氣動調(diào)節(jié)閥在工業(yè)生產(chǎn)過程控制中的作用
一、 控制系統(tǒng)的基本組成部分
工業(yè)生產(chǎn)過程的控制系統(tǒng)有各種不同類型,例如簡單控制系統(tǒng)、復(fù)雜控制系統(tǒng)等,下圖是兩個簡單控制系統(tǒng)的示例。圖中,每個控制系統(tǒng)都包括被控變量、操縱變量和相應(yīng)的控制規(guī)律。被控變量與期望的設(shè)定值保持一致,需要一種控制手段,例如,圖中的蒸汽流量、泵的旁路流量等。被控變量偏離設(shè)定的原因是生產(chǎn)過程中存在干擾,例如,蒸汽壓力的波動、泵轉(zhuǎn)速的變化等。通常,把用于調(diào)節(jié)的變量稱為操縱變量。
單控制系統(tǒng)由檢測元件和變送器、執(zhí)行器和被控對象組成。
檢測元件和變送器(sensor and transmitter)用于檢測被控變量,將檢測信號轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)信號。例如,熱電阻將溫度變化轉(zhuǎn)換為電阻變化,溫度變送器將電阻信號轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的氣壓或電流、電壓信號等。
控制器(controller)將檢測變送環(huán)節(jié)輸出的標(biāo)準(zhǔn)信號與設(shè)定值信號進(jìn)行比較,獲得偏差信號,按一定控制規(guī)律對偏差信號(error signal)進(jìn)行運算,運算輸出送執(zhí)行器。控制器可用模擬儀表實現(xiàn),也可用微處理器組成的數(shù)字控制器實現(xiàn),例如DCS和FCS中采用的PID控制功能模塊等。
執(zhí)行器(actuator)處于控制環(huán)路的終位置,因此也稱為終元件(final element)。執(zhí)行器用于接受控制器的輸出信號,并控制操縱變量變化。在大多數(shù)工業(yè)生產(chǎn)過程控制的應(yīng)用中,執(zhí)行器采用控制閥。近年來,隨著變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用,一些控制系統(tǒng)已采用變頻器和相應(yīng)的電動機(jī)(泵)等設(shè)備組成執(zhí)行器。
生產(chǎn)過程的負(fù)荷變化或操作條件改變時,通過檢測元件和變送器的檢測和變送,將過程的被控變量送控制器,經(jīng)控制規(guī)律運算后的輸出送執(zhí)行器,改變過程中相應(yīng)的流體流量,使被控變量與設(shè)定值保持一致。可見,檢測元件和變送器的作用類似于人的眼睛,控制器的作用類似于人的大腦,執(zhí)行器的作用類似于人的手腳。一個控制系統(tǒng)的質(zhì)量受到組成控制系統(tǒng)各組成部件的影響,主要取決于控制系統(tǒng)組成部件中薄弱環(huán)節(jié)的影響。
二、氣動調(diào)節(jié)閥的重要性
氣動調(diào)節(jié)閥用于調(diào)節(jié)操縱變量的流量,從控制系統(tǒng)整體看,一個控制系統(tǒng)控制得好不好,都要通過調(diào)節(jié)閥來實現(xiàn)。由于下列原因,氣動調(diào)節(jié)閥變得十分重要。
1、控制閥是節(jié)流裝置,屬于動部件,與檢測元件和變送器、控制器比較,在控制過程中,氣動調(diào)節(jié)閥需要不斷改變流件的流通
面積,使操縱變量變化,以適應(yīng)負(fù)荷變化或操作條件的改變。因此,對氣動調(diào)節(jié)閥組件的密封、耐壓、腐蝕等提出更高要求。
例如,密封會使氣動調(diào)節(jié)閥摩擦力增加,調(diào)節(jié)閥死區(qū)加大,造成控制系統(tǒng)控制品質(zhì)變差等。
2、氣動調(diào)節(jié)閥的的活動部件是造成“跑”、“冒”、“滴”、“漏”的主要原因,它不僅造成資源或物料的浪費,也污染環(huán)境,引發(fā)事故。
3、氣動調(diào)節(jié)閥的閥內(nèi)件與過程介質(zhì)直接接觸,和檢測元件與過程介質(zhì)接觸的不同之處如下:
a.調(diào)節(jié)閥閥組件的接觸介質(zhì)可能與檢測元件的接觸介質(zhì)不同,對調(diào)節(jié)閥的耐腐蝕性、強(qiáng)度、剛度、材料等有更高要求。
b.檢測元件可采用隔離液等方法與過程介質(zhì)隔離,但調(diào)節(jié)閥通常與過程介質(zhì)直接接觸,很難采用隔離的方法與過程介質(zhì)隔離。
4、氣動調(diào)節(jié)閥的節(jié)流使能量在閥內(nèi)件內(nèi)部被消耗,因此,降低能耗,降低調(diào)節(jié)閥的壓力損失,和保證較好的控制品質(zhì)之間要合理選擇和兼顧。
5、氣動調(diào)節(jié)閥對流體進(jìn)行節(jié)流的同時也造成噪聲。例如,當(dāng)閥出口壓力低于液體的蒸汽壓力時,造成閃蒸;當(dāng)閥下游壓力高于液體蒸汽壓力時,造成汽蝕。調(diào)節(jié)閥造成的噪聲和調(diào)節(jié)閥流路的設(shè)計、操作壓力、被控介質(zhì)特性等有關(guān),因此,降低噪聲,降低壓力損失等對調(diào)節(jié)閥提出更高的要求。
6、氣動調(diào)節(jié)閥的適應(yīng)性強(qiáng)。它被安裝在各種不同的生產(chǎn)過程,產(chǎn)生過程的低溫、高溫、高壓、大流量、微小流量等操作條件需要調(diào)節(jié)閥具有各種不同的功能,氣動調(diào)節(jié)閥應(yīng)能夠適應(yīng)不同應(yīng)力的要求。
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