過程控制儀表第6章執(zhí)行器

1、第六章第六章 執(zhí)行器執(zhí)行器 6.1 6.1 慨述慨述執(zhí)行器是自動控制系統(tǒng)中的重要組成部分，它將控執(zhí)行器是自動控制系統(tǒng)中的重要組成部分，它將控制器送來的控制信號轉(zhuǎn)換成執(zhí)行動作，從而操縱進入設(shè)制器送來的控制信號轉(zhuǎn)換成執(zhí)行動作，從而操縱進入設(shè)備的能量，將被控變量維持在所要求的數(shù)值上或一定的備的能量，將被控變量維持在所要求的數(shù)值上或一定的范圍內(nèi)。范圍內(nèi)。執(zhí)行器有自動調(diào)節(jié)閥門、自動電壓調(diào)節(jié)器、自動電執(zhí)行器有自動調(diào)節(jié)閥門、自動電壓調(diào)節(jié)器、自動電流調(diào)節(jié)器、控制電機等。其中自動調(diào)節(jié)閥門是最常見的流調(diào)節(jié)器、控制電機等。其中自動調(diào)節(jié)閥門是最常見的執(zhí)行器，種類繁多。執(zhí)行器，種類繁多。1.執(zhí)行器的作用：在自動控制系統(tǒng)

2、中，接受調(diào)執(zhí)行器的作用：在自動控制系統(tǒng)中，接受調(diào)節(jié)器的控制信號，自動地改變操作變量，達節(jié)器的控制信號，自動地改變操作變量，達到對被控參數(shù)（如溫度壓力液位等）進行調(diào)到對被控參數(shù)（如溫度壓力液位等）進行調(diào)節(jié)的目的。使生產(chǎn)過程按預(yù)定要求正常運行。節(jié)的目的。使生產(chǎn)過程按預(yù)定要求正常運行。2.執(zhí)行器由執(zhí)行機構(gòu)和調(diào)節(jié)機構(gòu)組成。執(zhí)行機執(zhí)行器由執(zhí)行機構(gòu)和調(diào)節(jié)機構(gòu)組成。執(zhí)行機構(gòu)是產(chǎn)生推力或位移的部分，調(diào)節(jié)機構(gòu)是指構(gòu)是產(chǎn)生推力或位移的部分，調(diào)節(jié)機構(gòu)是指直接改變能量或物料輸送量的裝置，通常稱直接改變能量或物料輸送量的裝置，通常稱為調(diào)節(jié)閥或閥門。為調(diào)節(jié)閥或閥門。3.按執(zhí)行機構(gòu)使用的工作能源分為三類：氣動按執(zhí)行機構(gòu)使用

3、的工作能源分為三類：氣動執(zhí)行器，電動執(zhí)行器，液壓執(zhí)行器執(zhí)行器，電動執(zhí)行器，液壓執(zhí)行器 1）氣動執(zhí)行器是以壓縮空氣為能源的執(zhí)行器。）氣動執(zhí)行器是以壓縮空氣為能源的執(zhí)行器。主要特點是：主要特點是：輸出推力大，輸出推力大，本質(zhì)安全防爆，本質(zhì)安全防爆，維護方便，維護方便，便宜等。缺點是需要壓縮空氣系便宜等。缺點是需要壓縮空氣系統(tǒng)，靈敏度和精度差，滯后大，不宜遠傳（統(tǒng)，靈敏度和精度差，滯后大，不宜遠傳（150m以內(nèi)）。以內(nèi)）。 2）電動執(zhí)行器是以電為能源的執(zhí)行器：主要）電動執(zhí)行器是以電為能源的執(zhí)行器：主要特點是：特點是： 能源取用方便，能源取用方便，便于集中控制，便于集中控制，停電時執(zhí)行器保持原位不動，

4、不影響設(shè)備安全，停電時執(zhí)行器保持原位不動，不影響設(shè)備安全，靈敏度和精度高，靈敏度和精度高，和電動控制儀表配合方便。和電動控制儀表配合方便。缺點是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大，推力小，價格貴。缺點是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大，推力小，價格貴。 6.2 6.2 氣動執(zhí)行器氣動執(zhí)行器 它又稱為氣動調(diào)節(jié)閥，氣動調(diào)節(jié)閥是由氣壓信它又稱為氣動調(diào)節(jié)閥，氣動調(diào)節(jié)閥是由氣壓信號控制的閥門。主要包括：氣動執(zhí)行機構(gòu)和調(diào)號控制的閥門。主要包括：氣動執(zhí)行機構(gòu)和調(diào)節(jié)機構(gòu)節(jié)機構(gòu)(閥）兩個組成部分。閥）兩個組成部分。 1. 氣動執(zhí)行機構(gòu)氣動執(zhí)行機構(gòu) 執(zhí)行機構(gòu)按調(diào)節(jié)器輸出的控制信號，驅(qū)動調(diào)節(jié)機執(zhí)行機構(gòu)按調(diào)節(jié)器輸出的控制信號，驅(qū)動調(diào)節(jié)機構(gòu)動作。氣動執(zhí)

5、行機構(gòu)的輸出方式有角行程輸出和直構(gòu)動作。氣動執(zhí)行機構(gòu)的輸出方式有角行程輸出和直行程輸出兩種。行程輸出兩種。 氣動活塞式執(zhí)行機構(gòu)氣動活塞式執(zhí)行機構(gòu)薄膜式執(zhí)行機構(gòu)薄膜式執(zhí)行機構(gòu)P正作用執(zhí)行機構(gòu)反作用執(zhí)行機構(gòu)直行程輸出的氣動執(zhí)行機構(gòu)有兩類：薄膜式和活塞式直行程輸出的氣動執(zhí)行機構(gòu)有兩類：薄膜式和活塞式 薄膜式薄膜式是用彈性膜片將輸入氣壓轉(zhuǎn)換為推桿的推力，通過推桿使閥是用彈性膜片將輸入氣壓轉(zhuǎn)換為推桿的推力，通過推桿使閥芯產(chǎn)生相應(yīng)的位移，改變閥門開度。芯產(chǎn)生相應(yīng)的位移，改變閥門開度。 活塞式活塞式是以汽缸內(nèi)的活塞輸出推力，由于汽缸允許壓力較高，可以是以汽缸內(nèi)的活塞輸出推力，由于汽缸允許壓力較高，可以獲得較

6、大的推力，容易制成長行程的執(zhí)行機構(gòu)。獲得較大的推力，容易制成長行程的執(zhí)行機構(gòu)。以薄膜式執(zhí)行機構(gòu)為例，如圖所示。以薄膜式執(zhí)行機構(gòu)為例，如圖所示。 氣動薄膜執(zhí)行機構(gòu)的靜氣動薄膜執(zhí)行機構(gòu)的靜態(tài)特性表示平衡狀態(tài)時輸態(tài)特性表示平衡狀態(tài)時輸入的氣壓入的氣壓p與閥桿位移與閥桿位移l的關(guān)的關(guān)系，即系，即 lKApA為膜片的有效面積；K為平衡彈簧的彈性系數(shù) 氣動執(zhí)行機構(gòu)的動態(tài)特性氣動執(zhí)行機構(gòu)的動態(tài)特性可近似成一階慣性環(huán)節(jié)，其慣可近似成一階慣性環(huán)節(jié)，其慣性的大小取決于膜頭空間的大性的大小取決于膜頭空間的大小與氣管線的長度和直徑。小與氣管線的長度和直徑。 2調(diào)節(jié)機構(gòu)調(diào)節(jié)機構(gòu) 調(diào)節(jié)機構(gòu)就是閥門，如圖所示。主要包括：推

7、桿，閥調(diào)節(jié)機構(gòu)就是閥門，如圖所示。主要包括：推桿，閥體，閥芯，閥座等。是一個局部阻力可以改變的節(jié)流元件。體，閥芯，閥座等。是一個局部阻力可以改變的節(jié)流元件。 閥芯在閥體內(nèi)上下移動，可以改變閥芯和閥座之間的流閥芯在閥體內(nèi)上下移動，可以改變閥芯和閥座之間的流通面積，控制通過的流量。通面積，控制通過的流量。 從流體力學(xué)的觀點，調(diào)節(jié)閥是一個局部阻力可從流體力學(xué)的觀點，調(diào)節(jié)閥是一個局部阻力可以變化的節(jié)流元件。對于不可壓縮的流體，由能量以變化的節(jié)流元件。對于不可壓縮的流體，由能量守恒原理可以推導(dǎo)出調(diào)節(jié)閥的流量方程式為：守恒原理可以推導(dǎo)出調(diào)節(jié)閥的流量方程式為： 當(dāng)當(dāng)A一定，（一定，（p1p2）不變時，流量僅

8、隨阻力不變時，流量僅隨阻力系數(shù)系數(shù)變化。阻力系數(shù)主要與流通面積（閥門開度）變化。阻力系數(shù)主要與流通面積（閥門開度）有關(guān)，也與流體的性質(zhì)和流動狀態(tài)有關(guān)。調(diào)節(jié)閥阻有關(guān)，也與流體的性質(zhì)和流動狀態(tài)有關(guān)。調(diào)節(jié)閥阻力系數(shù)的變化是通過閥芯行程的改變來實現(xiàn)的。即力系數(shù)的變化是通過閥芯行程的改變來實現(xiàn)的。即改變開度就改變改變開度就改變，達到調(diào)節(jié)達到調(diào)節(jié)Q的目的。（開度的目的。（開度 Q ） 根據(jù)不同的使用要求，調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)形式有多根據(jù)不同的使用要求，調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)形式有多種多樣，如：直通單座閥，直通雙座閥，角型閥，種多樣，如：直通單座閥，直通雙座閥，角型閥，高壓閥，蝶閥，球閥，隔離閥，三通閥等。高壓閥，蝶閥，球閥

9、，隔離閥，三通閥等。（1） 直通單座閥直通單座閥q流體對閥芯的不平衡作流體對閥芯的不平衡作用力大。一般用在小口徑、用力大。一般用在小口徑、低壓差的場合。低壓差的場合。q 結(jié)構(gòu)簡單、泄漏量小。結(jié)構(gòu)簡單、泄漏量小。閥門中的柱式閥芯可以正裝，也可以反裝。閥門中的柱式閥芯可以正裝，也可以反裝。 正裝閥閥芯下移時，閥芯與閥座間的流通截面積增大反裝閥閥芯下移時，閥芯與閥座間的流通截面積減?。? 2） 直通雙座閥直通雙座閥 閥體內(nèi)有兩個閥芯和閥座。q流體流過時，作用在上、下兩個閥芯上的推力方流體流過時，作用在上、下兩個閥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。向相反且大小相近，可以互相抵

10、消，所以不平衡力小。q但是，由于加工的限但是，由于加工的限制，上下兩個閥芯閥座不易制，上下兩個閥芯閥座不易保證同時密閉，因此泄漏量保證同時密閉，因此泄漏量較大。較大。（3）角形控制閥角形控制閥兩個接管呈直角形，一般為底進側(cè)出，兩個接管呈直角形，一般為底進側(cè)出，這種閥的流路簡這種閥的流路簡單、對流體的阻力較小。單、對流體的阻力較小。q適用于現(xiàn)場管道要適用于現(xiàn)場管道要求直角連接，介質(zhì)為高求直角連接，介質(zhì)為高粘度、高壓差和含有少粘度、高壓差和含有少量懸浮物和固體顆粒狀量懸浮物和固體顆粒狀的場合。的場合。 （4 4） 三通控制閥三通控制閥 有三個出入口與工藝管道連接。流通方式有合流型（兩有三個出入口與

11、工藝管道連接。流通方式有合流型（兩種介質(zhì)混合成一路）和分流型（一種介質(zhì)分成兩路）兩種。種介質(zhì)混合成一路）和分流型（一種介質(zhì)分成兩路）兩種。適用于配比控制與旁路控制。適用于配比控制與旁路控制。（5）隔膜控制閥隔膜控制閥 采用耐腐蝕材料作隔膜，采用耐腐蝕材料作隔膜，將閥芯與流體隔開。將閥芯與流體隔開。q結(jié)構(gòu)簡單、流阻小、流通能力比同口徑的其他種結(jié)構(gòu)簡單、流阻小、流通能力比同口徑的其他種類的閥要大。由于介質(zhì)用隔膜與外界隔離，故無填料，類的閥要大。由于介質(zhì)用隔膜與外界隔離，故無填料，介質(zhì)也不會泄漏。介質(zhì)也不會泄漏。q耐腐蝕能力強，適用于強酸、強堿、強腐蝕性介耐腐蝕能力強，適用于強酸、強堿、強腐蝕性介質(zhì)

12、的控制，也能用于高粘度及懸浮顆粒狀介質(zhì)的控制。質(zhì)的控制，也能用于高粘度及懸浮顆粒狀介質(zhì)的控制。 q適用于大口徑、大適用于大口徑、大流量、低壓差的場合，流量、低壓差的場合，也可以用于含少量纖維也可以用于含少量纖維或懸浮顆粒狀介質(zhì)的控或懸浮顆粒狀介質(zhì)的控制。制。（6）蝶閥蝶閥又名翻板閥。又名翻板閥。結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、流阻極小，但泄漏量大。結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、流阻極小，但泄漏量大。3. 調(diào)節(jié)閥的選擇調(diào)節(jié)閥的選擇 選用調(diào)節(jié)閥時，一般應(yīng)考慮以下幾個方面。選用調(diào)節(jié)閥時，一般應(yīng)考慮以下幾個方面。1）調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)的選擇）調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)的選擇 通常根據(jù)工藝條件，如使用溫度、壓力，介通常根據(jù)工藝條件，如使用溫度、壓力，介

13、質(zhì)的物理、化學(xué)特性（如腐蝕性、粘度等），對流質(zhì)的物理、化學(xué)特性（如腐蝕性、粘度等），對流量的控制要求等，來選擇調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)形式。量的控制要求等，來選擇調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)形式。 例如，一般介質(zhì)條件選用直通單座閥或直通例如，一般介質(zhì)條件選用直通單座閥或直通雙座閥；高壓介質(zhì)選用高壓閥；強腐蝕介質(zhì)采用隔雙座閥；高壓介質(zhì)選用高壓閥；強腐蝕介質(zhì)采用隔膜閥等。膜閥等。2）氣開式與氣關(guān)式的選擇）氣開式與氣關(guān)式的選擇 氣動調(diào)節(jié)閥在氣壓信號中斷后閥門會復(fù)位。氣動調(diào)節(jié)閥在氣壓信號中斷后閥門會復(fù)位。 無壓力信號時閥全開，隨著信號增大，閥門逐漸關(guān)小的稱為無壓力信號時閥全開，隨著信號增大，閥門逐漸關(guān)小的稱為氣關(guān)氣關(guān)式式。反之，

14、無壓力信號時閥全閉，隨著信號增大，閥門逐漸開大的稱為。反之，無壓力信號時閥全閉，隨著信號增大，閥門逐漸開大的稱為氣開式氣開式。 如氣動薄膜調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)有四種構(gòu)成方式：如氣動薄膜調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)有四種構(gòu)成方式：序號序號執(zhí)行機構(gòu)作執(zhí)行機構(gòu)作用方式用方式閥體作用方式閥體作用方式執(zhí)行器氣開、執(zhí)行器氣開、氣關(guān)形式氣關(guān)形式a正正正正氣關(guān)氣關(guān)b正正反反氣開氣開c反反正正氣開氣開d反反反反氣關(guān)氣關(guān)給水閥燃氣閥蒸汽例如：例如： 選擇蒸汽鍋爐的控制選擇蒸汽鍋爐的控制閥門時，為保證失控狀態(tài)下閥門時，為保證失控狀態(tài)下鍋爐的安全：鍋爐的安全： 給水閥應(yīng)選氣關(guān)式給水閥應(yīng)選氣關(guān)式 燃氣閥應(yīng)選氣開式燃氣閥應(yīng)選氣開式v

15、閥門氣開氣關(guān)式的選擇原則：閥門氣開氣關(guān)式的選擇原則：當(dāng)控制信號中斷時，閥門的復(fù)位位置能使工藝設(shè)備處當(dāng)控制信號中斷時，閥門的復(fù)位位置能使工藝設(shè)備處于安全狀態(tài)。于安全狀態(tài)。3）.調(diào)節(jié)閥的流量特性的選擇調(diào)節(jié)閥的流量特性的選擇調(diào)節(jié)閥的閥芯位移與流量之間的關(guān)系，對控制調(diào)節(jié)閥的閥芯位移與流量之間的關(guān)系，對控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)有很大影響。系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)有很大影響。流量特性的定義：流量特性的定義：被控介質(zhì)流過閥門的相對流量與閥門的相對開被控介質(zhì)流過閥門的相對流量與閥門的相對開度（相對位移）間的關(guān)系稱為調(diào)節(jié)閥的流量特性。度（相對位移）間的關(guān)系稱為調(diào)節(jié)閥的流量特性。max( )qlfqLq/qmax 相對流量相對流

16、量 l/L 相對開度相對開度 相對流量相對流量q/qmax 是控制閥某一開是控制閥某一開度流量度流量q與全開時流量與全開時流量qmax之比；之比； 相對開度相對開度l/L 是控制閥某一開度是控制閥某一開度行程行程l與全開行程與全開行程L之比。之比。 調(diào)節(jié)閥的流量特性不僅與閥門調(diào)節(jié)閥的流量特性不僅與閥門的結(jié)構(gòu)和開度有關(guān)，還與閥前后的的結(jié)構(gòu)和開度有關(guān)，還與閥前后的壓差有關(guān)，必須分開討論。壓差有關(guān)，必須分開討論。max( )qlfqLlq為了便于分析，先將閥前后壓差固定，然后再引伸為了便于分析，先將閥前后壓差固定，然后再引伸到實際工作情況，于是有到實際工作情況，于是有固有流量特性固有流量特性與與工作

17、流量特性工作流量特性之之分。分。1、固有（理想）流量特性、固有（理想）流量特性在將控制閥前后壓差固定時得到的流量特性稱為固在將控制閥前后壓差固定時得到的流量特性稱為固有流量特性。它取決于閥芯的形狀。目前常用的調(diào)節(jié)閥中有流量特性。它取決于閥芯的形狀。目前常用的調(diào)節(jié)閥中有三種代表性的理想流量特性。有三種代表性的理想流量特性。 （a）快開特性）快開特性 （ b）直線特性）直線特性 （c）等百分比特性）等百分比特性（1）直線流量特性直線流量特性控制閥的相對流量與相對開度成直線關(guān)系，即單位位控制閥的相對流量與相對開度成直線關(guān)系，即單位位移變化所引起的流量變化是常數(shù)。用數(shù)學(xué)式表示為：移變化所引起的流量變化

18、是常數(shù)。用數(shù)學(xué)式表示為：KlldqqdmaxmaxmaxmaxqlKCql積分C為積分常數(shù) 可調(diào)比可調(diào)比R為調(diào)節(jié)閥所能為調(diào)節(jié)閥所能控制的最大流量與最小流量的控制的最大流量與最小流量的比值。比值。 其中其中qmin不是指閥門全關(guān)時的泄漏量，而是閥門能平不是指閥門全關(guān)時的泄漏量，而是閥門能平穩(wěn)控制的最小流量，約為最大流量的穩(wěn)控制的最小流量，約為最大流量的24%, 一般閥門的可一般閥門的可調(diào)比調(diào)比R=30。maxmax11(1)qlqRlRmaxmin1qRqC控制力：閥門開度改變時，相對流量的改變比值。控制力：閥門開度改變時，相對流量的改變比值。 例如在不同的開度上，再分別增加例如在不同的開度上，

19、再分別增加10%開度，相對流量開度，相對流量的變化比值為的變化比值為10時：時： （20-10）/10100%=100%50時：時： （60-50）/50100%=20%80時：時： （90-80）/80100%=12.5%Q/Q100s=1 v直線閥的流量放大系數(shù)在任何一點上都是相同的，但直線閥的流量放大系數(shù)在任何一點上都是相同的，但其對流量的控制力卻是不同的。其對流量的控制力卻是不同的。 L/Lmax 線性調(diào)節(jié)閥在小開度時流量的相對變化量大，靈線性調(diào)節(jié)閥在小開度時流量的相對變化量大，靈敏度高，控制作用強，容易產(chǎn)生震蕩；而在大開度時敏度高，控制作用強，容易產(chǎn)生震蕩；而在大開度時流量的相對變化

20、量小，靈敏度低，控制作用弱。因此流量的相對變化量小，靈敏度低，控制作用弱。因此線性調(diào)節(jié)閥工作在小開度或大開度時，其控制性能均線性調(diào)節(jié)閥工作在小開度或大開度時，其控制性能均較差，不宜用于負荷變化大的過程。較差，不宜用于負荷變化大的過程。（2） 等百分比（對數(shù)）流量特性等百分比（對數(shù)）流量特性單位相對行程變化所引起的相對流量變化與此點的相單位相對行程變化所引起的相對流量變化與此點的相對流量成正比關(guān)系：對流量成正比關(guān)系：v曲線斜率（放大系數(shù)）隨行曲線斜率（放大系數(shù)）隨行程的增大而增大。流量小時，流程的增大而增大。流量小時，流量變化??；流量大時，流量變化量變化小；流量大時，流量變化大。適合負載變化較大

21、的過程。大。適合負載變化較大的過程。VKqqKlldqqdmax1maxmax1max1maxlnCllKqq1maxmaxllRqq積分積分v等百分比閥在各流量點的放大系數(shù)不同，但對流量的等百分比閥在各流量點的放大系數(shù)不同，但對流量的控制力卻是相同的?？刂屏s是相同的。10%處：處：（6.58%-4.68%）/4.68%41%50%處：處：（25.7%-18.2%）/18.2%41%80%處：處：（71.2%-50.6%）/50.6%41% 同樣以同樣以10、50及及80三點為例，分別增加三點為例，分別增加10%開度，開度，相對流量變化的比值為：相對流量變化的比值為：Q/Q100L/Lmax

22、s=1（3）快開特性快開特性開度較小時就有較大流量，隨開度的增大，流量很快開度較小時就有較大流量，隨開度的增大，流量很快就達到最大，故稱為快開特性。適用于迅速啟閉的切斷閥或就達到最大，故稱為快開特性。適用于迅速啟閉的切斷閥或雙位控制系統(tǒng)。雙位控制系統(tǒng)。1max2maxmaxqqKlldqqd2/1max2max1) 1(1llRRqq積分2、調(diào)節(jié)閥的工作流量特性、調(diào)節(jié)閥的工作流量特性實際使用時，調(diào)節(jié)閥裝在具有阻力的管道系統(tǒng)中。管道實際使用時，調(diào)節(jié)閥裝在具有阻力的管道系統(tǒng)中。管道對流體的阻力隨流量而變化，閥前后壓差也是變化的，這時對流體的阻力隨流量而變化，閥前后壓差也是變化的，這時流量特性會發(fā)生

23、畸變。流量特性會發(fā)生畸變。1) 管道串聯(lián)時的工作流量特性管道串聯(lián)時的工作流量特性如圖，管道系統(tǒng)總壓力如圖，管道系統(tǒng)總壓力P等于管路系統(tǒng)的壓降等于管路系統(tǒng)的壓降PG與控與控制閥的壓降制閥的壓降PV之和。之和。從串聯(lián)管道中調(diào)節(jié)閥兩端壓差從串聯(lián)管道中調(diào)節(jié)閥兩端壓差PV的變化曲線可看的變化曲線可看出，調(diào)節(jié)閥全關(guān)時閥上壓力最大，基本等于系統(tǒng)總壓力；出，調(diào)節(jié)閥全關(guān)時閥上壓力最大，基本等于系統(tǒng)總壓力；調(diào)節(jié)閥全開時閥上壓力降至最小。調(diào)節(jié)閥全開時閥上壓力降至最小。為了表示調(diào)節(jié)閥兩端壓差為了表示調(diào)節(jié)閥兩端壓差PV的變化范圍，以的變化范圍，以閥權(quán)閥權(quán)度度s表示調(diào)節(jié)閥全開時，閥前后最小壓差表示調(diào)節(jié)閥全開時，閥前后最小

24、壓差PVmin與總壓力與總壓力 P之比。之比。s = PVmin / Pv流量特性畸變：流量特性畸變：以以qmax表示串聯(lián)管道阻力為零時表示串聯(lián)管道阻力為零時(s=1)，閥全開時達到，閥全開時達到的最大流量?？傻么?lián)管道在不同的最大流量?？傻么?lián)管道在不同s值時，以自身值時，以自身qmax作參作參照的工作流量特性。照的工作流量特性。對數(shù)閥變?yōu)橹本€閥對數(shù)閥變?yōu)橹本€閥 直線閥變?yōu)榭扉_閥直線閥變?yōu)榭扉_閥s 圖圖3 333 33 調(diào)節(jié)閥的流量特性曲線調(diào)節(jié)閥的流量特性曲線a)a)直線；直線；b)b)對數(shù)（等百分比）對數(shù)（等百分比）結(jié)論結(jié)論q串聯(lián)管道使調(diào)節(jié)閥的流量特性發(fā)生畸變。串聯(lián)管道使調(diào)節(jié)閥的流量特性發(fā)

25、生畸變。q串聯(lián)管道使調(diào)節(jié)閥的流量可調(diào)范圍降低，最串聯(lián)管道使調(diào)節(jié)閥的流量可調(diào)范圍降低，最大流量減小。大流量減小。q串聯(lián)管道會使調(diào)節(jié)閥的放大系數(shù)減小，調(diào)節(jié)串聯(lián)管道會使調(diào)節(jié)閥的放大系數(shù)減小，調(diào)節(jié)能力降低，能力降低，s值低于值低于0.3時，調(diào)節(jié)閥能力基本喪失。時，調(diào)節(jié)閥能力基本喪失。2) 與管道并聯(lián)工作時的流量特性與管道并聯(lián)工作時的流量特性 圖中圖中S=1時，旁路閥關(guān)閉，工作流量特性即為理想流量特性。隨時，旁路閥關(guān)閉，工作流量特性即為理想流量特性。隨著旁路閥逐漸打開，著旁路閥逐漸打開， S值逐漸減小，調(diào)節(jié)閥的可調(diào)范圍也將大大降低，值逐漸減小，調(diào)節(jié)閥的可調(diào)范圍也將大大降低，從而使調(diào)節(jié)閥的控制能力大大下降

26、，影響控制效果。根據(jù)實際經(jīng)驗，從而使調(diào)節(jié)閥的控制能力大大下降，影響控制效果。根據(jù)實際經(jīng)驗，值不能低于值不能低于0.8。 并聯(lián)管道時調(diào)節(jié)閥工作流量特性并聯(lián)管道時調(diào)節(jié)閥工作流量特性 a)直線閥直線閥 b)對數(shù)閥對數(shù)閥（3）流量特性的選擇）流量特性的選擇 調(diào)節(jié)閥流量特性的選擇有理論分析法和經(jīng)驗法。前者還在研究中，目調(diào)節(jié)閥流量特性的選擇有理論分析法和經(jīng)驗法。前者還在研究中，目前較多采用經(jīng)驗法。一般可從以下幾方面考慮。前較多采用經(jīng)驗法。一般可從以下幾方面考慮。 1）依據(jù)過程特性選擇。）依據(jù)過程特性選擇。 一個過程控制系統(tǒng)，在負荷變動的情況下，要使系統(tǒng)保持期望的控一個過程控制系統(tǒng)，在負荷變動的情況下，要使

27、系統(tǒng)保持期望的控制品質(zhì)，則必須要求制品質(zhì)，則必須要求系統(tǒng)總的放大系數(shù)在整個操作范圍內(nèi)保持不變。系統(tǒng)總的放大系數(shù)在整個操作范圍內(nèi)保持不變。一一般變送器、已整定好的調(diào)節(jié)器、執(zhí)行機構(gòu)等放大系數(shù)基本上是不變的，般變送器、已整定好的調(diào)節(jié)器、執(zhí)行機構(gòu)等放大系數(shù)基本上是不變的，但過程特性則往往是非線性的，其放大系數(shù)隨負荷而變。因此，必須通但過程特性則往往是非線性的，其放大系數(shù)隨負荷而變。因此，必須通過合理選擇調(diào)節(jié)閥的工作特性，以補償過程的非線性，其選擇原則為過合理選擇調(diào)節(jié)閥的工作特性，以補償過程的非線性，其選擇原則為 0vKK 常 數(shù)調(diào)節(jié)閥的放大系數(shù) 被控過程的放大系數(shù) 2）依據(jù)配管情況選擇。）依據(jù)配管情況

28、選擇。 在根據(jù)過程特性進行選擇之后，再按照配管情況進行進一步的選擇，在根據(jù)過程特性進行選擇之后，再按照配管情況進行進一步的選擇，其選擇原則可參照下表進行。其選擇原則可參照下表進行。 配管狀況配管狀況S=1-0.6S=0.6-0.3工作特性工作特性直線直線等百分比等百分比直線直線等百分比等百分比理想特性理想特性直線直線等百分比等百分比等百分比等百分比等百分比等百分比3）依據(jù)負荷變化情況選擇。）依據(jù)負荷變化情況選擇。 在負荷變化較大的場合，宜選用對數(shù)調(diào)節(jié)閥，因為對數(shù)調(diào)節(jié)閥的放在負荷變化較大的場合，宜選用對數(shù)調(diào)節(jié)閥，因為對數(shù)調(diào)節(jié)閥的放大系數(shù)可隨閥芯位移的變化而變化，但它的相對流量變化率則是不變的，大

29、系數(shù)可隨閥芯位移的變化而變化，但它的相對流量變化率則是不變的，所以能適應(yīng)負荷變化大的情況；此外，當(dāng)調(diào)節(jié)閥經(jīng)常工作在小開度時，所以能適應(yīng)負荷變化大的情況；此外，當(dāng)調(diào)節(jié)閥經(jīng)常工作在小開度時，則宜選用對數(shù)調(diào)節(jié)閥。因為直線調(diào)節(jié)閥工作在小開度時，其相對流量的則宜選用對數(shù)調(diào)節(jié)閥。因為直線調(diào)節(jié)閥工作在小開度時，其相對流量的變化率很大，不宜進行微調(diào)。變化率很大，不宜進行微調(diào)。 4）. 調(diào)節(jié)閥口徑的選擇調(diào)節(jié)閥口徑的選擇 為保證工藝的正常進行，必須合理選擇調(diào)節(jié)閥的尺寸。為保證工藝的正常進行，必須合理選擇調(diào)節(jié)閥的尺寸。如果調(diào)節(jié)閥的口徑選得太大，使閥門經(jīng)常工作在小開度位置，如果調(diào)節(jié)閥的口徑選得太大，使閥門經(jīng)常工作在小

30、開度位置，造成調(diào)節(jié)質(zhì)量不好。如果口徑選得太小，閥門完全打開也不造成調(diào)節(jié)質(zhì)量不好。如果口徑選得太小，閥門完全打開也不能滿足最大流量的需要，就難以保證生產(chǎn)的正常進行。能滿足最大流量的需要，就難以保證生產(chǎn)的正常進行。 調(diào)節(jié)閥的口徑?jīng)Q定了調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥的口徑?jīng)Q定了調(diào)節(jié)閥的流通能力。的流通能力。 調(diào)節(jié)閥的流通能力用流量系調(diào)節(jié)閥的流通能力用流量系數(shù)數(shù)C值表示。值表示。 通常用公稱直徑通常用公稱直徑Dg和閥座直徑和閥座直徑dg表示，它們的確定表示，它們的確定是合理應(yīng)用執(zhí)行器的前提條件。確定調(diào)節(jié)閥尺寸的主要依是合理應(yīng)用執(zhí)行器的前提條件。確定調(diào)節(jié)閥尺寸的主要依據(jù)是據(jù)是流通能力，它定義為調(diào)節(jié)閥全開、閥前后壓差為流通

31、能力，它定義為調(diào)節(jié)閥全開、閥前后壓差為0.1MPa、流體重度為、流體重度為1g/cm3時，每小時通過閥門的流體時，每小時通過閥門的流體流量（流量（m3或或kg）。）。 當(dāng)流體為不可壓縮時，通過調(diào)節(jié)閥的體積流量為當(dāng)流體為不可壓縮時，通過調(diào)節(jié)閥的體積流量為: 0122()VgqAppr為流量系數(shù)，它取決于調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)形狀和流體流動狀況，可從有關(guān)手冊查閱或由實驗確定；A0為調(diào)節(jié)閥接管截面積；g為重力加速度；r為流體重度。 依據(jù)流通能力的定義，則有依據(jù)流通能力的定義，則有 gAC20流通能力C與調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)參數(shù)有確定的對應(yīng)關(guān)系。這就是確定調(diào)節(jié)閥尺寸的理論依據(jù)。 可得流通能力與流體重度、閥前后壓差和介質(zhì)

32、流量三者的定量關(guān)系，即 (1 )VrCqpmaxqpmaxCmaxC調(diào)節(jié)閥尺寸的確定過程為：根據(jù)通過調(diào)節(jié)閥的最大流量，流體重度r以及調(diào)節(jié)閥的前后壓差，先由式（1）求得最大的流通能力然后選取大于即可依據(jù)下表確定出Dg和dg的大小。 的最低級別的C值，公稱直徑Dg(mm)202532405065閥門直徑dg(mm)245678101215202532405065流通能力C單座閥0.080.120.200.320.500.801.22.03.25.0812203256雙座閥1016254063公稱直徑Dg(mm)80100125150200250300閥門直徑dg(mm)80100125150200

33、250303流通能力C單座閥80120200280450雙座閥10016025040063010001600表3-2 調(diào)節(jié)閥流通能力C與其尺寸的關(guān)系 6.2 6.2 電動執(zhí)行器電動執(zhí)行器 它也是由執(zhí)行機構(gòu)它也是由執(zhí)行機構(gòu)(DZA)和調(diào)節(jié)機構(gòu)兩部分組成。其中和調(diào)節(jié)機構(gòu)兩部分組成。其中調(diào)節(jié)機構(gòu)和氣動執(zhí)行器是通用的，不同的只是電動執(zhí)行機調(diào)節(jié)機構(gòu)和氣動執(zhí)行器是通用的，不同的只是電動執(zhí)行機構(gòu)，它用電動機產(chǎn)生推力啟閉調(diào)節(jié)閥。構(gòu)，它用電動機產(chǎn)生推力啟閉調(diào)節(jié)閥。 電動執(zhí)行機構(gòu)用控制電機作動力裝置。輸出形式有：電動執(zhí)行機構(gòu)用控制電機作動力裝置。輸出形式有：角行程：電機轉(zhuǎn)動經(jīng)減速器后輸出。角行程：電機轉(zhuǎn)動經(jīng)減速器

34、后輸出。直行程：電機轉(zhuǎn)動經(jīng)減速器減速并轉(zhuǎn)換為直線位移輸出。直行程：電機轉(zhuǎn)動經(jīng)減速器減速并轉(zhuǎn)換為直線位移輸出。多轉(zhuǎn)式：轉(zhuǎn)角輸出，功率比較大，主要用來控制閘閥、截多轉(zhuǎn)式：轉(zhuǎn)角輸出，功率比較大，主要用來控制閘閥、截止閥等多轉(zhuǎn)式閥門。止閥等多轉(zhuǎn)式閥門。這幾種執(zhí)行機構(gòu)在電氣原理上基本相同，只是減速器不一這幾種執(zhí)行機構(gòu)在電氣原理上基本相同，只是減速器不一樣。樣。相對氣動、液動執(zhí)行器而言，電動執(zhí)行器主要有相對氣動、液動執(zhí)行器而言，電動執(zhí)行器主要有3點優(yōu)勢：點優(yōu)勢： (1)無需特殊的氣源和空氣凈化等裝置。即使電源失電無需特殊的氣源和空氣凈化等裝置。即使電源失電時，也能保持原執(zhí)行位置；時，也能保持原執(zhí)行位置；

35、(2)可遠距離傳輸信號，電纜敷設(shè)比氣管和液體管道敷可遠距離傳輸信號，電纜敷設(shè)比氣管和液體管道敷設(shè)方便得多，且便于線路檢查；設(shè)方便得多，且便于線路檢查； (3)與計算機連接方便簡潔，更適應(yīng)采用電子信息新技與計算機連接方便簡潔，更適應(yīng)采用電子信息新技術(shù)。術(shù)。 1. 電動執(zhí)行器的組成電動執(zhí)行器的組成輸入信號與位置反饋信號進行比輸入信號與位置反饋信號進行比較，將差值放大。較，將差值放大。驅(qū)動驅(qū)動電機電機經(jīng)減速輸出，帶動經(jīng)減速輸出，帶動閥門閥門直到位置發(fā)送器檢測到的位置直到位置發(fā)送器檢測到的位置信號與輸入信號相等時，放大信號與輸入信號相等時，放大器輸出為零。器輸出為零。電動執(zhí)行器原理方框圖 1）伺服放大

36、器伺服放大器 它由前置磁放大器，觸發(fā)器它由前置磁放大器，觸發(fā)器和和以及晶體管主回路以及晶體管主回路等組成。其框圖如圖所示。等組成。其框圖如圖所示。 2）兩相伺服電動機：是執(zhí)行機構(gòu)的動力部分，）兩相伺服電動機：是執(zhí)行機構(gòu)的動力部分，它具有啟動轉(zhuǎn)矩大和啟動電流較小的特點；它具有啟動轉(zhuǎn)矩大和啟動電流較小的特點； 3）位置發(fā)送器：是差動變壓器位移傳感器，以）位置發(fā)送器：是差動變壓器位移傳感器，以產(chǎn)生反饋信號和位置信號；產(chǎn)生反饋信號和位置信號； 4）減速器：由于電動機轉(zhuǎn)速很高，輸出軸全行）減速器：由于電動機轉(zhuǎn)速很高，輸出軸全行程時間需程時間需25s，輸出軸速度輸出軸速度0.6r/min，因此電動機因此電

37、動機主輸出軸間要有減速器，減速比為主輸出軸間要有減速器，減速比為100015002. 手操作器手操作器 它主要實現(xiàn)手動操作，與調(diào)節(jié)器配合完成自動它主要實現(xiàn)手動操作，與調(diào)節(jié)器配合完成自動手手動，也可以在控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障或系統(tǒng)投運時用它進動，也可以在控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障或系統(tǒng)投運時用它進行手動遙控。行手動遙控。 分為兩類：分為兩類：Q型操作器和型操作器和D型操作器（型操作器（Q型與氣動型與氣動執(zhí)行器配合使用，執(zhí)行器配合使用， D型與電動執(zhí)行器配合使用）。型與電動執(zhí)行器配合使用）。 Q型操作器在控制系統(tǒng)中的位置如圖所示。來自調(diào)型操作器在控制系統(tǒng)中的位置如圖所示。來自調(diào)節(jié)器的信號節(jié)器的信號420mA，經(jīng)經(jīng)

38、Q型操作器輸送到電型操作器輸送到電/氣轉(zhuǎn)換器，氣轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成氣壓信號轉(zhuǎn)換成氣壓信號20100Kpa，控制氣動執(zhí)行器。控制氣動執(zhí)行器。 Q型操作器原理框圖如圖所示。它由可調(diào)恒流型操作器原理框圖如圖所示。它由可調(diào)恒流源和自動源和自動手動切換開關(guān)組成。手動切換開關(guān)組成。 處于自動狀態(tài)時，來自調(diào)節(jié)器的處于自動狀態(tài)時，來自調(diào)節(jié)器的420mA的信的信號輸入經(jīng)號輸入經(jīng)mA表，再輸出到電表，再輸出到電/氣轉(zhuǎn)換器，或電動執(zhí)氣轉(zhuǎn)換器，或電動執(zhí)行器的輸入阻抗。行器的輸入阻抗。 處于手動時：處于手動時：由操作器的可調(diào)恒流源向由操作器的可調(diào)恒流源向RL提供手動操作電流，其大小可提供手動操作電流，其大小可由手動操作電位

39、器調(diào)節(jié)，并由另一只電流表顯示；由手動操作電位器調(diào)節(jié)，并由另一只電流表顯示；跟蹤電壓輸出，向調(diào)節(jié)器中的積分電容兩端提供直流跟蹤跟蹤電壓輸出，向調(diào)節(jié)器中的積分電容兩端提供直流跟蹤電壓，當(dāng)調(diào)節(jié)器積分電容兩端接收到跟蹤電壓后，調(diào)節(jié)器輸電壓，當(dāng)調(diào)節(jié)器積分電容兩端接收到跟蹤電壓后，調(diào)節(jié)器輸出電流就跟隨電壓作相應(yīng)改變，為手動出電流就跟隨電壓作相應(yīng)改變，為手動自動無擾切換作準自動無擾切換作準備。備。跟蹤觸點接線端子，其作用是當(dāng)操作器處于手動狀態(tài)時，跟蹤觸點接線端子，其作用是當(dāng)操作器處于手動狀態(tài)時，短接短接PID調(diào)節(jié)器的微分電阻調(diào)節(jié)器的微分電阻RD。 手動手動自動，只要將調(diào)節(jié)器偏差值調(diào)節(jié)為自動，只要將調(diào)節(jié)器偏差

40、值調(diào)節(jié)為0，即能進行切，即能進行切換（因為有跟蹤電壓輸出）。換（因為有跟蹤電壓輸出）。 自動自動手動，先調(diào)手操作器，使手操作器輸出電流與調(diào)手動，先調(diào)手操作器，使手操作器輸出電流與調(diào)節(jié)器輸出電流相等，即能進行抗擾切換。節(jié)器輸出電流相等，即能進行抗擾切換。3 3、 電電/ /氣轉(zhuǎn)換器氣轉(zhuǎn)換器將將420mA的電流的電流信號信號轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)換成20100KPa的標(biāo)準氣壓信號。的標(biāo)準氣壓信號。 為了使氣動調(diào)節(jié)閥能夠接收電動調(diào)節(jié)器的輸出信號，為了使氣動調(diào)節(jié)閥能夠接收電動調(diào)節(jié)器的輸出信號，必須把標(biāo)準電流信號轉(zhuǎn)換為標(biāo)準氣壓信號。必須把標(biāo)準電流信號轉(zhuǎn)換為標(biāo)準氣壓信號。 電電/氣轉(zhuǎn)換器作用：氣轉(zhuǎn)換器作用： I 吸力吸

41、力Fi 杠桿偏轉(zhuǎn)杠桿偏轉(zhuǎn) 擋板與噴嘴間隙擋板與噴嘴間隙 背壓背壓 放大器輸入放大器輸入 輸出壓力輸出壓力P 杠桿的反饋杠桿的反饋力力Ff 杠桿平衡杠桿平衡 PI工作原理工作原理負反饋磁鐵調(diào)零FiFf背壓4 4、閥門定位器、閥門定位器氣動調(diào)節(jié)閥中，閥桿氣動調(diào)節(jié)閥中，閥桿的位移是由薄膜上氣壓推力的位移是由薄膜上氣壓推力與彈簧反作用力平衡確定的。與彈簧反作用力平衡確定的。為了防止閥桿處的泄為了防止閥桿處的泄漏要壓緊填料，使閥桿摩擦漏要壓緊填料，使閥桿摩擦力增大，且個體差異較大，力增大，且個體差異較大，這會影響輸入信號這會影響輸入信號P P的執(zhí)行的執(zhí)行精度。精度。 解決措施 在調(diào)節(jié)閥上加裝閥在調(diào)節(jié)閥上

42、加裝閥門定位器，引入閥桿位門定位器，引入閥桿位移負反饋。使閥桿能按移負反饋。使閥桿能按輸入信號精確地確定自輸入信號精確地確定自己的開度己的開度。 5 5、電、電/ /氣閥門定位器氣閥門定位器 實際應(yīng)用中，常把電實際應(yīng)用中，常把電/氣轉(zhuǎn)換器和閥門定位器結(jié)合成一體，氣轉(zhuǎn)換器和閥門定位器結(jié)合成一體，組成電組成電/氣閥門定位器。氣閥門定位器。 I杠桿上端右移杠桿上端右移擋板擋板靠近噴嘴靠近噴嘴 P壓力壓力閥桿下移閥桿下移反饋凸輪反饋凸輪右轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn) 反饋彈簧右拉反饋彈簧右拉杠桿平衡杠桿平衡6.3 智能電動執(zhí)行器智能電動執(zhí)行器 隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展，微處理器也被引入到執(zhí)行器隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展，微處理器

43、也被引入到執(zhí)行器中，出現(xiàn)了智能電動執(zhí)行器。主要功能如下：中，出現(xiàn)了智能電動執(zhí)行器。主要功能如下：1控制及執(zhí)行功能控制及執(zhí)行功能2補償及校正功能補償及校正功能3通信功能通信功能4診斷功能診斷功能5保護功能保護功能 智能電動執(zhí)行機構(gòu)與常規(guī)電動執(zhí)行器相比與常規(guī)電動執(zhí)行器相比,智能電動執(zhí)行器有如下特點：智能電動執(zhí)行器有如下特點： 1）具有智能化和高精度的控制功能具有智能化和高精度的控制功能?？芍苯咏邮兆兛芍苯咏邮兆兯推餍盘?，按設(shè)定值自動進行送器信號，按設(shè)定值自動進行PID調(diào)節(jié)，控制流量、壓力和調(diào)節(jié)，控制流量、壓力和溫度等過程變量。通過組態(tài)可按折線形成多種形狀的非線溫度等過程變量。通過組態(tài)可按折線形成多

44、種形狀的非線性流量特性，實現(xiàn)對過程非線性特性的補償，以提高系統(tǒng)性流量特性，實現(xiàn)對過程非線性特性的補償，以提高系統(tǒng)的控制精度，同時也擺脫了長期以來依靠改變閥芯形狀來的控制精度，同時也擺脫了長期以來依靠改變閥芯形狀來改變流量特性的落后狀況；改變流量特性的落后狀況； （一）智能電動執(zhí)行器特點（一）智能電動執(zhí)行器特點2) 一體化的結(jié)構(gòu)設(shè)計思想一體化的結(jié)構(gòu)設(shè)計思想。將位置控制器、將位置控制器、PID控控制器、伺服放大器、電制器、伺服放大器、電-氣轉(zhuǎn)換器、閥位變送器等裝在一氣轉(zhuǎn)換器、閥位變送器等裝在一臺現(xiàn)場儀表中，減少了信號傳輸中的泄漏和干擾等因素臺現(xiàn)場儀表中，減少了信號傳輸中的泄漏和干擾等因素對系統(tǒng)控制

45、精度的影響；還采用電制動和斷續(xù)調(diào)節(jié)技術(shù)對系統(tǒng)控制精度的影響；還采用電制動和斷續(xù)調(diào)節(jié)技術(shù)代替機械摩擦制動技術(shù)，以提高整機的可靠性；代替機械摩擦制動技術(shù)，以提高整機的可靠性； 3) 具有智能化的通信功能具有智能化的通信功能。與上位機或控制系統(tǒng)之與上位機或控制系統(tǒng)之間可通過現(xiàn)場總線按規(guī)定的通信協(xié)議進行雙向數(shù)字通信，間可通過現(xiàn)場總線按規(guī)定的通信協(xié)議進行雙向數(shù)字通信，并構(gòu)成所需要的控制系統(tǒng)，這是智能執(zhí)行器與常規(guī)電動并構(gòu)成所需要的控制系統(tǒng)，這是智能執(zhí)行器與常規(guī)電動執(zhí)行器的重要區(qū)別之一。執(zhí)行器的重要區(qū)別之一。4) 具有智能化的自診斷與保護功能具有智能化的自診斷與保護功能。當(dāng)電源、氣動部件、。當(dāng)電源、氣動部件

46、、機械部件、控制信號、通信或其它方面出現(xiàn)故障時，均能機械部件、控制信號、通信或其它方面出現(xiàn)故障時，均能迅速識別并能有效采取保護措施，確?？刂葡到y(tǒng)及生產(chǎn)過迅速識別并能有效采取保護措施，確?？刂葡到y(tǒng)及生產(chǎn)過程的安全。程的安全。 5）具有靈活的組態(tài)功能具有靈活的組態(tài)功能，“一機多用一機多用”，提高了經(jīng)濟效，提高了經(jīng)濟效益。例如，對于輸入信號，可通過軟件組態(tài)來選擇合適的益。例如，對于輸入信號，可通過軟件組態(tài)來選擇合適的信號源；對于執(zhí)行器的運行速度和行程，也可通過組態(tài)軟信號源；對于執(zhí)行器的運行速度和行程，也可通過組態(tài)軟件進行任意設(shè)置，所有這些都無需更換硬件。這樣一來，件進行任意設(shè)置，所有這些都無需更換硬

47、件。這樣一來，只要用少量類型的智能執(zhí)行器就能夠滿足各種工業(yè)過程的只要用少量類型的智能執(zhí)行器就能夠滿足各種工業(yè)過程的不同需求，從而大大提高了制造商和用戶的經(jīng)濟效益。不同需求，從而大大提高了制造商和用戶的經(jīng)濟效益。（二）單相智能電動執(zhí)行器工作原理（二）單相智能電動執(zhí)行器工作原理 單相智能電動執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)如下圖所示。單相智能電動執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)如下圖所示。從框圖可看出：從框圖可看出： 來自上位調(diào)節(jié)器或變送器的模擬量信號，經(jīng)處理后進來自上位調(diào)節(jié)器或變送器的模擬量信號，經(jīng)處理后進人智能伺服放大器，智能伺服放大器中的微處理器定時檢人智能伺服放大器，智能伺服放大器中的微處理器定時檢測該輸入信號與位置反饋信號。測

48、該輸入信號與位置反饋信號。當(dāng)接受上位調(diào)節(jié)器信號且當(dāng)接受上位調(diào)節(jié)器信號且不進行修正時不進行修正時，微處理器比較兩個信號，一旦信號不平衡，微處理器比較兩個信號，一旦信號不平衡，偏差超出要求值，即發(fā)出控制信號，經(jīng)放大隔離后驅(qū)動智偏差超出要求值，即發(fā)出控制信號，經(jīng)放大隔離后驅(qū)動智能伺服放大器中的功率晶閘管，使其導(dǎo)通帶動電動機轉(zhuǎn)動，能伺服放大器中的功率晶閘管，使其導(dǎo)通帶動電動機轉(zhuǎn)動，進而調(diào)節(jié)閥門開度，同時微處理器也將表示閥門開度的位進而調(diào)節(jié)閥門開度，同時微處理器也將表示閥門開度的位置信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的脈沖量發(fā)往操作器的顯示器。操作人置信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的脈沖量發(fā)往操作器的顯示器。操作人員可從數(shù)字操作器上觀察閥

49、門的開度。員可從數(shù)字操作器上觀察閥門的開度。 當(dāng)接收變送器信號進入當(dāng)接收變送器信號進入PI調(diào)節(jié)工作方式時調(diào)節(jié)工作方式時，微處理器，微處理器是將變送器信號與給定值進行比較，并按預(yù)先設(shè)置好的參是將變送器信號與給定值進行比較，并按預(yù)先設(shè)置好的參數(shù)數(shù)PI進行計算并發(fā)出控制信號，調(diào)節(jié)閥門，直至兩個信號進行計算并發(fā)出控制信號，調(diào)節(jié)閥門，直至兩個信號達到平衡。達到平衡。 當(dāng)進入特性修正工作方式時當(dāng)進入特性修正工作方式時，微處理器將不再是僅，微處理器將不再是僅比較兩種信號是否相等，而是對信號按預(yù)先設(shè)置的特性參比較兩種信號是否相等，而是對信號按預(yù)先設(shè)置的特性參數(shù)進行計算，使輸入信號與閥門位移呈要求的非線性關(guān)系。

50、數(shù)進行計算，使輸入信號與閥門位移呈要求的非線性關(guān)系。這樣就使得改變調(diào)節(jié)閥流量特性變得很方便，為改善系統(tǒng)這樣就使得改變調(diào)節(jié)閥流量特性變得很方便，為改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性提供新的方法。的穩(wěn)定性提供新的方法。 三相智能電動執(zhí)行器三相智能電動執(zhí)行器對輸入信號的處理、特性修正，對輸入信號的處理、特性修正，故障診斷等都一樣，只是對輸出信號的處理和控制軟件做故障診斷等都一樣，只是對輸出信號的處理和控制軟件做了改動。智能伺服放大器的輸出進入三相功率轉(zhuǎn)換器，再了改動。智能伺服放大器的輸出進入三相功率轉(zhuǎn)換器，再驅(qū)動三相伺服電動機工作。驅(qū)動三相伺服電動機工作。（三）調(diào)節(jié)閥流量特性修正（三）調(diào)節(jié)閥流量特性修正 實現(xiàn)調(diào)節(jié)閥特

51、性修正的基本原理：實現(xiàn)調(diào)節(jié)閥特性修正的基本原理：輸入修正閥輸入修正閥門的固有特性和要達到標(biāo)準特性的必要參數(shù)，計算門的固有特性和要達到標(biāo)準特性的必要參數(shù)，計算出達到標(biāo)準特性時閥門的實際開度。通過修正可使出達到標(biāo)準特性時閥門的實際開度。通過修正可使一種調(diào)節(jié)閥的流量特性變?yōu)槎喾N，使固有特性只能一種調(diào)節(jié)閥的流量特性變?yōu)槎喾N，使固有特性只能通過加工閥門形狀來改變的閥（如蝶閥）也可修正通過加工閥門形狀來改變的閥（如蝶閥）也可修正到理想特性。到理想特性。 美國美國AUMA公司、德國公司、德國Siemens、美國、美國Valtek公司、美國公司、美國Neles公司、美國公司、美國Joedan公司、德國公司、德

52、國ElsagBailey公司、美國公司、美國FisherRosmount公司、美公司、美國國Fiowserve公司、日本公司、日本Yokogawa公司、日本公司、日本Yamatake公司、英國公司、英國Rotork公司都有相應(yīng)的智公司都有相應(yīng)的智能電動執(zhí)行器產(chǎn)品。能電動執(zhí)行器產(chǎn)品。 1. Star Pac智能調(diào)節(jié)閥是美國福斯智能調(diào)節(jié)閥是美國福斯Valtek公司公司90年代末推出的，其基本結(jié)構(gòu)和功能如下圖所示。年代末推出的，其基本結(jié)構(gòu)和功能如下圖所示。（四）幾種典型智能電動執(zhí)行器（四）幾種典型智能電動執(zhí)行器 主要技術(shù)指標(biāo)主要技術(shù)指標(biāo)輸入信號：輸入信號：420mA；RS-485位置發(fā)送信號：位置發(fā)

53、送信號：420mA；1K電位器電位器輸入通道：輸入通道：2個（電隔離）個（電隔離）基本誤差：基本誤差：士士1（單相）；（單相）； 士士2.5（三相）（三相）死死 區(qū)：區(qū)： 0.5特性修正：固有特性特性修正：固有特性標(biāo)準直線標(biāo)準直線 固有特性固有特性等百分比等百分比主要功能：工作方式選擇、故障診斷與報警，電制主要功能：工作方式選擇、故障診斷與報警，電制動、動、PI調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)。其主要性能和特點是：其主要性能和特點是： 閥體的進出口部位和內(nèi)部安有壓力、溫度檢測器，閥體的進出口部位和內(nèi)部安有壓力、溫度檢測器，閥桿內(nèi)安裝閥位檢測器。氣缸執(zhí)行機構(gòu)進出口安裝空氣壓閥桿內(nèi)安裝閥位檢測器。氣缸執(zhí)行機構(gòu)進出口安裝

54、空氣壓力檢測器。這些檢測器的輸出信號都送到內(nèi)裝的微處理器。力檢測器。這些檢測器的輸出信號都送到內(nèi)裝的微處理器。 能進行壓力、溫度、流量的測量和自動控制。流量測能進行壓力、溫度、流量的測量和自動控制。流量測量是根據(jù)閥門開度所對應(yīng)流量系數(shù)值及閥門前后壓差由微量是根據(jù)閥門開度所對應(yīng)流量系數(shù)值及閥門前后壓差由微處理器進行計算，還可以對此流量進行溫度補償。也可構(gòu)處理器進行計算，還可以對此流量進行溫度補償。也可構(gòu)成串級控制回路。溫度控制同樣可按要求構(gòu)成控制回路。成串級控制回路。溫度控制同樣可按要求構(gòu)成控制回路。壓力控制可根據(jù)對象是上游還是下游壓力加以選擇構(gòu)成回壓力控制可根據(jù)對象是上游還是下游壓力加以選擇構(gòu)

55、成回路，根據(jù)路，根據(jù)ISA規(guī)定，上、下游的取壓位置和配管情況有關(guān)，規(guī)定，上、下游的取壓位置和配管情況有關(guān)，但從智能調(diào)節(jié)器作為一個整體設(shè)備考慮，取壓口仍設(shè)在閥但從智能調(diào)節(jié)器作為一個整體設(shè)備考慮，取壓口仍設(shè)在閥體進出口上；必要時可通過微處理器進行換算加以修正。體進出口上；必要時可通過微處理器進行換算加以修正。調(diào)節(jié)閥在運行過程中，隨時根據(jù)氣缸進出口壓力，閥調(diào)節(jié)閥在運行過程中，隨時根據(jù)氣缸進出口壓力，閥位的變化以及溫度、壓差、流量變化等工藝參數(shù)，分析位的變化以及溫度、壓差、流量變化等工藝參數(shù)，分析調(diào)節(jié)閥的動態(tài)工作狀態(tài)包括流量特性的變化，實時進行調(diào)節(jié)閥的動態(tài)工作狀態(tài)包括流量特性的變化，實時進行故障診斷，

56、進行必要的調(diào)整和校準。故障診斷，進行必要的調(diào)整和校準。 具有事故預(yù)測、監(jiān)視、報警及事故切斷的程序，實具有事故預(yù)測、監(jiān)視、報警及事故切斷的程序，實現(xiàn)安全運行。現(xiàn)安全運行。 與上位機控制系統(tǒng)（與上位機控制系統(tǒng)（DCS、主計算機系統(tǒng)）的連接、主計算機系統(tǒng)）的連接用用420mA模擬信號或模擬信號或RS485串行數(shù)字信號的通信方串行數(shù)字信號的通信方式，二者可任選。但與主機的連接，進行組態(tài)、校準、式，二者可任選。但與主機的連接，進行組態(tài)、校準、數(shù)據(jù)檢索與故障診斷等重要通信采用數(shù)字通信方式。數(shù)據(jù)檢索與故障診斷等重要通信采用數(shù)字通信方式。2. IKZL智能型電動執(zhí)行器智能型電動執(zhí)行器 IKZL智能型電動執(zhí)行器

57、由上海自動化儀表股份有限公司下屬自動化儀表十一廠研制。它采用現(xiàn)代高效單片MCU和外圍芯片組成控制單元，接收統(tǒng)一標(biāo)準直流信號，經(jīng)過運算處理后，最終驅(qū)動交流電機輸出與之相對應(yīng)的直線位移。該機構(gòu)可方便與調(diào)節(jié)閥配套成自動調(diào)節(jié)閥，具備調(diào)節(jié)閥本身所要求的各種動作變換功能，適用于電力、冶金、石油、化工及輕工等工業(yè)部門。其主要特點： (1)以單相交流220V電源為動力； (2)采用高性能導(dǎo)電塑料電位器為位置傳感器，精確度高、壽命長； (3)用永磁式交流同步電機作驅(qū)動電機，短時間超負荷情況下不會損壞；最終驅(qū)動交流電機輸出與之相對應(yīng)的直線位移。 (4)內(nèi)置記憶芯片于控制部件，在輸入電壓低于額定電壓前的瞬間，自動記下現(xiàn)場數(shù)據(jù)，當(dāng)輸入電壓恢復(fù)正常后，能保證系統(tǒng)繼續(xù)工作；(5)備有標(biāo)準RS-485通信口。 (6)除自動跟蹤輸入信號實現(xiàn)閥門的