《轮机自动化》数字化教材项目一任务五

1、项目一 船舶反馈控制系统基础【项目描述】反馈控制是自动控制系统的主要形式。在船舶机舱中，运行参数的自动控制通常都采用反馈控制。反馈控制系统的基本概念是理解和熟悉轮机自动化的基础，是轮机管理人员必须掌握的基本知识。通过本项目的学习，学员应达到以下要求。一、知识要求1、 熟悉船舶反馈控制系统的组成；2、 熟悉反馈控制系统的品质指标；3、 熟悉PID调节规律及特点；4、能表述常用传感器、变送器的作用、基本原理和特点； 5、熟悉执行机构的类型、工作原理及特点；6、了解反馈控制系统参数整定的方法。二、能力要求 1、能熟练地绘制反馈控制系统的传递方框图；2、能正确表述系统动态过程品质指标的含义；3、熟悉P

2、ID调节器的使用；4、学会变送器的使用操作与调整。三、素质要求1、养成善于动脑、勤于思考、及时发现问题的学习习惯；2、提高理论联系实际的能力，培养善于分析和解决反馈控制系统实际问题的能力；3、培养理性思维能力和科学求实的精神；4、培养学习新技术的能力，增强创新意识。【项目实施】任务五 执行机构一、学习目标1、熟悉气动薄膜调节阀的工作原理和特点。2、理解并熟悉气开和气关的概念。3、理解气动阀门定位器的性质、工作原理及特点。二、学习任务学习气动薄膜调节阀、气动阀门定位器的组成、工作原理和特点。三、背景知识根据执行机构使用的能源种类，执行器可分为气动、电动、液动三种。气动执行器具有结构简单、工作可靠

3、、价格便宜、维护方便、防火防爆等优点，在自动控制系统中得到了广泛应用。电动执行器的优点在于能源取用方便、信号传输距离远、传输速度快，缺点是结构相对复杂、推力小、价格贵，近年来随着变频器的广泛应用，在电动执行机构中也常用变频器对电动机进行变速控制。液动执行机构的推力最大，但相对使用较少。1-上膜盖；2-硬芯；3-波纹膜片；4-下膜盖；5-推杆；6-弹簧；7-弹簧座；8-调节件；9-连接阀杆螺母；10-标尺；11-阀杆；12-压板13-调节阀图1-5-1 气动薄膜调节阀结构原理图一、气动执行器执行器是组成自动控制系统的四个基本单元之一。它的作用是接受来自调节器的控制信号，改变调节阀的开度，从而改变

4、流入或流出控制对象的物质或能量流量，以克服扰动，使被控参数恢复到给定值或给定值附近。气动执行器以压缩空气作为动力能源，根据控制信号气压的大小和施加的方向，产生相应的推动力，来改变调节阀的开度。气动执行器由气动执行机构和调节阀两部分组成。执行机构是执行器的推动装置，产生推力；调节阀是执行器的调节部分，它直接与介质接触，调节流体介质的流量。气动执行机构有气动薄膜执行机构和气动活塞执行机构两种。调节阀按其结构有直通单座、直通双座、角形、三通、隔膜、蝶阀等多种形式。气动执行器的调节阀开度变化量与输入的气压信号变化近似成比例关系，因而执行机构可看作比例环节。根据调节阀开度随输入气压信号的变化规律，气动执

5、行器可分为气开式调节阀和气关式调节阀两种类型。若随着输入气压信号的升高，调节阀开度增大，则为气开式；若随着输入气压信号的升高，调节阀开度减小，则为气关式。控制系统采用气开式调节阀还是气关式调节阀，首先要考虑系统中装置的安全性，当发生供气气源中断、调节器故障、调节阀膜片破裂等情况时，应确保装置安全。1.气动薄膜调节阀气动薄膜调节阀的结构原理如图1-5-1所示。输入气压信号压力通常为0.020.1MPa，此信号通入波纹膜片3上方的薄膜气室，随着输入控制信号的增大，在薄膜3上产生一个向下的推力，膜片向下弯，使推杆部件5向下移动。推杆通过阀杆带动阀芯向下运动，使调节阀的开度发生变化。与此同时，弹簧6被

6、压缩，直到弹簧6的反作用力与信号压力在薄膜3上产生的推力相平衡时，推杆不再运动，调节阀开度保持不变。信号压力越大，在薄膜上产生的推力越大，与其平衡的弹簧反力也越大，于是弹簧的压缩量即推杆的位移量越大，调节阀开度变化量也越大。调整调节件8的位置可以改变弹簧6的预紧力，确定输入信号的起始压力值，一般为0.02 MPa。图1-5-2 带阀门定位器的气动活塞执行机构1-波纹管；2-杠杆；3、7-功率放大器；4-上喷嘴；5-挡板；6-下喷嘴；8-调零弹簧；9-推杆；10-活塞；11-气缸；12-反馈弹簧气动薄膜调节阀具有结构简单、尺寸小等特点，适用场合比较广泛。但它的阀杆推力较小，在某些场合受到一定的限

7、制。为使调节阀动作及时并能动作到位，常加装一个阀门定位器。2.带阀门定位器的气动活塞执行机构1）阀门定位器阀门定位器是一种与气动执行机构配套使用的辅助仪表，其基本功能是接受调节器的输出信号，然后去控制气动执行机构动作，同时将阀杆的位移通过机械装置反馈到阀门定位器，定位器和执行机构组成一个闭合回路来控制调节阀的开度。定位器能够增大执行机构的输出功率，加快阀杆的移动速度，减少调节信号的传递滞后。它还可以克服阀杆移动时产生的摩擦力和阀芯不平衡力，通过负反馈实现阀位控制的精确定位及稳定，通过更换反馈元件可以实现对调节阀整体流量特性的变换。2）气动活塞执行机构带阀门定位器的气动活塞执行机构结构原理如图1

8、-5-2所示，其中虚线框内部分是阀门定位器。调节器输出的控制信号送入阀门定位器的波纹管1，若控制信号增大，杠杆2绕支点逆时针转动，挡板5离开下喷嘴6，喷嘴6背压降低，经功率放大器7放大送至气缸11中活塞的下部空间。同时，挡板5靠近上喷嘴4，喷嘴4背压升高，经功率放大器3放大送至气缸11中活塞的上部空间。这样，在活塞10的上下两侧产生压差，活塞10在压差的作用下下移，带动阀芯下移关小调节阀（气关式）。在活塞和活塞杆下移时，活塞杆将拉伸反馈弹簧12。当反馈弹簧使杠杆2对支点产生的反馈力矩与由波纹管1使杠杆对支点产生的力矩相平衡时，调节阀就稳定在一个开度上。当调节器送来的控制信号减小时，其动作过程与上述方向相反。气动活塞执行机构的阀杆推力较大，适用于需要较大轴向推力来