过程控制2课件

1、第四章 执行器第一节 电动执行器第二节 气动执行器概述1、执行器作用：是接受来自调节器输出的控制信号，并转换成直线位移或角位移，来改变调节阀的流通截面积，以控制流入或流出被控过程的物料或能量，从而达到控制流量的目的。 气动执行器电动执行器薄弱环节:执行器直接与介质接触，常常在高压、高温、深冷、高粘度、易结晶、闪蒸、汽蚀、高压差等状况下工作，使用条件恶劣。生产事故:如果执行器选择或应用不当，往往会给生产过程自动化带来困难。在许多场合下，会导致自动控制系统的控制质量下降、控制失灵，甚至因介质的易燃、易爆、有毒，而造成严重的生产事故。正确选用:为此，对于执行器的以及安装、维修等各个环节，必须给予足够

2、的注意。（1）气动调节阀：以压缩空气为动力源，输入信号 0.02Mpa0.1Mpa。 优点：结构简单、动作可靠稳定、输出力大、安 装维修方便、价格便宜和防火防爆 缺点：响应时间大，信号不适于远传（2）电动调节阀：以电为动力源，输入信号为4-20mADC。 优点：动作较快、能源获取方便、特别适于远距离的信号传送. 缺点：输出力较小、价格贵一般只适用于防爆要求不高的场合。（3）液动调节阀：以高压液体为动力源，推力最大；但安装、维护麻烦，使用不多。2、执行器按照工作所用能源形式可分为：3、执行器的构成 执行器由执行机构和调节机构（又称为控制阀）两个部分组成。执行机构F，L（M，）调节机构被控介质流量

3、（流量截面积）执行器的构成框图执行机构：是执行器的推动装置，它根据输入控制信号的大小，产生相应的输出力F（或输出力矩M）和位移（直线位移或角位移），推动调节机构动作。调节机构：是执行器的调节部分，在执行机构推力的作用下，调节机构产生一定的位移或转角，直接调节流体的流量。 执行器还可以配备一定的辅助装置，常用的辅助装置有阀门定位器和手操机构。 阀门定位器利用负反馈原理改善执行器的性能，使执行器能按控制器的控制信号，实现准确定位。 手操机构用于人工直接操作执行器，以便在停电或停气、控制器无输出或执行机构失灵的情况下，保证生产的正常进行。第一节 电动执行器一、概述 电动执行器接受来自电动控制器输出的

4、4-20mADC信号，并将其转换成为适当的力或力矩，去操纵调节机构，从而达到连续调节生产过程中有关管路内流体的流量。电动执行器（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。图4-1 电动执行器框图 电动执行器由伺服放大器和执行机构两部分组成。执行机构又包括两相伺服电动机、减速器和位置发送器。 工作过程：伺服放大器将输入信号和反馈信号相比较，得到偏差信号e，并将e进行功率放大（当e0时，伺服放大器的输出驱动伺服电机正转，反之，伺服电机反转），再经减速器减速后，带动输出轴改变

5、转角，输出轴不同位置经位置发送器转换成相应的反馈电流，反馈到伺服放大器的输入端使e减小。当e=0时，伺服放大器无输出，伺服电机才停止运转，输出轴也就稳定在输入信号相对应的位置上。 伺服放大器有三个输入通道和一个反馈通道，可以同时输入三个输入信号和一个反馈信号，以满足复杂控制系统的要求。 一般简单控制系统中只用一个输入通道和一个反馈通道。 前置放大器是一个增益很高的放大器，将来自控制器的输入信号和位置反馈信号在放大器中进行比较，放大器把偏差信号进行放大，根据输入信号与反馈相减后偏差的正负，控制两个晶体管触发电路中一个工作，一个截止。使主回路的可控硅导通，两相伺服电动机接通电源而旋转，从而带动调节

6、机构进行自动控制。两相电机伺服驱动电路 线圈、 CF例 a（+）b（-）时 触发电路1工作 SCR1导通c、d间短接线圈 电机正转220V通路 90 相移（2） 执行机构 执行机构由两相交流伺服电机、位置发送器和减速器组成。A、伺服电机 伺服电机是电动调节阀的动力部件，其作用是将伺服放大器输出的电功率转换成机械转矩。 图4-6 气动执行器 气动薄膜式执行机构由膜片、推杆和平衡弹簧等部分组成。它通常接受0.2105-1.0105的标准压力信号，经膜片转换成推力，克服弹簧力后，使推杆产生位移。 动作方式分为正作用和反作用两种形式。当输入气压信号增加时推杆向下移动称正作用；当输入气压信号增加时推杆向

7、上移动称反作用。气动执行机构的输出是位移，输入是压力信号，平衡状态时，它们之间的关系称为气动执行机构的静态特性，即： 式中：P-执行机构输入压力； A-膜片的有效面积； K-弹簧的弹性系数； L-执行机构的推杆位移。(2)控制阀的选择 调节机构就是阀门，是一个局部阻力可以改变的节流元件。根据不同的使用要求，阀门的结构型式很多。 （1） 直通单座阀结构简单、泄漏量小。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。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（2） 直通双座阀 阀体内有两个阀芯和阀座

8、。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。 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。（3）蝶阀(翻板阀) 结构简单、重量轻、流阻极小，但泄漏量大。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。（4）三通阀 有三个出入口与工艺管道连接。适用于三个方向流体的管路控制系统和配比控制系统。（5）隔膜阀 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

9、质的控制，也能用于高粘度及悬浮颗粒状介质的控制。 （6）角形控制阀两个接管呈直角形，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。 （2）控制阀流量特性的选择 按照过程控制系统的要求，确定工作流量特 性，再根据流量特性曲线畸变程度及工艺要求和工艺配管情况，确定理想流量特性。a、固有（理想）流量特性 在将控制阀前后压差固定时得到的流量特性称为固有流量特性。它取决于阀芯的形状。b、调节阀的工作流量特性 实际使用时，调节阀装在具有阻力的管道系统中。管道对流体的阻力随流量而变化，阀前后压差也是变化的，这时流量特性会发生畸变。(3

10、)控制阀作用方式的选择 执行器的执行机构有正作用式和反作用式两种，控制阀有正装和反装两种。执行机构： 正作用：当输入信号增大时，执行机构推杆向下运动。 反作用：当输入信号增大时，执行机构推杆向上运动。控制阀：正装和反装阀芯下移时，阀芯与阀座间的流通截面积增大阀芯下移时，阀芯与阀座间的流通截面积减小执行器的作用方式可分为气开和气关两种形式。 气开阀是随着信号压力的增加而阀门开度增大，无信号时，阀处于全关状态； 气关阀是随着信号压力的增加阀门逐渐关闭，无信号时，阀处于全开状态。图 4-8 执行器组合方式 a)气关 b)气开 c)气开 d)气关序 号执行机构阀体气动控制阀a正正（正）气关b正反（反）

11、气开c反正（反）气开d反反（正）气关 给水阀燃气阀蒸汽例如： 选择蒸汽锅炉的控制阀门时，为保证失控状态下锅炉的安全： 给水阀应选气关式 燃气阀应选气开式阀门气开气关式的选择原则：当控制信号中断时，阀门的复位位置能使工艺设备处于安全状态。 对于一个控制系统来说，究竟选择气开作用方式还是气关作用方式要由生产工艺要求来决定。一般来说，要根据以下几条原则来进行选择。 i、从生产的安全出发 ii、从保产品质量考虑 iii、从降低原料和动力的损耗考虑 iv、从介质特点考虑（4）控制阀口径的选择 为保证工艺的正常进行，必须合理选择调节阀的尺寸。如果调节阀的口径选得太大，使阀门经常工作在小开度位置，造成调节质

12、量不好。如果口径选得太小，阀门完全打开也不能满足最大流量的需要，就难以保证生产的正常进行。 调节阀的口径决定了调节阀的流通能力。 调节阀的流通能力用流量系数Kv值表示。根据实际的工艺流量和管道压力换算出C值后，查阀门手册确定口径。3、阀门定位器 阀门定位器是气动调节阀的辅助装置，与气动执行机构配套使用。作用：改善调节阀的定位精度和灵敏度工作原理：负反馈 工作过程：阀门定位器将来自控制器的控制信号（I或P），成比例地转换成气压信号Pa输出至执行机构，使阀杆产生位移，其位移量通过机械机构反馈到阀门定位器，当位移反馈信号与输入的控制信号相平衡时，阀杆停止动作，调节阀的开度与控制信号相对应。 4、电/气转换器 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。 电/气转换器：为了使气动调节阀能够接收电动调节器的输出信号，必须把标准电流信号转换为标准气压信号。电/气转换器作用： 将420mA的电流 信号转换成20100 KPa的标准气压信号。 I 吸力Fi 杠杆偏转 挡板与喷嘴间隙 背压 放大器输入 输出压力P 杠杆的反馈力Ff 杠杆平衡 PI工作原理：负反馈磁铁调零FiFf背压I杠杆上端右移挡板靠近喷嘴 P