教案(电动执行单元)新(徐志岷)

电动执行单元一、概述电动单元组合仪表中的执行单元将4~20毫安的直流输入信号转换成相应的机械位移（0~90度转角或直线位移），用以操纵调节系统中的调节机构，从而实现自动调节。执行单元主要有角行程（DKJ型）电动执行器和执行程（DKZ型）电动执行器两种，它们都是以电动为动力的位置伺服机构，所以统称为电动执行器。这两种执行器的电器原理完全相同，只是减速器有别，从而输出的机械位置不一样，角行程执行器将信号转变为角位移量而直行程执行器将信号转变为线位移量。二、用途及工作原理DKJ型电动执行器是电动单元组合仪表中的执行单元。其接受调节器或者操作单元来的4~20毫安直流电流信号，将其线形的转换成0~90度的机械转角，用于操纵风门，蝶阀，挡板等执行元件，以完成调节任务。角行程电动执行器包括伺服放大器和执行机构两个独立部件。伺服放大器包括前置磁放大器，触发器及伺服电机控制电路；执行机构包括伺服电机，减速器及位置发送器等部件。当有信号输入时，伺服放大器便把输入信号Isr与位置反馈信号If相比较，两者的偏差经放大后，控制伺服电机正转或反转，又经减速器减速后，输出轴就得到低转速的大力矩，从而带动执行机构在0~90度转角范围内变化。同时输出轴的转角又经位置发送器转换为相应的0~20mA的直流电If,这个电流被反馈到伺服放大器的输入端，作为负反馈信号。当位置反馈信号与输入信号数值相等时，伺服机停止转动，输出轴就稳定在与输入信号相对应的位置上。系统接线图和电机机线路图如下图所示伺服放大器伺服放大器伺服电机手操器减速器位置发送器IsrIsLNKN二相伺服电机输出轴三、执行机构的安装1、注意阀门的实际开关位置（一般阀门的开关标志或键槽位置）2、注意阀门的安装方向3、摇臂式安装注意是否有死点4、执行机构输出臂与阀门力臂应在同一平面内，向外≤10°，向内≤3°，杠杆与连接杆之间的角度在执行机构到达终点时必须不小于20°。5、阀门位置与执行机构涡轮箱位置的对应问题四、电子式执行机构随着科学技术的不断发展，现在出现了电子式执行机构，只要输入4~20毫安的直流控制信号，即可控制执行器进行相应的动作，具有结构紧凑，调整方便，性能可靠等特点。这种执行机构实际上是伺服放大器与执行机构组合在一起的执行器，其工作原理与原执行器是相同的。根据生产厂家的不同，其调整方式也不一样，但其工作原理基本相同，其主要故障常出在集成的伺服放大及反馈控制器、位置电位器、启动电容等组件。五、电动执行机构的故障

提高电动执行机构的可靠性，就要尽可能减少和消除故障，而事实上这种故障是多种多样的。有的是某一元件失灵引起的，有的是系统中元件/组件综合因素引起的，有的则是电气、二次回路以及外界因素引起的。有些故障通过调整的方法就可以解决，有的则是由于使用时间长、精确度差，需要修配、更换部件才能恢复其性能，也有些是因原始设计不周，需改进才能排除。

1、电动执行机构的故障特征

(1)调试阶段故障新电动执行机构的故障问题比较复杂，其特征是设计、制造、安装及管理等质量问题交织在一起。常见故障有泄漏严重、速度难以调整稳定，脏物或油污使传动机构卡涩或动作失灵。某些组件漏装或装错弹簧、密封件，也有属于设计欠妥，元件选择不当，动作不平稳、定位精确度差等，对待这类故障，应耐心细致、慎重处理，逐一排除。(2)运行初期和中期故障调试后进入正常生产阶段的故障特征有：少数密封件由于装配质量和材料质量问题短期内损坏而漏油；原先粘附在管壁、孔壁上的毛刺、粘沙、杂质和脏物脱落导致某些元件工作不稳定。一般到运行中期，系统元件/组件处于最佳运行工作状态，故障率较低。(3)运行后期故障电动执行机构运行一段时间后，各类元件/组件因工作频率和负载条件的差异，各易损件先后磨损超标。这个阶段的故障特征是位置反馈接触不良、定位精确度差、稳定性下降、效率显著降低、故障率逐渐增加。这时应全面检查，更换失效部件，不应有凑合、对付想法，应科学、严格地下决心投资,予以全面修复，否则可能给运行人员带来很多麻烦，甚至严重影响机组的正常调节和控制。（4）偶发性、突发性故障这类故障在时间上表现为偶然突变，故障区域及产生原因较为明显，由非人为和人为因素造成，如位置反馈器件接触不良、刹车片磨损及“抱死”、零部件损坏、线圈烧坏、密封件失效等。2、执行机构常见故障分析：（1）分相电容故障：分相电容可以使与之串联的定子绕组上的交流电压与另一定子绕组上的交流电压产生90度的相位差，从而形成合成的旋转磁场，产生启动力矩，使转子转动。其转动方向则取决于分相电容串联在哪一个定子绕组上。所以分相电容CD的作用，一是产生启动力矩，二是改变旋转方向。如CD断路，则合成旋转磁场无法产生，也就没有启动力矩，电机就不会启动。如CD短路，则电机两绕组同时通入同相电流，电机处于电气制动状态，不会转动。有时故障还会表现为执行机构通电后给关信号执行机构先全开后再全关；或给执行机构一定的开度信号，执行机构先全关后再回到给定位置，故障原因是电机分相电容容量降低或软击穿。（2）电源故障：执行机构的电源故障主要表现为电源开关无法，送电或虽然能够送电，但进行操作时开关跳闸。前者一般为电源线路故障，可以检查线路绝缘，看有无电缆接地或粘连现象。后者一般是电源开关选择过小，更换开关即可。（3）电机故障：断开控制回路，电机的中线接零线，用火线先后短接分相电容的两个点，如果执行机构能开关动作，则电机一般没有问题。如果执行机构不能动作，且检查分相电容正常，则应检查电机绕组是否断路或短路。（4）执行机构震荡：对整个调节系统而言，电动执行器振荡属小回路振荡，调节系统是大回路振荡，它们在现象和特征上是有区别的。从现象看，执行器本身振荡时，阀位指示表指针上下波动，而被调参数及调节器输出却无明显变化。调节系统振荡时，除执行器本身振荡外，调节器输出随被调量的波动而产生有一定规律的振荡。从特征看，执行器振荡的频率较高，周期较短。调节系统振荡的频率较低，周期较长，被调量、调节器输出及执行器振荡频率基本相同。3、几种常用执行机构的故障（1）DKJ系列执行机构常见故障：故障现象原因分析检查方法排除方法执行机构不动作①相线与中线接反用试电笔检查中线与相线对调重新接好②保险丝断目测更换保险管③线路断开或各接点接触不良目测或用万用表测量检查各焊点是否脱焊或各接线点、插座等接触是否良好对脱焊重新焊好，对接触不良要重新接好或更换不良零件④电机绕组断路或短路用导线短接固态继电器之交流输出两接点，电机不转或有声响更换电机⑤分相电容击穿或失效更换电容⑥固态继电器断路损坏用导线短接固态继电器之交流输出两接点，电机转动更换固态继电器⑦放大器前级故障依次检查前级输出直流电源及无器件，对损坏元件更换接通电源后输出轴就朝一个方向转动①放大器前级不调零用万用表量在无信号时放大器前级输出断开输入信号和反馈信号重新调零②反馈两条线接反用万用表检查反馈电流方向更改接线③放大器输出两条线接反用调接两条线方法更改接线④固态继电器击穿用断开固态继电器交流输出接点方法或用万用表量更换固态继电器执行机构只能向一个方向转动①一路输出断路、固态继电器损坏或输出电路断线用导线短接固态继电器两交流输出接点对损坏固态继电器进行更换对接线断线重新接好②控制电路一路失效用万用表检查三极管更换损坏三极管③电机一路断线用万用表测量重新接好断线一个方向正常一个方向输出无力①一个固态继电器软击穿用断开固态继电器交流输出两端子方法断开后电机转动正常更换被断开之固态继电器②电机中线接错自测更改接线执行机构两个方向输出无力①电机分相电容容量降低或软击穿②电机制动器故障打开电机后罩检查调整或更换制动器零件执行机构震荡①放大器不调零用万用表检前级输出放大器在无任何外信号情况下重新调零②死区过小调放大器灵敏电位器③电机制动器失败打开电机后盖检查摩擦片和弹簧是否更换新的摩擦片或重新调整弹簧（2）奥托克IKM系列执行机构：1）主板故障：现象：不能动作；没有反馈；死机。处理：更换主板或恢复出厂设计（注意要将阀位先置为50%）2）电源板故障：现象：现场、远程均不能动作；只能单方向动作（可控硅或接触器损坏）；电机无力处理：更换电源板；更换接触器3）键盘板故障：现象：现场或远程不能动作处理：更换键盘板4）霍尔板故障：现象：阀位波动、无规律变化处理：更换霍尔板5）传动系统故障：现象：手、电动无法正常转换（离合体故障）；涡轮箱不动处理：检查传动系统安装是否正确、到位，涡轮箱是否磨损6）执行器振荡：加大死区和行程抑制治时间7）信号共地问题：现象：反馈显示偏差较大处理：可采用隔离器进行控制和反馈信号的双隔离方式或更换主板8）接线错误（3）奥特美执行机构：1）控制器故障：执行器不动作；无反馈或反馈不准；电机只能单方向转2）电机、电容故障：执行器不动作；电机只能单方向转动；电机转动无力3）机械故障：转动卡涩或电机只能单方向转动（4）重庆川仪RHA系列执行机构：1）电源板故障：执行器不动作2）控制板故障：执行器不动作；反馈不正常；执行器震荡3）分相电容故障：执行器不动作；执行器动作无力；六、仪表的干扰来源及抗干扰措施仪表在工业生产的现场使用的条件常常是很复杂的。被测量的参数又往往被转换成微弱的低电平电压信号，并通过长距离传输至二次表或者计算机系统。因此除了有用的信号外，经常会出现一些与被测信号无关的电压或电流存在。这种无关的电压或电流信号我们称之为“干扰”（也叫噪声）。干扰的来源有很多种，通常我们所说的干扰是电气的干扰，但是在广义上热噪声、温度效应、化学效应、振动等都可能给测量带来影响，产生干扰。在测量过程中，如果不能排除这些干扰的影响，仪表就不能够正常的工作。根据仪表输入端干扰的作用方式，可分为串模干扰和共模干扰。串模干扰是指叠加在被测信号上的干扰；共模干扰是加在仪表任一输入端与地之间的干扰。1、干扰的产生

干扰来自于干扰源，它们在仪表内外都可能存在。在仪表外部，一些大功率的用电设备以及电力设备都可能成为干扰源，而在仪表内部的电源变压器、机电器、开关以及电源线等也均可能成为干扰源，干扰的引入方式主要如下：

1)电磁感应，也就是磁耦合。信号源与仪表之间的连接导线、仪表内部的配线通过磁耦合在电路中形成干扰。像我们在工程中使用的大功率的变压器、交流电机、高压电网等的周围空间中都存在有很强的交变磁场，而仪表的闭合回路处在这种变化的磁场中将会产生感应电势。感应电势可用下式计算：式中：en——感应电动势；

B————磁通密度；

A————闭合回路的面积；

θ————磁力线与面积A的垂线的夹角。这种磁感应电动势与有用信号串联，当信号源与仪表相距较远时，此情况较为突出。如图1.1(a)和1.1(b)所示：.图1.1为降低感应电动势，B、A或COSθ等项必须尽量减小。所以将导线远离这些强用电设备及动力网，调整走线方向以及减小导线回路面积都是必要的。仅由于把两根信号线以短的节距绞合，磁感应电动势就能降为原有的1/10~1/100。

2)静电感应，也就是电的耦合。在相对的两物体中，如其一的电位发生变化，则由于物体间的电容使另一物体的电位也发生变化。干扰源是通过电容性的耦合在回路中形成干扰。它是两电场相互作用的结果。如图1.2中所示：图中，导线1的电位会在导线2上感应出对地的电压ec：当把两根信号线与动力线平行敷设时，由于动力线到两信号线的距离不相等，分布电容也不相等。它在两根信号导线上能产生电位差，有时可达几十毫伏甚至更大。当把信号线扭绞时能使电场在两信号线上产生的电位差大为减小。而在采用静电屏蔽后，能使感应电势减小到1/100~1/1000。

通过电磁感应、静电感应所形成的干扰大部分是50Hz的工频干扰电压。但是其他的高频发生器、带整流子的电机等设备，也会产生高频的干扰。由于雷云之间、雷云与大地间的放电，在配线上也能感应出异常电压。

3)附加热电势和化学电势，主要是由于不同金属产生的热电势以及金属腐蚀等原因产生的化学电势，当它处于电回路时会成为干扰，这种干扰大多以直流的形式出现。在接线端子板或是干簧继电器等处容易产生热电势。

4)振动。导线在磁场中运动时，会产生感应电动势。因此在振动的环境中把信号导线固定是很有必要的。以上这4种干扰都是和信号串联，也就是以串模干扰的形式出现。

5)不同地电位引入的干扰。在大地中，各个不同点之间往往存在电位差。尤其在大功率的用电设备附近，当这些设备的绝缘性能较差时，这一电位差更大。而在仪表的使用中往往又会有意或无意的是输入回路存在两个以上的接地点。这样就会把不同接地点的电位差引入仪表，这种地电位差有时能达1~10伏以上，它是同时出现在两根信号导线上。如图1.3所示：通过静电耦合的方式，能在两输入端感应出对地的共同电压，以共模干扰的形式出现。

由于共模干扰它不和信号相叠加，它不直接对仪表产生影响。但它能通过测量系统形成到地的泄漏电流，这漏电流通过电阻的耦合就能直接作用于仪表，产生干扰。

6)除一些脉冲电压能够作用于模拟电路之外，还可以对数字电路产生干扰，这些脉冲电压的发生源是开关、电机、继电器这样一些感性负载和产生放电的机器等。

在了解了各种不同的干扰源之后，我们就可以针对不同的情况采取对应的措施加以消除或避免。因为所有的干扰源都是通过一定的耦合通道而对仪表产生影响，因此我们可以通过切断干扰的耦合通道来抑制干扰。

通常采用的方式有信号导线的扭绞、屏蔽、接地、平衡、滤波、隔离等各种方法，一般我们会同时采取多种措施。

2、干扰的抑制

常用的抗干扰措施比较多，要想抑制干扰，必须对干扰作全面地分析了解，要在消除或抑制噪声源、破坏干扰途径和削弱接收电路对噪声干扰的敏感性这三个方面采取措施。

消除噪声源是积极主动的措施。比如插接件接触不良、虚焊等情况，对于这类干扰源是可以消除的。从原则上讲，对于噪声源应予以消除。但是，实际上很多的噪声源是难以消除或不能消除的。例如有时候泵房中的仪表，泵运行时电机的电磁干扰就是不能够消除的。这时候就必须采取防护措施来抑制干扰。

1)串模干扰的抑制

串模干扰与被测信号所处的地位相同，因此一旦产生串模干扰，就不容易消除。所以应当首先防止它的产生。防止串模干扰的措施一般有以下这些：*信号导线的扭绞由于把信号导线扭绞在一起能使信号回路包围的面积大为减少，而且是两根信号导线到干扰源的距离能大致相等，分布电容也能大致相同，所以能使由磁场和电场通过感应耦合进入回路的串模干扰大为减小。

*屏蔽。为了防止电场的干扰，可以把信号导线用金属包起来。通常的做法是在导线外包一层金属网（或者铁磁材料），外套绝缘层。屏蔽的目的就是隔断“场”的耦合，抑制各种“场”的干扰。屏蔽层需要接地，才能够防止干扰、如图2.1我们可以清楚地看到屏蔽层接地和不接地的两种情况，我们可以分析一下这两种情况：图中导线1为干扰源，导线2为信号导线，导线2对地电阻可认为是无限大，并在导线外包裹屏蔽层。

如图2.1中所示，屏蔽层不接地，因为干扰源与屏蔽层之间存在分布电容，在导线2的屏蔽层上就会感应出电压:由于导线2与屏蔽层之间存在有电容C2s,在C2s上无电流存在，所以导线2感应的电压ec=es。

如果把屏蔽层接地，如图所示，es=0，导线2上感应电压也减小到接近于0。因此在实际使用中，屏蔽层必须接地。否则对减小感应电压没有效果。不过，如果屏蔽层是非铁磁性材料，那么对于工频的磁场干扰没有屏蔽效果。可以通过将信号线穿入铁管中，使导线得到磁屏蔽。

*滤波。对于变化速度很慢的直流信号，可以在仪表的输入端加入滤波电路，以使混杂于信号的干扰衰减到最小。但是在实际的工程设计中，这种方法一般很少用，通常，这一点在仪表的电路设计过程中就已经考虑了。

以上的几种方法是主要是针对与不可避免的干扰场形成后的被动抑制措施，但是在实际过程中，我们应当尽量避免干扰场的形成。譬如注意将信号导线远离动力线；合理布线，减少杂散磁场的产生；对变压器等电器元件加以磁屏蔽等等，采取主动隔离的措施。

2)共模干扰的抑制

由于仪表系统信号多为低电平，因此，共模干扰也会使仪表信号产生畸变，带来各种测量的错误。防止共模干扰通常采取的措施如下：

*接地。通常仪表和信号源外壳为安全起见都接大地，保持零电位。信号源电路以及仪表系统也需要稳定接地。但是如果接地方式不恰当，将形成地回路导入干扰。如图1.3中就是这种情况，两点接地，由于存在地电位差，