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    門禁系統執行器

    fuzhika 2018-10-24 475人圍觀 ,發現0個評論 門禁系統執行器
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    傳感器把溫度、濕度和壓力等被控物理量轉換成電量的標準信號后送到控制器中,控制器根據控制要求,把輸入的檢測信號與設定值相比較,將其偏差經相應的調節后輸出開/關信號或連續的控制信號,去調節κ控制相應的執行器,實現對被控量的控制。從組成結構來看,執行器一般由執行機構和調節機構兩部分組成。執行機構是執行器的推動部分,它按照調節器輸出信號的大小和類型,產生推力和位移;調節機構是執行器的調節部分,最常見的是調節閥,它受執行機構的操縱,改變閥心與閥座間的流通面積,調節工藝介質流量。

    1執行機構

    執行機構根據調節器發出的調節指令,驅動調節機構動作。按照執行機構的輸出方式,分角行程執行機構和直行程執行機構。按照所用的能源種類,執行機構可分氣動、電動和液動三種類型。氣動執行機構結構簡單,電動執行杋構能源取用方便,液動執行機構驅動力大三種類型各有自己的優缺點。無論采用哪種執行機構,都要能接受所選用調節器的輸岀信號的控制。在選用調節器與執行機構時,要特別注意信號之間的匹配。現在大多數調節器的輸出信號和電動執行機構的輸入信號能提供多種選擇,這為我們的設備選型帶來了便利。電動執行機構在樓宇控制系統中廣泛使用。生產廠家也根據實際需要提供滿足需要的各種電動執行機構。有接受開/關的控制信號,對調節機構進行二位(開/關)控制的電動執行機構。也有接受標準直流信號(0~10ⅴDC,0~5VDC;1~5VDC,4~20mADC)或其他信號(電阻;三位:正、反、停等)的電動執行機構,輸出轉角或位移以驅動閥門。在樓宇控制中最常見的電動執行機構是閥門驅動器和風門驅動器。

    2調節機構

    調節杋構接受執行機構輸岀的軸向或轉角位移的驅動,控制工藝介質流量大小,實現對被調量的自動控制。在樓宇自動化中最常用的調節機構是閥門和風門,有時候也會用到其他的執行機構

    1.調節閥

    (1)調節閥組成

    調節閥主要由閥體、閥座、閥心、閥桿等部件組成。當閥心在閥體內上下移動時,可改變閥心與閥座之間的流通面積,控制通過的流量。在樓宇控制中使用調節閥的有直通閥和三通閥。直通閥又可分為單座閥和雙座閥,圖2.21和圖

    2是它們的結構示意圖。

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    (a)單座直通閥結構示意圖

    門禁系統執行器

    (b)雙座直通閥結構示意圖

    圖2.21直通調節閥結構小意圖

    單座調節閥只有一個閥心,結構簡單,維修清洗方便。它的缺點是被調節流體對閥心有作用力。如圖2.21(a)所示,流體由下向上流動時,閥心將受到一個向上的推力,在閥門接近全關時推力最大;當流體由上向下通過閥門時,由于流體對閥心的抽吸作用,閥心將受到個向下的作用力。在閥門由全關打開時,作用力最大。當閥門前后壓差高或閥心尺寸大時,這一作用力可能相當大,嚴重時會使執行器不能正常工作。因此,在自動調節系統中有時采用雙座閥,其結構示意圖如圖2.21(b)所示,它有兩套閥心、閥座。流體同時從上下兩個閥座通過,由于流體對上下閥心的作用力方向相反而大致抵消,因而雙座閥的不平衡力小,對執行機構的驅動力要求低,適宜于作為大壓力和大管徑的流體介質的自動調節用。雙座調節閥的缺點是其結構復雜,不便維修與清洗,由于上下兩組閥心不易保證同時關閉,因而關閉時泄漏量比單座閥大。其價格比單座閥貴。通閥有分流閥(一入兩出型,見圖2.22)和合流閥(二入一出型,介質流向和圖2.22中所標的流向相反),

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    圖2.22雙座三通閥結構小意圖

    前者用于要求上游流體流量保持恒定的系統,三通閥通過分流的方式,實現(一個出口)流量的調節,而剩余流量由另一出口分流,同時保證閥門入口流量基本恒定。合流閥則是在保持出口流量恒定的同時,對某一入口的流體在出口中的流量進行調節,出口流量中的其余部分由另一入口的流體補充,從而保證閥門出口流量基本恒定。

    (2)調節閥的流量特性

    自動控制的角度看,調節閥一個最重要的特性是它的流量特性,即調節閥閥心位移與流量之間的關系。需要特別說明的一點是,調節閥的特性對整個自動調節系統的調節品質有很大的影響,實際上不少調節系統不能正常工作,往往是由于調節閥的特性選擇不合適,或閥心在使用中受腐蝕磨損,使流量特性變壞而引起的。通過調節閥的流量大小不僅與閥的開度有關,還和閥前后的壓差高低有關。對工作在管路中的調節閥,當閥門開度改變時,隨著流量的變化,閥門前后的壓差也可能發生變化。為分析方便,在研究調節閥的特性時,先把閥門前后壓差固定為恒值進行研究,然后再考慮閥門在管路中的實際情況。

    ①固有流量特性

    在調節閥前后壓差固定的情況下得出的流量特性稱為固有流量特性,也叫理想流量特性。顯然,這種流量特性完全取決于閥心的形狀,不同的閥心曲面可得到不同的流量特性,它是一個調節閥固有的特性。在常用的調節閥中,有三種典型的固有流量特性。第一種是直線特性,其流量與閥心位移成直線關系;第二種是對數特性;第三種特性是快開特性,這種閥在開度較小時,流量變化比較大,隨著開度增大,流量很快達到最大值,所以叫快開特性,它不像前兩種特性有定的數學式表達。上述三種典型的固有流量特性如圖2.23所示。在作圖時為便于比較,變量都用相對值,其閥心位移和流量都用自己最大值的百分數表示。由于閥常有泄漏,實際特性可能不經過坐標原點。從流量特性來看,線性閥的放大系數在任何一點上都是相同的;對數閥的放大系數隨閥的開度增加而增加;快開閥與對數閥相反,在小開度時具有最高的放大系數。

    ②工作流量特性

    調節閥在實際使用時,其前后壓差是變化

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    圖2.23調節閥園有流量特性

    的。在各種實際的使用條件下,閥心位移對流量的控制特性,稱為工作流量特性。在實際的工藝裝置上,調節閥由于和其他閥門、設備、管道等串聯或并聯使用,使閥門兩端的壓差隨流量變化而變化。其結果使調節閥的工作流量特性不同于固有流量特性。串聯的阻力越大,流量變化引起的調節閥前后壓差變化也越大,特性變化也越顯著。所以調節閥的工作流量特性除與調節閥的結構有關外,還取決于配管情況。同一個調節閥,在不同的外部條件下,具有不同的工作流量特性。在實際工作中最關心的也是工作流量特性下面通過一個實例,分析調節閥在外部條件影響下,怎樣由固有流量特性轉變為工作流量特性。圖2.24(a)表示的是調節閥與工藝設備及管道阻力串聯的情況,這是一種最常見的典型情況。如果流體介質外加壓力P恒定,那么當閥門開度加大時,隨著流量Q的增加,設備及管道上的壓降ΔPg將隨流量g的值成平方增加,如圖2.4(b)所示。隨著閥門開度加大,閥門前后的壓差ΔPr將逐漸減小。因此在同樣的閥心位移下,此時的流量變化與閥前后保持恒壓差的理想情況下的流量變化相比,要小一些。特別是在閥開度較大時,閥前后壓差ΔPr相對于P變化比較大,閥的實際控制作用可能變得非常遲鈍。如果用固有特性是直線特性的閥,由于串聯阻力的影響,實際的工作流量特性將變成圖225(a)中表示的曲線(圖中的直線為閥門的固有流量特性)。在圖225中,縱坐標是相對流量Q/gm,Qma表示串聯管道阻力為零時,閥全開時達到的最大流量。圖中的參變量S-AP1m/P表示存在管道阻力

    的情況下,閥門全開時,閥門前后的最小壓差△Pmm占總壓力P的分數。

    (a)調節閥與管路串聯工作

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    (b)串聯管路調節閥上壓力變化

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    圖2.24調節閥與管路串聯工作及管路與調節閥上的壓力變化

    從圖225可以看到,當S=1時,管道壓降為零,閥前后的壓差始終等于總壓力,故工作流量特性即為固有流量特性;在S<1時,由于串聯管道阻力的影響,使流量特性產生兩個變化:一個是閥門全開時流量減小,也就是閥的可調范圍變小;另一個變化是閥門在大開度時的控制靈敏度降低。例如在圖2.25(a)中,固有流量特性是直線的閥門,其工作流量特性趨向于快開特性;在圖2.25(b)中,固有流量特性為對數特性的閥門,其工作流量特性趨向于直線特性。參變量S的值愈小,流量特性變形的程度愈大。

    (a)直線閥工作流量特性

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    (b)對數閥工作流量特性

    門禁系統執行器

    圖2.25串聯管道中調節閥的工作流量特性

    在實際的系統設計中,調節閥特性的選擇是一個重要的問題。從調節原理來看,要保持個調節系統在整個工作范圍內都具有較好的品質,就應使系統在整個工作范圍內的總放大倍數盡可能保持恒定。通常,變送器、調節器和執行機構的放大倍數是常數,但調節對象的特性往往是非線性的,其放大倍數常隨工作點的不同而變化。因此選擇調節閥時,希望以調節閥的非線性補償調節對象的非線性。例如,在實際生產中,很多對象的放大倍數是隨負荷加大而減小的,這時如能選用放大倍數隨負荷加大而增加的調節閥,便能使兩者互相補償,從而保證整個工作范圍內都有較好的調節質量。由于對數閥具有這種特性,因此得到廣泛的應用。若調節對象的流量特性是線性的,則應選用具有直線流量特性的閥,以保證系統總放大倍數保持恒定。至于快開特性的閥,由于小開度時放大倍數高,容易使系統振蕩,大開度時調節不靈敏,在連續調節系統中很少使用,一般只用于雙位式調節的場合。必須說明,按上述原則選擇的調節閥特性是實際需要的工作流量特性。在確定調節閥時,必須具體地考慮管道、設備的連接情況以及泵的特性,再由工作流量特性推出需要的固有流量特性。例如,在一個其他環節都具有線性特性的系統中,按非線性互相補償的原則,應選擇工作流量特性為線性的調節閥,但如果管道的阻力狀況S=0.3,則由圖2,25可知,此時選擇固有流量特性為對數特性的閥,工作特性已經變形為直線特性,故必須選用固有特性為對數特性的閥,才能得到直線特性的工作流量特性。

    最后再簡要介紹一下調節閥口徑的選擇方法。在控制系統中,為保證工藝操作的正常進行,必須根據工藝要求,準確計算閥門的流通能力,合理選擇調節閥的尺寸。如果調節閥的口徑選得太大,將使閥門經常工作在小開度位置,造成調節質量不好。如果口徑選得太小,閥門完全打開也不能滿足最大流量的需要,就難以保證生產的正常進行。根據流體力學原理,對不可壓縮的流體,在通過調節閥時產生的壓力損失△P與流體速度之間有如下關系

    門禁系統執行器(2-15)

    式中,D為流體的平均流速;p為流體密度;ξ為調節閥的阻力系數,與閥門的結構形式及開度有關。因流體的平均流速υ等于流體的體積流量Ω除以調節閥連接管的截面積A,即υ=Q/A,代入上式并整理,即得流量表達式,若面積A的單位取cm2,壓差△P的單位取kPa,流體密度的單位取kg/m3,流量Q的單位取m3/h,則上式可寫成數值表達式門禁系統執行器

    門禁系統執行器(2-16)

    由上式可知,通過調節閥的流體流量除與閥門兩端的壓差及流體種類有關外,還與閥口徑、閥心閥座的形狀等因素有關。為說明調節閥的結構參數,工程上將閥門前后壓差為100kPa,流體密度為1000kg/m3的條件下,閥門全開時每小時能通過的流體體積(m3)稱為該閥門的流通能力C根據流通能力C的上述定義,由式(2-16)可知

    門禁系統執行器(2-17)

    在有關調節閥的手冊上,對不同口徑和不同結構形式的閥門分別給出了流通能力C的數值,可供用戶査閱。將式(2-17)代入式(2-16),式(2-16)可改寫為

    (2-18)

    此式可直接用于液體的流量計算,也可用于在已知差壓△P、液體密度p及需要的最大流量gmx的情況下,確定調節閥的流通能力C,選擇閥門的口徑及結構形式。但當流體是氣體、蒸汽或二相流時,以上的計算公式必須進行相應的修正

    由于執行器對調節系統的最終性能具有特別重要的影響,而且價格比較高,因此在選用調節閥作為調節機構時,要全面考慮各方面的因素。調節閥門的流量特性是首先要考慮的,同時也要注意執行機構的輸入信號與調節器輸出信號之間的匹配。如果執行機構與調節閥分開釆購時,也要注意二者之間行程的匹配,執行機構的驅動力要滿足系統運行的要求。在選擇調節閥時,除了流量特性的要求之外,對調節閥的工作條件也要作全面的考量,調節閥(閥

    心、閥座、閥體、密封)的材料要能適應流體介質的物理化學性質,同時滿足溫度、絕對壓力等現場工作條件,以免產生不必要的失誤,避免造成經濟損失或延誤工期等問題。

    2.風門(閥)

    在空調通風系統中,用得最多的執行器是風門。風門用來控制風的流量。風門由若干葉片組成,當葉片轉動時改變風道的等效截面積,即改變了風門的阻力系數,其流過的風量也就相應地改變,從而達到調節風流量的目的。葉片的形狀決定風門的流量特性。同調節閥樣,風門也有多種流量特性可供應用選擇。風門的驅動器可以是電動的,也可以是氣動的。在樓宇自動化系統中一般采用電動式風門。

    3.其他執行器

    除了調節閥和風閥以外,在樓宇控制中還用到一些特殊的執行器。像新出現的電流閥就是其中之一。它接受調節器輸出的標準控制信號,輸出和控制信號成比例的恒壓電流或者電流脈沖,通過控制電加熱器的輸出功率來調節溫度參數。電磁閥、電動碟閥等開關型兩位閥也在樓宇控制中廣泛使用,由于功能與性能比較簡單,這里不作深入討論,其選型與使用中要注意的問題與調節閥基本類似。

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