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发布时间:2020-05-23 11:36

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  过程控制系统与装置第章唐德东第九讲气动、电动执行器一、电气转换器怎么判定好坏概述执行器是自动控制系统中的重要组成部分它将控制器送来的控制信号转换成执行动作从而操纵进入设备的能量将被控变量维持在所要求的数值上或一定的范围内。执行器有自动调节阀门、自动电压调节器、自动电流调节器、控制电机等。其中自动调节阀门是最常见的执行器种类繁多。过程控制系统与装置第章唐德东、执行器发展概况世纪年代开始使用气动执行器和液动执行器防爆性能好应用广但对气源要求较高。年代末出现电动执行器信号传输速度快。年代出现代电脑的智能电动执行器用于DCS。年代出现智能执行器用于现场总线控制。、执行器的构成执行器由执行机构和调节机构组成。过程控制系统与装置第章唐德东●按动力分类:气动、电动和液动执行机构●按动作极性分类:正作用执行器和反作用执行器●按动作特性分类:比例式执行器和积分式执行器●按动作形成分类:角行程执行器和直行程执行器、执行器的分类与构成过程控制系统与装置第章唐德东执行器按照工作所用能源形式可分为:电动执行器:电源配备方便信号传输快、损失小可远距离传输但推力较小。气动执行器:结构简单可靠维护方便防火防爆但气源配备不方便。液动执行器:用液压传递动力推力最大但安装、维护麻烦使用不多。工业中使用最多的是气动执行器和电动执行器。过程控制系统与装置第章唐德东图b中采用电气转换器精度不高。采用电气阀门定位器可以提高调节阀的位置精度应用广泛。过程控制系统与装置第章唐德东二、气动执行器(气动调节阀)气动执行器是由气压信号控制的阀门。气动薄膜室推杆阀门阀位指示标牌阀杆过程控制系统与装置第章唐德东、气动执行器的结构与分类气动执行器由执行机构和调节机构(控制机构)两部分组成。执行机构是推动装置它是将信号压力的大小转换为阀杆位移的装置。控制机构是阀门它将阀杆的位移转换为流通面积的大小。过程控制系统与装置第章唐德东执行机构执行机构按调节器输出的控制信号驱动调节机构动作。气动执行机构的输出方式有角行程输出和直行程输出两种。过程控制系统与装置第章唐德东直行程输出的气动执行机构有两类。气动活塞式执行机构薄膜式执行机构过程控制系统与装置第章唐德东)薄膜式prarr膜片rarr变形rarr带动推杆移动rarr阀芯产生位移rarr改变阀门开度。(输出力较小精度较高)过程控制系统与装置第章唐德东气动执行机构接收的信号标准:MPa~MPa)活塞式活塞在汽缸中移动输出推力。(输出力较大)过程控制系统与装置第章唐德东执行机构的输出(推杆位移)也称为行程。薄膜式执行机构的行程规格:mmmmmmmmmm。活塞式执行机构有比例式和两位式。长行程执行机构:行程~mm转角deg气动薄膜执行机构:输出位移L=ApKA为波纹膜片有效面积K为弹簧刚度。过程控制系统与装置第章唐德东.调节机构调节机构就是阀门是一个局部阻力可以改变的节流元件。由阀体阀座阀芯阀杆上下阀盖组成。根据不同的使用要求阀门的结构型式很多。阀芯形式:直行程阀芯和角行程阀芯过程控制系统与装置第章唐德东()直通单座阀流体对阀芯的不平衡作用力大。一般用在小口径、低压差的场合。结构简单、泄漏量小。过程控制系统与装置第章唐德东正装阀阀芯下移时阀芯与阀座间的流通截面积增大阀门中的柱式阀芯可以正装也可以反装。反装阀阀芯下移时阀芯与阀座间的流通截面积减小过程控制系统与装置第章唐德东()直通双座阀阀体内有两个阀芯和阀座。流体流过时作用在上、下两个阀芯上的推力方向相反且大小相近可以互相抵消所以不平衡力小。但是由于加工的限制上下两个阀芯阀座不易保证同时密闭因此泄漏量较大。过程控制系统与装置第章唐德东()角形控制阀两个接管呈直角形一般为底进侧出这种阀的流路简单、对流体的阻力较小。适用于现场管道要求直角连接介质为高粘度、高压差和含有少量悬浮物和固体颗粒状的场合。过程控制系统与装置第章唐德东()三通控制阀有三个出入口与工艺管道连接。流通方式有合流型(两种介质混合成一路)和分流型(一种介质分成两路)两种。适用于配比控制与旁路控制。过程控制系统与装置第章唐德东()隔膜控制阀采用耐腐蚀材料作隔膜将阀芯与流体隔开。结构简单、流阻小、流通能力比同口径的其他种类的阀要大。由于介质用隔膜与外界隔离故无填料介质也不会泄漏。耐腐蚀能力强适用于强酸、强碱、强腐蚀性介质的控制也能用于高粘度及悬浮颗粒状介质的控制。过程控制系统与装置第章唐德东适用于大口径、大流量、低压差的场合也可以用于含少量纤维或悬浮颗粒状介质的控制。()蝶阀又名翻板阀。结构简单、重量轻、流阻极小但泄漏量大。电气转换器代理过程控制系统与装置第章唐德东()球阀阀芯与阀体都呈球形体阀芯内开孔。转动阀芯使之与阀体处于不同的相对位置时就有不同的流通面积。流量变化较快可起控制和切断的作用常用于双位式控制。过程控制系统与装置第章唐德东()笼式阀阀内有一个圆柱形套筒(笼子)。套筒壁上有一个或几个不同形状的孔(窗口)利用套筒导向阀芯在套筒内上下移动改变阀的节流孔面积。可调比大不平衡力小更换开孔不同的套筒就可得到不同的流量特性。但不适于高粘度或带有悬浮物的介质流量控制。过程控制系统与装置第章唐德东()凸轮挠曲阀又名偏心旋转阀。其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。阀芯球面与阀座密封圈紧密接触密封性好。适用于高粘度或带有悬浮物的介质流量控制。调节阀除了结构类型的不同外其它的主要技术参数是流量特性和口径。过程控制系统与装置第章唐德东如果采用电气转换器和气动执行机构配合是开环系统调节精度不高。如果采用阀门定位器与气动执行机构配合执行机构的输出位移通过凸轮杠杆反馈到阀门定位器利用负反馈提高气动调节阀的位置精度。三、电气转换器阀门定位器过程控制系统与装置第章唐德东将~mA的电流信号转换成~KPa的标准气压信号。、电气转换器电气转换器作用:过程控制系统与装置第章唐德东Iuarr吸力Fiuarr杠杆偏转挡板与喷嘴间隙darr背压uarr放大器输入uarr输出压力Puarr杠杆的反馈力Ffuarr杠杆平衡PpropI工作原理过程控制系统与装置第章唐德东电气转换器工作原理:输入信号:~mADC输出信号:~MPa(~MPa)基于力矩平衡工作原理。电流rarr磁场rarr铁心磁化rarr向下吸引rarr逆时针力矩rarr挡板下移rarr改变喷嘴挡板间隙rarr改变气阻rarr气阻与喷嘴挡板机构分压系数改变rarr输出Pbrarr功放输出驱动启动执行器的标准气信号气信号输出通过波纹管给铁心一个顺时针方向的反力矩与电信号力矩平衡气源压力MPa。过程控制系统与装置第章唐德东把~mA的信号转换为~MPa的标准信号以实现电动仪表与气动仪表的连用构成混合控制系统充分发挥电、气仪表的优点。输入信号:~mADC输出信号:~MPa(~MPa)基本误差:plusmn%变差:plusmn%灵敏度:%防爆等级:安全隔爆型:ABe安全火花型:HIII电气转换器过程控制系统与装置第章唐德东气阻R=Pq气容固定气容C=VKT弹性气容弹性元件喷嘴挡板机构:位移mdash压力过程控制系统与装置第章唐德东功率放大器过程控制系统与装置第章唐德东、阀门定位器气动调节阀中阀杆的位移是由薄膜上气压推力与弹簧反作用力平衡确定的。为了防止阀杆处的泄漏要压紧填料使阀杆摩擦力增大且个体差异较大这会影响输入信号P的执行精度。过程控制系统与装置第章唐德东解决措施在调节阀上加装阀门定位器引入阀杆位移负反馈。使阀杆能按输入信号精确地确定自己的开度。过程控制系统与装置第章唐德东、气动阀门定位器原理Pi进入波纹管rarr主杠杆产生逆时针转矩rarr挡板靠近喷嘴rarr喷嘴背压增加rarr放大rarr产生Prarr推动执行机构薄膜室rarr执行机构输出阀杆位移反馈杆绕支点逆时针旋转rarr带动凸轮逆时针旋转rarr副杠杆顺时针旋转rarr通过反馈弹簧rarr对主杠杆产生顺时针方向转矩rarr与Pi产生逆时针力矩平衡。Pi进入波纹管rarr主杠杆产生逆时针转矩rarr挡板靠近喷嘴rarr喷嘴背压增加rarr放大rarr产生Prarr推动执行机构薄膜室rarr执行机构输出阀杆位移rarr反馈杆扰支点逆时针旋转rarr带动凸轮逆时针旋转rarr副杠杆顺时针旋转rarr通过反馈弹簧rarr对主杠杆产生顺时针方向转矩rarr与Pi产生逆时针力矩平衡。一定的信号压力对应一定的阀杆位移。改变阀杆形状可以改变调节阀流量特性。改变反馈杆长度可以与不同执行机构匹配。波纹管移动到右侧可以把阀门定位器从正作用改变为反作用。凸轮反转滚轮下移可以配合反作用执行机构。过程控制系统与装置第章唐德东、电气阀门定位器实际应用中常把电气转换器和阀门定位器结合成一体组成电气阀门定位器。Iuarr杠杆上端右移挡板靠近喷嘴P压力uarr阀杆下移反馈凸轮右转反馈弹簧右拉杠杆平衡过程控制系统与装置第章唐德东、电气阀门定位器具有电气转换器和阀门定位器的双重作用。电流rarr杠杆极化rarr杠杆产生逆时针转矩rarr挡板靠近喷嘴rarr放大器背压升高rarr放大rarr执行器阀杆下移rarr反馈拉杆顺时针旋转rarr反馈压板顺时针旋转rarr反馈弹簧拉长rarr杠杆产生顺时针力矩rarr力矩平衡。阀杆位移与输入信号电流之间成线性关系。过程控制系统与装置第章唐德东、智能型电气阀门定位器智能电气阀门定位器:输入信号与阀位反馈杆反馈的信号进入微处理器比较根据偏差正负控制阀A和B的进气和排气使得发信定位准确。特点:精度高能耗低调整方便调节阀流量特性可以选择故障报警通过接口可以与现场总线设备通信。过程控制系统与装置第章唐德东过程控制系统与装置第章唐德东气动调节阀气动调节蝶阀过程控制系统与装置第章唐德东四、电动执行器电动执行器接受来自控制器的电流信号阀门开度连续可调。电磁阀也接受来自控制器的电流信号但阀门开度是位式调节。过程控制系统与装置第章唐德东如直动式电磁阀:线圈通电时产生电磁力吸引阀芯柱上移阀门打开。线圈断电后电磁力消失阀芯落下。在弹簧压力下阀门紧闭。电磁阀是位式阀只有全开和全关两个位置。过程控制系统与装置第章唐德东电动调节阀也由执行机构和阀门两部分组成。执行机构是调节阀的推动装置它将输入信号转换成相应的动力带动控制机构动作。阀门是调节阀的控制机构它与气动调节阀的阀门是通用的。过程控制系统与装置第章唐德东电动执行机构用控制电机作动力装置。输出形式有:角行程:电机转动经减速器后输出。直行程:电机转动经减速器减速并转换为直线位移输出。多转式:转角输出功率比较大主要用来控制闸阀、截止阀等多转式阀门。这几种执行机构在电气原理上基本相同只是减速器不一样。过程控制系统与装置第章唐德东过程控制系统与装置第章唐德东输入信号与位置反馈信号进行比较将差值放大。驱动电机经减速输出带动阀门直到位置发送器检测到的位置信号与输入信号相等时放大器输出为零。电气转换器经销商电动执行机构原理方框图过程控制系统与装置第章唐德东过程控制系统与装置第章唐德东四、智能式调节阀随着电子技术的迅速发展微处理器也被引入到调节阀中出现了智能式调节阀。主要功能如下:.控制及执行功能.补偿及校正功能.通信功能.诊断功能.保护功能过程控制系统与装置第章唐德东过程控制系统与装置第章唐德东电动小型调节阀电动直角调节阀电动双座调节阀电动浆液阀电动刀型闸阀电动闸阀过程控制系统与装置第章唐德东作业:执行器在控制系统中处于什么地位?其性能对控制系统的运行有什么影响?小结结构工作原理电动调节阀电气阀门定位器电气转换器气动调节阀基于力矩平衡工作原理。电流rarr磁场rarr铁心磁化rarr向下吸引rarr逆时针力矩rarr挡板下移rarr改变喷嘴挡板间隙rarr改变气阻rarr气阻与喷嘴挡板机构分压系数改变rarr输出Pbrarr功放输出驱动启动执行器的标准气信号气信号输出通过波纹管给铁心一个顺时针方向的反力矩与电信号力矩平衡气源压力MPa。Pi进入波纹管rarr主杠杆产生逆时针转矩rarr挡板靠近喷嘴rarr喷嘴背压增加rarr放大rarr产生Prarr推动执行机构薄膜室rarr执行机构输出阀杆位移rarr反馈杆扰支点逆时针旋转rarr带动凸轮逆时针旋转rarr副杠杆顺时针旋转rarr通过反馈弹簧rarr对主杠杆产生顺时针方向转矩rarr与Pi产生逆时针力矩平衡。一定的信号压力对应一定的阀杆位移。改变阀杆形状可以改变调节阀流量特性。改变反馈杆长度可以与不同执行机构匹配。波纹管移动到右侧可以把阀门定位器从正作用改变为反作用。凸轮反转滚轮下移可以配合反作用执行机构。具有电气转换器和阀门定位器的双重作用。电流rarr杠杆极化rarr杠杆产生逆时针转矩rarr挡板靠近喷嘴rarr放大器背压升高rarr放大rarr执行器阀杆下移rarr反馈拉杆顺时针旋转rarr反馈压板顺时针旋转rarr反馈弹簧拉长rarr杠杆产生顺时针力矩rarr力矩平衡。阀杆位移与输入信号电流之间成线性关系。智能电气阀门定位器:输入信号与阀位反馈杆反馈的信号进入微处理器比较根据偏差正负控制阀A和B的进气和排气使得发信定位准确。真人现金特点:精度高能耗低调整方便调节阀流量特性可以选择故障报警通过接口可以与现场总线设备通信。

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