熱工控制儀表培訓

熱工儀表及自動化

（適用于熱工、制冷、儲運、智建專業(yè)）

自動控制系統的關鍵部件對象√

測量、變送傳感器、變送器、顯示、報警、記錄裝置調節(jié)器執(zhí)行器執(zhí)行機構、調節(jié)機構調節(jié)器執(zhí)行器對象測量變送x(t)e(t)u(t)q(t)y(t)z(t)＋－主要內容基本控制規(guī)律數字式調節(jié)器的調節(jié)規(guī)律執(zhí)行器運算器(選修)第五章熱工控制儀表§5-1基本控制規(guī)律調節(jié)器的控制規(guī)律用數學表達式為：C=f(e)調節(jié)器控制位式控制

比例控制

比例積分

比例微分

比例積分微分

一、兩位式調節(jié)規(guī)律兩位式輸入和輸出如圖：呆滯區(qū)：不能引起調節(jié)器動作的被調量對定值偏差區(qū)被調量對設定值的偏差不超出呆滯區(qū)間，輸出保持不變輸入和輸出如圖：理想輸出實際輸出呆滯區(qū)存在可以延長調節(jié)器的使用壽命，避免頻繁動作雙位控制器二、三位式調節(jié)規(guī)律三種狀態(tài)100%0-100%輸入和輸出如圖：理想輸出實際輸出三、比例調節(jié)比例調節(jié)：調節(jié)器的輸出和輸入成比例關系傳遞函數為：Kc：調節(jié)器的放大倍數調節(jié)作用以偏差的存在為前提，被調量受干擾偏離設定值后不可能恢復到設定值比例作用壓力調節(jié)器比例帶不表示比例作用的強弱，表示作用的范圍四、比例積分控制積分控制規(guī)律積分控制規(guī)律：調節(jié)器的輸出變化量，與輸入偏差隨時間的積分成正比數學表達式為:△Ｃ＝Ｋｉ∫ｅdt比例積分控制規(guī)律比例積分控制規(guī)律是比例與積分兩種控制作用的組合

其數學表達式為:

積分調節(jié)器階躍響應及Matlab模擬輸入紅線輸出黃線積分調節(jié)器的特點：偏差存在時，調節(jié)器的輸出將隨時間不斷變化，直到偏差消除總從0開始，不及時，不單獨使用，常和比例調節(jié)一起組成比例積分調節(jié)TI大，積分速度慢比例積分控制積分時間及其對系統過渡過程的影響在比例積分控制系統中，若保持調節(jié)器比例度不變，積分時間對過渡過程的影響如圖3-11所示。從圖中可以看出，積分時間對過渡過程的影響具有雙重性。隨著積分時間Ｔi的減小，積分作用增強，即在相同的擾動作用下，調節(jié)器的輸出較大，余差消除快，最大偏差減小，但同時系統的振蕩加劇，穩(wěn)定性下降。Ｔi過小，還可能導致系統的不穩(wěn)定比例積分作用壓力調節(jié)器五、比例微分控制微分控制規(guī)律微分控制規(guī)律是：調節(jié)器的輸出變化量與輸入偏差變化的速度成正比。數學表達式為：

比例微分控制規(guī)律比例微分控制規(guī)律:是比例與微分兩種控制作用的組合。數學表達式為：

比例微分調節(jié)的特點根據被調量的變化趨勢，防止被調量出現更大的偏差，使偏差消失于萌芽中輸出和偏差變化的速度成正比提供系統穩(wěn)定性的作用微分時間越長，或偏差變化的速度大，微分作用就強六、比例積分微分控制比例積分微分控制規(guī)律是比例、積分與微分三種控制作用的組合。數學表達式為：

三作用調節(jié)器綜合了各種控制規(guī)律的優(yōu)點，具有較好的控制性能，應用范圍寬廣。比例積分微分控制各種控制過程常用的控制規(guī)律如下：液位：滯后不大，一般控制要求不高，用P或PI控制規(guī)律。流量：滯后很小，時間常數小，測量信號中雜有噪音，用PI或加反微分加以控制。壓力：介質為液體的滯后較小，介質為氣體時的滯后中等，用P或PI控制規(guī)律。溫度：容量滯后較大，時間常數大，常用PID控制規(guī)律。比例微積分調節(jié)理想的比例微積分調節(jié)（PID）實際的PID調節(jié)傳遞函數為：PID調節(jié)器的階躍響應曲線比例比例微分積分積分微分比例積分微分調節(jié)的特點快速、敏捷平穩(wěn)準確三項需適當配合三種作用在任何時候都協調工作七、傳感器和變送器的特性傳感器有一定的容量，如熱電偶，在沒有套管時，單容元件，為一階慣性環(huán)節(jié)，傳感器的時間常數與對象的時間常數相比很小時，看作比例環(huán)節(jié)變送器將被測信號轉變成標準信號，比例環(huán)節(jié)§5-2數字式調節(jié)器的調節(jié)規(guī)律一、采樣過程和Z變換用數字計算機作為系統控制器，對連續(xù)的受控對象進行控制，離散信號：純離散系統采用系統：采樣過程把連續(xù)信號轉換成離散信號的過程零階保持使采樣信號每一個采樣瞬時的值保持到下一個采樣瞬時，處于每個采樣區(qū)間內的值為常數，導數為零一階保持使采樣信號每一個采樣瞬時的值保持到下一個采樣瞬時，處于每個采樣區(qū)間內的值為常數，導數為零Z變換連續(xù)系統分析中，拉氏變化，將系統的微分方程轉換為代數方程采樣系統分析中，Z變換將差分方程轉換為代數方程進行拉氏變化可得：二、數字PID控制位置式控制算法m(k)是第K次采樣的調節(jié)器的輸出，它直接決定了執(zhí)行結構的位置，稱為位置式算法增量式控制算法當執(zhí)行機構需要的是控制量的增量時，采用增量式PID控制，控制增量僅與最近的第K次取樣有關，誤動作時影響較小PID控制算法的改進積分分離算法微分先行的PID控制帶死區(qū)的PID控制積分環(huán)節(jié)的目的是消除余差啟動、結束、大幅度增減設定引起較大的超調當被控量和設定值偏差較大時取消積分作用積分分離算法微分先行PID控制算法只對輸出量進行微分，而對設定值不作微分，改變設定值，輸出不會改變，被控量的輸出通常比較緩和適合與設定值頻繁變的場合帶死區(qū)的PID控制為了避免控制作用過于頻繁，消除由于頻繁動作而引起的振蕩§5-3調節(jié)器主要內容：一、DDZ-Ⅲ型調節(jié)器二、數字調節(jié)器三、組裝式控制裝置一、單元組合式調節(jié)器DDZ－Ⅱ型調節(jié)器輸入電路直流放大器PID運算電路手操作隔離電路偏差指示

指示電路輸入I設定輸出輸入電路輸入通道一般單獨使用主輸入通道，由于副輸入通道的信號不通過偏差指示表而不單獨使用設定電路為了便于實現定值控制或串級等復雜控制，調節(jié)器有內設定和外設定兩種方式，可通過“內─外”切換開關加以選擇PID運算電路隔離電路DDZ－Ⅲ型調節(jié)器采用24V直流電源集中統一供電，整套儀表可構成安全火花防爆系統，而且增加了安全單元──安全保持器，實現了控制室與危險場所之間的能量限制與隔離，使儀表無論在正常運行，還是在事故狀態(tài)下，都不會引爆，儀表的安全性、可靠性顯著提高。采用國際標準信號制，現場傳輸信號為4-20mA直流電流，控制室聯絡信號為1-5V直流電壓，信號電流和信號電壓的轉換電阻為250Ω。DDZ-Ⅲ型調節(jié)器單元組合儀表中的重要元件接受1~5VDC輸入，與1~5VDC給定信號比較，輸出4~20mADC全刻度指示調節(jié)器偏差指示調節(jié)器DDZ－Ⅲ型調節(jié)器采用了高增益、高阻抗線性集成電路組件，簡化了線路，減少了元器件，提高了儀表的精度、穩(wěn)定性和可靠性，降低了功耗在基型調節(jié)器的基礎上易于組成各種變形的特殊調節(jié)器有軟、硬兩種手動操作方式，自動－軟手動的切換是雙向無平衡無擾動切換，提高了調節(jié)器的操作性能DDZ-III型調節(jié)器的組成控制單元輸入電路比例微分電路比例積分電路輸出電路軟手動和硬手動指示單元輸入信號指示電路給定信號指示電路輔助電路輸入電路：獲得輸入型號和給定信號之差成比例的偏差信號輸出電路軟手動和硬手動二、數字調節(jié)器數字式調節(jié)器的主要特點是保留了模擬式調節(jié)儀表所有的優(yōu)點模擬和數字技術混用可靠性高通用性強采用面向用戶的語言具有標準的通信功能數字式調節(jié)器的硬件構成ROMEPROMRAMWDTCPUIOD2IOD1D/A數字式調節(jié)器三、組裝式電子綜合控制裝置

模擬組件轉換組件計算組件調節(jié)組件控制組件給定組件顯示器操作器電源組裝式電子綜合控制裝置數字邏輯組件監(jiān)控系統：有固定監(jiān)控、可變監(jiān)控、巡回監(jiān)控等功能邏控系統：具有程序控制功能，解決過程控制中的程序控制、聯鎖及系統啟停等問題專用接口裝置：用以解決ＴＦ型儀表與計算機的聯用問題§5-4執(zhí)行器執(zhí)行器在自動控制系統中的作用是接受調節(jié)器的控制信號，改變操縱變量，使生產過程按預定的要求正常進行

一、氣動薄膜調節(jié)閥二、閥門定位器三、DKJ型電動執(zhí)行器一、氣動薄膜調節(jié)閥氣動薄膜調節(jié)閥的組成氣動薄膜調節(jié)閥的類型調節(jié)閥的流量特性氣動薄膜閥的選擇氣動薄膜調節(jié)閥的動態(tài)特性和變差氣動薄膜調節(jié)閥的安裝氣動薄膜調節(jié)閥的組成氣動薄膜調節(jié)閥是由上部的薄膜執(zhí)行機構和下部的調節(jié)機構兩部分組成執(zhí)行機構調節(jié)機構執(zhí)行機構氣動薄膜調節(jié)閥的執(zhí)行機構是由波紋膜片、上下膜蓋、平穩(wěn)彈簧等部件組成的

調節(jié)機構調節(jié)機構是由閥體、閥桿、閥芯、閥座等部件所組成閥心閥桿閥體氣動薄膜調節(jié)閥的類型直通單座調節(jié)閥三通調節(jié)閥蝶閥高壓角形調節(jié)閥隔膜調節(jié)閥直通雙座調節(jié)閥直通單座調節(jié)閥氣動薄膜調節(jié)閥三通調節(jié)閥三通閥可以把一路流體分成兩路，或是把兩路流體合為一路，它們是在直通單座或雙座調節(jié)閥的基礎上發(fā)展起來的，可以代替兩個直通閥

二位三通電磁閥蝶閥蝶閥又稱為翻板閥。其結構如圖。它利用擋板的旋轉改變流通面積來控制流量高壓角形調節(jié)閥鑄造成型的角形結構，如圖所示。為了延長使用壽命，適應高壓差下流體的沖刷和氣蝕，閥芯頭部可采用硬質合金或可淬硬鋼滲鉻等，閥座則采用可淬硬鋼滲鉻

隔膜調節(jié)閥隔膜調節(jié)閥采用耐腐蝕襯里的閥體和耐腐蝕的隔膜代替閥芯組件，由隔膜起控制作用，如圖所示直通雙座調節(jié)閥直通雙座調節(jié)閥的結構如圖所示。閥體內有兩個閥芯和閥座，流體從左側進入，通過閥芯閥座后匯合，從右側流出

直接控制式電磁閥調節(jié)閥的流量特性調節(jié)閥的流量特性是指流體通過閥門的相對流量與閥門的相對開度數學表達式為：

理想流量特性：調節(jié)閥前后壓差保持不變時得到的流量特性直線流量特性其數學表達式為：對數流量特性其數學表達式為：

快開流量特性在小開度時，就有較大流量，隨著開度的增加，流量很快就增加到最大，此后再增加開度，流量的變化很小調節(jié)閥的流量特性工作流量特性：調節(jié)閥前后壓差變化時的流量特性系統的總壓差氣動薄膜閥的選擇調節(jié)閥結構型式的選擇要根據工藝條件差、工藝介質的物理化學性、是否有毒性、是否含懸浮顆粒等。過程控制的要求如精度、可調比、噪音等。并參照各種調節(jié)閥的特點，兼顧其經濟性來選擇調節(jié)閥的類型，同時還必須考慮調節(jié)閥的材質、公稱壓力等級和上閥蓋的型式及所用的密封填料等問題氣動薄膜閥的選擇氣開、氣關形式的選擇調節(jié)閥的流量直接影響到系統的控制質量和穩(wěn)定性，需要正確選擇?？扉_特性一般應用于雙位控制和程序控制，因此流量特性的選擇主要是直線特性和對數特性的選擇。氣動薄膜閥的選擇調節(jié)閥口徑的確定調節(jié)閥是一個局部阻力可以改變的節(jié)流元件，對不可壓縮流體，可推導出流經調節(jié)閥的流量為：公式：

氣動薄膜調節(jié)閥動態(tài)特性和變差

氣動薄膜調節(jié)閥的動態(tài)特性Rpc減小調節(jié)閥時間常數的措施是：盡量縮短氣壓信號管線的長度氣壓信號傳送管線的直徑要選擇得當采用閥門定位器氣動薄膜調節(jié)閥的安裝調節(jié)閥應正立安裝在水平管道上，特殊情況下需要傾斜安裝時，除小口徑調節(jié)閥外，一般應加支撐調節(jié)閥應盡量安裝在靠近地面或樓板地方,其上、下方應有足夠的空間，以便維護和檢修調節(jié)閥應安裝在溫度低于60℃度，高于－40℃，相對濕度小于80%、無振動、無腐蝕的地方，為避免膜片受熱老化，調節(jié)閥的上膜蓋與載熱管道或設備之間的距離應大于200mm氣動薄膜調節(jié)閥的安裝調節(jié)閥的公稱通徑與管道通徑不同時，兩者之間應加一段異徑管,為使調節(jié)閥的控制作用顯著，管道口徑一般都大于調節(jié)閥的口徑調節(jié)閥安裝時一般應設置旁路，并裝有旁路閥和切斷閥，在調節(jié)閥發(fā)生故障需要維修或拆裝時，可通過旁路繼續(xù)維持生產調節(jié)閥必須經常維護和定期檢修二、閥門定位器閥門定位器的作用改善調節(jié)閥的定位精度控制質量高有利閥桿正確定位使用于惡劣環(huán)境較好的抗阻力使用閥門定位器，可以改善閥的動態(tài)特性可以很方便地改變調節(jié)閥的流量特性應用閥門定位器實現分程控制氣動閥門定位器氣動閥門定位器接受氣動調節(jié)器的輸出，并產生與調節(jié)器輸出成比例的氣壓信號，去控制氣動調節(jié)閥，它是按力矩平衡原理工作的

電/氣閥門定位器電/氣閥門定位器接受電動調節(jié)器的輸出I(0－10mA或4－20mA直流電信號)產生與調節(jié)器輸出信號成比例的氣壓信號P去控制氣動調節(jié)閥。

電氣轉換器三、DKJ型電動執(zhí)行器伺侯電機伺侯放大器三、DKJ型電動執(zhí)行器其主要技術參數如下：

1、電源：AC220V+10-15%；

2、控制方式：開關量控制；