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1、2023/4/20,轮机自动化(1),轮机自动化(1),轮机自动化(1),轮机自动化基础,自动化控制系统的性能要求,轮机自动化(1),轮机自动化基础,控制对象的特性调节器的控制规律,轮机自动化(1),自动化仪表（14学时）自动控制系统（16学时）集中监视与报警系统（12学时）主机遥控（20学时）实验（10学时）,本课程的主要内容,轮机自动化(1),主要的参考文献,徐善林、崔庆渝编，轮机自动化，人民交通出版社郑凤阁编，轮机自动化，大连海事大学出版社上海交通大学，,轮机自动化(1),第二章 自动化仪表,第一节 基础知识第二节 气动变送器第三节 气动显示仪表第四节 气动调节器第五节 气动执行器,轮机
2、自动化(1),第一节 基础知识,一、自动化仪表的分类,三、气动仪表的基本元部件,四、气动仪表的组成原理,二、自动化仪表的主要品质指标,轮机自动化(1),一、自动化仪表的分类,按能源分：电动、气动、液动按功能分：检测、显示、调节、执行按结构形式分：基地式 单元组合式：标准信号 气动：0.02MPa0.1MPa 电动：4mA20mA DC,轮机自动化(1),二、自动化仪表的主要品质指标,1、仪表的误差,2、仪表的灵敏度,3、仪表的稳定性,轮机自动化(1),1.1 绝对误差 检测仪表的指示值X与被测量真值X t之间存在的差值称为绝对误差。表示为：=|XX t|由于真值是无法得到的理论值。实际计算时，
3、可用精确度较高的标准表所测得的标准值X0代替真值X t，表示为：=|XX 0|仪表在其标尺范围内各点读数的绝对误差中最大的绝对误差称为最大绝对误差max。,轮机自动化(1),1.2 相对误差 相对误差是指仪表的绝对误差和检测仪表的指示值之比的百分数。表示为：相对误差=（/指示值）*100%相对误差的大小可以反映仪表的测量准确度,轮机自动化(1),1.3 基本误差和附加误差 基本误差是一种简化的相对误差，又称引用误差或相对百分误差。定义为：,而：仪表量程=测量上限测量下限仪表的基本误差表明了仪表在规定的工作条件下测量时，允许出现的最大误差。由外界条件变化引起的误差成为附加误差,轮机自动化(1),
4、1.4 精确度（精度）为了便于量值传递，国家规定了仪表的精确度（精度）等级系列。如0.5级，1.0级，1.5级等。仪表精度的确定方法：将仪表的基本误差去掉“”号及“”号，套入规定的仪表精度等级系列。,例如某台仪表的基本误差为1.0，则确认该表的精确度等级符合1.0级；如果某台仪表的基本误差为1.3，则该表的精确度等级符合1.5级。,轮机自动化(1),例1 某台测温仪表的测温范围为 100700，校验该表时测得全量程内最大绝对误差为5，试确定该仪表的精度等级。解：该仪表的基本误差为：,将该表的去掉“十”号与“”号，其数值为0.625。由于国家规定的精度等级中没有0.625级仪表，而该仪表的误差超
5、过了0.5级仪表所允许的最大绝对误差。故：这台测温仪表的精度等级为1.0级。,轮机自动化(1),例2 某台测压仪表的测压范围为 08MPa。根据工艺要求，测压示值的误差不允许超过0.05 MPa，问应如何选择仪表的精度等级才能满足以上要求？解：根据工艺要求，仪表的允许基本误差为：,去掉“”和“”号后，0.625介于0.51.0之间。若选精度为1.0级的仪表，其允许的最大绝对误差为0.08 MPa。超过了工艺允许的数值。故：应选择0.5级的表。,轮机自动化(1),目前，我国生产的仪表常用的精确度等级有0.005，0.02，0.05，0.1，0.2，0.4，0.5，1.0，1.5，2.5等。精度等
6、级数值越小，就表征该仪表的精确度等级越高，也说明该仪表的精确度越高。0.05级以上的仪表，常用来作为标准表；工业现场用的测量仪表，其精度大多为0.5级以下。仪表的精度等级一般用符号标志在仪表面板上。如,轮机自动化(1),1.5 回差,在外界条件不变的情况下，同一仪表对被测量进行往返测量时（正行程和反行程），产生的最大差值与测量范围之比称为变差。,造成变差的原因:传动机构间存在的间隙和摩擦力;弹性元件的弹性滞后等。,轮机自动化(1),2、灵敏度和分辨率 灵敏度表示指针式测量仪表对被测参数变化的敏感程度，常以仪表输出（如指示装置的直线位移或角位移）与引起此位移的被测参数变化量之比表示：,灵敏限表示
7、指针式仪表在量程起点处，能引起仪表指针动作的最小被测参数变化值。,S 仪表灵敏度；Y 仪表指针位移的距离（或转角）；X 引起Y的被测参数变化量。,轮机自动化(1),分辨率表示仪表显示值的精细程度。万分之一。数字仪表的显示位数越多，分辨率越高。分辨力是指仪表能够显示的、最小被测值。如一台温度指示仪，最末一位数字表示的温度值为0.1，即该表的分辨力为0.1。,对于数字式仪表，则用分辨率和分辨力表示灵敏度和灵敏限。,轮机自动化(1),3 仪表的稳定性,在相同的外界条件下，仪表对同一个测量点多次测量结果的稳定程度。仪表精度固然是一个重要指标，但在实际使用中，往往更强调仪表的稳定性和可靠性,轮机自动化(
8、1),4、响应时间当用仪表对被测量进行测量时，被测量突然变化以后，仪表指示值总是要经过一段时间后才能准确地显示出来。这段时间称为响应时间。,响应时间的计算：从输入一个阶跃信号开始，到仪表的输出信号（即指示值）变化到新稳态值的95所用的时间。,以上是检测仪表常用的性能指标。,轮机自动化(1),三、气动仪表的基本元部件,1、弹性元件,2、节流元件,3、气容,4、阻容组件,5、喷嘴挡板机构,6、气动功率放大器,压力基础知识简介,轮机自动化(1),压力检测及仪表 压力是工业生产中的重要工艺参数之一。如在化工、炼油等生产工艺中，经常会遇到压力，包括高压、超高压和真空度（负压）的测量。,压力检测的方法 工
9、程上习惯把垂直作用于作用单位面积上的力称为“压力”。即 P=F/S,轮机自动化(1),压力的单位是“帕斯卡”1Pa=1N/m2 1MPa=106Pa1工程大气压=1kg/cm2=9.80665104Pa 0.1MPa,工程中压力的表示方式有：表压、负压（真空度）、差压、绝对压力。,工业中所用仪表的压力指示值，大多数为表压和差压。,轮机自动化(1),p差压=p被测压力1-p被测压力2,表压、绝对压力、负压（真空度）、差压之间的关系：,p表压=p绝对压力-p大气压力,p真空度=p大气压力-p绝对压力,压力测量仪表品种很多，按照其转换原理的不同，大致可分为四大类。,轮机自动化(1),常用的弹性元件有
10、5种：,（1）单圈弹簧管 将截面为椭圆形的金属空心管弯成270圆弧形，顶端封口，当通入压力 p 后，它的自由端就会产生位移。,测压范围较宽，可高达1000MPa。,轮机自动化(1),（2）多圈弹簧管 为了在测低压时增加位移，可以将弹簧管制成多圈状。,（3）膜片 用金属或非金属材料做成的具有弹性的圆片（有平膜片和波纹膜片）。在压力作用下，其中心产生变形位移。可测低压。,（4）膜盒 将两张金属膜片沿周口对焊，内充硅油。使膜片增加强度。,轮机自动化(1),(5)波纹管位移最大，可测微压（1MPa)。,轮机自动化(1),弹性元件,刚度灵敏度弹性敏感元件的有效面积弹性敏感元件的信号传递作用,图2-2,轮
11、机自动化(1),节流元件,恒节流孔变节流孔气阻,线性气阻非线性气阻,恒气阻可调气阻变气阻,轮机自动化(1),气容,气室储存空气量能力的大小,两边积分,两边拉式变换,轮机自动化(1),阻容组件,节流通室,气阻和气容组合件,轮机自动化(1),节流通室,比例,轮机自动化(1),节流盲室,T=RC,一阶惯性,轮机自动化(1),轮机自动化(1),比例惯性环节,弹性气容，二通道作用于盲室,轮机自动化(1),喷嘴挡板机构？,结构？,输入？输出？D=（4-6）d？工作原理？,轮机自动化(1),静特性：稳定工况下，背压室压力pD与挡板开度h之 间对应的关系,全关 h=0全开 全关全开（h=（1/4）D）,比例,
12、轮机自动化(1),改进：负压喷嘴挡板,结构特点？静特性？,轮机自动化(1),气动功率放大器,A,D,C,B,输入,气源,气动功率放大器,有什么结构组成,工作原理？,轮机自动化(1),放大倍数K2受什么因素影响？，如何调整起步压力？,起步压力27-33kPa,阶段1：膜片有位移，阀杆无位移阶段2：都无位移阶段3：膜片和阀杆同时位移,s0,轮机自动化(1),四、气动仪表的组成原理,1、放大环节,2、反馈环节,3、比较环节,图3-14 气动仪表的构成原理,轮机自动化(1),喷嘴挡板机构功率放大器,放大环节,轮机自动化(1),起步压力调整,轮机自动化(1),例：由喷嘴挡板机构和气动功率放大器组成的二级
13、功率放大器，已知气动功率放大器的放大倍数为16，求喷嘴挡板机构的压力输出范围,解：因为气动功率放大器的输出气压为（0.020.1MPa）所以喷嘴挡板机构的气压输出范围为,轮机自动化(1),反馈环节：信号的运算,轮机自动化(1),负反馈：当放大倍数足够大时，消除主回路的非线性影响因素，补偿干扰引起的误差，提高仪表的精度；采用不同的反馈回路，可以很方便的实现不同的调节规律。节流通室：比例调节节流盲室：积分调节比例惯性环节：微分调节,轮机自动化(1),比较环节：信号的综合和比较,位移平衡式：将信号转换成位移，按位移平衡原理在一根不定支点转动的杠杆上进行比较，其位移差就是挡板的位移变化量。力平衡式：将
14、信号转换成力的形式出现在比较环节上，按力平衡原理进行比较，所得的不平衡力经弹性元件转换成挡板位移，作为气动放大器的输入信号。力矩平衡式：将信号转换成力矩的形式，按力矩平衡原理在一根定支点转动的杠杆上进行比较，将不平衡力矩转换成挡板位移。,轮机自动化(1),轮机自动化(1),第二节 气动变送器,一、气动差压变送器的结构和工作原理,三、调零和调量程,四、迁移原理,二、差压变送器的特性分析,五、差压变送器使用时的保护,六、常见的故障分析及排除,轮机自动化(1),变送器,定义：连续测量被测参数并将其转变为统一信号的仪表,分类：能源，被测参数，采用电子元件,结构：测量+气动转化两部分，测量部分因被测参数
15、、敏感元件不同而有所不同，但气动转化部分相同,气动差压变送器,轮机自动化(1),一、气动差压变送器的结构和工作原理,结构（1）测量部分 把被测的差压信号转换成挡板的微小位移,轮机自动化(1),一、气动差压变送器的结构和工作原理,（2）气动转换部分 把测量部分输出的挡板微小位移转换成0.02MPa0.1MPa的气压信号作为差压变送器的输出,图3-20,（3）力矩平衡原理,工作原理,轮机自动化(1),二、差压变送器的特性分析,F反、E和l3都是固定不变的可调S0，使,轮机自动化(1),反馈波纹管l2 K 量程；,反馈波纹管l2 K 量程。,F测 K 量程；,F测 K 量程。,轮机自动化(1),每次
16、投入工作前，都需要调零和调量程调零：调量程：,三、调零和调量程,=,反馈波纹管l2 K 量程；,反馈波纹管l2 K 量程。,轮机自动化(1),例：假定P的最大变化范围是01000mmH20的调零和调量程1.让正负压室均通大气，使P=0，观察变送器输出压力是否为0.02MPa，若不是，拧动迁移（调零）弹簧，使P出=0.02MPa。逐渐增大正压室压力，使P出=0.1MPa，观察正压室压力是否为1000mmH20，若小于它，说明量程小了，则松开量程支点的锁紧螺母，上移支点，反之亦然。3.重新调零、调量程，直到零点和量程准确为止。,轮机自动化(1),所谓迁移，是指根据实际需要将变送器量程的起点从零迁到
17、某一数值。迁移后，量程的起点和终点都改变，但量程保持不变。以测量锅炉水位为例说明其迁移原理。,四、迁移原理,轮机自动化(1),轮机自动化(1),轮机自动化(1),例：假定蒸汽锅炉的压力范围为0.6-1 MPa,不用零点迁移00.02；1-0.1,用零点量程迁移 0.6-0.02；1-0.1,轮机自动化(1),温度变送器的零点迁移和量程调整,量程迁移的优点：1.适应不同测量范围的要求2.提高精度和灵敏度(1-0.6)1%=0.004(1-0)1%=0.01,轮机自动化(1),五、差压变送器使用时的保护,变送器阀组,注意事项1、首先接通气源2、零点、量程、迁移量调节3、变送器阀组投运注意事项,轮机
18、自动化(1),气源日常维护喷嘴挡板功率放大器,轮机自动化(1),六、常见的故障分析及排除,变送器没有输入，但输出压力达最大值的故障变送器有输入，但无输出或输出达不到0.1MPa变送器无输入，但输出不为0.02 MPa零点漂移差压变送器有输出信号，但很迟钝或达不到满值的故障输出压力波动,轮机自动化(1),1、没有测量信号但输出压力达最大值的故障原因处理方法 1、减压阀输出压力过大修理或更换减压阀 2、喷嘴沾污处理干净 3、气源与输出管线相通遥控板切换前阀漏，需更换 4、气源与输出管线接错重接 5、膜盒上弹簧片变形拆下来矫正或更换,轮机自动化(1),2、分析处理气动差压变送器没有差压时，输出降不到
19、零点（20KPa）的故障原因处理方法 1、喷嘴堵疏通 2、排气嘴堵疏通 3、由于零点弹簧失去垂直位置或由于弹簧承受扭力大重新调整4、膜盒变形更换膜盒,轮机自动化(1),3、分析处理气动差压变送器有输出信号，但很迟钝或达不到满值的故障原因处理方法1、输出管道泄漏老化的胶质管线要更换2、负载容量太大推动大容量负载时，要加中间继动器3、减压阀流量不足清洗或更换减压阀4、膜盒上弹簧片损坏矫正弹簧片或更换5、膜盒漏油更换膜盒,轮机自动化(1),4、分析气动差压变送器产生零点漂移的原因并处理原因处理方法1、喷嘴挡板沾污擦拭清洗2、顶针螺钉松动用小板手、小旋具锁紧3、输出管道、反馈回路漏气更换管道或波纹管4
20、、膜盒漏油更换膜盒,轮机自动化(1),5分析处理气动差压变送器输出特性不好变差大的故障原因处理方法1、喷嘴挡板沾污擦拭清洗2、放大器反馈或背压器漏气堵漏或更换零件3、膜盒或毛细管漏油更换膜盒，彻底堵塞毛细管的漏动4、膜盒上弹簧片变形拆下来校正，重新装配5、气源流量不足，压力不稳清洗减压阀6、放大器线性不好清洗放大器或更换零件,轮机自动化(1),6分析处理气动差压变送器输出压力不能稳定在一点上，一碰就降到零，再一碰就超过满度的故障原因处理方法1、反馈回路堵塞或严重漏气更换胶管或波纹管2、调量程支架与机架脱节重新装配,轮机自动化(1),轮机自动化(1),轮机自动化(1),轮机自动化(1),轮机自动
21、化(1),实验安排,轮机自动化(1),气动差压变送器的调校,下周二（3月15日早晨8：15开始）轮机0858：15开始做实验轮机0868：40轮机0879：05轮机0889：30了解实验原理，听从实验室老师的安排，爱护实验设备，尽量观察或者细微调整不要迟到,轮机自动化(1),第四节 气动显示仪表,QXZ型色带指示仪的优点：1.采用力矩平衡原理2.读数方便，显示形式鲜明，便于远观外形尺寸小，便于高密度安装，集中控制采用射流报警，结构简单，精度高，性能可靠,测量机构：力矩平衡原理指示部分报警机构：气体射流原理,轮机自动化(1),轮机自动化(1),色带指示仪的调整,1、零位调整,2、量程调整,3、报
22、警值调整,2、量程调整,4、阻尼器阻尼值的调整,轮机自动化(1),弹簧管压力表的品种规格繁多。按其用途不同，有普通弹簧管压力表、耐腐蚀的氨用压力表、禁油的氧气压力表等。但它们的外形与结构基本相同，只是所用的弹簧管材料有所不同。,弹簧管压力表,轮机自动化(1),弹簧管压力表的结构原理,1-弹簧管,2-拉杆,3-扇形齿轮,4-中心齿轮,5-指针,6 面板,7 游丝,8 调整螺钉,9 接头,弹簧管是一根弯成270圆弧的椭圆截面的空心金属管，管子的自由端B封闭，并连接拉杆及扇形齿轮，带动中心齿轮及指针。,轮机自动化(1),在被测压力 p 的作用下，弹簧管的椭圆形截面趋于圆形，圆弧状的弹簧管随之向外扩张
23、变形。自由端B的位移与输入压力p成正比。通过拉杆、齿轮的传递、放大，带动指针偏转。,基本测量原理,轮机自动化(1),传递及放大过程,游丝7用来压紧扇形齿轮和中心齿轮间的接触面。,自由端B的位移,拉杆2,扇形齿轮3,中心齿轮4,同轴的指针5转动,在面板6的刻度标尺上指示出被测压力p的数值,调整螺钉8的位置，即改变了机械传动系数，调整了仪表量程。,轮机自动化(1),测压关系：自由端的相对角位移/o 与被测压力P成正比。,/o=KP,K常数,生产中，常需要把压力控制在某一范围内。要求当压力超出给定范围时，测量仪表能发出信号，以提醒操作人员，或启动继电器实现压力的自动控制。这就要求压力表带有报警或控制
24、输出。,轮机自动化(1),电接点压力表在普通弹簧管压力表的基础上稍添部件，便可成为电接点信号压力表。,增加两个报警针，上面分别装静触点1和4，指示针上装动触点2。分别用软导线引至输出接线柱。,使用时可后接两个信号灯或继电器3、5。,轮机自动化(1),报警原理：若压力降到下限值时，动触点2与静触点1接触，接通了信号灯3的电路。当压力超过上限值时，动触点2和静触点4接触，信号灯5的电路被接通。,轮机自动化(1),差压边送器的应用,表压，气源,轮机自动化(1),第三节 气动调节器,一、QXZ-405-C型PI调节器,四、通用型比例积分微分调节器,三、NAKAKITA型PID调节器,五、调节器参数的整
25、定,二、QPZ-型气动微分器,轮机自动化(1),一、QXZ-405-C型PI调节器,结构比较部分放大部分反馈部分工作原理气源,测量顺时针旋转 喷嘴挡板间距 背压 P出 逆时针旋转实现比例作用的暂态平衡,轮机自动化(1),轮机自动化(1),P出在积分作用下持续，如果偏差一直存在，将会出现积分饱和；如果在P出的调节下（控制阀），使得被控变量，最终实现,轮机自动化(1),反馈3个回路；对反馈回路进行化简,轮机自动化(1),Kp可以通过调节Rp实现，Ti=RiCi积分时间可以通过Ri进行调整,因为 1,轮机自动化(1),二、QPZ-气动微分调节器,结构比较部分放大部分反馈部分工作原理P出比例积分调节的
26、测量波纹管最终实现 pK=p出=pL,轮机自动化(1),结论P出比例积分调节的测量波纹管最终实现 pK=p出=pL比例度为1，调整微分阀的开度，可以调整微分器的微分时间,RdPL上升的慢微分作用时间长微分作用强,轮机自动化(1),气体层流公式,气体状态方程,轮机自动化(1),气体状态方程,令,简化令,方程两边乘以,得,轮机自动化(1),忽略“1”,Td为微分时间,Kd为微分放大倍数,轮机自动化(1),一阶导数 和一阶惯性环节 串联组成,一阶导数 环节的输出,微分时间,微分放大倍数,Kd1 TdT 近似为一阶导数环节,Kd 1 TdT 近似为一阶惯性环节,Kd 大接近于理想微分特性，太大易引起震
27、荡，Kd=10,轮机自动化(1),三、NAKAKITA型PID调节器,位移平衡,收缩,靠近,轮机自动化(1),位移平衡,测量作用=比例微分负反馈作用,积分作用消除差测量值=给定值,轮机自动化(1),微分阀开度小，气阻大，微分时间长，微分作用强,积分阀开度大，气阻小，积分时间短，积分作用强,偏心比例带调节盘上移 开度变化大 比例带小 下移 开度变化小 比例带大,给定值增大分析,轮机自动化(1),四、通用型比例积分微分调节器,结构比较部分放大部分反馈部分,轮机自动化(1),四、通用型比例积分微分调节器,轮机自动化(1),四、通用型比例积分微分调节器,轮机自动化(1),四、通用型比例积分微分调节器,
28、轮机自动化(1),五、调节器参数的整定,调节器参数对系统动态过程的影响,图3-27,增大 和：控制作用减弱，控制过程更加稳定减小 和：控制作用增强，降低过程的稳定性 的影响比 大,轮机自动化(1),调节器参数的工程整定方法在控制系统设计或安装完毕后，被控对象、测量变送器和执行器这三部分的特性就完全确定了，不能任意改变。只能通过控制器参数的工程整定，来调整控制系统的稳定性和控制质量。控制器参数的整定，就是按照已定的控制方案，求取使控制质量最好的控制器参数值。具体来说，就是确定最合适的控制器比例度P、积分时间TI，和微分时间TD。,轮机自动化(1),就是通过一定的方法和步骤，确定系统处于最佳过渡过
29、程时，控制器比例度P、积分时间TI，和微分时间TD。所谓的最佳就是在一定的评价标准下得到的，通用的标准为衰减比4：1，10：1。在这个前提下，尽量满足准确性和快速性要求，即绝对误差积分时间最小，这时系统不仅具有适当的稳定性和快速性，而且又便于人工操作和管理。习惯上把满足这一衰减过程的调节器参数称为最佳参数,轮机自动化(1),控制器参数整定的方法很多，主要有两大类，一类是理论计算的方法，另一类是工程整定法。理论计算的方法是根据已知的各环节特性及控制质量的要求，通过理论计算出控制器的最佳参数。这种方法由于比较繁琐、工作量大，计算结果有时与实际情况不甚符合，故在工程实践中长期没有得到推广和应用。工程
30、整定法是在已经投运的实际控制系统中，通过试验或探索，来确定控制器的最佳参数。这种方法是工艺技术人员在现场经常使用的。,轮机自动化(1),6.4.1稳定边界法（临界比例度法）属于闭环整定方法，根据纯比例控制系统临界振荡试验所得数据（临界比例度Pm和振荡周期Tm），按经验公式求出调节器的整定参数。（1）置调节器Ti，Td=0，比例度P 较大值，将系统投入运行。,（2）逐渐减小P，加干扰观察，直到出现等幅减振荡为止。记录此时的临界值Pm和Tm。,轮机自动化(1),经验公式虽然是在实验基础上归纳出来的，但它有一定的理论依据。就以表中PI调节器整定数值为例，可以看出PI调节器的比例度较纯比例调节时增大，
31、这是因为积分作用产生一滞后相位，降低了系统的稳定度的缘故。,根据Pm和Tm，按经验公式计算出控制器的参数整定值。,轮机自动化(1),稳定边界方法在下面两种情况下不宜采用：临界比例度过小时，调节阀容易游移于全开或全关位置，对生产工艺不利或不容许。例如，一个用燃料油加热的炉子，如果阀门发生全关状态就要熄火。工艺上的约束条件严格时，等幅振荡将影响生产的安全。衰减曲线法 也属于闭环整定方法，但不需要寻找等幅振荡状态，只需寻找最佳衰减振荡状态即可。,轮机自动化(1),方法：（1）把调节器设成比例作用（Ti=，Td=0），置于较大比例度，投入自动运行。（2）在稳定状态下，阶跃改变给定值（通常以5%左右为宜
32、），观察调节过程曲线。（3）适当改变比例度，重复上述实验，到出现满意的衰减曲线为止。,记下此时的比例度Ps及周期Ts。n=10:1时，记Ps及Ts,轮机自动化(1),（4）按表6-2（n=4:1）或按表6-3（n=10:1）求得各种调节规律时的整定参数。,表6.2 衰减比为4:1时，整定参数计算表,表6.3 衰减比为10:1时，整定参数计算表,轮机自动化(1),响应曲线法属于开环整定方法。以被控对象控制通道的阶跃响应为依据，通过经验公式求取调节器的最佳参数整定值。方法：不加控制作用，作控制通道特性曲线。,轮机自动化(1),根据实验所得响应曲线，找出广义对象的特性参数K0、T0、0，用表6-4的
33、经验公式求整定参数。,此方法在不加控制作用的状态下进行，对于不允许工艺失控的生产过程，不能使用。,轮机自动化(1),理论依据：广义被控系统以滞后的一阶惯性来表示,系统出现临界比例度Pm和临界震荡频率m时,考虑到临界震荡频率m处|T0jm|1,轮机自动化(1),由相位条件可知,由幅值条件可知,考虑到误差，且简便起见,轮机自动化(1),经验法 凭经验凑试。其关键是“看曲线，调参数”。在闭环的控制系统中，凭经验先将控制器参数放在一个数值上，通过改变给定值施加干扰，在记录仪上观察过渡过程曲线，根据P、TI、TD对过渡过程的影响为指导，对比例度P、积分时间TI和微分时间TD逐个整定，直到获得满意的曲线为
34、止。,经验法的方法简单，但必须清楚控制器参数变化对过渡过程曲线的影响关系。在缺乏实际经验或过渡过程本身较慢时，往往较为费时。,轮机自动化(1),控制器参数对控制过程的影响：,振荡逐渐加剧,P,P,P,P,P,u,u,u,u,u,u,u,u,t,t,t,u,t,TD=0,TD较小,TD合适,TD太大,轮机自动化(1),经验法整定方法一：,1、调比例：P由大到小，到满意曲线2、调PI,比例度放大10-20%,积分时间衰减率 4：13、调PID，比例度缩小，积分时间缩小，微分时间,经验法整定方法二：,1、按照表6-5确定Ti，取Td=（1/3-1/4）Ti，然后从大到小调P2、如果Ti和Td不合适，
35、重新选择并测试到满意衰减曲线,轮机自动化(1),注意：同一个系统，最佳整定参数可能不是唯一的。不同的PID参数组合，有时会得到极为相近的控制结果。例如某初馏塔塔顶温度控制系统，控制器采用以下两组参数时：P 15 TI 7.5min P 35 TI 3 min系统都得到10:1的衰减曲线，超调量和过渡时间基本相同。,轮机自动化(1),常用的工程整定方法,临界比例带法：属于闭环整定方法，根据纯比例控制系统临界振荡试验所得数据（临界比例度Pm和振荡周期Tm），按经验公式求出调节器的整定参数。衰减曲线法：也属于闭环整定方法，但不需要寻找等幅振荡状态，只需寻找最佳衰减振荡状态即可。反应曲线法：属于开环整
36、定方法。以被控对象控制通道的阶跃响应为依据，通过经验公式求取调节器的最佳参数整定值。经验法（试凑法）：凭经验凑试。其关键是“看曲线，调参数”,轮机自动化(1),6.4.5 几种整定方法的比较,轮机自动化(1),衰减曲线法经验公式,临界比例带法经验公式,轮机自动化(1),反应曲线法经验公式,轮机自动化(1),经验法整定参数范围,轮机自动化(1),气动调节器管理注意事项,安装和器件不匹配和对称，刚度、有效面积，扭曲和并圈，不紧固参数整定气源，组成元件清洁,轮机自动化(1),轮机自动化(1),第五节 气动执行器,结构和工作原理：气动执行机构 阀门调节机构,轮机自动化(1),执行器是自动控制系统中的重
37、要组成部分，它将控制器送来的控制信号转换成执行动作，从而操纵进入设备的能量，将被控变量维持在所要求的数值上或一定的范围内。执行器有自动调节阀门、自动电压调节器、自动电流调节器、控制电机等。其中自动调节阀门是最常见的执行器，种类繁多。,轮机自动化(1),自动调节阀按照工作所用能源形式可分为：电动调节阀：电源配备方便，信号传输快、损失小，可远距离传输；但推力较小。气动调节阀：结构简单，可靠，维护方便，防火防爆；但气源配备不方便。液动调节阀：用液压传递动力，推力最大；但安装、维护麻烦，使用不多。,工业中使用最多的是气动调节阀和电动调节阀。,轮机自动化(1),气动调节阀气动调节阀是由气压信号控制的阀门
38、。,气动薄膜室,推杆,阀门,阀位指示标牌,阀杆,轮机自动化(1),气动调节阀的结构与分类气动调节阀由执行机构和控制机构（阀）两部分组成。执行机构是推动装置，它是将信号压力的大小转换为阀杆位移的装置。控制机构是阀门，它将阀杆的位移转换为流通面积的大小。,轮机自动化(1),1.执行机构 执行机构按调节器输出的控制信号，驱动调节机构动作。气动执行机构的输出方式有角行程输出和直行程输出两种。,轮机自动化(1),直行程输出的气动执行机构有两类。,气动活塞式执行机构,薄膜式执行机构,轮机自动化(1),（1）直通单座阀,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。,结构简单、泄漏量小。,2调节
39、机构 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。,轮机自动化(1),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。,轮机自动化(1),（2）直通双座阀 阀体内有两个阀芯和阀座。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。,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。,轮机自动化(1),（3）角形控制阀两个接管呈直角形，一般为底进侧出，这种阀的流路简单、对流体的阻力较小。,适
40、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。,轮机自动化(1),（4）三通控制阀 有三个出入口与工艺管道连接。流通方式有合流型（两种介质混合成一路）和分流型（一种介质分成两路）两种。适用于配比控制与旁路控制。,轮机自动化(1),（5）隔膜控制阀 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、强腐蚀性介质的控制，也能用于高粘度及悬浮颗粒状介质的控制。,轮机自动化(1),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
41、悬浮颗粒状介质的控制。,（6）蝶阀又名翻板阀。结构简单、重量轻、流阻极小，但泄漏量大。,轮机自动化(1),（7）球阀阀芯与阀体都呈球形体，阀芯内开孔。转动阀芯使之与阀体处于不同的相对位置时，就有不同的流通面积。,流量变化较快，可起控制和切断的作用，常用于双位式控制。,轮机自动化(1),（8）笼式阀阀内有一个圆柱形套筒（笼子）。套筒壁上有一个或几个不同形状的孔（窗口），利用套筒导向，阀芯在套筒内上下移动，改变阀的节流孔面积。,可调比大，不平衡力小，更换开孔不同的套筒，就可得到不同的流量特性。但不适于高粘度或带有悬浮物的介质流量控制。,轮机自动化(1),（9）凸轮挠曲阀又名偏心旋转阀。其阀芯呈扇形
42、球面状，与挠曲臂及轴套一起铸成，固定在转动轴上。,阀芯球面与阀座密封圈紧密接触，密封性好。适用于高粘度或带有悬浮物的介质流量控制。,调节阀除了结构类型的不同外，其它的主要技术参数是流量特性和口径。,轮机自动化(1),调节阀的选择 选用调节阀时，一般应考虑以下几个方面。1调节阀结构的选择 通常根据工艺条件，如使用温度、压力，介质的物理、化学特性（如腐蚀性、粘度等），对流量的控制要求等，来选择调节阀的结构形式。例如，一般介质条件选用直通单座阀或直通双座阀；高压介质选用高压阀；强腐蚀介质采用隔膜阀等。,轮机自动化(1),轮机自动化(1),V型,O型,对夹薄型,气动调节球阀,轮机自动化(1),轮机自动
43、化(1),2气开式与气关式的选择 气动调节阀在气压信号中断后阀门会复位。无压力信号时阀全开，随着信号增大，阀门逐渐关小的称为气关式。反之，无压力信号时阀全闭，随着信号增大，阀门逐渐开大称的为气开式。如气动薄膜调节阀的气开式与气关式：,轮机自动化(1),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：,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。,给水阀应选气关式燃气阀应选气开式,轮机自动化(1),3.调节阀流量特性的选择,4.调节阀口径的选择,轮机自动化(1),气动执行器的故障诊断和维修,1 阀座,2 阀芯,3 填充料,1 不起控制作用,2 调节阀动作缓慢,3 调节阀动作不稳定、震荡,4 泄露量大，密封渗漏,轮机自动化(1),小 结,自动化仪表元件、原理差压变送器气动显示仪表气动调节器气动执行器,
