轮机自动化(1)

轮机自动化基础•自动化控制的基本方式•自动化控制系统的组成给定值被控变量干扰f控制器执行器被控对象+e变送器实测值－前馈装置轮机自动化基础•自动化控制系统的性能要求yry1y3Cy(∞)TpTSTt轮机自动化基础•控制对象的特性•调节器的控制规律ettytyTT0t•自动化仪表（14学时）•自动控制系统（16学时）•集中监视与报警系统（12学时）•主机遥控（20学时）•实验（10学时）本课程的主要内容主要的参考文献•徐善林、崔庆渝编，《轮机自动化》，人民交通出版社•郑凤阁编，《轮机自动化》，大连海事大学出版社•上海交通大学，《》第二章自动化仪表•第一节基础知识•第二节气动变送器•第三节气动显示仪表•第四节气动调节器•第五节气动执行器第一节基础知识一、自动化仪表的分类三、气动仪表的基本元部件四、气动仪表的组成原理二、自动化仪表的主要品质指标一、自动化仪表的分类•按能源分：—电动、气动、液动•按功能分：—检测、显示、调节、执行•按结构形式分：—基地式—单元组合式：标准信号气动：0.02MPa～0.1MPa电动：4mA～20mADC二、自动化仪表的主要品质指标1、仪表的误差2、仪表的灵敏度3、仪表的稳定性1.1绝对误差检测仪表的指示值X与被测量真值Xt之间存在的差值称为绝对误差Δ。表示为：Δ=|X－Xt|由于真值是无法得到的理论值。实际计算时，可用精确度较高的标准表所测得的标准值X0代替真值Xt，表示为：Δ=|X－X0|仪表在其标尺范围内各点读数的绝对误差中最大的绝对误差称为最大绝对误差Δmax。1.2相对误差相对误差是指仪表的绝对误差和检测仪表的指示值之比的百分数。表示为：相对误差=（Δ/指示值）*100%相对误差的大小可以反映仪表的测量准确度1.3基本误差和附加误差基本误差是一种简化的相对误差，又称引用误差或相对百分误差。定义为：而：仪表量程=测量上限－测量下限仪表的基本误差表明了仪表在规定的工作条件下测量时，允许出现的最大误差。由外界条件变化引起的误差成为附加误差max100%最大绝对误差基本误差仪表量程1.4精确度（精度）为了便于量值传递，国家规定了仪表的精确度（精度）等级系列。如0.5级，1.0级，1.5级等。仪表精度的确定方法：将仪表的基本误差去掉“±”号及“％”号，套入规定的仪表精度等级系列。例如某台仪表的基本误差为±1.0％，则确认该表的精确度等级符合1.0级；如果某台仪表的基本误差为±1.3％，则该表的精确度等级符合1.5级。例1某台测温仪表的测温范围为－100～700℃，校验该表时测得全量程内最大绝对误差为＋5℃，试确定该仪表的精度等级。解：该仪表的基本误差为：5100%0625%700100．将该表的δ去掉“十”号与“％”号，其数值为0.625。由于国家规定的精度等级中没有0.625级仪表，而该仪表的误差超过了0.5级仪表所允许的最大绝对误差。故：这台测温仪表的精度等级为1.0级。例2某台测压仪表的测压范围为0～8MPa。根据工艺要求，测压示值的误差不允许超过±0.05MPa，问应如何选择仪表的精度等级才能满足以上要求？解：根据工艺要求，仪表的允许基本误差为：005MPa100%0625%8MPa．＝．去掉“±”和“％”号后，0.625介于0.5～1.0之间。若选精度为1.0级的仪表，其允许的最大绝对误差为±0.08MPa。超过了工艺允许的数值。故：应选择0.5级的表。目前，我国生产的仪表常用的精确度等级有0.005，0.02，0.05，0.1，0.2，0.4，0.5，1.0，1.5，2.5等。精度等级数值越小，就表征该仪表的精确度等级越高，也说明该仪表的精确度越高。0.05级以上的仪表，常用来作为标准表；工业现场用的测量仪表，其精度大多为0.5级以下。仪表的精度等级一般用符号标志在仪表面板上。如1.5回差在外界条件不变的情况下，同一仪表对被测量进行往返测量时（正行程和反行程），产生的最大差值与测量范围之比称为变差。变差=量程正反行程最大差值×100%造成变差的原因:传动机构间存在的间隙和摩擦力;弹性元件的弹性滞后等。∆ymaxyxminxmaxOx2、灵敏度和分辨率灵敏度表示指针式测量仪表对被测参数变化的敏感程度，常以仪表输出（如指示装置的直线位移或角位移）与引起此位移的被测参数变化量之比表示：灵敏限表示指针式仪表在量程起点处，能引起仪表指针动作的最小被测参数变化值。S－仪表灵敏度；ΔY－仪表指针位移的距离（或转角）；ΔX－引起ΔY的被测参数变化量。YSX×100℃分辨率表示仪表显示值的精细程度。万分之一。数字仪表的显示位数越多，分辨率越高。分辨力是指仪表能够显示的、最小被测值。如一台温度指示仪，最末一位数字表示的温度值为0.1℃，即该表的分辨力为0.1℃。对于数字式仪表，则用分辨率和分辨力表示灵敏度和灵敏限。3仪表的稳定性在相同的外界条件下，仪表对同一个测量点多次测量结果的稳定程度。仪表精度固然是一个重要指标，但在实际使用中，往往更强调仪表的稳定性和可靠性4、响应时间当用仪表对被测量进行测量时，被测量突然变化以后，仪表指示值总是要经过一段时间后才能准确地显示出来。这段时间称为响应时间。响应时间的计算：从输入一个阶跃信号开始，到仪表的输出信号（即指示值）变化到新稳态值的95％所用的时间。以上是检测仪表常用的性能指标。txytp三、气动仪表的基本元部件1、弹性元件2、节流元件3、气容4、阻容组件5、喷嘴挡板机构6、气动功率放大器压力基础知识简介压力检测及仪表压力是工业生产中的重要工艺参数之一。如在化工、炼油等生产工艺中，经常会遇到压力，包括高压、超高压和真空度（负压）的测量。压力检测的方法工程上习惯把垂直作用于作用单位面积上的力称为“压力”。即P=F/SSF压力的单位是“帕斯卡”——1Pa=1N/m21MPa=106Pa1工程大气压=1kg/cm2=9.80665×104Pa≈0.1MPa工程中压力的表示方式有：表压、负压（真空度）、差压、绝对压力。工业中所用仪表的压力指示值，大多数为表压和差压。p差压=p被测压力1-p被测压力2表压、绝对压力、负压（真空度）、差压之间的关系：p被测压力p被测压力p表压=p绝对压力-p大气压力p真空度=p大气压力-p绝对压力压力测量仪表品种很多，按照其转换原理的不同，大致可分为四大类。常用的弹性元件有5种：（1）单圈弹簧管将截面为椭圆形的金属空心管弯成270°圆弧形，顶端封口，当通入压力p后，它的自由端就会产生位移。测压范围较宽，可高达1000MPa。（2）多圈弹簧管为了在测低压时增加位移，可以将弹簧管制成多圈状。（3）膜片用金属或非金属材料做成的具有弹性的圆片（有平膜片和波纹膜片）。在压力作用下，其中心产生变形位移。可测低压。（4）膜盒将两张金属膜片沿周口对焊，内充硅油。使膜片增加强度。(5)波纹管位移最大，可测微压（＜1MPa)。弹性元件•刚度•灵敏度•弹性敏感元件的有效面积•弹性敏感元件的信号传递作用qEs1EcqPFcPFsE图2-2节流元件•恒节流孔•变节流孔•气阻vQpR线性气阻非线性气阻pkGpkG恒气阻可调气阻变气阻气容—气室储存空气量能力的大小dmCdpdpdmCGdtdtGdtCdp1两边积分tGdtCp01两边拉式变换)(1)(sGsCsPsCsGsPsW1)()()(阻容组件•节流通室—气阻和气容组合件RppRppF2110201pRRRpRRRpFFF221102121vRRRvRRRv•节流通室01pRRRpF02p22111vRRRv比例•节流盲室RppG21GdtdpC2122ppdtdpTT=RCrccuudtduTuruc一阶惯性tT0.632)1(12Ttepp比例惯性环节弹性气容，二通道作用于盲室tp1比例环节输出部分p2惯性环节输出部分喷嘴挡板机构？结构？输入？输出？D=（4-6）d？工作原理？挡板恒节流孔背压室p喷嘴hdD输入输出气源静特性：稳定工况下，背压室压力pD与挡板开度h之间对应的关系abh0p11DPKh全关h=0全开全关→全开（h=（1/4）D）比例改进：负压喷嘴挡板结构特点？静特性？气动功率放大器ADCB输入气源气动功率放大器？有什么结构组成？工作原理？2BDPKP放大倍数K2受什么因素影响？，如何调整起步压力？IIISIIIp0ApaA起步压力27-33kPa阶段1：膜片有位移，阀杆无位移阶段2：都无位移阶段3：膜片和阀杆同时位移s0四、气动仪表的组成原理1、放大环节2、反馈环节3、比较环节图3-14气动仪表的构成原理•喷嘴挡板机构＋功率放大器放大环节起步压力调整例：由喷嘴挡板机构和气动功率放大器组成的二级功率放大器，已知气动功率放大器的放大倍数为16，求喷嘴挡板机构的压力输出范围解：因为气动功率放大器的输出气压为（0.02~0.1MPa）所以喷嘴挡板机构的气压输出范围为MPa005.01602.01.0K0Gf(s)xy)(11)(1)(sGKsKGKsGff时K)(1)(sGsGf反馈环节：信号的运算负反馈：当放大倍数足够大时，消除主回路的非线性影响因素，补偿干扰引起的误差，提高仪表的精度；采用不同的反馈回路，可以很方便的实现不同的调节规律。节流通室：比例调节节流盲室：积分调节比例惯性环节：微分调节比较环节：信号的综合和比较位移平衡式：—将信号转换成位移，按位移平衡原理在一根不定支点转动的杠杆上进行比较，其位移差就是挡板的位移变化量。力平衡式：—将信号转换成力的形式出现在比较环节上，按力平衡原理进行比较，所得的不平衡力经弹性元件转换成挡板位移，作为气动放大器的输入信号。力矩平衡式：—将信号转换成力矩的形式，按力矩平衡原理在一根定支点转动的杠杆上进行比较，将不平衡力矩转换成挡板位移。负反馈磁铁调零FiFf背压第二节气动变送器一、气动差压变送器的结构和工作原理三、调零和调量程四、迁移原理二、差压变送器的特性分析五、差压变送器使用时的保护六、常见的故障分析及排除变送器定义：连续测量被测参数并将其转变为统一信号的仪表分类：能源，被测参数，采用电子元件结构：测量+气动转化两部分，测量部分因被测参数、敏感元件不同而有所不同，但气动转化部分相同气动差压变送器磁铁Fi一、气动差压变送器的结构和工作原理结构（1）测量部分—把被测的差压信号转换成挡板的微小位移一、气动差压变送器的结构和工作原理（2）气动转换部分—把测量部分输出的挡板微小位移转换成0.02MPa～0.1MPa的气压信号作为差压变送器的输出图3-2012PPP－（3）力矩平衡原理工作原理二、差压变送器的特性分析P2P1V气源p出l1l3l2F反图3-21123MPFlMPFlMESl测测反出反0零＝＝＝MMM反测零＝32EllSPF0出反＝0P＝F反、E和l3都是固定不变的可调S0，使0.02aPMP出＝↑反馈波纹管→l2↑→K↓→量程↑；↓反馈波纹管→l2↓→K↑→量程↓。↑F测→K↑→量程↓；↓F测→K↓→量程↑。12FlPPKPFl测出反＝MM反测＝=F反pK2K11/El3l1F测l2hM测M反Mp出22131)(lFKKEllFsG反测每次投入工作前，都需要调零和调量程调零：调量程：三、调零和调量程0p02MPa.0出pmaxpp1MPa.0出p12FlPPKPFl测出反＝=↑反馈波纹管→l2↑→K↓→量程↑；↓反馈波纹管→l2↓→K↑→量程↓。例：假定⊿P的最大变化范围是0～1000mmH20的调零和调量程1.让正负压室均通大气，使⊿P=0，观察变送器输出压力是否为0.02MPa，若不是，拧动迁移（调零）弹簧，使P出=0.02MPa。2.逐渐增大正压室压力，使P出=0.1MPa，观察正压室压力是否为1000mmH20，若小于它，说明量程小了，则松开量程支点的锁紧螺母，上移支点，反之亦然。3.重新调零、