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2 过程控制装置
化 工 仪 表 及 自 动 化
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2 过程控制装置
教学内容：
2.1 过程控制仪表概述
2.2 过程控制仪表的使用
2.3 可编程控制器（PLC）概述
2.4 执行器
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2.1 过程控制仪表概述
2.1.1 过程控制仪表的分类与特点
A、按照传递信号形式分为模拟式控制仪表和数字式控制仪表。
B、按照能源形式分气动、电动和液动
C、按照结构形式分为纯硬件结构的DDZ—III 、有硬件和软件结构的智能式控制仪表、DSC中的软仪表.
在控制系统中，除设备之外的就是自动化装置，主要包括：检测仪表、显示报警保护装置、控制仪表、执行器等。本章主要介绍控制仪表和执行器。
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—第一篇 自动化仪表—
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2.1.1.1 模拟式控制仪表的分类与特点
模拟式控制仪表按结构原理分为基地式和单元组合式。
（1）基地式仪表
基地式控制仪表以指示、记录仪表为主体，附加控制机构组成。它不仅能对某参数进行指示和记录，还具有控制功能。基地式仪表一般结构比较简单，集检测、控制、执行功能于一身。目前，基地式仪表正在向数字化、集成化方向发展，它的功能比传统基地式仪表更加完善，随着现场总线控制系统的发展，它的应用范围将更加广泛。
（2）单元组合仪表
单元组合式控制仪表是根据控制系统中各个组成环节的不同功能和使用要求，将整套仪表划分成能独立实现某种功能的若干单元，各单元之间用统一的标准信号来联系。利用这些单元进行不同的组合，可构成多种多样的、复杂程度各异的自动检测和控制系统。
单元组合仪表一般可分为八大类单元：变送单元、控制单元、显示单元、执行单元、计算单元、设定单元、转换单元、辅助单元。
单元组合仪表与传统的基地式仪表相比具有使用灵活、通用性强、安装维护方便、精度高、使用寿命长、便于大批量生产等优点。
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2.1.1.2 数字控制仪表的分类与特点
数字控制仪表的外部传输信号有两种，即连续变化的模拟量和断续变化的数字量，但它们内部处理的信号都是数字量。
早期数字式控制仪表分别用来替代单元组合仪表的各单元，因此，数字控制仪表的分类也可以参照单元组合仪表的分类，如常用到的可编程调节器、无纸记录仪和数字显示仪表。
数字控制仪表的特点是以微处理器为核心，将模拟仪表和计算机功能一体化，模拟技术和数字技术混合使用，保留了模拟控制仪表（调节器）的面板操作形式，其控制功能、运算功能由软件完成，编程技术采用模块化、表格化，具有通讯功能和自诊断故障功能
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信号制即信号标准，是指仪表之间采用的传输信号的类型和数值。不同生产厂家生产的仪表要做到通用性和相互兼容性，必须统一仪表的信号制式。
气动仪表的信号标准
气动仪表气源压力为140kPa，信号的下限为20 kPa，上限为100 kPa。
电动仪表的信号标准
我国Ⅱ型电动仪表采用220V交流供电，信号范围为0～10mA直流电流信号。Ⅱ型电动仪表现在已经很少使用。
2.1.2 控制仪表的信号制与信号传输方式
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现场变送器
现场执行装置
控制
器
R=250
1—5V.DC
4—20mA.DC
4—20mA.DC
24V.DC
图3—13 Ⅲ型仪表的信号传输方式
现场
控制室
2.1.2.2 信号传输方式
(1)现场与控制室仪表
现场与控制室仪表之间采用直流信号电流信号传输。采用直流电流信号具有以下优点。
①直流信号比交流信号受干扰少；
②直流信号对负载要求简单；
③电流信号比电压信号更利于远传信息。
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（2）控制室内部仪表之间
发送
仪表
接收
仪表2
接收
仪表3
接收
仪表1
现场
控制室
250Ω
图2-1 控制系统仪表之间典型连接示意图
控制室内部仪表之间采用直流电压信号传输,采用这种传输方式有以下优点。
①采用并联连接方式，同一电压信号能为多个仪表接收；
②任何室内仪表拆离信号回路均会影响其他仪表的运行；
③控制室仪表可共用一个电源和接地。
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2.2 过程控制仪表的使用
2.2.1 DDZ-Ⅲ基型调节器的使用
2.2.1.1 DDZ-Ⅲ基型调节器的结构原理
图2--4 DDZ—III基型调节器组成框图
输入电路
比例微分
比例积分
硬
自
软
正
反
图2-5 模拟调节器外形图图
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（2）DDZ-Ⅲ基型调节器的指示与操作装置
正面面板装有两个指示表的表头。黑色为给定信号指针，红针为测量信号指针。两个指针之间的差值为偏差值。
自动-软手动-硬手动切换开关实现自动与手动操作的相互切换
调节器机芯侧面有正、反作用开关。
此外，在调节器的输入端和输出端分别附有输入检测插孔和手动输出插孔，可利用这些插孔，无扰动地切换到便携式手动操作器，进行手动操作
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2.2.1.2 DDZ-Ⅲ基型调节器的操作
（1）通电准备
①检查电源端子接线极性是否正确。
②根据工艺要求确定调节器正、反作用开关位置。
③按照调节阀的特性放好阀位指示器的方向。
（2）手动操作
①软手动操作 把自动/手动开关置软手动位置，用内给定轮调整给定信号，用软手动操作键调整调节器的输出信号，使输出信号尽可能靠近给定信号。
②硬手动操作 把自动/手动开关置硬手动位置，用内给定轮调整给定信号，用硬手动操作杆调整调节器的输出信号，使输出信号尽可能靠近给定信号。硬手动操作适用于较长时间手动操作的情况。
（3）由手动切换到自动
用手动操作使输入信号接近给定信号，待工艺过程稳定后把自动/手动开关拨到自动位置。在切换前，若不知道PID参数，应使仪表处于比例度最大、微分断、积分时间最大等状态。
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（4）自动控制
把调节器切换到自动状态后，需进行PID参数整定。若已知PID参数，则可直接调整PID刻度盘到所需要的数值。
（5）由自动切换到手动
①由自动切换到软手动，可以直接切换。
②由自动切换到硬手动，须预先调整硬手动操作杆使之与自动输出相重合，然后切换到硬手动。
（6）内给定与外给定的切换
①由外给定切换到内给定 为进行无扰动切换，可先将自动/手动开关切换到软手动位置，然后由外给定切换到内给定，调整内给定值，使其等于外给定的数值，再将自动/手动开关拨到自动位置。
②由内给定切换到外给定 先将自动/手动开关拨到软手动位置，然后由内给定切换到外给定，调整外给定信号使其和内给定指示值相等，再将自动/手动开关切换到自动位置。
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2.2.2 数字式调节器介绍
所谓的数字式控制仪表是指带有微处理器的过程控制仪表。它采用数字化技术，实现控制技术、通信技术和计算机技术的综合应用。
如图2-7所示为YS-170可编程调节器。
图2-7 YS170可编程调节器
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2.2.2.1 数字调节器的主要特点
①实现了仪表、计算机一体化。
②具有丰富的运算、控制功能。
③通用性强，使用方便。
④使用灵活、便于扩展。
⑤可靠性高、维护方便。控制器的软件具有自诊断功能，可以随时发现调节器内部存在的问题，并能采取相应的保护措施
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2.2.2.2 数字式调节器举例
数字式调节器有很多种类，包括可编程序调节器、固定程序调节器、可编程脉宽输出调节器、混合调节器和批量调节器五大类
KMM是单回路控制仪表（SSC）中DIGTRONIK系列的一个主要品种,其性能和组态与TDC-3000BASIC中的基本控制器BC相同。
图2-8 KMM可编程调节器正面图
1—上、下限报警指示灯；2—连锁状态指示灯及复位按钮；3—通信指示灯；4—仪表异常指示灯；5—给定值（SP）设定按钮；6—串级运行方式按钮及指示灯；7—自动；8—手动；9—输出操作按钮；10—给定（SP）指针；11—测量（PV）指针；12—输出指示表；13—标牌；
14—备忘指针
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2.2.3 其他单元仪表
1. 变送单元仪表简介
变送单元仪表将各种被测变量，如温度、压力、流量、液位等物理量转换成相应的4～20mA的标准电流信号或1～5V直流电压信号，传送给显示、调节等单元仪表或计算机，以供指示、记录和控制。常用的变送器有温度变送器、压力变送器、差压变送器、液位变送器、流量变送器等。
2. 运算单元仪表简介
运算单元仪表能对若干个信号进行加、减、乘、除、开方等运算。运算单元主要用于比值控制、多变量综合控制、流量信号的温度压力补偿计算等。运算单元仪表品种有：加减器、乘除器和开方器等。
3. 显示单元仪表简介
显示单元仪表对各种变量进行指示、记录、报警和积算，供操作人员监视和控制工况用。显示单元的仪表品种有显示仪、指示记录仪、比例积算器和报警器等。
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4. 辅助单元仪表
①给定单元仪表 输出信号作为被控变量的给定值送给调节器，实现定值控制。给定单元仪表的品种有恒流给定器、比值给定器、定值器等。
②转换单元仪表 用于将一种标准信号转换成另外一种标准信号。如用来实现气信号和电信号的相互转换，称为电/气转换器和气/电转换器。转换单元仪表还有直流毫伏转换器、电信号转换器、频率转换器等。
③执行单元仪表 按照控制器输出或手动操作器信号来操作阀门之类的执行元件，以改变控制变量的大小。执行单元有角行程电动执行器和直行程电动执行器等。实际生产中更多采用气动执行器。
④辅助单元 在自动化系统中起辅助作用，完成各种辅助工作，如发讯、切换、遥控等。辅助单元仪表有操作器、阻尼器、阀门定位器、继电器、配电器、安全栅等。
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2.3 可编程控制器（PLC）概述
可编程控制器是一种以CPU为核心的计算机工业控制装置。
可编程控制器是一种数字运算操作系统，专为工业环境应用而设计，有较强的抗干扰能力。
它采用了可编程序的存储器，在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的生产过程。
可编程控制器可以单独使用,也可以通过网络成为DCS控制系统的一部分。很多企业在使用DCS进行过程控制时,对于间歇加料、固体和粉末产品包装等过程和压缩机控制、过程联锁保护等，较多采用PLC实现。
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2.3.1 可编程控制器（PLC）的发展过程
1969年，美国数字设备公司(DEC)研制出第一台可编程控制器，开创了工业控制的新纪元。
1971年，日本开始生产可编程控制器PLC，德、英、法等各国相继开发了适于本国的PLC，并推广使用。
1974年，中国开始研制生产可编程控制器。
随着微电子技术、计算机技术及数字控制技术的高速发展，到20世纪80年代末，PLC技术已经很成熟，
目前在世界先进工业国家PLC已经成为工业控制的标准设备，它的应用几乎覆盖了所有的工业企业。PLC技术已经成为当今世界的潮流，成为工业自动化技术的三大支柱（PLC技术、机器人、计算机辅助设计和制造）之一。
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2.3.2 可编程控制器的功能与特点
2.3.2.1 可编程控制器的功能
可编程控制器虽以取代继电接触控制的面目出现，但现在已不仅仅局限于此。除进行各种复杂的开关量逻辑控制外，PLC都配置了计数器、定时器等指令，进一步丰富了逻辑控制功能，同时可以完成各种类型的计数要求。
PLC配置了数学运算指令，在逻辑运算的基础上，可以完成加、减、乘、除、开方等算术运算，能完成逻辑移位、算术移位、位比较、字比较、数制转换、译码等操作。
现在，即便是小型PLC，也可以连接模拟量处理模块，这样使PLC具有了A/D、D/A转换的功能，丰富了控制手段和控制范围。
中、大型PLC还具有PID运算模块，可以完成模拟量的连续控制。
PLC有较强的通信功能，可以与上位计算机连接，通过计算机编写程序和监控，许多PLC通过现场控制总线，可以相互通信，组成PLC控制的计算机网络，形成DCS控制系统，完成柔性加工系统控制要求。
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2.3.2 2 可编程控制器的特点
可编程控制器应用广泛，特点明显，主要有以下特点。
①控制程序可编程 相对于继电接触器控制等硬连接顺序控制装置而言，可编程控制器是一种工业控制计算机，其控制功能可通过软件编制来确定，在生产工艺改变或生产线设备更新时，只需改变程序就能调整控制方案，具有良好的柔性。
②编程方便 大多数PLC可采用类似继电控制控制电路形式的“梯形图”直接进行编程，也可以使用简易编程器进行现场程序编制或修改，使编程更简捷、更方便。
③扩展灵活 PLC产品带有扩展单元，可以方便地调整配置，适应不同I/O点数及不同输入输出方式的需求。从几个I/O点的最小型系统到几千个点的超大型系统均可以实现，扩展灵活，组合方便。
（4）可靠性高 可编程控制器的输入输出采用了光电隔离、屏蔽、滤波处理、电源调整与保护等措施，大大提高了抗工业环境干扰的能力，可靠性高。
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2.3.3 可编程控制器的基本构成及工作原理
2.3.3.1 可编程控制器的基本组成
电磁装置
电动机
编 程 器
继电器触点
输入模块
CPU
EPROM
扫描程序I/O管理
RAM
用户存储器
用户逻辑I/O信息
输出模块
电 源
PLC主机侧
开关或传感器
行程开关
模拟量输入
指示灯
其他执行装置
主机
图2-10 PLC的组成框图
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(1)中央处理器CPU
CPU的主要作用是解释并执行系统及用户程序，常用的CPU主要有通用微处理器、单片机和双极型位片机。
(2)存储器ROM(EPROM)和RAM
存储器类型 目前PLC常用的存储器有RAM、ROM、EPROM和E2PROM，外存常用U盘和移动硬盘等。
存储区分配 PLC的存储器使用时可分为两类，即PLC系统存储区存储器和用户存储区存储器。
(3)输入输出模块
可编程序控制器是一种工业控制计算机系统，它的控制对象是工业生产过程，与DCS相似，它与工业生产过程的联系也是通过输入输出接口模块(I/O)实现的。I/O模块是可编程序控制器与生产过程相联系的桥梁。
(4)编程器
①编程器的功能 编程器是PLC必不可少的重要外部设备。编程器将用户所希望的功能通过编程语言送到PLC的用户程序存储器。
②编程器的工作方式 编程器有两种编程方式，即在线和离线编程方式。
③编程器的分类 现在使用的编程器主要有便携式编程器和通用计算机。
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2.3.3.2 可编程控制器的软件系统介绍
(1) 可编程控制器的编程语言
可编程控制器目前常用的编程语言有以下几种：梯形图语言、助记符语言、功能表图和某些高级语言。
①梯形图语言 梯形图的表达式沿用了原电气控制系统中的继电接触控制电路图的形式，二者的基本构思是一致的，只是使用符号和表达方式法有所区别。
图2-12(a) 为梯形图
②助记符语言 助记符语言又称命令语句表达式语言，它常用一些助记符来表示PLC的某种操作。它类似微机中的汇编语言，但比汇编语言更直观易懂，用户可以很容易地将梯形图语言转换成助记符语言。
图2-12(b)为梯形图对应的用助记符表示的指令表。
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【例2-1】某一过程控制系统中，工艺要求开关1闭合后40S后，指示灯亮，按下开关2后灯熄灭。图10-10(a)为实现这一功能的梯形图程序（OMRON PLC），它是由若干个梯级组成的，每一个输出元素构成一个梯级，而每个梯级可由多条支路组成。
图2-12 OMRON PLC的程序
LD 0.00
ANDNOT 0.01
TIM 001 #400
LD TIM 001
OUT 10.00
END
(b)指令表
(a)梯形图
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(2) 可编程控制器的工作过程
可编程控制器的工作过程包括两部分：自诊断和通信响应的固定过程和用户程序执行过程，如图10-11所示。PLC对用户程序的执行可分为三个阶段进行 . ①输入扫描 , ②程序执行 , ③输出刷新
自诊断
与编程器、计算机等通信
读入现场信号
执行用户程序
输出结果
图2-13 PLC工作过程框图
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2.3.3.3 可编程控制器的分类
(1)按容量来分
大致可分为“小”、“中”、“大”三种类型
(2)按硬件结构分
按结构分将PLC分为整体式PLC、模块式PLC、叠装式PLC三类。
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典型PLC简介
日本OMRON公司的PLC在我国有较大的市场占有率，OMRON C系列PLC有微型、小型、中型和大型四大类十几种型号。微型PLC以C20P和C40H为代表，是整体结构，I/O容量为几十点，最多可扩至120点
欧姆龙PLC有多个系列，指令系统也有区别，但基本指令大致相同。欧姆龙PLC指令大多数也是按照位（bit）寻址，个别指令按照通道寻址。按位寻址的地址编号为：通道号.位号，如0.00表示0通道的第0位，位的表示采用十进制数，范围为0～15。在欧姆龙PLC中，对于输入、输出等继电器的编号不用加字母。小型整体PLC的输入、输出编号是固定不变的，使用者可以按照PLC主机标注编号编程；对于模块式PLC，则根据输入或输出模块安装位置决定其编号。
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SIMENS生产的SIMTIC S7系列PLC是在S5系列的基础上发展起来的一种较新型号的PLC。S7系列又分成S7-200、S7-300、S7-400三个系列。前两个系列分别见图10-11和图10-12所示。S7-200系列是微型到小型PLC，属于整体式PLC，与S7-300/400有较大差别，所用的编程软件也不同。一般S7-200所用的STEP 7编程软件在网络上可以下载，S7-200根据CPU的种类也有几种类型。
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执行器在自动控制系统中的作用
控制信号
工艺管道
介质流量
图6-1 阀的作用
接受控制器送来的控制信号，去改变生产工艺中调节剂的流量，使生产过程按预定的要求正常进行，实现生产过程的自动化，所以执行器被称为生产过程自动化的 “手和脚”。
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2.4 执行器
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执行器的分类
执行器按能源或驱动力可分为气动、电动、液动三大类，以气动调节阀和电动调节阀为主体。
电动执行器以电源为动力驱动的，具有快速，便于集中控制等优点，但结构复杂，防火防爆性能不好。
液动执行器是利用液压原理推动执行机构，它的推力大，适用于负荷较大的场合，但其辅助设备大而笨重。
气动执行器利用压缩空气作为能源，具有结构简单、动作可靠、维修方便、性能稳定、价格低廉、防火防爆等优点。
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2.4.1 气动执行器
图6-2 气动薄膜调节阀外形图
1一气动执行机构；2一阀
图6-3 气动薄膜调节阀结构示意图
1-薄膜；2-平衡弹簧；3-推杆；
4-阀芯；5-阀座
2.4.1.1气动薄膜调节阀的结构组成与工作原理
(1) 有两部分组成：上部是气动执行机构，下部是调节机构。
气动执行器采用气动执行机构。气动执行机构有薄膜式、活塞式和长行程式三种类型。薄膜式执行机构简单、动作可靠、维修方便、价格低廉，是最常用的一种执行机构。
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(2)调节阀工作过程:执行机构是调节阀的推动装置，它按控制气压信号的大小产生相应的推力，使推杆产生相应的位移，从而带动阀芯动作。阀（阀体部件）是调节阀的调节机构，其内腔直接与工艺介质接触，阀芯在执行机构的带动下，改变了阀芯与阀座间的流通面积，引起流体通过阀的阻力的变化，达到改变介质流量的目的。
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（3）气开、气关形式
分四种：
(a) 正作用气关阀：控制信号从上方来，流量减小。
(b) 正作用气开阀：控制信号从上方来，流量增大。
(c) 反作用气开阀：控制信号从下方来，流量增大。
(d) 反作用气关阀：控制信号从上方来，流量减小。
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（4）调节阀的种类
在各类调节阀中，虽然执行机构不相同，但其阀是通用的。根据不同的使用要求，调节阀结构有不同种类，如（a）直通单座、(b)直通双座、(c)角型、(d/e)三通阀、(f)蝶阀、(g)隔膜阀、(h)笼式阀、(i)凸轮挠曲阀、(j)球阀等。
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（5）调节阀的型号命名
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅴ
Ⅵ
Ⅶ
Ⅳ
第一节
第二节
图6-4 气动调节阀型号命名
第一节以四个大写汉语拼音字母表示执行器的分类、能源和结构形式：
I——执行器类，以字母“Z”表示。
Ⅱ——执行机构种类，“M”表示薄膜式；“H”薄膜多弹簧式；“N”深波纹式；“S”活塞式；“L”长行程式等。
Ⅲ——执行机构结构特征，有弹簧直程正作用为“A”，有弹簧直程反作用为“B”。
Ⅳ——调节阀的结构形式，直通双座为“N”；直通单座为“P”；角形为“S”；套筒式为“M”；三通分流、合流分别为“X”、“Q”；隔膜式为“T”；偏心旋转式为“Z”等。
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第二节Ⅴ以阿拉伯数字表示产品的主要参数范围：
Ⅴ——表示公称压力PN（MPa），分别以“16”、“40”、“60”、“100”、“160”、“320”等。
第二节Ⅵ、Ⅶ以大写汉语拼音字母表示作用方式与上阀盖结构形式。
Ⅵ——尾注的一部分，表示整机作用方式，气开为“K”，气关为“B”。
Ⅶ——表示适用的介质温度，普通型空白，长颈型为“D”，散（吸）热型为G，波纹管密封型为“V”等。
如：ZNAS-64BD
表示气关式偏心旋转调节阀，正作用深波纹式执行机构，PN为6.4MPa，低温长颈型。
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2.4.2 电动执行器
电动执行机构由伺服放大器、伺服电机、位置发送器和减速器四部分组成。伺服放大器将输入信号和反馈信号相比较，得到偏差信号ε，并将ε进行功率放大。当ε>0时，伺服放大器的输出驱动伺服电机正转，反之，当ε<0时，伺服放大器的输出驱动伺服电机反转。经过反馈信号，直至使ε=0时，伺服电机才停止运转，输出轴稳定在另一个新的位置上 。
ε
+
伺服放大器
位置反馈信号
输入
信号
输出
-
位置发送器
减速器
伺服电动机
图2-25 电动执行机构的方框图
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2.4.2.2 智能式执行机构
智能调节阀采用的是智能式执行机构，其构成原理与模拟式电动执行机构相同。由于智能式执行机构的伺服放大器中采用了微处理器系统，所有控制功能均可通过编程实现，而且还具有数字通讯接口，从而具有HART协议或现场总线通信功能，成为现场总线控制系统中的一个节点。伺服放大器还采用了变频技术，可以更有效地控制伺服电机的动作。
图2-26智能电动调解阀外形图
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2.4.2.3 电磁阀
电磁阀是常用的结构简单的二位式电动执行机器，它是依靠电磁力工作的。
图2-29为具有联锁功能的带电磁阀的气动执行器的原理图
图2-29 电磁阀的应用
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2.4.3 电气转换器与阀门定位器
(1) 结构
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阀门定位器接受来自控制器（调节器）的控制信号（电流信号或气压信号），成正比地转换成气压信号输出到气动调节阀的执行机构，使阀杆产生位移，而位移量通过机械机构反馈到阀门定位器，当位移反馈信号与输入的控制信号相平衡时，阀杆停止动作，调节阀的开度与控制信号相对应。
(2) 原理
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①与气动执行机构构成了反馈机构，所以提高了执行机构的线性度，实现准确定位，并且可以改变执行机构的特性，从而改善执行器的特性；
②如果采用更高气源压力，可增大执行机构的输出力、克服阀杆的摩擦力、消除不平衡力的影响，加快了阀杆移动速度，并提高调节阀精度；
③阀门定位器可减少控制信号的传输滞后；
④实现分程控制；
⑤可用标准气信号通过定位器去驱动不同弹簧范围的调节阀。
(3) 阀门定位器有如下作用
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(4)电/气阀门定位器
电/气阀门定位器的结构
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电/气阀门定位器的工作原理
从控制器来的电流信号I0输入力矩马达1的电磁线圈时，与永久磁场作用，使主杠杆受到一个向左的作用力，主杠杆绕支点16反时针方向偏转，使挡板13靠近喷嘴15，挡板的位移经气动放大器14转换成压力信号p0引入到气动执行机构8的薄膜气室，因p0增加而使阀杆向下移动，并带动反馈杆9绕支点4偏转，反馈凸轮5也随之逆时针方向偏转，通过滚轮10使副杠杆6绕支点7顺时针偏转，从而使反馈弹簧11拉伸，反馈弹簧对主杠杆2的拉力与电流信号I0通过力矩马达1作用到杠杆2的推力达到力矩平衡时，阀门定位器达到平衡状态。此时，一定的信号电流就对应于一定的阀杆位移，即对应于一定的阀门开度。
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(5) 气动阀门定位器
力矩平衡式气动阀门定位器原理图
1—波纹管 2—主杠杆 3—迁移弹簧 4—支点 5—反馈凸轮 6—副杠杆 7—副杠杆支点 8—气动执行机构 9—反馈杆 10—滚轮 11—反馈弹簧 12—调零弹簧 13—挡板 14—气动放大器 15—喷嘴 16—主杠杆支点
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工作原理
当输入波纹管1的信号压力p0增加，主杠杆2绕支点16偏转，挡板13靠近喷嘴15，喷嘴背压升高。背压经放大器14放大后的压力pa引入至气动执行机构8的薄膜气室，因其压力增加而使阀杆向下移动，并带动反馈杆9支点4偏转，反馈凸轮5也跟着逆时针方向转动，通过滚轮10使副杠杆6绕支点7顺时针偏转，从而使反馈弹簧11拉伸，反馈弹簧对主杠杆2的拉力与信号压力p1通过波纹管1作用到杠杆2的推力达到力矩平衡时，阀门定位器达到平衡状态。此时，一定的信号压力就对应于一定的阀杆位移，即对应于一定的开度。调零弹簧12起零点调整作用；迁移弹簧3用于分程控制调整。
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—第一篇 自动化仪表—
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(6) 智能阀门定位器
A.智能阀门定位器的构成
智能阀门定位器由硬件和软件两部分构成。
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—控制装置—
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B. 硬件构成
①信号调理部分 将输入的气压信号与阀位反馈信号转换成数字信号后送入微处理器。根据接受的输入信号或通讯协议不同，信号调理部分的具体电路将有所不同；
②微处理机将这两个数字信号按预选设定的特性关系进行比较，判断阀门开度是否与输入信号对应，并输出控制信号到电气转换控制部分。微处理机包括微处理器、EPROM、RAM及各种接口电路；
③电气转换控制部分将这一信号转换为气压信号送到气动执行机构，推动调节机构动作；
④阀位检测反馈装置检测执行机构的阀杆位移并将其转换为电信号反馈到阀门定位器的信号调理部分。
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—第一篇 自动化仪表—
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C. 软件部分
智能阀门定位器的软件由监控程序和功能模块两部分组成，前者使阀门定位器各硬件电路能正常工作并实现所规定的功能；后者提供了各种功能，供用户组态。各种智能阀门定位器，由于其生产厂家或具体用途和硬件结构不同， 所包含的功能模块在内容和数量上有较大差异。
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—控制装置—
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D .智能智能智能智能阀门定位器的特点
（1）定位精度高和可靠性高
（2）流量特性修改方便
（3）零点、量程等设置方便
（4） 自诊断与监测功能
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—第一篇 自动化仪表—
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E. 组态
一般智能阀门定位器可以在组态模式下对如下设置进行组态：
① 输入电流范围0 至20 mA 或4 至20 mA；
② 设定点上升或下降特性；
③ 定位速度限值 (给定值斜率)；
④ 分程; 可调整起始值和满刻度值；
⑤ 响应阈值 (死区)：自动设定或人工设定；
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—控制装置—
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本章小结
（1）过程控制仪表的作用是将测量信号与给定信号的偏差，按一定控制规律进行运算，结果作为控制信号送至执行单元，控制阀门的动作。
（2）过程控制仪表按照信号传递形式分为数字式和模拟式；
（3）目前电动过程控制仪表一般采用国际信号标准，24V直流供电，现场采用4～20mA 信号、控制室采用1～5V 信号传递。现场变送器分为二线制和四线制接线。
（4）基型调节器在Ⅲ型控制仪表中具有代表性，兼有内给定偏差指示、手动输出、阀位指示和PID运算功能，具有软、硬手动和自动工作方式。
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（5）其他单元仪表包括变送单元、给定单元、运算单元、转换单元、辅助单元等。
（6）PLC主要用以完成以开关量为主的顺序控制。 PLC主体由三部分组成，主要包括中央处理器CPU、存储系统和输入、输出接口。PLC常用的编程语言有梯形图语言、助记符语言、功能表图和某些高级语言。。
（7）执行装置按照能源形式分为电动、气动和液动三种。执行器由执行机构和调节机构组成。采用气开、气关阀主要目的是保证生产安全节能等要求。

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