论文部分内容阅读
摘 要：介绍了诺亚电动执行机构的工作原理，并对其在日常工作中遇到的常见故障现象及解决方法进行了详细分析。
关键词：电动执行机构 电机 减速器 位置发送器
一、概述
电动执行机构是以单相交流电源为动力，接受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，及对被调对象的远方手动操作，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。
我公司采用诺亚牌的电动执行机构主要用于动力厂锅炉的风量调节。作为风量调节的核心单元，电动执行机构的稳定性和精准度直接影响锅炉的稳定运行。尽管诺亚的电动执行机构能满足日常生产，但是在使用过程中还是会有一些比较常见的故障。下面就这一问题做一详细介绍。
二、诺亚电动执行机构的工作原理、组成部分及控制方式
诺亚电动执行机构包括伺服放大器及执行机构两大部分，其中执行机构又分为电机、减速器及位置发送器三大部件。
1.诺亚电动执行机构的工作原理
来自调节器的电流信号Ii（4-20mA）作为伺服放大器的输入，与阀的位置反馈信号If进行比较，当输入信号和反馈信号比较差值不等于零时，其差值经伺服放大器放大后，控制两相伺服电机按相应的方向转动，再经减速器减速后使输出轴产生位移；同时输出轴位移又经位置发送器转换成阀的反馈信号If；当反馈信号与输入信号相等时，伺服放大器无输出，电机不转动，执行机构就稳定在与输入信号相应的位置上。电动执行机构的输出轴位移和输入信号成线性关系。
2.诺亚电动执行机构的组成分为电机、减速器及位置发送器三大部件
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。
减速器：减速器上有手动部件、输出轴、机械限位块。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，以带动阀门机构动作。机座上有两块刹车片，可使输出轴的转角限制在90°范围内以保证不损坏调节机构及有关连杆。
位置发送器：位置发送器由电源变压器、差动变压器、印刷电路板等部件组成。
3.诺亚电动执行机构有连续调节、远程手动控制和就地手动操作三种控制方式
诺亚电动执行机构就地调节方式：电动执行机构需就地手动操作时，当电动操作器切换开关放置“手动”位置，把电机端部旋钮拨到“手动”位置，拉出执行机构上的手轮，摇动手轮就可以实现手动操作。当不用就地操作时，千万要注意，把电机端部的旋钮拨到“自动”位置，并把手轮推进。
诺亚电动执行机构远程遥控调节方式：当电动操作器切换开关放在“手动”位置时，即处在手动远程控制状态，操作时只要将旋转切换开关分别拔到“开”或“关”的位置，带动电机正转或反转，执行机构输出轴就可以实现上行或下行动作，在运动过程中观察电动操作器上的阀位开度表，到所需控制阀位开度时，立即松开切换开关即可。
诺亚电动执行机构自动调节方式：当电动操作器切换开关放在“自动”位置时，即处在自动调节状态，其控制过程如下：当输入信号Iλ1=0（或4mA DC）时，位置发送器反馈电流I反=0（或4mA DC） ，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；当输入信号Iλ1>0（或4mA DC）时，此输入信号与系统本身的位置反馈电流在伺服放大器的前置级磁放大器中进行磁势的综合比较，由于这二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二者相等为止，此时输出轴就稳定在与输入信号相对应的位置上。
三、常见故障分析及解决方法
由于诺亚电动执行机构控制过程比较复杂，它涉及到电动执行机 构的三大部分：电机、减速器和电气控制部分，但通常情况下电气控制部分出现问题而导致故障的可能性最大，下面介绍几种常见故障 的快速排除方法。
1.诺亚电动执行机构不动作
“执行机构不动作”指给定信号（或叫控制信号）改变时执行 机构没有响应。其故障原因和排除方法如下
1.1“就地手轮能否操动执行机构”指通过在现场操动执行机构自 带的手轮，执行机构能否动作。
1.2“阀门卡死或执行机构卡死”：这里的阀门也有可能是风门、挡 板等被控对象。如何 判断是阀门卡死或执行机构卡死呢 ？可以把执行机构从阀门上取下来再进行进一步判断。
1.3“就地电动能否操动执行器”指通过在现场按下执行机构自带的手操按钮 ，执行机构能否动作。
1.4“输入信号正常与否”的判断方法可按如下操作进行：如果开关量型，可直接用万用表的电压挡测量信号是否正常；如果为调节型， 可将电流表串入执行器模拟控制信号输入端，看电流值是否与系统 给定值相符 。
1.5“输入信号故障”证明不是执行机构故障，控制信号有问题。
1.6“控制板输入端阻抗是否正常”的判断方法是先断掉执行机构电源，再断开输入信号，用万用表欧姆档测量模拟输入端的阻抗。对于调 节型，输入阻抗一般应在500Ω以下。
1.4“电路板故障（控制信号检测部分）”指执行机构控制电路板发生故障，这一故 障为控制信号检测部分电路故障。
1.5 “是否已设定好执行机构行程”：如不确定是否已设定好行程 ，请参考说明书重新设定行程即可 。
2.诺亚电动执行机构振荡
“执行机构振荡”指执行机构在自动状态（或叫远控状态）下， 控制信号没有改变而执行机构在某一位置來回动作几下或永远动作，或控制信号改变而执行机构在运行到指定位置时要来回频繁动作许多下才能停下来或根本停不下来。由于执行机构经常处于振荡状态下运行，严重影响执行机构的使用寿命。其故障原因和排除方法如下
2.1“增大死区后能否排除故障”有些执行机构提供了调节死区功能，请试着增大死区，如果增大死区能消除振荡，证明死区设得过小了。但死区与调节精度有密切的关系，死区增大，调节精度就减小，如果因死区增大而致使精度减小到允许误差范围以外，则此时通过增大死区来消除振荡的做法就不可取。
2.2“死区设得过小”：一般死区在0.75%～1.5%比较常见，如果对精度要求没有那么高，也有可能设到2.5% 。如果您的死区设为0.5%， 那么执行机构肯定会产生振荡，这主要是由于执行机构的惰走性和信号的不稳定性造成的。
2.3“回差过大”：引起回差过大的因素主要是机械间隙过大。
2.4“输入信号是否稳定”：可以用电流表直接测量输入信号的稳定性 。
2.5“执行机构的惰走性是否过大”：由于电机转子有惯性，当切掉 电机电源后转子还会 继续转几圈才能停下来，所以在切 断电机电源后执行机 构输出轴还会继续运行一段距离，一般执行机构都带有制动装置，有接触式的（如刹车盘 ），也有非接触式的（如利用电磁力刹车的能耗制 动方式）。
2.6“行程是否设行过小”：一般执行机构在出厂前都已设定好了 标准行程，或者已限定了它的行程范围，如果您所设定的行程超过了限定 值，特别是行程设得过小时，执行机构就有可能产生振荡。
3.诺亚电动执行机构跟踪不准确
“跟踪不准确”：或叫误差过大。其故障原因和排除方法如下
3.1“输入信号是否准备”：可用电流表直接测量输入信号的准确性。
3.2“输入信号不准确，请进行校正”：如果无法对输入信号进行校正，可更换相应IO模块试试。
3.3“全开和全关位置处反馈是否正常”：将执行机构操到全开和全关位置，再测量反馈输出是否为100%和0%。
3.4“死区过大”：参照说明书将死区减小即可，如果执行机构未提供这一接口，那只能更换电路板了。
参考文献
[1]吕军复，等.循环流化床锅炉运行与检修[M].北京：中国水利水电出版社。2003
[2]工业过程测量和控制系统用电动执行机构[S].中华人民共和国机械行业标准JB/T8219-1999
关键词：电动执行机构 电机 减速器 位置发送器
一、概述
电动执行机构是以单相交流电源为动力，接受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，及对被调对象的远方手动操作，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。
我公司采用诺亚牌的电动执行机构主要用于动力厂锅炉的风量调节。作为风量调节的核心单元，电动执行机构的稳定性和精准度直接影响锅炉的稳定运行。尽管诺亚的电动执行机构能满足日常生产，但是在使用过程中还是会有一些比较常见的故障。下面就这一问题做一详细介绍。
二、诺亚电动执行机构的工作原理、组成部分及控制方式
诺亚电动执行机构包括伺服放大器及执行机构两大部分，其中执行机构又分为电机、减速器及位置发送器三大部件。
1.诺亚电动执行机构的工作原理
来自调节器的电流信号Ii（4-20mA）作为伺服放大器的输入，与阀的位置反馈信号If进行比较，当输入信号和反馈信号比较差值不等于零时，其差值经伺服放大器放大后，控制两相伺服电机按相应的方向转动，再经减速器减速后使输出轴产生位移；同时输出轴位移又经位置发送器转换成阀的反馈信号If；当反馈信号与输入信号相等时，伺服放大器无输出，电机不转动，执行机构就稳定在与输入信号相应的位置上。电动执行机构的输出轴位移和输入信号成线性关系。
2.诺亚电动执行机构的组成分为电机、减速器及位置发送器三大部件
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。
减速器：减速器上有手动部件、输出轴、机械限位块。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，以带动阀门机构动作。机座上有两块刹车片，可使输出轴的转角限制在90°范围内以保证不损坏调节机构及有关连杆。
位置发送器：位置发送器由电源变压器、差动变压器、印刷电路板等部件组成。
3.诺亚电动执行机构有连续调节、远程手动控制和就地手动操作三种控制方式
诺亚电动执行机构就地调节方式：电动执行机构需就地手动操作时，当电动操作器切换开关放置“手动”位置，把电机端部旋钮拨到“手动”位置，拉出执行机构上的手轮，摇动手轮就可以实现手动操作。当不用就地操作时，千万要注意，把电机端部的旋钮拨到“自动”位置，并把手轮推进。
诺亚电动执行机构远程遥控调节方式：当电动操作器切换开关放在“手动”位置时，即处在手动远程控制状态，操作时只要将旋转切换开关分别拔到“开”或“关”的位置，带动电机正转或反转，执行机构输出轴就可以实现上行或下行动作，在运动过程中观察电动操作器上的阀位开度表，到所需控制阀位开度时，立即松开切换开关即可。
诺亚电动执行机构自动调节方式：当电动操作器切换开关放在“自动”位置时，即处在自动调节状态，其控制过程如下：当输入信号Iλ1=0（或4mA DC）时，位置发送器反馈电流I反=0（或4mA DC） ，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；当输入信号Iλ1>0（或4mA DC）时，此输入信号与系统本身的位置反馈电流在伺服放大器的前置级磁放大器中进行磁势的综合比较，由于这二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二者相等为止，此时输出轴就稳定在与输入信号相对应的位置上。
三、常见故障分析及解决方法
由于诺亚电动执行机构控制过程比较复杂，它涉及到电动执行机 构的三大部分：电机、减速器和电气控制部分，但通常情况下电气控制部分出现问题而导致故障的可能性最大，下面介绍几种常见故障 的快速排除方法。
1.诺亚电动执行机构不动作
“执行机构不动作”指给定信号（或叫控制信号）改变时执行 机构没有响应。其故障原因和排除方法如下
1.1“就地手轮能否操动执行机构”指通过在现场操动执行机构自 带的手轮，执行机构能否动作。
1.2“阀门卡死或执行机构卡死”：这里的阀门也有可能是风门、挡 板等被控对象。如何 判断是阀门卡死或执行机构卡死呢 ？可以把执行机构从阀门上取下来再进行进一步判断。
1.3“就地电动能否操动执行器”指通过在现场按下执行机构自带的手操按钮 ，执行机构能否动作。
1.4“输入信号正常与否”的判断方法可按如下操作进行：如果开关量型，可直接用万用表的电压挡测量信号是否正常；如果为调节型， 可将电流表串入执行器模拟控制信号输入端，看电流值是否与系统 给定值相符 。
1.5“输入信号故障”证明不是执行机构故障，控制信号有问题。
1.6“控制板输入端阻抗是否正常”的判断方法是先断掉执行机构电源，再断开输入信号，用万用表欧姆档测量模拟输入端的阻抗。对于调 节型，输入阻抗一般应在500Ω以下。
1.4“电路板故障（控制信号检测部分）”指执行机构控制电路板发生故障，这一故 障为控制信号检测部分电路故障。
1.5 “是否已设定好执行机构行程”：如不确定是否已设定好行程 ，请参考说明书重新设定行程即可 。
2.诺亚电动执行机构振荡
“执行机构振荡”指执行机构在自动状态（或叫远控状态）下， 控制信号没有改变而执行机构在某一位置來回动作几下或永远动作，或控制信号改变而执行机构在运行到指定位置时要来回频繁动作许多下才能停下来或根本停不下来。由于执行机构经常处于振荡状态下运行，严重影响执行机构的使用寿命。其故障原因和排除方法如下
2.1“增大死区后能否排除故障”有些执行机构提供了调节死区功能，请试着增大死区，如果增大死区能消除振荡，证明死区设得过小了。但死区与调节精度有密切的关系，死区增大，调节精度就减小，如果因死区增大而致使精度减小到允许误差范围以外，则此时通过增大死区来消除振荡的做法就不可取。
2.2“死区设得过小”：一般死区在0.75%～1.5%比较常见，如果对精度要求没有那么高，也有可能设到2.5% 。如果您的死区设为0.5%， 那么执行机构肯定会产生振荡，这主要是由于执行机构的惰走性和信号的不稳定性造成的。
2.3“回差过大”：引起回差过大的因素主要是机械间隙过大。
2.4“输入信号是否稳定”：可以用电流表直接测量输入信号的稳定性 。
2.5“执行机构的惰走性是否过大”：由于电机转子有惯性，当切掉 电机电源后转子还会 继续转几圈才能停下来，所以在切 断电机电源后执行机 构输出轴还会继续运行一段距离，一般执行机构都带有制动装置，有接触式的（如刹车盘 ），也有非接触式的（如利用电磁力刹车的能耗制 动方式）。
2.6“行程是否设行过小”：一般执行机构在出厂前都已设定好了 标准行程，或者已限定了它的行程范围，如果您所设定的行程超过了限定 值，特别是行程设得过小时，执行机构就有可能产生振荡。
3.诺亚电动执行机构跟踪不准确
“跟踪不准确”：或叫误差过大。其故障原因和排除方法如下
3.1“输入信号是否准备”：可用电流表直接测量输入信号的准确性。
3.2“输入信号不准确，请进行校正”：如果无法对输入信号进行校正，可更换相应IO模块试试。
3.3“全开和全关位置处反馈是否正常”：将执行机构操到全开和全关位置，再测量反馈输出是否为100%和0%。
3.4“死区过大”：参照说明书将死区减小即可，如果执行机构未提供这一接口，那只能更换电路板了。
参考文献
[1]吕军复，等.循环流化床锅炉运行与检修[M].北京：中国水利水电出版社。2003
[2]工业过程测量和控制系统用电动执行机构[S].中华人民共和国机械行业标准JB/T8219-1999