仪表自动化基础知识(三).ppt
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1、1,仪表自动化基础知识,仪表自动化基础知识,2,仪表自动化基础知识,目录6 执行器6.1 组成及分类6.2 结构6.3 选择6.4 附件6.5 安装及调校6.6 故障及维修,3,仪表自动化基础知识,目录7 典型控制系统7.1 概述7.2 简单控制系统7.3 复杂控制系统8 集散控制系统8.1 概述8.2 DCS的构成8.3 DCS的硬件结构8.4 DCS的软件体系,4,仪表自动化基础知识,目录9 集散控制系统9.1 DCS概述9.2 DCS的组成9.3 DCS的硬件结构9.4 DCS的软件体系10 UPS不间断电源10.1 UPS的组成,5,仪表自动化基础知识,6 执行器 现代工业对执行器的使
2、用要求:典型的自动控制系统主要有三个环节检测、控制、执行。近来,检测仪表和控制仪表受到数字技术和微处理技术的影响,发生了日新月异的变化,执行器中主要产品的调节阀也有了较大的发展,但随着现代化工业的大规模发展,人们对执行器提出了更严格、更高的要求。(1)质量更稳定,工作更可靠,操作更 安全;(2)保护环境:防止污染,防止噪声;(3)节约能源:减少能耗,提高密封性 能,使用新型技术。,6,仪表自动化基础知识,6 执行器6.1 组成及分类6.1.1调节阀的组成 根据国际电工委员会(IEC)对调节阀(国外叫做控制阀control Valve)的定义,调节阀由执行机构和阀体组件两部分组成。其中,执行机构
3、是调节阀的推动装置,它按信号压力的大小产生相应的推力,使阀杆产生相应的位移,从而带动调节阀的阀芯动作。阀体组件是调节阀的调节部分,它直接与介质接触,由阀芯的动作改变调节阀节流面积,达到调节的目的。,7,仪表自动化基础知识,6 执行器6.1.2调节阀的分类 调节阀按能源(信号或驱动力)可分为:气动调节阀,电动调节阀,液动调节阀。气动调节阀:以压缩空气为动力源的调节阀。电动调节阀:以电为动力源的调节阀。液动调节阀:以液压油为动力源的调节阀。,8,仪表自动化基础知识,6 执行器6.2 结构6.2.1执行机构(1)气动执行机构 气动薄膜执行机构是一种最常用的执行机构,它的传统机构如图所示。它的结构简单
4、,动作可靠,维修方便,价格低廉。气动薄膜执行机构分正作用和反作用两种形式。,9,仪表自动化基础知识,6 执行器(1)气动执行机构 气动薄膜执行机构,主要由上、下膜盖、“O”型圈、推杆、弹簧、调节件、支架等零部件组成。由于结构简单、操作方便,可以易燃易爆等场合下正常工作,主要适用于石油、化工、冶金、电站等工业生产过程的自动调节和远程控制中。工作原理:当信号压力输入薄膜气室中,产生推力,使推杆部件移动,弹簧被压缩产生的反作用力与信号压力在薄膜上产生的推力相平衡。推杆的移动即是气动薄膜执行机构的行程。作用形式:ZMAN型:正作用,当信号压力增加时,推杆部件向下移。AMBN型:反作用,当信号压力增加时
5、,推杆部件向上移。,10,仪表自动化基础知识,6 执行器(1)气动执行机构气动长行程执行机构有何特点?气动长行程执行机构具有行程长、转矩大的特点,它将20100kPa的气信号转变成相应的转角(090)或位移(200400mm),适用于角行程调节阀的需要。多用于转矩大的蝶阀、风门等。,11,仪表自动化基础知识,6 执行器6.2 结构6.2.1执行机构(2)电动执行机构 电动执行机构一般可分为直行程、角行程和多转式三种。这执行机构都由电动机带动减速装置,在电信号的作用下产生直线运动或角度旋转运动。,12,仪表自动化基础知识,6 执行器(2)电动执行机构 电动执行机构是以电能为动力的执行单元,根据自
6、动调节信号或手动操作信号去操作调节机构(阀门、挡板等),从而改变被调量的大小,以满足生产过程的需要。电动执行机构接受标准的420mA信号,实现对各类蝶阀调节阀、风门等的自动调节。,13,仪表自动化基础知识,6 执行器6.2.1执行机构(3)电液执行机构 BDY9-G型电液控制机构是九江仪表厂和北京石化设计院共同研制开发的专为炼油厂催化裂化装置配套的新型自动控制执行机构。该控制执行机构接受操作室4-20mADC的输入信号通过伺服放大器,伺服阀,高精度位移传感器组成位置控制系统,使伺服油缸活塞杆按操作信号作相应位移,从而实现输入信号与被控制设备的位移成线性关系。,14,仪表自动化基础知识,6 执行
7、器(3)电液执行机构 当电气控制系统输入端接受420mADC输入信号,经IV变换器隔离放大成010V的主控信号;同时位移传感器测得现场实际阀位信号(05V),经规格化处理、电压放大成010V的反馈信号;二者在伺服放大器中比较得其差值经电压放大,功率放大后为5V的控制信号驱动射流管电液伺服阀,,15,仪表自动化基础知识,6 执行器(3)电液执行机构 控制油缸的运动方向,通过机械联杆传动,推动阀板(杆),直到输入信号和位移传感器输出的反馈信号之差为零,这时射流管电液伺服阀的控制电流也接近于零,射流管电液伺服阀的阀芯处于中位,无液压油输出,油缸中的活塞停留在与输入信号相对应的位置上,从而达到电液位置
8、自动控制的目的。,16,仪表自动化基础知识,6 执行器(3)BDY9-G型电液执行机构,17,仪表自动化基础知识,P:压力补偿变量泵,M:防爆电机,L1L4:过滤器,Y1Y3:压力表,YF1:电液伺服阀,DF2:二位三通电 磁阀(正常通电),DF3:二位三通电磁阀(正常断电),SF1:手动换向阀(自动锁定切换),SF2:手动换向阀(手动开关阀门),D1、D2、D5、D6、D9:单向阀,D3、D4:液控单向阀,D7、D8:双液控单向阀,G1:油缸,G2:手摇泵,X1:蓄压器,X2:备用蓄压器,YQ1、YQ2:压力传感器,WJ1:温度继电器,WJ5:液位继电器,YJ6:液位计,YJ1、YJ3、YJ
9、4:压力 继电器,YJ2:压差继电器,Y4:温度计,18,仪表自动化基础知识,6 执行器(3)电液执行机构 该控制机构是由电气控制系统、射流管电液伺服阀、伺服油缸、油源以及作为反馈元件的位移传感器组成的典型电液位置伺服控制系统。图中:控制信号为输入电流,负载为伺服阀控制绕组,油缸为执行元件,滑(蝶)阀为控制对象,位移传感器为位置检测元件,电气控制系统由集成运算放大器组成,这些元器件构成一个闭环控制系统。,19,仪表自动化基础知识,6 执行器(3)电液执行机构 动作过程:控制系统输入端接受420mADC输入信号,经IV变换器隔离放大成010VDC的主控信号;同时位移传感器测得现场实际阀位信号(0
10、5V),经规格化处理、电压放大成010VDC的反馈信号;二者在伺服放大器中比较得其差值经电压放大、功率放大后为5VDC的控制信号驱动电液伺服阀,控制油缸的运动方向,通过机械联杆传动,推动阀板(杆),直到输入信号和位移传感器输出的反馈信号之差为零,这时电液伺服阀的控制电压也接近于零,电液伺服阀的阀芯处于中位,无液压油输出,油缸中的活塞停留在与输入信号相对应的位置上,从而达到电液位置自动控制的目的。,20,仪表自动化基础知识,6 执行器6.2 结构6.2.1气动薄膜调节阀气动调节阀的性能指标有哪些?根据气动调节阀国家标准GB421392气动调节阀通用技术条件,气动调节阀的性能指标有基本误差、回差、
11、死区、始终点偏差、额定点偏差、泄漏量、填料函密封性、气室密封性、耐压强度、外观、额定流量系数、固有流量特性、耐振动性能、动作寿命,共计14项。其中前10为出厂检验项目。,21,仪表自动化基础知识,6 执行器6.2 结构6.2.1气动薄膜调节阀 气动薄膜调节阀根据结构可分为:(1)直通单座;(2)直通双座;(3)角形;(4)隔膜阀;(5)蝶阀;(6)阀体分离器;(7)合流型三通调节阀;(8)分流型三通调节阀,22,仪表自动化基础知识,6 执行器6.3 选择6.3.1调节阀作用方式的选择 由于气动执行机构有正、反两种作用方式,而阀也有正装和反装两种方式,因此,实现气动调节阀的气开、气关就有4种组合
12、方式,如表所示:,23,仪表自动化基础知识,6 执行器6.3 选择6.3.1调节阀作用方式的选择 如何选用气动调节阀的气开式和气关式?(1)事故条件下,工艺装置应尽量处于安全状态。(2)事故状态下,减少原料或动力消耗,保证产品质量。(3)考虑介质特性。选择执行机构和调节阀的依据是什么?(1)根据工艺条件,选择合适的调节阀的结构形式和材质;(2)根据工艺对象的特点,选择合适的流量特性;(3)根据工艺操作参数,选择合理的阀门尺寸;(4)根据阀杆受力大小,选择足够推力的执行机构;(5)根据工艺过程的要求,选择合适的辅助装置。,24,仪表自动化基础知识,6 执行器6.3 选择6.3.1气动薄膜调节阀型
13、号规格,25,仪表自动化基础知识,6 执行器6.3 选择例题:加热炉的燃料油(气)系统,应选用()式的调节阀(气动)。答文:加热炉的进料系统,应选用()式的调节阀(气动)。答文:油水分离器的排水线上,应选用()式的调节阀(气动)。答文:蒸馏塔的流出线,应选用()式调节阀(气动)。答文:,26,仪表自动化基础知识,6 执行器6.3 选择例题及答文:加热炉的燃料油(气)系统,应选用()式的调节阀(气动)。答文:气开加热炉的进料系统,应选用()式的调节阀(气动)。答文:气关油水分离器的排水线上,应选用()式的调节阀(气动)。答文:气开蒸馏塔的流出线,应选用()式调节阀(气动)。答文:气开,27,仪表
14、自动化基础知识,6 执行器6.3 选择例题:容器的压力调节,若用排出料来调节,应选用()式的调节阀(气动),若用进入料来调节,应选用()式调节阀(气动)。答文:压缩机入口调节阀应选()式。答文:压缩机出口压力调节系统,其调节阀装于放空管线上时,应选()式。答文:压缩机旁路调节阀应选()式。答文:,28,仪表自动化基础知识,6 执行器6.3 选择例题及答文:容器的压力调节,若用排出料来调节,应选用()式的调节阀(气动),若用进入料来调节,应选用()式调节阀(气动)。答文:气关,气开压缩机入口调节阀应选()式。答文:气关压缩机出口压力调节系统,其调节阀装于放空管线上时,应选()式。答文:气关压缩机
15、旁路调节阀应选()式。答文:气关,29,仪表自动化基础知识,6 执行器6.3 选择例题:汽包给水调节阀应选()式或附加保位阀。答文:汽包蒸汽出口调节阀应选()式。答文:控制高粘度、带纤维、细颗粒的流体,选用下列()调节阀最为合适。A.蝶阀 B.套筒阀 C.直通双座阀 D.偏心旋转阀 答文:关小与调节阀串联的切断阀,会使可调比变(),流量特性变()。答文:,30,仪表自动化基础知识,6 执行器6.3 选择例题及答文:汽包给水调节阀应选()式或附加保位阀。答文:气关汽包蒸汽出口调节阀应选()式。答文:气关控制高粘度、带纤维、细颗粒的流体,选用下列()调节阀最为合适。A.蝶阀 B.套筒阀 C.直通双
16、座阀 D.偏心旋转阀 答文:D关小与调节阀串联的切断阀,会使可调比变(),流量特性变()。答文:小,差,31,仪表自动化基础知识,6 执行器6.3 选择6.3.2调节阀流量特性的选择调节阀的流量特性:是指介质流过阀门的相对流量与相对位移(阀门的相对开度)之间的关系,其数学表达式为:,Q,Qmax,f,l,L,(,),0,100%,I/L,100%,Q/Qmax,快开,直线,对数,快开,直线,对数,32,仪表自动化基础知识,6 执行器6.3 选择6.3.2调节阀流量特性的选择调节阀的流量特性:是指介质流过阀门的相对流量与相对位移(阀门的相对开度)之间的关系,其数学表达式为:(1)直线流量特性:是
17、指调节阀的相对流量与相对位移成直线关系,即单位位移变化所引起的流量变化是常数。(2)等百分比(对数)流量特性:是指调节阀的相对位移与相对流量成正比对数关系,即调节阀的放大系数是变化的,它随相对流量的增大而增大。,Q,Qmax,f,l,L,(,),33,仪表自动化基础知识,6 执行器6.3 选择6.3.2调节阀流量特性的选择(3)快开特性:这种流量特性在开度较小时就有转大的流量,随开度的增大,流量很快就达到最大,此后再增大开度,流量变化很小。适用于快速启闭的切断阀或双位调节系统。调节阀的可调比:调节阀所能控制的最大流量(Qmax)与最小流量(Qmin)之比,用R表示。当阀两端压差保持恒定时,Qm
18、ax/Qmin的流量比称为理想可调比;实际使用时,调节阀两端压差是变化的,这时Qmax/Qmin的流量比称为实际可调比。,34,仪表自动化基础知识,6 执行器6.3 选择6.3.3调节阀结构的选择调节阀前后差压较小,要求泄漏量小,一般可选用单座阀。调节低压差、大流量气体可选用蝶阀。调节强酸、腐蚀性流体,可选用隔膜阀。既要求调节,又要求切断时,可选用偏心旋转阀。噪音较大时,可选用套筒阀。调节阀经常在小开度下工作时,宜选用等百分比特性阀。当被调介质含有固体悬浮物时,宜选用直线特性阀。程序控制应选用快开特性阀。在非常稳定的调节系统中,可选用等百分比或直线特性阀。,35,仪表自动化基础知识,6 执行器
19、6.3 选择6.3.2调节阀流通能力和口径的选择 流通能力C:调节阀全开,阀前后压差为1kgfcm2,流体重度为1gfcm3时,每小时所通过的流体立方米数。(C1.17Cv)例:若调节阀的流通能力C为50,当阀前后压差为1.6MPa,流体重度为0.81 1gfcm3时,所能通过的最大流量是多少?解:体积流量 QCPr 50160.81222(m3/h)重量流量 QCPr 50160.81180(t/h),36,仪表自动化基础知识,6 执行器6.4 附件 气动调节阀的辅助装置主要有如下一些:阀门定位器包括电器阀门定位器和气动阀门定位器,用于改善调节阀工作特性,实现正确定位;阀位开关显示调节阀上、
20、下的行程工作位置;气动保位阀气源故障时,保持阀门当时位置;三通、四通电磁阀实现气路的自动切换;手轮机构系统故障时,可切换进行手动操作;空气过滤减压阀作为气源净化、减压之用;储气罐气源故障时,由它取代,使阀能继续工作一段时间。,37,仪表自动化基础知识,6 执行器6.4 附件 阀门定位器主要作用有:(1)改善调节阀的静态特性,提高阀门位置的线性度;(2)改善调节阀的动态特性,减少调节信号的传递滞后;(3)改变调节阀的流量特性;(4)改变调节阀对信号压力的响应范围,实现分程控制;(5)使阀门动作反向。,38,仪表自动化基础知识,6 执行器6.5 安装及调校 调节阀安装的几种方式如图,当流体比较脏时
21、(有杂物、铁屑等),应考虑安装较合适。,39,仪表自动化基础知识,6 执行器6.5 安装及调校 在生产现场,气动调节阀调校的主要项目有哪些?在生产现场,气动调节阀调校的主要项目有基本误差、回差、始终点偏差、额定行程偏差、泄漏量等。如何校验气动调节阀的基本误差、回差、始终点偏差?(1)基本误差。将输入信号平稳地按增大或减小方向输入执行机构气室(或定位器),测量各点所对应的行程值,计算出实际“信号行程“关系同理论关系之间的各点误差,其最大值即为基本误差。校验点应至少包括信号范围0%、25%、50%、75%、100%这5个点。(2)回差。方法同(1)在同一输入信号上所测得的正反行程的最大差值即为回差
22、。(3)始终点偏差。方法同(1)信号的下限(始点)处的基本误差即为始点偏差,信号的上限(终点)处的基本误差即为终点偏差。,40,仪表自动化基础知识,6 执行器6.5 安装及调校 调校电-气阀门定位器连接图如下图所示。调校方法(配以正作用执行机构的调节阀为例)如下。校正比例臂位置a.将外调调整螺母按执行机构的行程固定于比例臂相对应的刻度上,并将滚轮置于槽板内,使之能自由滚动,又不致脱出。槽板应水平安装。b.校正好比例臂位置。将气源调节至140Kpa,给定12mA电流信号,使调节阀阀杆行程为50%,通过调整阀杆位置的升降,使比例臂处于水平位置。这一点十分重要,否则将出现线性不好,甚至产生故障。,4
23、1,仪表自动化基础知识,6 执行器6.5 安装及调校零位调整和量程调整a.零位调整。给定信号电流4mA,通过顺时针(输出增大)或反时针(输出减小)旋动调零螺钉,使输出压力为20Kpa左右,或感觉阀杆有微小的位移即可。b.量程调整。给定信号电流8、12、16、20mA,使阀杆行程对应值为25%、50%、75%、100%(观察百分表),或使输出压力值为40、60、80、100Kpa 左右,若量程偏大或偏小,可通过移动外调整螺母左右位置来调整,往左移动,量程减小,反之,量程增大。每调整一次行程,零位需重新调整。c.通过几次零位和量程的反复调整合格后,给定信号,观察其稳定性和重复性,然后即可投入运行。
24、,42,仪表自动化基础知识,6 执行器6.6 故障及维修例题:一台气动薄膜调节阀,若阀杆在全行程的50%位置,则流过 阀的流量是否也在最大量的50%?答文:不一定,要以阀的结构特性而定,在阀两端压差恒定情 况下,如果快开阀则流量大于50%.如果是直线阀,则流量等 于50%,如果是对数阀(等百分比阀),则小于50%。调节阀在实际运行时阀位应当在()为适宜。.30%80%B.15%90%C.20%100%答文:A 用变送器的输出直接控制调节阀,()起调节作用。A.能 B.不能 C.视控制要求而定 答文:C,43,仪表自动化基础知识,6 执行器6.6 故障及维修例题:有一台正在运行中的气关单座阀,老
25、是关不死,一般由那些原因造成?答文:一般由下述原因造成:(1)阀芯阀座磨损严重;(2)阀芯阀座间有异物卡住;(3)调节阀膜头漏气;(4)零点簧预紧力过大;(5)阀杆太短;(6)调节阀前后压差过大;(7)带阀门定位器的,需检查定位器输出是否能达到最大值。调节阀的泄漏量是指的什么?答文:调节阀的泄漏量是指在规定的温度和压力下,试验流体通过处于关闭状态的调节阀的流量。一般情况下,阀的泄漏量不影响调节品质,但对于聚合釜控制,真空系统,易挥发的低分子气体,则要求泄漏量极小或严密封切断。,44,仪表自动化基础知识,6 执行器6.6 故障及维修例题:调节阀的入口和出口装反是否影响使用?答文:一般蝶阀的结构是
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