1 前言
电动执行器是自动控制系统中不可缺少的执行部件，常规的运行方式是用调节器或DCS或PLC输出的模拟信号与伺服放大器配套加以控制。这种控制方式受伺服放大器的影响，使调节系统中存在着大量的问题。在此介绍一种在DCS或PLC控制中直接用开关量控制电动执行器的方法。
2 问题的提出
在常规的控制系统中，通常将DCS或PLC内部的数字信号经D/A转化为模拟信号输出，该信号送入伺服放大器与执行机构的阀位反馈信号比较，根据偏差的极性，伺服放大器输出相应极性的信号，以控制执行器伺服电机的正、反转。如图1所示。
图1 DCS系统中执行器的常规控制框图
这种控制系统存在着如下几个方面的问题：
2.1 伺服放大器的特性影响了调节系统的质量
伺服放大器主要由前置磁放大器、触发器和可控硅交流开关组成（如图2）。
图2 伺服放大器组成方框图
前置放大器由四个相同的分成两组的坡莫合金环形导磁体组成，这种具有内反馈的、双拍推挽式的放大器的输入信号为ΔI=Ii-If（Ii为DCS或PLC的模拟输出信号；If为执行器的阀位反馈信号）；输出信号为电压V1，受磁滞作用的影响前置放大器的特性曲线如图3所示。当|ΔI|＜Δ/2时，前置放大器的输出V1没有变化，只有当|ΔI|≥Δ/2时，放大器的输出V1才发生变化，出现了回差Δ和不灵敏区。
触发器的输入信号为前置磁放大器的输出V1，输出信号为触发脉冲。由于晶体管的死区电压，其特性曲线如图4所示。
可控硅主回路的输出电压与触发器输出的频率f1和f2有关，其特性如图5所示。
由此可得伺服放大器的整机静态特性如图6所示。可见，伺服放大器存在着如下缺点：
①．输出交流电压U与输入信号ΔI为非线性。
②．输出交流电压U与输入信号ΔI之间有回差。
这种回差的存在增大了执行机构的不灵敏区，同时使执行器产生振荡，损坏执行器的部件。
2.2 伺服放大器的安装位置和接线困难、易发生故障
目前国内有两种类型的执行器，一种是将伺服放大器直接布置在执行器内部，DCS直接与执行器相连，有些在安装现场又增加了一个控制箱，在DCS和执行器之间的信号(模拟量)直接传输，这种类型的执行器一般价格较高。另一种是伺服放大器独立存在，以前通常将其布置在表盘中，但在使用了DCS控制后，其安装位置相对困难。
伺服放大器中既有4~20mA或0~10mA的直流信号，又有220V的交流输出，其外部接线相对复杂；使用中又常常发生故障，多数技术人员对伺服放大器的检修感到头疼。
3 执行器的开关量直接控制
由执行器内部结构和工作原理可知，执行器的正、反向动作，是通过改变其伺服电机的正、反转来实现的，而伺服电机的正、反转又是由外部电源施加在电机的哪一个绕组上决定的。电机的定子上均匀分布着匝数、线径相同而空间位置相互垂直的两个定子绕组，在不同的绕组上施加电源，电机的转向也就不同。由此可见，控制电机正、反转的不是电流的大小，而是所加电源的位置，即是个开关量信号。在工程中，用两只按钮远方操作执行器（如图7）也正是利用了执行器的这一特性。
在DDZ-Ⅱ、Ⅲ型仪表中，由于调节器的输出为模拟信号，采用伺服放大器来控制执行器是迫不得已的事，但在DCS和PLC控制系统中，由于他们既能输出模拟量又能输出开关量，直接用受DCS或PLC控制的两个开关量去控制执行器的正、反转应图7执行器远方操作原理图是理所当然的（如图8），这样不仅去除了伺服放大器从根本上消除了它的影响，提高了系统的可靠性，而且降低了投资。
4 应用及注意事项
4.1 输入通道
用DCS或PLC的开关量直接控制执行器的调节系统中，与执行器有关的输入通道有：执行器的阀位反馈信号(4~20mA或0~10mADC)，信号的类型由执行器的类型决定，在DCS中可通过组态或跳线来保持类型的一致。该信号占用了DCS或PLC的一个模拟量输入通道(AI)；用来反应执行器全开、全开的行程开关(LOS、LCS)占用了两个开关量输入通道。
4.2 输出通道
DCS用两个开关量输出通道来控制执行机构的正、反转，但由于受通道允许最大输出电流的限制，不能直接用其控制执行器，而应采用带继电器输出的开关量输出通道(最大允许工作电流为
4.3 执行器的控制程序
执行机构的控制程序需解决如下几个方面的问题：
初始化输入通道在DCS中是在系统组态时完成的，主要用来设置输入通道的类型，采样的方式和采样的时间。在执行器的直接控制中，共有阀位反馈(AI)，全开、全关行程开关的状态(DI)三个输入通道需初始化。
在DCS或PLC中组态或编程实质上就是如何将DCS控制器(相当于常规调节系统的调节器)的输出、阀位反馈信号、行程开关信号联系起来，形成两个受控的开关量输出，即完成原伺服放大器将信号综合、比较、放大的功能。程序框图如图10所示。
程序中首先根据执行器全开、全关两个行程开关的状态确定执行器的当前位置，以防止盲目给执行器加电引起执行器过力矩损坏。位置反馈故障是指行程开关(LOS、LCS)的状态都为NOT的情况下，因反馈模块损坏或信号传输线路故障而表现出来的反馈信号最大(10mADC或20mADC)或最图10 控制流程框图小(0mADC或4mADC)的情况；另一种是指在给执行器加电时，因所带风门或阀门卡死，使执行器堵转而形成的阀位反馈信号的变化率低于设定值的情况。这两种情况都说明执行器发生了故障，故程序中自动将执行器切换到手动操作方式，并发出声光报警信号，提醒操作人员处理。当执行器切换到手动操作后，执行器的位置保持不变，以保证生产过程的正常进行。由调节器的输出信号和阀位反馈信号偏差的极性，确定执行器的正、反转方向，在调试时该方向与执行器上的"正、反作用"开关的位置有关。控制程序中设置"死区"具有两个方面的作用：①可有效防止执行器频繁动作，甚至发生振荡。②可有效防止执行器的过调。在偏差大于死区时，执行器正转(反转)，随着执行器的运动，位置反馈信号将逐步增加(减少)，偏差逐渐减小，当偏差值小于死区的设定值时，给执行器断电，利用执行器的惯性和测量滞后使得偏差进一步缩小。若将死区值设置为0，则这个惯性会使执行器继续运动形成过调。死区值的设定与执行器的种类、型号有关，由现场调试时确定。正、反向死区的设置值不一定相同。
5 结语
在DCS或PLC控制系统中，直接采用开关量控制PLC，去除了伺服放大器，从根本上解决了伺服放大器的各种问题，减少了投资，提高了调节系统的可靠性。该方法已在多个工程中实际使用，效果良好。
参考文献
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