輪機自動化完整版本

2024/1/25輪機自動化(1)輪機自動化(1)輪機自動化(1)輪機自動化基礎(chǔ)自動化控制系統(tǒng)的性能要求yry1y3Cy(∞)TpTSTt輪機自動化(1)輪機自動化基礎(chǔ)控制對象的特性調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律ettytyTT0t輪機自動化(1)自動化儀表（14學(xué)時）自動控制系統(tǒng)（16學(xué)時）集中監(jiān)視與報警系統(tǒng)（12學(xué)時）主機遙控（20學(xué)時）實驗（10學(xué)時）本課程的主要內(nèi)容輪機自動化(1)主要的參考文獻徐善林、崔慶渝編，《輪機自動化》，人民交通出版社鄭鳳閣編，《輪機自動化》，大連海事大學(xué)出版社上海交通大學(xué)，《》

輪機自動化(1)第二章自動化儀表第一節(jié)基礎(chǔ)知識第二節(jié)氣動變送器第三節(jié)氣動顯示儀表第四節(jié)氣動調(diào)節(jié)器第五節(jié)氣動執(zhí)行器輪機自動化(1)第一節(jié)基礎(chǔ)知識一、自動化儀表的分類三、氣動儀表的基本元部件四、氣動儀表的組成原理二、自動化儀表的主要品質(zhì)指標(biāo)輪機自動化(1)一、自動化儀表的分類按能源分：—電動、氣動、液動按功能分：—檢測、顯示、調(diào)節(jié)、執(zhí)行按結(jié)構(gòu)形式分：—基地式—單元組合式：標(biāo)準(zhǔn)信號

氣動：0.02MPa～0.1MPa

電動：4mA～20mADC輪機自動化(1)二、自動化儀表的主要品質(zhì)指標(biāo)1、儀表的誤差2、儀表的靈敏度3、儀表的穩(wěn)定性輪機自動化(1)1.1絕對誤差檢測儀表的指示值X與被測量真值Xt之間存在的差值稱為絕對誤差Δ。表示為：

Δ=|X－Xt|

由于真值是無法得到的理論值。實際計算時，可用精確度較高的標(biāo)準(zhǔn)表所測得的標(biāo)準(zhǔn)值X0代替真值Xt，表示為：

Δ=|X－X0|

儀表在其標(biāo)尺范圍內(nèi)各點讀數(shù)的絕對誤差中最大的絕對誤差稱為最大絕對誤差Δmax。輪機自動化(1)1.2相對誤差相對誤差是指儀表的絕對誤差和檢測儀表的指示值之比的百分數(shù)。表示為：

相對誤差=（Δ/指示值）*100%

相對誤差的大小可以反映儀表的測量準(zhǔn)確度輪機自動化(1)1.3基本誤差和附加誤差基本誤差是一種簡化的相對誤差，又稱引用誤差或相對百分誤差。定義為：

而：儀表量程=測量上限－測量下限儀表的基本誤差表明了儀表在規(guī)定的工作條件下測量時，允許出現(xiàn)的最大誤差。

由外界條件變化引起的誤差成為附加誤差輪機自動化(1)1.4精確度（精度）為了便于量值傳遞，國家規(guī)定了儀表的精確度（精度）等級系列。如0.5級，1.0級，1.5級等。儀表精度的確定方法：將儀表的基本誤差去掉“±”號及“％”號，套入規(guī)定的儀表精度等級系列。

例如某臺儀表的基本誤差為±1.0％，則確認該表的精確度等級符合1.0級；如果某臺儀表的基本誤差為±1.3％，則該表的精確度等級符合1.5級。輪機自動化(1)例1

某臺測溫儀表的測溫范圍為－100～700℃，校驗該表時測得全量程內(nèi)最大絕對誤差為＋5℃，試確定該儀表的精度等級。解：該儀表的基本誤差為：

將該表的δ去掉“十”號與“％”號，其數(shù)值為0.625。由于國家規(guī)定的精度等級中沒有0.625級儀表，而該儀表的誤差超過了0.5級儀表所允許的最大絕對誤差。

故：這臺測溫儀表的精度等級為1.0級。輪機自動化(1)例2

某臺測壓儀表的測壓范圍為0～8MPa。根據(jù)工藝要求，測壓示值的誤差不允許超過±0.05MPa，問應(yīng)如何選擇儀表的精度等級才能滿足以上要求？

解：根據(jù)工藝要求，儀表的允許基本誤差為：

去掉“±”和“％”號后，0.625介于0.5～1.0之間。若選精度為1.0級的儀表，其允許的最大絕對誤差為±0.08MPa。超過了工藝允許的數(shù)值。故：應(yīng)選擇0.5級的表。輪機自動化(1)目前，我國生產(chǎn)的儀表常用的精確度等級有0.005，0.02，0.05，0.1，0.2，0.4，0.5，1.0，1.5，2.5等。精度等級數(shù)值越小，就表征該儀表的精確度等級越高，也說明該儀表的精確度越高。0.05級以上的儀表，常用來作為標(biāo)準(zhǔn)表；工業(yè)現(xiàn)場用的測量儀表，其精度大多為0.5級以下。儀表的精度等級一般用符號標(biāo)志在儀表面板上。如

輪機自動化(1)1.5回差在外界條件不變的情況下，同一儀表對被測量進行往返測量時（正行程和反行程），產(chǎn)生的最大差值與測量范圍之比稱為變差。變差=量程正反行程最大差值×100%造成變差的原因:

傳動機構(gòu)間存在的間隙和摩擦力;彈性元件的彈性滯后等。?ymaxyxmin

xmaxOx輪機自動化(1)2、靈敏度和分辨率

靈敏度表示指針式測量儀表對被測參數(shù)變化的敏感程度，常以儀表輸出（如指示裝置的直線位移或角位移）與引起此位移的被測參數(shù)變化量之比表示：

靈敏限表示指針式儀表在量程起點處，能引起儀表指針動作的最小被測參數(shù)變化值。

S－儀表靈敏度；ΔY－儀表指針位移的距離（或轉(zhuǎn)角）；ΔX－引起ΔY的被測參數(shù)變化量。×100℃輪機自動化(1)分辨率表示儀表顯示值的精細程度。萬分之一。數(shù)字儀表的顯示位數(shù)越多，分辨率越高。

分辨力是指儀表能夠顯示的、最小被測值。如一臺溫度指示儀，最末一位數(shù)字表示的溫度值為0.1℃，即該表的分辨力為0.1℃。對于數(shù)字式儀表，則用分辨率和分辨力表示靈敏度和靈敏限。輪機自動化(1)3儀表的穩(wěn)定性

在相同的外界條件下，儀表對同一個測量點多次測量結(jié)果的穩(wěn)定程度。儀表精度固然是一個重要指標(biāo)，但在實際使用中，往往更強調(diào)儀表的穩(wěn)定性和可靠性

輪機自動化(1)4、響應(yīng)時間當(dāng)用儀表對被測量進行測量時，被測量突然變化以后，儀表指示值總是要經(jīng)過一段時間后才能準(zhǔn)確地顯示出來。這段時間稱為響應(yīng)時間。響應(yīng)時間的計算：從輸入一個階躍信號開始，到儀表的輸出信號（即指示值）變化到新穩(wěn)態(tài)值的95％所用的時間。

以上是檢測儀表常用的性能指標(biāo)。txytp輪機自動化(1)三、氣動儀表的基本元部件1、彈性元件2、節(jié)流元件3、氣容4、阻容組件5、噴嘴擋板機構(gòu)6、氣動功率放大器

壓力基礎(chǔ)知識簡介輪機自動化(1)壓力檢測及儀表壓力是工業(yè)生產(chǎn)中的重要工藝參數(shù)之一。如在化工、煉油等生產(chǎn)工藝中，經(jīng)常會遇到壓力，包括高壓、超高壓和真空度（負壓）的測量。壓力檢測的方法工程上習(xí)慣把垂直作用于作用單位面積上的力稱為“壓力”。即

P=F/SSF輪機自動化(1)壓力的單位是“帕斯卡”——1Pa

=1N/m21MPa=106Pa1工程大氣壓=1kg/cm2=9.80665×104Pa≈0.1MPa工程中壓力的表示方式有：表壓、負壓（真空度）、差壓、絕對壓力。工業(yè)中所用儀表的壓力指示值，大多數(shù)為表壓和差壓。輪機自動化(1)p差壓=p被測壓力1-p被測壓力2表壓、絕對壓力、負壓（真空度）、差壓之間的關(guān)系：p被測壓力p被測壓力p表壓=p絕對壓力-p大氣壓力

p真空度=p大氣壓力

-p絕對壓力

壓力測量儀表品種很多，按照其轉(zhuǎn)換原理的不同，大致可分為四大類。輪機自動化(1)常用的彈性元件有5種：（1）單圈彈簧管將截面為橢圓形的金屬空心管彎成270°圓弧形，頂端封口，當(dāng)通入壓力p后，它的自由端就會產(chǎn)生位移。測壓范圍較寬，可高達1000MPa。輪機自動化(1)（2）多圈彈簧管為了在測低壓時增加位移，可以將彈簧管制成多圈狀。

（3）膜片用金屬或非金屬材料做成的具有彈性的圓片（有平膜片和波紋膜片）。在壓力作用下，其中心產(chǎn)生變形位移。可測低壓。

（4）膜盒將兩張金屬膜片沿周口對焊，內(nèi)充硅油。使膜片增加強度。輪機自動化(1)(5)波紋管位移最大，可測微壓（＜1MPa)。

輪機自動化(1)彈性元件剛度靈敏度彈性敏感元件的有效面積彈性敏感元件的信號傳遞作用圖2-2輪機自動化(1)節(jié)流元件恒節(jié)流孔變節(jié)流孔氣阻線性氣阻非線性氣阻恒氣阻可調(diào)氣阻變氣阻輪機自動化(1)氣容—

氣室儲存空氣量能力的大小兩邊積分兩邊拉式變換輪機自動化(1)阻容組件節(jié)流通室—

氣阻和氣容組合件輪機自動化(1)節(jié)流通室比例輪機自動化(1)節(jié)流盲室T=RCuruc一階慣性輪機自動化(1)tT0.632輪機自動化(1)比例慣性環(huán)節(jié)彈性氣容，二通道作用于盲室tp1比例環(huán)節(jié)輸出部分p2慣性環(huán)節(jié)輸出部分輪機自動化(1)噴嘴擋板機構(gòu)？結(jié)構(gòu)？輸入？輸出？D=（4-6）d？工作原理？擋板恒節(jié)流孔背壓室p噴嘴hdD輸入輸出氣源輪機自動化(1)靜特性：穩(wěn)定工況下，背壓室壓力pD與擋板開度h之間對應(yīng)的關(guān)系abh0p1全關(guān)h=0全開全關(guān)→全開（h=（1/4）D）比例輪機自動化(1)改進：負壓噴嘴擋板結(jié)構(gòu)特點？靜特性？輪機自動化(1)氣動功率放大器ADCB輸入氣源氣動功率放大器？有什么結(jié)構(gòu)組成？工作原理？輪機自動化(1)放大倍數(shù)K2受什么因素影響？，如何調(diào)整起步壓力？IIISIIIp0ApaA起步壓力27-33kPa階段1：膜片有位移，閥桿無位移階段2：都無位移階段3：膜片和閥桿同時位移s0輪機自動化(1)四、氣動儀表的組成原理1、放大環(huán)節(jié)2、反饋環(huán)節(jié)3、比較環(huán)節(jié)圖3-14

氣動儀表的構(gòu)成原理輪機自動化(1)噴嘴擋板機構(gòu)＋功率放大器放大環(huán)節(jié)輪機自動化(1)起步壓力調(diào)整輪機自動化(1)例：由噴嘴擋板機構(gòu)和氣動功率放大器組成的二級功率放大器，已知氣動功率放大器的放大倍數(shù)為16，求噴嘴擋板機構(gòu)的壓力輸出范圍解：因為氣動功率放大器的輸出氣壓為（0.02~0.1MPa）所以噴嘴擋板機構(gòu)的氣壓輸出范圍為輪機自動化(1)反饋環(huán)節(jié)：信號的運算輪機自動化(1)負反饋：當(dāng)放大倍數(shù)足夠大時，消除主回路的非線性影響因素，補償干擾引起的誤差，提高儀表的精度；采用不同的反饋回路，可以很方便的實現(xiàn)不同的調(diào)節(jié)規(guī)律。節(jié)流通室：比例調(diào)節(jié)節(jié)流盲室：積分調(diào)節(jié)比例慣性環(huán)節(jié)：微分調(diào)節(jié)輪機自動化(1)比較環(huán)節(jié)：信號的綜合和比較位移平衡式：—將信號轉(zhuǎn)換成位移，按位移平衡原理在一根不定支點轉(zhuǎn)動的杠桿上進行比較，其位移差就是擋板的位移變化量。力平衡式：—將信號轉(zhuǎn)換成力的形式出現(xiàn)在比較環(huán)節(jié)上，按力平衡原理進行比較，所得的不平衡力經(jīng)彈性元件轉(zhuǎn)換成擋板位移，作為氣動放大器的輸入信號。力矩平衡式：—將信號轉(zhuǎn)換成力矩的形式，按力矩平衡原理在一根定支點轉(zhuǎn)動的杠桿上進行比較，將不平衡力矩轉(zhuǎn)換成擋板位移。輪機自動化(1)負反饋磁鐵調(diào)零FiFf背壓輪機自動化(1)第二節(jié)氣動變送器一、氣動差壓變送器的結(jié)構(gòu)和工作原理三、調(diào)零和調(diào)量程四、遷移原理二、差壓變送器的特性分析五、差壓變送器使用時的保護六、常見的故障分析及排除輪機自動化(1)變送器定義：連續(xù)測量被測參數(shù)并將其轉(zhuǎn)變?yōu)榻y(tǒng)一信號的儀表分類：能源，被測參數(shù)，采用電子元件結(jié)構(gòu)：測量+氣動轉(zhuǎn)化兩部分，測量部分因被測參數(shù)、敏感元件不同而有所不同，但氣動轉(zhuǎn)化部分相同氣動差壓變送器磁鐵Fi輪機自動化(1)一、氣動差壓變送器的結(jié)構(gòu)和工作原理結(jié)構(gòu)（1）測量部分—把被測的差壓信號轉(zhuǎn)換成擋板的微小位移輪機自動化(1)一、氣動差壓變送器的結(jié)構(gòu)和工作原理（2）氣動轉(zhuǎn)換部分—把測量部分輸出的擋板微小位移轉(zhuǎn)換成0.02MPa～0.1MPa的氣壓信號作為差壓變送器的輸出圖3-20（3）力矩平衡原理工作原理輪機自動化(1)二、差壓變送器的特性分析P2

P1V氣源p出

l1l3l2F反

圖3-21F反、E和l3都是固定不變的可調(diào)S0，使輪機自動化(1)↑反饋波紋管→l2↑→

K↓→

量程

↑；↓反饋波紋管→l2↓→

K↑→

量程

↓?！麱測→

K↑→

量程

↓；↓F測→

K↓→

量程

↑。=輪機自動化(1)每次投入工作前，都需要調(diào)零和調(diào)量程調(diào)零：調(diào)量程：三、調(diào)零和調(diào)量程=↑反饋波紋管→l2↑→

K↓→

量程

↑；↓反饋波紋管→l2↓→

K↑→

量程

↓。輪機自動化(1)例：假定⊿P的最大變化范圍是0～1000mmH20的調(diào)零和調(diào)量程1.讓正負壓室均通大氣，使⊿P=0，觀察變送器輸出壓力是否為0.02MPa，若不是，擰動遷移（調(diào)零）彈簧，使P出=0.02MPa。逐漸增大正壓室壓力，使P出=0.1MPa，觀察正壓室壓力是否為1000mmH20，若小于它，說明量程小了，則松開量程支點的鎖緊螺母，上移支點，反之亦然。3.重新調(diào)零、調(diào)量程，直到零點和量程準(zhǔn)確為止。輪機自動化(1)

所謂遷移，是指根據(jù)實際需要將變送器量程的起點從零遷到某一數(shù)值。遷移后，量程的起點和終點都改變，但量程保持不變。

以測量鍋爐水位為例說明其遷移原理。四、遷移原理輪機自動化(1)輪機自動化(1)變送器的遷移特性MPa0.02mmH2O600-6000負遷移0.1正遷移輪機自動化(1)例：假定蒸汽鍋爐的壓力范圍為0.6-1MPa不用零點遷移0—0.02；1-0.1用零點量程遷移0.6-0.02；1-0.110變送器輸出壓力0.10.02a.未遷移0.6b.零點負向遷移0.40變送器輸出壓力0.10.02-0.6c.零點負向遷移且縮小量程0變送器輸出0.10.020.4壓力輪機自動化(1)180050018000變送器輸出Io/mA溫度T/℃50010000變送器輸出Io/mA溫度T/℃50010000變送器輸出Io/mA溫度T/℃204442020a.未遷移b.零點正向遷移c.零點正向遷移且縮小量程溫度變送器的零點遷移和量程調(diào)整量程遷移的優(yōu)點：1.適應(yīng)不同測量范圍的要求2.提高精度和靈敏度

(1-0.6)×1%=0.004<(1-0)×1%=0.01輪機自動化(1)五、差壓變送器使用時的保護變送器閥組注意事項1、首先接通氣源2、零點、量程、遷移量調(diào)節(jié)3、變送器閥組投運注意事項輪機自動化(1)氣源日常維護噴嘴擋板功率放大器輪機自動化(1)六、常見的故障分析及排除變送器沒有輸入，但輸出壓力達最大值的故障變送器有輸入，但無輸出或輸出達不到0.1MPa變送器無輸入，但輸出不為0.02MPa零點漂移差壓變送器有輸出信號，但很遲鈍或達不到滿值的故障輸出壓力波動輪機自動化(1)1、沒有測量信號但輸出壓力達最大值的故障

原因

處理方法

1、減壓閥輸出壓力過大

修理或更換減壓閥

2、噴嘴沾污

處理干凈

3、氣源與輸出管線相通

遙控板切換前閥漏，需更換

4、氣源與輸出管線接錯

重接

5、膜盒上彈簧片變形

拆下來矯正或更換

輪機自動化(1)2、分析處理氣動差壓變送器沒有差壓時，輸出降不到零點（20KPa）的故障

原因

處理方法

1、噴嘴堵

疏通

2、排氣嘴堵

疏通

3、由于零點彈簧失去垂直位置或由于彈簧 承受扭力大

重新調(diào)整

4、膜盒變形

更換膜盒

輪機自動化(1)3、分析處理氣動差壓變送器有輸出信號，但很遲鈍或達不到滿值的故障

原因

處理方法

1、輸出管道泄漏

老化的膠質(zhì)管線要更換

2、負載容量太大

推動大容量負載時，要加中 間繼動器

3、減壓閥流量不足

清洗或更換減壓閥

4、膜盒上彈簧片損壞

矯正彈簧片或更換

5、膜盒漏油

更換膜盒

輪機自動化(1)4、分析氣動差壓變送器產(chǎn)生零點漂移的原因并處理

原因

處理方法

1、噴嘴擋板沾污

擦拭清洗

2、頂針螺釘松動

用小板手、小旋具鎖緊

3、輸出管道、反饋回路漏氣

更換管道或波紋管

4、膜盒漏油

更換膜盒

輪機自動化(1)5分析處理氣動差壓變送器輸出特性不好變差大的故障

原因

處理方法

1、噴嘴擋板沾污

擦拭清洗

2、放大器反饋或背壓器漏氣

堵漏或更換零件

3、膜盒或毛細管漏油

更換膜盒，徹底堵塞毛細 管的漏動

4、膜盒上彈簧片變形

拆下來校正，重新裝配

5、氣源流量不足，壓力不穩(wěn)

清洗減壓閥

6、放大器線性不好

清洗放大器或更換零件

輪機自動化(1)6分析處理氣動差壓變送器輸出壓力不能穩(wěn)定在一點上，一碰就降到零，再一碰就超過滿度的故障

原因

處理方法

1、反饋回路堵塞或嚴重漏氣

更換膠管或波紋 管

2、調(diào)量程支架與機架脫節(jié)

重新裝配

輪機自動化(1)輪機自動化(1)輪機自動化(1)輪機自動化(1)輪機自動化(1)實驗安排輪機自動化(1)氣動差壓變送器的調(diào)校下周二（3月15日早晨8：15開始）輪機085—8：15開始做實驗輪機086—8：40輪機087—9：05輪機088—9：30了解實驗原理，聽從實驗室老師的安排，愛護實驗設(shè)備，盡量觀察或者細微調(diào)整不要遲到輪機自動化(1)第四節(jié)氣動顯示儀表QXZ型色帶指示儀的優(yōu)點：1.采用力矩平衡原理2.讀數(shù)方便，顯示形式鮮明，便于遠觀外形尺寸小，便于高密度安裝，集中控制采用射流報警，結(jié)構(gòu)簡單，精度高，性能可靠測量機構(gòu)：力矩平衡原理指示部分報警機構(gòu)：氣體射流原理輪機自動化(1)輪機自動化(1)色帶指示儀的調(diào)整1、零位調(diào)整2、量程調(diào)整3、報警值調(diào)整2、量程調(diào)整4、阻尼器阻尼值的調(diào)整輪機自動化(1)

彈簧管壓力表的品種規(guī)格繁多。按其用途不同，有普通彈簧管壓力表、耐腐蝕的氨用壓力表、禁油的氧氣壓力表等。但它們的外形與結(jié)構(gòu)基本相同，只是所用的彈簧管材料有所不同。彈簧管壓力表輪機自動化(1)彈簧管壓力表的結(jié)構(gòu)原理1-彈簧管2-拉桿3-扇形齒輪4-中心齒輪5-指針6–面板7–游絲8–調(diào)整螺釘9–接頭

彈簧管是一根彎成270°圓弧的橢圓截面的空心金屬管，管子的自由端B封閉，并連接拉桿及扇形齒輪，帶動中心齒輪及指針。輪機自動化(1)在被測壓力p的作用下，彈簧管的橢圓形截面趨于圓形，圓弧狀的彈簧管隨之向外擴張變形。自由端B的位移與輸入壓力p成正比。通過拉桿、齒輪的傳遞、放大，帶動指針偏轉(zhuǎn)?；緶y量原理p輪機自動化(1)傳遞及放大過程

游絲7用來壓緊扇形齒輪和中心齒輪間的接觸面。自由端B的位移拉桿2扇形齒輪3中心齒輪4同軸的指針5轉(zhuǎn)動

在面板6的刻度標(biāo)尺上指示出被測壓力p的數(shù)值

調(diào)整螺釘8的位置，即改變了機械傳動系數(shù)，調(diào)整了儀表量程。輪機自動化(1)測壓關(guān)系：自由端的相對角位移?α/αo

與被測壓力P成正比。?α/αo=KPα0?αPK—常數(shù)

生產(chǎn)中，常需要把壓力控制在某一范圍內(nèi)。要求當(dāng)壓力超出給定范圍時，測量儀表能發(fā)出信號，以提醒操作人員，或啟動繼電器實現(xiàn)壓力的自動控制。這就要求壓力表帶有報警或控制輸出。輪機自動化(1)電接點壓力表在普通彈簧管壓力表的基礎(chǔ)上稍添部件，便可成為電接點信號壓力表。

增加兩個報警針，上面分別裝靜觸點1和4，指示針上裝動觸點2。分別用軟導(dǎo)線引至輸出接線柱。

使用時可后接兩個信號燈或繼電器3、5。后部接線柱輪機自動化(1)報警原理：若壓力降到下限值時，動觸點2與靜觸點1接觸，接通了信號燈3的電路。當(dāng)壓力超過上限值時，動觸點2和靜觸點4接觸，信號燈5的電路被接通。后部接線柱輪機自動化(1)＋顯示儀表Q差壓變送器節(jié)流裝置差壓邊送器的應(yīng)用表壓，氣源輪機自動化(1)第三節(jié)氣動調(diào)節(jié)器一、QXZ-405-C型PI調(diào)節(jié)器四、通用型比例積分微分調(diào)節(jié)器三、NAKAKITA型PID調(diào)節(jié)器五、調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定二、QPZ-Ⅱ型氣動微分器輪機自動化(1)一、QXZ-405-C型PI調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)比較部分放大部分反饋部分工作原理氣源測量↑→順時針旋轉(zhuǎn)→

噴嘴擋板間距↓→

背壓↑→

P出↑

→

逆時針旋轉(zhuǎn)→實現(xiàn)比例作用的暫態(tài)平衡輪機自動化(1)uuuu?e

?e/P2?e/PuttTIe輪機自動化(1)P出在積分作用下持續(xù)↑，如果偏差一直存在，將會出現(xiàn)積分飽和；如果在P出的調(diào)節(jié)下（控制閥），使得被控變量↓，最終實現(xiàn)輪機自動化(1)反饋3個回路；對反饋回路進行化簡輪機自動化(1)Kp可以通過調(diào)節(jié)Rp實現(xiàn)，Ti=RiCi積分時間可以通過Ri進行調(diào)整因為>>1輪機自動化(1)二、QPZ-Ⅱ氣動微分調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)比較部分放大部分反饋部分工作原理P出→比例積分調(diào)節(jié)的測量波紋管最終實現(xiàn)pK=p出=pLtp1比例環(huán)節(jié)輸出部分p2慣性環(huán)節(jié)輸出部分輪機自動化(1)結(jié)論P出→比例積分調(diào)節(jié)的測量波紋管最終實現(xiàn)pK=p出=pL比例度為1，調(diào)整微分閥的開度，可以調(diào)整微分器的微分時間Rd↑→PL上升的慢→微分作用時間長→微分作用強輪機自動化(1)氣體層流公式氣體狀態(tài)方程輪機自動化(1)氣體狀態(tài)方程令簡化令方程兩邊乘以得輪機自動化(1)忽略“1”Td為微分時間Kd為微分放大倍數(shù)輪機自動化(1)①一階導(dǎo)數(shù)和一階慣性環(huán)節(jié)串聯(lián)組成一階導(dǎo)數(shù)環(huán)節(jié)的輸出②微分時間③微分放大倍數(shù)Kd>>1Td>>T近似為一階導(dǎo)數(shù)環(huán)節(jié)Kd<<1Td<<T近似為一階慣性環(huán)節(jié)Kd

大接近于理想微分特性，太大易引起震蕩，Kd

=10輪機自動化(1)三、NAKAKITA型PID調(diào)節(jié)器位移平衡收縮靠近輪機自動化(1)位移平衡遠離測量作用=比例微分負反饋作用積分作用消除差測量值=給定值輪機自動化(1)微分閥開度小，氣阻大，微分時間長，微分作用強積分閥開度大，氣阻小，積分時間短，積分作用強偏心比例帶調(diào)節(jié)盤上移開度變化大比例帶小下移開度變化小比例帶大給定值增大分析輪機自動化(1)四、通用型比例積分微分調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)比較部分放大部分反饋部分輪機自動化(1)四、通用型比例積分微分調(diào)節(jié)器力矩平衡輪機自動化(1)四、通用型比例積分微分調(diào)節(jié)器力矩平衡輪機自動化(1)四、通用型比例積分微分調(diào)節(jié)器輪機自動化(1)五、調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定調(diào)節(jié)器參數(shù)對系統(tǒng)動態(tài)過程的影響圖3-27增大和：控制作用減弱，控制過程更加穩(wěn)定減小和：控制作用增強，降低過程的穩(wěn)定性的影響比大輪機自動化(1)調(diào)節(jié)器參數(shù)的工程整定方法在控制系統(tǒng)設(shè)計或安裝完畢后，被控對象、測量變送器和執(zhí)行器這三部分的特性就完全確定了，不能任意改變。只能通過控制器參數(shù)的工程整定，來調(diào)整控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和控制質(zhì)量?？刂破鲄?shù)的整定，就是按照已定的控制方案，求取使控制質(zhì)量最好的控制器參數(shù)值。具體來說，就是確定最合適的控制器比例度P、積分時間TI，和微分時間TD。輪機自動化(1)就是通過一定的方法和步驟，確定系統(tǒng)處于最佳過渡過程時，控制器比例度P、積分時間TI，和微分時間TD。所謂的最佳就是在一定的評價標(biāo)準(zhǔn)下得到的，通用的標(biāo)準(zhǔn)為衰減比4：1，10：1。在這個前提下，盡量滿足準(zhǔn)確性和快速性要求，即絕對誤差積分時間最小，這時系統(tǒng)不僅具有適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定性和快速性，而且又便于人工操作和管理。習(xí)慣上把滿足這一衰減過程的調(diào)節(jié)器參數(shù)稱為最佳參數(shù)輪機自動化(1)控制器參數(shù)整定的方法很多，主要有兩大類，一類是理論計算的方法，另一類是工程整定法。理論計算的方法是根據(jù)已知的各環(huán)節(jié)特性及控制質(zhì)量的要求，通過理論計算出控制器的最佳參數(shù)。這種方法由于比較繁瑣、工作量大，計算結(jié)果有時與實際情況不甚符合，故在工程實踐中長期沒有得到推廣和應(yīng)用。工程整定法是在已經(jīng)投運的實際控制系統(tǒng)中，通過試驗或探索，來確定控制器的最佳參數(shù)。這種方法是工藝技術(shù)人員在現(xiàn)場經(jīng)常使用的。輪機自動化(1)6.4.1穩(wěn)定邊界法（臨界比例度法）

屬于閉環(huán)整定方法，根據(jù)純比例控制系統(tǒng)臨界振蕩試驗所得數(shù)據(jù)（臨界比例度Pm和振蕩周期Tm），按經(jīng)驗公式求出調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)。（1）置調(diào)節(jié)器Ti

，Td=0，比例度P

較大值，將系統(tǒng)投入運行。（2）逐漸減小P

，加干擾觀察，直到出現(xiàn)等幅減振蕩為止。記錄此時的臨界值Pm和Tm。y(t)Tm

系統(tǒng)臨界振蕩曲線t輪機自動化(1)經(jīng)驗公式雖然是在實驗基礎(chǔ)上歸納出來的，但它有一定的理論依據(jù)。就以表中PI調(diào)節(jié)器整定數(shù)值為例，可以看出PI調(diào)節(jié)器的比例度較純比例調(diào)節(jié)時增大，這是因為積分作用產(chǎn)生一滯后相位，降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定度的緣故。根據(jù)Pm和Tm，按經(jīng)驗公式計算出控制器的參數(shù)整定值。

整定參數(shù)調(diào)節(jié)規(guī)律P（%）Ti

Td

P 2Pm ————PI 2.2Pm0.85Tm——PID1.7Pm 0.50Tm0.125Tm表6.1

穩(wěn)定邊界法整定參數(shù)計算表輪機自動化(1)

穩(wěn)定邊界方法在下面兩種情況下不宜采用：臨界比例度過小時，調(diào)節(jié)閥容易游移于全開或全關(guān)位置，對生產(chǎn)工藝不利或不容許。例如，一個用燃料油加熱的爐子，如果閥門發(fā)生全關(guān)狀態(tài)就要熄火。

工藝上的約束條件嚴格時，等幅振蕩將影響生產(chǎn)的安全。衰減曲線法也屬于閉環(huán)整定方法，但不需要尋找等幅振蕩狀態(tài)，只需尋找最佳衰減振蕩狀態(tài)即可。輪機自動化(1)方法：（1）把調(diào)節(jié)器設(shè)成比例作用（Ti=∞，Td=0），置于較大比例度，投入自動運行。（2）在穩(wěn)定狀態(tài)下，階躍改變給定值（通常以5%左右為宜），觀察調(diào)節(jié)過程曲線。（3）適當(dāng)改變比例度，重復(fù)上述實驗，到出現(xiàn)滿意的衰減曲線為止。記下此時的比例度Ps及周期Ts。n=10:1時，記P’s及TsTsTr輪機自動化(1)（4）按表6-2（n=4:1）或按表6-3（n=10:1）求得各種調(diào)節(jié)規(guī)律時的整定參數(shù)。表6.2衰減比為4:1時，整定參數(shù)計算表表6.3衰減比為10:1時，整定參數(shù)計算表0.1Ts0.3Ts0.8PsPID

——0.5Ts1.2PsPI————PsPTdTiP（%）

整定參數(shù)調(diào)節(jié)規(guī)律0.4Ts1.2Tr0.8P'sPID

——2Tr1.2P'sPI————P'sPTdTiP（%）

整定參數(shù)調(diào)節(jié)規(guī)律輪機自動化(1)響應(yīng)曲線法屬于開環(huán)整定方法。以被控對象控制通道的階躍響應(yīng)為依據(jù)，通過經(jīng)驗公式求取調(diào)節(jié)器的最佳參數(shù)整定值。方法：不加控制作用，作控制通道特性曲線。給定值＋－測量變送器控制器執(zhí)行器對象被控變量輪機自動化(1)根據(jù)實驗所得響應(yīng)曲線，找出廣義對象的特性參數(shù)K0、T0、τ0，用表6-4的經(jīng)驗公式求整定參數(shù)。T0τ0此方法在不加控制作用的狀態(tài)下進行，對于不允許工藝失控的生產(chǎn)過程，不能使用。

表6.4響應(yīng)曲線法整定參數(shù)的公式0.5τ02τ0PID——3.3τ0PI————PTdTiP（%）

整定參數(shù)調(diào)節(jié)規(guī)律輪機自動化(1)理論依據(jù)：廣義被控系統(tǒng)以滯后的一階慣性來表示系統(tǒng)出現(xiàn)臨界比例度Pm和臨界震蕩頻率ωm時考慮到臨界震蕩頻率ωm處|T0jωm|>>1輪機自動化(1)由相位條件可知由幅值條件可知考慮到誤差，且簡便起見輪機自動化(1)經(jīng)驗法憑經(jīng)驗湊試。其關(guān)鍵是“看曲線，調(diào)參數(shù)”。在閉環(huán)的控制系統(tǒng)中，憑經(jīng)驗先將控制器參數(shù)放在一個數(shù)值上，通過改變給定值施加干擾，在記錄儀上觀察過渡過程曲線，根據(jù)P、TI

、TD對過渡過程的影響為指導(dǎo)，對比例度P

、積分時間TI和微分時間TD逐個整定，直到獲得滿意的曲線為止。經(jīng)驗法的方法簡單，但必須清楚控制器參數(shù)變化對過渡過程曲線的影響關(guān)系。在缺乏實際經(jīng)驗或過渡過程本身較慢時，往往較為費時。輪機自動化(1)控制器參數(shù)對控制過程的影響：

振蕩逐漸加劇PPPPPuuuuuuuuuuuutttut

TD=0

TD較小

TD合適

TD太大輪機自動化(1)經(jīng)驗法整定方法一：1、調(diào)比例：P由大到小，到滿意曲線2、調(diào)PI,比例度放大10-20%,積分時間↓衰減率

4：13、調(diào)PID，比例度縮小，積分時間縮小，微分時間↑經(jīng)驗法整定方法二：1、按照表6-5確定Ti，取Td=（1/3-1/4）Ti，然后從大到小調(diào)P2、如果Ti和Td不合適，重新選擇并測試到滿意衰減曲線輪機自動化(1)注意：同一個系統(tǒng)，最佳整定參數(shù)可能不是唯一的。不同的PID參數(shù)組合，有時會得到極為相近的控制結(jié)果。例如某初餾塔塔頂溫度控制系統(tǒng)，控制器采用以下兩組參數(shù)時：

P

＝15％TI

＝7.5min

P

＝35％TI＝3min系統(tǒng)都得到10:1的衰減曲線，超調(diào)量和過渡時間基本相同。輪機自動化(1)常用的工程整定方法臨界比例帶法：屬于閉環(huán)整定方法，根據(jù)純比例控制系統(tǒng)臨界振蕩試驗所得數(shù)據(jù)（臨界比例度Pm和振蕩周期Tm），按經(jīng)驗公式求出調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)。衰減曲線法：也屬于閉環(huán)整定方法，但不需要尋找等幅振蕩狀態(tài)，只需尋找最佳衰減振蕩狀態(tài)即可。反應(yīng)曲線法：屬于開環(huán)整定方法。以被控對象控制通道的階躍響應(yīng)為依據(jù)，通過經(jīng)驗公式求取調(diào)節(jié)器的最佳參數(shù)整定值。經(jīng)驗法（試湊法）：憑經(jīng)驗湊試。其關(guān)鍵是“看曲線，調(diào)參數(shù)”輪機自動化(1)6.4.5幾種整定方法的比較輪機自動化(1)衰減曲線法經(jīng)驗公式臨界比例帶法經(jīng)驗公式輪機自動化(1)反應(yīng)曲線法經(jīng)驗公式輪機自動化(1)經(jīng)驗法整定參數(shù)范圍輪機自動化(1)氣動調(diào)節(jié)器管理注意事項安裝和器件不匹配和對稱，剛度、有效面積，扭曲和并圈，不緊固參數(shù)整定氣源，組成元件清潔輪機自動化(1)給定值被控變量干擾f

控制器

變送器執(zhí)行器被控對象+e實測值－輪機自動化(1)第五節(jié)氣動執(zhí)行器結(jié)構(gòu)和工作原理：—氣動執(zhí)行機構(gòu)—閥門調(diào)節(jié)機構(gòu)輪機自動化(1)執(zhí)行器是自動控制系統(tǒng)中的重要組成部分，它將控制器送來的控制信號轉(zhuǎn)換成執(zhí)行動作，從而操縱進入設(shè)備的能量，將被控變量維持在所要求的數(shù)值上或一定的范圍內(nèi)。執(zhí)行器有自動調(diào)節(jié)閥門、自動電壓調(diào)節(jié)器、自動電流調(diào)節(jié)器、控制電機等。其中自動調(diào)節(jié)閥門是最常見的執(zhí)行器，種類繁多。輪機自動化(1)自動調(diào)節(jié)閥按照工作所用能源形式可分為：電動調(diào)節(jié)閥：電源配備方便，信號傳輸快、損失小，可遠距離傳輸；但推力較小。氣動調(diào)節(jié)閥：結(jié)構(gòu)簡單，可靠，維護方便，防火防爆；但氣源配備不方便。液動調(diào)節(jié)閥：用液壓傳遞動力，推力最大；但安裝、維護麻煩，使用不多。

工業(yè)中使用最多的是氣動調(diào)節(jié)閥和電動調(diào)節(jié)閥。輪機自動化(1)氣動調(diào)節(jié)閥氣動調(diào)節(jié)閥是由氣壓信號控制的閥門。氣動薄膜室推桿閥門閥位指示標(biāo)牌閥桿輪機自動化(1)氣動調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)與分類氣動調(diào)節(jié)閥由執(zhí)行機構(gòu)和控制機構(gòu)（閥）兩部分組成。執(zhí)行機構(gòu)是推動裝置，它是將信號壓力的大小轉(zhuǎn)換為閥桿位移的裝置?？刂茩C構(gòu)是閥門，它將閥桿的位移轉(zhuǎn)換為流通面積的大小。輪機自動化(1)1.執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu)按調(diào)節(jié)器輸出的控制信號，驅(qū)動調(diào)節(jié)機構(gòu)動作。氣動執(zhí)行機構(gòu)的輸出方式有角行程輸出和直行程輸出兩種。

輪機自動化(1)直行程輸出的氣動執(zhí)行機構(gòu)有兩類。氣動活塞式執(zhí)行機構(gòu)薄膜式執(zhí)行機構(gòu)P正作用執(zhí)行機構(gòu)反作用執(zhí)行機構(gòu)輪機自動化(1)（1）直通單座閥流體對閥芯的不平衡作用力大。一般用在小口徑、低壓差的場合。結(jié)構(gòu)簡單、泄漏量小。2．調(diào)節(jié)機構(gòu)調(diào)節(jié)機構(gòu)就是閥門，是一個局部阻力可以改變的節(jié)流元件。根據(jù)不同的使用要求，閥門的結(jié)構(gòu)型式很多。輪機自動化(1)正裝閥閥芯下移時，閥芯與閥座間的流通截面積增