電動執(zhí)行機構可分為直行程和角行程兩大類，它是自動控制系統(tǒng)中不可缺少的重要設備，其主霎任務是將調節(jié)器送來的控制信號成比例的轉換成直線位移或角位移去帶動閥門、擋板等調節(jié)機構，以實現(xiàn)自動控制，因而廣泛用于電力、冶金、石油、化工等工業(yè)部門的自動控制領域。

      近10年來，由于廣泛采用和吸收微電腦控制、微機械等新技術、新成果與成熟經驗，使電動執(zhí)行機構得到迅速發(fā)展，現(xiàn)在已經廣泛使用“微機+隨動系統(tǒng)’結構模式的微機型電動執(zhí)行機構，它由微處理器完成信號傳遞、調節(jié)參數(shù)切換、狀態(tài)指示、控制量的輸出，增強了調節(jié)系統(tǒng)的性能、使用及維護保養(yǎng)等方面的靈活性。

      1 電動執(zhí)行機構的故障分析

      提高電動執(zhí)行機構的可靠性，就要盡可能減少和消除故障，而事實上這種故障使多種多樣的，主要是由于某一元件失靈、系統(tǒng)中元件/組建綜合因素、電氣、二次回路以及外界因素引起的，有些故障通過調整的方法就可以解決，有的故障則是由于使用時間長、精度差，需要修配，更換部件才能恢復其性能，也有些是由于原始設計不周，需要改進才能排除。

      1.1 電動化執(zhí)行機構的故障特征

      （1）調試階段故障

      新電動執(zhí)行機構的故障問題比較復雜，其特征是設計、制造、安裝及管理等諸多問題交織在一起，常見的故障有泄漏嚴重、速度難以調整穩(wěn)定、臟物或油污使傳動機構卡澀或動作失靈。某些組件漏裝或裝錯彈簧、密封件，有些屬于設計欠妥，元件選擇不當，動作不平穩(wěn)，定位精度差等，對待這類故障．應耐心細致、慎重處理，逐一排除。

      （2）運行初期和中期故障

      調試后進入正常生產階段的故障特征是少數(shù)密封件由于裝配質量和材料質量問題短期內損壞而漏油，同時粘附在管壁、孔壁上的毛刺、粘沙、雜質和臟物脫落導致某些元件工作不穩(wěn)定，通常在遠行中期，系統(tǒng)元件/組件處于*佳運行工作狀態(tài)，故障率較低。

      （3）運行后期故障

      電動執(zhí)行機構運行一段時間后，各類元件/組件因工作頻率和負載條件的差異，各易損件先后磨損超標，這個階段的故障特征是位置反饋接觸不良，定位精度差，穩(wěn)定性下降，效率顯著降低，故障率逐漸增加。這是應全面檢查，更換失效部作、全面修復故障，否則將給運行人員帶來很多不便，甚至嚴重影響機組的正常調節(jié)和控制。

      1.2 偶發(fā)性、突發(fā)性故障

      這類故障在時間上表現(xiàn)為偶然突變，故障區(qū)域及產生原因較為明顯，由非人為和人為因素造成，如位置反饋器件接觸不良，剎車片磨損及“抱死”、零部件損壞、線圈燒壞、密封件失效等。

      2 電動執(zhí)行機構的維護保養(yǎng)

      電動執(zhí)行機構主要由電機、軸承、齒輪傳動系統(tǒng)和電于部分組成。根據(jù)美國軍標MIL-HDBK-338發(fā)表的可靠性數(shù)據(jù)表明，執(zhí)行器故障主要集中在電機和軸承方面，在電機故障中：繞組失效占20%，軸承失效占45%，滑環(huán)、電刷、整流子損壞占5%，其它占30%；在軸承故障中：潤滑劑變質，消失占45%，污染占30%，剝蝕占5%，誤調占5%，腐蝕占5%，其它占10%，可見，良好的維護管理能提高電動執(zhí)行機構的可靠性和有效性。

      （1）加強潤滑油的清潔度管理

      電動執(zhí)行結構的特點是需要使用潤滑油，其粘度隨油溫變化。粘度過低，渦輪蝸桿及齒輪等傳動部件的磨損會增大，使傳動精度下降；粘度過高，動作不良。而潤滑油脂的清潔度管理更為困難，渦輪蝸桿及齒輪等傳動部件磨損，老化產生的雜質與水分的滲入，內部涂層的脫落、銹蝕等都會影響潤滑油的清潔度。

      （2）及時消除潤滑油脂泄漏

      由于電動執(zhí)行機構動作頻率高、速度快，難以避免受沖擊，這是導致潤滑油脂泄漏的一個重要原因，一旦潤滑油脂泄漏，需要及時加以解決。

      （3） 改善電動執(zhí)行機構的工作環(huán)境和使用條件

      電動執(zhí)行機構的可靠性和壽命與它的使用情況、所處的環(huán)境、人員知識等因素有著直接的關系。只有在維護管理上改善其工作環(huán)境與使用條件，以人為本，才可能延長使用壽命。

      （4）故障初期特別要加強維護

      在電動執(zhí)行機構的所有故障中，初期故障的比例一般都比較高。初期故障大多使由于設計、制造、安裝上的初步誤差而引起的，這些初期故障的發(fā)現(xiàn)需要花費一定的功夫，解決也需要時間。因此，初期故障期間要特別加強維護管理。

      （5） 做好數(shù)據(jù)管理以防偶發(fā)故障

      電動執(zhí)行機構的偶發(fā)故障一般較難預測。為了防止偶發(fā)故障，要定期檢查和保養(yǎng)，掌握某階段維護資料和歷史檔案數(shù)據(jù)，這對于準確實施故障判斷和日常維護是十分重要的。

      （6）提高運行維護人員的專業(yè)知識

      運行維護人員專業(yè)知識的掌握程度直接影響維護管理。近年來，由于運行維護人員結構的變化，使他們對電動執(zhí)行機構的知識、技術的掌握有了較大提高，然而，仍有不少運行維護人員缺乏應有的專業(yè)知識和技術，現(xiàn)場運行維護人員大多對電動執(zhí)行機構處于“似懂非懂”的狀況，這也是維護管理薄弱的環(huán)節(jié)所在。

      為使運行維護人員方便進行現(xiàn)場維護管理，在進行電動執(zhí)行機構系統(tǒng)設計時要有超前意識，充分考慮到便于維護管理的實施，努力做到：系統(tǒng)要簡化，簡單的系統(tǒng)故障率低，維護管理容易；標準化程度高、互換性好、容易修復；集成化、組合化，調整、檢查方便：引入故障診斷和定位、容錯/糾錯等新技術。

      3 RK-Z系列智能電動執(zhí)行機構

      3.1 裝置概況

      從國產電動執(zhí)行機構使用情況分析，雖然在某些技術指標上可以同國外同類產品相媲美，但可靠性和穩(wěn)定性問題卻長期得不到根本性解決，其主要原因有：①長期忽視基礎技術的研究和開發(fā)；②國產通用件和基礎件質量不過關；③企業(yè)對產品質量控制和管理不力。

      針對上述問題，上海銳凱儀表有限公司開發(fā)了新一代RK-Z系列智能電動執(zhí)行機構，較好地解決了這些缺陷和不足。RK-Z系列智能電動執(zhí)行機構系統(tǒng)構成如圖1所示，來自現(xiàn)場的4～20mA信號（或其它類型信號）經A/D轉換送至CPU送行運算處理，同時CPU與來自電動執(zhí)行機構的開度信號及上、下限設定值進行比較后驅動電動機轉動，經減速后推動輸出軸作上、下位移或角位移，*終實現(xiàn)輸入信號通過電動執(zhí)行機構實現(xiàn)對閥門等設備的位移控制。另外，電動執(zhí)行機構輸出當前的實際位置經CPU處理及D/A轉換后，以4～20mA標準信號輸出。

      RK-Z系列智能電動執(zhí)行機構采用全封閉、一體化結構，配以單相永磁式交流同步電動機，既有體積小、重量輕、結構簡單、傳動慣量小、轉矩大等特點。傳動系統(tǒng)采用螺桿螺母式，具有傳動平穩(wěn)，承載能力強，傳動精度高，有自鎖能力等優(yōu)點。機內傳動部件采用精細加工及時，嚴格控制各零部件質量。執(zhí)行機構出廠前加足進口高級油脂，無需保養(yǎng)，也不會向外泄漏。位置反饋采用航天控制專用的高精度、高可靠性、高分辨率（0.1%）、長壽命導電塑料電位器。借助于獨特的機械設計理念，將電位器與執(zhí)行機構輸出軸相連，從而精確檢測到調節(jié)閥的位移，確保了位置反饋信號的真實性，克服了傳統(tǒng)執(zhí)行機構反饋信號依靠齒輪傳動裝置傳遞，因齒輪磨損而使輸出軸實際位置與反饋信號的誤差日趨增大的難題。限位和剎車采用逐步逼近電子技術，當接近閥門極限位置時自動減速，實現(xiàn)了閥門的“柔性全開”和“柔性全關”取消了限位開關和剎車片，解決了限位開關易失靈、剎車片易“抱死”以及剎車時易產生大沖擊電流燒壞電機等老大難問題。充分利用微處理器的數(shù)據(jù)處理功能使其成為真正的智能化電動執(zhí)行機構。通過控制面板上的5個按鍵和6位超高亮度LED數(shù)碼管進行人機對話，參數(shù)設定和調整，顯示清晰的運行狀態(tài)及多種報警信息，給調試和檢修維護人員帶來很大的方便。

      為了提高整機可靠性，采用了可靠性設計、可靠性評估、失效分析和嚴格的篩選、老化等工藝措施，并限度的減少了可動部件，使整機的MTBF值達到40000萬小時以上。

      3.2 裝置特點

      （1）可接受0～10mA、4～20mA、0～5V、1～5V等多種模擬信號，輸入信號的選擇，正、反行程的切換，以及上、下限的定位調整等，無需開蓋，只需通過顯示窗的觸摸式按鍵，就可完成所有調試。
      （2）具有多種控制方式：輸入模擬量控制，無源開關量遠程控制（內、外置24VDC，10mA）、有源（220V，10mA交流）開關量遠程控制等。
      （3）采用的智能化技術來控制過力矩保護和超限位保護，取消了需要進行復雜調整的機械式力矩開關和限位開關。
      （4）可根據(jù)現(xiàn)場系統(tǒng)的需求，實現(xiàn)閥門全行程任意設定。
      （5）頻率通斷次數(shù)可達1200次/小時。
      （6）防護等級：IP66。 

      3.3 裝置自診斷功能

      （1）當輸出軸位移到行程起始點（0%）或行程終點（100%）時，電動執(zhí)行機構會輸出無源常開觸點各一付，供控制系統(tǒng)運用。
      （2）當電網電壓驟降或停電時，執(zhí)行機構內部控制電路會使執(zhí)行結構停留在當前位置，并自動記憶此前瞬間的有關現(xiàn)場數(shù)據(jù)，一旦電壓恢復正常，執(zhí)行機構能自動恢復有關數(shù)據(jù)而繼續(xù)正常工作。
      （3）當機械部件發(fā)生故障卡澀，致使電機超負荷時，其輸出軸會維持在原來位置上，控制電器會切斷電機電源，并發(fā)出顯示報告信號（但仍保持反向運動方式），同時輸出無源常開觸點一付，當故障排除后，自動進入正常工作。
      （4）當自動控制系統(tǒng)故障時，可根據(jù)工藝過程要求設定閥門的全開、關閉和保持原位3種狀態(tài)，省略了系統(tǒng)的一些聯(lián)鎖保護措施，使運行更放心。
      （5〕具有多“協(xié)議”通訊功能，根據(jù)用戶要求可設置RS-485等其它通訊“協(xié)議”通過通訊接口，掛接到數(shù)據(jù)總線上，接收來自系統(tǒng)的指令、數(shù)據(jù)等，并協(xié)同工作。

      4 結語

      在自動控制系統(tǒng)中，選擇高質量的電動執(zhí)行機構，對“壽命周期費用”是很重要的。如果電動執(zhí)行機構選擇不當或質量不過關，再完美的控制思路，高潮的控制策略也難以達到預想的控制效果。為此，生產、制造和選用高可靠性的產品日益受到過程控制界的重視。RK-Z系列智能電動執(zhí)行機構采用機電一體化結構，利用微機技術、電子限位等新技術及獨特的機械設計理念，具有體積小、重量輕、力矩大、可靠性高、定位精度準、成本低等特點。目前已有幾百套智能電動執(zhí)行機構在楊樹浦，崇明、南市、高橋、洛河，匯源電廠及冶金、化工等行業(yè)得到應用。其以人為本的設計思路、便利的維護調整方式，得到了現(xiàn)場技術人員的青睞，具有良好的應用前景。

原創(chuàng)作者：浙江金鋒自動化儀表有限公司