执行器是过程控制中的一个重要组成部分。执行器的作用是接受控制器送来的控制信号，改变被控介质的流量，从而将被控变量维持在所要求的数值上或一定的范围内。执行器的动作是由调节器的输出信号通过各种执行机构来实现的。执行器由执行机构与调节机构组成。在电信号作为控制信号的控制系统中，目前广泛应用以下三种控制方式：

（1）. 调节器---伺服放大器---操作器---电动执行机构---调节阀
（2）. 调节器---电/气转换器---气动执行机构---调节阀
（3）. 调节器---电/气阀门定位器---气动执行机构---调节阀

02  执行器的应用

 

在自控系统中，为使执行机构的输出满足一定精度的要求，在控制理论上常采用负反馈闭环控制系统。即将执行机构的位置输出作为反馈信号，和电动调节器的输出信号作比较，将其差值经过放大用于驱动和控制执行机构的动作，使执行机构向消除差值的方向运动，最终达到执行机构的位置输出和电动调节器输出信号成线性关系。

 

在应用气动执行机构的场合下，当采用电/气转换器和气动执行机构配套时，由于是开环控制系统，只能用于控制精度不高的场合。当需要精度较高时，一般采用电/气阀门定位器和气动执行机构相配套，执行机构的输出位移通过凸轮杠杆反馈到阀门定位器内，利用负反馈的工作原理，大大提高气动调节阀的位置精度。因此，目前在自控系统中应用的气动调节阀大多数都与阀门定位器配套使用。

 

智能电动执行器将伺服放大器与操作器转换成数字电路，而智能执行器则将所有的环节集成，信号通过现场总线由变送器或操作站发来，可以取代调节器。

03  执行器的三种分类以及发展

 

执行器在自动控制系统中的作用相当于人的四肢，它接受调节器的控制信号，改变操纵变量，使生产过程按预定要求正常执行。执行器由执行机构和调节机构组成。执行机构是指根据调节器控制信号产生推力或位移的装置，而调节机构是根据执行机构输出信号去改变能量或物料输送量的装置，而调节机构是根据执行机构输出信号支改变能量或物料输送量的装置，最常见的是调节阀。在生产现场，执行器直接控制工艺介质，若选型或使用不当，往往会给生产过程的自动控制带来困难。因此执行器的选择、使用和安装调试是个重要的问题。

 

执行器按其能源形式分为气动、电动和液动三大类，它们各有特点，适于不同的场合。随着近几年来科学技术的不断发展各类执行机构正逐步走向智能化的道路，而其中专门和气动执行器配套使用的智能阀门定位器和全电子电动执行器的出现更加速了执行机构智能化的发展，为执行器的应用开辟了新天地。

 

1、液动执行器：液动执行器推力最大，一般都是机电一体化的，但比较笨重，所以现在使用不多。但也因为其推力大的特点，在一些大型场所因无法取代而被采用，如三峡的船阀用的就是液动执行器。

 

2、气动执行器：气动执行器的执地机构和调节机构是统一的整体，其执行机构有薄膜式(见图1)和活塞式(见图2)两类。活塞式行程长，适用于要求有较大推力的场合，不但可以直接带动阀轩，而且可以和蜗轮蜗杆等配合使用;而薄膜式行程较小，只能直接带动阀杆。其执行器分为正作用和反作用两种形式，所谓正作用就是信号压力增大，推杆向下;反作用形式就是信号压力增大，推杆向上。这种执行机构的输出位移与输入气压信号成正比例关系，信号压力越大，推杆的位移量也越大。当压力与弹簧的反作用力平衡时，推杆稳定在某一位置，气动执行器又有角行程气动执行器和直行程气动执行器两种。随着气动执行器智能化的不断发展，智能阀门定位器成为其不可缺少的配套产品。智能阀门定位器内装高集成度的微控制器，采用电平衡(数字平衡)原理代替传统的力平衡原理，将电控命令转换成气动定位增量来实现阀位控制;利用数字式开、停、关的信号来驱动气动执行机构的动作;阀位反馈信号直接通过高精确度的位置传感器，实现电/气转换功能。智能阀门定位器具有提高输出力和动作速度、调节精确度(最小行程分辨率可达±0.05%)、克服阀杆摩擦力、实现正确定位等特点。正是因为这些配套产品的不断智能化，才使得气动执行器更加智能化。由于气动执行机构有结构简单、输出推力大、动作平稳可靠、安全防爆等优点，在化工、炼油等对安全要求较高的生产过程中得到广泛的应用。

 

3、电动执行器：电动执行器的执行机构和调节机构是分开的两部分，其执行机构分角行程和直行程两种。电动执行器接受来自调节器的直流信号，并将其转换成相应的角位移或直行程位移去操纵阀门、挡板等调节机构，以实现自动调节。电动执行机构安全防爆性能差，电机动作不够迅速，且在行程阻或阀杆被扎住时电机容易受损。尽管近年来电动执行机构在不断改进并有扩大应用的趋势，但从总体上看不及气动执行机构应用的普遍。

　　

随着自动化、电子和计算机技术的发展，现在越来越多的电动执行机构已经向智能化发展。上海自动化仪表股份有限公司在引进国外技术的基础上设计的新产品，采用了双CPU、电子限力矩保护、电子行程限位、数字式位置发送器、相位自动鉴别、红外线遥控调试以及故障诊断、自动切换处理多种保护拖施等关键技术，提高了产品的稳定性、可靠性和精确度等级。它已通过防爆及射频干扰、静电放电、快速瞬变脉冲群等试验，基本误差小于±1.5%，回差为1%，外壳保护等级为IP65，使用环境温度为-25℃～70℃，这些指标均已达到国际先进水平。智能电动执行机构是一类新型终端控制仪表，它根据控制电信号直接操作改变调节阀阀杆的位移。由于人们对控制系统的精确度和动态特性提出了越来越高的要求，电动执行机构能够获得最快响应时间，实现控制也更为合理、方便、经济，因而正受到用户的欢迎。它还可免去选用气动执行机构必需配置良好气源设备和安装气路管线的麻烦。随着科学技术的进步和发展，我们有理由相信，今后的执行器将会和其它仪表一样更加智能.

04  现场执行器的特点

 

近年来，随着现场总线的出现和发展，在国际上出现一些有影响的生产工业阀门和执行器的专业化大公司相继开发设计出符合现场总线通信协议的阀门和执行器产品。符合现场总线的智能执行器由传统的执行器、含有微处理器的控制器以及可与PC或PLC双向通信的硬件及软件组成，具有与上位机或控制系统通信的功能，大致具有以下特点：

 

1、智能化和高精度的系统控制功能。控制运算任务由传统的控制器转为由执行器的微处理器来完成，即执行器直接接受变送器的信号，按设定值自动进行PID调节、控制流量、压力、压差和温度等多种过程变量。在一般情况下，阀门的特性曲线是非线性的，对执行器组态，定义8至32段折线可对输出特性曲线进行补偿，提高了系统的控制精度。

 

2、一体化的结构。智能执行器包含了位置控制器、阀位变送器、PID控制器、伺服放大器以及电动的和气动的模件，即将整个控制装在一台现场仪表里，减少了因信号传输中的泄露和干扰等因素对系统的影响，提高了系统的可靠性。

 

3、智能化的通信功能。由于通信符合现场总线的通信协议，执行器与上位机或控制系统之间可通过总线进行双向数字通信，极大地提高了系统的控制精度和稳定性。这是与以往的执行器最大的区别。由于符合现场总线的通信协议，所以，可以与任何其他符合现场总线的系统相互集成，构成控制系统。

 

4、智能化的系统保护和自身保护功能。当外电源掉电时，能自动利用后备电池驱动执行机构，使阀门处于预先设定的安全位置。当电源、气动部件、机械部件、控制信号、通信或其他方面出现故障时，都有自动保护措施，以保证系统本身以及生产过程的安全可靠。另外，自启动和自整定功能使启动变得极为简易。

 

5、智能化的自诊断功能。自诊断功能可帮助快速识别故障的原因。对于执行器的任何故障，智能执行器均能尽早、尽快识别，在执行器发生损坏前就采取有效措施，这会增加系统的可靠性，并延长设备寿命，避免工厂停车维修。

 

6、灵活的组态功能。可以自由组态的智能执行器具有较高的灵活性，因此，只需要少量类型的执行器就可以满足多变的工业现场要求。这对于制造商和用户都是极有益的。例如，对于输入信号，可以通过软件组态来选择合适的信号源，而不必更换软件，也可以任意设置执行器的运行速度和行程。

 

05  执行器的分类

 

（1）执行器按所用驱动能源分为气动、电动和液压执行器三种。

（2）按输出位移的形式，执行器有转角型和直线型两种。

（3）按动作规律，执行器可分为开关型、积分型和比例型三类。

（4）按输入控制信号，执行器分为可以输入空气压力信号、直流电流信号、电接点通断信号、脉冲信号等几类。