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摘要：本文主要讲述执行机构和气路控制系统，按照文章进展顺序讲述了其背景、概述、结构和特点，结合在化工行业的实际使用情况，总结概述几套在用的气动系统控制方案并针对大执行机构的气动控制系统回路做重点介绍。本文内容综合性较高，具有很好的借鉴和参考意义。
关键词：执行机构;气控系统
气动系统具有很多的优势，被化工行业广泛应用，除此之外像医药行业、纺织行业、微电子以及生物工程等诸多自动化领域也在普遍使用，其优势有几点：结构简单、没有污染、性价比高、维修方便以及抗干扰能力强等。
过程控制系统的自动化仪表由检测、调节和执行设备三部分组成。执行器就是这三部分中的执行设备。执行器属机电一体化范畴，应用于自动控制领域，主要的作用是通过其开关动作或调节其开度，代替人工，实现设备的自动化作业。
1、研究背景
基于化工行业发展及产能扩大，气动执行器的口径随之变大，气控系统设计有了新的组织形式以满足需求。对气控系统和执行器的深入研究有助于解决生产发展中面临的新的挑战，更好的达到工艺需求，实现精准、快速控制和调节。
2、执行机构和气路控制系统
2.1执行机构
2.1.1执行器的基本结构
执行器是由调节机构和执行机构两部分构成。
调节机构接收来自上位机的调节信号，将调节信号进行转换，转换成能对执行机构进行控制和调节的控制信号。
执行机构接受来自调节机构的控制信号，并根据信号的大小产生与控制信号相匹配的推力作用，推动调节阀动作。执行机构是执行器的推动器。
2.1.2执行机构概述
在现代的生产过程控制中，执行机构发挥了其无法比拟的重要作用。其就像人体的手足一样，是大脑的执行者，是生产的创造者。其参与过程控制的过程是，执行机构接收来自调节机构的控制信号，根据控制信号改变调节变量，实现对过程的控制和调节，将生产过程参数（温度、压力、流量等）按照工艺要求进行改变。
2.1.3执行机构分类
通过不同的分类方式，执行机构有多种形式。
1）根据能源的不同：气动式、电动式、液动式和自力式。
气动执行机构：能源为压缩空气，特点是成本低、结构简单，无污染，动作迅速，但其噪声较其他三类大。
电动执行机构：由伺服电机来驱动动作，特点为动作缓慢，控制精准，但其功率大，动作大，尤其在防爆场合下使用造价高;
液动执行机构：用液压油为介质和动力，特点是动作快、功率大，但其成本高，结构复杂;
自力式执行机构：能源为被调介质的能量，特点为无电源控制，适合防爆场合使用，但不易控制精准。
2）根据运动形式的不同：直行程、角行程和回转型等。
化工常用的执行器种类为气动式执行器，角行程或直行程的运动形式，电动式执行器在热力行业应用较为广泛。
2.1.4气动执行机构
气动执行机构是将气动控制器或阀门定位器的气压信号转换成推动调节阀动作的中间部位进行能量转换的机构。主要有两种类型：上下动作的薄膜式和产生旋转角度的活塞式。
气动薄膜式执行机构为膜头，内含一弹性膜片，通过输入气压使弹性膜片产生形变，带动推杆和阀芯产生位移，实现开关控制。这种执行机构阀芯上下动作，整体形式简单且价格低廉，是比较常用的一种执行机构;薄膜式执行机构有正作用和反作用两种作用形式。当信号压力增加时，阀门推杆向下动作的叫正作用执行机构，相反叫反作用执行机构。
气动活塞式执行机构的能量转换机制为气缸，内含活塞，在气缸允许的工作压力下，将输入的气压信号转换为活塞的动作，实现在不同坐标域内的开关。由于气缸的允许压力高，因此可以获得较大的活塞动作力，实现长行程执行机构。活塞式执行机构有单作用和双作用两种形式，单作用气缸内含弹簧，气缸大，自带断气保护功能;双作用气缸内不含弹簧，开关作用都由气源推动，断气动作保持。
2.2气路控制系统
2.2.1气路控制系统概述
气路控制系统的动力能源为压缩空气，根据工艺需求不同，用不同形式的气压传动系统来完成各种不同的控制功能。
气控系统和执行器共同组成气动控制回路，对过程进行调节和控制，实现生产的自动化。
2.2.2气动系统介绍
气动系统的工作介质为压缩空气，经过处理的压缩空气在经过一系列的控制元器件后，最后作用于執行元件，执行元件会根据压缩空气压力的大小和气量的多少而输出不同的力或者力矩。这个过程实现了利用压缩空气进行能量的传递和控制。
2.2.3气动系统组成结构
气动系统是由气源装置、控制元件、执行元件和气动辅件四部分构成。
1）气源装置：目的是为气动系统提供符合要求的压缩空气。主要有四类设备，气压发生装置、净化、贮存压缩空气的装置、管道系统、气动三大件（分水过滤器、油雾器和减压阀）。
2）控制元件：控制压缩空气传输压力、流量及流动方向的元件。主要有压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀三种。
3）执行元件：将压缩空气的压力能量转换为推动执行元件动作的机械能的元件。常用的执行元件为气缸和气马达。
4）气动辅件：是气动系统中的一些辅助元件，如消音器、接头等。
2.2.4气动系统的优缺点
与液动、电动系统相比，气动系统目前是化工行业应用最为广泛的控制手段，得益于其无法比拟的优势：
1）价格便宜，结构简单，制造容易，可靠性高，使用寿命长。
2）动作迅速延迟小，易于实现快速控制
3）调节方便
4）安全性高，适合防潮、防爆和防火场合使用。 5）安装方便，具有过载保护能力
6）可进行远距离传输。
相应，气动技术也具有一定的缺点：
1）噪音大、润滑性差、难以实现精确定位。
2）由于介质为压缩空气，执行机构的动作易受到负载的影响，难达到匀速的动作
3）容易出现爬行、喘动，低速状态下稳定性不高
4）相对其他控制系统，气缸的输出力较小
3、现用气动系统结构介绍
3.1、一般气动系统回路
现用的气动执行器，有薄膜式的直行程执行器和长行程的角位移执行器。根据阀门的控制需求不同，有两种，一是控制开关阀启闭的气控系统;二是对应调节阀可控阀门开度的气控系统，我们分别来看：
开关阀的气路，气源来自外网的压缩空气，压缩空气经过过滤器过滤，滤除杂质和水，后进入电磁阀箱的阀岛，两位五通电磁阀在电压信号改变的情况下，改变气路的导通状态，两路压缩空气分别对应气缸的开关状态，实现对角行程执行器的开关控制。阀门的反馈盒又通过接近开关，给中控室返回阀门的动作情况。
调节阀的气路，取源和开关阀门取源一致，只是在对压缩空气的处理上，除了过滤还有减压，通过过滤减压器实现，通常气源在6-7bar，我们调节的气压在5bar。然后经过气源分配器，气源进入阀门定位器，定位器通过给定信号的大小来控制出气量，达到对阀门任意开度的控制。调节阀是没有反馈信号的。
3.2、大执行器的气动系统回路
近年来，生产制造业蓬勃发展，现有的生产产能不断提升，相应的参与过程控制的执行器结构也在不断变大，一般的气控系统不能满足新的控制需求。针对这些大执行器现研究了一种新型的控制方式——加上单独的启闭推动气源，增大对执行机构的推力，加快执行机构的启闭速度。
4、结语
新型的控制思路经过试验期，运行稳定，控制精准，安全可靠，很好的满足了工艺控制需求。
经过对执行器的分析，对气动控制系统的剖析，有了对这些相关知识的了解，能解决生产遇到实际问题，确保工艺控制稳定，收益颇丰。
参考文献：
[1]孔祥臻 .气动智能控制系统的研究及应用[M].化学工业出版社，2019.06.
[2]付敬奇.執行器及其应用[M].机械工业出版社，2009.04.
关键词：执行机构;气控系统
气动系统具有很多的优势，被化工行业广泛应用，除此之外像医药行业、纺织行业、微电子以及生物工程等诸多自动化领域也在普遍使用，其优势有几点：结构简单、没有污染、性价比高、维修方便以及抗干扰能力强等。
过程控制系统的自动化仪表由检测、调节和执行设备三部分组成。执行器就是这三部分中的执行设备。执行器属机电一体化范畴，应用于自动控制领域，主要的作用是通过其开关动作或调节其开度，代替人工，实现设备的自动化作业。
1、研究背景
基于化工行业发展及产能扩大，气动执行器的口径随之变大，气控系统设计有了新的组织形式以满足需求。对气控系统和执行器的深入研究有助于解决生产发展中面临的新的挑战，更好的达到工艺需求，实现精准、快速控制和调节。
2、执行机构和气路控制系统
2.1执行机构
2.1.1执行器的基本结构
执行器是由调节机构和执行机构两部分构成。
调节机构接收来自上位机的调节信号，将调节信号进行转换，转换成能对执行机构进行控制和调节的控制信号。
执行机构接受来自调节机构的控制信号，并根据信号的大小产生与控制信号相匹配的推力作用，推动调节阀动作。执行机构是执行器的推动器。
2.1.2执行机构概述
在现代的生产过程控制中，执行机构发挥了其无法比拟的重要作用。其就像人体的手足一样，是大脑的执行者，是生产的创造者。其参与过程控制的过程是，执行机构接收来自调节机构的控制信号，根据控制信号改变调节变量，实现对过程的控制和调节，将生产过程参数（温度、压力、流量等）按照工艺要求进行改变。
2.1.3执行机构分类
通过不同的分类方式，执行机构有多种形式。
1）根据能源的不同：气动式、电动式、液动式和自力式。
气动执行机构：能源为压缩空气，特点是成本低、结构简单，无污染，动作迅速，但其噪声较其他三类大。
电动执行机构：由伺服电机来驱动动作，特点为动作缓慢，控制精准，但其功率大，动作大，尤其在防爆场合下使用造价高;
液动执行机构：用液压油为介质和动力，特点是动作快、功率大，但其成本高，结构复杂;
自力式执行机构：能源为被调介质的能量，特点为无电源控制，适合防爆场合使用，但不易控制精准。
2）根据运动形式的不同：直行程、角行程和回转型等。
化工常用的执行器种类为气动式执行器，角行程或直行程的运动形式，电动式执行器在热力行业应用较为广泛。
2.1.4气动执行机构
气动执行机构是将气动控制器或阀门定位器的气压信号转换成推动调节阀动作的中间部位进行能量转换的机构。主要有两种类型：上下动作的薄膜式和产生旋转角度的活塞式。
气动薄膜式执行机构为膜头，内含一弹性膜片，通过输入气压使弹性膜片产生形变，带动推杆和阀芯产生位移，实现开关控制。这种执行机构阀芯上下动作，整体形式简单且价格低廉，是比较常用的一种执行机构;薄膜式执行机构有正作用和反作用两种作用形式。当信号压力增加时，阀门推杆向下动作的叫正作用执行机构，相反叫反作用执行机构。
气动活塞式执行机构的能量转换机制为气缸，内含活塞，在气缸允许的工作压力下，将输入的气压信号转换为活塞的动作，实现在不同坐标域内的开关。由于气缸的允许压力高，因此可以获得较大的活塞动作力，实现长行程执行机构。活塞式执行机构有单作用和双作用两种形式，单作用气缸内含弹簧，气缸大，自带断气保护功能;双作用气缸内不含弹簧，开关作用都由气源推动，断气动作保持。
2.2气路控制系统
2.2.1气路控制系统概述
气路控制系统的动力能源为压缩空气，根据工艺需求不同，用不同形式的气压传动系统来完成各种不同的控制功能。
气控系统和执行器共同组成气动控制回路，对过程进行调节和控制，实现生产的自动化。
2.2.2气动系统介绍
气动系统的工作介质为压缩空气，经过处理的压缩空气在经过一系列的控制元器件后，最后作用于執行元件，执行元件会根据压缩空气压力的大小和气量的多少而输出不同的力或者力矩。这个过程实现了利用压缩空气进行能量的传递和控制。
2.2.3气动系统组成结构
气动系统是由气源装置、控制元件、执行元件和气动辅件四部分构成。
1）气源装置：目的是为气动系统提供符合要求的压缩空气。主要有四类设备，气压发生装置、净化、贮存压缩空气的装置、管道系统、气动三大件（分水过滤器、油雾器和减压阀）。
2）控制元件：控制压缩空气传输压力、流量及流动方向的元件。主要有压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀三种。
3）执行元件：将压缩空气的压力能量转换为推动执行元件动作的机械能的元件。常用的执行元件为气缸和气马达。
4）气动辅件：是气动系统中的一些辅助元件，如消音器、接头等。
2.2.4气动系统的优缺点
与液动、电动系统相比，气动系统目前是化工行业应用最为广泛的控制手段，得益于其无法比拟的优势：
1）价格便宜，结构简单，制造容易，可靠性高，使用寿命长。
2）动作迅速延迟小，易于实现快速控制
3）调节方便
4）安全性高，适合防潮、防爆和防火场合使用。 5）安装方便，具有过载保护能力
6）可进行远距离传输。
相应，气动技术也具有一定的缺点：
1）噪音大、润滑性差、难以实现精确定位。
2）由于介质为压缩空气，执行机构的动作易受到负载的影响，难达到匀速的动作
3）容易出现爬行、喘动，低速状态下稳定性不高
4）相对其他控制系统，气缸的输出力较小
3、现用气动系统结构介绍
3.1、一般气动系统回路
现用的气动执行器，有薄膜式的直行程执行器和长行程的角位移执行器。根据阀门的控制需求不同，有两种，一是控制开关阀启闭的气控系统;二是对应调节阀可控阀门开度的气控系统，我们分别来看：
开关阀的气路，气源来自外网的压缩空气，压缩空气经过过滤器过滤，滤除杂质和水，后进入电磁阀箱的阀岛，两位五通电磁阀在电压信号改变的情况下，改变气路的导通状态，两路压缩空气分别对应气缸的开关状态，实现对角行程执行器的开关控制。阀门的反馈盒又通过接近开关，给中控室返回阀门的动作情况。
调节阀的气路，取源和开关阀门取源一致，只是在对压缩空气的处理上，除了过滤还有减压，通过过滤减压器实现，通常气源在6-7bar，我们调节的气压在5bar。然后经过气源分配器，气源进入阀门定位器，定位器通过给定信号的大小来控制出气量，达到对阀门任意开度的控制。调节阀是没有反馈信号的。
3.2、大执行器的气动系统回路
近年来，生产制造业蓬勃发展，现有的生产产能不断提升，相应的参与过程控制的执行器结构也在不断变大，一般的气控系统不能满足新的控制需求。针对这些大执行器现研究了一种新型的控制方式——加上单独的启闭推动气源，增大对执行机构的推力，加快执行机构的启闭速度。
4、结语
新型的控制思路经过试验期，运行稳定，控制精准，安全可靠，很好的满足了工艺控制需求。
经过对执行器的分析，对气动控制系统的剖析，有了对这些相关知识的了解，能解决生产遇到实际问题，确保工艺控制稳定，收益颇丰。
参考文献：
[1]孔祥臻 .气动智能控制系统的研究及应用[M].化学工业出版社，2019.06.
[2]付敬奇.執行器及其应用[M].机械工业出版社，2009.04.