过程控制系统设计课件

estest 第三章 过程控制系统设计1精选测控技术与仪器系主要内容主要内容过程控制的设计任务、步骤和系统设计过程控制的设计任务、步骤和系统设计方法方法流量计和调节阀的计算方法流量计和调节阀的计算方法3过程控制系统设计过程控制系统设计2精选测控技术与仪器系3.1过程控制系统设计步骤过程控制系统设计步骤过程控制的目标与任务过程控制的目标与任务:通过对系统的设计通过对系统的设计来完成。来完成。具体步骤具体步骤:1根据工艺要求和控制目标确定系统变量根据工艺要求和控制目标确定系统变量2建立数学模型建立数学模型3确定控制方案确定控制方案4选择硬件设备选择硬件设备5选择控制算法，进行控制器设计选择控制算法，进行控制器设计6软件设计软件设计7.设备安装、调试与整定、运行设备安装、调试与整定、运行3精选测控技术与仪器系3.2确定控制变量与控制方案确定控制变量与控制方案3.2.1确定控制目标确定控制目标:根据稳定性、安全性和经济性原则。根据稳定性、安全性和经济性原则。1被控变量被控变量v在定性地确定目标以后，需要用工业过程在定性地确定目标以后，需要用工业过程的被控变量来定量地表示控制目标。的被控变量来定量地表示控制目标。v被控变量也是工业过程的输出变量。被控变量也是工业过程的输出变量。4精选测控技术与仪器系（1）对控制目标起重要影响的输出变量作为被）对控制目标起重要影响的输出变量作为被控变量；控变量；（2）可直接控制目标质量的输出变量作为被控）可直接控制目标质量的输出变量作为被控变量；变量；（3）选择与控制（或操作）变量之间的传递函）选择与控制（或操作）变量之间的传递函数比较简单、动态和静态特性较好的输出变量作数比较简单、动态和静态特性较好的输出变量作为被控变量为被控变量（4）有些系统存在控制目标不可测的情况，则）有些系统存在控制目标不可测的情况，则可测量其它能够可靠测量、与控制目标有一定关可测量其它能够可靠测量、与控制目标有一定关系的输出变量，作为辅助被控变量。系的输出变量，作为辅助被控变量。选择的基本原则选择的基本原则5精选测控技术与仪器系两类：控制（或操作）变量、扰动变量两类：控制（或操作）变量、扰动变量。控制（或操作）变量：控制（或操作）变量：由操作者或控制机构调节的变量。由操作者或控制机构调节的变量。选择的基本原则为选择的基本原则为：2输入变量输入变量(1)选择对所选定的被控变量影响较大的输入变量作为控制变量选择对所选定的被控变量影响较大的输入变量作为控制变量(2)选择变化范围较大的输入变量作为控制变量，以便易于控制；选择变化范围较大的输入变量作为控制变量，以便易于控制；(3)在此的基础上选择对被控变量作用较快的输入变量作为控制在此的基础上选择对被控变量作用较快的输入变量作为控制变量，使控制的动态响应较快；变量，使控制的动态响应较快；(4)在复杂系统中，存在多个控制回路，即存在多个控制变量和在复杂系统中，存在多个控制回路，即存在多个控制变量和多个被控变量。所选择的控制变量对相应的被控变量有直接影响，多个被控变量。所选择的控制变量对相应的被控变量有直接影响，而而对其他输出变量的影响应该尽可能的小对其他输出变量的影响应该尽可能的小，以便使不同控制回路，以便使不同控制回路之间的关联比较小。之间的关联比较小。6精选测控技术与仪器系3.2.2确定控制方案确定控制方案工业过程的控制目标以及输入输出变量确定工业过程的控制目标以及输入输出变量确定以后，控制方案就可以确定了以后，控制方案就可以确定了。控制方案应该包括控制方案应该包括控制结构和控制算法控制结构和控制算法。1控制结构控制结构有两种：有两种：（1）反馈控制反馈控制利用被控变量的直接测量值，调节控制变量，利用被控变量的直接测量值，调节控制变量，使被控变量保持在使被控变量保持在预期值预期值。7精选测控技术与仪器系8精选测控技术与仪器系（2）前馈控制前馈控制利用扰动量的直接测量值，调节控制变量，使被控变利用扰动量的直接测量值，调节控制变量，使被控变量保持在预期值。量保持在预期值。9精选测控技术与仪器系2控制算法控制算法控制方案确定以后，需要选择合适的控制控制方案确定以后，需要选择合适的控制算法，根据控制算法进行控制器设计算法，根据控制算法进行控制器设计。10精选测控技术与仪器系3.3过程控制系统硬件选择过程控制系统硬件选择根根据据过过程程控控制制的的输输入入输输出出变变量量以以及及控控制制要要求求，可可以以选选定定系系统统硬硬件件，包包含含控控制制装装置置、测测量量仪仪表表、传传感器、执行机构和报警、保护、连锁等部件。感器、执行机构和报警、保护、连锁等部件。过程控制系统硬件选择的原则过程控制系统硬件选择的原则:保证控制目标和保证控制目标和控制方案的实施。控制方案的实施。1、控制装置、控制装置简单的过程控制系统可以选择单回路控制器，简单的过程控制系统可以选择单回路控制器，对于比较复杂的系统需要用计算机控制。对于比较复杂的系统需要用计算机控制。11精选测控技术与仪器系用用于于过过程程控控制制的的计计算算机机控控制制设设备备多多采采用用DCS（集集散散控控制制系系统统）或或PLC（可可编编程程序序控控制制器器）。模模拟拟量量控控制制回回路路较较多多，开开关关量量较较少少的的过过程程控控制系统宜采用制系统宜采用DCS控制；控制；模模拟拟量量控控制制回回路路较较少少，开开关关量量较较多多的的过过程程控控制系统宜采用制系统宜采用PLC控制。控制。12精选测控技术与仪器系2、测量仪表和传感器的选型原则、测量仪表和传感器的选型原则检检测测部部件件一一般般宜宜采采用用定定型型产产品品，设设计计过过程程控控制制系统时，根据控制方案选择测量仪表和传感器。系统时，根据控制方案选择测量仪表和传感器。13精选测控技术与仪器系（1）可靠性原则可靠性原则可靠性是指产品在一定的条件下，能长期而稳可靠性是指产品在一定的条件下，能长期而稳定地完成规定功能的能力。是测量仪表和传感器的定地完成规定功能的能力。是测量仪表和传感器的最重要选型原则。最重要选型原则。（2）实用性原则实用性原则完完成成具具体体功功能能要要求求的的能能力力和和水水平平。根根据据工工艺艺要要求求考考虑虑实实用用性性，既既要要保保证证功功能能的的实实现现，又又应应考考虑虑经经济济性，并非功能越强越好。性，并非功能越强越好。（3）先进性原则先进性原则应该尽量采用先进的设备。应该尽量采用先进的设备。选型原则选型原则14精选测控技术与仪器系3.4节流元件节流元件v1流量流量v流体在单位时间内流过管道或设备某处流体在单位时间内流过管道或设备某处横断面的数量成为流量。横断面的数量成为流量。v流过的数量按流过的数量按体积计算体积计算称为体积流量；称为体积流量；v按按质量计算质量计算的称为质量流量。的称为质量流量。15精选测控技术与仪器系2雷诺数雷诺数管管道道内内流流量量小小时时，压压差差与与流流量量成成正正比比；流流量量变大后，压差大致与流量的变大后，压差大致与流量的平方平方成正比。成正比。在在压压差差与与流流量量成成正正比比的的范范围围内内，流流体体的的流流动动状态为状态为层流；层流；在在压压差差与与流流量量的的平平方方成成正正比比的的范范围围内内，流流体体的流动状态为的流动状态为紊流紊流。从从层层流流到到紊紊流流的的分分界界线线不不仅仅与与流流量量有有关关，而而且与流体的密度、粘度和管道内径有关。且与流体的密度、粘度和管道内径有关。在在流流体体力力学学中中，此此现现象象用用雷雷诺诺实实验验可可以以验验证证，并用雷诺数表征。并用雷诺数表征。雷诺数是流体惯性力与粘性力之比。雷诺数是流体惯性力与粘性力之比。16精选测控技术与仪器系流量计类型流量计类型主要几类：主要几类：(1)压压差差式式流流量量计计：流流体体通通过过管管道道内内节节流流装装置置时时，根根据流量与节流装置前后压差的关系来计量。据流量与节流装置前后压差的关系来计量。(2)速度式流量计速度式流量计：管道内流体的速度推动叶轮旋转，：管道内流体的速度推动叶轮旋转，根据叶轮转速与流体流速成正比的关系来计量。根据叶轮转速与流体流速成正比的关系来计量。（3）容容积积式式流流量量计计：流流体体连连续续通通过过一一定定容容积积之之后后，进进行流量累计的原理来计量。行流量累计的原理来计量。（4）其其他他类类型型流流量量计计：如如电电磁磁流流量量计计、超超声声波波流流量量计等计等。17精选测控技术与仪器系用节流元件测流量用节流元件测流量1、原理：、原理：2 2、取压方式：、取压方式：（1 1）径距取压；）径距取压；（2 2）法兰取压；）法兰取压；（3 3）角接取压。）角接取压。18精选测控技术与仪器系3.5调节阀选择调节阀选择在在过过程程控控制制系系统统中中，最最常常用用的的执执行行机机构构是是调调节节阀。阀。调调节节阀阀是是按按照照控控制制器器（调调节节器器或或操操作作器器）所所给给定定的的信信号号大大小小和和方方向向，改改变变阀阀的的开开度度，以以实实现现调调节节流体流量的装置。流体流量的装置。把把控控制制器器比比喻喻为为自自动动调调节节系系统统中中的的“头头脑脑”,则则调节阀就是自动调节系统的调节阀就是自动调节系统的“手脚手脚”。19精选测控技术与仪器系3.5.1调节阀计算基础调节阀计算基础1调节阀的工作原理和流量方程式调节阀的工作原理和流量方程式调节阀是一节流元件。设流体是不可压缩的，且调节阀是一节流元件。设流体是不可压缩的，且充满管道，则根据能量不灭定律（充满管道，则根据能量不灭定律（Bernoulli方程式）方程式）和流体的连续性定律可知：通过阀的体积流量和流体的连续性定律可知：通过阀的体积流量QV与阀与阀的有效流通截面积的有效流通截面积A和通过阀前后的压降和通过阀前后的压降的平方根成的平方根成正比，与流体的密度和阀的阻力系数的平方根成反比，正比，与流体的密度和阀的阻力系数的平方根成反比，即即20精选测控技术与仪器系设设C为包含为包含在内的比例系数，则在内的比例系数，则式中式中21精选测控技术与仪器系2.流量系数的定义流量系数的定义（1）温温度度为为510的的水水，在在105Pa的的压压降降下下，每每小时流过调节阀水量的立方米数。以符号小时流过调节阀水量的立方米数。以符号Kv表示。表示。(2)温温度度为为60的的水水，在在1psi(磅磅/平平方方英英寸寸）的的压压降降下下，每每分分钟钟流流过过调调节节阀阀水水量量的的加加仑仑数数。以以符符号号Cv表示。表示。Kv=0.8569Cv或或Cv=1.167Kv22精选测控技术与仪器系3阻塞流阻塞流在阀前压力在阀前压力P1保持一定时，通过阀的流量随阀保持一定时，通过阀的流量随阀上压降上压降的增大而增大，当达到某一临界状况的增大而增大，当达到某一临界状况时，流量将不再随时，流量将不再随变化，而是达到一个最大变化，而是达到一个最大的极限值，这种流动状况称为阻塞流。的极限值，这种流动状况称为阻塞流。阻塞流情况下，计算流量系数，对不可压缩流体、阻塞流情况下，计算流量系数，对不可压缩流体、低雷诺数流体尤其是可压缩流体，均需要修正。低雷诺数流体尤其是可压缩流体，均需要修正。23精选测控技术与仪器系4调节阀的可调比调节阀的可调比（1）可调比定义）可调比定义指指该该阀阀所所能能调调节节的的最最大大流流量量和和最最小小流流量量的比值，的比值，R=24精选测控技术与仪器系式式中中，是是调调节节阀阀可可控控流流量量的的下下限限值值，通通常常为为最最大大流流量量的的10%左左右右，最最低低约约为为2%4%。当当调调节节阀阀两两端端压压差差不不变变时时，阀阀的的可可调调比比称称为理想可调比，为为理想可调比，为R=理想可调比：是阀的最大和最小流通能力之比。理想可调比：是阀的最大和最小流通能力之比。理想可调比越大越好。理想可调比越大越好。25精选测控技术与仪器系（2）实际可调比）实际可调比在实际使用中，调节阀前后的压降是随管道在实际使用中，调节阀前后的压降是随管道阻力的变化而改的。阻力的变化而改的。有旁路的调节阀，打开旁路阀时调节阀的可有旁路的调节阀，打开旁路阀时调节阀的可调比也会改变。调比也会改变。调节阀实际控制的最大和最小流量之比称为调节阀实际控制的最大和最小流量之比称为实际可调比。实际可调比。26精选测控技术与仪器系串联管道串联管道在串联管道系统的总压降在串联管道系统的总压降一定时，随着流量一定时，随着流量的增加，串联管路的阻力损失相应增大，调节阀的增加，串联管路的阻力损失相应增大，调节阀上的压降相对减少，从而调节阀所能流通的最大上的压降相对减少，从而调节阀所能流通的最大流量减少。流量减少。串联管道上调节阀的实际可调比会降低。串联管道上调节阀的实际可调比会降低。27精选测控技术与仪器系v令令串串联联管管道道调调节节阀阀的的实实际际可可调调比比为为RS，则则vRS=vR-理想可调比；理想可调比；v-调节阀全开时阀上的压降；调节阀全开时阀上的压降；v-调节阀最小开度下阀上的压降，它调节阀最小开度下阀上的压降，它接近于管路系统的总压降值接近于管路系统的总压降值。28精选测控技术与仪器系由此可得由此可得RSR=Rs=即压降比。即压降比。可见，可见，S值越小，实际可调比也越小。值越小，实际可调比也越小。29精选测控技术与仪器系在实际应用中为了确保调节阀有一定的可调在实际应用中为了确保调节阀有一定的可调比，阀全开时的压降应在管路系统中占有合适的比，阀全开时的压降应在管路系统中占有合适的比例。比例。通常通常S值在值在0.30.6范围内。范围内。30精选测控技术与仪器系并联管道并联管道v旁旁路路流流量量的的存存在在，相相当当于于通通过过调调节节阀阀的的最最小小流流量量增增大大，使使调节阀的实际可调比降低。调节阀的实际可调比降低。v设实际可调比为设实际可调比为Rp，则，则Rp=总管最大流量总管最大流量(阀体部件最小流量阀体部件最小流量+旁路流量旁路流量)=31精选测控技术与仪器系v调调节节阀阀在在并并联联管管道道上上的的实实际际可可调调比比近近似似为为总总管管最最大大流流量量与与旁旁路路流流量量的的比比值值，随随旁旁路路程程度度B值值的减小而降低。的减小而降低。v实用时应使实用时应使B值大于值大于0.8为好。为好。32精选测控技术与仪器系调节阀的流量特性调节阀的流量特性v指指流流体体流流过过阀阀门门的的相相对对流流量量和和相相对对开开度度之之间间的的函数关系，即函数关系，即QrQr=QQ100相相对对流流量量，阀阀在在某某一一开开度度下下的流量与全开时流量的比；的流量与全开时流量的比；Lr=l/l100相对开度相对开度，阀在某一开度的行程，阀在某一开度的行程与全开时行程的比。与全开时行程的比。33精选测控技术与仪器系1理想流量特性理想流量特性是阀前后压差保持不变的特性。是阀前后压差保持不变的特性。有有直线、对数、抛物线、快开直线、对数、抛物线、快开等四种。等四种。34精选测控技术与仪器系(1)直线流量特性直线流量特性指指调调节节阀阀的的单单位位相相对对位位移移的的变变化化所所引引起起的的相相对对流流量量的的变变化化是是常常数数。其其数数学学表表达达式式为为K为常数，调节阀的放大系数。为常数，调节阀的放大系数。35精选测控技术与仪器系36精选测控技术与仪器系v直线特性的调节阀在开度变化相同的情直线特性的调节阀在开度变化相同的情况下，况下，v当当流量小时流量小时，流量的变化值相对较大，流量的变化值相对较大，调节作用较强，易产生超调和引起振荡；调节作用较强，易产生超调和引起振荡；v流量大时流量大时，流量变化值相对较小，调节，流量变化值相对较小，调节作用进行缓慢，不够灵敏。作用进行缓慢，不够灵敏。37精选测控技术与仪器系（2）对数流量特性）对数流量特性又又称称等等百百分分比比特特性性，是是调调节节阀阀单单位位相相对对开开度度的的变变化化所所引引起起的的相相对对流流量量的的变变化化和和此此点点的的相相对对流流量成正比关系。量成正比关系。数学表达式为数学表达式为38精选测控技术与仪器系39精选测控技术与仪器系v图中图中b为对数流量特性曲线为对数流量特性曲线.v曲线的放大系数是随开度的增大而递增的曲线的放大系数是随开度的增大而递增的.v在同样的开度变化值下，在同样的开度变化值下，流量小时流量小时（小开度时）（小开度时）流量的变化也小（调节阀的放大系数小），调节流量的变化也小（调节阀的放大系数小），调节平稳缓和平稳缓和.v流量大时流量大时（大开度时）流量的变化也大（调节阀（大开度时）流量的变化也大（调节阀的放大系数大），调节灵敏有效的放大系数大），调节灵敏有效.v无论是小开度还是大开度，相对流量的变化率都无论是小开度还是大开度，相对流量的变化率都是相等的，流量变化的百分比是相同的是相等的，流量变化的百分比是相同的.40精选测控技术与仪器系（3）抛物线流量特性）抛物线流量特性阀阀的的相相对对流流量量与与相相对对流流量量的的平平方方根根成成正正比比的的关系的特性。关系的特性。其数学表达式为其数学表达式为图图中中c为为抛抛物物线线流流量量特特性性曲曲线线。介介于于直直线线流流量量特性和对数流量特性之间。特性和对数流量特性之间。41精选测控技术与仪器系（4）快开流量特性）快开流量特性阀在开度很小时，就已经将流量放大，随着阀在开度很小时，就已经将流量放大，随着开度的增加，流量很快就达到最大（饱和）值，以开度的增加，流量很快就达到最大（饱和）值，以后再增加开度，流量几乎没有变化。后再增加开度，流量几乎没有变化。这种流量特性适用于迅速启闭的切断阀或双这种流量特性适用于迅速启闭的切断阀或双位控制系统。位控制系统。其特性曲线见图中曲线其特性曲线见图中曲线d。42精选测控技术与仪器系（5）蝶阀流量特性）蝶阀流量特性图中的曲线图中的曲线1是蝶阀的理想流量特性，它是是蝶阀的理想流量特性，它是一条近似对数（等百分比）的特性曲线。一条近似对数（等百分比）的特性曲线。在开启角很小时，流量增加却很小；在开启角很小时，流量增加却很小；当开启角继续增大，流量逐渐成比例地增加；当开启角继续增大，流量逐渐成比例地增加；当开启角增大到当开启角增大到600700之间时，可以获得之间时，可以获得70%以上的流量；以上的流量；再继续增大开启角到再继续增大开启角到700以上，阀的流通截以上，阀的流通截面几乎与开启角成比例地增加，但因为阀上压差面几乎与开启角成比例地增加，但因为阀上压差显著减小，流量的增加也显著减少。显著减小，流量的增加也显著减少。在整个角行程内蝶阀都起着控制流量的作用。在整个角行程内蝶阀都起着控制流量的作用。43精选测控技术与仪器系v1-理想特性理想特性v2-阀径过小的特性阀径过小的特性v3-阀径过大的特性阀径过大的特性v4-流通截面特性流通截面特性v5-阀上相对压降的曲线阀上相对压降的曲线44精选测控技术与仪器系如蝶阀直径选得过大，其特性就会变成快开特如蝶阀直径选得过大，其特性就会变成快开特性，如图中曲线性，如图中曲线3，将使阀只在一个很小的角行程，将使阀只在一个很小的角行程（开度）内操作，稍有移动，流量就会发生过量的（开度）内操作，稍有移动，流量就会发生过量的激烈变化，从而引起振荡，使控制不稳定。激烈变化，从而引起振荡，使控制不稳定。如如蝶蝶阀阀直直径径选选得得过过小小，其其特特性性曲曲线线下下移移，如如图图中中曲曲线线2，阻阻力力增增大大，以以致致阀阀门门全全开开也也不不能能通通过所需的最大流量。过所需的最大流量。正确计算蝶阀直径，对于控制系统的品质起正确计算蝶阀直径，对于控制系统的品质起着重要作用。着重要作用。45精选测控技术与仪器系2工作流量特性工作流量特性在在实实际际生生产产中中，调调节节阀阀前前后后压压差差总总是是变变化化的的，这时的流量特性称为这时的流量特性称为工作流量特性工作流量特性。工作流量特性与管道系统阻力有关。工作流量特性与管道系统阻力有关。46精选测控技术与仪器系（1）串联管道的工作流量特性串联管道的工作流量特性阀阀与与管管道道串串联联时时，流流量量增增大大，管管路路损损失失也也增增大大，在在总总的的压压降降一一定定时时阀阀上上的的压压降降减减小小，从从而而引引起起流流量量特特性性的的改改变变，理理想想流流量量特特性性畸畸变变为为工工作作流量特性。流量特性。求这时的流量，需了解阀上压差的变化规律。求这时的流量，需了解阀上压差的变化规律。47精选测控技术与仪器系图为串联管道时的工作流量特性曲线图为串联管道时的工作流量特性曲线48精选测控技术与仪器系(a)阀的理想特性为阀的理想特性为直线特性直线特性(b)阀的理想特性为阀的理想特性为对数特性对数特性由计算公式和图可知由计算公式和图可知当管道阻力损失为零时当管道阻力损失为零时s=1，系统的总压，系统的总压降全部落在调节阀上，则实际工作流量特性与理降全部落在调节阀上，则实际工作流量特性与理想特性一致；想特性一致；49精选测控技术与仪器系随随着着管管道道阻阻力力损损失失所所占占比比重重增增加加s值值将将减减小小，调调节节阀阀全全开开时时的的流流量量相相应应比比管管道道阻阻力力损损失失为为零时减少，因而实际可调比也减小；零时减少，因而实际可调比也减小；随随着着s值值减减小小，流流量量特特性性曲曲线线发发生生畸畸变变，直直线线特特性性趋趋向向于于快快开开特特性性，对对数数特特性性趋趋向向于于直直线线特特性，性，实实际际使使用用中中，为为了了避避免免调调节节阀阀工工作作特特性性的的畸畸变，一般希望变，一般希望s值不低于值不低于0.30.5。50精选测控技术与仪器系（2）并联管道的工作流量特性并联管道的工作流量特性调调节节阀阀与与旁旁路路管管道道并并联联管管道道系系统统的的总总流流量量是是通过调节阀和旁路二者流量之和，即通过调节阀和旁路二者流量之和，即QT=Q1+Q251精选测控技术与仪器系设设B=B是是旁旁路路程程度度，为为阀阀全全开开时时通通过过的的流流量量与与总管最大流量之比值。总管最大流量之比值。以以Qmax为为参参比比数数的的并并联联管管道道系系统统的的工工作作流流量量特性为特性为52精选测控技术与仪器系当当旁旁路路阀阀全全关关时时，B=1实实际际工工作作特特性性与与理理想想特特性一致；性一致；旁旁路路阀阀逐逐渐渐开开启启，旁旁路路流流量量增增加加，则则B值值减减小小，可调比下降；可调比下降；希望希望B值不低于值不低于0.5，最好不低于，最好不低于0.8。53精选测控技术与仪器系补充：1、电气转换器54精选测控技术与仪器系电气转换器工作原理电气转换器工作原理它是按力平衡原理设计和工作的。在其内部有一线圈，它是按力平衡原理设计和工作的。在其内部有一线圈，当调节器的电流信号送入线圈后，由于内部永久磁铁的作用，当调节器的电流信号送入线圈后，由于内部永久磁铁的作用，使线圈和杠杆产生位移，带动挡板接近（或远离）喷嘴，引使线圈和杠杆产生位移，带动挡板接近（或远离）喷嘴，引起喷嘴背压增加（或减少），此背压作用在内部的气动功率起喷嘴背压增加（或减少），此背压作用在内部的气动功率放大器上，放大后的压力一路作为转换器的输出，另一路馈放大器上，放大后的压力一路作为转换器的输出，另一路馈送到反馈波纹管。输送到反馈波纹管的压力，通过杠杆的力送到反馈波纹管。输送到反馈波纹管的压力，通过杠杆的力传递作用在铁芯的另一端产生一个反向的位移，此位移与输传递作用在铁芯的另一端产生一个反向的位移，此位移与输入信号产生电磁力矩平衡时，输入信号与输出压力成一一对入信号产生电磁力矩平衡时，输入信号与输出压力成一一对应的比例关系。即输入信号从应的比例关系。即输入信号从4mADC改变到改变到20mADC时，时，转换器的输出压力从转换器的输出压力从0.020.1MPa变化，实现了将电流信号变化，实现了将电流信号转换成气动信号的过程。转换成气动信号的过程。图中调零机构，用来调节转换器的零位，反馈波纹管起反图中调零机构，用来调节转换器的零位，反馈波纹管起反馈作用。馈作用。55精选测控技术与仪器系2、气动阀门定位器56精选测控技术与仪器系气动阀门定位器工作原理气动阀门定位器工作原理气动阀门定位器是按力平衡原理设计工作的，气动阀门定位器是按力平衡原理设计工作的，其工作原理方框见上图所示，它是按力平衡原理设其工作原理方框见上图所示，它是按力平衡原理设计和工作的。计和工作的。当通入波纹管的信号压力增加时，使杠杆当通入波纹管的信号压力增加时，使杠杆2绕支绕支点转动，档板靠近喷嘴，喷嘴背压经放大器放大后，点转动，档板靠近喷嘴，喷嘴背压经放大器放大后，送入薄膜执行机构气室，使阀杆向下移动，并带动送入薄膜执行机构气室，使阀杆向下移动，并带动反馈杆（摆杆）绕支点转动，连接在同一轴上的反反馈杆（摆杆）绕支点转动，连接在同一轴上的反馈凸轮（偏心凸轮）也跟着作逆时针方向转动，通馈凸轮（偏心凸轮）也跟着作逆时针方向转动，通过滚轮使杠杆过滚轮使杠杆1绕支点转动，并将反馈弹簧拉伸，弹绕支点转动，并将反馈弹簧拉伸，弹簧对杠杆簧对杠杆2的拉力与信号压力作用在波纹管上的力达的拉力与信号压力作用在波纹管上的力达到力矩平衡时，仪表达到平衡状态。此时，一定的到力矩平衡时，仪表达到平衡状态。此时，一定的信号压力就与一定的阀门位置相对应。信号压力就与一定的阀门位置相对应。57精选测控技术与仪器系气动阀门定位器工作原理（续）以上作用方式为正作用，若要改变作用方式，以上作用方式为正作用，若要改变作用方式，只要将凸轮翻转，只要将凸轮翻转，A向变成向变成B向等，即可。向等，即可。所谓正作用定位器，就是信号压力增加，输出压所谓正作用定位器，就是信号压力增加，输出压力亦增加；所谓反作用定位器，就是信号压力增加，力亦增加；所谓反作用定位器，就是信号压力增加，输出压力则减少。输出压力则减少。一台正作用执行机构只要装上反作用定位器，一台正作用执行机构只要装上反作用定位器，就能实现反作用执行机构的动作；相反，一台反作就能实现反作用执行机构的动作；相反，一台反作用执行机构只要装上反作用定位器，就能实现正作用执行机构只要装上反作用定位器，就能实现正作用执行机构的动作。用执行机构的动作。58精选测控技术与仪器系3、不同特性阀门的应用 1、系统稳定运行的准则：、系统稳定运行的准则：（1）静态运行准则：系统各开环增益之积基本不变；）静态运行准则：系统各开环增益之积基本不变；（2）动态运行准则：系统总开环传递函数的模基本恒定。）动态运行准则：系统总开环传递函数的模基本恒定。2、为什么有不同特性的阀门？、为什么有不同特性的阀门？原因：通过阀门的特性（增益）的变化来弥补对象增原因：通过阀门的特性（增益）的变化来弥补对象增益的变化而引起的总开环增益的变化。益的变化而引起的总开环增益的变化。3、举例说明、举例说明59精选测控技术与仪器系本章小结本章小结1.过程控制系统设计的步骤与方法，根据生产工艺过程控制系统设计的步骤与方法，根据生产工艺要求，如何选择被控变量和控制变量，以及仪表要求，如何选择被控变量和控制变量，以及仪表选型的基本原则。选型的基本原则。2.流量测量和计算有关的基本原理与概念，流量计流量测量和计算有关的基本原理与概念，流量计类型，节流装置的取压方式，以及标准节流装置类型，节流装置的取压方式，以及标准节流装置的一种计算方法。的一种计算方法。60精选此课件下载可自行编辑修改，供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！