工业电器与自动化工业电器与自动化 第七单元第七单元 控制仪表及应用控制仪表及应用关键词：关键词： 控制规律、比例规律、积分规律、微分规律、控制器、执行器、 气开阀、气关阀学习目标：学习目标：知识目标：知识目标：了解控制规律的内涵及分类； 掌握常用控制规律内容及特点； 掌握执行器的选用原则。能力目标：能力目标：能够根据工艺与控制要求合理选用控制规律； 能够根据工艺与控制要求合理选用执行器及其开关特性。第七单元第七单元 控制仪表及应用控制仪表及应用 工业生产过程中，对于生产装置的温度、压力、流量、液位等工艺变量常常要求维持在一定的数值上，或按一定的规律变化，以满足生产工艺的要求。生产自动化，就是利用一定的仪器设备，使得上述要求自动实现。实际上，一个生产过程的自动化，就是类似人做某件事情，需要眼看、脑想、手动三步曲一样。前面一章中学习的检测变送仪表就相当于工业生产中的“眼睛”，本章介绍的控制仪表、执行器就分别相当于工业生产的“大脑”和“手脚”。检测变送仪表将获得的生产中各工艺变量的信息送至控制器，控制器则按一定的控制规律去控制执行器动作，改变操纵变量（物料量或能量），使生产过程中的工艺变量保持在人们期望的数值上，或按照预定的规律变化，从而实现生产过程的自动化。在整个自动化控制系统中，检测变送仪表、控制器、执行器等仪器仪表合称为控制装置。本单元重点讨论控制规律及常用控制仪表。第七单元第七单元 控制仪表及应用控制仪表及应用7-1 常用控制规律常用控制规律 所谓控制规律，是指控制器的输出信号与输入信号之间随时间变化的规律。控制器的输入信号，就是检测变送仪表送来的“测量值”（被控变量的实际值）与“设定值”（工艺要求被控变量的预定值）之差偏差。控制器的输出信号就是送到执行器并驱使其动作的控制信号。整个控制系统的任务就是检测出偏差，进而纠正偏差。控制器在此过程中起着至关重要的作用。控制器对偏差按照一定的数学关系，转换为控制作用，施加于对象（生产中需要控制的设备、装置或生产过程），纠正由于扰动作用引起的偏差。被控变量能否回到设定值位置，以何种途径、经多长时间回到设定值位置，很大程度上取决于控制器的控制规律。 尽管不同类型的控制器，其结构、原理各不相同，但基本控制规律却只有四种，即双位控制规律、比例（P）控制规律、积分（I）控制规律和微分（D）控制规律。这几种基本控制规律有的可以单独使用，有的需要组合使用。如：双位控制、比例控制、比例积分（PI）控制、比例微分（PD）控制、比例积分微分（PID）控制。 不同的控制规律适用于不同的生产过程，必须根据工艺要求合理选择相应的控制规律。若选用不当，不仅不能获得预期的控制效果，反而会使控制过程恶化，甚至酿成事故。因此，只有熟悉了常用控制规律的特点与适用对象，才能做出正确的选择。7-1 常用控制规律常用控制规律 一、双位控制图一、双位控制图在所有的控制规律中，双位控制规律最为简单，也最容易实现。其动作规律是：当测量值大于或小于设定值时，控制器的输出为最大（或最小），即控制器的输出要么最大，要么最小。相应的执行机构也就只有两个极限位置要么全开，要么全关。 图图71 双位控制示意图双位控制示意图7-1 常用控制规律常用控制规律 二、比例（二、比例（P）控制）控制 假若设计的控制系统，能使执行机构的行程（如上例中电磁阀的开度）变化与被控变量偏差的大小成一定比例关系的话，就可能使上述贮槽的物料流入量等于流出量，从而使液位能稳定在某一值上，即系统在连续控制下达到平衡状态。这种控制器输出的变化与输入控制器的偏差大小成比例关系的控制规律，称为比例控制规律。 对于具有比例控制规律的控制器，称为比例控制器。比例控制器的输出信号P（指变化量）与输入偏差信号e（假如设定值不变，偏差变化量就是输入变化量）之间成比例关系，即： 式中Kp是一个可调的比例放大倍数（或称比例增益）。kPpe7-1 常用控制规律常用控制规律 在研究控制器的特性时，常常用阶跃信号模拟偏差输入。这种阶跃信号，表示在某一个瞬间突然阶梯式跃变加到系统上的一个扰动，并持续保持跃变的幅值。显然，这种扰动形式,对系统而言比较突然，比较危险，对被控变量的影响也最大。如果一个自动控制系统能有效地克服阶跃扰动的影响，则对于克服其他缓变扰动的影响一定不成问题。另外，阶跃信号形式简单，便于在实验室模拟实现。后面所说的“控制器阶跃响应”，均是指控制器在接受阶跃偏差后，其输出随时间的变化情况。 在比例控制规律中，放大倍数Kp的大小表征了比例控制作用的强弱。Kp 越大，比例控制作用越强（注意：并不是越大越好），反之越弱。在工程实际中，常常不用KP表征比例作用强弱，而引入了一个比例度的参数，来表征比例作用的强弱。的定义式为：控制器输入相对变化量与输出相对变化量的百分数。= 其中K对于控制器为信号传输系数等于1.7-1 常用控制规律常用控制规律 三、比例积分（三、比例积分（PI）控制）控制 比例控制规律是基本控制规律中最基本的，应用最普遍的一种。其最大优点是控制及时、迅速。只要有偏差产生，控制器立即产生控制作用。但是，不能最终消除余差的缺点限制了它的单独使用。克服余差的办法是在比例控制的基础上加上积分控制作用。 积分（I）控制规律的数学表达式为： PiKi 式中式中 Ki积分速度；积分速度； 表示对偏差表示对偏差e与微小时间段与微小时间段dt乘积的累积。乘积的累积。实用中采用积分时间Ti代替Ki，Ti1/Ki 。 Pi 7-1 常用控制规律常用控制规律 三、比例积分（三、比例积分（PI）控制）控制 积分控制虽然能消除余差，但它存在着控制不及时的缺点。因为积分输出的累积是渐进的，其产生的控制作用总是落后于偏差的变化，不能及时有效地克服干扰的影响，难以使控制系统稳定下来。所以，实用中一般不单独使用积分控制规律，而是和比例控制作用一起，构成比例积分（PI）控制器。这样，取二者之长，互相弥补，既有比例控制作用的迅速及时，又有积分控制作用消除余差的能力。因此，比例积分控制可以实现较为理想的过程控制。 比例积分控制规律的数学表达式为 ：Ppi=Pp+Pi=KP（ e+） ） 7-1 常用控制规律常用控制规律 四、比例微分（四、比例微分（PD）控制）控制 上面介绍的比例积分控制规律，虽然既有比例作用的及时、迅速，又有积分作用的消除余差能力，但对于有较大时间滞后的被控对象使用不够理想。这里的“时间滞后”指的是：当被控对象受到扰动作用后，其被控变量没有立即发生变化，而是有一个时间上的延迟，例如容量滞后。此时的比例积分控制作用就显得迟钝、不及时。为此，人们设想：能否根据偏差的变化趋势来做出相应的控制动作呢？就像有经验的操作人员那样，既根据偏差的大小来改变阀门的开度（比例作用），又根据偏差变化的速度大小来预计将要出现的情况，提前进行过量控制， “防患于未然”。这就是具有“超前”控制作用的微分控制规律。微分控制器输出的大小取决于输入偏差变化的速度。其数学表达式为：） PdTd Td微分时间微分时间 偏差变化的速度。偏差变化的速度。7-1 常用控制规律常用控制规律 四、比例微分（四、比例微分（PD）控制）控制 微分控制作用的特点是：动作迅速，具有超前调节功能，可有效改善被控对象有较大时间滞后的控制品质；但它不能消除余差，尤其是对于恒定偏差输入时，根本就没有控制作用。因此，不能单独使用微分控制规律。实用中，常和比例、积分控制规律一起组成比例微分（PD）或比例积分微分（PID）控制器。比例微分控制规律的数学表达式为 ： PpdKp（eTd） 7-1 常用控制规律常用控制规律 五、五、比例积分微分（比例积分微分（PID）控制）控制 最为理想的控制当属于比例积分微分控制（简称PID控制）规律了。它集三者之长：既有比例作用的及时迅速，又有积分作用的消除余差能力，还有微分作用的超前控制功能。PID控制规律的数学表达式为： PpidKp（eTd） 7-1 常用控制规律常用控制规律六、控制规律特点（一）比例（P）控制比例调节器的输出信号（指变化量）与输入偏差信号（假如设定值不变，偏差变化量就是输入变化量）之间成比例关系 （1）比例控制规律及时有力，但有余差存在；（2）比例度与比例放大倍数是倒数关系。越小（Kp越大），比例控制作用就越强，调节及时，但系统稳定性变差，由于比例度不可能为零（即KP不可能为无穷大），所以，余差就不会为零。因此，也常常把比例控制作用叫“有差调节”。比例度太大，控制作用就越弱，系统稳定性变好，但余差变大，控制质量差。（3）单纯的比例控制适用于扰动不大，滞后较小，负荷变化小，要求不高，允许有一定余差存在的场合。比例控制规律更多是与其他控制规律组合使用。 7-1 常用控制规律常用控制规律（二）比例积分（二）比例积分（PIPI）控制）控制 比例控制规律是基本控制规律中最基本的，应用最普遍的一种。其最大优点是控制及时、迅速。只要有偏差产生，调节器立即产生控制作用。但是，不能最终消除余差的缺点限制了它的单独使用。克服余差的办法是在比例控制的基础上加上积分控制作用,构成比例积分（PI）调节器。这样，既有比例控制作用的迅速及时，又有积分控制作用消除余差的能力，因此，比例积分控制可以实现较为理想的过程控制。 7-1 常用控制规律常用控制规律（三）比例微分（三）比例微分（PDPD）控制）控制 比例积分控制规律虽然既有比例作用的及时、迅速，又有积分作用的消除余差能力，但对于有较大时间滞后的被控对象使用不够理想。这里的“时间滞后”指的是：当被控对象受到扰动作用后，其被控变量没有立即发生变化，而是有一个时间上的延迟，例如容量滞后。此时的比例积分控制作用就显得迟钝、不及时。微分控制规律的“超前”控制作用显然能解决上述问题。微分与比例作用合在一起，比单纯的比例作用更快。尤其是对容量滞后大的对象，可以减小动态偏差的幅度，节省控制时间，显著改善控制质量。 7-1 常用控制规律常用控制规律（ 四）比例积分微分（四）比例积分微分（PIDPID）控制）控制 最为理想的控制当属于比例积分微分控制（简称PID控制）规律了。它集三者之长：既有比例作用的及时迅速，又有积分作用的消除余差能力，还有微分作用的超前控制功能。 7-2 基本控制器及其应用基本控制器及其应用 控制仪表是实现生产过程自动化的重要工具。在过程控制系统中，我们以前讨论过的检测变送仪表将被控变量转换成测量信号后，除了送至显示仪表进行指示和记录以外，更重要的是要送至控制器，在控制器内与设定值进行比较后得出偏差，然后由控制器按照预定的控制规律对偏差进行运算，输出控制信号，操纵执行机构动作，使被控变量达到预期要求，最终实现生产过程的自动化。本节重点讨论我们经常使用的电动控制器和数字控制器。7-2 基本控制器及其应用基本控制器及其应用 一、电动控制器一、电动控制器 电动控制器以交流220V或直流24V作为仪表能源，以直流电流或直流电压作为输出信号。之所以选用直流信号，是因为直流信号不受传输线路中的电感、电容及负荷性质的影响，不存在相移问题，抗干扰能力强；直流信号传输，容易实现模拟量到数字量的转换，从而方便的与工业控制计算机配合使用；其次直流信号获取方便，应用灵活。 电动控制器以单元组合仪表应用最为广泛。电动单元组合仪表（DDZ）经历了型、型和型的发展过程。逐渐被DDZ型仪表所取代。 DDZ型仪表采用直流24V集中统一供电，并配有蓄电池作为备用电源，以备停电之急需。在型仪表中广泛采用了线性集成运算放大器，使仪表的元件减少、线路简化、体积减小、可靠性和稳定性提高。在信号传输方面，型仪表采用了国际标准信号制：现场传输信号为420mA DC，控制室联络信号为15V DC。这种电流传送电压接收的并联制信号传输方式，使每块仪表都有可靠接地，便于同计算机、巡回检测装置等配套使用。它的4mA零点有利于识别断电、断线故障，且为两线制传输创造了条件。此外，型仪表在结构上更为合理，功能也更加完善。例如，它的安全火花防爆性能，为电动仪表在易燃、易爆场合的放心使用提供了条件。 7-2 基本控制器及其应用基本控制器及其应用 二、数字控制器二、数字控制器 随着工业生产规模的不断扩大和自动化程度的不断提高，模拟控制仪表很难满足生产要求。因为一块模拟仪表只能控制一个变量，而大型企业中，需要检测和控制的变量数以万计，若都采用模拟控制仪表，其占地之大，布线之繁，操作之不便，使得控制系统的可用性和可靠性都会大为降低。使用数字控制仪表即可解决上述问题。(一)数字控制器的特点 所谓数字控制仪表，是指具有微处理器的过程控制仪表。它采用数字化技术，实现了控制技术、通信技术和计算机技术的综合运用。数字控制仪表以微处理器为运算和控制的核心，主要是接受检测变送仪表送来的标准模拟信号（420mA DC或15V DC），经过模/数（A/D）转换后变成微处理器能够处理的数字信号，然后再经过数/模（D/A）转换，输出标准的模拟信号去控制执行机构。数字控制器与常规的模拟控制器相比，具有如下特点：7-2 基本控制器及其应用基本控制器及其应用 1.实现了仪表、计算机一体化实现了仪表、计算机一体化 将微处理器引入仪表，使仪表与计算机实现了一体化。这样可以充分发挥计算机强大的记忆功能以及快速的控制功能，使得仪表的电路简化、性能改善、功能增强。2.具有丰富的运算、控制功能具有丰富的运算、控制功能 控制器内的运算模块和控制模块，可以实现多种运算和控制功能。3.通用性强、使用方便通用性强、使用方便 数字控制器在外形结构的面板布置上保留了模拟式仪表的模式，显示及操作也沿用模拟仪表的方式，易为人们接受和掌握，所以使用非常方便。4.使用灵活、便于扩展使用灵活、便于扩展 数字控制器内部的功能模块采用软接线，外部采用硬接线，可以与模拟仪表兼容，为技术改造和革新提供了有利条件。5.可靠性高、维护方便可靠性高、维护方便 控制器的软件自诊断功能，可以随时发现系统存在的问题，并能立即采取相应的保护措施。操作人员可按照控制器的提示，排除故障。（二）数字控制器的组成原理（二）数字控制器的组成原理图图72 数字控制器组成框图数字控制器组成框图7-3 执行器执行器 所谓“执行器”，就是用来执行调节器下达命令的仪表，以改变操纵变量实现对工艺变量的控制作用。执行器按其使用的能源，可以分为电动执行器、液动执行器和气动执行器三大类。目前应用最多的是气动执行器。气动执行器习惯上称气动调节阀，以纯净的压缩空气作为能源，具有结构简单、动作平稳可靠、输出推力较大、维修方便、防火防爆等特点，广泛应用于石油、化工等工业生产的过程控制中。气动执行器除了可以方便地与各种气动仪表配套使用外，还可以通过电/气转换器或电/气阀门定位器，与电动仪表或计算机控制装置联用。7-3 执行器执行器一、气动执行器的组成及工作原理一、气动执行器的组成及工作原理 气动执行器由执行机构和调节机构两部分组成。其中执行机构是执行器的推动装置，它根据控制信号的大小产生相应的推力，推动调节机构动作。调节机构是执行器的调节部分，它直接与被控介质接触，以控制介质的流量。根据执行机构结构的不同，气动执行器有薄膜式和活塞式两种。下面以薄膜式为例，介绍其结构和工作原理。图73所示为薄膜式气动执行器的外形示意图。 图图73 薄膜式气动执行器结构原理图薄膜式气动执行器结构原理图1膜片 2弹簧 3推杆（上）阀杆（下）4阀芯 5阀座6阀体 7下膜盖8上膜盖7-3 执行器执行器1.气动执行机构气动执行机构2. 当来自控制器的统一标准信号经电气转换仪表转换成20100kPa的气压信号，进入由上下膜盖与中间膜片组成的气室时，在弹性膜片上产生一个向下（或向上当信号由下膜盖引入时）的推力，使膜片和与之相连的推杆一起下（上）移；同时，平衡弹簧因受到压缩而变形，产生一个反作用力，直到这两个力平衡，推杆便稳定在某个位置上，相应的阀门就有某个开度。阀杆的位移（或行程）与控制信号的大小成正比关系。当输入信号消失，在弹簧回复力作用下恢复原状。2调节机构调节机构 调节机构实际上就是一个阀门，是一个局部阻力可以改变的节流元件。主要由阀体、阀芯和阀座等组成，如图716中的下半部分所示。阀芯由阀杆与上半部的推杆用螺母连接，使其可以随推杆一起动作，改变阀芯与阀座之间的流通面积，达到控制流经管道内流量的目的。7-3 执行器执行器二、调节阀的类型及工作方式二、调节阀的类型及工作方式（一）调节阀的类型（一）调节阀的类型 调节阀的结构型式很多，其分类主要是依据阀体及阀芯的型式。主要类型有以下几种：1直通单座阀直通单座阀直通单座阀如图74（a）所示。它的阀体内只有一个阀芯和阀座，其特点是结构简单，价格低廉，全关时的泄漏量小。但因为阀座前后有压力差的作用，使得阀芯不易平衡，尤其是高压差大口径时的阀芯稳定性很差。所以该阀仅适用于低差压的场合。图图74 调节阀阀体主要类型示意图调节阀阀体主要类型示意图7-3 执行器执行器2直通双座阀直通双座阀 图717（b）所示为直通双座阀。阀体内有两个阀芯和阀座，流体流过上下阀芯时也会产生不平衡力，但是这两个不平衡力的方向相反，可以相互抵消。因此阀芯的稳定性比直通单座阀要好得多。因其不平衡力小，动作较灵敏，阀的口径也可以做得较大，所以应用很普遍。但由于加工装配等原因，很难使两个阀芯同时关闭，因此全关时的泄漏量较大。3角型阀角型阀 角型阀如图717（c）所示。除了流体的进出口成90o外，其余部分与单座阀相似。该阀的流路简单，阻力小，易于清洗，阀体内不易积存污物，特别适合于高粘度以及含有悬浮颗粒介质的控制。流体的流向一般是底进侧出，但在高压场合，为了减少流体对阀芯的冲蚀，也可侧进底出。4三通阀三通阀 三通阀有三个出入口与管道相连，分为分流式和合流式两种。分流式如图717（d）所示，它可把一路流体分成两路。合流式如图717（e）所示，它将两路流体合成一路。工作时，阀芯移动，一路流量增加，另一路流量减少，二者成一定比例而总量不变。一般用于代替两个直通阀，对热交换器等装置的旁路进行控制。7-3 执行器执行器5蝶形阀蝶形阀蝶形阀又称挡板阀，如图717（f）所示。它是通过气动信号作用于杠杆，杠杆再带动挡板偏转，进而改变流通面积。蝶形阀适用于低压差，大流量的气体控制；也可用于含少量悬浮物及纤维或粘度不高的液体控制，但泄漏量大。6隔膜阀隔膜阀隔膜阀如图717（g）所示。为了防止阀芯被腐蚀，在阀芯和阀座间装有耐腐蚀的隔膜，如聚四氟乙烯、氯丁橡胶等。阀体内也采用了耐腐蚀的衬里，如橡胶、陶瓷、聚乙烯等。工作时，由阀芯带动隔膜上下动作，改变隔膜与阀体堰面间的流通面积而控制流体的流量。该阀流路简单，几乎无泄漏，适合于腐蚀性介质的控制，也可用于控制有毒介质、易燃易爆介质、贵重介质以及真空场合等。7笼式阀笼式阀笼式阀又称为套筒阀，其结构如图717（h）所示。笼式阀的外形与一般直通阀相似，在阀体内有一个圆柱形套筒（或笼子），套筒内有阀芯，套筒壁上有许多不同形状的孔（窗口）。当阀芯在套筒内上下移动时，就改变了“窗口”的流通面积，即可改变流体流量。笼式阀的可调比（调节阀所能控制的最大流量与最小流量之比）大，不平衡力小，振动小，结构简单，套筒的互换性好，更换不同的套筒即可得到不同的流量特性，部件所受的汽蚀也小，是一种性能优良的调节阀，特别适用于差压较大以及需要降低噪音的场合。但使用中要求流体洁净，不能含有固体颗粒。7-3 执行器执行器8凸轮挠曲阀凸轮挠曲阀 该阀又叫做偏心旋转阀，结构如图717（i）所示。它的阀芯呈扇形球面状，与挠曲臂和轴套一起铸成，固定在转轴上，阀芯从全关到全开的转角为90o左右。阀体为直通型。其特点有：可调比大（可达50比1或100比1），使用温度范围宽（195400），对流体的阻力小，密封性能好，体积小，重量轻，价格低。适用于粘度大的介质及一般场合。9球阀球阀 球阀的阀芯有“V”形和“O”形两种开口型式。图717（j）所示为“O”形阀芯的球阀，它一般用于双位式控制的切断场合；“V”形阀芯的球阀一般用于流量特性近似等百分比的控制系统。7-3 执行器执行器（一）调节阀的工作方式（一）调节阀的工作方式 气动薄膜调节阀的工作方式有气开式和气关式两种。1气开式气开式 气开式调节阀是指：当输入的气压信号小于20kPa时，阀门为关闭状态，当输入的气压增大时，阀门开度增加。即“有气则开，无气（20kPa）则关”。图75中的（b）图和(c)图为气开阀。其中(b)图的执行机构为正作用，阀芯反装；（c）图的执行机构则为反作用，阀芯正装。2气关式气关式 气关式与气开式调节阀正好相反：当输入的气压信号小于20kPa时，阀门为全开状态，当输入的气压增大时，阀门开度减小。即“有气则关，无气（20kPa）则开”。如图75（a）、（d）所示。其中（a）图的执行机构为正作用，阀芯正装；（d）图的执行机构则为反作用，阀芯反装。图图75 调节阀工作方式示意图调节阀工作方式示意图7-3 执行器执行器 气开式和气关式调节阀的结构大体相同，只是输入信号引入的位置和阀芯的安装方向不同。 调节阀气开气关类型的选择很重要，选择的原则主要是考虑生产的安全。当信号压力中断时，应避免损坏设备和伤害人员。例如：控制加热炉的燃气流量时，一般应选用气开式。当控制器出现故障或执行器供气中断时，气开式的阀门会全关，停止燃气供应，可避免炉温继续升高而导致事故。再如：对于易结晶的流体介质，应选用气关式，当出现意外时，气关式的阀门全开；若选用气开式，则阀门全关，就会使得管道内的介质结晶，导致不良后果。7-3 执行器执行器三、调节阀的流量特性三、调节阀的流量特性 调节阀流量特性是指流体介质流过阀门的相对流量与阀门的相对开度之间的关系,即： 调节阀在某一开度时的流量F与全开时流量Fmax之比即相对流量 。 调节阀在某一开度下的行程l与全开时行程L之比，即相对开度。 调节阀的流量特性主要有快开型、直线型、抛物线型和等百分比型等几种。 7-3 执行器执行器1快开型流量特性快开型流量特性 快开型调节阀，对应的特性如图76中的曲线1。可见，在小开度时，流量就很大，随着行程增加，流量很快达到最大，“快开”。 2直线型直线型 直线型流量特性是指相对流量与相对开度成直线关系，即阀芯单位行程变化时，引起的流量变化为常数，对应的特性如图76中的曲线2。 3等百分比型等百分比型 等百分比型又称为对数型。它的单位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，即调节阀的放大倍数随相对流量增加而增加，如图76中的曲线4所示。其特点是：在行程变化相同的数值情况下，流量小时，流量变化量小，调节平稳缓和；流量大时，调节灵敏有效。4抛物线型抛物线型 抛物线型介于直线型和等百分比型之间，它的相对流量与相对开度之间成抛物线关系。对应的特性如图76中的曲线3。 图图76 理想流量特性理想流量特性 7-3 执行器执行器四、调节阀的选择与安装四、调节阀的选择与安装（一）调节阀的选择（一）调节阀的选择 调节阀的选择一般应考虑三个方面：气开/气关型式、结构型式和流量特性。1气开气开/气关型式的选择气关型式的选择 气开/气关形式的选择关系到生产的安全，选择的原则在前面部分已经叙及。2结构型式的选择结构型式的选择 结构型式的选择首先要考虑工艺条件，如介质的压力、温度、流量等；其次考虑介质的性质，如粘度、腐蚀性、毒性、状态、洁净程度；还要考虑系统的要求，如可调比、噪声、泄漏量等。7-3 执行器执行器（二）调节阀的安装（二）调节阀的安装 调节阀在实际使用中能否起到良好作用，除了与上述的选择是否得当有关外，还与调节阀的安装有关。安装得合理，将便于拆卸、维护和维修，使其能保持良好的运行工况。因此，安装时应注意下述几点：1调节阀应垂直安装在水平管道上，特殊情况需要水平或倾斜安装时，除公称通径小于50mm的调节阀以外，都必须在阀前后加装支撑件。2调节阀应尽量安装在靠近地面或楼板的地方，上下都要留有足够的空间，以利操作和维护维修。必要时应设置平台。3调节阀的环境温度应在3060之间。当阀安装于有振动的场合时，应考虑防振措施。77 调节阀旁路示意图4当调节阀用于高粘度、易结晶、易汽化以及低温流体时，应采取防冷和保温措施。5安装时要保证流体流动方向与阀体上的箭头方向一致。6调节阀应设置旁路阀，以便在调节阀出现故障时可通过旁路阀继续维持生产的正常进行。调节阀的两端应装切断阀，如图77所示。一般切断阀选用闸阀，旁路阀选用球阀。7当调节阀用于较高粘度或含悬浮物的流体时，应加装冲洗管线。图图77 调节阀旁路示意图调节阀旁路示意图 7-4 训练项目一训练项目一一、项目一：差压变送器的应用一、项目一：差压变送器的应用（一）训练步骤：（一）训练步骤：1.在实训现场，对差压变送器进行观察、解读，包括其铭牌数据、型号规格、各部件名称、安装及管（电）路的连接情况等；2. 以小组为单位，进行差压变送器的校验及零点迁移操作。（1 1）实训仪表及工具：）实训仪表及工具：减压阀减压阀2 2个、压力表个、压力表1 1个、气动定值器个、气动定值器1 1个、单管压力计个、单管压力计1 1个、高个、高压阀压阀1 1个、电动差压变送器个、电动差压变送器1 1个、毫安表个、毫安表1 1只、电阻箱只、电阻箱1 1个、直流个、直流电源电源1 1个、气源个、气源1 1个、管件若干。个、管件若干。（2 2）按照图）按照图7-87-8所示，进行系统安装，先将差压变送器固定好所示，进行系统安装，先将差压变送器固定好后，再按图连接好电气线路，气源经减压阀、气动定值器提供后，再按图连接好电气线路，气源经减压阀、气动定值器提供差压变送器正压室的气压信号，即作为差压信号输入（因为负差压变送器正压室的气压信号，即作为差压信号输入（因为负压室放空）。调整气动定值器，观察标准压力表，可得输入差压室放空）。调整气动定值器，观察标准压力表，可得输入差压信号的大小。压信号的大小。 （3 3）按照工作任务要求，通过各部件的调整，使输出电流表的）按照工作任务要求，通过各部件的调整，使输出电流表的指示值与标准值相比较而得到的误差控制在一定的范围内，使指示值与标准值相比较而得到的误差控制在一定的范围内，使各项技术指标都满足差压变送器铭牌要求进行精度校验。各项技术指标都满足差压变送器铭牌要求进行精度校验。 7-4 训练项目一训练项目一图图7-8 7-8 差压变送器实训接线图差压变送器实训接线图 1减压阀；减压阀； 2压力表；压力表； 3气动定值器；气动定值器； 4单管压力计；单管压力计； 5减压阀；减压阀； 6高压阀；高压阀； 7平衡阀；平衡阀； 8差压变送器；差压变送器； 9 0.2级直流毫安表；级直流毫安表； 10电阻箱（变送器负载为电阻箱（变送器负载为350欧姆）；欧姆）；1124V DC电源箱电源箱7-4 训练项目一训练项目一1 1）差压变送器的检查）差压变送器的检查a.a.检查各正、负压接口是否正确，电源线、信号线连接是检查各正、负压接口是否正确，电源线、信号线连接是否正确。否正确。b.b.关闭阀关闭阀5 5，打开阀，打开阀7 7和阀和阀6 6，向差压变送器正、负压室同时，向差压变送器正、负压室同时通入额定工作压力，观察仪表有无泄漏，若有，应查找原通入额定工作压力，观察仪表有无泄漏，若有，应查找原因并进行消除。因并进行消除。2 2）差压变送器的基本误差和变差校验）差压变送器的基本误差和变差校验a.a.零点调整零点调整关闭阀关闭阀6 6，打开阀，打开阀5 5和阀和阀7 7，使得正、负压室都通大气，观察，使得正、负压室都通大气，观察此时输出电流是否为此时输出电流是否为4mA4mA，如果不对，用调零装置进行调整。，如果不对，用调零装置进行调整。 7-4 训练项目一训练项目一b.b.量程调整量程调整待差压变送器零位调整好以后，关闭阀待差压变送器零位调整好以后，关闭阀7 7，打开阀，打开阀5 5和阀和阀6 6，用定值器逐渐加压增至量程上限用定值器逐渐加压增至量程上限5000Pa5000Pa，此时差压变送器的，此时差压变送器的输出电流应等于输出电流应等于20mA20mA。如果不等于。如果不等于20mA20mA，应调整量程调整装，应调整量程调整装置，使得差压变送器的输出电流为置，使得差压变送器的输出电流为20mA20mA。应当注意，零点调整和量程调整要反复进行调整，直到两者应当注意，零点调整和量程调整要反复进行调整，直到两者均合格为止。均合格为止。7-4 训练项目一训练项目一c.c.精度检验精度检验将差压测量范围平均分成将差压测量范围平均分成5 5个测量点进行校验。其方法是：从个测量点进行校验。其方法是：从0 0开始，改变定值器逐渐加压增至开始，改变定值器逐渐加压增至1250Pa1250Pa、2500Pa2500Pa、3750Pa3750Pa、5000Pa5000Pa，分别读取正行程时对应输出电流值，然后依次减小压，分别读取正行程时对应输出电流值，然后依次减小压力，读取反行程时对应的输出电流值，并根据测量数据算出基力，读取反行程时对应的输出电流值，并根据测量数据算出基本误差和变差，从而确定仪表的精度。本误差和变差，从而确定仪表的精度。如果基本误差和变差不符合要求，要反复调整零位和量程直到如果基本误差和变差不符合要求，要反复调整零位和量程直到满足要求为止。如果线性误差太大，应调整相应的装置。满足要求为止。如果线性误差太大，应调整相应的装置。 7-4 训练项目一训练项目一（4 4）会进行零点迁移调整，对测量范围为）会进行零点迁移调整，对测量范围为0-5000Pa0-5000Pa的差压变的差压变送器进行零点正迁移，迁移量为送器进行零点正迁移，迁移量为2000Pa2000Pa，使测量范围变为，使测量范围变为2000-7000Pa2000-7000Pa。在前面测量范围已调到在前面测量范围已调到0-5000Pa0-5000Pa的基础上，输入的的基础上，输入的2000Pa2000Pa差压差压信号，此时，只允许调整零点迁移装置，使输出电流为信号，此时，只允许调整零点迁移装置，使输出电流为4mA4mA。接着再输入接着再输入7000Pa7000Pa的差压信号，调整量程调整装置，使输出电的差压信号，调整量程调整装置，使输出电流为流为20mA20mA。将结果填入实验数据记录表。若不理想，则稍加调。将结果填入实验数据记录表。若不理想，则稍加调整即可。整即可。(5)(5)注意事项注意事项1 1）严禁电接错；）严禁电接错；2 2）严格按照）严格按照“没通电，不加压，先卸压，再断电没通电，不加压，先卸压，再断电”规则进行；规则进行； 7-4 训练项目一训练项目一差压变送器校验数据记录表差压变送器校验数据记录表输入差入差压（）0 012501250250025003750375050005000标准准输出出电流（流（mAmA）4 48 8121216162020正行程正行程输出出电流（流（mAmA）正行程正行程测量量误差（差（mAmA）反行程反行程输出出电流（流（mAmA）反行程反行程测量量误差（差（mAmA）基本基本误差差变差差精度精度7-4 训练项目二训练项目二二、项目二：二、项目二：PID调节器的应用调节器的应用（一）训练步骤：（一）训练步骤：1.在实训现场，结合实际的调节器产品，仔细阅读其使用说明书，对调节器进行认真地观察、解读，包括其铭牌数据、型号规格、面板示值、各操作部件名称与功能、与其他仪表的连接情况等；2. 以小组为单位，熟悉调节器的操作方法，进行在线的手动/自动无扰动切换、内/外设定切换、正/反作用选择等操作，合理选择调节器的控制规律（P、I、D）。7-4 训练项目三训练项目三三、项目三：执行器的应用三、项目三：执行器的应用（一）训练步骤：（一）训练步骤：1.在实训现场，对执行器进行观察、解读，包括其铭牌数据、型号规格、各部件名称及其作用、电/气线路及管路的连接等；2. 以小组为单位，进行气（电）动调节阀的管路、气（电）路的连接，调节阀的行程调整等相关操作。3.调节阀的选择与安装 图图79 调节阀测试装置之一调节阀测试装置之一1定值器；定值器；2压力表；压力表；3百分表百分表7-4 训练项目三训练项目三（1）基本误差（非线性误差）基本误差（非线性误差） 将0.02MPa的起始压力信号输入到薄膜气室中，然后将气压信号从0.02、0.04、0.06、0.08MPa逐点增加，直至最大信号0.10MPa，并将阀的相对开度按0、25、50、75、100进行逐点对应，在信号压力上升过程中（正行程），逐点记录下实际行程值，算出各点误差。用同样方法将输入信号从最大到最小逐点进行测试，记录下各点实际行程，算出误差，比较各点的非线性偏差值，计算出阀的基本误差或非线性误差，对照工程手册的指标要求判别是否合格。7-4 训练项目三训练项目三（2）正、反行程变差）正、反行程变差在基本误差测试中已经获得计算变差的数据，要求同一信号压力值的阀杆正、反行程最大偏差不超过工程手册的规定。（3）灵敏限）灵敏限在图724的测试中，分别在信号压力为0.028、0.06和0.092MPa的条件下，对应阀杆行程的10、50和90位置上，增加或减小信号压力，记录下当阀杆移动0.01mm时所需要的信号压力变化量，看是否符合表310的规定值。（4）允许泄漏量）允许泄漏量 在调节阀的薄膜气室中输入规定的气压，使阀全关闭，然后将室温下的水以规定的压力按流进方向输入阀中，测出阀的另一侧的泄漏量，判别是否满足工程手册中的要求。7-4 训练项目三训练项目三（二）验收评价（二）验收评价1.项目实施过程考核与结果考核相结合由项目委托方代表（教师，也可以是学生）对项目各项任务的完成结果进行验收、评分；学生进行“成果展示”，经验收合格后进行接收。2.考核方案设计：学生成绩的构成：A组项目（课内项目）完成情况累积分(占总成绩的75%)B组项目（自选项目）成绩（占总成绩的25%）。其中B组项目的内容是由学生自己根据市场的调查情况，完成一个与A组项目相关的具体项目。简单控制系统集成与调试项目考核评分表简单控制系统集成与调试项目考核评分表 评分内容评分内容评分标准评分标准配分配分得分得分 简简 单单 控控 制制 系系 统统集集 成成 与与 调调 试试简单控制系统投运：简单控制系统投运：采取方法错误扣采取方法错误扣5-30分分30PID参数整定：参数整定：不合适扣不合适扣10-30分分30成果展示：（报告）成果展示：（报告）错误扣错误扣10-20分分20团结协作团结协作小组成员分工协作不明确扣小组成员分工协作不明确扣5分，成员不积分，成员不积极参与扣极参与扣5分分10安全文明生产安全文明生产违反安全文明操作规程扣违反安全文明操作规程扣5-10分分10项目成绩合计项目成绩合计开始时间开始时间结束结束时时间间所用时间所用时间评语评语自选项目考核评分表自选项目考核评分表 评分内容评分内容评分标准评分标准配分配分得分得分自选项目自选项目系统选择：系统选择：采取方法错误扣采取方法错误扣5-30分分30操作规范：操作规范：不合适扣不合适扣10-30分分30成果展示：（报告）成果展示：（报告）错误扣错误扣10-20分分20团结协作团结协作小组成员分工协作不明确扣小组成员分工协作不明确扣5分，成员不分，成员不积极参与扣积极参与扣5分分10安全文明生产安全文明生产违反安全文明操作规程扣违反安全文明操作规程扣5-10分分10项目成绩合计项目成绩合计开始时间开始时间结束结束时时间间所用时间所用时间评语评语7-4 训练项目三训练项目三（二）验收评价（二）验收评价3.成果展示（实物或报告）：写出本项目完成报告（主题是自动控制系统概况、带控制点的工艺流程图绘制、仪表选型介绍、系统投运及参数整定过程）。4.师生互动（学生汇报、教师点评）