第五章 自动控制仪表9

概 述

气动： 气动执行器的执行机构和调节机构是统一的 整体，其执行机构有薄膜式和活塞式两类。 活塞式行程长，适用于要求有较大推力的场 合，而薄膜式行程较小，只能直接带动阀杆。 化工厂一般均采用薄膜式。（习惯称为气动 调节阀)是用压缩空气为能源，结构简单、动 作可靠、平稳、输出推动力大、维修方便、 防火防爆、价格较低、广泛应用于化工、炼 油生产。

DDZ-Ⅲ型控制器的特点
整套仪表可以构成安全火花型防爆系统，而 且增加了安全栅，实现控制室与危险场所之 间的能量限制和隔离。 有软、硬两种手动操作方式，软手动与自动 之间相互切换具有双向无平衡无扰动特性， 提高了控制器的操作性能。这是因为在自动 与软手动之间有保持状态，此时控制器输出 可长期保持不变，所以即使有偏差存在，也 能实现无扰动切换。
适用场合 对象容量大 ,负荷变化小 ,控 制质量要求不高 ,允许等幅振 荡 对象容量大 ,负荷变化不大、 纯滞后小 ,允许有余差存在 , 例如一些塔釜液位、贮槽液位、 冷凝器液位和次要的蒸汽压力 控制系统等 对象滞后较大 ,负荷变化较大 , 但变化缓慢 ,要求控制结果无 余差。此种规律广泛应用于压 力、流量、液位和那些没有大 的时间滞后的具体对象
DDZ-Ⅲ型控制器的特点
采用高增益、高阻抗线性集成电路组件，提 高了仪表精度、稳定性和可靠性，降低了功 耗。 由于采用集成电路，扩展了功能，在基型控 制器的基础上可增加各种功能，如非线性控 制器可以解决严重非线性过程的自动控制问 题，前馈控制器可以解决大扰动及大滞后过 程的控制，也可以根据需要在控制器上附加 一些单元如偏差报警、输出双向限幅及其它 功能的电路。

DDZ-Ⅲ型控制器的特点

采用国际标准信号制，现场传输信号为4～ 20mA直流电流，控制室联络信号为1～5V直 流电压，信号电流和电压的转换电阻为250Ω。 由于电气零点不是从零开始，因此容易识别 断电、断线等故障。信号传输采用电流传送电压接受的并联方式，即进出控制室的传输 信号为直流电流信号（4～20mA），将此电 流信号转换成直流电压信号后，以并联形式 传输给控制室各仪表。

反馈环节
控制器的PID控制规律是通过反馈环节进行的。 输出的电信号通过电阻和电容构成的无源网络反馈 到输入端。

放大器
放大器实质上是一个稳态增益很大的比例环节。 在电动控制器中可采用高增益的集成运算放大器。
DDZ-Ⅲ型电动单元控制器
是模拟式控制器中较为常见的一种，它以来 自变送器或转换器的1～5V直流测量信号作 为输入信号，与1～5V直流设定信号相比较 得到偏差信号，然后对此信号进行PID运算 后，输出1～5V或4～20mA直流控制信号， 以实现对工艺变量的控制。
第一节 气动执行器
气关式
正作用
气开式
正作用
气开式
反作用
气关式
反作用
第一节 气动执行器
(2) 活塞式 活塞式执行机构属于强力气动执行机构。其气缸允 许操作压力高达0.5MPa，且无弹簧抵消推力，因此 输出推力很大，特别适用于高静压、高压差、大口 径场合。它的输出特性有两位式和比例式。两位式 是根据活塞两侧的操作压力的大小而动作，活塞由 高压侧推向低压侧，使推杆从一个极端位置移动到 另一个极端位置，其行程达25～100mm，适用于 双位控制系统；比例式是指推杆的行程与输入压力 信号成比例关系，必须带有阀门定位器，它适用于 控制质量要求较高的系统。
第一节 气动执行器
PO 气 动 执 行 机 构 1 2
3
6 调节 机构
4
5
图 气动薄膜调节阀的外形和内部结构 1－薄膜 2－平衡弹簧 3－阀杆 4－阀芯 5－阀体 6－阀座
第一节 气动执行器
气动执行机构
气动执行机构主要分为薄膜式和活塞式。
薄膜式 活塞式
第一节 气动执行器
这种执行机构的输出位移 与输入气压信号成比例关 系。当压力与弹簧的反作用 力平衡时,推杆稳定在某一位 置,信号压力越大,推杆的位移 量也越大。(推杆的位移 即为执行机构的直线输出 位移,也称行程。) 正作用形式: 信号压力增大,推杆向下。 反作用形式: 信号压力增大,推杆向上。
对象滞后大;负荷变化较大, 但不甚频繁;对控制质量要 求高。例如精馏塔、反应器、 加热炉等温度控制系统及某 些成分控制系统
模拟式控制器
模拟式控制器基本结构
模拟式控制器所传送的信号形式为连续的模 拟信号，其基本结构包括比较环节、反馈环 节、放大器三部
模拟式控制器

比较环节
将被控变量的测量值与设定值进行比较得到偏差。 电动控制器是在输入电路中进行电压或电流信号的 比较。
DDZ-Ⅲ型控制器结构
DDZ-Ⅲ型控制器结构


控制器的工作状态有“自动”、“软手动”、 “硬手动”及“保持”四种
当控制器处于“自动”状态时，测量信号与设定信 号通过输入电路进行比较，由比例微分电路、比例 积分电路对其偏差进行PD和PI运算后，再经过电路 转换为4～20mA直流电流，作为控制器的输出信号， 去控制执行器。 当控制器处于“保持”状态（即它的输出保持切换 前瞬间的数值）时，若同时将控制器切换到“软手 动”状态，输出可按快或慢两种速度线性地增加或 减小，以对工艺过程进行手动控制。当控制器处于 “硬手动”状态时，控制器的输出与手操电压成比 例，即输出值与硬手动操作杆的位置一一对应。
第五章
自动控制仪表
上节课重点内容回顾： 1、控制器的作用 2、四种基本控制规律及其选用 本次课讲述内容： 1、模拟式控制器构成原理及部件 2、DDZ-III型电动控制器 3、执行器简介
控制规律 优缺点 位式 结构简单 ;价格便 宜 ;控制质量不 高 ;被控变量会振 荡 比例（P） 结构简单 ;控制及 时 ;参数整定方 便 ;控制结果有余 差

数字式控制器
数字式控制器主要特点 实现了模拟仪表与计算机一体化 具有丰富的运算控制功能 使用灵活方便，通用性强 具有通讯功能，便于系统扩展 可靠性高，维护方便 （硬件、软件）
第六章
执行器
对执行器的初步认识
气动薄膜 直通单座阀
气动薄膜 直通双座阀
气动蝶阀
气动Leabharlann Baidu阀
气动切断阀
气动薄膜 角形阀
比例积分 能消除余差 ;积分 PI 作用控制缓慢 ;会 使系统稳定性变差
控制规 优缺点 律 比例微 响应快、偏差 分PD 小、能增加系 统稳定性;有超 前控制作用,可 以克服对象的 惯性;控制结果 有余差 比例积 控制质量高;无 分微分 余差;参数整定 PID 较麻烦
适用场合 对象滞后大,负荷变化不大, 被控变量变化不频繁,控制 结果允许有余差存在
电动 直通单座阀
电动 隔膜阀
电动 三通阀
电磁阀
手动截止阀
概 述
控制器 扰动 比较 设定值 r(t) 机构 e(t) f(t) 广义对象 被控变量
-
控制装置 u(t)
执行器
q(t)
过程
c(t)
测量值 y(t)
检测元件、变送器
作用：接收控制器输出的控制信号，改变操 纵变量，使生产过程按预定要求正常进行。
概 述
组成：执行机构和调节机构 执行机构：执行机构是指根据控制器控制信 号产生推力或位移的装置。 调节机构：调节机构是根据执行机构输出信 号去改变能量或物料输送量的装置，通常指 控制阀。 现场有时就将执行器称为控制阀。

概 述
液动: 推力最大，但较笨重，现很少使用 电动： 电动执行器的执行机构和调节机构是分开的 两部分，其执行机构有角行程和直行程两种， 都是以两相交流电机为动力的位置伺服机构， 作用是将输入的直流电流信号线性地转换为 位移量。安全防爆性能较差，电机动作不够 迅速，在行程受阻或阀杆被轧住时电机易受 损。