水箱液位控制系統設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 為一階過程的時間常數， RCT? ,具有時間量綱； K 為一階過程的放大系數，具有放大倍數的量綱； )(ty 為一 階過程的輸出變量； )(tx 為一階過程的輸入變量； R 為阻力系數， R =液位的變化量 / 出料 流量的變化量； C 為容量系數， C =儲存的物料 變化 量 / 液位 的變化 量 。 當被控變量的 檢測地點與產生擾動的地點之間由一段物料傳輸距離時，就會出現滯后。在控制過程中，若進料閥安裝在與水箱 進料口有一段距離，則當進料閥開度變化 而引起進料流量變化后，液體需要經過一段傳輸時間 0? 才能流入水箱，使液位發生變化 并被檢測出來。顯然液體流經這段距離所需時間 0? 完 9 全是傳輸滯后造成的 。純滯后一階過程的微風方程為： )()()( 0??????? txKtydt tydT 具有純滯后的一階過程的特性與放大系數 K 、時間常數 T 和純滯后時間 0?有關 綜上所述，水箱液位控制系統 是一個一階自衡過程，其特性可用放大系數K 、時間常數 T 和純滯后時間 0? 這三個特性參數來全面表征。 3 水箱液位控制系統的組成 本設計研究的 水箱液位控制 系統是簡單控制系統，是使用的族普遍的、結構最簡單的一種過程控制系統 。所謂的簡單控制系統 ，通常是指一個被控對象、一個檢測變送單元（檢測 元件及變送器 ） 、一個控制器和一個執行器（控制閥）所組成的 單閉環負反饋控制系統。 3． 1 被控制變量的選擇 被控變量的選擇是控制系統的核心問題， 被控變量選擇的正確與否是決定控制系統有無價值的關鍵。對于任何一個控制系統，總是希望其能夠在穩定生產操作、增加產品產量 、保證生產安全及改善勞動條件等方面發揮作用，如果被控變量學則不當 ，配備再好的自動化儀表，使用在復雜、先進的控制規律也無用的，都不能達到預期的控制效果。 對于水箱液位控制系統，其被控變量是顯而易見的，液位就是其被控變量 ，是直接參數控制。 3． 2 執行器的選擇 執行器在控制系統中起著極其重要的作用。控制系統的控制性能 指標與執行器的性能和正確選用有著十分密切的關系。執行器接受控制其輸出 的控制信號 ，實 現對操縱變量的改變，從而使被控變量向設定值靠攏。執行器位于控制回路的最總端，因此又稱為最終元件。 本設計所使用的執行器為控制閥，也稱調節閥。 控制閥發裝現場，通常在高溫、高壓、高粘度、強腐蝕、易滲透、易結晶、易燃易爆、劇毒等場合下工作。 如果選擇不當或維修不妥，就會使整個系統無法正常運作。經驗表明，控 10 制系統不能正常運行的原因，多數發生在控制閥上。對于系統控制閥的選擇很重要。 控制閥接受控制器輸出的控制信號，通過改變閥的開度來達到控制流量的目的。控制閥有執行機構和調節機構兩部分組成。 執行機構是根據可能稚氣的控制信 號產生推力或位移的裝置，調節機構是根據執行機構的輸出信號去改變能量或物料輸送量的裝置。 控制閥按其能源形式可分為氣動、電動、液動三大類。液動控制閥推力最大，但比較笨重，目前已經極少使用。電動控制閥的能源取用方便，信號傳遞迅速，但結構復雜、防爆性能差。氣動控制閥采用壓縮空氣作為能源，其特點是簡單、動作可靠、平穩、輸出推力較大、維修方便、防火防爆 而且價格較低，因此得到廣泛應用。氣動控制閥可以方便的與電動儀表配套使用，即使是采用電動儀表或計算機控制時，只要經過電 — 氣轉換閥門定位器將電信號轉換為 20— 100kPa 的 標準氣壓信號仍可采用氣動控制閥。 調節閥基型產品即普通產品按基型結構特征分為幾大類產品，它們是：直通單座閥、直通雙座閥、套筒閥、角形閥、三通閥、隔膜閥、蝶閥、球閥、偏心旋轉閥，其中前 6 種為直行程調節閥，后 3 種為角行程調節閥， 選擇購買控制閥時， 必須首先弄清楚基型產品的特點、使用注意事項、各類變型產品、改進產品。 （ 1）直通單座調節閥 該閥具有泄漏小、許用壓差小、流路復雜、結構簡單的特點，適用于泄漏要求嚴、工作壓差小的干凈介質場合，但小規格的閥（如 DN1 25）亦可用于壓差較大的場合，是應用最廣泛的閥之 一。 （ 2）直通雙座調節閥 與單座閥相反，具有泄漏大、許用壓差大的特點，適用于泄漏要求不嚴、工作壓差大的干凈介質場合，是應用最為廣泛的閥之一。 （ 3）套筒閥 11 套筒閥具有單密封、雙密封兩種結構，前者相當于單座閥，后者相當于雙座閥，適用于雙座閥場合，除此之外，套筒閥還具有穩定性好、裝卸方便的特點，但價格比單雙座閥貴 50%~200%，還需要專門的纏繞密封墊。是僅次于單、雙座閥應用較為廣泛的閥。 （ 4）角形閥 節流型式相當于單座閥，但閥體流路簡單，適用于泄漏要求小、壓差不大的不干凈介質場合以及要求直角配管的場合。 （ 5）三通閥 具有 3 個通道，可代替兩個直通單座閥用于分流和合流及兩相流溫度差成≤150℃ 的場合，當 DN80mm，儀表工程應用的設計工作。 （ 6）隔膜閥 隔膜閥流路簡單，隔膜具有一定的耐蝕性能，適用于不干凈介質和弱腐蝕性介質的兩位切斷場合。 （ 7）蝶閥 相當于取一段直管來做閥體，且閥體又相當于閥座，自潔性能好、體積小、重量輕，適用于不干凈介質和大口徑、大流量、低壓差的場合。當 DN300mm時，通常采用蝶閥。 （ 8）球閥 “O 形球閥全開時為無阻調節，自潔性能最佳，適用于特別不干凈、含纖維介質的兩位切斷場合 。 “V 形球閥具有近似等百分比的調節特性，適用于不干凈、含纖維介質可調比較大的調節場合。球閥價格較貴。 （ 9）偏心旋轉閥 12 該閥介于蝶閥和球閥之間，自潔性能好，調節性能好，亦可切斷，適用于不干凈介質和泄漏要求小的調節場合，但該閥價格較貴。 2 選型注意事項 3 閥體材料選擇 4 閥體耐壓等級、使用溫度和耐腐蝕性能等方面不低于工藝連接管道的要求，并應優先選用制造廠定型產品，遇有水蒸汽或含水較差的濕氣體和易燃易爆介質，或當壞境溫度低于 30℃ 時，不宜選用鑄鐵閥。 選型注意事項 5 閥內件材質選擇 6 （ 1）非腐蝕性介 質一般選用 1Cr18Ni9Ti 或其它不銹鋼。 （ 2）在汽蝕、沖蝕較為嚴重的情況下，以及在介質溫度與壓差構成的直角坐標中。溫度為 300℃ ，壓差為 的兩點連線以外的區域，應選用耐磨材料，如鉆基合金或表面堆焊史泰萊合金。 （ 3）要求泄漏很小時，應選用軟密封，如四氟、橡膠。 7 耐蝕材料選擇 （ 1）對腐蝕性介質，應根據介質的種類、濃度、溫度、壓力的不同，選擇合適的耐腐蝕材料，同時，還要考慮閥的經濟性。 （ 2）選擇襯里材料（橡膠、塑料）時，工作介質的溫度、壓力、濃度都必須滿足該材料的使用范圍， 并考慮閥動作時對它的物理和機械破壞。 （ 3）真空閥不宜選用閥體內襯橡膠、塑料結構。 （ 4）水處理系統的兩位切斷閥不宜選用襯橡膠材料，如襯膠蝶閥、隔膜閥。 高低溫材料選擇 8 （ 1） 200~60℃ 時，選用銅或 1Cr18Ni9Ti； （ 2） 450~+600℃ ，選用含鈦鉬不銹鋼。 其它注意事項 9 在滿足使用的必要功能前提下，所選閥應盡量簡單、可靠價廉、壽命長、維修方便，備件有來源。需考慮的主要因素如下： 13 10 （ 1）最基本的條件是應該滿足工藝的壓力、流量、溫度的要求。 （ 2）閥的密 封性、可靠性、經濟性。 （ 3）閥的工作壓差小于閥的許用壓差。 （ 4）對通過閥內不潔介質，易結垢介質，強腐蝕介質的考慮。 （ 5）對閥動作速度，閥流量特性，作用方式，流向的考慮。 （ 6）對執行機構形式、輸出力、剛度及彈簧范圍的考慮。 （ 7）對附件及其成套性及特殊閥之特殊性能及要求的考慮。 安裝注意事項 11 （ 1）宜垂直、正立安裝在水平管道上，公稱通徑 DN50mm 的調節閥，其閥 前后管道上最好有永久性支架。 （ 2）調節閥配管應組合緊湊，上、下部分應留有足夠的空間，必要 時應設置平臺，便于操作、維修和排液，配管通徑盡量與閥通徑一致。連接形式應符合制造廠產品說明書的規定。 （ 3）調節閥用于高粘度、易結晶、易汽化以及低溫流體時，應采取保溫和防凍措施。使用環境溫度一般不高于 60℃ ，不低于 30℃ ，未安裝閥門定位器的調節閥，當閥安裝在有振動場合時，應考慮防振措施。 （ 4）未安裝閥門定位器的調節閥，膜頭上最好安裝指示控制信號的小型壓力表。 （ 5）安裝前應先對閥檢查校驗，并