SMC電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)
同義詞 電動執(zhí)行器一般指電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)
對于執(zhí)行機(jī)構(gòu)廣泛的定義是：一種能提供直線或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的驅(qū)動裝置，它利用某種驅(qū)動能源并在某種控制信號作用下工作。執(zhí)行機(jī)構(gòu)使用液體、氣體、電力或其它能源并通過電機(jī)、氣缸或其它裝置將其轉(zhuǎn)化成驅(qū)動作用。其基本類型有部分回轉(zhuǎn)(Part-Turn)、多回轉(zhuǎn)(Multi-Turn)及直行程(Linear)三種驅(qū)動方式。
機(jī)構(gòu)簡介
基本的執(zhí)行機(jī)構(gòu)用于把閥門驅(qū)動至全開或全關(guān)的位置。用于控制閥的執(zhí)行機(jī)構(gòu)能夠的使閥門走到任何位置。盡管大部分執(zhí)行機(jī)構(gòu)都是用于開關(guān)閥門，但是如今的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了簡單的開關(guān)功能，它們包含了位置感應(yīng)裝置，力矩感應(yīng)裝置，電極保護(hù)裝置，邏輯控制裝置，數(shù)字通訊模塊及PID控制模塊等，而這些裝置全部安裝在一個緊湊的外殼內(nèi)。
因為越來越多的工廠采用了自動化控制，人工操作被機(jī)械或自動化設(shè)備所替代，人們要求執(zhí)行機(jī)構(gòu)能夠起到控制系統(tǒng)與閥門機(jī)械運(yùn)動之間的界面作用，更要求執(zhí)行機(jī)構(gòu)增強(qiáng)工作安全性能和環(huán)境保護(hù)性能。在一些危險性的場合，自動化的執(zhí)行機(jī)構(gòu)裝置能減少人員的傷害。
某些特殊閥門要求在特殊情況下緊急打開或關(guān)閉，閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)能阻止危險進(jìn)一步擴(kuò)散同時將工廠損失減至少。對一些高壓大口徑的閥門，所需的執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出力矩非常大，這時所需執(zhí)行機(jī)構(gòu)必須提高機(jī)械效率并使用高輸出的電機(jī)，這樣才能平穩(wěn)的操作大口徑閥門。對于一些小扭矩的閥門，精小型的電動閥門也應(yīng)用而生，相比普通型具有重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊，功能齊全等優(yōu)點。
執(zhí)行機(jī)構(gòu)
電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)有二種類型，一般分為部分回轉(zhuǎn)電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)（Part-Turn Electric Valve Actuator)，和多回轉(zhuǎn)電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)（Multi-Turn Electric Valve Actuator),前者主要控制需要部分回轉(zhuǎn)的閥門 例如：球閥，蝶閥等，后者需要多圈數(shù)旋轉(zhuǎn)的閥門，例如閘閥等。
電力驅(qū)動的多回轉(zhuǎn)式執(zhí)行機(jī)構(gòu)是常用、可靠的執(zhí)行機(jī)構(gòu)類型之一。使用單相或三相電動機(jī)驅(qū)動齒輪或蝸輪蝸桿后驅(qū)動閥桿螺母，閥桿螺母使閥桿產(chǎn)生運(yùn)動使閥門打開或關(guān)閉。多回轉(zhuǎn)式電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以快速驅(qū)動大尺寸閥門。為了保護(hù)閥門不受損壞，安裝在在閥門行程的終點的限位開關(guān)會切斷電機(jī)電源，同時當(dāng)安全力矩被超過時，力矩感應(yīng)裝置也會切斷電機(jī)電源，位置開關(guān)用于指示閥門的開關(guān)狀態(tài)，安裝離合器裝置的手輪機(jī)構(gòu)可在電源故障時手動操作閥門。
這種類型執(zhí)行機(jī)構(gòu)的主要優(yōu)點是所有部件都安裝在一個殼體內(nèi)，在這個防水、防塵、防爆的外殼內(nèi)集成了所有基本及優(yōu)良的功能。主要缺點是，當(dāng)電源故障時，閥門只能保持在原位，只有使用備用電源系統(tǒng)，閥門才能實現(xiàn)故障安全位置（故障開或故障關(guān)）。
這種執(zhí)行機(jī)構(gòu)類似于電動多回轉(zhuǎn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，主要差別是執(zhí)行機(jī)構(gòu)終輸出的是1/4轉(zhuǎn)記90度的運(yùn)動。新一代電動單回轉(zhuǎn)式執(zhí)行機(jī)構(gòu)結(jié)合了大部分多回轉(zhuǎn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的復(fù)雜功能，例如：使用非進(jìn)入式用戶友好的操作界面實現(xiàn)參數(shù)設(shè)定與診斷功能。單回轉(zhuǎn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊可以安裝到小尺寸閥門上，通常輸出力矩可達(dá)800公斤米，另外應(yīng)為所需電源較小，它們可以安裝電池來實現(xiàn)故障安全操作。
選擇要素
選擇一臺合適的閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)類型和規(guī)格時必須考慮下列要素：
驅(qū)動能源
常用的驅(qū)動能源是電源或流體源，如果選擇電源為驅(qū)動能源，對于大尺寸閥門一般選用三相電源，對于小尺寸閥門可選用單相電源。一般電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)可有多種電源類型供選擇。
有時也可選直流供電，此時可通過安裝電池實現(xiàn)電源故障安全操作。流體源種類很多，首先可以是不同的介質(zhì)如：壓縮空氣、氮?dú)狻⑻烊粴狻⒁簤毫黧w等，其次它們可以具備各種壓力，第三執(zhí)行機(jī)構(gòu)具有各種尺寸以提供輸出力活力矩。
閥門類型
當(dāng)選擇閥門用執(zhí)行機(jī)構(gòu)時，必須要知道閥門的種類，這樣才可以選擇正確的執(zhí)行機(jī)構(gòu)類型。有些閥門需要多回轉(zhuǎn)驅(qū)動，有些需要單回轉(zhuǎn)驅(qū)動，有些需要往復(fù)式驅(qū)動，它們影響了執(zhí)行機(jī)構(gòu)類型的選擇。通常多回轉(zhuǎn)的氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)比電動多回轉(zhuǎn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)價格要貴，但是往復(fù)式直行程輸出的氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)價格比電動多回轉(zhuǎn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)便宜。
力矩大小
對于90度回轉(zhuǎn)的閥門如：球閥、碟閥、旋塞閥，通過閥門廠商獲得相應(yīng)閥門力矩大小，大部分閥門廠商是通過測試閥門在額定壓力下閥門所需的操作力矩，他們將這一力矩提供給客戶。
對于多回轉(zhuǎn)的閥門情況有所不同，這些閥門可分為：往復(fù)式（提升式）運(yùn)動-閥桿不旋轉(zhuǎn)、往復(fù)式運(yùn)動-閥桿旋轉(zhuǎn)、非往復(fù)式-閥桿旋轉(zhuǎn)，必須測量閥桿的直徑，閥桿連接螺紋尺寸已決定執(zhí)行機(jī)構(gòu)規(guī)格。
執(zhí)行機(jī)構(gòu)選型
一但執(zhí)行機(jī)構(gòu)類型和閥門所需驅(qū)動力矩確定了，就可以使用執(zhí)行機(jī)構(gòu)廠商提供的數(shù)據(jù)表或選型軟件進(jìn)行選型。有時還需考慮閥門操作的速度和頻率。
流體驅(qū)動的執(zhí)行機(jī)構(gòu)可調(diào)節(jié)行程速度，但是三相電源的電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)只有固定的行程時間。
部分小規(guī)格的直流電動單回轉(zhuǎn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)可調(diào)節(jié)行程速度。
SMC電動執(zhí)行器結(jié)構(gòu)原理
以MD系列電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的整體式比例調(diào)節(jié)型為例。
MD系列電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)以交流伺服電動機(jī)為驅(qū)動裝置的位皿伺服機(jī)構(gòu)，由配接的位置定位器PM-2控制板接受調(diào)節(jié)系統(tǒng)的4～20mA直流控制信號與位置發(fā)送器的位置反饋借號進(jìn)行比較，比較后的信號偏差經(jīng)過放大使功率級導(dǎo)通，電動機(jī)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出件朝著減小這一偏差的方向移動（位置發(fā)送器不斷將輸出件的實際位置轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?mdash;位盈反饋信號送至位致定位器），直到偏差信號小于設(shè)定值為止。此時執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出件就穩(wěn)定在與輸人信號相對應(yīng)的位置上。
組成部分
MD系列角行程調(diào)節(jié)電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)由動力部件和位置定位器（PM-2控制板）兩大部分組成。其中動力部件主要由電動機(jī)、減速器、力矩行程限制器、開關(guān)控制箱、手輪和機(jī)械限位裝置以及位置發(fā)送器等組成，其各部分作用簡述如下：
1、電動機(jī)
電動機(jī)是特種單相或三相交流異步電動機(jī)，具有高啟動力矩、低啟動電流和較小的轉(zhuǎn)動慣量，因而有較好的伺服特性。在電動機(jī)定子內(nèi)部裝有熱敏開關(guān)（詳見圖3所示）做過熱保護(hù)，當(dāng)電動機(jī)出現(xiàn)異常過熱（內(nèi)部溫度超過130℃）時該開關(guān)將控制電動機(jī)的電路斷開以保護(hù)電動機(jī)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，當(dāng)電動機(jī)冷卻以后開關(guān)恢復(fù)接通，電路恢復(fù)工作。為了克服慣性惰走，調(diào)節(jié)型電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電動機(jī)控制電路均有電制動功能。
2、減速器
角行程執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用行星減速加蝸輪蝸桿傳動機(jī)構(gòu)，既有較高的機(jī)械效率，又具有機(jī)械自鎖特性。直行程執(zhí)行機(jī)構(gòu)的減速器由多轉(zhuǎn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)減速器配接絲桿螺母傳動裝置組成。
3、力矩行程限制器
它是一個設(shè)置在減速器內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)單元，由過力矩保護(hù)機(jī)構(gòu)、行程控制機(jī)構(gòu)（電氣限位）、位置傳感器及接線端子等組成。
4、過力矩保護(hù)機(jī)構(gòu)
內(nèi)行星齒輪在傳遞力矩時產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)撥動嵌裝在齒輪外圈的擺桿，擺桿的兩端各裝有一個測力壓縮彈贊作為正、反向力矩的傳感元件，當(dāng)輸出力矩超過設(shè)定限制力矩時，內(nèi)齒輪的偏轉(zhuǎn)使擺桿觸動力炬開關(guān)，切斷控制電路使電動機(jī)停轉(zhuǎn)。調(diào)整力炬限制彈資的壓縮量即可調(diào)整力炬的限定值。該保護(hù)具有記憶功能，對應(yīng)于接線圖中的電器設(shè)備是力矩開關(guān)LEF、LEO。當(dāng)該保護(hù)動作以后，在排除機(jī)械力矩故障后，執(zhí)行機(jī)構(gòu)斷電或信號瞬間反向一下即可恢復(fù)（即記憶解除）正常工作。

（1）行程控制機(jī)構(gòu)：由凸輪組和微動開關(guān)組成。該凸輪組通過齒輪減速裝殷，與減速器傳動軸相連，通過調(diào)整分別作用于正、反方向微動開關(guān)（即行程限位開關(guān)）的凸輪板的位置可限定執(zhí)行機(jī)構(gòu)的行程（行程開關(guān)FCO，F(xiàn)CF）。該電氣限位的范圍在出廠時已經(jīng)調(diào)好，一般情況下請勿隨便調(diào)整，以免損壞機(jī)構(gòu)。
（2）位置傳感器：采用高精度、長壽命的導(dǎo)電塑料電位器作為位置傳感元件，它與凸輪組同軸連接，整體式比例調(diào)節(jié)型電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)位置指示信號，是將電位器隨輸出軸行程變化的電阻值送入PM-2控制板的比較放大電路，并由它送出一個4-20mA的DC電流信號用于指示。
5、開關(guān)控制箱
在開關(guān)控制箱內(nèi)裝有PM電子位置定位器。
6、手輪
在故障狀態(tài)和調(diào)試過程中，可通過轉(zhuǎn)動手輪來實現(xiàn)手動就地操作。
7、機(jī)械限位裝置
主要用于故障時以及防止手動操作時超過極限位置保護(hù)。角行程電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的機(jī)械限位采用內(nèi)置扇形渦輪限位結(jié)構(gòu)，外形體積小，限位可靠；直行程電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的機(jī)械限位采用內(nèi)置擋塊型限位結(jié)構(gòu)，可十分有效地保護(hù)閥座、閥桿、閥芯。
位置定位器實質(zhì)上是一個將控制信號與位置反饋信號進(jìn)行比較并放大以控制電動機(jī)開停和旋轉(zhuǎn)方向的多功能大功率放大板，它與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動力部件相連以控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)按系統(tǒng)規(guī)定的狀態(tài)工作。位置定位器主要由比較、邏輯保護(hù)、放大驅(qū)動及功率放大等電路組成。控制單相電動機(jī)的位置定位器功率放大部分主要由光電禍合過零觸發(fā)固態(tài)繼電器（無觸點電子開關(guān)）構(gòu)成。其主體部分示意如圖4所示。需要注意的是“手動一自動”轉(zhuǎn)換開關(guān)，該開關(guān)的作用是在沒有外加信號時，與手動調(diào)整電位器P1配合使用，以便觀察或調(diào)試執(zhí)行機(jī)構(gòu)。用后一定要將其撥回“自動”位世，以免影響投人系統(tǒng)自動控制。
自動控制閥大的好處是可以遠(yuǎn)距離的操作閥門，這就意味著操作人員可以坐在控制室控制生產(chǎn)過程而不需要親臨現(xiàn)場去人工操作閥門的開和關(guān)。人們只需鋪設(shè)一些管線連接控制室和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，驅(qū)動能源通過管線直接激勵電動或氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通常用的4-20mA信號來反饋閥門的位置。
連續(xù)控制
如果執(zhí)行機(jī)構(gòu)被要求用于控制過程系統(tǒng)的液位、流量或壓力等參數(shù)，這是要求執(zhí)行機(jī)構(gòu)頻繁動作的工作，可以用4-20mA信號作為控制信號，然而這個信號可能會和過程一樣頻繁的改變。如果需要非常高頻率動作的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，只有選擇特殊的能頻繁啟停的調(diào)節(jié)型執(zhí)行機(jī)構(gòu)。當(dāng)一個過程中需要多臺執(zhí)行機(jī)構(gòu)時，可以通過使用數(shù)字通訊系統(tǒng)將各個執(zhí)行機(jī)構(gòu)連接起來，這樣可大大降低安裝費(fèi)用。數(shù)字通訊回路可以快速的傳遞指令和收集信息。有多種通訊方式如：FOUNDATIONFIELDBUS、PROFIBUS、DEVICENET、HART和專為閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計的PAKSCAN等。數(shù)字通訊系統(tǒng)不單單可以降低投資費(fèi)用，它們還可以收集大量閥門信息，這些信息對于閥門的預(yù)測性維護(hù)程序非常有價值。
SMC電動執(zhí)行器故障分析
以MD系列電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的整體式比例調(diào)節(jié)型為例。
1、位置傳感器部分
（1）電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)接受控制系統(tǒng)發(fā)出的開、關(guān)信號后，電機(jī)能正常轉(zhuǎn)動，但沒有閥位反饋。其可能原因是：
1）位置傳感器的電位器與行程控制機(jī)構(gòu)不能同軸旋轉(zhuǎn)，需檢查連接部分是否損壞；
2）電位器損壞或性能變壞，阻值不隨轉(zhuǎn)動而發(fā)生變化；
3）位置傳感器的電位器及放大板間連接導(dǎo)線是否正常；
4）PM放大板是否損壞，有無反饋信號送出。
（2）電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)接受控制系統(tǒng)發(fā)出的開、關(guān)信號后，電機(jī)能正常轉(zhuǎn)動，但閥位反饋始終為一固定值，不隨閥門的開、關(guān)而變化，其可能原因是：
1）導(dǎo)電塑料電位器的阻值為一恒值，不隨轉(zhuǎn)動而變，檢修更換電位器；
2）放大板中有關(guān)部分異常，檢查處理。
2、執(zhí)行器
執(zhí)行機(jī)構(gòu)接收控制系統(tǒng)發(fā)出的開關(guān)信號后，電機(jī)不轉(zhuǎn)并有嗡嗡聲。其原因可能是：
1）減速器的行星齒輪部分卡澀、損壞或變形；
2）減速器的斜齒輪傳動部分變形或過度磨損或損壞；
3）減速器的渦輪渦桿或絲桿螺母傳動部分變形損壞、卡澀等；
4）整體機(jī)械部分配合不好，不靈活，需調(diào)整加油。

3、電氣部分故障
1）電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)接受控制系統(tǒng)發(fā)出的開、關(guān)信號后，電機(jī)不轉(zhuǎn)，也無嗡嗡聲。可能原因是：沒有交流電源或電源不能加到執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電機(jī)部分或位置定位器部分；PM放大板工作不正常，不能發(fā)出對應(yīng)的控制信號；固態(tài)繼電器部分損壞，不能將放大板送來的弱信號轉(zhuǎn)變成電機(jī)需要的強(qiáng)電信號；電機(jī)熱保護(hù)開關(guān)損壞；力矩限制開關(guān)損壞；行程限制開關(guān)損壞；手動/自動開關(guān)位置選錯或開關(guān)損壞；電機(jī)損壞。
2）電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)接受控制系統(tǒng)發(fā)出的開、關(guān)信號后，電機(jī)不轉(zhuǎn)，有嗡嗡聲。其可能原因是：電機(jī)的啟動電容損壞；電機(jī)線圈匝間輕微短路；電源電壓不夠。
3）電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)接受控制系統(tǒng)發(fā)出的開、關(guān)信號后，電機(jī)抖動，并伴有咯咯聲，其原因可能是：PM放大板的輸出信號不足不能使固態(tài)繼電器*導(dǎo)通，造成電機(jī)的加載電壓不足；固態(tài)繼電器性能變壞，造成其輸出端未*導(dǎo)通。