工业过程控制工程课件第四章_测量变送环节和执行器

第四章测量变送环节和执行器第四章测量变送环节和执行器本章的主要内容:4.1系统设计时对测量变送环节的考虑4.2控制阀环节在控制系统设计中的考虑考虑4.3其它执行器第四章测量变送环节和执行器4.1系统设计时对测量变送环节的考虑测量变送环节任务和要求P39测量变送环节任务和要求P39任务：对被控变量或其它参数进行正确测量，并转换成统一信号转换成统信号风压:0.02~0.1MPa电信号:0~10mA（DDZ-Ⅱ型表）电信号:010mA（DDZⅡ型表）4~20mA（DDZ-Ⅲ型表）表示：线性化处理后，可表示为一阶惯性加纯滞表示线性化处后可表示为阶惯性加滞后特性Gm（s）=（4.1-1）smeKm1TmS第四章测量变送环节和执行器4.1系统设计时对测量变送环节的考虑测量变送环节表示：测量变送环节表示：1）存在纯滞后，希望τm越小越好；减小τm的好处：频率提高，稳定裕度增加，过渡过程面积减小2）测量变送环节处于反馈通道中，减小Tm（通道时间常数）可提高控制质量（频（通道时间常数），可提高控制质量（频率提高，过渡过程面积减小）；3）减小Tm可减小动态误差，Tm大，会使指3）减小Tm可减小动态误差，Tm大，会使指示记录曲线与真实参数产生很大的动态误差要求：快速、准确地反映被测量值第四章测量变送环节和执行器4.1系统设计时对测量变送环节的考虑本节的主要内容:411测量误差的来源P394.1.1测量误差的来源P394.1.2测量信号的处理P40第四章测量变送环节和执行器4.1.1测量误差的来源）仪表本身误差P39１）仪表本身误差P39仪表的精度等级表明了稳态下仪表的昀大百分误差。它是按全量程的昀大百分误差来定义的，量程越宽绝对误差越大。选择仪表量程时应尽量选窄一些。从控制原理角度看：从控制原理角度看：缩小检测变送器的量程，就是使该环节静态增益Ｋ增加该环节静态增益Ｋm增加。第四章测量变送环节和执行器4.1.1测量误差的来源）仪表本身误差P39１）仪表本身误差P39仪表的精度等级：表明了稳态下仪表的昀大百分误差。精度等级G分为八个等级：精度等级G分为八个等级：0.1,0.2,0.5,1.0,1.5,2.0,2.5,5.0精度等级的数字越小精度越高精度等级的数字越小，精度越高第四章测量变送环节和执行器4.1.1测量误差的来源２）安装不当引入误差２）安装不当引入误差测量变送的一次元件安装在工艺设备上。安装必须符合规范否则会引入很大误差安装必须符合规范，否则会引入很大误差。例：流量测量中孔板反向安装孔板反向安装直管段不足差液体管线存在气泡差压计液体引压管线存在气泡引入误差第四章测量变送环节和执行器4.1.1测量误差的来源）测量的动态误差３）测量的动态误差测量变送环节的滞后包括Ｔm和τm测量变送环节的滞后，包括Ｔm和τm都会引起测量动态误差。在化工生产中，昀容易引入纯滞后的是温度和物性参数的测量温度和物性参数的测量。第四章测量变送环节和执行器4.1.1测量误差的来源３）测量的动态误差３）测量的动态误差例１：测温元件-存在测量滞后例如：温包热电阻热电偶例如：温包、热电阻、热电偶滞后原因：热容热阻（与元件的结构外围热阻（与元件的结构、外围介质的流态、性质及停滞厚度有关）停滞厚度有关）见P40图4.1-1测量元件的响应速度第四章测量变送环节和执行器4.1.1测量误差的来源３）测量的动态误差３）测量的动态误差例１：测温元件-存在测量滞后见P40图4.1-1测量元件的响应速度减小误差措施：不要任意加厚保护不要任意加厚保护套管避免把测温元件安避免把测温元件安放在死角或引起大热阻处第四章测量变送环节和执行器4.1.1测量误差的来源３）测量的动态误差３）测量的动态误差例２：ＰＨ值控制系统示意图：P40图41-2示意图：P40图4.12电极不能放置在流速电极不能放置在流速不稳的主管道上两项纯滞后：τ1与τ2τ1与τ2第四章测量变送环节和执行器4.1.1测量误差的来源３）测量的动态误差３）测量的动态误差例２：ＰＨ值控制系统示意图P40图412示意图：P40图4.1-2电极不能放置在流速不稳的主管道上两项纯滞后两项纯滞后：11l22vl1v2v2121m第四章测量变送环节和执行器4.1.1测量误差的来源３）测量的动态误差３）测量的动态误差式中：管道长度21,ll流体流速管道长度2121,,vv减小滞后的措施：合理选择测量元件的安装位置以减小安装位置，以减小τm第四章测量变送环节和执行器4.1.2测量信号的处理在以下情况下对测量信号需进行处理后再在以下情况下，对测量信号需进行处理后再送往控制器。P40）对呈周期性的脉动信号需进行低通滤波１）对呈周期性的脉动信号需进行低通滤波例：活塞式压缩机的出口压力以往复泵输送液体时的流量以往复泵输送液体时的流量呈现脉动现象第四章测量变送环节和执行器4.1.2测量信号的处理周期性波动给系统运行带来的麻烦周期性波动，给系统运行带来的麻烦：控制过程徒劳无益，有可能使系统产生共振，加剧受控变量的波动。使控制阀阀杆加速磨损，影响寿命。使控制阀阀杆加速磨损，影响寿命措施：增加阻尼（实质上是一种低通滤波作增加阻尼（实质上是一种低通滤波作用）削平脉冲波形提高系统平稳性第四章测量变送环节和执行器4.1.2测量信号的处理低通滤波示例RC阻尼器低通滤波示例：RC阻尼器或RC滤波电路传递函数：)1/(1)(TSSG作用：通低频，阻高频低频时动态增益近似为1随着频低频时动态增益近似为1，随着频率的增高，其动态增益大大下降第四章测量变送环节和执行器4.1.2测量信号的处理实现方法（见P40图413）实现方法：（见P40图4.1-3）在气体压力传送管线上增加气阻Ｒ在气体压力传送管线上增加气阻Ｒ气容Ｃ采用电动变送器时，将ＲＣ滤波电路串接在变送器之后接在变送器之后。第四章测量变送环节和执行器4.1.2测量信号的处理实现方法实现方法：（见P40图4.1-3）第四章测量变送环节和执行器4.1.2测量信号的处理２）对测量噪声需进行滤波P41２）对测量噪声需进行滤波P41例：容器液位剧烈跳动变送器输出波动不息压力、流量信号呈高频振荡压力、流量信号呈高频振荡措施：低通滤波３）线性化处理３）线性化处理检测变送器：有时输入－输出呈非线性对指示和记录的观察带来不便。第四章测量变送环节和执行器4.1.2测量信号的处理３）线性化处理３）线性化处理例：节流装置输出差压与流量的平方成正比TPPKQＱ－流量Ｋ－系数TQＰ－绝对压力△Ｐ－差压Ｔ－绝对温度措施：进行线性化处理（对例子，采用开方措施：进行线性化处理（对例子，采用开方器进行校正）或用软件校正。第四章测量变送环节和执行器4.2控制阀环节在控制系统设计中的考虑本节的主要内容:4.2.1控制阀概述P41控制阀概述4.2.2控制阀设计中的几个内容P414.2.3流量特性和阀门增益P424.2.4流量特性的选择P44第四章测量变送环节和执行器4.2.1控制阀概述控制阀：又称末级控制元件,调节阀昀终执行控制任务昀终执行控制任务作用接收控制器来的控制信号通过改作用：接收控制器来的控制信号，通过改变阀的开度来控制流量（改变调节量），实现生产过程自动化。第四章测量变送环节和执行器4.2.1控制阀概述比喻：在生产过程自动化中比喻：在生产过程自动化中眼睛测量变送装置手脚控制阀大脑调节器（控制器）简单控制系统的组成：手脚控制阀简单控制系统的组成：测量变送装置被控对象控制阀控制器第四章测量变送环节和执行器4.2.1控制阀概述（重要性）控制阀选择的重要性控制阀选择的重要性：过程控制中执行器（亦称执行机构）大过程控制中，执行器（亦称执行机构）大多采用阀的形式，用来控制各种气体或液体的流量与流速，是过程控制系统中的一个重要组成部分其特性好坏对控制质量的影响是很大成部分，其特性好坏对控制质量的影响是很大的。第四章测量变送环节和执行器4.2.1控制阀概述（重要性）控制阀选择的重要性控制阀选择的重要性：控制阀直接与介质接触是控制系统不可控制阀直接与介质接触，是控制系统不可缺少的组成部分。经验表明，控制系统中每个环节的好坏，都对系统质量有直接影响，但使控制系统不能正常运行的原因多数发生在控控制系统不能正常运行的原因，多数发生在控制阀上，对控制阀这个环节必须高度重视。第四章测量变送环节和执行器4.2.1控制阀概述（影响因素）控制阀节的响素控制阀环节的影响因素：在过程控制系统设计中若控制阀特性选在过程控制系统设计中，若控制阀特性选用不当、阀门动作不灵活、口径大小不合适等，都会严重影响控制质量。第四章测量变送环节和执行器4.2.1控制阀概述（分类）种类按所用的能源分气动电动液动三类种类：按所用的能源分气动、电动、液动三类20mA4断续：开关信号连续：电动执行器：输入信号10mA020mA4控制阀产过程中少用）液动执行器（石化等生气动执行器：输入信号断续：开关信号Pa101.01020.066产过程中少用）液动执行器（石化等生第四章测量变送环节和执行器4.2.1控制阀概述控制阀的使用：在过程控制中，控制阀使用昀多的是气动执行器，其次是电动执行器，较是气动执行器，其次是电动执行器，较少采用液动执行器。第四章测量变送环节和执行器4.2.1控制阀概述（分类）阀是个局部阻力可变的节流元件阀：是一个局部阻力可变的节流元件普通单、双座阀蝶阀：挡板阀、翻板阀角形阀按结构形式分隔膜阀三通阀蝶阀：挡板阀、翻板阀球阀隔膜阀套筒阀第四章测量变送环节和执行器4.2.1控制阀概述（分类）按阀座单座阀按阀座数目分小，动作灵敏双座阀：所需推动力较单座阀按流体对阀芯小动作灵敏座阀所需动力较流开阀按流体对阀芯作用方向分利调节流闭阀：稳定性好，有流开阀阀门开度增加气开式：输入压力增大气动阀，阀门开度减小气关式：输入压力增大，阀门开度增加气开式：输入压力增大第四章测量变送环节和执行器4.2.1控制阀概述（电动阀）电动执行器：是电动单元组合仪表中的一个执行电动执行器：是电动单元组合仪表中的个执行单元型）角行程执行器（DKJ品种：多转式电动执行器型）直行程执行器（型）角行程执行器（DKZDKJ任务：将控制器送来的指挥信号，成比例转换成角位移或直线位移去带动阀门挡板多转式电动执行器成角位移或直线位移去带动阀门、挡板等调节机构，以实现自动控制组成：）伺服放大器（DFC组成：）执行机构（）伺服放大器（DZADFC第四章测量变送环节和执行器4.2.1控制阀概述气动阀以压缩空气为能源气动阀：以压缩空气为能源特点：结构简单、动作可靠，维修方便，价格低廉，适用于防火防爆场所爆场所应用：化工、石油、冶金、电力、轻纺等部门（应用广）轻纺等部门（应用广）第四章测量变送环节和执行器4.2.1控制阀概述气动调节阀结构气动调节阀结构结构门定位器）执行机构（有时装有阀结构：阀体组件（阀）门定位器）执行机构（有时装有阀作用原理：1）执行机构按控制信号的大小产生相应输出力，带动阀杆移动；第四章测量变送环节和执行器4.2.1控制阀概述气动阀作用原理气动阀作用原理：2）阀直接与介质接触，通过改变阀芯与阀座间的节流面积调节流体介质的流量；3）阀门定位器与调节阀配套使用，组成闭环系统，利用反馈原理提高阀的灵敏度，实系统，利用反馈原理提高阀的灵敏度，实现控制阀的准确定位。第四章测量变送环节和执行器4.2.1控制阀概述气动薄膜式执行机构气动薄膜式执行机构气动阀种类气动活塞式执行机构气动长行程执行机构气动长行程执行机构增力型薄膜（侧装式）执行机构薄膜式：常见，结构简单、价廉、输出行程小，只能直接带动阀杆；活塞式：行程长、价昂、用于特殊需要的场合。场合。第四章测量变送环节和执行器4.2.1控制阀概述（阀门定位器）阀门定位器辅助装置阀门定位器：辅助装置作用：根据控制器发出的气动信号控制气动调节阀的阀门部件使阀开度处于精调节阀的阀