文档介绍：控制系统与执行机构基础知识
一、生产过程自动化
所谓生产过程自动化,是指以控制设备对整个或部分生产过程进行监测与控制,无需人工干预与操作,即可自动生产出合格的产品。组成对生产过程进行监测与控制的设备和技术,称之为自动化控制系统。
1、自动化控制系统的组成
图(1-1)是一供水箱的结构及工作示意图。
出水口
进水口
进水调节阀
水箱
实际水位
要求水位
图(1-1)
水箱的出水量是随机的,进水量则由进水调节阀控制。如果出水量增加,进水量不变,将导致水箱水位下降;出水量减小,进水量不变,将导致水箱水位上升。为了保证正常供水,就应该使水箱水位维持在一定范围内变化。如果由人工控制,当观察到水位上升,就关小调节阀;水位下降,开大调节阀。在这一人工控制过程中,人的眼睛观察水位变化,大脑判断应该开大或关小调节阀,或保持调节阀开度不变。在大脑的指挥下,通过手来开大或关小调节阀。
如果要实现自动控制,必须有以下相应的设备:相对于人眼感知水位变化的设备---液位传感器;相对于人脑有判断功能的设备---控制器(调节器);相对于人手功能的设备---执行器。
液位传感器将水位的变化转换成电信号送给控制器。控制器输入两路信号:一路是液位传感器来的水位变化信号,一路是要求保持的水位对应的电信号值(称为给定值)。控制器将这两路信号比较,如果液位传感器的信号值大于给定值,控制器根据测量值与给定值的差值,计算出新的阀门开度值(减小)送给执行器,执行器将调小阀门的开度。如果液位传感器来的测量值小于给定值,控制器根据差值计算出新的加大阀门开度的信号值,由执行器调大阀门开度。
在这一水位控制系统中,通过改变调节阀的开度,将水位维持在一定范围内。因此将水位称之为“被调量”,将要维持的水位高度值成为“给定值”或
“额定值”。
由以上分析可见,控制系统的基本组成如图(1-2)所示。
信号采集
(传感器)
各种工作参数(数据)
数据处理
(控制器)
操作
(执行器)
操作对象
图(1-2)
1)信号采集部分
将生产过程中的各种工作参数:压力、温度、流量、化学成分、速度、振动、位移、电压、电流等电量或非电量物理信号,转换成电信号,送给数据处理部分。
将非电量的物理量转换成电信号的器件,称为传感器(俗称一次仪表)。将电信号再转换为标准的统一规格电信号(4~20mA、0~5V、1~5V等)的设备,称之为变送器。信号分数字量和模拟量两种。
2)数据处理(控制)部分
根据生产过程的要求,对采集来的信号进行处理分析。如越限判断、计算调节开度、判断生产设备的启/停等。
3)操作执行(执行机构)部分
实施对生产设备的启停操作,工质流量的控制。
以上的水位控制,以维持水箱的水位为额定值为目的,称之为“定值”调节系统。如果有一生产过程,需要由几种原料合成一种产品,各种原料按不同的比例配给。当一种原料的供给量发生变化,其它原料的供给量应按配给比例相应变化。这样的控制系统,称之为“随动”系统。
在上例的水位定值控制系统中,如果我们不但采集水位信号,同时采集出水流量信号,在出水流量变化时,及时改变进水流量调节阀的开度,可以在检测到水位变化前就实施了调节,有效地减少水位变化,提高了控制精度。给据不同控制对象的特点和控制精度的要求