1、化工仪表及自动化,第四章 自动控制仪表,控制规律,比例控制,根据偏差大小输出，调节及时，但有余差。 比例度d 减小，控制作用增大； d太小会引 起振荡。,积分控制,根据偏差存在时间输出，可消除余差，但使 振幅增大，过渡时间变长。 TI减小，控制作用增大； TI太小会引起振荡。,微分控制,根据偏差变化速度输出，对过渡滞后大的对象有较好的效 果，可使振幅（最大偏差）减小，过渡时间减小，余差减小。 TD增大，控制作用增大； TD太大会引起振荡。,第三节 模拟式控制器,一、概述 模拟式控制器中，所传送的信号形式为连续的模拟信号。分为气动与电动两种控制器。,模拟式电动控制器基本构成,1、比较环节：将给定
2、信号与测量信号进行比较，产生一个与它们的偏差成比例的偏差信号。 2、放大器：是一个增益很大的比例环节（电动为高放大倍数的运算放大器）。 3、反馈环节：是通过正、负反馈来实现比例、积分、微分等控制规律。,二、DDZ-型电动控制器,第三节 模拟式控制器,主要特点,输入信号（测量信号）： 420mA DC 输出信号： 420mA DC 供电电压：24V DC 采用集成电路，使用可靠性高，维修工作量减少。 采用安全火花型防爆结构，提高了防爆等级，可适应大型化工厂、炼油厂要求。 对测量值和给定值（或偏差）指示，对输出指示 有自动控制、手动控制切换，切换以无平衡、无扰动形式进行。 有内给定、外给定两种给定
3、方式，并设有外给定指示灯，能与计算机配套使用。,国际电工委员会（IEC）推荐的统一标准信号,DDZ-III型控制器结构图,由输入电路 、指示电路、给定电路、PID运算电路、自动与手动（包括硬手动和软手动两种）切换电路及输出电路等组成。,将变送器送来的4-20mA DC测量信号在输入电路中与给定信号进行比较，得出偏差信号，然后在PD与PI电路中进行PID运算，由输出电路转换为4-20mA DC信号，传递给执行器，实现对过程参数的自动控制。,第四节 数字式控制器,数字式控制器与模拟式控制器的异同：,不同点,相同点,仪表总的功能和输入输出关系基本一致。,一、数字式控制器的主要特点,1. 实现了模拟仪
4、表与计算机一体化。2. 具有丰富的运算控制功能。3. 使用灵活方便，通用性强。4. 具有通讯功能，便于系统扩展。5. 可靠性高，维护方便 。,第四节 数字式控制器,第四节 数字式控制器,二、数字式控制器的基本构成,1.数字式控制器的硬件电路,第四节 数字式控制器,2.数字式控制器的软件,系统程序:,用户程序:,用户根据控制系统要求，在系统程序中选择所需要的 功能模块，并编制程序，将功能模块按一定的规则连接 起来。作用：使调节器完成预定的控制与运算功能。语言：面向过程POL语言(Problem Oriented Language),第四节 数字式控制器,三、KMM型可编程序调节器,KMM调节器的
5、面板及其功能键,可以接收五个模拟输入信号，四个数字输入信号，输出三个模拟信号，输出三个数字信号。,是一种单回路的数字控制器。,第五节 可编程序控制器,可编程序控制器：又称为PLC （Programmable logic controller） 它的出现基于微型计算机技术，用来解决工艺生产中大量的开关控制问题。与过去的继电器系统相比，它的最大特点是在于可编程序，可通过改变软件来改变控制方式和逻辑规律，同时，功能丰富、可靠性强，可组成集中分散系统或纳入局部网络。与通常的微计算机相比，它的优点是语言简单、编程简便、面向用户、面向现场、使用方便。 目前能广泛用于连续生产过程的闭环控制。现代大型的PLC
6、都配有PID子程序或PID模块，可实现单回路控制与各种复杂控制，也可组成多级控制系统，实现工厂自动化网络。,PLC基本组成,第五章 执行器,接收控制器送来的控制信号，改变被控介质的流量，从而将被控变量维持在所要求的数值上或一定的范围内。,执行器按能源形式分类,气动执行器电动执行器液动执行器,执行器在自动控制系统中的作用,以压缩空气作为能源，结构简单，输出推动力大， 维修方便，防火防爆，价格低廉。 使用电-气转换器可与电动仪表和计算机系统联用,能源取用方便，信号传递迅速。 结构复杂、防爆性能差。,工业生产中基本不使用,第一节 气动执行器,一、气动执行器的结构与分类,结 构,执行机构,执行器的推动
7、装置，它按控制信号压力的大小产生相应的推力，推动控制机构动作，所以它是将信号压力的大小转换为阀杆位移的装置。,控制机构,执行器的控制部分，它直接与被控介质接触，控制流体的流量。所以它是将阀杆的位移转换为流过阀的流量的装置。,1.执行机构,薄膜式,结构简单、价格便宜、维修方便，应用广泛。,推力较大，用于大口径、高压降控制阀或蝶阀的推动装置。,活塞式,气动薄膜式执行机构,正作用,反作用,根据有无弹簧,有弹簧,无弹簧,常见 信号压力越大，阀杆位移量（行程）越大。,双位式,行程规格： 10、16、25、40、60、100mm,气压信号增大时阀杆向下动作,气压信号增大时阀杆向上动作,2.控制机构,（1）
8、直通单座控制阀,阀体内只有一个阀芯与阀座。,特点,结构简单、泄漏量小，易保证关闭，甚至完全切断。,缺点,在压差大的时候，流体对阀芯上下作用的推力不平衡，这种不平衡力会影响阀芯的移动。,一般应用在小口径、低压差的场合。,（2）直通双座控制阀,阀体内有两个阀芯和阀座。,特点,流体流过的时候，不平衡力小。,缺点,容易泄漏,适用于阀两端压差大，泄漏量要求不高的场合。,（3）角形控制阀,角形阀的两个接管呈直角形，一般为底进侧出。,特点,流路简单、阻力较小，适于现场管道要求直角连接，介质为高黏度、高压差和含有少量悬浮物和固体颗粒状的场合。,（4）三通控制阀,共有三个出入口与工艺管道连接。,适用于三个方向流
9、体的管路控制系统。多用于配比调节。,（5）隔膜控制阀,采用耐腐蚀衬里的阀体和隔膜。,特点,结构简单、流阻小、流通能力比同口径的其他种类的阀要大。不易泄漏。耐腐蚀性强，适用于强酸、强碱、强腐蚀性介质的控制，也能用于高黏度及悬浮颗粒状介质的控制。,（6）蝶阀（翻板阀）,特点,结构紧凑、体积小、成本低、流通能力大。,缺点,泄漏量大。,适用于大口径、大流量、低压差的场合， 也可用于含少量纤维或悬浮颗粒状介质的控制。,（7）球阀,阀芯与阀体都呈球形体，转动阀芯使之与阀体处于不同的相对位置时，就具有不同的流通面积，以达到流量控制的目的。,O形球阀,V形球阀,结构简单，维修方便，密封可靠，流通能力大，一般用
10、于双位式控制,随球体转动，流通截面积不断发生变化，但始终保持三角形。适用于高粘度和含颗粒的介质,（8）凸轮挠曲阀（偏心旋转阀）,阀芯呈扇形球面状，与挠曲臂及轴套一起铸成，固定在转动轴上。,密封性好。重量轻、体积小、安装方便. 适用于高黏度或带有悬浮物的介质流量控制。,（9）笼式阀（套筒阀）,特点,可调比大、振动小、不平衡力小、结构简单，更换不同的套筒可得到不同的流量特性，阀内部件所受的汽蚀小、噪声小，是一种性能优良的阀，特别适用于要求低噪声及压差较大的场合。,缺点,不适用高温、高黏度及含有固体颗粒的流体。,二、控制阀的流量特性,控制阀的流量特性:被控介质流过阀门的相对流量与阀门的相对开度（相对
11、位移）间的关系，即,理想流量特性: 不考虑阀前后压差变化引起的流量变化 实际工作流量特性： 实际情况，阀前后压差变化会引起流量变化,1.控制阀的理想流量特性,取决于阀芯的形状,（1）直线流量特性,控制阀的相对流量与相对开度成直线关系。 （单位位移变化引起的流量变化是常数）,1快开； 2直线； 3抛物线； 4等百分比,K 放大系数,边界条件：l=0时，Q=Qmin l=L时，Q=Qmax,R：控制阀的可调范围或可调比。,直线型流量特性：,单位位移变化引起的流量变化是常数 流量相对变化值（单位位移变化引起的流量变化与变化前流量之比）随调节阀的开度而改变,假设R=，则,位移变化为10%时：,流量变化
12、总是10%。,流量的相对变化：,流量从10%变到20%，流量相对变化为,流量从50%变到60%，流量相对变化为,流量从80%变到90%，流量相对变化为,在流量小时，流量变化的相对值大；在流量大时，流量变化的相对值小。,阀门在开度小时控制作用太强， 在大开度时控制作用太弱,（2）等百分比（对数）流量特性,单位相对行程变化所引起的相对流量变化与此点的相对流量成正比关系。,积分得,边界条件代入得,流量相对变化值不随调节阀的开度而变化。流量小时，流量变化小，控制平稳缓和；流量大时，楼量变化大，控制灵敏有效。,（3）抛物线流量特性,单位相对行程变化所引起的相对流量变化与此点的相对流量值的平方根成正比关系
13、。,（4）快开特性,在开度较小时就有较大流量，随开度的增大，流量很快就达到最大。,适用于迅速启闭的切断阀或双位控制系统。,.控制阀的工作流量特性,在实际生产中，控制阀前后压差总是变化的，这时的流量特性称为工作流量特性。,串联管道的工作流量特性,管道串联时控制阀压差变化情况,串联管道,串联管道控制阀的工作特性,s过大或过小都不合适。 s过大，阀上压降大，要消耗更多能量 s过小，流量特性会发生严重畸变，对控制不利。 通常希望s值不低于0.3.,三、控制阀的选择,1.控制阀结构与特性的选择,主要根据工艺条件，如温度、压力及介质的物理、化学特性（如腐蚀性、黏度等）来选择。,结构形式选择,特性选择,先按
14、控制系统的特点来选择阀的希望流量特性，然后再考虑工艺配管情况来选择相应的理想流量特性,使畸变后的工作流量特性能满足要求。,目前使用比较多的是等百分比流量特性。,主要从工艺生产上安全要求出发。信号压力中断时，应保证设备和操作人员的安全。如果阀处于打开位置时危害性小，则应选用气关式，以使气源系统发生故障，气源中断时，阀门能自动打开，保证安全。反之阀处于关闭时危害性小，则应选用气开阀。,选择要求,有压力信号时阀关、无信号压力时阀开的为气关式。反之，为气开式。,2.气开式与气关式的选择,3.控制阀口径的选择,口径选择得过小，会使流经控制阀的介质达不到所需要的最大流量。口径选择得过大，会浪费设备投资，且
15、使控制阀经常处于小开度工作，控制性能变差，易使控制系统变得不稳定。,控制阀的口径选择是由控制阀流量系数KV值决定的。,对于不可压缩的流体，且阀前后压差p1p2不太大时，有,计算Kv后，按生产厂家的产品目录选用相应的控制口径。,四、气动执行器的安装和维护,（1）为便于维护检修，气动执行器应安装在靠近地面或楼板的地方。,（2）气动执行器应安装在环境温度不高于+60和不低于-40的地方，并应远离振动较大的设备。,（3）阀的公称通径与管道公称通径不同时，两者之间应加一段异径管来进行连接。,（5）通过控制阀的流体方向在阀体上有箭头标明，不能装反。,（4）气动执行器应该是正立垂直安装于水平管道上。特殊情况下需要水平或倾斜安装时，除小口径阀外，一般应加支撑。即使正立垂直安装，当阀的自重较大和有振动场合时，也应加支撑。,（6）控制阀前后一般要各装一只切断阀，以便修理时拆下控制阀。考虑到控制阀发生故障或维修时，不影响工艺生产的继续进行，一般应装旁路阀。,1调节阀 2切断阀 3旁路阀,（7）控制阀安装前，应对管路进行清洗，排去污物和焊渣。安装后还应再次对管路和阀门进行清洗，并检查阀门与管道连接处的密封性能。当初次通入介质时，应使阀门处于全开位置以免杂质卡住。,（8）在日常使用中，要对控制阀经常维护和定期检修。,
