第3章 计算机控制系统的常用硬件6(执行机构).pptVIP

* 计算机控制技术 —— 执行机构 执行机构的作用 在计算机控制系统中，必须将经过采集、转换、处理的被控参量（或状态）与给定值（或事先安排好的动作顺序）进行比较，然后根据偏差来控制有关输出部件，达到自动调节被控量（或状态）的目的。 例如，在机床加工工业中，经常控制马达的正反转及其转速，以完成进刀、退刀及走刀的任务。在雷达天线位置跟踪系统中，需要控制伺服阀油缸的位置。在各种温湿度控制系统中，经常需要控制阀门的开闭和开度，以控制液体和气体的流量。在机器人控制系统中，经常要控制各关节上伺服电机的转动方向和速度。在程控交换系统和配料过程控制系统中，经常要控制继电器、接触器，以满足各种动作的需要等等。 所有这些伺服电机、马达、阀门、继电器、接触器等输出部件，统称为执行机构，也称为执行装置或执行器。 执行机构的作用是接收计算机发出的控制信号，并把它转换成调整机构的动作，使生产过程按照预先规定的要求正常进行。 执行机构的种类 执行机构有各种各样的形式，按所需能量的形式可分为气动执行机构、电动执行机构和液压执行机构。常用的执行机构为气动和电动的。 1．气动执行机构 以压缩空气为动力的执行机构称为气动执行机构。气动执行机构主要分为薄膜式与活塞式两大类。薄膜式执行机构应用最广。 由于气动执行机构结构简单、价格低，输出推力大，防火防爆，动作可靠，维修方便，适用于防火、防爆场合，因此被广泛应用在化工、炼油生产中，在冶金、电力、纺织等工业部门也得到大量使用。 气动执行机构与计算机的连接极为方便，只要将电量信号经电气转换器转换成标准的气压信号之后，即可与气动执行机构配套使用。 2．电动执行机构 电动执行机构是工程上应用最多、使用最方便的一种执行器，特点是体积小、种类多、使用方便。 下面简单介绍几种常用的电动执行机构。 1）电磁式继电器 它是一种由小电流的通断控制大电流通断的常用开关控制器件，主要由线圈、铁芯、衔铁和触点等部件组成。继电器的触点是与线圈分开的，通过控制继电器线圈上的电流可以使继电器上的触点开关闭合或断开，从而使外部高电压或大电流与微型机隔开。 电磁式继电器线圈的驱动电源可以是直流的，也可以是交流的，电压规格也有很多种。输出触点的电流、电压也有很多种规格。 电磁式继电器的线圈、触点可以使用各自独立的电源，两者之间相互绝缘，耐压可达千伏以上。它还有很大的电流放大作用，因此，电磁式继电器是一种很好的开关量输出隔离及驱动器件。 它的不足是机械式触点动作时间较慢，在开关瞬间触电容易产生火花，引起干扰，减低使用寿命。 2）固态继电器 在继电器控制中，由于采用电磁吸合方式，在开关瞬间，触点容易产生火花，从而引起干扰；对于交流高压等场合，触点还容易氧化，因而影响系统的可靠性。所以随着微型机控制技术的发展，人们又研究出一种新型的输出控制器件——固态继电器。 由于固态继电器输入控制电流小，输出无触点，所以与电磁式继电器相比，具有体积小、重量轻、无机械噪声、无抖动和回跳、开关速度快、工作可靠、寿命长等优点，因此，在微机控制系统中得到了广泛的应用，大有取代电磁继电器之势。 固态继电器简称SSR（Solid State Relay），它利用电子技术实现了控制回路与负载回路之间的电隔离和信号耦合，而且没有任何可动部件或触点，却能实现电磁继电器的功能，故称为固态继电器。它实际上是一种带光电耦合器的无触点开关。 3）大功率场效应管 由于场效应管输入阻抗高，关断漏电流小，响应速度快，而且与同功率继电器相比，体积较小，价格便宜，所以在开关量输出控制中也常作为开关元件使用。 大功率场效管包括控制栅极G、漏极D、源极S。对于NPN型场效应管来讲，当G为高电平时，源极与漏极导通，允许电流通过，否则场效应管关断。 4）晶闸管 又称可控硅（Silicon Controlled Rectifier，简称SCR），是一种大功率的半导体器件，具有体积小、效率高、寿命长，用小功率控制大功率、开关无触点等特点，在交直流电机调速系统、调功系统、随动系统中应用广泛。 单向晶闸管具有单向导电功能，在控制系统中多用于直流大电流场合，也可在交流系统中用于大功率整流回路。 双向晶闸管也叫三端双向可控硅，在结构上相当于两个单向晶闸管的反向并联，但共享一个控制极，具有双向导通功能，因此特别适用于交流大电流场合。 5）电磁阀 电磁阀是在气体或液体流动的管路中受电磁力控制开闭的阀体。广泛应用于液压机械、空调系统、热水器、自动机床等系统中。它由线圈、固定铁芯、可动铁芯和阀体等组成。当线圈不通电时，可动铁芯受弹簧作用与固定铁芯脱离，阀门处于关闭状态；当线圈通电时，可动铁芯克服弹簧力的作用而与固