第十四章执行单元

1、14.执行单元1.连续量输出执行器2.调节阀基本原理3.开关量输出执行器14.1.1.执行器分类与比较o根据所使用的能源种类，执行器可以分为气动、液动和电动三种。常规情况下三种执行器的主要特性比较如表141所示。14.1.2.执行器基本构成及工作原理o执行器一般由执行机构和调节机构两部分组成。执行机构是执行器的推动装置，它可以按照调节器的输出信号量，产生相应的推力或位移，对调节机构产生推动作用；调节机构是执行器的调节装置，常见的调节机构是调节阀，它受执行机构的操纵，可以改变调节阀阀芯与阀座间的流通面积，以达到最终调节被控介质的目的。14.2.气动执行器o 气动执行器一般由气动执行机构和调节机构

2、组成，根据应用工作的需要，也可配上阀门定位器或电气转换器等附件，完整的气动执行器工作原理图如图142所示。o目前使用的气动执行机构主要有薄膜式和活塞式两大类。14.2.2.阀门定位器o 阀门定位器是气动执行器的辅助装置，与气动执行机构配套使用。它主要用来克服流过调节阀的流体作用力，保证阀门定位在调节器输出信号要求的位置上。o定位器与执行器之间的关系如同一个随动驱动系统。定位器接受来自调节器的控制信号和来自执行器的位置反馈信号，对两者进行比较，当两个信号不相对应时，定位器以较大的输出驱动执行机构，直至执行机构的位移输出与来自调节器的控制信号相对应。此外，配置阀门定位器可增大执行机构的输出功率，减

3、少调节信号的传输滞后，加快阀杆的移动速度，提高位置输出的线性度，从而保证调节阎的正确定位。o气动与电气阀门定位器结构示意图14.3电动执行器o 电动执行器也由执行机构和调节阀两部分组成。其中调节阀部分常与气动执行器是通用的，不同的只是电动执行器使用电动执行机构。电动执行器有角行程和直行程两种。14.3电动执行器的闭环系统o伺服放大器的功能：n输入控制器来的控制信号，n反馈输入执行器来的位置反馈信号，n比较放大差值信号，提供足够的输出驱动功率，可调整最小非工作区域，n输出方向性（正转/反转）的电机触发信号，n可控硅触发交流开关，可驱动伺服可逆电机，控制执行器的运动方向。o伺服电机的功能：n输入伺

4、服放大器来的交流触发控制信号，n可正反两个方向转动，即可逆驱动，n输出足够大的力矩，带动执行器运动到指定位置。o位置反馈装置的功能：n将执行器运动的实际位值真实地反馈到伺服放大器，保证执行器的工作准确到位。o伺服放大器工作原理示意图14.4.1调节阀o14.4.1.调节阀工作原理 14.4.2调节阀结构及分类o 调节阀的品种很多。根据上阀盖的不同结构形式可分为普通型、散热片型、长颈型以及波纹管密封型，分别适用于不同的使用场合。o 根据不同的使用要求，调节阀具有不同的结构，在实际生产中应用较广的主要包括：n直通双座调节阀、直通单座调节阀、n角型调节阀、n高压调节阀、（高静压，高差压差场合）n隔膜

5、阀、蝶阀、球阀、凸轮挠曲阀、n套筒调节阀、三通调节阀、n小流量调节阀（流通能力0.0012-0.05）14.4.3.调节阀的流量特性o 调节阀的流量特性 是指被控介质流过 阀门的相对流量和 阀门相对开度之间 的关系，即14.4.3.调节阀的流量特性o直线特性：阀门开度与流量呈线性关系；o对数特性：阀位移动引起的流量变化与该点的原有流量成正比，即流量变化的百分比相等。又称为等百分比流量特性；o快开特性：小开度时流量变化大，大开度时流量变化明显减小；o抛物线特性：流量与阀门行程为抛物线关系，曲线介于直线与对数曲线之间；o实际过程控制中常用：n对数特性调节阀有利于小流量范围的有效调节n直线特性调节阀

6、大开度范围流量调节比较合适14.4.4.调节阀的流量系数o流量系数C是直接反映流体流过调节器的能力，是调节阀的一个重要参数。流量系数C定义为当调节阀全开、阀两端压差为0.1MPa、流体密度为1g/cm3时，每小时流过调节阀的流量值，通常以m3/h或t/h计。14.4.4.调节阀的流量调节特性o调节阀的应用特点：n在正常负荷下，以一定的阀门开度调节流量的大小；n一般不能在小负荷下有效调节，流量特性会明显变差；小负荷应有旁路调节操作；n不能作为切断阀用，调节阀关闭也会有一小流量通过；n调节阀工作时，管路上应打开其他阀门，保证管路上尽可能少的节流元件，以便调节阀的流量特性得到有效发挥。n一般调节阀均

7、配有手动调节机构，以便人工现场手动调节阀门开度，检查工作特性。o比较截止阀的应用特点：n在正常情况下，截止阀全开或全管，不能调节流量的大小；n截止阀的主要作用是保证管路的通或断；n截止阀开度处于半开状态时，流量特性不稳定，即阀门开度与流量大小无一定规律可循。5.2 基本控制规律o控制规律：控制系统输入与输出之间的关系。o按控制目标分类：n限位控制：在输出超出设定的上下限时控制器改变输出状态；n连续控制：根据测量值与设定值的差异（差值）连续调整输出（控制参数）。一、限位控制o控制规律nAB断开，低位，开启阀门；nAC导通，高位，关闭阀门。控l控制结果：将液位限制在BC之间。ABC限位控制的过渡曲

8、线ptytyHyL限位控制器电路举例24V DC0ABC控ABCAB断开阀门开启 ； AC接通阀门关闭CB电磁阀电动执行器的结构原理 伺服 放大器 伺服 电动机减速机 位置 发送器输入信号操作器输出轴离合器手轮电液执行器的结构原理液压系统电控系统输入信号反馈信号 位置 发送器输出轴补充内容:开关量控制执行器o实际生产过程中大量存在大量存在开关量控制装置：n电动阀门（全开/全关，带上下限位开关）n电磁阀（常闭型：通电开通/断电关闭）n接触器（大电流控制开关，可带辅助触点）n继电器（小电流控制开关）n可控硅/固态继电器（无触点开关）o开关量控制装置的特点：n简单可靠n数量大n信号传递可靠性高补充内

9、容:开关量控制执行器应用实例o干燥塔循环工作自动控制系统结构n控制器类型：PLCn执行器类型：电磁阀n工作方式：时序循环控制n工艺要求：A/B两塔交替工作o自动控制系统工作程序nPLC输出开关量5个，分别控制4电磁阀，1加热器接触器n工作周期A：oA塔工作：Fc开，Fa关oB塔反冲：Fb开，Fd关o加热器工作（温度控制）反冲气加热除湿进B塔n工作周期B：oB塔工作：Fb关，Fd开oA塔反冲：Fc关，Fa开o加热器工作（温度控制）反冲气加热除湿进A塔nA/B塔定时切换，交替工作。补充内容:开关量控制执行器应用实例o控制系统设计内容：n控制输出点数的确定：4电磁阀，1接触器（加热器）开关量；n检测

10、输入点数的确定：加热器出口温度1，模拟量/开关量；n温度测量器件选型：测量范围，信号配置（热电阻/热电偶），防护等级选型，变送器选型，与PLC信号连接要求（电流信号/电压信号制式）等；n驱动负载电路的配置：o电磁阀工作电流/电压选择可控硅器件，试验考核；o加热接触器工作电流/电压选择可控硅器件，试验考核；n执行器安装位置，信号连接电缆敷设路径，防护措施；nPLC控制器选型：o根据控制点数选择，主控制器，输入/输出模块，o模拟量信号（温度测量）输入模块确定，o安装位置，信号连接走向等n控制器操作程序的编制和试验：o加热器出口温度设定值确定，回差值的选择；o工作周期A/B时间的确定，切换方式的选择

11、（同时切换？先后顺序？过渡时间？）；o各电磁阀开关的时间顺序；o温度信号模拟量输入范围，超限值的确定和故障保护措施；o试验程序的编制和考核n现场调试和试运行考核补充内容:变频控制器的应用o比较调节模式：n调节阀的节流方式节流能耗大； 工况变化大，差压大； 受调节阀特性影响大； 操作简单，调节效果较好；n变频电机调速方式无节流能耗，节能效果好； 工况变化平稳； 增加变频控制器，成本加大； 直接调节方式（电机转速），效果好； 调节规律需配合设备负荷特性，要求较高；o新模式带来的课题：n开发适合变频驱动的电机；n研究不同类型的调节设备特性，寻找良好的变频调节规律；o风机特性；o水泵特性；o压缩机特性；等等习题与思考