气动执行机构在控制系统中的实际应用案例分析

【实例1】 图6-8-1为某储槽液位控制系统，试画出该控制系统的框图。若储槽不能溢出，试确定控制器的作用方向。

图6-8-1 液位控制过程示意图

【答】 从安全性考虑，为了防止储槽溢出，应该选择气开阀。控制系统各环节的作用方向如图6-8-2所示，为了构成闭环负反馈控制系统，控制器应选反作用。

图6-8-2 液位控制系统框图

【实例2】 图6-8-3为锅炉锅筒液位控制系统示意图，要求锅炉不能烧干。试画出该系统的框图，判断控制阀的气开、气关型式，确定控制器的正、反作用，并简述当加热室温度升高导致蒸汽蒸发量增加时，该控制系统是如何克服扰动的。

【答】 根据系统分析知，被控变量为锅筒液位，控制变量为进水流量。各个环节作用方向选择如下：

1）根据工艺和安全要求，锅炉不能烧干，则当气源故障时进水阀门应该全开，因此控制阀应该选气关式。

2）选用差压变送器测量锅筒液位，该环节为正作用。

3）进水流量增加时，锅筒液位升高，因此对象是正作用。

因此，为了构成闭环控制系统，应该选择正作用控制器。

该控制系统框图如图6-8-4所示，每个框的作用方向在图上也标出。

图6-8-3 锅炉锅筒液位控制系统示意图(https://www.xing528.com)

当加热室温度升高导致蒸汽蒸发量增加时，锅筒液位下降，导致测量值也减小，偏差增大，控制器输出减小，控制阀开度增加，进水量增加，锅筒液位升高，克服了干扰影响。

图6-8-4 液位控制系统框图

【实例3】 图6-8-5为某反应器温度控制系统。1）画出控制系统框图；2）如果反应器温度不能过高，试确定控制阀的气开、气关型式；3）确定主控制器和副控制器的正反作用；4）若冷却水压力突然升高，试简述该控制系统的调节过程。

【答】根据系统分析知，被控变量为反应器温度，控制变量为冷却水流量。

1）该系统是串级控制系统，其框图如图6-8-6所示。

2）因为反应器温度不能过高，控制阀在气源中断时应该是全开的，因此选用气关阀。

图6-8-5 反应器温度控制系统示意图

3）先确定副控制器。因为副对象是正作用，控制阀是反作用，为了保证副回路是负反馈，副控制器选用正作用；再确定主控制器，把整个副回路看作是一个正作用环节，主对象为反作用，为了保证主回路为负反馈，主控制器采用正作用。

4）从副回路来看，当冷却水压力升高时，冷却水的流量增加，由于副控制器是正作用，其输出增加；又由于控制阀是气关阀，故其开度减小，因此冷却水流量减小，从而及时克服由于压力升高引起的流量增加，使冷却水压力的波动几乎不影响到反应器温度。从主回路来看，若副回路对冷却水压力的波动不能完全克服，而使反应器温度有微小降低。这时，由于主控制器是正作用控制器，其输出减小，即副控制器的设定值减小，相当于副控制器的测量值增加，所以其输出增加，控制阀开度减小，冷却水流量减小，使反应器温度升高，这样，主回路和副回路同时作用，很及时地克服了压力波动的影响。

图6-8-6 反应器温度控制系统框图