过程控制与自动化仪表——执行器仪表_图文
【正式版】自动化仪表与过程第五章执行器第二讲PPT
控制器
阀门定位器
执行机构
控制阀
阀门定位器
电-气阀门定位器
具有两个重要特点： 1、具有电气转换作用 2、具有阀门定位功能
工作原理方框图：
力矩平衡
气信号
力矩平衡
执行机构
阀门定位器
工作原理结构图：
反作用时，输入信号增大，输出气压减小。 （2）高精度。 当压力为p1的液体流经节流孔时，流速突然急剧增加，而静压力骤然下降，当节流孔后的压力达到或者低于该流体所在情况的饱和蒸 汽压，部分液体就会气化成气体，形成气液共存的现象，这种现象叫做闪蒸。 （2）改善阀的动态特性 另一方面与控制阀的安装、使用有关： 当压力为p1的液体流经节流孔时，流速突然急剧增加，而静压力骤然下降，当节流孔后的压力达到或者低于该流体所在情况的饱和蒸 汽压，部分液体就会气化成气体，形成气液共存的现象，这种现象叫做闪蒸。 （1）高分辨率。 还有其它各种情况，例如：腐蚀、高温、低温和高压降。 定位器改变了原来阀的一阶滞后特性，减小时间常数，使之成为比例特性 在生产过程中常用的理想流量特性是线性、对数和快开特性，在控制阀流量特性的选择通常是指如何合理的选择线性和对数流量特性。 在选择控制阀的结构形式和材质时应从工艺条件和介质特性考虑P98 执行器能否在控制系统中起到良好的作用，一方面取决于控制阀的结构类型、流量特性及口径的选择是否正确；
负另（反一1）馈 方高作面分用与辨于控（率阀制。1门阀）定的位安闪器装、蒸使和用有空关：化
1气、动具薄有膜电控气制转阀换的作安用装使用
定工 具反位作有器 原两 用改理 个时变方 重，了框 要输原图 特入来： 点信如阀：号的增果一大阶，产滞输生后出特气闪性压，减蒸减小之小。时后间常，数p，2使不之成是为保比例持特性在饱和蒸汽压力以下，
自动化仪表ppt
压力表的分类：按其转换原理的不同，大致可分为四大类。
1、液柱式压力计：依据流体静力学原理，简单、方便测量范 围窄测较低压或真空度。
2 、弹性式压力表；将被测压力转换成弹性元件变形的位移进 行测量，如弹簧管压力表，波纹管压力计等。
3、电器式压力表；通过机械或电器元件将被测压力转换为电 量（电压、电流、频率等）来进行测量的仪表。如电容式、 电阻式、应变片式或霍尔片式等压力表。
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400-2000 700-3000 900-1700 0-3500 200-2000
二、常用的几种温度检测仪表
1、热电偶：两种不同成分的导体焊在一起，两端温度不同 时，回路中就会有热电势产生，通过测量电势来测量温 度的一种感温元件。
2、热电阻：利用导体或半导体的电阻值随温度变化而变化 的特性来测量温度的一种感温元件。
Rt=R0[1+α（t-t0）] R0为0的电阻值，α—为电阻温度系 数
[第4讲]-自动化仪表及过程控制-第四章-过程控制仪表
![[第4讲]-自动化仪表及过程控制-第四章-过程控制仪表](https://img.taocdn.com/s3/m/908249a56529647d272852bc.png)
第四章过程控制仪表⏹本章提要1.过程控制仪表概述2.DDZ-Ⅲ型调节器3.执行器4.可编程控制器⏹授课内容第一节概述✧过程控制仪表---是实现工业生产过程自动化的重要工具，它被广泛地应用于石油、化工等各工业部门。
在自动控制系统中，过程检测仪表将被控变量转换成电信号或气压信号后，除了送至显示仪表进行指示和记录外，还需送到控制仪表进行自动控制，从而实现生产过程的自动化，使被控变量达到预期的要求。
过程控制仪表包括调节器（也叫控制器）、执行器、操作器，以及可编程调节器等各种新型控制仪表及装置。
过程控制仪表的分类：●按能源形式分类：液动控制仪表、气动控制仪表和电动控制仪表。
●按结构形式分类：基地式控制仪表、单元组合式控制仪表、组件组装式控制仪表、集散控制装置等。
[基地式控制仪表]以指示、记录仪表为主体，附加某些控制机构而组成。
基地式控制仪表特点：—般结构比较简单、价格便宜．它不仅能对某些工艺变量进行指示或记录，而已还具有控制功能，因此它比较适用于单变量的就地控制系统。
目前常使用的XCT系列动圈式控制仪表和TA系列简易式调节器即属此类仪表。
[单元组合式控制仪表]将整套仪表划分成能独立实现一定功能的若干单元，各单元之间采用统一信号进行联系。
使用时可根据控制系统的需要，对各单元进行选择和组合，从而构成多种多样的、复杂程度各异的自动检测和控制系统。
特点：使用灵活，通用性强，同时，使用、维护更作也很方便。
它适用于各种企业的自动控制。
广泛使用的单元组合式控制仪表有电动单元组合仪表(DDZ型)和气动单元组合仪表(QD2型)。
[组件组装式控制仪表]是一种功能分离、结构组件化的成套仪表(或装置)。
它以模拟器件为主，兼用模拟技术和数字技术。
整套仪表(或装置)在结构上由控制柜和操作台组成，控制柜内安装的是具有各种功能的组件板，采用高密度安装，结构紧凑。
这种控制仪表(或装置)特别适用于要求组成各种复杂控制和集中显示操作的大、中型企业的自动控制系统。
过程控制与自动化仪表(第3版)第1章
机与网络技术基础上，开发了集中、分散相结合的
集散型控制系统（ DCS， Distributed Control System） 。 DCS系统实行分层结构，将控制故障风险分 散、管理功能集中。得到广泛应用。
过程控制系统与仪表 第1章
过程控制系统与仪表 第1章
随着CPU进入检测仪表和执行器，自动化仪 表彻底实现了数字化、智能化。 控制系统也出现了由智能仪表构成的现场总 线控制系统（FCS，Fieldbus Control System)。 FCS 系统把控制功能彻底下放到现场，依靠 现场智能仪表便可实现生产过程的检测、控制。 而用开放的、标准化的通信网络 ——现场总 线，将分散在现场的控制系统的通信连接起来， 实现信息集中管理。
实测值
变送器
过程控制系统与仪表 第1章
2. 按系统的结构特点分类
1）反馈控制系统（闭环控制系统） 将被控变量输入到控制器，形成闭环，具有被 控变量负反馈的控制系统。如：
干扰f + 给定值
e
－
控制器
执行器
被控对象
被控变量
实测值
变送器
反馈控制系统是过程控制最基本的结构形式。
过程控制系统与仪表 第1章
过程控制系统与仪表 第1章
一般用原理框图来表示控制系统原理。 如图2的室温控制系统是由温度变送器、控制 器、电动调节阀和加热器及房间组成。
干扰f + 温度给 定值
e
－
控制器
调节阀
加热器 及房间
房间温度
实测值
温度变送器
过程控制系统与仪表 第1章
用通用名称表示为：
干扰f +
e
－
给定值
控制器
执行器
过程控制与自动化仪表教学课件5
(a)理想特性为直线型
(b)理想特性为等百分比型
图5-12 并联管道时控制阀的工作流量特性
5.2 气动执行器
（3）调节阀的可调比（R）
调节阀的可调比（可调范围）R为
①理想可调比
R＝Qmax/Qmin
调节阀前后压差一定时的可调比称为理想可调比，以R
表示，即
R Qmax K max Qmin K min
（2）按照控制功能分类：可分为位置型执行器（如阀门 开度控制）、速度型执行器（如电机的转速控制）和功率型 控制器（引水机水温控制）。
5.1 概 述
5.1.3 执行器的分类
（3）按执行动作所需能量分类：可分为手动操作器(各种开关、按钮、 旋钮、闸刀等)、电动执行器、气动执行器和液动执行器（少用）等。
p Kmax p Kmin
（5-18）
式中，Kmax和Kmin分别是调节阀的最大流量系数与最小流 量系数。
国产调节阀的理想可调比主要有30和50两种 。
5.2 气动执行器
②实际可调比
调节阀在实际使用时，串联管路系统中管路部分的阻力
变化，将使调节阀前后压差发生变化，从而使调节阀的可
调比也发生相应的变化，这时的可调比称实际可调比，以
5.2 气动执行器
2.控制阀的流量系数（反映调节阀的流通能力）
流量系数Kv定义为：采用国际单位制，在控制阀全开 ， 调节阀前后压差为100kPa，流体密度为1g/cm3(即5～40℃的
水)的条件下，每小时通过阀门的流体量(m3/h)。该定义下的
流量系数Kv即额定流量系数
Kv的计算：若将式(5-5)中p的单位取为kPa，则可得不
大流量Qmax为参比值。
5.2 气动执行器
并联管道时控制阀的工作流量特性曲线
过程控制与自动化仪表
过程控制与自动化仪表1. 引言过程控制与自动化仪表是现代工业生产中不可缺少的一部分，它们在监测、控制和优化工业过程中起着重要的作用。
过程控制与自动化仪表技术的应用可以提高工业生产的效率、质量和安全性，减少人力资源的消耗，实现工业自动化。
本文将介绍过程控制与自动化仪表的基本概念、发展历程以及在工业生产中的应用。
同时还会讨论一些常见的过程控制与自动化仪表的类型和工作原理，以及它们在不同行业中的具体应用案例。
2. 过程控制与自动化仪表基本概念过程控制与自动化仪表是指一系列用于监测、控制和调节工业过程的设备和系统。
它们可以通过测量和分析过程变量，控制工艺参数并实现自动化控制。
通过使用合适的传感器、执行器和控制算法，可以实现对工业过程的精密控制和优化。
过程控制与自动化仪表主要由以下几个组成部分构成：•传感器：用于测量各种物理量，如温度、压力、流量等；•控制器：根据传感器测量值和设定值进行逻辑运算，生成控制信号；•执行器：接收控制信号，并执行相应的动作，如开关、阀门等；•监控系统：用于监视和记录工业过程中的各种参数和状态；•人机界面：提供工业过程的可视化显示和人机交互界面。
3. 过程控制与自动化仪表的发展历程过程控制与自动化仪表的发展可以追溯到工业革命时期。
在工业革命之前，工业生产主要依靠人工操作，效率低下且易出错。
随着机械设备和工业化的发展，工业生产越来越复杂，对自动化控制的需求也越来越迫切。
20世纪初，工程师们开始研究和开发过程控制与自动化仪表技术。
最早的控制系统是基于机械和电气设备的。
随着电子技术的发展，电子仪表逐渐取代了机械仪表，实现了对工业过程更加精确的控制。
到了20世纪中叶，随着计算机技术的进一步发展，数字化控制系统开始应用于工业生产。
数字化控制系统通过采集和处理大量数据，实现了对工业过程的智能化控制，并提高了系统的可靠性和稳定性。
近年来，随着互联网和物联网技术的快速发展，过程控制与自动化仪表也越来越趋向于网络化和智能化。
过程控制与自动化仪表PPT课件
块表示为这个环节的输出。线旁的字母表示相互间
的作用信号。
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第二节过程控制系统的组成及其分类
液位自动控制的方块图
• 方块图中， x 指设定值；z 指输出信号；e 指偏差 信号；p 指发出信号；q 指出料流量信号；y 指被 控变量；f 指扰动作用。当x 取正值，z取负值，e= x- z，负反馈；x 取正值，z取正值， e= x+ z，正 反馈。
第二节 过程控制系统的组成及其分 类
1.定值控制方法
“定值” 是恒定给定值的简称。工艺生产中，若要求控制系统的作用是使 被控制的工艺参数保持在一个生产指标上不变，或者说要求被控变量的给定值不 变，就需要采用定值控制系统。
2.随动控制系统（自动跟踪系统）
给定值随机变化，该系统的目的就是使所控制的工艺参数准确而快速地跟 随给定值的变化而变化。
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第四节 自动控制系统的过渡过程和品质指标
动态——被控变量随时间变化的不平衡状态 。
从干扰作用破坏静态平衡，经过控制，直到系统重 新建立平衡，在这一段时间中，整个系统的各个环节和 信号都处于变动状态之中，这种状态叫做动态。
结论：在自动化工作中，了解系统的静态是必要的，但是了 解系统的动态更为重要。因为在生产过程中，干扰是客观存 在的，是不可避免的，就需要通过自动化装置不断地施加控 制作用去对抗或抵消干扰作用的影响，从而使被控变量保持 在工艺生产所要求控制的技术指标上。
图1-11 温度控制系统过渡过程曲线
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第四节 自动控制系统的过渡过程和品质指 标
解 最大偏差A＝230-200＝30℃ 余差C＝205-200＝５℃ 由图上可以看出，第一个波峰值B＝230-205＝25℃， 第二个波峰值B′＝210－205＝5℃， 故衰减比应为B:B′＝25:5＝5:1。 振荡周期为同向两波峰之间的时间间隔， 故周期T＝20-5＝15（min）
过程控制与自动化仪表
过程控制与自动化仪表简介过程控制是指通过测量与调节技术来实现对工业过程的控制，以达到预定的工艺要求。
而自动化仪表则是过程控制中不可或缺的一部分，它用来测量、记录和控制各种过程变量，为过程控制提供准确的数据与反馈信息。
本文将对过程控制与自动化仪表进行详细介绍。
过程控制过程控制是指对工业过程进行监测与调节，以实现所需的工艺要求。
过程控制可以分为两种类型：开环控制和闭环控制。
开环控制开环控制是一种基本的控制方式，它仅通过设置一组固定的控制参数来实现对工业过程的控制。
开环控制没有反馈机制，因此无法对过程中的变化进行实时调节。
这种控制方式适用于对过程中变化不大的情况，例如温度或压力稳定的控制。
闭环控制闭环控制是一种更为高级的控制方式，它通过测量过程变量并与设定值进行比较，然后根据比较结果进行调整。
闭环控制能够实时监测过程中的变化，并通过反馈机制来调整控制参数，使得过程保持稳定。
这种控制方式适用于对过程变化较大的情况，例如温度、液位或流量等。
自动化仪表自动化仪表是过程控制中的核心设备，用于测量、记录和控制各种过程变量。
自动化仪表通常由传感器、执行器和控制器组成。
传感器传感器是自动化仪表中最基本的部件，用于将物理量转换为电信号。
常见的传感器包括温度传感器、压力传感器、液位传感器等。
传感器的选择需要根据需要测量的物理量和工艺要求来确定。
执行器执行器是用于控制过程变量的设备，它根据控制器的指令进行动作。
常见的执行器包括电动阀、电动调节阀、气动执行器等。
执行器的选择需要考虑控制要求、工作环境和应用场景等因素。
控制器控制器是自动化仪表的核心，用于接收传感器的信号并根据设定值进行控制。
常见的控制器有PID控制器、PLC控制器等。
控制器的选择需要根据控制要求和控制策略来确定。
过程控制与自动化仪表的应用领域过程控制与自动化仪表广泛应用于各个工业领域，包括石化、制药、电力、冶金等。
以下是一些典型的应用领域：石化工业在石化工业中，过程控制与自动化仪表用于监测与控制各个工艺单元，例如蒸馏塔、反应器、炉窑等。
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快开流量特性研究
阀门的工作流量特性
工作流量特性 在实际使用时,调节阀安装在管道上, 或者与其他设备串联,或者与旁路管道并联,因而调节 阀前后的压差是变化的。此时,调节阀的相对流量与阀 芯相对开度之间的关系称为工作流量特性。
阀门的工作流量特性
阀门的工作流量特性
阀门的工作流量特性
并联管道的情况
克服调节阀的非线性
如果系统对调 节阀线性度的要求 比较高则可以采用 左图的处理方法,组 成流量调节子回路, 这时流量的大小是 由检测仪表来保证 的,在这种情况下调 节阀最好采用等百 分比阀.
调节阀的尺寸选择
2.调节阀尺寸的选择
令
C为调节阀的结构参数称为流通能力
机械效率较低，在小 流量时不宜使用
泵不容易超压 可以使用小口径高压 阀进行调节。
其他常用执行器介绍
c 调速控制法
效率高能耗小，适用 于流量大范围波动的场合 。
设备费用高。 被控制系统响应速度慢。
其他常用执行器介绍
d 离心风机的喘振
其他常用执行器介绍
管路特性
其他常用执行器介绍
2 液压系统
控制力：阀门开度改变时，相对流量的改变比值。
10%处： （6.58%-4.68%）/4.68%≈41% 50%处： （25.7%-18.2%）/18.2%≈41% 80%处： （71.2%-50.6%）/50.6%≈41%
Q/Q100
s=1 L/Lmax
快开流量特性研究
开度较小时就有较大流量，随开度的增大，流量很快 就达到最大，故称为快开特性。适用于迅速启闭的切断阀或 双位控制系统。
其他常用执行器介绍
一、定量泵的控制
其他常用执行器介绍
二、离心式风机泵类执行器
离心泵的流量和压力曲线
其他常用执行器介绍
a 直接节流法
机械效率较低，在小 流量时不宜使用
流量检测安装在阀的上游
节流阀安装在泵出口 ，不能安装在入口。否则 容易引起“气缚”和“气蚀” 。
其他常用执行器介绍
b 回流控制法
5.执行机构的选择。
气动薄膜、气缸、电动、电子执行器等。 包括行程和驱动力等。
例题
流过某一输油管道的最大体积流量为40M3/H 输油管道总的输送压力为0.4MPa，油料重度为 0.5g/cm3 ，粘度与水相当。最大流量时阀两端 的压差为0.2MPa。请问应选择什么流量特性的 阀门，阀门的型号是什么？
调节机构的分类
7 球阀
8 闸阀
电动执行机构原理
二、电动执行机构原理
电动执行器原理
电动执行机构原理框图
电动执行器原理
傍磁式制动机构
电子式电动执行机构
三、电子式电动执行机构
电子式电动执行机构
电子式电动执行机构原理框图
气动阀门执行器
气动执行器使用中的问题
1为何使用双座阀
气动执行器使用中的问题
新型阀门定位器
阀门执行器的选择和使用
1.流量特性的选择
阀门是一个节流面积可变的节流装置它的流量为
显然K是阀门位移L的函数 那么在 一定的情况下流量 也是 的函数
阀门的流量特性
我们把介质流过阀门的相对流量与阀门相对开度之 间的关系称为阀门的流量特性。
相对流量q/qmax 是控制阀某一开度时流量q 与全开时流量qmax之比； 相对开度l/L 是控制阀某一开度时行程l与 全开行程L之比。
气开
气关
阀门定位器
如何解决阀芯因流体 作用力引起的阀位偏差?
气动阀门定位器
电-气转换器
Fi
调零 负反馈 Ff
磁铁
背 压
一体式电-气阀门执行器
气动执行器优势：
1、大能量电源不进入 工业现场，有效防爆。 2、执行机构简单可靠 易于维护。
有了阀门定位器 还需要双座阀吗?
新型智能阀门执行器
智能型阀门执行器
直线
对数
等百分比流量特性
对数(等百分比)流量特性
曲线斜率（放大 系数）随行程的增大而 增大。流量小时，流量 变化小；流量大时，流 量变化大。
对数流量特性
等百分比阀在各流量点 的放大系数不同，但对流量 的控制力却是相同的。
Q/Q100
s=1 L/Lmax
对数流量特性研究
等百分比阀在各流量点的放大系数不同，但对流量的 控制力却是相同的。
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第三章 3.2执行器仪表
一 执行器的概念与实例 二 电动阀门执行器 三 气动阀门执行器 四 阀门定位器与电气转换 器 五 阀门执行器的选择和使 用 六 其他常用执行器介绍
执行器的概念
执行器 — 在过程控
制系统中接受控制器输出 的控制信号，并根据控制 信号的大小控制流入流出 被控过程的物料或能量， 从而实现对过程参数自动 控制的装置。
阀门的流量特性
调节阀的流量特性不仅与
阀门的开度有关，还与阀前后
的压差有关，必须分开讨论。
l
我们把介质流过阀门的相对流
量与阀门相对开度之间的关系称为
阀门的流量特性,并把阀门前后压力 一定情ຫໍສະໝຸດ 下的流量特性称为“固有流q
量特性”或“理想流量特性”
阀门的流量特性
1、固有（理想）流量特性 在将控制阀前后压差固定时得到的流量特性 称为固有流量特性。它取决于阀芯的形状。
二、 按功能可以分为
1 调节阀 2 开关阀
二、电动阀门执行器
阀门执行器的构成
阀门执行器由 “执行机构”和 “调节机构” 两部分构成
调节机构(阀体)
调节机构(阀体)
一、调节机构的分类 1 直通单座阀
2 直通双座阀
调节机构的分类
3 角型阀
4 三通阀
调节机构的分类
5 蝶阀
调节机构的分类
6 隔膜阀
2 阀门的正装与反装 正装阀
反装阀
阀芯下移时，阀芯与阀 座间的流通截面积减小
阀芯下移时，阀芯与阀 座间的流通截面积增大
气动执行器使用中的问题
3 气动执行器的气开与气关
气动执行器的气开与气关
气动执行器的气开与气关
序号 a b c d
执行机构作用 方式 正
正
反
反
阀体作用方式 正 反 正 反
执行器气开、 气关形式 气关 气开
（a）快开特性（b）直线特性（c）等百分比特性
阀门的流量特性
如果我们使
那么阀位行程与流量之间就成
线性关系,只要在加工阀芯时使阀芯表面满足一定的曲线 就可以实现,这种阀称为“直线流量特性阀”.
积分
C为积分常数
阀门的可调比
可调比R为调节阀 所能控制的最大流量与 最小流量的比值。
其中qmin不是指阀门 全关时的泄漏量，而是阀门能平稳控制的最小流量，约为
最大流量的2~4%一般阀门的可调比R=30。
直线流量特性研究
直线阀的流量放大系数在任何一点上都是相同的，但 其对流量的控制力却是不同的。
控制力：阀门开度改变时，相对流量的改变比值。
例：在不同的 开度上，再分别增加 10%开度，相对流量 的变化比值为：
10％时： [（20-10）/10]×100%=100% 50％时： [（60-50）/50]×100%=20% 80％时： [（90-80）/80]×100%=12.5%
调节阀的尺寸选择
流通能力C表示调节阀的容量，其定义为：调节 阀全开，阀前后压差为0.1MPa、流体重度为
1gf/cm3时，每小时通过阀门的流体流量m3 /H.
使用时要根据流量要求计算所需C值查表选则阀门
调节阀选型的其他问题
3.调节阀型式的选择
单座、直行程和套筒阀等。
4.耐温、耐压范围的选择
例如高温高压阀等。
直线流量特性研究
Q/Q100
s=1 L/Lmax
10％时： [（20-10）/10]×100%=100% 50％时： [（60-50）/50]×100%=20% 80％时： [（90-80）/80]×100%=12.5%
对数(等百分比)流量特性
单位相对行程变化所引起的相对流量变化与此点的相 对流量成正比关系：
调节阀
是一种最常使用的 执行器
例1 电动调节 阀
例2 气动阀门、风门 执行器
例3 液压油缸驱动装置
例4 空预器扇形板提升装置
例5 皮带给煤机
功能： 固体物料的流量控制
例6 Si单晶炉提拉头
例7 风机、泵与变频驱动装置
阀门执行器的分类
一 、按驱动能源可以分为
1 电动执行器 2 气动执行器 3 液动执行器