动执行机构按输出位移形式可分为角行程、直行程和多转电动执行机构三类。目前我国工业自控系统多采用以下单元组合仪表来实现输入/输出功能，图例如图1所示。

图1中包括伺服放大器和执行机构两个独立部件，带伺服放大器的称比例式电动执行机构，不带伺服放大器的称积分式电动执行机构，执行机构由两相伺服电动机、减速器及位置发送器等部件组成。在实践运用中，特别要理解的一点是，比例式电动执行机构，输入信号和输出信号（反馈信号）比较后，差值通过放大器驱动执行器动作。因此，放大器的性能好坏是一个关键。
电动机采用特种电机，它具有高起动力矩倍数，低起动电流和较小的转动惯量，因而有良好的伺服特性，在电机定子内部装有热敏开关作电机过热保护，该开关与控制电机的电路相联，当电机出现异常过热时开关断开，从而保护电机和执行机构，当电机冷却下来以后，开关恢复接通，电路恢复工作。
位置发送器：位置发送器由位置传感器和电流变送器TAM构成，位置传感器是采用高精度，长寿命的导电塑料电位器作为位置传感器元件，它与行程控制机构同轴连接，其阻值为1kΩ，功率4W，线性精度0．2%，寿命可达54万次，电位器阻值随执行机构输出转度而变化，一般作为位置反馈信号。TAM作为独立的部件安装在力矩行程限制器的箱子内，TAM上有0%及100%两个微型多圈电位器，可以分别精确地调整执行机构起始位置，电流值（4mA）和终点位置电流值（20mA），TAM由执行机构自身提供24V直流电源供电，也可由外面提供电源。位置定位器：位置定位器实质上是一个接受调节单元或计算机送来的弱电信号，并和位置反馈信号综合比较后进行放大输出的一种多功能、大功率放大器，它与执行器相联，以控制执行机构按要求准确定位。减速器一般有三级减速，第一、二级采用体积小、传动比大、效率高的行星齿轮减速，部分减速器第二级为斜齿轮传动。最后一级采用减速比大并具有自锁性能的蜗轮蜗杆或丝杆螺母传动，直行程最后一级为螺杆螺母将转动变为直线运动。角行程最后一级一般为蜗轮蜗杆摇臂结构。力矩行程限制器：力矩行程限制器是一个标准单元部件，但它在结构上与减速器机壳是一个整体。它由力矩限制机构、行程控制机构、位置传感器及接线端子等组成。

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2 气动调节阀
1）目前国产气动调节阀概述。
气动调节阀由气动执行机构和调节阀两部分组成，气动执行机构以无油压缩空气为动力，接受气信号（20kPa～100kPa）并转换成位移，驱动调节阀以调节流体流量，在气动执行机构中，气动阀门定位器尤其显得重要，它能够准确地按调节信号实现正确的定位，准确地实现工艺流程的需求，同时对气源质量提出了很高的要求，气源质量应无明显的油蒸汽、油和其他的液体，无明显的腐蚀性气体，蒸汽和熔剂，气源中所含固体微粒数量应小于0.1g/m且微粒直径应小于60μm，含油量应小于10mg/m。
2）目前国产调节阀存在的缺陷。
a．定位器一般仍延用机械杠杆调节作用。这种定位器调节精度比较差，准确度不够，抗震性能差，反抗凸轮尤其是对输入/输出特性曲线（快开，等百分比曲线）无法实现。对于调节阀门实现输入/输出特性曲线用图2可阐明。以上对于输入4mA～20mA信号，阀门动作有3条曲线。第一条曲线为快开特性曲线。第二条曲线为线形特性曲线。第三条曲线为等百分比特性曲线。而进口的C—V阀门，它本身带有这三种曲线的凸轮，可根据实际调节功能，更换凸轮便可达到目的，而对于ABB公司生产的定位器（微电脑定位器）可对定位器编程设定，更为方便地实现上述三种阀门特性曲线并且精度高，反应快速灵敏，笔者在张家口发电总厂Ⅱ期扩建工程中，针对凝汽器补水门、连排疏水门、定子冷却水温度调节阀等多个国产阀门调试中，发现阀门反应迟缓，调整不准确，精度差，在运行中相当不可靠，直接影响了生产运行。
b．阀门实现三断保护性能差。气动执行机构具有三断自锁保护装置，即在断电源，断气源和断电信号时，执行机构输出轴能锁定在原来的位置上，国产的一些气动执行机构有些根本无此装置，有的即便有，但不能够实现三断保护。笔者认为，在目前自控技术的发展及工艺生产流程的自动化水平不断提高的情况下，保证调节元件的稳定性也就保证了生产的安全性。
c．机械性能差也是目前国产气动调节阀的一大弊病。目前国产气动调节阀的机械部件不时出现机械卡涩；阀门关闭不严，时常出现漏流现象；弹簧弹力不够，时常出现阀门反应迟缓，出力不够等。
3 结语
我们欣喜地看到，无论是法国伯纳德公司生产的执行机构，日本山武霍尼韦尔公司生产的调节阀，还是ABB公司生产的执行器，英国罗托克公司生产的执行机构等，已在我国工业系统，尤其是发电厂得到广泛使用。这些产品的技术也逐步引入到我国国产执行机构上，推动了我国国产执行机构的发展，逐步适应我国现代化企业的自动化生产，但我们必须清醒地认识到差距，发奋努力，迎头赶上。