【文章內(nèi)容簡介】 也與密度成正比，而由此升高的壓頭也是以的形式表示的，因此密度對壓頭的影響可以抵消。由此可知，當被輸送液體的密度變化時，離心泵的揚程與流量曲線不變。 黏度對特性曲線的影響 當被輸送液體的黏度較大時，液體在泵內(nèi)的能量損失隨之增大，結果導致泵的流量、揚程、效率均下降，而軸功率上升，從而使泵的特性曲線發(fā)生變化。通常當液體的運動黏度時，需對泵的特性曲線進行修正。 離心泵轉速對特性曲線的影響 離心泵的特性曲線都是在一定轉速下測定的，當泵的轉速改變時，泵的流量、壓頭及軸功率也隨之改變。當液體的黏度不大，且轉速變化小于20%時，可認為泵的效率不變，此時泵的流量、壓頭、軸功率與轉速的近似關系為 （22）式中 ，——轉速為時的性能參數(shù)；，——轉速為時的性能參數(shù)；上式稱為比例定律，據(jù)此式可將某一轉速下的特性曲線轉換為另一轉速下的特性曲線。 離心泵葉輪直徑對特性曲線的影響 當離心泵的轉速一定時，對同一型號的離心泵，切削葉輪直徑也會改變泵的特性曲線。當葉輪直徑的切削量不超過5%時，認為泵的效率不變，泵性能參數(shù)變化同樣有近似關系 （23）上式稱切削定律。第三章 電動調(diào)節(jié)閥的工作原理及特性認識實驗電動調(diào)節(jié)閥是本套裝置的執(zhí)行單元之一，執(zhí)行單元是構成控制系統(tǒng)不可缺少的重要組成部分。任何一個最簡單的控制系統(tǒng)也必須由檢測環(huán)節(jié)、調(diào)節(jié)單元及執(zhí)行單元組成。執(zhí)行單元的作用就是根據(jù)調(diào)節(jié)器的輸出，直接控制被控變量所對應的某些物理量，例如液位、溫度、壓力和流量等參數(shù)，從而實現(xiàn)對被控對象的控制目的。因此完全可以說執(zhí)行單元是用來代替人的操作的，是工業(yè)自動化的“手腳”。 電動調(diào)節(jié)閥工作原理概述 電動調(diào)節(jié)閥的工作原理：執(zhí)行器按照使用能源的種類，可分為氣動、液動和電動三種，本套裝置采用的是智能型單座調(diào)節(jié)閥。顧名思義它是由電動執(zhí)行器進行操作的，它接受調(diào)節(jié)器的輸出電流4～20mA信號，并轉換為相應的輸出軸直線位移，去控制調(diào)節(jié)機構已實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)。電動調(diào)節(jié)器的優(yōu)點則是能源采用方便，信號傳輸速度快，傳輸距離遠等。執(zhí)行器有執(zhí)行機構和調(diào)節(jié)機構兩部分組成。執(zhí)行機構是執(zhí)行器的推動裝置，它可以按照調(diào)節(jié)器的輸出信號量，產(chǎn)生相應的推力，以帶動智能調(diào)節(jié)閥的主推動軸產(chǎn)生直線位移，主推動桿總位移為16mm，控制單座調(diào)節(jié)閥0～100%的開度連續(xù)變化。而調(diào)節(jié)機構（調(diào)節(jié)閥）是執(zhí)行器的調(diào)節(jié)裝置，它受執(zhí)行機構的操縱，可以改變調(diào)節(jié)閥閥芯與閥座間的流通面積，以達到最終調(diào)節(jié)被控介質(zhì)的目的。本執(zhí)行器的結構如圖311所示，電動執(zhí)行器首先接受來自調(diào)節(jié)器的輸出信號，以作為執(zhí)行器的輸入信號即執(zhí)行器的動作依據(jù)；該輸入信號送入信號轉換單元，轉換信號制式后與反饋的執(zhí)行機構位置信號進行比較，其差值作為執(zhí)行機構的輸入，以確定執(zhí)行機構的作用方向和大??；執(zhí)行機構的輸出結果再控制調(diào)節(jié)器的動作，以實現(xiàn)對被控介質(zhì)的調(diào)節(jié)作用；其中執(zhí)行機構的輸出通過位置發(fā)生器可以產(chǎn)生其反饋控制所需要的位置信號。圖311 電動執(zhí)行器的工作原理從上述描述和圖311可知，電動調(diào)節(jié)閥執(zhí)行機構的動作構成了負反饋控制回路，這是提高執(zhí)行器調(diào)節(jié)精度、保證執(zhí)行器工作穩(wěn)定的重要手段。為保證電動執(zhí)行器輸出與輸入之間呈現(xiàn)嚴格的比例關系，必須采用比例負反饋構成閉環(huán)控制回路，下圖312為本套裝置的電動執(zhí)行器的工作原理示意圖：圖312 電動執(zhí)行器原理圖其中Ii表示輸入電流，θ表示輸出軸轉角，兩者存在如下關系： （31）K是比例系數(shù)。上圖312中伺服放大器由前置磁放大器、可控硅觸發(fā)電路和可控硅交流開關組成，如下圖所示：圖313 伺服放大器原理圖伺服放大器將輸入信號Ii與位置反饋信號If進行比較，其偏差經(jīng)伺服放大器放大后，再控制執(zhí)行機構中的伺服電機作正反轉動；電動機的高轉速小力矩，經(jīng)減速后變?yōu)榈娃D速大力矩，然后進一步轉變?yōu)橹毙谐梯敵觥Ｎ恢冒l(fā)生器的作用是將執(zhí)行機構的輸出轉變?yōu)閷?～20mA反饋信號If，以便與輸入信號Ii進行比較。 調(diào)節(jié)閥的流量特性測試實驗 調(diào)節(jié)閥的流量特性曲線:調(diào)節(jié)閥的流量特性是指被控介質(zhì)流過閥門的相對流量和閥門相對開度之間的關系，即 （32）式中為相對流量，即某一開度流量與全開流量之比；/為相對行程，即某一開度行程與全行程之比。目前常用閥的理想流量特性分為：直線特性、對數(shù)（等百分比）特性、快開特性和拋物線特性四種曲線，如下圖321所示：圖321 調(diào)節(jié)閥的理想流量特性曲線在實際工業(yè)場合用的最多的是第一種線性調(diào)節(jié)閥，此種閥較易配合各種管路和流量傳感器完成流量控制，本套裝置也是采用線性調(diào)節(jié)閥。實際應用中，理想特性曲線較難得到，因為當將調(diào)節(jié)閥實際接入管道時，其特性會受多種因素的影響，如連接管道阻力、前后壓差、多管路融合與分支等，所以很難得到理想流量特性描述的四種曲線，本套裝置也不例外，但在大部分區(qū)域內(nèi)調(diào)節(jié)閥依然保持線性工作狀態(tài)。 調(diào)節(jié)閥的流量特性測試實驗目的： ① 掌握實驗步驟及數(shù)據(jù)的測試方法。② 通過實驗測試數(shù)據(jù)驗證電動調(diào)節(jié)閥的特性在大部分曲線范圍內(nèi)工作屬于線性的。③ 分析為什么調(diào)節(jié)閥的流量特性曲線和理想特性曲線是有區(qū)別的。實驗設施：化工自動化儀表實驗平臺、實驗導線、計算機、MCGS組態(tài)軟件、RS485/232轉換器；實驗原理：為了測量調(diào)節(jié)閥的特性曲線，首先需要把對象系統(tǒng)的管路開通，確保水能在動力系統(tǒng)的驅動下流經(jīng)電動調(diào)節(jié)閥和流量計，最后將水打出水管，管路流通見下322圖。對于本套裝置的流量測量裝置主要有三種：電磁流量計、渦輪流量計和孔板流量計，在考慮測量精度和流體壓力損失較小的情況下，優(yōu)先選用電磁流量計進行測量，然后流經(jīng)渦輪流量計，將閥前管道盡可能地放長，并將電磁流量計輸出信號送到智能儀表測量端用于現(xiàn)場顯示和上位機監(jiān)控，通過上位機繪制曲線即可判斷電動調(diào)節(jié)閥的特性曲線是否為線性。圖322 電動調(diào)節(jié)閥流量特性測試流程圖實驗步驟：① 實驗之前先將儲水箱中貯足水量，一般接近儲水箱容積的4/5，然后將閥F1F1F17全開，其余手動閥門關閉；② 將儀表控制箱中的1通訊線（接有兩塊智能調(diào)節(jié)儀和一塊流量積算儀）經(jīng)RS485/232轉換器接至計算機的串口上，本工程初始化使用COM1端口通訊； ③ 將儀表控制箱中“電磁流量計”的輸出對應接至智能調(diào)節(jié)儀Ⅰ的“0～5V/1～5V輸入”端，將智能調(diào)節(jié)儀Ⅰ的“4～20mA輸出”端對應接至“電動調(diào)節(jié)閥”的控制信號輸入端；④ 打開對象系統(tǒng)儀表控制箱的單相空氣開關，給所有儀表上電； ⑤ 智能儀表Ⅰ基本參數(shù)設置：Sn=3DIP=0、dIL=0、dIH=1200、oPL=0、oPH=100、CF=0、Addr=1；⑥ 打開MCGS組態(tài)環(huán)境，選擇“化工儀表工程”，按“F5”進入運行環(huán)境，點擊“進入實驗工程”，然后進入實驗“主菜單”，選擇“實驗一、電動閥流量特性測試實驗”；⑦ 在實驗界面中有“通訊成功”標志，表示計算機已和三塊儀表建立了通訊關系；若顯示“通訊失敗”并閃爍，說明有儀表沒有與上位機通訊成功，檢查轉換器、通訊線以及計算機COM端口設置是否正確；⑧ 通訊成功后，本實驗需要手動控制智能調(diào)節(jié)儀Ⅰ的輸出，以控制電動調(diào)節(jié)閥的開度改變管道流量的大小。建議使用儀表的手動按鈕修改儀表的4～20mA電流輸出值，如果使用上位機控制實驗界面中的手動輸入功能，設置完成后需要查看現(xiàn)場儀表有無設置進去，如果沒有設置進去可以多設置一到兩次，在接下來的實驗項目中如果有用到手動輸出功能的地方，都需作此查看，以下實驗不再一一重復。⑨ 首先手動控制智能調(diào)節(jié)儀Ⅰ的輸出到20%，打開儀表控制箱中的“離心泵”旋鈕開關（所有實驗項目中除流量批量控制實驗中使用離心泵的自動開關外，其他實驗均使用手動開關，離心泵的手自動開關位于離心泵黑色接線盒的右側，標有“一”字樣為自動狀態(tài)，標有“二”字樣為手動狀態(tài)，選擇手動狀態(tài)后，就可以直接使用儀表控制箱中的離心泵二位旋鈕開關來控制離心泵的運轉狀態(tài)）；⑩ 待實驗界面中“調(diào)節(jié)閥流量”穩(wěn)定后，點擊實驗界面中的“取點并連線”按鈕，曲線即可取出本次電動調(diào)節(jié)閥的開度以及電動調(diào)節(jié)閥的相對流量點，以與下一個點連線；重復⑨和本步驟，依次將電動調(diào)節(jié)閥的開度增加5個百分點，直到80%為止，觀察并分析電動調(diào)節(jié)閥的線性度。實驗報告及要求：① 畫出本實驗對象系統(tǒng)方框圖；② 根據(jù)實驗測試數(shù)據(jù)，分析電動調(diào)節(jié)閥的特性；③ 分析影響電動調(diào)節(jié)閥特性曲線有別于理想特性曲線的因素有哪些，并一一列舉。 電動調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)流量系數(shù)直接反應了流體流過調(diào)節(jié)閥的能力，是調(diào)節(jié)閥的一個重要參數(shù)。流量系數(shù)定義為當調(diào)節(jié)閥全開、流體密度為1時，每小時流過調(diào)節(jié)閥的流量值，通過或計。例如，調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)C=40，調(diào)節(jié)閥全開每小時能夠流過的水量為40m3。對于不可壓縮流體，流過調(diào)節(jié)閥的流量為： （33）考慮選取截面積A的單位為cm3，壓力和的單位為Pa，密度的單位為g/m3，則上式需修為： （34） （35） （36）流量系數(shù)C定義為： （37） （38）從上式可知，流量系數(shù)C值取決于調(diào)節(jié)閥的接管截面積A和阻力系數(shù)。其中阻力系數(shù)主要有閥體結構所決定，口徑相同，結構不同的調(diào)節(jié)閥，其流量系數(shù)不同。通常生產(chǎn)廠商所提供的流量系數(shù)C為正常流向時的數(shù)據(jù)。本調(diào)節(jié)閥的技術指標見下節(jié)。 電動調(diào)節(jié)閥的主要技術指標 執(zhí)行機構：型 式：智能型直行程執(zhí)行機構輸入信號：4～20mA輸入阻抗：250Ω輸出信號：4～20 mADC輸出最大負載： 650Ω斷信號閥位置：可任意設置為保持/全開/全關/0～100%間預置的任意值電 源：220V10%/50Hz推力規(guī)格：1KN行 程：16mm閥作用型式：任意設置正/反作用,本套裝置設定為反作用方式防護等級：IP65基本誤差：≤%死 區(qū)：～+5%，%環(huán)境溫度：10～+65℃ 閥體：公稱通徑：20mm公稱壓力：連接形式：法蘭連接材 料：不銹鋼閥體上 閥 蓋：常溫型 17～+220℃填 料：聚四氟乙烯 閥內(nèi)組件：閥內(nèi)結構：金屬密封材 料：316+流量特性：線性泄 流 量：金屬密封Ⅳ基本誤區(qū)：+/%死 區(qū)：≤%可調(diào)范圍：501 流量系數(shù)：6第四章 儀表的認識及使用實驗儀表控制箱從上到下安裝有四塊儀表，分別為無紙記錄儀、智能調(diào)節(jié)儀（兩塊）、流量積算儀；四塊儀表均帶有通訊功能，從上到下四塊儀表默認地址為3，其中因無紙記錄儀與智能調(diào)節(jié)儀不是同一廠家，驅動不同，所以不能掛在同一計算機串口上，它下面的三塊儀表在本套裝置對應的軟件工程中是同時掛接在了計算機的同一個通訊串口上的，用于完成相關上位機監(jiān)控實驗。 無紙記錄儀的認識和使用實驗 無紙記錄儀的功能及作用：無紙記錄儀主要作用在計算機通訊區(qū)域以外的盲區(qū)、需要現(xiàn)場數(shù)據(jù)顯示或其它功用場合，可以進行數(shù)據(jù)記錄、實時曲線顯示、歷史曲線查看等功能，需要進行數(shù)據(jù)回收時，可以將無紙記錄儀與便攜設備建立通訊關系，上傳無紙記錄儀記錄的數(shù)據(jù)信息，它也可以使計算機實時通過無紙記錄儀采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)。 無紙記錄儀的參數(shù)和使用：詳見無紙記錄儀的使用說明書。 無紙記錄儀的數(shù)據(jù)采集：本無紙記錄儀只作現(xiàn)場顯示功能使用，無控制算法調(diào)節(jié)和控制信號輸出功能。無紙記錄儀不同于智能調(diào)節(jié)儀，它不但可以三通道同時采集智能調(diào)節(jié)儀的所有信號（包括各種標準規(guī)格的電壓、電流、熱電阻和熱電偶），而且可以采集頻率信號；它擁有儀表無法顯示的現(xiàn)場曲線實時、歷史繪制功能，以便操作員能更清楚的了解到設備前期的運行趨勢情況。本套裝置無紙記錄儀如果設置的記錄變量的間隔為1秒，最多可以連續(xù)記錄36個小時的數(shù)據(jù)，如果將記錄間隔改為4分鐘，那么它可以記錄360天的數(shù)據(jù)。因為無紙記錄儀的三通道均為萬能輸入，所以當需要改變默認通道的輸入信號的規(guī)格時，就需要將無紙記錄儀的后蓋打開，通過跳線來與輸入信號對應起來，具體信號與跳線的對應關系可參看使用說明書。 智能調(diào)節(jié)儀的認識和使用實驗 智能調(diào)節(jié)儀的功能及作用：智能調(diào)節(jié)儀不僅可以采集本套裝置中所有傳感器和變送器的輸出信號在儀表上進行顯示，還可以進行設定值控制、模糊PID算法閉環(huán)控制、輸出4～20mA線性電流信號控制執(zhí)行器動作、與上位機建立RS485 通訊關系等等，即可作為現(xiàn)場獨立控制器，也可與上位機組成監(jiān)控網(wǎng)絡，是工業(yè)現(xiàn)場最常見、和可靠的控制器之一。 智能調(diào)節(jié)儀的參數(shù)和使用：詳見智能調(diào)節(jié)儀的使用說明書，本套裝置的AI818智能調(diào)節(jié)儀與使用說明書上介紹的AI808P儀表相同（儀表在上電時會顯示本塊儀表的型號）。 智能調(diào)節(jié)儀的常用功能： 數(shù)據(jù)的采集：在儀表進行數(shù)據(jù)采集前，需要知道本套裝置傳感器、變送器的輸出信號的規(guī)格：液位檢測：① 電容式液位變送器：DC1～5V② 擴散硅液位變送器：DC1～5V③ 差壓式液位變送器：DC1～5V流量檢測：① 電磁流量計：DC1～5V② 渦輪流量計：DC1～5V壓力檢測：① 電