控制仪表与装置实训报告1Word文件下载.docx

控制仪表与装置实训报告1Word文件下载.docx

《控制仪表与装置实训报告1Word文件下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《控制仪表与装置实训报告1Word文件下载.docx（21页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

自动化仪表发展趋势是：

①、控制目标由实现过程工艺参数的稳定运行发展为以最优质量为指标的最优控制。

　　②、控制方法由模拟的反馈控制发展为数字式的开环预测控制；

由传统的手动定值调节器、PID调节器以及各种顺序控制装置，发展为以微型机构成的数字调节器和自适应调节器。

自动化技术的发展趋势是系统化、柔性化、集成化和智能化。

自动化技术不断提高光电子、自动化控制系统、传统制造等行业的技术水平和市场竞争力，它与光电子、计算机、信息技术的融合和创新，不断创造和形成新的行业经济增长点，同时不断提供新的行业发展的管理战略哲理。

并行工程（CE）、敏捷制造（AM）等。

数控技术趋于模块化、网络化、多媒体和智能化；

CAD/CAM系统面向产品的整个生命周期；

自动控制内容发展到对产品质量的在线监测与控制，设备运行状态的动态监测、诊断和事故处理、生产状态的监控和设备之间的协调控制与连锁保护，以及厂级管理决策与控制等；

系统网络普遍以通用计算机网络为基础；

自动化控制产品正向着成套化、系列化、多品种方向发展；

以自动控制技术、数据通信技术、图象显示技术为一体的综合性系统装置成为国外工业过程控制的主导产品，现场总线成为自动化控制技术发展的第一热点；

可编程控制器（PLC）与工业控制系统（DCS）的实现功能越来越接近，价格也逐步接近，目前国外自动控制与仪器仪表领域的前沿厂商已推出了类似PCS（ProcessControlSystem）的产品。

1执行器

执行器（finalcontrollingelement）是自动化技术工具中接收控制信息并对受控对象施加控制作用的装置。

执行器也是控制系统正向通路中直接改变操纵变量的仪表，由执行机构和调节机构组成。

1.1基本构成

类型：

过程控制系统中，执行器由执行机构和调节机构两部分组成。

调节机构通过执行元件直接改变生产过程的参数，使生产过程满足预定的要求。

执行机构则接受来自控制器的控制信息把它转换为驱动调节机构的输出（如角位移或直线位移输出）。

它也采用适当的执行元件，但要求与调节机构不同。

执行器直接安装在生产现场，有时工作条件严苛。

能否保持正常工作直接影响自动调节系统的安全性和可靠性。

结构：

自动化技术工具中接受控制信息并对受控对象施加控制作用的装置。

执行器按所用驱动能源分为气动、电动和液压执行器3类。

1.2工作原理

在齿轮级，发动机的转速可通过两套齿轮传送到输出杆上。

主减速器由行星齿轮完成，副减速器由蜗轮实现，它被一套绷紧的弹簧固定在中心位置。

在发生过载的情况下，也就是输出杆超过了弹簧的设定转矩时，中央蜗轮会发生轴向位移，对开关及信号装置进行微调，为系统提供保护。

受由外部变化控制杆操纵的耦合的作用，输出杆在发动机工作时与蜗轮耦合，在手动操作时与手轮耦合。

当发动机不工作时，可以很容易地断掉电机驱动，并且只需压一下控制杆即可连上手轮。

由于电机驱动优先于手动操作，因此当发动机再次启动时，会自动发生反向动作。

这样就可以避免当发动机运转时还开启手轮，有利于保护系统。

　　由于手轮直接与输出杆耦合，因此可以保证在内部齿轮失灵或损坏时阀门的正常手动操作。

　　安装在齿轮上的开关与信号装置是一个密封外壳，保护其内部的元件实现以下功能：

　　l本地或远程显示阀门位置

　　2执行器/阀门的过载保护

　3限定阀门行程范围

电气接口：

执行器在不同型号阀门上的安装是通过输出杆来完成的，它可适用于现有的多种阀杆组态。

气动执行机构：

气动执行机构俗称气动头又称气动执行器

执行器按其能源形式分为气动，电动和液动三大类，它们各有特点，适用于不同的场合。

气动执行器是执行器中的一种类别。

气动执行器还可以分为单作用和双作用两种类型：

执行器的开关动作都通过气源来驱动执行，叫做DOUBLEACTING（双作用）。

SPRINGRETURN（单作用）的开关动作只有开动作是气源驱动，而关动作是弹簧复位。

1.3气动执行机构简介

气动执行器的执行机构和调节机构是统一的整体，其执行机构有薄膜式、活塞式、拨叉式和齿轮齿条式。

活塞式行程长，适用于要求有较大推力的场合；

而薄膜式行程较小，只能直接带动阀杆。

拨叉式气动执行器具有扭矩大、空间小、扭矩曲线更符合阀门的扭矩曲线等特点，但是不很美观；

常用在大扭矩的阀门上。

图1-1活塞式图1-2齿轮齿条式

气动执行机构的优点：

1.接受连续的气信号，输出直线位移（加电/气转换装置后，也可以接受连续的电信号），有的配上摇臂后，可输出角位移。

2.有正、反作用功能

3.移动速度大，但负载增加时速度会变慢。

4.输出力与操作压力有关。

5.可靠性高，但气源中断后阀门不能保持（加保位阀后可以保持）。

6.不便实现分段控制和程序控制。

7.检修维护简单，对环境的适应性好

8.输出功率较大。

9.具有防爆功能

气动执行机构的缺点：

控制精度较低，双作用的气动执行器，断气源后不能回到预设位置。

单作用的气动执行器，断气源后可以依靠弹簧回到预设位置。

图1-3气动执行器

1.4工作原理说明

当压缩空气从A管咀进入气动执行器时，气体推动双活塞向两端（缸盖端）直线运动，活塞上的齿条带动旋转轴上的齿轮逆时针方向转动90度，阀门即被打开。

此时气动执行阀两端的气体随B管咀排出。

反之，当压缩空气从B官咀进入气动执行器的两端时，气体推动双塞向中间直线运动，活塞上的齿条带动旋转轴上的齿轮顺时针方向转动90度，阀门即被关闭。

此时气动执行器中间的气体随A管咀排出。

以上为标准型的传动原理。

根据用户需求，气动执行器可装置成与标准型相反的传动原理，即选准轴顺时针方向转动为开启阀门，逆时针方向转动为关闭阀门。

单作用（弹簧复位型）气动执行器A管咀为进气口，B管咀为排气孔（B管咀应安装消声器）。

A管咀进气为开启阀门，断气时靠弹簧力关闭阀门。

特点：

紧凑的双活塞齿轮，齿条式结构，啮合精确，效率高，输出扭矩恒定。

铝制缸体、活塞及端盖，与同规格结构的执行器相比重量最轻。

缸体为挤压铝合金，并经硬质阳极氧化处理，内表面质地坚硬，强度，硬度高。

采用低摩擦材料制成的滑动轴承，避免了金属间的相互直接接触，摩擦系数低，转动灵活，使用寿命长。

气动执行器与阀门安装、连接尺寸根据国际标准ISO5211、DIN3337和VDI/VDE3845进行设计，可与普通气动执行器互换。

气源孔符合NAMUR标准。

　　气动执行器底部轴装配孔（符合ISO5211标准）成双四方形，便于带方杆的阀线性或45°

转角安装。

输出轴的顶部和顶部的孔符合NAMUR标准。

两端的调整螺钉可调整阀门的开启角度。

相同规格的有双作用式、单作用式（弹簧复位）。

可根据阀门需要选择方向，顺时针或逆时针旋转。

　根据用户需要安装电磁阀、定位器（开度指示）、回信器、各种限位开关及手动操作装置。

1.5气动执行器分类

执行器按其能源形式分为气动，电动和液动三大类，它们各有特点，适用于不同的场合。

气动执行器还可以分为单作用和双作用两种类型：

SPRINGRETURN（单作用）的开关动作只有开动作是气源驱动，而关动作时弹簧复位。

1.6气动执行器的选型

在把气动/电动执行机构安装到阀门之前，必须考虑以下因素。

*阀门的运行力矩加上生产厂家的推荐的安全系数/根据操作状况。

*执行机构的气源压力或电源电压。

*执行机构的类型双作用或者单作用（弹簧复位）以及一定气源下的输出力矩或额定电压下的输出力矩。

*执行机构的转向以及故障模式（故障开或故障关）正确选择一个执行机构是非常重要的，如执行机构过大，阀杆可能受力过大。

相反如执行机构过小，侧不能产生足够的力矩来充分操作阀门。

一般地说，我们认为操作阀门所需的力矩来自阀门的金属部件（如球芯，阀瓣）和密封件（阀座）之间的磨擦。

根据阀门使用场合，使用温度，操作频率，管道和压差，流动介质（润滑、干燥、泥浆），许多因素均影响操作力矩

球阀的结构原理基本上根据一个抛光球芯（包括通道）包夹在两个阀座这间（上游和下游），球心的旋转对流体进行拦截或流过球芯，上游和下游的压差产生的力使球芯紧靠在下游阀座（浮动球结构）。

这种情况下操作阀门的力矩是由球芯与阀座、阀杆与填料相互摩擦所决定的。

如图1所示，力矩最大值发生在出现压差且球芯在关闭位置向打开方向旋转时

蝶阀。

蝶阀的结构原理基本上根据固定在轴心的蝶板。

在关闭位置蝶板与阀座完全密封,当蝶板旋转（绕着阀杆）后与流体的流向平行时，阀门处于全开位置。

相反当蝶板与流体的流向垂直时，阀门处于关闭位置。

操作蝶阀的力矩是由蝶板与阀座、阀杆与填料之间的磨擦所决定的，同时压差作用在蝶板上的力也影响操作力矩如阀门在关闭时力矩最大，微小地旋转后，力矩将明显减小

旋塞阀的结构原理是基本根据密封在锥形塞体里的塞子。

在塞子的一个方向上有一个通道。

随着塞子旋入阀座来实现阀门的开启和关闭。

操作力矩通常不受流体的压力影响而是由开启和关闭过程中阀座和塞子之间的摩擦所决定的。

阀门在关闭时力矩最大。

由于有受压力的影响，在余下的操作中始终保持较高的力矩

齿轮条式执行机构的输出力矩是活塞压力（气源压力所供）乘上节圆半径（力臂）所得，且磨擦阻力小效率高。

顺时针旋转和逆时针旋转时输出力矩都是线性的。

在正常操作条件下，双作用执行机构的推荐安全系数为25-50%.

单作用执行机构的选用

在弹簧复位的应用中，输出力矩是在两个不同的操作过程中所得，根据行程位置，每一次操作产生两个不同的力矩值。

弹簧复位执行机构的输出力矩由力（空气压力或弹簧作用力）乘上力臂所得第一种状况：

输出力矩是由空气压力进入中腔压缩弹簧后所得，称为"

空气行程输出力矩"

在这种情况下，气源压力迫使活塞从0度转向90度位置，由于弹簧压缩产生反作用力，力矩从起点时最大值逐渐递减直至到第二种状况：

输出力矩是当中腔失气时弹簧恢复力作用在活塞上所得，称为"

弹簧行程输出力矩"

在这种情况下，由于弹簧的伸长，输出力矩从90度逐渐递减直0度如以上所述，单作用执行机构是根据在两种状况下产生一个平衡力矩的基础上设计而成的。

如图11所示。

在每种情况下，通过改变每边弹簧数量和气源压力的关系（如每边2根弹簧和5.5巴气源或反之），有可能获得不平衡力矩　在弹簧复位应用中可获得两种状况：

失气开启或失气关闭。

在正常工作条件下，弹簧复位执行机构的推荐安全系数为25-50%

弹簧复位执行机构的选用示例；

　　弹簧关（失气）

　　*球阀的力矩=80NM

　　*安全系数（25%）=80NM+25%=100NM

　　*气源压力=0.6MPa

　　被选用的SY-SR执行机构是SR125-05，因为可产生下列数值：

　　*弹簧行程0o=119.2NM

　　*弹簧行程90o=216.2NM

*空气行程0o=228.7NM

*空气行程90o=118.8NM

1.7电动执行机构

电动执行器（又称为电动执行机构）应用于各种工业自动化过程控制环节。

行业标准：

JB/T-8219-1999程、直。

按照运动方式分为：

角行行程和多转式.

角行程和直行程执行器大部分是在多转式的基础之上改造而来的：

以多转式为基础，配以蜗轮蜗杆二级减速箱组成0~90°

角行程电动执行机构；

配以丝杆部件组成直行程电动执行机构。

角行程：

0~90°

角行程，用于控制球阀、旋塞阀、蝶阀和百叶阀之类的角行程阀门；

多转式：

需要运行超过360°

才能实现阀门的启闭，主要用于闸阀、截止阀、管夹阀和隔膜阀；

直行程：

输出的是力，产生的是直线位移，主要用于调节阀和滑板阀，常用于配套各种阀门构成电动阀门或者电动调节阀（例如：

闸阀、调节阀、单座阀等直线运动的阀门）

图1-4电动执行器

1.8性能特点

1、功能强劲：

智能型、比例式、开关式、各类信号输出型应有尽有。

2、体积小巧：

体积仅相当于同类产品的35%左右。

3、轻便宜人：

重量仅相当于同类产品的30%左右。

4、性能可靠：

轴承牙口电器元件等关键零部件采用进口名牌产品。

5、美观大方：

铝合金压铸外壳、精细流畅、且可减少电磁干扰。

6、精密耐磨：

蜗轮输出轴一体化特殊铝合金锻造、强度高、耐磨性好。

7、回差极小：

蜗轮输出轴一体化、避免了键联结的间隙、传动精度高。

8、安全保证：

通过1500V耐压检测，F级绝缘电机，安全有保障。

9、配套简单：

采用单相电源、外接线路特别简单，也可做380V、直流电源。

10、使用方便：

免加油、免点检、防水防锈、任意角度安装。

11、保护装置：

双重限位、过热保护、过载保护（选装）。

12、多种速度：

（部分回转角行程）全行程时间5秒、10秒、15秒、30秒、60秒、100秒等。

13、防腐防锈：

支架、联轴器、螺钉均采用不锈钢。

14、智能数控：

数字设定、数字整定、高度精确、自诊断、一机多能。

15、集成一体：

智能控制模块高度集成于电动装置本体中，无须外接定位器等。

1.9机构类型

1.9.1电动多回转式执行机构

　　电力驱动的多回转式执行机构是最常用、最可靠的执行机构类型之一。

使用单相或三相电动机驱动齿轮或蜗轮蜗杆最后驱动阀杆螺母，阀杆螺母使阀杆产生运动使阀门打开或关闭。

　　多回转式电动执行机构可以快速驱动大尺寸阀门。

为了保护阀门不受损坏，安装在在阀门行程的终点的限位开关会切断电机电源，同时当安全力矩被超过时，力矩感应装置也会切断电机电源，位置开关用于指示阀门的开关状态，安装离合器装置的手轮机构可在电源故障时手动操作阀门。

　　这种类型执行机构的主要优点是所有部件都安装在一个壳体内，在这个防水、防尘、防爆的外壳内集成了所有基本及先进的功能。

主要缺点是，当电源故障时，阀门只能保持在原位，只有使用备用电源系统，阀门才能实现故障安全位置（故障开或故障关）电动单回转式执行机构

　　这种执行机构类似于电动多回转执行机构，主要差别是执行机构最终输出的是1/4转记90度的运动。

新一代电动单回转式执行机构结合了大部分多回转执行机构的复杂功能，例如：

使用非进入式用户友好的操作界面实现参数设定与诊断功能。

单回转执行机构结构紧凑可以安装到小尺寸阀门上，通常输出力矩可达800公斤米，另外应为所需电源较小，它们可以安装电池来实现故障安全操作。

电动执行器的优缺点：

电动执行器的优点是能源取用方便，信号传输速度快，传输距离远，便于集中控制，灵敏度和精度较高，与电动调节仪表配合方便，安装接线简单。

缺点是结构复杂，推力小，平均故障率高于气动执行机构，适用于防爆要求不高，气源缺乏的场所。

但是，结构较复杂，更容易发生故障，且由于它的复杂性，对现场维护人员的技术要求就相对要高一些；

电机运行要产生热，如果调节太频繁，容易造成电机过热，产生热保护，同时也会加大对减速齿轮的磨损；

另外就是运行较慢，从调节器输出一个信号，到调节阀响应而运动到那个相应的位置，需要较长的时间，这是它不如气动、液动执行器的地方。

1.9.2故障维修

一．指示灯故障

　　1.故障现象：

　　给电动执行机通电后发现电源指示灯不亮，伺放板无反馈，给信号不动作。

　　故障判断和检修过程：

　　因电源指示灯不亮，首先检查保险管是否开路，经检查保险管完好，综合故障现象，可以推断故障有可能发生在伺放板的电源部分，接着检查电源指示灯，用万用表检测发现指示灯开路，更换指示灯故障排除。

结论：

电源指示灯开路会造成整个伺放板不工作。

2.故障现象：

（调试中发现）

　　电动执行器的执行机构通电后，给信号开可以，关不动作。

　　先仔细检查反馈线路，确认反馈信号无故障，给开信号时开指示灯亮，说明开正常，给关信号时关指示灯不亮，说明关可控硅部分有问题，首先检查关指示灯，用万用表检测发现关指示灯开路，将其更换后故障排除。

　　结论：

关和开指示灯不亮（开路）时可控硅不动作。

　　二．电阻电容

　　1．故障现象：

　　PSL210执行机构通电后，给定一个信号（例75%），执行机构会全开到底，然后回到指定位置（75%）。

　　根据以上故障现象，首先要判断是伺放板和执行机构那一个有问题。

将伺放板从执行机构上拆下，直接将电源线接到X5/1和X5/4端子上，执行机构关方向动作，将电源线接到X5/1和X5/2端子上，执行机构开方向动作，如果执行机构动作不正常，说明故障在执行器上。

用万用表测电机绕组正常，再测电容两边的电阻发现有一个开路，将其更换后故障排除。

遇到以上故障现象时，首先要判断故障发生在那一个部分上，最后确定根源。

　　2.故障现象：

　　执行机构通电后给关信号（4mA）执行机构先全开后再全关。

　　先拆除伺放板，直接给执行机构通电发现仍然存在原故障，检查电阻，电阻阻值正常，说明电阻没问题，检查电机绕组，发现阻值正常，电机没问题。

由此故障推断有可能电容坏，重新更换电容，故障排除。

出现该问题时首先怀疑电阻和电容。

　　三.其它

　　1、故障现象：

　　现场只要送AC220V电源，保护开关立即动作（跳闸）执行机构伺放保险已烧。

　　首先用万用表检测执行机构上的电机绕组，发现电机绕组的电阻趋向于零，说明电机已短路，再检测抱闸两端电阻，电阻趋向于无穷大，说明抱闸已坏，正常应是1.45K左右。

最终的处理办法是：

更换新的抱闸和电机，把伺放板的保险管装上，重新调试，恢复正常运作。

此情况应是由于抱闸坏了之后把电机抱死而现场没有及时发现，使电机长期处于堵转发热，工作最终使电机相间绝缘破坏所导致的。

（PSQ700）

　　2、故障现象：

　　执行机构的动作方向不受输入信号的控制。

　　先检查两个限流电阻和移相电容均没有异常，用万用表检查电机的绕组阻值，发现电机的电阻值为1.45MΩ（且不时地发生变化），说明电机绕组不对,最终的办法是更换了这台电机（PSQ200）。

　　3、故障现象：

　　执行机构的动作方向不受伺放板的控制。

　　首先让用户用万用表检测两个限流电阻和移相电容及电机的绕组阻值，用户的检查结果和我们提供的最终数据一致。

除了这三个因素以外再没有其它的可能性，用户只想我们派人过去现场，田光日正好去了杭州顺便去了现场，发现其中一个限流电阻开路，让公司给寄一限流电阻过去，此案例说明有此用户根本没有配合我们的工作，有些反映的情况与实际有点差别。

我认为影响执行机构转向的三个因素就是①电机（PSL208）本身的绕组②限流电阻③移相电容,以后发生这种情况都有要从这三方面考虑。

　　4故障现象：

　　无论现场给什么信号电机都不动作，

　　直接在电机绕组间通电，电机也不传，抱闸拆下通电电机还是不转，检测电机绕组阻值均正常，手轮摇执行机构动作正常。

检测的结果都正常就是通电时电机不转，此时怀疑电机的转子，把电机拆开，发现转子用手都拧不动，原来转子和电机端盖之间已有一层坚固的灰，把这层灰清除之后，加上一点润滑油，用手就可以拧动了。

重新把电机装好并与执行机构配合装上，通电正常，重新调试。

[

1.10液动执行机构

液动执行器是以液压油为动力完成执行动作的一种执行器。

液动执行器通常为一体式结构，执行机构与调节机构为统一整体。

液动执行器的实际应用率在三种执行器（电动、气动、液动）中最低，只有一些大型工作场合，才会使用到液动执行器。

液动执行器的输出推动力要高于气动执行器和电动执行器，且液动执行器的输出力矩可以根据要求进行精确的调整，并将其通过液压仪表反应出来。

液动执行器的传动更为平稳可靠，有缓冲无撞击现象，适用于对传动要求较高的工作环境。

液动执行器的调节精度高、响应速度快，能实现高精确度控制。

液动执行器是使用液压油驱动，液体本身有不可压缩的特性，因此液压执行器能轻易获得较好的抗偏离能力。

液动执行器本身配备有蓄能器，在发生动力故障时，可以进行一次以上的执行操作，减少紧急情况对生产系统造成的破坏和影响，特别适用于长输送管路自动控制。

液动执行器使用液压方式驱动，由于在操作过程中不会出现电动设备常见的打火现象，因此防爆性能要高于电动执行器。

但是液动执行器的工作需要外部的液压系统支持，运行液压执行器要配备液压站和输油管路，这造成液压执行器相对电动执行器和气动执行器来说，一次性投资更大，安装工程量也更多，因此只有在较大的工作场合才使用液动执行器

1.10.1安装使用及维修注意事项

1、在安装前应仔细核对型号是否与使用要求符合。

　　2、本执行器可安装任何工作位置，但应考虑检修和操作的方便。

　　3、在安前应对执行器进行密封性能试验；

在安装前还应进行三次以上的空载开关试验，主轴转动应灵活，各种轴件不应有卡阻现象。

　　4、安装过程中应清除孔内、密封圈及接合面的污垢的杂物，检查连接螺栓是否均匀拧紧。

　　5、安装完毕要进行密封试验及液动操作试验。

6、在使用期间，应视其动频繁程度进行定期检查和维护。

图1-5液动执行器

2压力变送器

一般意义上的压力变送器主要由测压元件传感器（也称作压力传感器）、测量电路和过程连接件三部分组成。

它能将测压元件传感器感受到的气体、液体等物理压力参数转变成标准的电信号（如4~20mADC等），以供给指示报警仪、记录仪、调节器等二次仪表进行测量、指示和过程调节。

压力变送器根据测压范围可分成一般压力变送器（0.001MPa～35MPa）和微差压变送器（0～1.5kPa），负压变送器三种

图2-1压力变送器图2-2压力变送器

2.1压力变送器,压力传感器的主要作用

把压力信号传到电子设备，进而在计算机显示压力

　　其原理大致是：

　　将水压这种压力的力学信号转变成电流（4-20mA）这样的电子信号

　　压力和电压或电流大小成线性关系，一般是正比关系

　　所以，变送器输出的电压或电流随压力增大而增大

　　由此得出一个压力和电压或电流的关系式

压力变送器的被测介质的两种压力通入高、低两压力室，低压室压力采用大气压或真空，作用在δ元（即敏感元件）的两侧隔离膜片上，通过隔离片和元件内的填充液传送到测量膜片两侧。

压力变送器是由测量膜片与两侧绝缘片上的