壓縮機(jī)測量技術(shù)及其自動(dòng)控制系統(tǒng)

1、第六章 第六章 壓縮機(jī)測量技術(shù)及其自動(dòng)控制系統(tǒng)第一節(jié) 第一節(jié) 壓縮機(jī)測量技術(shù)一、溫度測量溫度是壓縮機(jī)測量中最常見的、最基本的工藝參數(shù)之一。在壓縮機(jī)及其系統(tǒng)中，溫度測量的對象主要包括被壓縮氣體溫度、潤滑油油溫、冷卻水水溫、填料函溫度、主軸承溫度、主電機(jī)軸承溫度及定子線圈溫度等。測量溫度的方法從感受溫度的途徑來分有兩類：一類是接觸式的，即通過測溫元件與被測物體的接觸而感知物體的溫度；另一類是非接觸式，即通過接收被測物體發(fā)出的輻射熱來判斷溫度。常見的接觸式測溫儀表有如下幾種。1膨脹式溫度計(jì) 利用固體或液體熱脹冷縮的特性測量溫度，具有結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、測量準(zhǔn)確；價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)；但測量上限和精度受玻璃

2、質(zhì)量的限制，易碎且不能遠(yuǎn)傳和記錄。常用的液體溫度計(jì)有充注水銀的水銀玻璃管溫度計(jì)和充注有機(jī)液(如酒精)的玻璃管溫度汁。在壓縮機(jī)試驗(yàn)研究中，廣泛采用度為0.1的水銀玻璃管溫度計(jì)，水銀的膨脹系數(shù)為0.000181。普通水銀溫度計(jì)的測溫范圍為30300，但上限可高至700，是通過加壓的方法實(shí)現(xiàn)的。有機(jī)液體更適宜于測量低溫，如酒精玻璃管溫度計(jì)的測溫范圍為l0075，而甲苯玻璃管溫度汁的測溫范圍為90100。2壓力式溫度計(jì) 根據(jù)密封在固定容器內(nèi)的液體或氣體，當(dāng)溫度變化時(shí)壓力發(fā)生變化的特性，將溫度測量轉(zhuǎn)化為壓力的測量。適用于測量氣體、蒸汽及對感溫包不起腐蝕的液體的溫度。測量范圍一般為50400。它具有結(jié)構(gòu)簡

3、單、不怕振動(dòng)、具有防爆性、價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是精度低，測溫距離較遠(yuǎn)時(shí)，儀表的滯后性較大。3.電阻式溫度計(jì) 根據(jù)金屬或半導(dǎo)體的電阻值隨著溫度變化的特性測量溫度。一般金屬電阻值隨著溫度升高而增加，而半導(dǎo)體的電阻值卻隨著溫度的升高而減少。目前使用最廣泛的熱電阻材料是鉑和銅。熱電阻溫度計(jì)適用于測量液體、氣體、蒸汽及固體表面的溫度。鉑電阻溫度計(jì)測溫范圍為200500。銅電阻溫度計(jì)測溫范圍為50150。熱電阻溫度計(jì)具有遠(yuǎn)傳、自動(dòng)記錄和實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測量等優(yōu)點(diǎn)，而且它輸出的信號大，測量準(zhǔn)確。1968年的新溫標(biāo)進(jìn)一步規(guī)定，在259.34630.74溫度范圍內(nèi)，以鉑電阻溫度計(jì)作為基準(zhǔn)器。4，熱電偶溫度計(jì) 根據(jù)熱電效

4、應(yīng)，將兩種不同的導(dǎo)體接觸并構(gòu)成回路時(shí)，若兩個(gè)接點(diǎn)溫度不同，回路中便出現(xiàn)毫伏級的熱電勢，該電勢就可準(zhǔn)確反映被測物體的溫度。將回路與適當(dāng)?shù)闹甘緝x表結(jié)合，就組成了如圖61所示的熱電偶溫度計(jì)。熱電偶的測溫范圍為1001600，上下限根據(jù)需要還可以擴(kuò)展。熱電偶具有結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)廉、測溫范圍寬、準(zhǔn)確度高、熱慣性小、輸出信號為電信號便于遠(yuǎn)傳等優(yōu)點(diǎn)。適合于測量流體、固體及固體壁面的溫度。微型熱電偶還可用于快速及動(dòng)態(tài)溫度的測量。在單元組合式儀表中，將溫度傳感器輸出的信號轉(zhuǎn)變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)信號(如420mA直流電流信號)的變換裝置，稱為溫度變送器(如圖62)。二、壓力測量壓力是壓縮機(jī)設(shè)計(jì)中的重要工藝參數(shù)。不但壓力本身是表征

5、流體流動(dòng)過程的重要參數(shù)，而且流速、流量等參數(shù)的測量，也往往轉(zhuǎn)換為壓力測量問題。在壓縮機(jī)及其系統(tǒng)中，壓力測量的對象主要包括被壓縮氣體壓力、潤滑油油壓、冷卻水水壓、填料函及中體充氮壓力、儀表風(fēng)壓力等。根據(jù)工作原理，目前所采用的壓力指示儀器主要有液柱式、彈性式、活塞式、電氣式或電子式等。 (1)液柱式壓力計(jì) 它是根據(jù)流體靜力平衡的原理制成的，有單管壓力計(jì)和雙管壓力計(jì)(u形管壓力計(jì))，具有結(jié)構(gòu)簡單、精度高、使用方便價(jià)格低的特點(diǎn)。u形管壓力計(jì)測量壓差的范圍很廣，其測量上限取決于工作液體的密度，但受管子的強(qiáng)度限制，都有一個(gè)最高壓力限度：下限由測量精度要求決定，不應(yīng)小于2000Pa。微壓計(jì)用來測量很小的壓差

6、，如205000Pa，是一種靈敏、精度高的測壓儀器。(2)彈性式壓力計(jì) 它是用各種形式的彈性元件作為感受件，使彈性元件受壓后發(fā)生的反作用力與被測壓力平衡。此時(shí)，彈性元件的變形就是被測用力的函數(shù)，通過測量變形的方法測得壓力。根據(jù)測壓范圍不同，常用的有膜片(分平膜片與波紋膜片)、膜盒(分單膜盒與雙膜盒)、波紋臂(分單波紋管與雙波紋管)、彈簧管(分單圈彈簧管與多圈彈簧管)。膜片、膜盒與波紋管等元件多用于微壓和低壓的測量；彈簧管則可用于高、中、低壓直到真空度的測量。多圈彈簧管壓力計(jì)最高壓力為16MPa。 (3)活塞式壓力計(jì) 它是以直接作用在已知面積上的重力來平衡被測壓力的。常被作為實(shí)驗(yàn)室的壓力標(biāo)準(zhǔn)器，

7、精度高。簡單活塞式壓力計(jì)的測量上限為6l07Pa，具有差動(dòng)活塞的壓力計(jì)上限可達(dá)25107Pa。壓力變送器是將彈性元件受壓輸出的位移或力等信號。變成標(biāo)準(zhǔn)電信號的變換裝置。在壓縮機(jī)測量中，常用的壓力測量儀表有以下幾類：1)霍爾片式遠(yuǎn)傳壓力表，其原理是通過壓力彈簧管位移霍爾電勢的產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)壓力信號的遠(yuǎn)傳或顯示。適用于靜態(tài)壓力測量。2)應(yīng)變片式遠(yuǎn)傳壓力表。通過應(yīng)變片將被測壓力轉(zhuǎn)換成電阻值的變化，遠(yuǎn)傳至橋式電路，獲得相應(yīng)的毫伏級電量輸出信號，然后在毫伏計(jì)或記錄儀上顯示。適用于測量快速變化的壓力和高壓力。3)電容式遠(yuǎn)傳壓力表。采用變電容原理，用彈性元件受壓變形來改變可變電容器的電容量，用測量電容的方法測出

8、電容量，便可知被測壓力大小，從而實(shí)現(xiàn)壓力-電容轉(zhuǎn)換。適用于測量快速變化的壓力和高壓力。4)差動(dòng)式電感壓力傳感器。由彈簧管和差動(dòng)式電感轉(zhuǎn)換器組成差動(dòng)式電感轉(zhuǎn)換器，由公共銜鐵和兩個(gè)相同的簡單電感轉(zhuǎn)換器結(jié)合在一起構(gòu)成，通過變化引起電感量變化，引起電流變化，引起或輸出電壓變化，可知被測壓力的大小。適用于靜態(tài)壓力測量。三、流量測量流量是壓縮機(jī)的主要性能參數(shù)之一，它表征了機(jī)組在甲位時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)壓縮氣體量的多少。流量可以采用質(zhì)量流量(kg/s)表示；也可以用體積流量(m3/s)表示。工程上常用m3(標(biāo))min表示往復(fù)壓縮機(jī)的容積流量。流量測量方法分為直接測量和間接測量兩種。直接測量就是同時(shí)測出流體質(zhì)量(或體積

9、)和所用時(shí)間。間接測量主要是測出與流量有關(guān)的物理量(如壓差)，再換算成流量。工程上除了小流量有時(shí)用直接測量外，大多用間接測量方法。間接測量常用的以下一些方法。1、差壓式流量計(jì) 利用流體流經(jīng)節(jié)流裝置時(shí)產(chǎn)生的壓力差來實(shí)現(xiàn)流量測量。通常是由能將被測流體的流量轉(zhuǎn)換成壓差信號的節(jié)流裝置，和能將此壓差轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的流量值顯示出來的差壓流量計(jì)所組成。可用于測量液體、氣體和蒸汽的流量。目前國內(nèi)外節(jié)流裝置的型式已標(biāo)準(zhǔn)化，稱為標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置：標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的結(jié)構(gòu)型式、尺寸要求、取壓方式、使用條件等均有統(tǒng)一規(guī)定。在管道通路上安裝孔板、噴嘴或文丘利管等節(jié)流裝置。當(dāng)流體流過節(jié)流元件時(shí)，流束局部收縮。其流速增加，靜壓降低，使節(jié)

10、流元件前后產(chǎn)生靜壓差。靜壓差p與體積流量qv(m3/s)之間有如下關(guān)系： （6-1）式中，為流量系數(shù)，與節(jié)流元件的形式、孔口對管道的面積比及取壓方式等因素有關(guān)；為流體密度（kg/m3）;A0為節(jié)流孔流通面積（m2）;p1,p2為節(jié)流孔前后的絕對壓力（pa）。同理，質(zhì)量流量qm(kg/s)為 （6-2）因此測出節(jié)流元件前后的靜壓差，就可間接確定流體流量。上式也說明，可使用差壓變送器測量節(jié)流元件前后的壓差，由此換算成流量。差壓流量計(jì)原理如圖6-3所示。2、轉(zhuǎn)子流量計(jì) 在小流量測量中，廣泛使用轉(zhuǎn)子量計(jì)。其工作原理是根據(jù)節(jié)流現(xiàn)象，節(jié)流元件是一個(gè)能上下浮動(dòng)的可以轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子，置于圓錐形測量管中。當(dāng)被測流體

11、自下而上通過時(shí)，由于轉(zhuǎn)子的節(jié)流作用，在轉(zhuǎn)子前后出現(xiàn)壓差p。此壓差對轉(zhuǎn)子產(chǎn)生一個(gè)向上的推力，使轉(zhuǎn)子向上移動(dòng)，由于測量管上口較大，因而能取得平衡位置。平衡時(shí)，p等于轉(zhuǎn)子重量，為恒值，可以由式(381)得到流量值。指示型轉(zhuǎn)子流量計(jì)的工作壓力不得超過2.0MPa，工作溫度范圍為20120。3、渦輪流量計(jì) 其結(jié)構(gòu)如圖6-4所示。渦輪的軸裝在導(dǎo)管的中心線上，流體橫向流過渦輪時(shí)，推動(dòng)葉片，使渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)，其轉(zhuǎn)速近似正比于流量。渦輪流量計(jì)具有測量精度高、反應(yīng)快、耐壓高、適應(yīng)范圍廣的特點(diǎn)，但不適于測量臟污介質(zhì)的流量。渦輪流量計(jì)可用于測量壓縮機(jī)冷卻水消耗量。精度一般為0.251.0。四、液位測量壓縮機(jī)組中需要測量的液

12、位有主油箱潤滑油液位、注油器油箱液位、中間分液罐凝液液位及填料漏氣收集罐液位。1、玻璃液位計(jì) 這是使用最早、結(jié)構(gòu)最簡單的一種直讀式液位計(jì)。它的一端接容器的氣相，另一端接液相，根據(jù)連通器的原理工作，有玻璃管和玻璃板兩種形式，如圖6-5所示。對于低壓罐體(如油箱)，可以采用透明材質(zhì)鑲嵌在容器上，以隨時(shí)觀測罐體內(nèi)液位。對于大的承壓罐體(如中間分液罐)，可利用連通器原理，在容器上引兩嘴子接到一透明管兩端，該管液位就反映了承壓容器內(nèi)液位的高低(如彩色玻璃板液位計(jì))。工業(yè)上應(yīng)用的玻璃管液位計(jì)的長度為3001200mm，工作壓力不大于1.6MPa。玻璃板液位計(jì)的長度為5001700mm，最大耐壓為5.0MP

13、a，耐溫400。2、浮力式液位計(jì) 分為恒浮力式液位計(jì)和變浮力式液位計(jì)兩種形式，主要利用感測元件在液體中的浮力測量液位。主要用于低壓力場合的液位測量。3、差壓式液位計(jì) 它是利用容器內(nèi)的液位改變時(shí)，由液柱產(chǎn)生的靜壓也相應(yīng)變化的原理而工作的。各種壓力計(jì)、差壓計(jì)和差壓變送器都可以用來測量液位高度。液位變送器和液位開關(guān)可以對液位信號進(jìn)行遠(yuǎn)傳，它是利用傳感器將液位信號轉(zhuǎn)換成電壓或電流信號。五、轉(zhuǎn)速測量轉(zhuǎn)速是壓縮機(jī)的一個(gè)重要特性參數(shù)。測定活塞式壓縮機(jī)的排氣量時(shí)，若實(shí)際轉(zhuǎn)速與設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速不同時(shí)，須按照轉(zhuǎn)速比修正。往復(fù)壓縮機(jī)在運(yùn)行過程中，轉(zhuǎn)速直接影響著機(jī)組的機(jī)械強(qiáng)度、振動(dòng)及零部件的磨損情況。轉(zhuǎn)速是指單位時(shí)間內(nèi)被測軸

14、旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)，以每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)(rmin)表示。按照測量工作原理，轉(zhuǎn)速測量儀表大致可分為模擬式、計(jì)數(shù)式和閃頻式等。1、模擬式轉(zhuǎn)速計(jì) 它是利用與瞬時(shí)轉(zhuǎn)速成比例的物理現(xiàn)象。例如離心力、發(fā)電機(jī)輸出電壓等的變化，以轉(zhuǎn)速單位連續(xù)指示在刻度盤上，故也稱瞬時(shí)式轉(zhuǎn)速計(jì)，這類轉(zhuǎn)速計(jì)精度較差(約12)，有較大的溫度誤差，但結(jié)構(gòu)簡單，使用方便。此類轉(zhuǎn)速計(jì)有離心式轉(zhuǎn)速表、感應(yīng)式轉(zhuǎn)速計(jì)、發(fā)電機(jī)式轉(zhuǎn)速表等。可以測量低、中、高速。2、計(jì)數(shù)式轉(zhuǎn)速計(jì) 它是用某種方法數(shù)出一定時(shí)間內(nèi)的總轉(zhuǎn)數(shù)，測量內(nèi)容包括計(jì)數(shù)和測時(shí)。計(jì)數(shù)式是轉(zhuǎn)速測量的一種主要方式，測量精度高，測量轉(zhuǎn)速范圍為30rmin至48萬rmin。其測量方法有機(jī)械式和數(shù)字電子式。

15、數(shù)字電子式是利用傳感器將轉(zhuǎn)速值變成電脈沖信號，然后用數(shù)字頻率計(jì)顯示出轉(zhuǎn)速值。轉(zhuǎn)速傳感器通常有光電式和磁電式兩類。投射式光電傳感器是由裝在旋轉(zhuǎn)軸上的開孔圓盤、光源及光敏元件組成，開孔元件旋轉(zhuǎn)一周，光敏元件感光的次數(shù)與圓盤的孔數(shù)相同，從而產(chǎn)生相應(yīng)數(shù)量的電脈沖信號，磁電式傳感器是利用旋轉(zhuǎn)著的齒盤與磁極之間氣隙磁阻中感應(yīng)出電勢的原理制成。3閃頻測速法 它是基于已知頻率的閃光與被測軸轉(zhuǎn)速的關(guān)系，用閃光照射以轉(zhuǎn)速n旋轉(zhuǎn)的圓盤，若以同一時(shí)間單位度量，當(dāng)閃光的頻率f和轉(zhuǎn)速n相同，或轉(zhuǎn)速n比閃光頻率大，且nf=m，m為正整數(shù)時(shí)，則圓盤上的p點(diǎn)看上去是靜止的。一般在f=mn(m=1、2、3、)時(shí)，看上去p點(diǎn)靜止于

16、一點(diǎn)、二點(diǎn)、三點(diǎn)、。利用這種機(jī)械轉(zhuǎn)速與閃光頻率的關(guān)系測量轉(zhuǎn)速的方法，稱為閃頻測速法。閃頻測速法測量精度一般為12，為非接觸式測速法。六、功率測量測量壓縮機(jī)的功率一般采用以下方法：1)用測得的指示功乘以轉(zhuǎn)速，再除以機(jī)械效率。2)用測量轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的方法，直接測定壓縮機(jī)軸功率。3)當(dāng)為電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)時(shí)，測量電動(dòng)機(jī)的輸入功率(用兩瓦計(jì)法得到)，乘以電動(dòng)機(jī)效率、傳動(dòng)效率等，便可得到壓縮機(jī)的軸功率。4)對透平壓縮機(jī)可采用熱平衡方法間接確定其功率。5)當(dāng)為內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)時(shí)，可通過測量內(nèi)燃機(jī)油耗獲得。轉(zhuǎn)矩可以通過扭力架測功法或扭力測功法來測量。轉(zhuǎn)矩測量儀由轉(zhuǎn)矩傳感器和數(shù)字顯示儀表組成。轉(zhuǎn)矩傳感器是利用轉(zhuǎn)軸

17、受扭后產(chǎn)生的彈性變形來測量轉(zhuǎn)矩的大小。對于大型往復(fù)壓縮機(jī)，一般在高電壓回路中測量電壓和電流來測量壓縮機(jī)軸功率。七、振動(dòng)測量振動(dòng)測量的目的在于測試壓縮機(jī)裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)是否平穩(wěn)，分析和解決與振動(dòng)有關(guān)的故障等。各類型壓縮機(jī)在出廠前的機(jī)械試運(yùn)轉(zhuǎn)及在現(xiàn)場安裝之后的試車階段，都必須對機(jī)械的振動(dòng)量進(jìn)行檢驗(yàn)。描述振動(dòng)的三個(gè)主要參量是振幅、頻率和相位。振動(dòng)測量有兩種：一種是測量隨時(shí)間變化的位移、速度和加速度直線振動(dòng)值及其頻率；另一種是測量隨時(shí)間變化的角度、角速度和角加速度的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)值及其頻率。 (1)振動(dòng)測量的方法 常用的方法有機(jī)械測量、電測量、光學(xué)測量等。振動(dòng)電測量是將振動(dòng)運(yùn)動(dòng)量變?yōu)榕c之成正比的電量或其他便于觀察

18、、顯示或處理的物理信號，然后經(jīng)過適當(dāng)放大，由記錄裝置和顯示器顯示出來。電測振動(dòng)傳感器有電動(dòng)式、電感式、電阻式和壓電晶體式。電動(dòng)式傳感器的主要部分是永久磁鐵，磁路和運(yùn)動(dòng)線圈，磁路內(nèi)留有氣隙，運(yùn)動(dòng)線圈在磁路內(nèi)的空氣隙中。當(dāng)測量振動(dòng)時(shí)，線圈跟隨振動(dòng)體運(yùn)動(dòng)，并在固定磁場里切割磁力線，結(jié)果在線圈兩端就產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，此輸出電壓與相對運(yùn)動(dòng)速度成正比。其基本環(huán)節(jié)如下圖6-6所示。 圖6-6 振動(dòng)測量的基本環(huán)節(jié) 壓電式傳感器的原理是將傳感器基座固定在被測振動(dòng)體上，壓電元件受到慣性質(zhì)量塊慣性力作用而變形，在兩導(dǎo)電極面上，由于壓電效應(yīng)而產(chǎn)生電荷，此傳感器的輸出電量瞬時(shí)值與感受到的機(jī)械振動(dòng)加速度成正比。該型傳感器是

19、利用某些晶體在承受壓力(或拉力)時(shí)，其表面產(chǎn)生電荷的性質(zhì)來進(jìn)行工作的，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。石英、酒石酸鉀鈉、碳酸鋇及鋯鈦酸鉛等材料具有壓電效應(yīng)。 (2)機(jī)器振動(dòng)故障診斷 機(jī)器在其傳遞能量和完成工作的過程中，會產(chǎn)生激發(fā)機(jī)器或結(jié)構(gòu)中個(gè)別零件振動(dòng)的力。處于力傳遞途徑中的某些零件，可以很容易的從外部接近。由此可以很方便地測量由激振力引起的振動(dòng)。只要工作過程保持不變或僅在一定限度內(nèi)變化，則所測量的振動(dòng)實(shí)際上是不變的。對大多數(shù)機(jī)器來說，在正常工作條件下，振動(dòng)頻譜有一定特征形狀。當(dāng)機(jī)器中開始出現(xiàn)故障時(shí)，機(jī)器的某些動(dòng)態(tài)過程發(fā)生改變，作用在零件上的力，或零件本身的力學(xué)特性也發(fā)生變化，導(dǎo)致振動(dòng)頻譜改變。這就是利

20、用振動(dòng)信號測量分析和進(jìn)行機(jī)器故障診斷的基礎(chǔ)。八、噪聲測量壓縮機(jī)的噪聲性能也是一項(xiàng)重要指標(biāo)。壓縮機(jī)噪聲主要是由空氣動(dòng)力性噪聲和機(jī)械噪聲所組成。空氣動(dòng)力性噪聲是由氣體振動(dòng)而產(chǎn)生的，是壓縮機(jī)噪聲的主要來源。機(jī)械噪聲是固體振動(dòng)產(chǎn)生的。噪聲是由不同頻率的各種聲音組成的。表征噪聲的基本物理量有聲壓、聲功率和聲強(qiáng)。在噪聲研究中，還采用聲壓級、聲強(qiáng)級和聲功率級的概念。聲壓 一般把沒有聲波存在時(shí)的大氣壓力稱為靜壓力。有聲波存在時(shí)，空氣壓力就在大氣壓附近發(fā)生起伏變化。此起伏變化量就是某瞬時(shí)的瞬時(shí)聲壓，單位用Pa表示。把瞬時(shí)聲壓的有效值(即瞬時(shí)聲壓的均方根值)定義為聲壓。聲強(qiáng) 它是指在垂直于聲波傳播方向上，單位時(shí)間

21、內(nèi)通過單位面積的聲能，單位為W/m2。聲強(qiáng)與聲壓關(guān)系為 （6-3）式中，I為聲強(qiáng)（w/m2）;p為聲壓(N/m2)；為介質(zhì)密度（kg/m3）;c為介質(zhì)聲速（m/s）。聲功率是聲源在單位時(shí)間內(nèi)輻射出來的總聲能，單位為瓦，表示為 （6-4）式中，W為聲功率，（W）;In為聲強(qiáng)在基元面積ds法線上的分量，（W/m2）;S為包圍聲源的封閉面積，（m2）。噪聲測量主要是聲壓級測量。通常將聲壓傳感器信號轉(zhuǎn)換成電信號放大顯示。常用的有聲級計(jì)、頻譜分析儀器和聲級記錄儀等。所謂聲音就是物體的振動(dòng)，在彈性介質(zhì)中以疏密波的形式進(jìn)行傳播的過程。因此對噪聲的測量，也可采用類似振動(dòng)測量的方法進(jìn)行，測聲傳感器有電容式傳聲器

22、、壓電式傳聲器和電動(dòng)式傳聲器等。它們的共同點(diǎn)是采用金屬彈性振膜來感受聲波而產(chǎn)生相應(yīng)的位移。電容式傳聲器是在振膜背后有一極板與振膜構(gòu)成電容，振膜的位移導(dǎo)致電容的變化。壓電式傳聲器原理是由振膜的位移，導(dǎo)致壓電晶體產(chǎn)生應(yīng)變，從而因壓電效應(yīng)產(chǎn)生電壓輸出。電動(dòng)式傳聲器是由振膜拖動(dòng)個(gè)線圈在固定磁場中往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使線圈產(chǎn)生電壓輸出。第二節(jié) 壓縮機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)一、自動(dòng)控制原理現(xiàn)代化生產(chǎn)裝備都是自動(dòng)化的。它由各種檢測、控制器件及數(shù)字計(jì)算機(jī)等，按照一定規(guī)律組成控制系統(tǒng)，對設(shè)備和生產(chǎn)過程進(jìn)行自動(dòng)控制。自動(dòng)控制是指在沒有人直接參與的情況下，利用控制系統(tǒng)或自動(dòng)化儀表，使被控對象或生產(chǎn)過程自動(dòng)地按照預(yù)定的規(guī)律工作。自動(dòng)控制

23、技術(shù)的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化，從而確保設(shè)備安全運(yùn)行，改善勞動(dòng)條件，提高勞動(dòng)效率，創(chuàng)造更多經(jīng)濟(jì)價(jià)值。壓縮機(jī)系統(tǒng)是為完成某種工藝任務(wù)，提高氣體壓力而采用的一套機(jī)器設(shè)備。在完成其指定的工藝過程任務(wù)中，需要對有關(guān)參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，以保證裝置正常工作，并滿足根據(jù)各項(xiàng)要求擬定的工藝指標(biāo)。自動(dòng)地實(shí)現(xiàn)這種調(diào)節(jié)和控制是壓縮機(jī)自動(dòng)化的任務(wù)。（一）、 概述一般的自動(dòng)控制也稱為自動(dòng)調(diào)節(jié)。自動(dòng)調(diào)節(jié)是使生產(chǎn)過程中的某些被調(diào)參數(shù)保持恒定，或者按照一定規(guī)律變化的一種自動(dòng)控制過程。在研究自動(dòng)控制系統(tǒng)時(shí)，通常以方框圖來描述系統(tǒng)內(nèi)各組成部分（環(huán)節(jié)）間的相互影響和信號傳遞的關(guān)系，如圖6-7所示。圖中每個(gè)方框表示一個(gè)具體的作用

24、環(huán)節(jié)，每個(gè)環(huán)節(jié)都有輸入信號和輸出信號。方框間的連線和箭頭表示環(huán)節(jié)間的信號聯(lián)系和信號傳遞方向。圖6-7 自動(dòng)控制系統(tǒng)方框圖自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)是由調(diào)節(jié)對象、發(fā)信器、調(diào)節(jié)器和執(zhí)行器這四個(gè)基本環(huán)節(jié)組成的。有時(shí)，又把發(fā)信器、調(diào)節(jié)器和執(zhí)行器合起來叫做調(diào)節(jié)裝置，因此自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)由調(diào)節(jié)裝置和調(diào)節(jié)對象兩部分組成。被調(diào)參數(shù)是調(diào)節(jié)對象中的某個(gè)受控工藝參數(shù)，發(fā)信器檢測被調(diào)參數(shù)的變化，并與給定值比較，向調(diào)節(jié)器輸入偏差信號；調(diào)節(jié)器根據(jù)偏差信號按照一定的調(diào)節(jié)規(guī)律傳遞調(diào)節(jié)指令；執(zhí)行器按調(diào)節(jié)指令完成調(diào)節(jié)動(dòng)作，作用于調(diào)節(jié)對象。在方框圖中，被調(diào)參數(shù)是調(diào)節(jié)對象的輸出信號。凡是引起被調(diào)參數(shù)波動(dòng)的外來因素（除了調(diào)節(jié)作用外)統(tǒng)稱為干擾作用。干擾

25、作用和調(diào)節(jié)作用對被調(diào)參數(shù)影響的信號傳遞通道，分別稱為干擾通道和調(diào)節(jié)通道。從信號傳遞的角度說，自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)是個(gè)閉合回路，故稱為閉環(huán)系統(tǒng)。另外，系統(tǒng)的輸出是被調(diào)參，但它經(jīng)過發(fā)信器后又返回到調(diào)節(jié)器的輸入端。這種把系統(tǒng)的輸出信號又引到系統(tǒng)輸入端的作法叫做反饋，若反饋信號使被調(diào)參數(shù)的變化減小，稱為負(fù)反饋，反之稱為正反饋。按被調(diào)參數(shù)給定值的變化規(guī)律，自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)分類如下：1)定值調(diào)節(jié)系統(tǒng)。給定值為某一確定的數(shù)值。2)程序調(diào)節(jié)系統(tǒng)。給定值按指定的規(guī)律變化。3)隨動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。給定值事先不能確定，隨機(jī)變化。按照實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)動(dòng)作的特征可以分為：1)連續(xù)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。系統(tǒng)所有參數(shù)在調(diào)節(jié)過程中連續(xù)變化。2)斷續(xù)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。在調(diào)

26、節(jié)過程中系統(tǒng)中有一個(gè)以上的斷續(xù)變量。按照調(diào)節(jié)規(guī)律可分為：雙位調(diào)節(jié)、三位調(diào)節(jié)、比例調(diào)節(jié)、比例積分調(diào)節(jié)、比例微分調(diào)節(jié)和比例積分微分調(diào)節(jié)。（二）、自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)原來處于穩(wěn)定平衡態(tài)的自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，當(dāng)對象受到干擾時(shí)，被調(diào)參數(shù)開始變化，但通過調(diào)節(jié)作用，可以克服干擾，使系統(tǒng)在一個(gè)新的平衡態(tài)重新穩(wěn)定下來，系統(tǒng)的穩(wěn)定態(tài)稱為“靜態(tài)”。從干擾發(fā)生、經(jīng)歷調(diào)節(jié)再到新的平衡這段過程中，系統(tǒng)的各環(huán)節(jié)和各參數(shù)在不斷變化，這種狀態(tài)稱為“動(dòng)態(tài)”。被調(diào)參數(shù)在動(dòng)態(tài)過程中隨時(shí)間的變化叫做過渡過程。通過對過渡過程的特性分析，可以獲得調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)。一般來說，對象受階躍干擾后，系統(tǒng)的過渡過程有圖6-8所示的四種基本類型：1)增

27、幅振蕩。被調(diào)參數(shù)越來越偏離給定值，系統(tǒng)不能穩(wěn)定。這種調(diào)節(jié)系統(tǒng)無法實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)，在自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中是不允許的。2)等幅振蕩。被調(diào)參數(shù)呈既不發(fā)散、也不衰減的等幅振蕩。它也是不穩(wěn)定過程，在雙位調(diào)節(jié)中就呈現(xiàn)這樣的過程。但在連續(xù)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中是不允許的。3)單調(diào)過程。被調(diào)參數(shù)偏離給定值后，逐漸地趨近給定值。它屬于非周期調(diào)節(jié)，系統(tǒng)能夠回到穩(wěn)定。在自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中是允許的，但調(diào)節(jié)時(shí)間較長，并不理想。4)衰減振蕩。被調(diào)參數(shù)偏離給定值后，經(jīng)過兩、三個(gè)周期的振蕩能夠很快趨于平衡值。這種過渡過程比較理想。在連續(xù)調(diào)節(jié)過程中希望得到它。對照衰減振蕩的過渡過程曲線圖69，可以得到調(diào)節(jié)系統(tǒng)的下述品質(zhì)指標(biāo)：1)衰減比。衰減比是反映被調(diào)參

28、數(shù)振蕩衰減程度的指標(biāo)。它等于前后兩個(gè)波峰之比，即 n=M/M (6-5)用n判斷振蕩是否衰減和衰減程度。n1時(shí)，系統(tǒng)穩(wěn)定；n=1時(shí)，等幅振蕩；n1時(shí)，增幅振蕩。通常希望n=410為宜，表明調(diào)節(jié)作用能夠很快克服干擾，將被調(diào)參數(shù)的波動(dòng)恢復(fù)到允許的范圍之內(nèi)。2)靜差C。過渡過程終了時(shí)，被調(diào)參數(shù)穩(wěn)定在給定值附近，穩(wěn)定值與給定值之差叫做靜差,C=0時(shí)為無靜差；C0時(shí)為有靜差。生產(chǎn)工藝要求靜差限制在一個(gè)允許的范圍內(nèi)。3)超調(diào)量(動(dòng)差)M。過渡過程中，被調(diào)參數(shù)相對于新穩(wěn)態(tài)值的最大波動(dòng)量。4)最大偏差A(yù)=M+C。它是被調(diào)參數(shù)相對于給定值的最大偏差。若A過大，且偏離時(shí)間過長，系統(tǒng)離開指定的工藝狀態(tài)越遠(yuǎn)，調(diào)節(jié)品質(zhì)

29、越差。5)振蕩周期Tp和振蕩頻率f。相鄰兩個(gè)波峰所經(jīng)歷的時(shí)間為振曲周期Tp；其倒數(shù)為振蕩頻率f。6)調(diào)節(jié)過程時(shí)間ts 它指調(diào)節(jié)系統(tǒng)受干擾后，從被調(diào)參數(shù)開始波動(dòng)，至達(dá)到新穩(wěn)態(tài)值所經(jīng)歷的時(shí)間間隔。（三）、 調(diào)節(jié)對象的特性調(diào)節(jié)對象的特性對于選擇適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)裝置極為重要。 (1)對象的負(fù)荷 自動(dòng)調(diào)節(jié)對象處于穩(wěn)態(tài)時(shí)，單位時(shí)間流入或流出對象的物流量或能量叫做對象的負(fù)荷。 (2)對象的容量及容量系數(shù) 容量是指被調(diào)參數(shù)為給定值時(shí)，對象中能夠蓄存的能量或者物流量。容量系數(shù)是指被調(diào)參數(shù)改變一個(gè)單位量時(shí)，對象容量的變化。容量系數(shù)反映同樣干擾下，被調(diào)參數(shù)偏離給定值的程度。容量系數(shù)越大，偏離程度越小，系統(tǒng)越容易穩(wěn)定。反之

30、，越不容易穩(wěn)定。 (3)對象的自平衡特性 當(dāng)干擾不大時(shí)，即使沒有調(diào)節(jié)作用，被調(diào)參數(shù)變化到使對象流入與流出間建立起新的平衡時(shí)，也將穩(wěn)定下來。這就是對象的自平衡性。對象在受干擾時(shí)，靠自身參數(shù)調(diào)整自動(dòng)恢復(fù)平衡的能力叫做自平衡能力。對象達(dá)到自平衡所經(jīng)歷的過程叫自平衡過程。 (4)調(diào)節(jié)對象的動(dòng)態(tài)特性微分方程 理論分析調(diào)節(jié)對象特性的方法是根據(jù)支配對象的物理規(guī)律，例如能量平衡、質(zhì)量平衡、力平衡等，找出對象輸出量與輸入量的數(shù)學(xué)關(guān)系，從而建立起對象的動(dòng)態(tài)特性微分方程。 (5)調(diào)節(jié)對象的特性參數(shù) 描述調(diào)節(jié)對象的特性參數(shù)包括放大系數(shù)K1、時(shí)間常數(shù)T1、滯后。下面以圖6-10所示的有滯后的單容對象的反應(yīng)曲線加以說明。

31、1)放大系數(shù)K1。放大系數(shù)又叫傳遞系數(shù)。它等于飛升過程中被調(diào)參數(shù)新、舊穩(wěn)定值的差與干擾幅之比。K1只與干擾前后的兩個(gè)穩(wěn)態(tài)值有關(guān)，而與變化過程無關(guān)，所以它代表對象的靜特性。反映了對象的自平衡性。Kl越大，自平衡能力越差；反之，自平衡能力越強(qiáng)。2)時(shí)間常數(shù)T1。它是對象受干擾后，若被調(diào)參數(shù)以初始最大變化速度，恒速變化到新穩(wěn)態(tài)值所需的時(shí)間。時(shí)間常數(shù)又是被調(diào)參數(shù)變化到新穩(wěn)態(tài)值的0.632倍時(shí)所經(jīng)歷的時(shí)間。時(shí)間常數(shù)反映對象過程時(shí)間的長矩。3)滯后。在對象的輸入變化后，輸出信號總要遲后一段時(shí)間才開始變化，這段時(shí)間間隔叫做滯后。滯后對調(diào)節(jié)過程產(chǎn)生不利影響。由于某種原因，不能對干擾和調(diào)節(jié)立即作出反應(yīng)，在滯后時(shí)

32、間內(nèi)，被調(diào)參數(shù)將按原來的趨勢繼續(xù)變化，結(jié)果使調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定性變差，被調(diào)參數(shù)的最大偏差增大，過渡過程時(shí)間延長。所以應(yīng)注意盡量減小滯后。對象的上述特性參數(shù)K1、T1、和特性比/T1是選擇調(diào)節(jié)裝置和進(jìn)行參數(shù)整定的重要依據(jù)。（四）、調(diào)節(jié)器的構(gòu)成原理1常用調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)規(guī)律 調(diào)節(jié)器是自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的專用儀器。調(diào)節(jié)器根據(jù)被調(diào)參數(shù)測量值和給定值的偏差信號，按某一調(diào)節(jié)規(guī)律和精度自動(dòng)調(diào)節(jié)，使被調(diào)參數(shù)保持在規(guī)定范圍或者按照指定的規(guī)律變化。它是調(diào)節(jié)系統(tǒng)的重要組成部分之一。調(diào)節(jié)器輸出信號y與輸入信號(偏差)e的關(guān)系叫調(diào)節(jié)規(guī)律。通常按照調(diào)節(jié)規(guī)律來劃分調(diào)節(jié)器。(1)雙位調(diào)節(jié)器 它只有兩種輸出狀態(tài)，當(dāng)正偏差量超過上限值時(shí)和負(fù)

33、偏差量超過下限值時(shí)，分別對應(yīng)一種輸出狀態(tài)，如圖6-11所示。特性方程為 （6-6） y=+ym表示接通狀態(tài)；y=-ym表示斷開狀態(tài)；2為呆滯區(qū)。雙位調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)作用是斷續(xù)的。呆滯區(qū)的作用是不引起雙位調(diào)節(jié)器產(chǎn)生輸出作用的偏差區(qū)間。與雙位調(diào)節(jié)類似的還有三位調(diào)節(jié)。它的調(diào)節(jié)器有三種輸出狀態(tài)。三位調(diào)節(jié)器與電動(dòng)執(zhí)行器配合使用，可以實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和不轉(zhuǎn)三種調(diào)節(jié)動(dòng)作。(2)比例調(diào)節(jié)器(P調(diào)節(jié)器) 它的輸出與偏差成正比。特性方程為y=Kce (6-7)式中，Kc為比例調(diào)節(jié)器的放大系數(shù)。上式說明，只要有調(diào)節(jié)作用，就有對應(yīng)的偏差。因此比例調(diào)節(jié)存在不可避免的靜態(tài)偏差。(3)積分調(diào)節(jié)器(I調(diào)節(jié)器) 它的輸出值的速度和被

34、調(diào)量偏差值成正比。特性方程為 (6-8)式中，S0為比例常數(shù)，它是積分調(diào)節(jié)器的積分速度，在數(shù)值上它等于被調(diào)量偏差e為100時(shí)調(diào)節(jié)器使閥位移動(dòng)的速度。積分調(diào)節(jié)器是一種無差調(diào)節(jié)器。對于無自平衡的調(diào)節(jié)對象，不能采用積分調(diào)節(jié)器進(jìn)行調(diào)節(jié)。 (4)微分調(diào)節(jié)器(D調(diào)節(jié)器) 它是以被調(diào)量的變化速度作為調(diào)節(jié)器的輸出的調(diào)節(jié)器。特性方程為 (6-9)式中，S1為調(diào)節(jié)器的微分速度。微分調(diào)節(jié)起到超前調(diào)節(jié)的作用，能加快調(diào)節(jié)速度，改善調(diào)節(jié)品質(zhì)。應(yīng)注意，僅僅由微分作用構(gòu)成的微分調(diào)節(jié)器，不能作為調(diào)節(jié)器獨(dú)立使用。故它只起輔助調(diào)節(jié)作用。 (5)比例積分調(diào)節(jié)器(PI調(diào)節(jié)器) 它是既含比例作用環(huán)節(jié)，又含積分作用環(huán)節(jié)的調(diào)節(jié)器。特性方程為

35、 （6-10）式中，T1為積分時(shí)間常數(shù)。PI調(diào)節(jié)器既有比例調(diào)節(jié)反應(yīng)迅速的優(yōu)點(diǎn)，又有調(diào)節(jié)消除靜差的優(yōu)點(diǎn)，可以獲得較高的靜態(tài)精度。(6)比例積分微分調(diào)節(jié)器(PID調(diào)節(jié)器) 它是具有比例、積分、微分三種作用環(huán)節(jié)的調(diào)節(jié)器。特性方程為 (6-11)式中，TD為微分時(shí)間常數(shù)。PID調(diào)節(jié)器功能較全，可以具有很好的調(diào)節(jié)質(zhì)量。上述P調(diào)節(jié)、PI調(diào)節(jié)和PID調(diào)節(jié)對于單位階躍輸入的動(dòng)態(tài)響應(yīng)如圖612所示。總之，比例作用按偏差量成比例地改變調(diào)節(jié)量，能迅速抑制干擾，是基本的作用環(huán)節(jié)；積分作用是有偏差量就要進(jìn)行調(diào)節(jié)，起消除靜差的作用；微分作用則按偏差量的變化速率成比例地改變調(diào)節(jié)量，起超前調(diào)節(jié)、縮短調(diào)節(jié)時(shí)間的作用。圖6-13

36、示出同一對象在不同調(diào)節(jié)規(guī)律作用下的調(diào)節(jié)過程比較。調(diào)節(jié)器按工作能源分，通常有氣動(dòng)控制儀表和電動(dòng)控制儀表。氣動(dòng)控制儀表結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格便宜，性能穩(wěn)定，可靠性高，而且本質(zhì)上是防爆的，在石油化工等危險(xiǎn)場所有廣泛的應(yīng)用；電動(dòng)控制儀表其信號傳輸、放大、變換、處理比氣動(dòng)控制儀表容易得多，便于遠(yuǎn)距離操作和與計(jì)算機(jī)接口，而且防焊措施也得到了很好的改善，其應(yīng)用也是越來越廣。2氣動(dòng)調(diào)節(jié)器 各類氣動(dòng)調(diào)節(jié)器的具體結(jié)構(gòu)各有特色，其構(gòu)成原理基本一致，如圖6-14所示，主要由四個(gè)部件組成。 (1)比較環(huán)節(jié) 它的作用是把測量信號PF與給定信號PG相比較，得出調(diào)節(jié)器的輸入信號；然后將輸入信號與反饋信號PH、PE相比較，得到使控制元

37、件產(chǎn)生位移信號的偏差信號，氣動(dòng)調(diào)節(jié)器的比較機(jī)構(gòu)是應(yīng)用力學(xué)原理的膜片和波紋管等。 (2)控制元件 氣動(dòng)調(diào)節(jié)器的控制元件通常是各種形式的噴嘴擋板機(jī)構(gòu)。它的作用是把比較環(huán)節(jié)送來的微小位移量，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的氣壓信號P背。 (3)功率放大器 它的作用是把控制元件輸出的微弱氣壓信號進(jìn)行功率放大，以便遠(yuǎn)距離傳送或推動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 (4)反饋機(jī)構(gòu) 氣動(dòng)調(diào)節(jié)器中的反饋機(jī)構(gòu)，通常是各種型式的恒氣阻、可調(diào)氣阻、氣容或杠桿等組成。它不僅有負(fù)反饋，而且還有正反饋。其作用是為了實(shí)現(xiàn)比例、積分、微分控制規(guī)律。比較常見的氣動(dòng)調(diào)節(jié)器有膜片式氣動(dòng)調(diào)節(jié)器、波紋管式力矩平衡調(diào)節(jié)器、氣動(dòng)集裝式調(diào)節(jié)儀表等。3、電動(dòng)調(diào)節(jié)器 分為DDZ-型和D

38、DZ-型。型是分立元件的隔爆型儀表；型是集成電路的安全火花型防爆型儀表，結(jié)構(gòu)更為合理，功能也更為豐富。下面主要介紹DDZ-型。DDZ-型調(diào)節(jié)器如圖6-15所示，由控制單元和指示單元兩部分組成。控制單元包括輸入電路，PD電路，PI電路，輸出電路、軟手操和硬手操電路等。指示單元包括測量信號指示電路和設(shè)定信號指示電路。測量信號和內(nèi)設(shè)定信號均為直流15v，它們通過各自的指示電路，變?yōu)橹绷?5mA輸出，兩指示值之差即調(diào)節(jié)器的輸入偏差。外設(shè)定信號為直流420mA，通過250的精密電阻轉(zhuǎn)換成15V直流電壓信號，內(nèi)外給定信號由開關(guān)S6來選擇。偏差檢測電路通常稱為輸入電路，將測量信號Ui和給定Us相減，得到偏差

39、信號，再將偏差放大后輸出信號Uo1。當(dāng)調(diào)節(jié)器處于“自動(dòng)”工作狀態(tài)，此信號經(jīng)PID運(yùn)算電路(由PD與PI電路串聯(lián))運(yùn)算后，由輸出電路轉(zhuǎn)換成直流420mA輸出，去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。PID運(yùn)算電路是實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)規(guī)律的關(guān)鍵部分，由運(yùn)算放大器和RC電路組成。電動(dòng)調(diào)節(jié)器一般具有如下功能：1）偏差顯示。顯示調(diào)節(jié)器接受的測量信號和給定信號的差值。2）輸出顯示。顯示輸出信號的大小，該信號與調(diào)節(jié)閥的開度有一一對應(yīng)的關(guān)系，輸出指示表又作調(diào)節(jié)閥的閥位指示表。3）提供內(nèi)設(shè)定信號反內(nèi)外設(shè)定的選擇。內(nèi)設(shè)定信號由調(diào)節(jié)器內(nèi)部提供，其范圍與測量信號范圍相同。設(shè)定信號的大小根據(jù)工藝參數(shù)的要求人為確定。調(diào)節(jié)器接受的信號由內(nèi)外設(shè)定開關(guān)S6來選

40、擇。4)正反作用的選擇。為保壓縮機(jī)組的安全性，要構(gòu)成一個(gè)負(fù)反饋的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，必須正確選用氣開式或氣關(guān)式調(diào)節(jié)閥。5)PID參數(shù)。調(diào)節(jié)器的比例度、積分時(shí)間、微分時(shí)間的大小，關(guān)系到調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)質(zhì)量，所以對它們能進(jìn)行調(diào)整。6)手動(dòng)操作與手操自動(dòng)雙向切換。調(diào)節(jié)器的手動(dòng)操作是必不可少的，正如壓縮機(jī)的開車，往往是手動(dòng)起動(dòng)，待機(jī)組穩(wěn)定后，才轉(zhuǎn)向自動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)調(diào)節(jié)器發(fā)生故障時(shí)，也必須切向手動(dòng)操作。（五）、組裝式電子綜合控制裝置組裝式電子綜合控制裝置(簡稱控制裝置)是在電動(dòng)單元組合儀表基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種功能分離、結(jié)構(gòu)組件化的成套儀表裝置。它能與工業(yè)控制機(jī)、程控裝置、圖象顯示裝置配合，對壓縮機(jī)組進(jìn)行綜合控制。具有如

41、下特點(diǎn)： 1)功能分離化。整套裝置由調(diào)節(jié)、顯示、操作等功能組件組成，每一組件只完成一種功能，將不同功能的組件組合起來，可方便地構(gòu)成各種控制系統(tǒng)，以滿足不同工業(yè)對象的需要。2)結(jié)構(gòu)組件化。整套裝置由功能組件插接裝配而成。3)綜合控制。整套裝置是以模擬量控制技術(shù)為主。模擬量控制技術(shù)和數(shù)字量控制技術(shù)相結(jié)合的“綜合控制裝置”。數(shù)字量控制技術(shù)主要起對系統(tǒng)工況進(jìn)行監(jiān)視、控制、聯(lián)鎖，與工業(yè)控制機(jī)聯(lián)接。以及各種邏輯判斷作用。4)成套裝置。整套裝置是針對特定的對象，按照自動(dòng)化系統(tǒng)的需要選擇各種功能組件，在制造廠預(yù)先裝配好，以成套設(shè)備的形式提供給用戶。整套裝置由運(yùn)算控制機(jī)柜和集中控制臺(CRT)兩部分組成。運(yùn)算控

42、制機(jī)柜用來高密度安裝各種功能組件，是整個(gè)控制裝置的主體。它接受來自壓縮機(jī)組現(xiàn)場的各種信號，并進(jìn)行運(yùn)算、控制處理，同時(shí)把處理后的信號送至現(xiàn)場和集中控制臺。集中控制臺是用來為操作人員提供必要的顯示和操作手段，裝有操作顯示等部件。它具有監(jiān)視壓縮機(jī)運(yùn)行情況所必須的指示和記錄功能，還具有送出給定值和進(jìn)行手動(dòng)自動(dòng)切換功能?？刂蒲b置的功能組件分模擬量功能組件和數(shù)字顯示功能組件兩大類。模擬量功能組件包括轉(zhuǎn)換、計(jì)算、調(diào)節(jié)、控制、設(shè)定、顯示、操作和電源等組件。數(shù)字量功能組件是用來構(gòu)成監(jiān)控系統(tǒng)、邏輯系統(tǒng)及工業(yè)控制機(jī)專用接口，用以加強(qiáng)裝置的監(jiān)控功能，提高系統(tǒng)工作的安全可靠性，并使裝置能與工業(yè)控制機(jī)兼容。（六）、可編程

43、序調(diào)節(jié)器1概述 可編程序調(diào)節(jié)器是一種可以由用戶編制程序，構(gòu)成各種控制方式的數(shù)字化儀表。它以微處理器為運(yùn)算控制的核心，是單元組合式儀表向微機(jī)化發(fā)展和計(jì)算機(jī)控制向分散化發(fā)展，兩者結(jié)合的產(chǎn)物。它既有邏輯控制、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、分支及子程序等順序控制功能，又有數(shù)字運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、模擬量調(diào)節(jié)、操作顯示及聯(lián)網(wǎng)通信等多種功能，因而廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)控制領(lǐng)域?？删幊陶{(diào)節(jié)器自70年代問世以來，得到很快發(fā)展。國際上生產(chǎn)可編程調(diào)節(jié)器的廠家很多，但其核心控制技術(shù)都大同小異，概括有如下特點(diǎn)：系列化；多處理器；較大存儲能力；很強(qiáng)的輸入輸出接口；智能外圍接口；網(wǎng)絡(luò)化；緊湊性、高可靠性和保密性；通俗化的編程語言。2可編程序調(diào)節(jié)器的

44、構(gòu)成原理 典型的可編程序調(diào)節(jié)器如圖6-16所示，由中央處理單元、存儲器、輸入輸出接口電路和其他一些電路組成。中央處理器(CPU)是可編程序調(diào)節(jié)器的主要部分，是系統(tǒng)的核心，完成數(shù)據(jù)傳送、運(yùn)算處理和判斷等功能。它通過輸入接口將外設(shè)的狀態(tài)按照用戶要求去處理，根據(jù)處理結(jié)果，通過輸出接口去控制外設(shè)。存儲器主要用于存放系統(tǒng)程序、用戶程序及工作數(shù)據(jù)。系統(tǒng)程序是由調(diào)節(jié)器的生產(chǎn)廠確定，用戶只能調(diào)用，不能修改。用戶應(yīng)用程序是隨工作環(huán)境而定的，隨生產(chǎn)工藝的不同而變動(dòng)，一般由用戶根據(jù)使用的場合要求而編制的，存放于EPROM存儲器中，其內(nèi)容可以擦除，以便將新編制的程序通過編程器再行寫入。工作數(shù)據(jù)是控制器在應(yīng)用過程中經(jīng)常

45、變化、經(jīng)常存取的一些數(shù)據(jù)。一般不需長久保持，因此這部分?jǐn)?shù)據(jù)經(jīng)常選用RAM，以適應(yīng)隨機(jī)存取的要求?？删幊绦蛘{(diào)節(jié)器是一種工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，控制對象是壓縮機(jī)的工作過程或工業(yè)生產(chǎn)的全過程，對壓縮機(jī)組或工業(yè)過程的監(jiān)控是通過IO模板來實(shí)現(xiàn)。通過IO接口模板，可以檢測壓縮機(jī)的各種參數(shù)，并以這些數(shù)據(jù)作為調(diào)節(jié)器進(jìn)行控制的信息；同時(shí)調(diào)節(jié)器通過IO模板，將處理結(jié)果送到調(diào)節(jié)閥來實(shí)現(xiàn)。為確保這些控制信號的正確無誤，可編程序調(diào)節(jié)器的IO模板必須具有良好的抗干擾能力。對應(yīng)這些要求，就有許多IO接口模板，包括數(shù)字量輸入模板、數(shù)字量輸出模板、模擬量輸入模板、模擬量輸出模板。可編程序調(diào)節(jié)器是以順序執(zhí)行存儲在它的存儲器中的程序

46、來完成其控制功能。根據(jù)壓縮機(jī)操作要求編制出的控制程序，通過一定方式輸入到存儲器，并經(jīng)過調(diào)試后，成為可執(zhí)行的控制程序。編程器的主要任務(wù)是輸入程序、調(diào)試程序和監(jiān)控程序的執(zhí)行。二、典型壓縮機(jī)機(jī)電一體化系統(tǒng)隨著電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，機(jī)電一體化技術(shù)在壓縮機(jī)的監(jiān)控方面得到應(yīng)用和發(fā)展。特別是使用了可編程序控制器(PLC)及CRT后，壓縮機(jī)控制系統(tǒng)將更安全、更可靠、更方便。壓縮機(jī)裝置上的熱工測量儀表可以就地安裝，也可以集中安裝。為了便于對機(jī)組的運(yùn)行集中監(jiān)護(hù)和控制，宜單機(jī)集中安裝或全機(jī)房集中安裝。集中安裝時(shí)，設(shè)有集中操作盤。石油化工用工藝壓縮機(jī)，一般用來壓縮易燃易爆的氣體(如氫氣，碳?xì)浠衔锏?，故對控制系統(tǒng)的設(shè)

47、計(jì)要求更高、更復(fù)雜。以下以此類壓縮機(jī)的控制系統(tǒng)為例作較詳細(xì)的說明。（一）、壓縮機(jī)控制系統(tǒng)1控制系統(tǒng)的組成 控制系統(tǒng)可分為硬件和軟件兩大部分，(1)硬件部分。主要包括就地儀表、接線盒（箱）、儀表盤(板)、操作柱、控制柜、操作臺等。1)就地儀表。包括所有測量儀表，如壓力表，壓力開關(guān)，壓力變送器；溫度計(jì)、溫度開關(guān)、熱電偶、熱電阻；流量計(jì)、流量變送器；液位計(jì)、液位開關(guān)、液位變送器；以及卸荷用電磁閥等。就地電動(dòng)儀表有防爆型和非防爆型。2)接線盒(箱)。所有需要遠(yuǎn)傳的儀表，均要配線至有關(guān)的接線盒。接線盒有防爆型和非防爆型。3)儀表盤(板)。主要裝有盤裝壓力表、溫度計(jì)、負(fù)荷選擇開關(guān)等。4)操作柱。主要裝有升

48、停按鈕、選擇開關(guān)及指示燈，用于電器設(shè)備的開停。一般設(shè)在電器設(shè)備的旁邊，便于操作。根據(jù)使用場所的不同，可選擇防爆型和非防爆型。 5)控制柜。其具體配置取決于有無操作臺。如果沒有設(shè)置操作臺，控制柜內(nèi)主要有PLC主控制器、IO模塊、電源卡、機(jī)架、信號分配器、安全柵、隔離繼電器、蜂鳴器等，柜面主要有報(bào)警燈屏(LED)、顯示屏(LCD或CRT)、開關(guān)、按鈕、指示燈等。這種控制柜一般放在機(jī)組旁邊，也可以放在操作室里。放在機(jī)組附近要考慮防爆的問題。如果設(shè)有單獨(dú)的操作臺，柜內(nèi)布置沒有什么變化，柜面一般只配有一些指示燈。此時(shí)，控制柜和操作臺一般放在操作室里。6)操作臺。主要有工業(yè)級上位計(jì)算機(jī)、CRT、打印機(jī)、鼠

49、標(biāo)及硬燈屏等。(2)軟件部分。主要有PLC編程組態(tài)軟件、上位計(jì)算機(jī)驅(qū)動(dòng)軟件及操作軟件等。2控制系統(tǒng)的選擇(1)PLC的選擇 PLC是控制系統(tǒng)的核心部分，壓縮機(jī)的報(bào)警、安全聯(lián)鎖、起?？刂凭蒔LC完成。PLC的選型主要取決于CPU、IO卡、通信卡的不同配置。目前常用的PLC有美國GE-FANUC公司90-30系列、德國SIMENS s系列、美國ALLEY-BRALEY系列產(chǎn)品。如有特殊要求，PLC上還可配置成冗余型(REDUNDANT)，即要求PLC具有雙CPU、雙IO、雙電源，因而控制系統(tǒng)更安全可靠。 (2)操作系統(tǒng)軟件、驅(qū)動(dòng)軟件、控制軟件的選擇 操作系統(tǒng)軟件環(huán)境一般為WINDOWS 95或N

50、T(有中文環(huán)境)或者更高。驅(qū)動(dòng)軟件要求能適合于以太網(wǎng)接口。控制軟件用專門廠商的產(chǎn)品，如美國WONDER WARE公司IN-TOUCH工控軟件。 (3)上位計(jì)算機(jī)及CRT的選擇 無特殊要求，用戶可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行配置。目前，計(jì)算機(jī)一般選擇PENTIUM系列產(chǎn)品，CRT選擇19in以上SVGA產(chǎn)品。 (4)通信網(wǎng)絡(luò)的選擇 采用以太網(wǎng)卡，TCPIP通信協(xié)議。計(jì)算機(jī)在以太網(wǎng)上與PLC實(shí)現(xiàn)安全快速可靠地?cái)?shù)據(jù)通信。另外還可設(shè)通信卡(RS485232MODBUS協(xié)議)與用戶的DCS進(jìn)行通信。 (5)CRT畫面的選擇 可根據(jù)用戶的要求進(jìn)行配置，但至少應(yīng)包括：壓縮機(jī)氣路系統(tǒng)；壓縮機(jī)冷卻水系統(tǒng)；壓縮機(jī)潤滑油系統(tǒng)；

51、壓縮機(jī)機(jī)身系統(tǒng)；壓縮機(jī)系統(tǒng)報(bào)警窗；壓縮機(jī)棒狀圖；壓縮機(jī)歷史記錄。（二）、LGK系列螺桿壓縮機(jī)智能控制裝置目前，國外及國內(nèi)合資企業(yè)生產(chǎn)的壓縮機(jī)已經(jīng)基本上采用了微電腦控制技術(shù)，這就大大提高了壓縮機(jī)的整機(jī)控制、保護(hù)水平及應(yīng)用的靈活性。國內(nèi)壓縮機(jī)生產(chǎn)企業(yè)也開始重視微電腦技術(shù)的應(yīng)用。下面結(jié)合北京市計(jì)算中心研制的LGK系列螺桿壓縮機(jī)系列智能控制裝置作一些功能簡介。圖6-17給出了螺桿壓縮機(jī)控制系統(tǒng)簡圖。LGK系列智能控制裝置主要用于螺桿(單螺桿、雙螺桿)壓縮機(jī)的起停、檢測、運(yùn)行、保護(hù)、報(bào)警、排污、減荷、顯示記錄、通信等方面的控制。檢測及報(bào)警點(diǎn)為網(wǎng)電電壓，電動(dòng)機(jī)電源、系統(tǒng)壓力、排氣壓力、油壓、排氣溫度、油溫

52、、油過濾器、油氣分離器、進(jìn)氣過濾器、空車過久停車、電器故障、急停熱繼電器、數(shù)據(jù)故障等內(nèi)容。產(chǎn)品出廠時(shí)根據(jù)用戶需要設(shè)置檢測點(diǎn)。LGK系列智能控制裝置的基本組成結(jié)構(gòu)分本地操作結(jié)構(gòu)和遠(yuǎn)程操作結(jié)構(gòu)兩種。本地操作結(jié)構(gòu)是指提供用戶操作之用的面板(鍵盤、顯示、報(bào)警、按鈕)與控制裝置本身一體化安裝。遠(yuǎn)程操作結(jié)構(gòu)是指提供用戶操作之用的操作器(鍵盤、顯示、報(bào)警、按鈕)與控制裝置分為兩部分，在空間上彼此獨(dú)立。LGK系列智能控制裝置采用單片機(jī)控制、數(shù)碼管或液晶顯示、薄膜面板、輕觸開關(guān)、多參量光電隔離輸入輸出通道技術(shù)、先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)操作、遠(yuǎn)程信號傳輸、檢測、起停、運(yùn)行、控制、保護(hù)、報(bào)警、通信、顯示、存儲、打

53、印等功能，也可以實(shí)現(xiàn)用戶提出的特殊控制要求。基本功能如下：1)起動(dòng)保護(hù)。當(dāng)按下起動(dòng)按鈕時(shí)，微電腦自動(dòng)對起動(dòng)條件進(jìn)行檢測，當(dāng)起動(dòng)條件不滿足時(shí)，不允許起動(dòng)。2)起動(dòng)。分為直接起動(dòng)、星三角起動(dòng)、軟起動(dòng)或變頻起動(dòng)。3)運(yùn)行。根據(jù)儲氣罐壓力及用戶情況，可按兩種方式控制壓縮機(jī)運(yùn)行：根據(jù)實(shí)際耗氣量，設(shè)置自動(dòng)控制卸載壓力、加載壓力從手動(dòng)卸載、手動(dòng)加載。用戶用氣量不大時(shí)，可采用空車過久停機(jī)方式?？哲囘^久時(shí)間可由用戶根據(jù)實(shí)際情況調(diào)節(jié)，空車壓力可由用戶設(shè)定。當(dāng)用戶用氣量比較大時(shí)，可采用多臺聯(lián)動(dòng)群控方式工作；壓力不足，備用機(jī)自動(dòng)起動(dòng)投運(yùn)。4)排污。微電腦自動(dòng)控制裝置根據(jù)用戶的選擇，按兩種排污方式自動(dòng)排污：液位方式；時(shí)

54、間設(shè)定方式。5)運(yùn)行保護(hù)。在運(yùn)行過程中對各種檢測參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，并隨時(shí)在顯示器上顯示相關(guān)數(shù)據(jù)。微電腦依據(jù)安全運(yùn)行的要求，對一般性故障進(jìn)行警示、警告，對其中可能造成機(jī)器損壞的故障或危及壓縮機(jī)安全運(yùn)行時(shí)，停車保護(hù)并顯示相應(yīng)故障。6)停機(jī)。根據(jù)壓縮機(jī)停機(jī)情況可以控制兩種停機(jī)：減荷泄放正常停機(jī)，停機(jī)前自動(dòng)關(guān)閉減荷閥，自動(dòng)打開泄放閥；緊急泄放壓縮機(jī)非正常停機(jī)，按下急停按鈕時(shí)，電動(dòng)機(jī)急停，同時(shí)微電腦控制減荷閥關(guān)閉、泄放閥打開。7)數(shù)據(jù)顯示。在操作控制器上設(shè)有兩個(gè)顯示器，根據(jù)操作選擇，可以對空壓機(jī)任一級參數(shù)同時(shí)成對顯示。8)命令操作。為用戶提供了設(shè)置、修改、系統(tǒng)查詢、壓力查詢、溫度查詢、打印、起動(dòng)、停機(jī)、

55、測試等操作功能。操作命令盡可能簡單易學(xué)。9)數(shù)據(jù)存儲?？刂蒲b置中的微電腦具有掉電保護(hù)功能，能自動(dòng)記錄壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)間，根據(jù)用戶需要可提供壓縮機(jī)運(yùn)行歷史記錄。10)報(bào)警指示。操作面板上有十多個(gè)提示用報(bào)警指示燈。當(dāng)壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)，微電腦監(jiān)控整個(gè)系統(tǒng)，一旦發(fā)現(xiàn)參數(shù)超限或設(shè)備故障，立即發(fā)出聲光報(bào)警，必要時(shí)自動(dòng)停機(jī)保護(hù)。11)打印。微電腦可定時(shí)或隨機(jī)打印壓縮機(jī)的各項(xiàng)工作參數(shù)及設(shè)定參數(shù)，作為運(yùn)行記錄。12)群控。每臺壓縮機(jī)配置一套微電腦智能控制裝置。微電腦上配有RS-485通信接口，只需通過一根通信電纜，就可將需要聯(lián)動(dòng)運(yùn)行的各臺壓縮機(jī)的微電腦控制裝置串聯(lián)在一起，實(shí)現(xiàn)多臺壓縮機(jī)的群控，既保證了可靠性，又降低了傳

56、統(tǒng)控制方式帶來的設(shè)備復(fù)雜程度。13)抗干擾。控制裝置采用了光電隔離、程序看門狗、硬件抗干擾等多種抗干擾技術(shù)，大大提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。14)現(xiàn)場控制?？刂蒲b置通過網(wǎng)絡(luò)接口和通信電纜，就可與工廠或車間級的上位控制計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信，從而成為整個(gè)工廠自動(dòng)化方案中的一個(gè)現(xiàn)場智能控制設(shè)備或節(jié)點(diǎn)。因此，帶有現(xiàn)場控制功能的壓縮機(jī)智能控制裝置，不再是一個(gè)孤立的設(shè)備，而將成為大系統(tǒng)中的一個(gè)有機(jī)組成部分。15)運(yùn)行時(shí)間累計(jì)功能。可以記錄壓縮機(jī)累計(jì)空載時(shí)間、累計(jì)重載時(shí)間、累計(jì)易損件時(shí)間、累計(jì)卸載、加載次數(shù)及電動(dòng)機(jī)起動(dòng)次數(shù)等。通過定時(shí)器可完成周內(nèi)的每天自動(dòng)開車時(shí)間、停機(jī)時(shí)間等。總之，智能控制裝置采用微電腦控制技術(shù)和高可靠性、可維護(hù)性設(shè)計(jì)技術(shù)，面向通信、面向網(wǎng)絡(luò)，功能豐富，大大提高了壓縮機(jī)運(yùn)行的安全性和使用壽命，更便于操作和維護(hù)，是今后壓縮機(jī)產(chǎn)品發(fā)展的一個(gè)新趨勢。（三）、往復(fù)壓縮機(jī)狀態(tài)監(jiān)測與診斷系統(tǒng)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展。對于大型往復(fù)壓縮機(jī)采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷，已成為一種發(fā)展趨勢。下面介紹德國學(xué)者Johann Lenz在1999年歐洲往復(fù)壓縮機(jī)論壇上介紹的往復(fù)壓縮機(jī)在線監(jiān)測系統(tǒng)。圖