第十四章執(zhí)行單元

1、14.執(zhí)行單元 1.連續(xù)量輸出執(zhí)行器 2.調(diào)節(jié)閥基本原理 3.開關(guān)量輸出執(zhí)行器 14.1.1.執(zhí)行器分類與比較 o根據(jù)所使用的能源種類，執(zhí)行器可以分為氣 動(dòng)、液動(dòng)和電動(dòng)三種。常規(guī)情況下三種執(zhí)行 器的主要特性比較如表141所示。 14.1.2.執(zhí)行器基本構(gòu)成及工作原理 o執(zhí)行器一般由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)兩部分組成。執(zhí) 行機(jī)構(gòu)是執(zhí)行器的推動(dòng)裝置，它可以按照調(diào)節(jié)器的 輸出信號(hào)量，產(chǎn)生相應(yīng)的推力或位移，對(duì)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu) 產(chǎn)生推動(dòng)作用；調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是執(zhí)行器的調(diào)節(jié)裝置，常 見的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是調(diào)節(jié)閥，它受執(zhí)行機(jī)構(gòu)的操縱，可 以改變調(diào)節(jié)閥閥芯與閥座間的流通面積，以達(dá)到最 終調(diào)節(jié)被控介質(zhì)的目的。 14.2.氣動(dòng)執(zhí)行器 o 氣動(dòng)

2、執(zhí)行器一般由氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī) 構(gòu)組成，根據(jù)應(yīng)用工作的需要，也可配上閥 門定位器或電氣轉(zhuǎn)換器等附件，完整的氣動(dòng) 執(zhí)行器工作原理圖如圖142所示。 o目前使用的氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要有薄膜式和活塞 式兩大類。 14.2.2.閥門定位器 o 閥門定位器是氣動(dòng)執(zhí)行器的輔助裝置，與氣動(dòng)執(zhí)行 機(jī)構(gòu)配套使用。它主要用來克服流過調(diào)節(jié)閥的流體 作用力，保證閥門定位在調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)要求的位 置上。 o定位器與執(zhí)行器之間的關(guān)系如同一個(gè)隨動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。 定位器接受來自調(diào)節(jié)器的控制信號(hào)和來自執(zhí)行器的 位置反饋信號(hào)，對(duì)兩者進(jìn)行比較，當(dāng)兩個(gè)信號(hào)不相 對(duì)應(yīng)時(shí)，定位器以較大的輸出驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，直至 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位移輸出與來自調(diào)節(jié)器的

3、控制信號(hào)相對(duì) 應(yīng)。此外，配置閥門定位器可增大執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出 功率，減少調(diào)節(jié)信號(hào)的傳輸滯后，加快閥桿的移動(dòng) 速度，提高位置輸出的線性度，從而保證調(diào)節(jié)閻的 正確定位。 o氣動(dòng)與電氣閥門定位器結(jié)構(gòu)示意圖 14.3電動(dòng)執(zhí)行器 o 電動(dòng)執(zhí)行器也由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)閥兩部分組成。其 中調(diào)節(jié)閥部分常與氣動(dòng)執(zhí)行器是通用的，不同的只 是電動(dòng)執(zhí)行器使用電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。電動(dòng)執(zhí)行器有角 行程和直行程兩種。 14.3電動(dòng)執(zhí)行器的閉環(huán)系統(tǒng) o伺服放大器的功能： n輸入控制器來的控制信號(hào)， n反饋輸入執(zhí)行器來的位置反饋信號(hào)， n比較放大差值信號(hào)，提供足夠的輸出驅(qū)動(dòng)功率，可調(diào)整最小非 工作區(qū)域， n輸出方向性（正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)）的電機(jī)觸

4、發(fā)信號(hào)， n可控硅觸發(fā)交流開關(guān)，可驅(qū)動(dòng)伺服可逆電機(jī)，控制執(zhí)行器的運(yùn) 動(dòng)方向。 o伺服電機(jī)的功能： n輸入伺服放大器來的交流觸發(fā)控制信號(hào)， n可正反兩個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，即可逆驅(qū)動(dòng)， n輸出足夠大的力矩，帶動(dòng)執(zhí)行器運(yùn)動(dòng)到指定位置。 o位置反饋裝置的功能： n將執(zhí)行器運(yùn)動(dòng)的實(shí)際位值真實(shí)地反饋到伺服放大器，保證執(zhí)行 器的工作準(zhǔn)確到位。 o伺服放大器工作原理示意圖 14.4.1調(diào)節(jié)閥 o14.4.1.調(diào)節(jié)閥工作原理 14.4.2調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)及分類 o 調(diào)節(jié)閥的品種很多。根據(jù)上閥蓋的不同結(jié)構(gòu)形式可 分為普通型、散熱片型、長(zhǎng)頸型以及波紋管密封型， 分別適用于不同的使用場(chǎng)合。 o 根據(jù)不同的使用要求，調(diào)節(jié)閥具有不同的

5、結(jié)構(gòu)， 在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用較廣的主要包括： n直通雙座調(diào)節(jié)閥、直通單座調(diào)節(jié)閥、 n角型調(diào)節(jié)閥、 n高壓調(diào)節(jié)閥、（高靜壓，高差壓差場(chǎng)合） n隔膜閥、蝶閥、球閥、凸輪撓曲閥、 n套筒調(diào)節(jié)閥、三通調(diào)節(jié)閥、 n小流量調(diào)節(jié)閥（流通能力0.0012-0.05） 14.4.3.調(diào)節(jié)閥的流量特性 o 調(diào)節(jié)閥的流量特性 是指被控介質(zhì)流過 閥門的相對(duì)流量和 閥門相對(duì)開度之間 的關(guān)系，即 14.4.3.調(diào)節(jié)閥的流量特性 o直線特性：閥門開度與流量呈線性關(guān)系； o對(duì)數(shù)特性：閥位移動(dòng)引起的流量變化與該點(diǎn)的原有 流量成正比，即流量變化的百分比相等。又稱為等 百分比流量特性； o快開特性：小開度時(shí)流量變化大，大開度時(shí)流量變

6、化明顯減??； o拋物線特性：流量與閥門行程為拋物線關(guān)系，曲線 介于直線與對(duì)數(shù)曲線之間； o實(shí)際過程控制中常用： n對(duì)數(shù)特性調(diào)節(jié)閥有利于小流量范圍的有效調(diào)節(jié) n直線特性調(diào)節(jié)閥大開度范圍流量調(diào)節(jié)比較合適 14.4.4.調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù) o流量系數(shù)C是直接反映流體流過調(diào)節(jié)器的能力， 是調(diào)節(jié)閥的一個(gè)重要參數(shù)。流量系數(shù)C定義為 當(dāng)調(diào)節(jié)閥全開、閥兩端壓差為0.1MPa、流體 密度為1g/cm3時(shí)，每小時(shí)流過調(diào)節(jié)閥的流量 值，通常以m3/h或t/h計(jì)。 14.4.4.調(diào)節(jié)閥的流量調(diào)節(jié)特性 o調(diào)節(jié)閥的應(yīng)用特點(diǎn)： n在正常負(fù)荷下，以一定的閥門開度調(diào)節(jié)流量的大小； n一般不能在小負(fù)荷下有效調(diào)節(jié)，流量特性會(huì)明顯變差

7、；小負(fù)荷 應(yīng)有旁路調(diào)節(jié)操作； n不能作為切斷閥用，調(diào)節(jié)閥關(guān)閉也會(huì)有一小流量通過； n調(diào)節(jié)閥工作時(shí)，管路上應(yīng)打開其他閥門，保證管路上盡可能少 的節(jié)流元件，以便調(diào)節(jié)閥的流量特性得到有效發(fā)揮。 n一般調(diào)節(jié)閥均配有手動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，以便人工現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)調(diào)節(jié)閥門 開度，檢查工作特性。 o比較截止閥的應(yīng)用特點(diǎn)： n在正常情況下，截止閥全開或全管，不能調(diào)節(jié)流量的大小； n截止閥的主要作用是保證管路的通或斷； n截止閥開度處于半開狀態(tài)時(shí)，流量特性不穩(wěn)定，即閥門開度與 流量大小無一定規(guī)律可循。 5.2 基本控制規(guī)律 o控制規(guī)律：控制系統(tǒng)輸入與輸出之間的關(guān)系。 o按控制目標(biāo)分類： n限位控制：在輸出超出設(shè)定的上下限時(shí)控制

8、器 改變輸出狀態(tài)； n連續(xù)控制：根據(jù)測(cè)量值與設(shè)定值的差異（差值） 連續(xù)調(diào)整輸出（控制參數(shù)）。 一、限位控制 o控制規(guī)律 nAB斷開，低位，開啟閥門； nAC導(dǎo)通，高位，關(guān)閉閥門。 控 l控制結(jié)果： 將液位限制在BC之間。 A B C 限位控制的過渡曲線 p t y t yH yL 限位控制器電路舉例 24V DC0 A B C 控 A B C AB斷開閥門開啟 ； AC接通閥門關(guān)閉 C B 電磁閥 電動(dòng)執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)原理 伺服 放大器 伺服 電動(dòng)機(jī) 減速機(jī) 位置 發(fā)送器 輸入信號(hào) 操作器 輸出軸 離 合 器 手輪 電液執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)原理 液壓系統(tǒng) 電控系統(tǒng) 輸入信號(hào) 反饋信號(hào) 位置 發(fā)送器 輸出軸

9、 補(bǔ)充內(nèi)容:開關(guān)量控制執(zhí)行器 o實(shí)際生產(chǎn)過程中大量存在大量存在開關(guān)量控制裝置： n電動(dòng)閥門（全開/全關(guān)，帶上下限位開關(guān)） n電磁閥（常閉型：通電開通/斷電關(guān)閉） n接觸器（大電流控制開關(guān)，可帶輔助觸點(diǎn)） n繼電器（小電流控制開關(guān)） n可控硅/固態(tài)繼電器（無觸點(diǎn)開關(guān)） o開關(guān)量控制裝置的特點(diǎn)： n簡(jiǎn)單可靠 n數(shù)量大 n信號(hào)傳遞可靠性高 補(bǔ)充內(nèi)容:開關(guān)量控制執(zhí)行器應(yīng)用實(shí)例 o干燥塔循環(huán)工作自動(dòng)控制系 統(tǒng)結(jié)構(gòu) n控制器類型：PLC n執(zhí)行器類型：電磁閥 n工作方式：時(shí)序循環(huán)控制 n工藝要求：A/B兩塔交替工作 o自動(dòng)控制系統(tǒng)工作程序 nPLC輸出開關(guān)量5個(gè)，分別控 制4電磁閥，1加熱器接觸器 n工作

10、周期A： oA塔工作：Fc開，F(xiàn)a關(guān) oB塔反沖：Fb開，F(xiàn)d關(guān) o加熱器工作（溫度控制） 反沖氣加熱除濕進(jìn)B塔 n工作周期B： oB塔工作：Fb關(guān)，F(xiàn)d開 oA塔反沖：Fc關(guān)，F(xiàn)a開 o加熱器工作（溫度控制） 反沖氣加熱除濕進(jìn)A塔 nA/B塔定時(shí)切換，交替工作。 補(bǔ)充內(nèi)容:開關(guān)量控制執(zhí)行器應(yīng)用實(shí)例 o控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容： n控制輸出點(diǎn)數(shù)的確定：4電磁閥，1接觸器（加熱器）開關(guān)量； n檢測(cè)輸入點(diǎn)數(shù)的確定：加熱器出口溫度1，模擬量/開關(guān)量； n溫度測(cè)量器件選型：測(cè)量范圍，信號(hào)配置（熱電阻/熱電偶），防護(hù)等級(jí)選型， 變送器選型，與PLC信號(hào)連接要求（電流信號(hào)/電壓信號(hào)制式）等； n驅(qū)動(dòng)負(fù)載電路的配置

11、： o電磁閥工作電流/電壓選擇可控硅器件，試驗(yàn)考核； o加熱接觸器工作電流/電壓選擇可控硅器件，試驗(yàn)考核； n執(zhí)行器安裝位置，信號(hào)連接電纜敷設(shè)路徑，防護(hù)措施； nPLC控制器選型： o根據(jù)控制點(diǎn)數(shù)選擇，主控制器，輸入/輸出模塊， o模擬量信號(hào)（溫度測(cè)量）輸入模塊確定， o安裝位置，信號(hào)連接走向等 n控制器操作程序的編制和試驗(yàn)： o加熱器出口溫度設(shè)定值確定，回差值的選擇； o工作周期A/B時(shí)間的確定，切換方式的選擇（同時(shí)切換？先后順序？過渡時(shí) 間？）； o各電磁閥開關(guān)的時(shí)間順序； o溫度信號(hào)模擬量輸入范圍，超限值的確定和故障保護(hù)措施； o試驗(yàn)程序的編制和考核 n現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和試運(yùn)行考核 補(bǔ)充內(nèi)容:變頻控制器的應(yīng)用 o比較調(diào)節(jié)模式： n調(diào)節(jié)閥的節(jié)流方式節(jié)流能耗大； 工況變化大，差壓大； 受調(diào)節(jié)閥特性影響大； 操作簡(jiǎn)單，調(diào)節(jié)效果較好； n變頻電機(jī)調(diào)速方式無節(jié)流能耗，節(jié)能效果好； 工況變化平穩(wěn)； 增加變頻控制器，成本加大； 直接調(diào)節(jié)方式（電機(jī)轉(zhuǎn)速），效果好； 調(diào)節(jié)規(guī)律需配合設(shè)備負(fù)荷特性，要求較高； o新模式帶來的課題： n開發(fā)適合變頻驅(qū)動(dòng)的電機(jī)； n研究不同類型的調(diào)節(jié)設(shè)備特性，尋找良好的變頻調(diào)節(jié)規(guī) 律； o風(fēng)機(jī)特性； o水泵特性； o壓縮機(jī)特性；等等 習(xí)題與思考