CN105929785B - 执行器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种执行器，包括位置指示器；位置指示器包括穿在转轴上的两个指示盘；转轴与调节机构的转轴传动连接；两指示盘之间转轴上设能随其转动的定位指针；指示盘上围绕转轴一周间隔设置有多个孔，一指示盘上的孔内设发射二极管，另一指示盘上的孔内设接收二极管，发射二极管与接收二极管一一正对；指示盘上还设可拨动关、开位指针；发射二极管与接收二极管的信号输出端通过连接线与控制器连接；控制器根据发射二极管及接收二极管的信号获得反馈调节机构实际开合度的位置信号，通过该位置信号验证或校正位置发送器的反馈信号。

Description

执行器

技术领域

本发明涉及执行器技术，尤其是一种电动执行器。

背景技术

执行器被广泛应用于各种工业自动化过程的控制环节，能够精确地实现远程控制。主要由伺服放大器、控制器和执行机构组成。执行器接收调节器来的4～20mA的直流信号，将其线性地转换成机构转角或直线位置位移，用以操作风门、挡板、阀门等调节机构，以实现自动调节。

当需要调整风门、挡板、阀门等调节机构转动角度时，伺服放大器接收来自于调节器的4～20mA的直流信号，与位置发送器反馈的调节机构的位置反馈信号进行比较，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调节机构的反馈信号；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。在电机启动或停止时，位置发送器的反馈信号往往会与阀门的实际位置偏差较大，如果仍然以此为准进行调节时，阀门的调节角度也因此会产生较大的偏差，控制的准确性难以保证。

发明内容

本发明提供一种执行器，用于克服现有技术中的缺陷，提高执行器的准确性。

本发明提供一种执行器，包括伺服放大器、控制器和执行机构；所述执行机构包括驱动装置、减速器、调节机构、位置发送器和用于反馈调节机构开合度的位置指示器；

所述位置指示器包括相对所述调节机构位置固定的两个相对的指示盘；

所述指示盘中心处穿设有能自由转动的转轴；所述转轴与所述调节机构的转轴传动连接；

所述指示盘中心处的转轴上还设置有能随所述指示盘中心处的转轴一起转动的定位指针，所述定位指针位于两所述指示盘之间；

两个所述指示盘上围绕所述指示盘中心处的转轴一周间隔设置有多个孔，位于其中一个所述指示盘上的孔内设置有发射二极管，位于另一个所述指示盘上的孔内设置有接收二极管，所述发射二极管与接收二极管一一正对；

所述指示盘上还设置有可拨动的关位指针和开位指针；所述发射二极管与接收二极管的信号输出端通过连接线与所述控制器连接；

所述控制器根据所述发射二极管及接收二极管的信号获得反馈调节机构实际开合度的位置信号，通过该位置信号验证或校正所述位置发送器的反馈信号。

本发明提供的执行器，使用时，首先调整开、关位指针，把开位指针拨动到调节机构全开位置，把关位指针拨动到调节机构关闭位置；当调节机构在驱动装置驱动作用下转动时，带动位置指示器的转轴转动，进而带动定位指针转动，定位指针每转过一个孔，就会挡住发射二极管和接收二极管，位于该孔位的发射二极管和接收二极管的信号就被采集到控制器的处理器内，处理器据此能够判断出调节机构的当前位置，并把当前位置的位置信号与位置指示器反馈的位置信号进行比较，以此断定位置发送器的反馈信号是否与调节机构的实际位置存在偏差；如果偏差较大，可通过报警器进行报警，也可以以此对位置发送器的反馈信号进行修正并送入伺服放大器，以提高执行器的控制准确性。

所述控制器包括验证单元，接收所述位置指示器反馈的位置信号和所述位置发送器的反馈信号，并进行比较；如果差值在误差范围内，则判定所述位置发送器的反馈信号准确；如果差值超过误差范围，则判定所述位置发送器故障，向所述报警器发送故障信号；所述报警器接收所述故障信号，发出声光报警信号。

所述的执行器，还包括应力传感器，所述应力传感器安装在所述减速机的输出轴上，所述应力传感器的信号输出端连接所述控制器。控制器通过采集应力传感器的信号计算得到输出力矩，同时通过电机的电流相位电压频率等信号计算出电机输出力矩，当计算出电机输出力矩与应力传感器测量出的力矩偏差大则可发出内部故障报警信号。使对力矩要求高的应用场合更加灵敏和精确。

所述执行器，还包括辅助电机；所述减速机具有两根输入轴，其中一根所述输入轴连接所述电机，另一根输入轴连接所述辅助电机，所述电机以及所述辅助电机的控制端均连接所述控制器；实现大小力矩切换等功能，拓展力矩使用范围。

所述控制器还包括辅助采集单元、PLC逻辑控制单元、调节控制单元，不仅实现内部控制逻辑，也可以拓展至对外部的控制功能，使其功能更强大。

PLC逻辑控制单元可由控制器CPU内运算响应的控制程序来实现，并对用户留有人机开放接口，用户可进行编程和设定一些参数实现对内部控制逻辑和参数修改，也可对外部输入输出接口进行编程实现相应的功能，内部控制逻辑和拓展对外部控制单元均可采用编程控制。

辅助采集单元，辅助采集单元可由控制器拓展功能实现，也可为独立的模块化设计，通过辅助采集单元的输入接口采集外部的温度、压力、电流、电压等外部信号；

调节控制单元，根据上述外部信号控制所述电机的输出参数。调节控制单元可由控制器的CPU运算控制完成相应的功能。

所述的执行器，还包括蓄电池和逆变器，所述逆变器的输入端连接所述蓄电池，所述逆变器的输出端所述电机、减速机、伺服放大器及控制器，同时逆变器还具有变频电源输出接口，该输出接口连接外部电机或其他负载。

所述控制器与所述执行器的其余组成部分可采用分体式设计。

附图说明

图1是本发明实施例提供的电动执行器的信号流程图；

图2是本发明实施例提供的电动执行器中位置指示器的主视图；

图3是图2中沿A-A向剖视图。

具体实施方式

实施例

参见图1-3，本发明提供一种执行器，该执行器以电动执行器为例，包括伺服放大器1、控制器2和执行机构3；执行机构包括电机31、减速器32、位置发送器33和用于显示并校正调节机构10开合度的位置指示器34；

位置指示器34包括相对调节机构位置固定的两个指示盘，包括第一指示盘34a，第二指示盘34b；优选两个平行叠放的圆形指示盘；指示盘中心处穿设有能自由转动的转轴34c；转轴34c与调节机构10的转轴传动连接；转轴34c上还设置有能随转轴34c一起转动的定位指针34d，定位指针34d位于两指示盘之间；

两个指示盘上围绕转轴34c一周间隔设置有多个孔，位于第一指示盘34a上的孔内设置有发射二极管34e，位于第二指示盘34b上的孔内设置有接收二极管34f，发射二极管34e与接收二极管34f一一正对；定位指针34d的长度在半径方向上要能越过发射二极管34e和接收二极管34f；为了提高位置指示器的精度，可尽可能在圆盘一周360度方向上设置尽可能多的孔，每个孔内的发射二极管和接收二极管都具有与孔所处的位置相应的编号，当定位指针34d转到一个孔位时，就会挡住当前孔内的发射二极管和接收二极管，位于该孔位的发射二极管和接收二极管的信号就被采集到控制器的处理器内，处理器据此能够判断出调节机构的当前位置；

指示盘上还设置有可拨动的关位指针34g和开位指针34h；发射二极管34e与接收二极管34f的信号输出端通过连接线与控制器2连接；控制器2根据发射二极管34e及接收二极管34f的信号获得反馈调节机构实际开合度的位置信号，通过该位置信号验证或校正位置发送器的反馈信号。

关位指针34g和开位指针34h可设置在同一个指示盘上，也可分别设置在两个指示盘上；为了便于观测，指示盘可由透明材质制成，三个指针可涂上不同的颜色。

本发明提供的电动执行器，使用时，首先调整开位指针34h、关位指针34g，把开位指针34h拨动到调节机构全开位置后可进行锁定，把关位指针34g拨动到调节机构关闭位置后可进行锁定，平时不会因振动等因素改变位置；当调节机构在电机31驱动作用下转动时，带动位置指示器的转轴34c转动，进而带动定位指针34d转动，定位指针34d每转过一个孔，就会挡住这个孔内发射二极管34e和接收二极管34f，位于该孔位的发射二极管34e和接收二极管34f的信号就被采集到控制器2的处理器内，处理器据此能够判断出调节机构的当前位置，并把当前位置的位置信号与位置指示器反馈的位置信号进行比较，以此断定位置发送器的反馈信号是否与调节机构的实际位置存在偏差；如果偏差较大，可通过报警器进行报警，提示操作人员进行查看，可通过下面的实施例实施；也可以以此对位置发送器的反馈信号进行修正并送入伺服放大器，通过软件可以实现，以提高电动执行器的控制准确性。

本实施例中还包括报警器4；控制器2包括验证单元；

验证单元，接收位置指示器34反馈的位置信号和位置发送器33的反馈信号，并进行比较；如果差值在误差范围内，则判定位置发送器的反馈信号准确；如果差值超过误差范围，则判定位置发送器故障，向报警器35发送故障信号；报警器4收到故障信号后发出声光报警信号报警。

作为上述实施例的进一步的改进，还包括应力传感器36，安装在减速器32输出轴上或通过其他部件传递到应力传感器上，处理器通过采集应力传感器36的输出信号计算得到输出力矩，特点是测量准确。该应力传感器36与通过电流相位电压频率等信号计算出电机输出力矩再根据传动比计算出得力矩对比，更为准确，对于输出力矩保护，或需要力矩开关到位控制的阀门控制更为精准。另外当计算出电机输出力矩与应力传感器测量出的力矩偏差大则可发出内部故障报警信号。

该电动执行器为可获得大的力矩控制，或大的转速调整控制，可做成双电机控制方式，即增加一个辅助电机。其中双电机控制分同轴双电机驱动和不同轴双电机控制方式。双电机控制可实现小力矩时仅一个电机转，另一电机不通电，一个电机驱动力矩达不到时可另一电机同时通电，两者力矩共同驱动。需要调速的时候可根据调速需要进行对两电机进行控制，扩大其调速范围。另还可将其中一个电机做成再进行一级减速与另一电机输出轴向叠加，获得慢速大力矩。通过该设计方案有效扩大应用范围。减小单个电机体积，另辅助电机可设置成可拆卸可选配的方式增加了灵活性。

另外外部控制信号(是从外控制器DCS来的)设为总线控制方式，及通过传递数字信号进行控制，其控制及反馈所含信息量更大，使用电缆更少，其中速度快慢控制即可通过总线进行给定。

控制器内部可设强大的调节控制逻辑等，与其他简单仪表(包括温度传感器、压力传感器等)进行直接连接可实现独立的控制系统，将调节器的功能整合，无需外加或通过远程中控系统及可实现简单的PID等控制。

将本电动执行器采用分体式设计，即将控制器(包括控制器及其输入输出接口)与电动执行器的其余部分(包括机械部分、电机及内部传感器等)分离，因本电动执行器的控制器具有总线控制，且具有强大的信号采集，控制输出等输入/输入功能，可作为通用控制器，通过对其进行植入梯形图逻辑程序编程，实现对开关柜，电动机综合保护测控，及RTU等作为终端控制单元应用。

本执行器也可使用液压或气动作为动力源，即采用液压驱动装置或气压驱动装置，反馈及力矩均可采用双回路测量(或计算)比对，以及控制部分采用整体或分体式控制，核心思想和原理一致。可外设蓄电池和逆变器，逆变器将蓄电池的直流电源转换为交流电，应用于断电后仍需要操作的关键场合。

带变频功能，带变频功能，除内部具有变频控制电机实现执行器动作快慢调节功能。还具有作为变频电源输出功能，相当于变频器的功能，给外部电机提供驱动，可满足一般小型电机使用的。

带电池功能时逆变器可提供电源输出接口，当小型UPS使用，实现一物多用。

另外通过采用该技术设计的执行器，具有很好的通用性，输出部分采用机械手臂设计，即可成为生产线上机器人，利用其强大的传感和程控很容易即可实现所需要功能，降低造价成本。

Claims (7)

1.一种执行器，包括伺服放大器、控制器和执行机构；其特征在于，所述执行机构包括驱动装置、减速器、调节机构、位置发送器和用于反馈调节机构开合度的位置指示器；

所述位置指示器包括相对所述调节机构位置固定的两个相对的指示盘；

所述指示盘中心处穿设有能自由转动的转轴；所述转轴与所述调节机构的转轴传动连接；

所述指示盘中心处的转轴上还设置有能随所述指示盘中心处的转轴一起转动的定位指针，所述定位指针位于两所述指示盘之间；

两个所述指示盘上围绕所述指示盘中心处的转轴一周间隔设置有多个孔，位于其中一个所述指示盘上的孔内设置有发射二极管，位于另一个所述指示盘上的孔内设置有接收二极管，所述发射二极管与接收二极管一一正对；

所述指示盘上还设置有可拨动的关位指针和开位指针；所述发射二极管与接收二极管的信号输出端通过连接线与所述控制器连接；

所述控制器根据所述发射二极管及接收二极管的信号获得反馈调节机构实际开合度的位置信号，通过该位置信号验证或校正所述位置发送器的反馈信号；

所述驱动装置为电机；

还包括报警器；所述控制器包括：

验证单元，接收所述位置指示器反馈的位置信号和所述位置发送器的反馈信号，并进行比较；如果差值在误差范围内，则判定所述位置发送器的反馈信号准确；如果差值超过误差范围，则判定所述位置发送器故障，向所述报警器发送故障信号；

所述报警器接收所述故障信号，发出声光报警信号；

所述控制器包括：

PLC逻辑控制单元；

辅助采集单元，通过辅助采集单元的输入接口采集外部信号；

调节控制单元，根据上述外部信号控制所述电机的输出参数。

2.根据权利要求1所述的执行器，其特征在于，还包括应力传感器，所述应力传感器安装在所述减速器的输出轴上，所述应力传感器的信号输出端连接所述控制器。

3.根据权利要求1或2任一所述的执行器，其特征在于，所述驱动装置为液压驱动装置或气压驱动装置。

4.根据权利要求1所述的执行器，其特征在于，还包括辅助电机；

所述减速器具有两根输入轴，其中一根所述输入轴连接所述电机，另一根输入轴连接所述辅助电机；

所述电机以及所述辅助电机的控制端均连接所述控制器。

5.根据权利要求1所述的执行器，其特征在于，还包括蓄电池和逆变器，所述逆变器的输入端连接所述蓄电池，所述逆变器的输出端连接所述电机、减速器、伺服放大器及控制器。

6.根据权利要求5所述的执行器，其特征在于，所述逆变器还具有变频电源输出接口，该输出接口连接外部电机或其他负载。

7.根据权利要求1-2任一所述的执行器，其特征在于，所述控制器与所述执行器的其余组成部分采用分体式设计。