控制仪表及装置文献综述.docx

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控制仪表及装置文献综述

控制仪表及装置文献综述

题目：

锅炉汽包水位控制系统

班级

学号

学生姓名

2014年4月16号

引言

本设计首先对锅炉汽包水位控制系统进行简单的原理分析和结构介绍，绘制控制系统流程图，再由影响水位的因素选择变送器,本设计选用UYZ－50系列电容物位计进行物位检测，控制器选用DTL型调节器，它接受从变送器或转换器来的0～10mADC测量信号，并与内给定值或外给定值比较，它们的差值经调节器比例积分、微分运算输出0～10mADC信号至执行机构。

DKZ直行程是我国最早的、唯一生产的电动执行器，本设计选用其作为电动执行机构。

调节阀选用KVGD9113-1P型电动双水冷式超高温蝶阀，最后综合实际在自动检测和控制系统中的作用进行参数设定。

关键字：

流程图，控制器，执行机构，调节阀

目录

1.系统简介1

2．锅炉控制系统2

2.1锅炉：

2

2.2省煤器和空气预热器：

3

3.仪表的选择3

3.1变送器：

3

3.2控制器6

3.3执行器：

8

3.3.1执行机构：

9

3.3.2调节阀：

11

4．仪表配接图及说明13

6.仪表清单14

7.参考文献14

1.系统简介

控制系统一般由以下几部分组成

图1自动控制系统简易图

锅炉水位系统如下图：

图2单冲量控制系统原理图及方框图

其单位阶跃响应图如下：

图3蒸汽流量干扰下水位阶跃曲线

通过电容式液位计将检测来的液位信号变送给成标准信号，再输送给控制器，调节器再通过执行机构和阀来控制进水量，从而达到自动控制锅炉水位。

2．锅炉控制系统

2.1锅炉：

锅炉是火力发电厂中主要设备之一。

它的作用是使燃料在炉膛中燃烧放热，井将热量传给工质，以产生一定压力和温度的蒸汽，供汽轮发电机组发电。

电厂锅炉与其他行业所用锅炉相比，具有容量大、参数高、结构复杂、自动化程度高等特点。

2.2省煤器和空气预热器：

省煤器和空气预热器通常布置在锅炉对流烟道的尾部，进入这些受热面的烟气温度已较低，因此常把这两个受热面称为尾部受热面或低温受热面。

省煤器和空气预热器的应用，主要是为了降低排烟温度，提高锅炉效率，节省燃料。

同时，也为了减少价格较贵的蒸发受热面积改善燃烧与传热效果。

图4锅炉控制系统流程图

3.仪表的选择

控制仪表是自动控制被控变量的仪表，由各种不同的，相互关联的控制仪表构成的控制系统，是操纵一个或几个变量达到预定状态的系统。

为了实现自动控制，除自动装置本身外，控制系统还包括向自动装置提供信息的变送器和开关部件，以及执行自动装置控制指令的执行器等。

3.1变送器：

变送器在自动检测和控制系统中的作用，是对各种工艺参数，如温度，压力，流量，液位，成分等物理量进行检测，以供显示，记录或控制之用。

无论是由模拟构成的系统，还是由计算机装置构成的系统，变送器都是不可缺少的，获取精确可靠的过程参数值是进行控制的基础。

串级控制系统在抗干扰能力、快速性、适应性和控制质量方面有较好的性能,因此在复杂的工业过程控制中得到了广泛的应用.

产品简介：

UYZ－50系列电容物位计适用于工业生产过程中各种贮槽、容器内导电、非导电介质液位、粉状料料位的连续测量和指示。

仪表的输出电流0～10mA可以接电流表或DDZ－Ⅱ型显示控制仪表，回路中任何一点不得接地，否则必须配用隔离器以便与计算机输入端相匹配。

UYZ－50系列电容物位计由以下六个部件构成：

1.传感器转换部件，2.温度缓冲器，3.散热装置，4.安全火花型防爆栅，5显示仪表，6测量电极，其中1和5是仪表基本组成单元，再分别配以2,3,4,6则构成各种形式的产品。

UYZ－50系列电容物位计工作原理图如图五。

图5UYZ－50系列电容物位计工作原理

当被测物位发生变化时，传感电容量发生相应变化，经传感器前置线路转换成直流信号，再传送到显示仪表放大成标准电信号输出，并使电流表直接指示，显示仪表是通用的，表面上的直型条形给出相应的物位指示，同时有绿色指针供高低物料报警位置的整定。

图6UYZ-50接线图

1，2输入，3,4输出5,6，7是上限报警8，9，10是下限报警11是显示单元电源16接地18—20是交流电

参数与规格：

精度：

非防爆型±1％

防爆型±1.5％

测量范围：

0.5，1.0，1.5，2.0，2.5，3.0m（UYZ－561B型的测量范围可为3.0，4.0，6.0，10m四档）。

负载电阻：

1.5kΩ

输出信号：

0～10mADC

供电电源：

220VAC（+10%/-15%）50Hz

介质压力：

2.5Mpa

工作环境：

传感器温度－40～＋85℃，相对湿度10～95%

显示仪表温度0～45℃，相对湿度10～90%

高低位报警定点误差：

±2.5％

高低位报警设定点范围：

0～100%全量程内任意给定

高低位报警触点容量：

220VAC　3A

防爆型选用防爆栅型号：

DFA－3100型检测端齐纳安全栅

防爆型仪表防爆等级：

iaⅡCT6

型号表示

表1UYZ－5□□□□

5系列代号

□测量电极形式

□介质温度范围

□迁移

□防爆等级

1）绝缘式

2）同轴裸极式

3）裸极式

4）同轴绝缘式

5）分离式

6）绝缘绳式

1）标准：

－40～＋85℃

2）高温：

85～200℃

3）低温：

Ⅰ－100～－40℃

4）低温：

Ⅱ－156～－100℃

5）低温：

Ⅲ－200～－156℃

A）微电容6～50pF

B）中电容30～1300pF

iaⅡCT6

3.2控制器

控制器在自动控制系统中起控制作用。

它将来自变送器的测量信号与给定值相减以得到偏差信号，然后对偏差信号按一定的控制规律进行运算，运算结果为控制信号，输送至执行器。

单元组合式仪表和单个仪表形式的控制器习惯上称为调节器，常用的有DDZ-Ⅱ型电动调节器，DDZ-Ⅲ型调节器和可编程调节器。

对于液位控制器，阀气闭为

，变送器为⊕，对于研究对象当控制信号增大时液位将相应减小，故为

，液位控制器LC为⊕，为反作用。

对于流量控制器，阀气闭为

，变送器为⊕，当控制信号增大时给水流量将相应增大，故为⊕，流量控制器为

，为正作用。

产品概述：

DTL型调节器是DDZ-Ⅱ型系列仪表中的一个主要单元。

它接受从变送器或转换器来的0～10mADC测量信号，并与内给定值或外给定值比较，它们的差值经调节器比例积分、微分运算输出0～10mADC信号至执行机构。

仪表分二类：

DTL-221A、321A、121A型主要为石油化工服务，该类仪表有二个输入通道，一个主通道、一个付通道（可接受微分信号）。

面板部分带有一个偏差显示表头、内给定带刻度拨盘、软硬手动、自动切换、带刻度的手操作拨盘，单针0～10mADC输出电流指示表。

另一类DTL-331A、231A、154A型主要为电厂服务，输入通道数达4～5通道，都不带手动操作。

当被测物位发生变化时，由变送器传送而来的电信号发生相应变化，经传感器前置线路转换成直流信号，再传送放大成标准电信号输出，并使执行器发生动作。

DTL-221A、321A、231A、331A为大偏差表，指示调节器。

图7DTL-231接线图

1，2是出入Ⅰ3,4是输入Ⅱ5,6是输入Ⅲ7,8是输入Ⅳ11,13输出14,15外部手操18接地19,20电源

技术参数

输入信号：

DC0～10mA

输出信号：

DC0～10mA

负载电阻：

0～1.5KΩ    ⑾⑿端

0KΩ～3KΩ  ⑾⒀端

独立微分增益：

K（D）=0－10倍可调（DTL-154A、331A）

积分增益：

K1≥180倍（P=100%时）

干扰系数：

1+2TD/TI微分独立运算

内给定值稳定度：

±0.25%

内给定值刻度误差：

±2.5%

工作条件：

环境温度：

0～45℃

相对湿度：

≤85%

工作振动：

频率≤25Hz

振幅≤0.1mm（双向）

供电电源;220V 50Hz

消耗功率：

≤6W

结构型式：

面板嵌入式

表2 型号规格

型号

T1S

TDS独立微分

P%

TDS独立微分

操作

通道数

偏差表型式

DTL-121A

6～1200

3～300

1～200

带

2

小

DTL-154A

6～600

3～300

1～200

3～300

不带

5

/

DTL-221A

6～600

1～500

带

2

大

DTL-321A

6～1200

3～300

1～200

带

2

大

DTL-331A

6～1200

3～300

1～200

3～300

不带

5

大

DTL-231A

6～600

1～500

不带

4

大

3.3执行器：

执行器再自动控制系统中的作用是接受来自控制器的控制信号，通过其本身开度的变化，从而达到控制流量的目的。

因此执行器是自动控制系统中的一个重要的，必不可少的组成部分。

执行器的构成如下：

P0I0执行机构调节机构被控介质流量

图8变送器的基本组成

3.3.1执行机构：

执行器常直接与介质接触，常常在高压，高温，深冷，高粘度，易结晶，闪蒸，汽蚀，高压差等情况下工作。

使用条件恶劣，因此，它是控制系统的薄弱环节。

如果执行器选择使用不当，往往给生产过程自动化带来困难。

在许多场合下，会导致自动控制系统的控制质量下降，控制失灵，甚至因介质的易燃易爆，有毒，而造成生产事故。

执行器分为气动执行器、电动执行器、液动执行器3大类。

气动执行器按其执行机构形式分为薄膜式、活塞式和长行程式。

近年来还研制了增力型薄膜调节阀。

电动和液动执行器按执行机构的运动形式分为直行程和角行程两类。

由于我们采用的是DDZ－Ⅱ型的0—10mA信号，故选择DDZ－Ⅱ型仪表。

DKJ角行程、DKZ直行程是我国最早的、唯一生产的电动执行器，它是我国计划经济时期，全国联合统一设计的产品。

随着现代工控计算机管理的发展，今天，我们的DKJ、DKZ系列与以前相比，有了2大实质性改进，①生产出直接受计算机控制的智能电子式型、户外型、隔爆型等改进型产品②将电路控制部分灌封在一个小型塑料盒中，俗称模块，形成了便于维护的即插即用型，调节精度更高、使用寿命更长。

DKJ/ZKJ型角行程电动执行机构DKZ/ZKZ型直行程电动执行机构ZKJ/DKJ-210

DKJ电动执行机构由伺服放大器、伺服电动机、减速器、位置发信器和电动操作器组成。

其工作原理如图十所示。

图9DKJ电动执行机构原理图

来自调节器的输入信号，在伺服放大器内与位置反馈信号相比较，其偏差经伺服放大器放大后，去驱动伺服电动机旋转，然后经减速器输出角位移。

位置发信器将执行机构输出轴角位移转换成与输入信号相对应的直流信号（0-10mA或4-20mA），作为位置反馈信号。

执行机构的旋转方向决定于偏差信号的极性，而又总是朝着减小偏差的方向转动，只有当偏差信号小于伺服放大器的不灵敏区时，执行机构才停转，因此执行机构的输出位移与输入信号始终成正比关系。

配用电动操作器可实现自动调节系统的自动-手动无扰动切换。

手动操作时，由操作开关直接控制电动机电源，使执行机构在全行程转角范围内操作。

自动调节时，两相伺服电动机由伺服放大器供电，输出轴转角随输入信号而变化。

主要技术参数：

*输入信号：

0--10mADC

*出轴有效转角：

0--90度

*输入电阻：

200Ω（Ⅱ）、250Ω（Ⅲ）

*输入通道：

3个隔离通道

*电源电压：

AC220V50Hz

*使用环境温度：

-10--+55℃

*使用环境湿度：

≤95%

图10DKJ执行器安装图

图11DKJ接线图

1脚接位置发送器正电；2脚接位置发送器反负；3－4－5可以连一起做电机正转接DTL-23111脚；8－9－10可以连一起做电机反转接DTL-23113脚；13－6脚连一起接交流N；14－7脚连一起接交流L；12接地，其他的不需要接或者内部已经接好。

表3DKJ、DKZ系列电动执行器规格及参数

规格型号

Ⅱ型Ⅲ型

输出力矩（N.m）

每转时间（S）

消耗功率（VA）

重量（Kg）

ZKJ/DKJ-210

ZKJ/DKJ-2100

100

100

110

31

ZKJ/DKJ-310

ZKJ/DKJ-3100

250

100

140

48

ZKJ/DKJ-410

ZKJ/DKJ-4100

600

100

270

86

ZKJ/DKJ-510

ZKJ/DKJ-5100

1600

100

490

145

ZKJ/DKJ-610

ZKJ/DKJ-6100

4000

100

1400

255

ZKJ/DKJ-710

ZKJ/DKJ-7100

6000

100

1800

500

3.3.2调节阀：

调节机构是执行器重要部分，在执行机构的输出力F（输出力矩M）和输出位移作用下，调节机构阀芯的运动，改变了阀芯和阀座之间的流通截面积，即改变了调节阀的阻力系数，使被控介质流体的流量发生相应变化。

KVGD9113-1P型电动双水冷式超高温蝶阀概述：

图12KVGD9113-1P结构示意图

KVGD9113-1P型电动双水冷式超高温蝶阀系是95年度通过国家科委鉴定,并荣获国家级新产品证书,广泛地应用于冶金、化工、建材、电站等行业中的超高温气体管道中,作为高温气体介质流量调节或切断装置,可与各种执行器配套使用组成不同性能设备。

该阀中的阀体采用优质碳钢和不锈钢内腔通水冷却,阀板采用双层优质耐热钢,内腔和轴通水冷却,并在阀出口处设有流量开关报警功能,同时在进出口设有二个流量调节阀。

具有耗水量少、耐温高、体积小、转动灵活、使用寿命长、操作维护方便等优点。

公称压力：

0.1MPa

额定转角：

0～90°

普通型泄漏率：

≤5%后座型低泄漏：

≤1%

工作温度：

P9t≤950℃；P10t≤1050℃；P11t≤1150℃；P12t≤1150℃；

P13t≤1350℃（瞬间最高温度：

≤1400℃）

适用介质：

高温烟气或其它含尘高温气体；

调节型：

（KVGD9113a-1）配ZKJ型电动执行机构（或根据用户选定执行机构）

电压：

根据用户选定的执行机构而定220（或380）VAC；

输入信号：

0～10（4～20）mADC（用户自定）；

两位开关型：

（KVGD9113b-1）配Z型电动装置，本阀可水平或垂直安装，但阀轴应处于水平位置安装

4．仪表配接图及说明

配接图见附录，各仪表之间说明如下：

UYZ－50系列电容物位计有测量和变送物位的功能，输出0～10mADC电流信号，其中1，2脚接测量电极至于锅炉中，3，4脚分别接调节器的1，2脚，5---7接上限报警电路，8---10接报警电路的下限，11脚接自带显示仪表部分工作电源+18V或者+24V，16脚接地，18和20接220V交流工作电源，其他引脚不要接或内部已经接好。

DTL-231调节器1脚接来自UYZ-50变送器3脚的0～10mADC电流信号，2脚接来自UYZ-50变送器4脚的0～10mADC电流信号，11脚输出至DJK-210执行机构8脚，13脚输出至DJK-2104脚如果需要外加手操再分别接14,15脚，18脚接地，19和20接220V交流工作电源，其他引脚不需要接内部已经接好。

DFD-07操作器3和4脚接DKJ-210执行器1和2脚位置接收信号（输入），9和10脚接KVGD9113b-1的1和2脚，11和12分别接DKJ-210执行器1和2，18接地，19，20接220V交流电。

DKJ-210执行机构1脚接DFD-07操作器5脚；2脚接位置DFD-07操作器6脚；3－4－5可以连一起DFD-07操作器11脚控制伺服电机反转；8－9－10可以连一起接DFD-07操作器13脚控制伺服电机正转；13－6脚连一起接交流N；14－7脚连一起接交流L；12接地，其他的不需要接或者内部已经接好

6.仪表清单

表4仪器清单

仪表名称

仪表数量

变送器UYZ-50同轴式电容物位计

1

调节器DTL-231A

1

角行程执行器DKJ-210

1

操作器DFD-07

1

调节阀KVGD9113b-1

1

7.参考文献

[1]叶江祺.热工测量和控制仪表的安装.北京:

中国电力出版社,1998

[2]周泽魁.控制仪表与计算机控制装置.北京:

化学工业出版社,2002

[3]金以慧.过程控制.北京：

清华大学出版社,1993

[4]张宝芬.自动检测技术及仪表控制系统.北京：

化学工业出版社，2004

[5]杨献勇.热工过程自动控制.北京:

清华大学出版社,2000

[6]吴秋峰.自动化系统计算机网络.北京：

机械工业出版社,2004