仪表基础知识讲义

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联锁系统的构成
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联锁系统的构成




在联锁保护逻辑中，一次原件输入信号尽量不要单 取，容易引起误动，为了解决单取的误动作，引入了二取 二，当两个信号同时动作时，才发生联锁。但这引来了新 的问题，就是拒动，当一个信号坏掉永运不动时，二取二 就不起作用。 工业控制中，重要联锁最好是三取二去联锁（三取 中值去控制）。这兼顾了安全，又兼顾了成本。 在联锁保护中，一次原件的输入，应设置旁路开关； 机泵等应设置手/自动开关。 联锁动作后，应设置手动复位才能重新运行。

序 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9
零 件 名 称 吊 环 螺 母 上 膜 托 限 位 膜 盖 片 盘 件
序 号 10 11 12 13 14 15 16 17 18
零 件 名 称 下 推 支 导 指 标 铭 向 膜 盖 杆 架 套 针 尺 牌 六 角 螺 栓
行 程 档 块 六 角 螺 母 弹 防 雨 簧 帽
Pu
衰减曲线法 响应曲线法
液位 20~80 (>10) Ti Td 控制 K P PI 0.5 Kmax 0.45 Kmax 0.83 Pu
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调节阀
调节阀的结构原理 调节阀=执行机构+阀 体部件

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调节阀

调节阀执行机构
执行机构：调节阀的推动 装置，它按信号压力的大小 产生相应推力，使阀杆相应 的位移、阀芯动作。
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调节阀




为了调节阀的快速响应和定位精定，使用中的调节阀一般 均配有定位器 目前定位器种类非常多，从纯气动型到智能型都有，就原 理而言，只 有两种：长排气式和 节能式（西门子） 调节阀的流通能力 (c值)：阀前后压差为 0.1MPa，介质密度为 1g/cm3时，每小时通 过阀门的流量(t/h)
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调节阀
角形阀：角形调节阀除阀体为直角形外，其他结构与直通单 座阀调节阀相似 ⑴流路简单，死区和涡流区较小，借助介质自身的冲刷作 用，可有效地防止介质堵塞，有较好的自洁性能 ⑵流阻小，流量系数比单座阀大，相当于双座阀的流量系 数 它适用于高粘度、含悬浮物和颗粒状流体的场合，或 用于要求直角配管的地方，其流向一般为底进侧出。 高压调节阀：适用于高静压和高压阀调节的特殊阀门，最大 公称压力为32MPa，常见的结构有多级阀芯和单级阀芯。 多级阀芯是几个阀芯串在一起相当几个阀逐渐降压，但这 种阀结构较复杂，调节性能差，应用较少；单级阀芯多为 角形单座，但在高压差下，流体对阀芯、阀座的冲刷和气 蚀严重，使用寿命短。
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调节阀
阀体部件（如图所示） 直通单座阀：泄漏量小、许用压差小、 流通能力小。 直通双座阀：许用压差大、流通能力 大、泄漏量大。不适用于高粘度、 含悬浮颗粒的流体 套筒调节阀：稳定性好，不易引起阀 芯振动；互换性和通用性强，只 要更换套筒就可得到不同的流量 系数和流量特性；许用压差大， 1、直通单座；2、直通双座；3、 热膨胀影响小，；维修方便，阀 角形；4、隔膜阀；5、蝶阀；6、 座是通过螺纹与阀体相连的；使 阀体分离阀；7、合流型三通调 用寿命长；噪音低（比单、双座 节阀；8、分流型三通调节阀 阀低10分贝）
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主要内容


自动控制基础知识 调节阀 联锁系统的构成
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自动控制基础知识




调节对象：自动调节系统的工艺生产设备 给定值：生产中要求保持的工艺指标 偏差：在自动化系统中，e=x - z 给定值x大于测量值z 时为正偏差，反之为负偏差；但在单独讨论调节器时，正 好相反，即e=z - x。 系统的过渡过程：调节系统在受干扰作用后，在调节器 的控制下，被调参数随时间而变化的过程。如果调节正常 的话，这个过程是一个衰减振荡的过程。 传递函数及方框图
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调节阀
调节阀的流量特性：快开、线性、等百分比、抛物线 调节阀的流开、流闭

正装 流开状态

反装
正装 流闭状态
反装
调节阀的气开、气关

执行机构 正 正 反 反
阀体部件 正 反 正 反
调节阀 气关 气开 气开 气关
随信号增大，阀门开度增大的叫气开 选择调节阀的气开/关型式，应从装置和设备的安全性来考虑
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调节阀
隔膜调节阀：隔膜调节阀用耐腐蚀衬里的阀体和膜片代替阀 芯和阀座，由隔膜起调节作用 优点：1、用橡胶等材料做隔膜，抗腐蚀性能好。 2、结构简单，流路阻力小，同时能严密关闭。 3、流通能较同口径的其他阀大。 4、流体被隔膜与阀门可动部件隔开，无需填料也不会外 泄 缺点：1、由于隔膜和衬里材质限制，耐压、耐温较低，一 般只能用于1.6MPa、150℃以下。 2、控制特性差，可调范围小，流量特性近似快开特性， 60%行程前近似线性，60%后流量变化很小。 隔膜调节阀适用于强酸、强碱等强腐蚀介质的调节，也能 用于高粘度及悬浮颗粒流体的调节。
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联锁系统的构成

信号报警和联锁保护系统通常由以下 三部份构成： 1 发信元件 2 执行元件 3 逻辑元件
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联锁系统的构成

基础知识：
联锁保护动作通过继电器的输出来实现，但在DCS输出型式为三极管的 情况，为了防止反向击穿，应加上反向二极管放电。 触点常开、常闭：正常操作情况下触点断开为常开，反之为常闭 反逻辑、正逻辑：正反逻辑起源：在数字电路中，输出信号与输入信号 之间有一定的逻辑关系,例如非门，当输人信号为高电平时,输出为低 电平；反之，当输入为低电平，输出为高电平。为了方便,在逻辑电路 中用符号1和0来表示高电平和低电平两种状态,换言之即高电平是逻 辑“1”，低电平是逻辑“0”。这是一种人为的规定,亦可以反过来将高 电平定为逻辑“0”，低电平定为逻辑“1”。由于大多数数字电路采用 的是正电源、硅管电路,用高电平作逻辑1、低电平作逻辑0比较方便, 所以定为用1表示高电平。正、负逻辑只是规定不同，没有好坏之分。 如令H=1，L=0，则称之为正逻辑体制，与此相反，若令H=0，L=1， 则称之为负逻辑体制。 一般满足正常条件为1（或通电为1），为正逻辑，即1动作。为非 故障安全型。通常情况下常通电，故障或动作时断电（0），为负逻 辑。

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调节阀
偏心旋转阀： ⑴流路简单，阻力小，用物含固体悬浮物和高粘度的流体调 节较为理想 ⑵流通能力较大，比同口径的单、双座阀大10~30%，可调 比大，可达100：1 ⑶阀芯球面偏心旋转运动减少了所要求的操作力矩，在流开 流闭下都能稳定操作，在高压差下能顺利使用，同时用较 小的力就能严密关闭，所以泄漏量小。 ⑷可通过改变定位器中凸轮板位置，方便地得到直线或等百 分比流量特性 ⑸体积小，重量轻，可根据现场安装位置，不更换任何零件 灵活组装
阀杆连接部件
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调节阀


调节阀解体图
阀体部件：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。
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调节阀



执行机构：分气动薄膜执行机构、气动活塞执行机构和长执行机构。 气动薄膜执行机构： 分正、反两种形式。当信号压力增加时，阀杆向下动作的叫正作用 执行机构。反之，信号增加阀杆向上的叫反作用执行机构。通常接受 20~100KPa的标准信号压力，带定位器时，最高压力为250KPa，其 行程规格有10、16、25、40、60、100mm六种。 气动活塞执行机构： 比上述更强力的输出机构，其压力可达500KPa，而且无弹簧抵消 推力，输出力大，适用于大口径、高静压、高压差阀和蝶阀。 气动长行程执行机构： 具有行程长、转矩大的特点，它将信号气压转变成相应的转角 （0~900）或位移（200~400mm），适合于角行程调节阀的需要， 多用于大转矩的蝶阀、闸阀、风门等。
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联锁系统的构成


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联锁保护系统是按生产装置的工艺过程和设备要求， 使相应的执行机构动作，或自动启动备用系统，或实现安 全停车的系统。联锁保护系统要既能保证生产装置和设备 的正常开、停、运转，又能在工艺过程出现异常时，按规 定的程序保证安全生产，实现紧急操作、安全停车、紧急 停车或自动投入备用设备。联锁保护系统的安全可靠运行 对实现生产装置的正常生产和设备的正常运行至关重要。
比例积分微分控制PID：微分，输出与偏差变化的速度成比例，有超前 调节的作用，对滞后大的对象有很好的效果。

U t K (e(t )
1 Ti

t
0
edt TD
de(t ) ) U0 dt
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自动控制基础知识

调节器参数的整定
系统
δ%
Ti分
Td分
经验法（如表） 温度 20~60 3~10 0.5~3 a、流量系统PI控制 b、液位系统P控制 c、压力系统PI控制 流量 40~100 0.1~1 d、温度系统PID控制 临界比例度法 压力 30~70 0.4~3 比例调节，慢慢增大K，直至临界等幅振荡，测出Kmax和Pu

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自动控制基础知识
比例控制P：比例，输出与偏差成比例，但不能消除余差，它是以“偏 差的大小”来动作的。

比例积分控制PI：积分，输出与偏差对时间的积分成比例，消除余差， 它以“偏差是否存在”来动作

U t K e(t) U0
1 t U t K (e(t) edt ) U 0 Ti 0

参数 100%
Pu
±5%
B1 给定
B2
A
T
0% 自动控制系统的过渡过程
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自动控制基础知识

调节器：根据偏差，按一定的运算规律产生输出信号。
比例P、积分I、微分D 比例P：有两种表示方式:比例度δ%和增益K，K=1/ δ% , K增大，系统的稳定器变差，控制质量提高。 纯比例调节时，K =输出/输入 积分I：积分时间以Ti（分）来表示，积分作用的基本目的是 在系统经受干扰后使系统输出返回设定值（即消除余差）。 Ti↑系统稳定性↑， Ti↓积分作用越强。 微分D：微分时间以Td（分）来表示，微分作用的基本目的 是能补偿容量的滞后，使系统稳定性改善，从而允许使用 高的增益，并提高响应速度。 Td ↑作用强，太强会振荡。

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调节阀



调节阀的流量特性：快开、线性、等百分比、抛 物线 调节阀为什么选等百分比阀较多？ 1 q=αf △P 2 阀位变时阀前后总差压△P 也变，q也变，即 3 流量特性同同往上移，所以选等百分比阀较多。 4 当调节阀两端差压比较小时，对象是线性对象， 1、快开；2、线 则选线性阀 性；3、抛物线； 调节阀正常可调范围一般控制在20~80% 4、等百分比
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调节阀
蝶阀（翻板阀）：流通能力大，约为同口径双座阀的1.5~ 3 倍；阻力损失小；沉积物不易积存；结构紧凑，安装空间 很小。但操作转矩大，泄漏量较大，可调范围小。 特别适用于低压差、大口径、大流量的气体和浆状液体 O型球阀：可起调节和切断作用，常用于两位式控制。它流 路简单，全开时完全形成直管通道，压力损失最小，特别 适用 于高粘度、悬浮液、纸浆等流体场合。密封可靠，泄 漏量很小，软密封球阀可达到气泡级密封。 V型球阀：流通能力大，比普通阀高2倍以上；控制特性好， 为等百分比；可调范围大，可达300：1；具有剪切作用， 能严密关闭，适用于浆料、纤维状流体场合。主要缺点是 操作压力受到限制，高压降时不适用。
x + e 调节器 调节阀 变送器
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对象
H
自动控制基础知识
控制质量指标 衰减比：表示系统的衰减程度的标志，η=B1/B2（4:1~10:1 常用） 最大偏差A 振荡周期Pu 余差C：过渡过程结束后，新稳定值与给定值之差 过渡时间T：从被调参数变化之时起，直到进入新的稳态值 的±5%所需的时间

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自动控制基础知识