過(guò)程控制與自動(dòng)化儀表-第3章-過(guò)程控制儀表（下）

第3章過(guò)程控制儀表〔下〕3.3數(shù)字式控制器

過(guò)程儀表的定義及作用3.3.1數(shù)字式控制器的根本構(gòu)成模擬式調(diào)節(jié)器的局限性越來(lái)越明顯：1〕功能單一，靈活性差；2〕信息分散，所用儀表多，且監(jiān)視操作不方便；3〕接線過(guò)多，系統(tǒng)維護(hù)難度大。數(shù)字式控制器的硬件電路由主機(jī)電路、過(guò)程輸入通道、過(guò)程輸出通道、人/機(jī)接口電路以及通信接口電路等構(gòu)成。

1.數(shù)字式控制器的硬件電路

YS100單回路調(diào)節(jié)器

數(shù)字式控制器的硬件電路〔1〕主機(jī)電路主要由微處理器CPU、只讀存儲(chǔ)器ROM和EPROM、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、定時(shí)/計(jì)數(shù)器CTC以及輸入/輸出接口等組成，它是數(shù)字控制器的核心，用于數(shù)據(jù)運(yùn)算處理和各組成局部的管理?！?〕過(guò)程輸入通道包括模擬量輸入通道和開關(guān)量輸入通道兩局部，其中模擬量輸入通道主要由多路模擬開關(guān)、采樣/保持器和A/D轉(zhuǎn)換器等組成，其作用是將模擬量輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字量；而開關(guān)量輸入通道那么將多個(gè)開關(guān)輸入信號(hào)通過(guò)輸入緩沖器將其轉(zhuǎn)換為能被計(jì)算機(jī)識(shí)別的數(shù)字信號(hào)?！?〕過(guò)程輸出通道主要包括模擬量輸出通道和開關(guān)量輸出通道兩局部，其中模擬量輸出通道由D/A轉(zhuǎn)換器、多路模擬開關(guān)輸出保持器和V/I轉(zhuǎn)換器等組成，其作用是將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為1～5V模擬電壓或4～20mA模擬電流信號(hào)。開關(guān)量輸出通道那么通過(guò)輸出緩沖器輸出開關(guān)量信號(hào)，以便控制繼電器觸點(diǎn)或無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)等?！?〕人/機(jī)聯(lián)系部件主要包括顯示儀表或顯示器、手動(dòng)操作裝置等，它們被分別置于數(shù)字式控制器的正面和側(cè)面。正面的設(shè)置與常規(guī)模擬式控制器相似，有測(cè)量值和設(shè)定值顯示表、輸出電流顯示表、運(yùn)行狀態(tài)切換按鈕、設(shè)定值增/減按鈕、手動(dòng)操作按鈕等。側(cè)面那么有設(shè)置和指示各種參數(shù)的鍵盤、顯示器等。〔5〕通信部件主要包括通信接口、發(fā)送和接收電路等。通信接口將發(fā)送的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)通信格式的數(shù)字信號(hào)，由發(fā)送電路送往外部通信線路，再由接收電路接收并將其轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能接收的數(shù)據(jù)。數(shù)字通信大多采用串行方式。〔1〕系統(tǒng)管理軟件主要包括監(jiān)控程序和中斷處理程序兩局部，它們是控制器軟件的主體。監(jiān)控程序又包含系統(tǒng)初始化、鍵盤和顯示管理、中斷管理、自診斷處理及運(yùn)行狀態(tài)控制等模塊；中斷處理程序那么包含鍵處理、定時(shí)處理、輸入處理和運(yùn)算控制、通信處理和掉電處理等模塊?！?〕用戶應(yīng)用軟件用戶應(yīng)用軟件由用戶自行編制，采用POL(面向過(guò)程語(yǔ)言)編程，因而設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、操作方便。在可編程控制器中，這些應(yīng)用軟件以模塊或指令的形式給出，用戶只要將這些模塊或指令按一定規(guī)那么進(jìn)行連接〔亦稱組態(tài)〕或編程，即可構(gòu)成用戶所需的各種控制系統(tǒng)。2.數(shù)字式控制器的軟件

3.3.2數(shù)字式控制器實(shí)例目前廣泛使用的產(chǎn)品有DK系列的KMM數(shù)字調(diào)節(jié)器、YS-80系列的SLPC數(shù)字調(diào)節(jié)器、FC系列的PMK數(shù)字調(diào)節(jié)器以及Micro760/761數(shù)字調(diào)節(jié)器等，由于它們的運(yùn)算與控制功能是靠組態(tài)或編程實(shí)現(xiàn)的，且只控制一個(gè)回路，所以又常將它們稱為單回路可編程數(shù)字調(diào)節(jié)器。以SLPC數(shù)字調(diào)節(jié)器為例。1.SLPC可編程數(shù)字調(diào)節(jié)器的硬件構(gòu)成

具有根本的PID、微分先行PID、采樣PI、批量PID、帶可變?yōu)V波器設(shè)定的PID等多種控制功能，還可構(gòu)成串級(jí)、選擇性、非線性等多種復(fù)雜的過(guò)程控制系統(tǒng)，并具有自整定、自診斷、通信等許多特殊功能SLPC可編程控制器的硬件電路各局部電路的具體構(gòu)成及其功能簡(jiǎn)述如下：〔1〕主機(jī)電路主機(jī)電路中的CPU采用8085AHC芯片,時(shí)鐘頻率為10MHz；系統(tǒng)ROM為64KB,用于存放監(jiān)控程序和各種功能模塊；用戶ROM為2KB,用于存放用戶程序;RAM為16KB?！?〕過(guò)程輸入/輸出通道具有如下特點(diǎn)：1〕輸入通道中有5路模擬量輸入和6路開關(guān)量輸入。模擬量輸入由RC濾波器、多路開關(guān)、PC648D型高速12位D/A轉(zhuǎn)換器和比較器等組成，通過(guò)CPU反響編碼，實(shí)現(xiàn)比較型模/數(shù)轉(zhuǎn)換。2〕輸出通道中有3路模擬量輸出和6路開關(guān)量輸出。模擬量輸出中有1路輸出為4～20mA.DC直流電流，可驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行器；另兩路輸出為1～5V.DC直流電壓，提供給控制室的其它模擬儀表。3〕用一片PC648D型12位高速D/A芯片，將CPU輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量輸出，在CPU的程序支持下，通過(guò)比較器將模擬量輸入轉(zhuǎn)換成數(shù)字量輸出；開關(guān)量輸入與開關(guān)量輸出共用同一通道，其選擇由使用者用程序確定；所有開關(guān)量輸入/輸出通道與內(nèi)部電路之間均用高頻變壓器隔離。4〕在過(guò)程輸入/輸出通道中分別設(shè)計(jì)了“故障/保持/軟手動(dòng)〞功能。模擬輸入信號(hào)經(jīng)濾波后分為兩路，一路經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后進(jìn)入CPU;另一路那么送往故障/PV開關(guān)。當(dāng)儀表工作不正常時(shí)，由CPU的自檢程序通過(guò)WDT電路發(fā)出故障報(bào)警信號(hào)，并自動(dòng)將“故障/PV〞開關(guān)切換到故障位置，直接顯示被控量；與此同時(shí)，故障輸出信號(hào)那么將模擬量輸出中的輸出電流切換成保持狀態(tài)，以便進(jìn)行軟手動(dòng)操作。〔3〕人/機(jī)聯(lián)系部件SLPC的人/機(jī)聯(lián)系部件的正面面板與模擬式調(diào)節(jié)器類似，其不同之處是測(cè)量值與給定值顯示器有模擬動(dòng)圈式和數(shù)字式兩種；此外，還設(shè)置了給定值增/減按鍵、串級(jí)/自動(dòng)/軟手動(dòng)切換/操作按鍵、故障顯示和報(bào)警顯示燈等。它的側(cè)面面板設(shè)置有觸模式鍵盤和數(shù)字顯示器、正/反作用開關(guān)以及編程器和寫入程序的芯片插座等，可以很方便地進(jìn)行數(shù)據(jù)修改、參數(shù)整定等操作?！?〕通信接口電路SLPC的通信接口電路由8251型可編程通信接口芯片和光電隔離電路組成。該電路采用半雙工、串行異步通信方式，一方面將發(fā)送信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)通信格式的數(shù)字信號(hào)，另一方面那么將外部通信信號(hào)轉(zhuǎn)換成CPU能接受的數(shù)據(jù).為便于用戶編程，SLPC為用戶提供的是采用面向問(wèn)題、面向過(guò)程的“自然語(yǔ)言〞編程平臺(tái)。生產(chǎn)商預(yù)先將常用的運(yùn)算控制功能編制成標(biāo)準(zhǔn)程序模塊，以指令命名。使用時(shí)將所需運(yùn)算模塊和控制模塊“組態(tài)〞，實(shí)現(xiàn)控制功能。SLPC的用戶根本指令共46種分三類數(shù)據(jù)傳輸類指令兩種：LD，ST結(jié)束指令：END功能指令：43種2.SLPC可編程數(shù)字調(diào)節(jié)器的軟件

1)根本運(yùn)算模塊11個(gè)有＋－×÷運(yùn)算；√、√E運(yùn)算〔小信號(hào)切除點(diǎn)固定的開方、小信號(hào)切除點(diǎn)可變的開方〕；取絕對(duì)值運(yùn)算；高選、低選；高、低限幅。2)函數(shù)運(yùn)算模塊13個(gè)折線函數(shù)、一階慣性、微分運(yùn)算、純滯后運(yùn)算、變化率運(yùn)算、變化率限幅、移動(dòng)平均運(yùn)算、狀態(tài)變化監(jiān)測(cè)、計(jì)時(shí)、程序設(shè)定、脈沖計(jì)數(shù)、積算脈沖輸出。3)條件判斷運(yùn)算模塊14個(gè)上下限報(bào)警、邏輯運(yùn)算、轉(zhuǎn)移指令、轉(zhuǎn)子指令、子程序塊、比較指令、信號(hào)切換4)運(yùn)算存放器位移指令CHGROD5)控制模塊3種〔1〕根本控制模塊BSC內(nèi)含1個(gè)調(diào)節(jié)單元CNT1，相當(dāng)于模擬儀表中的1臺(tái)PID調(diào)節(jié)器，其功能框圖如下圖?！?〕串級(jí)控制模塊CSC內(nèi)含兩個(gè)調(diào)節(jié)單元CNT1和CNT2，根據(jù)串級(jí)開關(guān)狀態(tài)，CNT2可接受CNT1的輸出作為設(shè)定信號(hào)，組成雙回路串級(jí)控制系統(tǒng)，也可直接接受另一設(shè)定信號(hào)SV2，實(shí)現(xiàn)副回路的單獨(dú)控制。〔3〕選擇控制模塊SSC內(nèi)部包含兩個(gè)并行工作的PID調(diào)節(jié)單元CNTI和CNT2，另有一自動(dòng)選擇單元CNT3。CNT3的控制規(guī)律為三選一：CNT3=0為低選CNT3=1為高選編程舉例：例1把兩個(gè)輸入變量X1、X2相加后，從Y1端口輸出。程序：LDX1〔讀入X1數(shù)據(jù)〕LDX2〔讀入X2數(shù)據(jù)〕+〔對(duì)X1、X2求和〕STY1(將結(jié)果送往Y1)END(結(jié)束程序)用戶程序的寫入和調(diào)試1)利用編程器逐句健入用戶程序：

移入ROM插座主程序〔MPR〕子程序〔SBP〕指定DIO功能

指定控制字CNT1～CNT5

其它參數(shù)

END2)程序的調(diào)試仿真調(diào)試

真實(shí)對(duì)象調(diào)試

寫入EPROM3.4執(zhí)行器及平安柵3.4.1執(zhí)行器的構(gòu)成原理執(zhí)行器由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)〔調(diào)節(jié)閥〕兩局部組成。接受調(diào)節(jié)器輸出的控制信號(hào)，并轉(zhuǎn)換成直線位移或角位移來(lái)改變調(diào)節(jié)閥的流通面積，以控制流入或流出被控過(guò)程的物料或能量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)過(guò)程參數(shù)的自動(dòng)控制。執(zhí)行器有自動(dòng)調(diào)節(jié)閥門、自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器、自動(dòng)電流調(diào)節(jié)器、控制電機(jī)等。其中自動(dòng)調(diào)節(jié)閥門是最常見(jiàn)的執(zhí)行器，種類繁多。自動(dòng)調(diào)節(jié)閥按照工作所用能源形式可分為：電動(dòng)調(diào)節(jié)閥：電源配備方便，信號(hào)傳輸快、損失小，可遠(yuǎn)距離傳輸；但推力較小。氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠，維護(hù)方便，防火防爆；但氣源配備不方便。液動(dòng)調(diào)節(jié)閥：用液壓傳遞動(dòng)力，推力最大；但安裝、維護(hù)麻煩，使用不多。工業(yè)中使用最多的是氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥和電動(dòng)調(diào)節(jié)閥。1.氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)

它由膜片、閥桿和平衡彈簧等組成，是執(zhí)行器的推動(dòng)裝置。它接受氣動(dòng)調(diào)節(jié)器或電/氣轉(zhuǎn)換器輸出的氣壓信號(hào)，經(jīng)膜片轉(zhuǎn)換成推力并克服彈簧力后，使閥桿產(chǎn)生位移，帶動(dòng)閥芯動(dòng)作。1-上蓋2—膜片3一平衡彈簧4一閥桿5－閥體6－閥座7－閥芯氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)有正作用和反作用兩種形式:當(dāng)輸入氣壓信號(hào)增加時(shí)閥桿向下移動(dòng)時(shí)稱正作用；當(dāng)輸入氣壓信號(hào)增加時(shí)閥桿向上移動(dòng)時(shí)稱反作用。在工業(yè)生產(chǎn)中口徑較大的調(diào)節(jié)閥通常采用正作用方式。氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)的靜態(tài)特性表示平衡狀態(tài)時(shí)輸入的氣壓p與閥桿位移l的關(guān)系，即A為膜片的有效面積；K為平衡彈簧的彈性系數(shù)氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性可近似成一階慣性環(huán)節(jié)，其慣性的大小取決于膜頭空間的大小與氣管線的長(zhǎng)度和直徑。2.電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)根據(jù)配用的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)不同，其輸出方式有直行程、角行程和多轉(zhuǎn)式三種類型，其電氣原理完全相同，僅減速器不一樣。電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的組成框圖伺服放大器原理圖校正網(wǎng)絡(luò)原理圖〔1〕直通單座閥流體對(duì)閥芯的不平衡作用力大。一般用在小口徑、低壓差的場(chǎng)合。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、泄漏量小。3．調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)就是閥門，是一個(gè)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。正裝閥閥芯下移時(shí)，閥芯與閥座間的流通截面積增大閥門中的柱式閥芯可以正裝，也可以反裝。反裝閥閥芯下移時(shí)，閥芯與閥座間的流通截面積減小〔2〕直通雙座閥閥體內(nèi)有兩個(gè)閥芯和閥座。流體流過(guò)時(shí)，作用在上、下兩個(gè)閥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，上下兩個(gè)閥芯閥座不易保證同時(shí)密閉，因此泄漏量較大?！?〕角形控制閥兩個(gè)接管呈直角形，一般為底進(jìn)側(cè)出，這種閥的流路簡(jiǎn)單、對(duì)流體的阻力較小。適用于現(xiàn)場(chǎng)管道要求直角連接，介質(zhì)為高粘度、高壓差和含有少量懸浮物和固體顆粒狀的場(chǎng)合。〔4〕三通控制閥有三個(gè)出入口與工藝管道連接。流通方式有合流型〔兩種介質(zhì)混合成一路〕和分流型〔一種介質(zhì)分成兩路〕兩種。適用于配比控制與旁路控制?！?〕隔膜控制閥采用耐腐蝕材料作隔膜，將閥芯與流體隔開。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、流阻小、流通能力比同口徑的其他種類的閥要大。由于介質(zhì)用隔膜與外界隔離，故無(wú)填料，介質(zhì)也不會(huì)泄漏。耐腐蝕能力強(qiáng)，適用于強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)的控制，也能用于高粘度及懸浮顆粒狀介質(zhì)的控制。適用于大口徑、大流量、低壓差的場(chǎng)合，也可以用于含少量纖維或懸浮顆粒狀介質(zhì)的控制。〔6〕蝶閥又名翻板閥。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、流阻極小，但泄漏量大。3.4.2氣動(dòng)執(zhí)行器的應(yīng)用1.調(diào)節(jié)閥的尺寸

通常用公稱直徑Dg和閥座直徑dg表示，它們確實(shí)定是合理應(yīng)用執(zhí)行器的前提條件。確定調(diào)節(jié)閥尺寸的主要依據(jù)是流通能力，它定義為調(diào)節(jié)閥全開、閥前后壓差為0.1MPa、流體重度為1g/cm3時(shí)，每小時(shí)通過(guò)閥門的流體流量〔m3或kg〕。當(dāng)流體為不可壓縮時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)閥的體積流量為:α為流量系數(shù)，它取決于調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)形狀和流體流動(dòng)狀況，可從有關(guān)手冊(cè)查閱或由實(shí)驗(yàn)確定；A0為調(diào)節(jié)閥接管截面積；g為重力加速度；r為流體重度。依據(jù)流通能力的定義，那么有流通能力C與調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)參數(shù)有確定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。這就是確定調(diào)節(jié)閥尺寸的理論依據(jù)?？傻昧魍芰εc流體重度、閥前后壓差和介質(zhì)流量三者的定量關(guān)系，即調(diào)節(jié)閥尺寸的確定過(guò)程為：根據(jù)通過(guò)調(diào)節(jié)閥的最大流量，r流體重度以及調(diào)節(jié)閥的前后壓差，先由式（3－35）求得最大的流通能力，然后選取大于即可依據(jù)表3－2確定出Dg和dg的大小。

的最低級(jí)別的C值，公稱直徑Dg(mm)202532405065閥門直徑dg(mm)245678101215202532405065流通能力C單座閥0.080.120.200.320.500.801.22.03.25.0812203256雙座閥1016254063公稱直徑Dg(mm)80100125150200250300閥門直徑dg(mm)80100125150200250303流通能力C單座閥80120200280450雙座閥10016025040063010001600表3-2調(diào)節(jié)閥流通能力C與其尺寸的關(guān)系執(zhí)行器的“氣開、氣關(guān)〞有四種構(gòu)成方式序號(hào)執(zhí)行機(jī)構(gòu)作用方式閥體作用方式執(zhí)行器氣開、氣關(guān)形式a正正氣關(guān)b正反氣開c反正氣開d反反氣關(guān)3調(diào)節(jié)閥的流量特性調(diào)節(jié)閥的閥芯位移與流量之間的關(guān)系，對(duì)控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)有很大影響。流量特性的定義：被控介質(zhì)流過(guò)閥門的相對(duì)流量與閥門的相對(duì)開度〔相對(duì)位移〕間的關(guān)系稱為調(diào)節(jié)閥的流量特性。q/qmax—相對(duì)流量l/L—相對(duì)開度相對(duì)流量q/qmax

是控制閥某一開度流量q與全開時(shí)流量qmax之比；相對(duì)開度l/L是控制閥某一開度行程l與全開行程L之比。調(diào)節(jié)閥的流量特性不僅與閥門的結(jié)構(gòu)和開度有關(guān)，還與閥前后的壓差有關(guān)，必須分開討論。lq為了便于分析，先將閥前后壓差固定，然后再引伸到實(shí)際工作情況，于是有固有流量特性與工作流量特性之分。1、固有〔理想〕流量特性在將控制閥前后壓差固定時(shí)得到的流量特性稱為固有流量特性。它取決于閥芯的形狀?！瞐〕快開特性〔b〕直線特性〔c〕等百分比特性〔1〕直線流量特性控制閥的相對(duì)流量與相對(duì)開度成直線關(guān)系，即單位位移變化所引起的流量變化是常數(shù)。用數(shù)學(xué)式表示為：積分C為積分常數(shù)可調(diào)比R為調(diào)節(jié)閥所能控制的最大流量與最小流量的比值。

其中qmin不是指閥門全關(guān)時(shí)的泄漏量，而是閥門能平穩(wěn)控制的最小流量，約為最大流量的2~4%一般閥門的可調(diào)比R=30。控制力：閥門開度改變時(shí)，相對(duì)流量的改變比值。例如在不同的開度上，再分別增加10%開度，相對(duì)流量的變化比值為10％時(shí)：[〔20-10〕/10]×100%=100%50％時(shí)：[〔60-50〕/50]×100%=20%80％時(shí)：[〔90-80〕/80]×100%=12.5%Q/Q100L/Lmaxs=1

直線閥的流量放大系數(shù)在任何一點(diǎn)上都是相同的，但其對(duì)流量的控制力卻是不同的。〔2〕等百分比〔對(duì)數(shù)〕流量特性單位相對(duì)行程變化所引起的相對(duì)流量變化與此點(diǎn)的相對(duì)流量成正比關(guān)系：曲線斜率〔放大系數(shù)〕隨行程的增大而增大。流量小時(shí)，流量變化??；流量大時(shí)，流量變化大。等百分比閥在各流量點(diǎn)的放大系數(shù)不同，但對(duì)流量的控制力卻是相同的。10%處：〔6.58%-4.68%〕/4.68%≈41%50%處：〔25.7%-18.2%〕/18.2%≈41%80%處：〔71.2%-50.6%〕/50.6%≈41%同樣以10％、50％及80％三點(diǎn)為例，分別增加10%開度，相對(duì)流量變化的比值為：Q/Q100L/Lmaxs=1〔3〕快開特性開度較小時(shí)就有較大流量，隨開度的增大，流量很快就到達(dá)最大，故稱為快開特性。適用于迅速啟閉的切斷閥或雙位控制系統(tǒng)。積分2、調(diào)節(jié)閥的工作流量特性實(shí)際使用時(shí)，調(diào)節(jié)閥裝在具有阻力的管道系統(tǒng)中。管道對(duì)流體的阻力隨流量而變化，閥前后壓差也是變化的，這時(shí)流量特性會(huì)發(fā)生畸變。1)管道串聯(lián)時(shí)的工作流量特性如圖，管道系統(tǒng)總壓力ΔP等于管路系統(tǒng)的壓降ΔPG與控制閥的壓降ΔPT之和。從串聯(lián)管道中調(diào)節(jié)閥兩端壓差△PT的變化曲線可看出，調(diào)節(jié)閥全關(guān)時(shí)閥上壓理最大，根本等于系統(tǒng)總壓力；調(diào)節(jié)閥全開時(shí)閥上壓力降至最小。為了表示調(diào)節(jié)閥兩端壓差△PT的變化范圍，以閥權(quán)度s表示調(diào)節(jié)閥全開時(shí)，閥前后最小壓差△PTmin與總壓力△P之比。s=△

PTmin

/△

P流量特性畸變：以qmax表示串聯(lián)管道阻力為零時(shí)(s=1)，閥全開時(shí)到達(dá)的最大流量?？傻么?lián)管道在不同s值時(shí)，以自身qmax作參照的工作流量特性。對(duì)數(shù)閥變?yōu)橹本€閥直線閥變?yōu)榭扉_閥s↓圖3－33調(diào)節(jié)閥的流量特性曲線a)－直線；b)－對(duì)數(shù)〔等百分比〕結(jié)論串聯(lián)管道使調(diào)節(jié)閥的流量特性發(fā)生畸變。串聯(lián)管道使調(diào)節(jié)閥的流量可調(diào)范圍降低，最大流量減小。串聯(lián)管道會(huì)使調(diào)節(jié)閥的放大系數(shù)減小，調(diào)節(jié)能力降低，s值低于0.3時(shí)，調(diào)節(jié)閥能力根本喪失。2)與管道并聯(lián)工作時(shí)的流量特性圖中S’=1時(shí)，旁路閥關(guān)閉，工作流量特性即為理想流量特性。隨著旁路閥逐漸翻開，值逐漸減小，調(diào)節(jié)閥的可調(diào)范圍也將大大降低，從而使調(diào)節(jié)閥的控制能力大大下降，影響控制效果。根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，值不能低于0.8。圖3－37并聯(lián)管道時(shí)調(diào)節(jié)閥工作流量特性a)直線閥b)對(duì)數(shù)閥〔3〕流量特性的選擇調(diào)節(jié)閥流量特性的選擇有理論分析法和經(jīng)驗(yàn)法。前者還在研究中，目前較多采用經(jīng)驗(yàn)法。一般可從以下幾方面考慮。1〕依據(jù)過(guò)程特性選擇。一個(gè)過(guò)程控制系統(tǒng)，在負(fù)荷變動(dòng)的情況下，要使系統(tǒng)保持期望的控制品質(zhì)，那么必須要求系統(tǒng)總的放大系數(shù)在整個(gè)操作范圍內(nèi)保持不變。一般變送器、已整定好的調(diào)節(jié)器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等放大系數(shù)根本上是不變的，但過(guò)程特性那么往往是非線性的，其放大系數(shù)隨負(fù)荷而變。因此，必須通過(guò)合理選擇調(diào)節(jié)閥的工作特性，以補(bǔ)償過(guò)程的非線性，其選擇原那么為調(diào)節(jié)閥的放大系數(shù)被控過(guò)程的放大系數(shù)2〕依據(jù)配管情況選擇。在根據(jù)過(guò)程特性進(jìn)行選擇之后，再按照配管情況進(jìn)行進(jìn)一步的選擇，其選擇原那么可參照表3-4進(jìn)行。配管狀況S=1-0.6S=0.6-0.3工作特性直線等百分比直線等百分比理想特性直線等百分比等在分比等百分比3〕依據(jù)負(fù)荷變化情況選擇。在負(fù)荷變化較大的場(chǎng)合，宜選用對(duì)數(shù)調(diào)節(jié)閥，因?yàn)閷?duì)數(shù)調(diào)節(jié)閥的放大系數(shù)可隨閥芯位移的變化而變化，但它的相對(duì)流量變化率那么是不變的，所以能適應(yīng)負(fù)荷變化大的情況；此外，當(dāng)調(diào)節(jié)閥經(jīng)常工作在小開度時(shí)，那么宜選用對(duì)數(shù)調(diào)節(jié)閥。因?yàn)橹本€調(diào)節(jié)閥工作在小開度時(shí)，其相對(duì)流量的變化率很大，不宜進(jìn)行微調(diào)。將4～20mA的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成20～100KPa的標(biāo)準(zhǔn)氣壓信號(hào)。1電/氣轉(zhuǎn)換器為了使氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥能夠接收電動(dòng)調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)，必須把標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)氣壓信號(hào)。電/氣轉(zhuǎn)換器作用：3.4.3電/氣轉(zhuǎn)換器與閥門定位器I↑吸力Fi↑杠桿偏轉(zhuǎn)擋板與噴嘴間隙↓背壓↑放大器輸入↑輸出壓力P↑杠桿的反響力Ff↑杠桿平衡P∝I力平衡式電/氣轉(zhuǎn)換器的原理圖負(fù)反饋磁鐵調(diào)零FiFf背壓2閥門定位器氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥中，閥桿的位移是由薄膜上氣壓推力與彈簧反作用力平衡確定的。為了防止閥桿處的泄漏要壓緊填料，使閥桿摩擦力增大，且個(gè)體差異較大，這會(huì)影響輸入信號(hào)P的執(zhí)行精度。解決措施在調(diào)節(jié)閥上加裝閥門定位器，引入閥桿位移負(fù)反響。使閥桿能按輸入信號(hào)精確地確定自己的開度。電/氣閥門定位器

實(shí)際應(yīng)用中，常把電/氣轉(zhuǎn)換器和閥門定位器結(jié)合成一體，組成電/氣閥門定位器。I↑

杠桿上端右移

擋板靠近噴嘴

P壓力↑閥桿下移反響凸輪右轉(zhuǎn)反響彈簧右拉杠桿平衡1.智能電動(dòng)執(zhí)行器的特點(diǎn)

與常規(guī)電動(dòng)執(zhí)行器相比,智能電動(dòng)執(zhí)行器有如下特點(diǎn)：1〕具有智能化和高精度的控制功能。可直接接收變送器信號(hào)，按設(shè)定值自動(dòng)進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，控制流量、壓力和溫度等過(guò)程變量。通過(guò)組態(tài)可按折線形成多種形狀的非線性流量特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)過(guò)程非線性特性的補(bǔ)償，以提高系統(tǒng)的控制精度，同時(shí)也擺脫了長(zhǎng)期以來(lái)依靠改變閥芯形狀來(lái)改變流量特性的落后狀況；2)一體化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思想。將位置控制器、PID控制器、伺服放大器、電-氣轉(zhuǎn)換器、閥位變送器等裝在一臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)儀表中，減少了信號(hào)傳輸中的泄漏和干擾等因素對(duì)系統(tǒng)控制精度的影響；還采用電制動(dòng)和斷續(xù)調(diào)節(jié)技術(shù)代替機(jī)械摩擦制動(dòng)技術(shù)，以提高整機(jī)的可靠性；3)具有智能化的通信功能。與上位機(jī)或控制系統(tǒng)之間可通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線按規(guī)定的通信協(xié)議進(jìn)行雙向數(shù)字通信，并構(gòu)成所需要的控制系統(tǒng)，這是智能執(zhí)行器與常規(guī)電動(dòng)執(zhí)行器的重要區(qū)別之一。

智能式電動(dòng)執(zhí)行器4)具有智能化的自診斷與保護(hù)功能。當(dāng)電源、氣動(dòng)部件、機(jī)械部件、控制信號(hào)、通信或其它方面出現(xiàn)故障時(shí)，均能迅速識(shí)別并能有效采取保護(hù)措施，確保控制系統(tǒng)及生產(chǎn)過(guò)程的平安。5〕具有靈活的組態(tài)功能，“一機(jī)多用〞，提高了經(jīng)濟(jì)效益。例如，對(duì)于輸入信號(hào)，可通過(guò)軟件組態(tài)來(lái)選擇適宜的信號(hào)源；對(duì)于執(zhí)行器的運(yùn)行速度和行程，也可通過(guò)組態(tài)軟件進(jìn)行任意設(shè)置，所有這些都無(wú)需更換硬件。這樣一來(lái)，只要用少量類型的智能執(zhí)行器就能夠滿足各種工業(yè)過(guò)程的不同需求，從而大大提高了制造商和用戶的經(jīng)濟(jì)效益。2.智能電動(dòng)執(zhí)行器的實(shí)例簡(jiǎn)介美國(guó)Valtek公司生產(chǎn)的STARPAC智能執(zhí)行器3.5平安柵平安柵〔又稱防爆柵〕是防止危險(xiǎn)電能從控制系統(tǒng)信號(hào)線進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)儀表的平安保護(hù)器。1平安防爆的根本概念在大氣條件下，氣體蒸汽、簿霧、粉塵或纖維狀的易燃物質(zhì)與空氣混合，點(diǎn)燃后燃燒將在整個(gè)范圍內(nèi)傳播的混和物，稱為爆炸性混合物。含有爆炸性混合物的環(huán)境，稱為爆炸性環(huán)境。按爆炸性混合物出現(xiàn)的頻度、持續(xù)時(shí)間和危險(xiǎn)程度，又可將危險(xiǎn)場(chǎng)所劃分成不同級(jí)別的危險(xiǎn)區(qū)。

對(duì)于Ⅱ類電氣設(shè)備，電路電壓限制在30VDC時(shí)，各種爆炸性混合物按最小引爆電流分為三級(jí)。爆炸性混合物的最小引爆電流級(jí)別最小引爆電流（mA）爆炸性混合物種類Ⅰi＞120甲烷、乙烷、汽油、甲醇、乙醇、丙酮、氨、一氧化碳Ⅱ70＜i＜120乙烯、乙醚、丙烯晴等Ⅲi≤70氫、乙炔、二硫化碳、市用煤氣、水煤氣、焦?fàn)t煤氣等不同的危險(xiǎn)等級(jí)對(duì)電氣設(shè)備的防爆要求不同，煤礦井下用電氣設(shè)備屬Ⅰ類設(shè)備；有爆炸性氣體的工廠用電氣設(shè)備屬Ⅱ類設(shè)備；有爆炸性粉塵的工廠用電氣設(shè)備屬Ⅲ類設(shè)備。2平安火花防爆系統(tǒng)電動(dòng)儀表存在電路打火的可能。如果從電路設(shè)計(jì)就開始考慮防爆，把電路在短路、開路及誤操作等各種狀態(tài)下可能發(fā)生的火花都限制在爆炸性氣體的點(diǎn)火能量之下，那么此儀表稱為平安火花防爆儀表。平安火花防爆儀表只能保證本儀表內(nèi)部不發(fā)生危險(xiǎn)火花，對(duì)其它儀表通過(guò)信號(hào)線傳入的能量是否平安那么無(wú)法保證。如果在與其它儀表的電路連線之間設(shè)置平安柵，防止危險(xiǎn)能量進(jìn)入，那么完全做到了平安火花防爆。構(gòu)成平安火花防爆系統(tǒng)的二要素：①在危險(xiǎn)現(xiàn)場(chǎng)使用的儀表必須是平安火花防爆儀表〔本安儀表〕。②現(xiàn)場(chǎng)儀表與危險(xiǎn)場(chǎng)所之間的電路連接必須經(jīng)過(guò)平安柵〔防爆柵〕。根本原理：簡(jiǎn)單齊納式平安柵是利用齊納二極管的反向擊穿特性進(jìn)行限壓、用固定電阻進(jìn)行限流。齊納式平安柵平安柵的種類很多，有電阻式平安柵、中繼放大式平安柵、齊納式平安柵、光電隔離式平安柵、變壓器隔離式平安柵等。當(dāng)輸入電壓Vi在正常范圍〔24V〕內(nèi)時(shí)，齊納二極管VD不導(dǎo)通；當(dāng)電壓高于24V并到達(dá)齊納二極管的擊穿電壓〔約28V〕時(shí)，齊納二極管導(dǎo)通，在將電壓鉗制在平安值以下的同時(shí)，平安側(cè)電流急劇增大，使快速熔斷絲FU很快熔斷，從而將可能造成事故的高壓與危險(xiǎn)現(xiàn)場(chǎng)隔斷。固定電阻R的作用是限制流往現(xiàn)場(chǎng)的電流。兩點(diǎn)缺乏：一、固定的限流電阻其大小難以選擇，選小了起不到很好的限流作用，選大了又影響儀表的恒流特性，理想的限流電阻應(yīng)該是可變的，即電流在平安范圍內(nèi)其阻值要足夠小，而當(dāng)電流超出平安范圍時(shí)其電阻要足夠大；二、接地不合理，通常一個(gè)信號(hào)回路只允許一點(diǎn)接地，假設(shè)有兩點(diǎn)以上接地會(huì)造成信號(hào)通過(guò)大地短路或形成干擾?！?〕由VD1~VD4和F1~F’2組成限壓電路。背靠背的齊納管中點(diǎn)接地，改直接接地為保護(hù)時(shí)接地?！?〕用晶體管限流電路取代固