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执行器在过程控制系统中的作用 执行器是做什么的 什么是过程控制系统 一 执行器 概述执行器是在工业生产过程自动控制系统中 以调节仪表或其他控制装置的信号为输入信号 按一定调节规律调节被控对象输入量的装置 它是一种工业自动化仪表 如调节阀 挡板和电磁阀等均属此类 组成执行器通常由执行机构 调节机构和附件3部分组成 附件包括放大器 阀门定位器 位置发信器和速度发信器等 可根据不同要求选用 注 执行器有时不用附件 仅由执行机构和调节机构两部分组成 如气动薄膜调节阀就不带阀门定位器 分类 执行器按工作能源不同分可分为电动 气动 液动 电气复合和电液复合式 按控制功能不同分可分为位置控制式 如阀门开度控制 速度控制式 如泵的转速控制 和电功率控制式 如电炉加热功率控制 按输入信号不同分可分为模拟量式和数字量式 执行器 配图及工作原理 图1是常见的气动薄膜调节阀 来自调节器的气压信号进入膜室后转换成推力 通过推杆推动阀门 调节被控对象中的流量 图1气动薄膜调节阀结构图 图2带阀门定位器的气动薄膜调节阀工作原理图 图2是带阀门定位器的气动薄膜调节阀工作原理图 气压信号p1进入波纹管后 经杠杆使挡板与喷嘴靠近 因此喷嘴背压p2增大 并经气动功率放大器放大后送入执行机构的膜室推动阀门 同时 执行机构的位移通过凸轮和弹簧在杠杆上产生反馈力 此力与波纹管产生的信号力相平衡 因此执行机构输出位移与输入信号成正比 图3为电动执行器的原理框图 来自调节器的输入信号与执行机构位置反馈信号相比较 当存在偏差时放大器就有电压输出到电动执行机构 图4 图4 二 过程控制系统 以表征生产过程的参量为被控制量使之接近给定值或保持在给定范围内的自动控制系统 这里 过程 是指在生产装置或设备中进行的物质和能量的相互作用和转换过程 表征过程的主要参量有温度 压力 流量 液位 成分 浓度等 通过对过程参量的控制 可使生产过程中产品的产量增加 质量提高和能耗减少 一般的过程控制系统通常采用反馈控制的形式 这是过程控制的主要方式 测量元件或传感器 被控对象 过程 控制信号 y 被控对象 d 干扰 控制量 执行器 控制器 e 偏差 给定值 反馈值 r z 过程控制系统方框图 简单的单回路控制系统 温度控制系统 压力控制系统 系统的基本组成一个简单控制系统由检测元件和变送器 控制器 执行器和被控对象组成 检测元件和变送器 sensorandtransmitter 用于检测被控变量 将检测信号转换为标准信号 例如 热电阻将温度变化转换为电阻变化 温度变送器将电阻信号转换为标准的气压或电流 电压信号等 1 控制器 controller 将检测变送环节输出 的标准信号与设定值信号进行比较 获得偏差信号 按一定控制规律对偏差信号 errorsignal 进行运算 运算输出送执行器 控制器可用模拟仪表实现 也可用微处理器组成的数字控制器实现 例如DCS和FCS中采用的PID控制功能模块等 各组成部分的作用 功能 1 控制器 controller 将检测变送环节输出 的标准信号与设定值信号进行比较 获得偏差信号 按一定控制规律对偏差信号 errorsignal 进行运算 运算输出送执行器 控制器可用模拟仪表实现 也可用微处理器组成的数字控制器实现 例如DCS和FCS中采用的PID控制功能模块等 2 执行器 actuator 处于控制环路的最终位置 因此也称为最终元件 finalelement 执行器用于接收控制器的输出信号 并控制操纵变量变化 在大多数工业生产过程控制的应用中 执行器采用控制阀 近年来 随着变频调速技术的应用 一些控制系统已采用变频器和相应的电动机 泵 等设备组成执行器 本页介绍控制阀的有关内容 不讨论变频器和其他执行器 3 反馈环节 feedback 生产过程的负荷变化或操作条件改变时 通过检测元件和变送器的检测和变送 将过程的被控变量送控制器 经控制规律运算后的输出送执行器 改变过程中相应的流体流量 使被控变量与设定值保持一致 可见 检测元件和变送器的作用类似于人的眼睛 控制器的作用类似于人的大脑 执行器的作用类似于人的手脚 一个控制系统的质量受到组成控制系统各组成部件的影响 主要取决于控制系统组成部件中最薄弱环节的影响 三 控制阀的重要性 控制阀 controlvalve 用于调节操纵变量的流量 因此 以前亦称调节阀 从控制系统整体看 一个控制系统控制得好不好 都要通过控制阀来实现 由于下列原因 控制阀变得十分重要 控制阀是节流装置 属于动部件 与检测元件和变送器 控制器比较 在控制过程中 控制阀需要不断改变节流件的流通面积 使操纵变量变化 以适应负荷变化或操作条件的改变 因此 对控制阀阀组件的密封 耐压 腐蚀等提出更高要求 例如 密封会使控制阀摩擦力增加 控制阀死区加大 造成控制系统控制品质变差等 控制阀的活动部件是造成 跑 冒 滴 漏 的主要原因 它不仅造成资源或物料的浪费 也污染环境 引发事故 控制阀的阀内件与过程介质直接接触 和检测元件与过程介质接触的不同之处如下a 控制阀阀组件的接触介质可能与检测元件的接触介质不同 对控制阀的耐腐蚀性 强度 刚度 材料等有更高要求 b 检测元件可采用隔离液等方法与过程介质隔离 但控制阀通常与过程介质直接接触 很难采用隔离的方法与过程介质隔离 控制阀的节流使能量在阀内件内部被消耗 因此 降低能耗 降低控制阀的压力损失 和保证较好的控制品质之间要合理选择和兼顾 控制阀对流体进行节流的同时也造成噪声 例如 当阀出口压力低于液体的蒸汽压力时 造成闪蒸 当阀下游压力高于液体蒸汽压力时 造成汽蚀 控制阀造成的噪声和控制阀流路的设计 操作压力 被控介质特性等有关 因此 降低噪声 降低压力损失等对控制阀提出更高要求 控制阀的适应性强 它被安装在各种不同的生产过程 生产过程