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技術(shù)文章
調(diào)節(jié)閥在工業(yè)生產(chǎn)過程控制中的作用
點(diǎn)擊次數(shù):519 發(fā)布時(shí)間:2008-6-12
1.控制系統(tǒng)的基本組成
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,圖l是兩個(gè)簡單控制系統(tǒng)的示例。圖中,每個(gè)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。被控變量是需要控制的過程變量,例如,換熱器出口溫度、泵出口壓力等。要使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(dòng)、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。
圖l簡單控制系統(tǒng)示例 | |
a溫度控制系統(tǒng) | b壓力控制系統(tǒng) |
一個(gè)簡單控制系統(tǒng)由檢測元件和變送器、控制器、執(zhí)行器和被控對(duì)象組成。檢測元件和變送器sensorandtransmitter用于檢測被控變量,將檢測信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。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(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的氣
壓或電流、電壓信號(hào)等。
控制器controller將檢測變送環(huán)節(jié)輸出的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)與設(shè)定值信號(hào)進(jìn)行比較,獲得偏差信號(hào),按一定控制規(guī)律對(duì)偏差信號(hào)errorsignal進(jìn)行運(yùn)算,運(yùn)算輸出送執(zhí)行器??刂破骺捎媚M儀表實(shí)現(xiàn),也可用微處理器組成的數(shù)字控制器實(shí)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zui終位置,因此也稱為zui終元件finalelement。執(zhí)行器用于接收控制器的輸出信號(hào),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)行器采用調(diào)節(jié)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(dòng)機(jī)泵等設(shè)備組成執(zhí)行器。本頁介紹調(diào)節(jié)閥的有關(guān)內(nèi)容,不討論變頻器和其他執(zhí)行器。
生產(chǎn)過程的負(fù)荷變化或操作條件改變時(shí),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(yùn)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??梢?,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(gè)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zui薄弱環(huán)節(jié)的影響。
2.調(diào)節(jié)閥的重要性
調(diào)節(jié)閥controlvalve用于調(diào)節(jié)操縱變量的流量,因此,以前亦稱調(diào)節(jié)閥。從控制系統(tǒng)整體看,一個(gè)控制系統(tǒng)控制得好不好,都要通過調(diào)節(jié)閥來實(shí)現(xiàn)。由于下列原因,調(diào)節(jié)閥變得十分重要。
?、僬{(diào)節(jié)閥是節(jié)流裝置,屬于動(dòng)部件,與檢測元件和變送器、控制器比較,在控制過程中,調(diào)節(jié)閥需要不斷改變節(jié)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(duì)調(diào)節(jié)閥閥組件的密封、耐壓、腐蝕等提出更高要求。例如,密封會(huì)使調(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。
?、谡{(diào)節(jié)閥的活動(dòng)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(fèi),也污染環(huán)境,引發(fā)事故。
?、壅{(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(duì)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。
?、苷{(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。
?、菡{(diào)節(jié)閥對(duì)流體進(jìn)行節(jié)流的同時(shí)也造成噪聲。例如,當(dāng)閥出口壓力低于液體的蒸汽壓力時(shí),造成閃蒸;當(dāng)閥下游壓力高于液體蒸汽壓力時(shí),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(jì)、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(duì)調(diào)節(jié)閥提出更高要求。
⑥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,生產(chǎn)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,調(diào)節(jié)閥應(yīng)能夠適應(yīng)不同應(yīng)用的要求。
?、邫z測元件和變送器、控制器等發(fā)展快,投入的人力和物力多。相對(duì)來看,通常認(rèn)為
調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)簡單,因此,對(duì)調(diào)節(jié)閥投入研究和開發(fā)的人力和物力相對(duì)不足。