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理想的控制系統(tǒng)過程度量從初始狀態(tài)V0到達目標值V1的時間為t0,系統(tǒng)一般通過2個振蕩周期基本能達到平衡狀態(tài),系統(tǒng)狀態(tài)和目標值保持一致。這種理想情況在實際中是不存在的,但每位系統(tǒng)設計者都希望控制曲線逼近理想狀態(tài)。對于調(diào)節(jié)閥控制而言,閥門口徑的選擇是影響控制線性度的關(guān)鍵因素。振蕩較大的系統(tǒng)表示調(diào)節(jié)閥門過大而表現(xiàn)出來的過程變量V和時間t的關(guān)系。其特征是變量在目標之間的振幅較大,達到目標狀態(tài)的時間較長,甚至系統(tǒng)一直在平衡態(tài)上振蕩。這種振蕩在調(diào)節(jié)閥上體現(xiàn)出來的特征是閥門處于不穩(wěn)定狀態(tài),不但調(diào)節(jié)品質(zhì)低,對設備本身也會存在不利影響。造成系統(tǒng)振蕩的原因是多方面的,但主要的原因是沒有對閥門的流量特性進行綜合分析,選擇閥門口徑過大造成的。
目前控制系統(tǒng)軟件通常采用微積方法,本文不討論控制軟件因素,只對調(diào)節(jié)閥的基本參數(shù)對控制品質(zhì)的影響進行分析,從而提醒設計者在調(diào)節(jié)閥門的選擇中進行綜合考慮,保證系統(tǒng)的控制品質(zhì)。
調(diào)節(jié)閥門對控制品質(zhì)的主要影響因素
電動單座調(diào)節(jié)閥是暖通空調(diào)自控系統(tǒng)的一種具體執(zhí)行機構(gòu),控制系統(tǒng)軟件相當于系統(tǒng)的大腦,指揮執(zhí)行機構(gòu)工作。調(diào)節(jié)閥對系統(tǒng)控制品質(zhì)的影響由多方面因素形成,有閥門本身固有的質(zhì)量、閥門參數(shù)等,這些因素大多具有關(guān)聯(lián)性。
2.1調(diào)節(jié)閥的種類
不同的工作場合,對調(diào)節(jié)閥的要求是不一樣的(如精度),應根據(jù)不同的工作場合,合理選擇閥門類型,否則影響系統(tǒng)的質(zhì)量,甚至不能正常工作。國內(nèi)常用的調(diào)節(jié)閥主要有:直通單座調(diào)節(jié)閥、直通雙座調(diào)節(jié)閥(俗稱平衡閥)、三通調(diào)節(jié)閥、蝶閥、隔膜調(diào)節(jié)閥等。不同的場合對調(diào)節(jié)閥的技術(shù)要求不同,在設計中首先應考慮選擇合理的調(diào)節(jié)閥種類。
直通單座調(diào)節(jié)閥的特點是關(guān)閉嚴密,工作性能可靠,結(jié)構(gòu)簡單,造價低,但閥桿推力大,對執(zhí)行器的力矩要求高,一般只適用于低壓差的場合;直通雙座閥由于其內(nèi)部的雙閥芯構(gòu)造,在其關(guān)閉狀態(tài)時,兩個閥芯的受力可部分抵消,閥桿不平衡力小,對執(zhí)行器的力矩要求也小。由于熱脹冷縮效應,其同時關(guān)閉性較差,造價也較高。因此,只適用于壓差較高但密閉要求不高的場合;三通閥有三個出入口與管道相連,總進入水量較恒定,適用于定水量系統(tǒng)中,并要求有固定的安裝方向,不能反裝,不適于溫差較大場合;蝶閥的特點是體積小、重量輕、安裝方便,并且開、關(guān)閥的允許壓差較大,但其調(diào)節(jié)性能和關(guān)閥密閉性都較差,通常用于壓差較大但調(diào)節(jié)性能要求不高的場所。
另外,閥門的內(nèi)在品質(zhì)和客戶的需求及投資因素在閥門種類選擇中應綜合考慮。國內(nèi)外廠家不同,其質(zhì)量和價格差別較大。
因此,應根據(jù)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的實際技術(shù)需求合理地選擇閥門種類和生產(chǎn)廠家,以保證系統(tǒng)的控制品質(zhì)。
2.2閥門的流量特征和閥門兩側(cè)壓力降
閥門的流量特性和閥門參數(shù)是閥門的兩個重要參數(shù)。
閥門的流量特征是通過閥門的流體速率和閥門行程從0%~100%變化之間的關(guān)系。由于閥門內(nèi)部結(jié)構(gòu)的區(qū)別,不同的閥門有不同的流量特征(如球閥的流量特征取決于柱塞的形狀)。普通的閥門柱塞類型分為等百分比型、線性型和快開啟型三種。由于等百分比閥門和盤管的組合特性接近線性,在空調(diào)系統(tǒng)中應用廣泛的是等百分比特征閥門。圖2是三種典型閥門的內(nèi)在流量特性曲線。
在國內(nèi)許多工程中發(fā)現(xiàn)設計者在電動雙座調(diào)節(jié)閥的選擇中,特別是選擇閥門口徑時存在隨意性現(xiàn)象較為嚴重。有些設計者直接選擇調(diào)節(jié)閥門口徑與管徑一致,有些簡單地相對管徑縮小一號。這些隨意性的設計不僅造成投資浪費,同時降低了系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì),影響系統(tǒng)的壽命,應引起設計者高度重視。就閥門的選擇而言,過小的閥門一方面達不到系統(tǒng)的容量要求,另一方面閥門將需要通過系統(tǒng)提供較大的壓差以維持足夠的流量,加重泵的負荷,閥門易受損害;閥門口徑過大會使控制性能變差,易使系統(tǒng)受沖擊和振蕩,而且投資也會增加。閥門過大過小都會帶來控制閥壽命縮短和維護不便的后果。因此,選擇適當?shù)目刂崎y口徑,對系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)是非常重要的。
自控系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)
對于某一過程變量V(如曖通系統(tǒng)中盤管出水溫度)的控制,系統(tǒng)中將會設定一個目標值。系統(tǒng)從初始狀態(tài)到達控制目標會有一個過程,也就是說系統(tǒng)從初始狀態(tài)到達平衡的目標狀態(tài)需要一定的時間。對于調(diào)節(jié)系統(tǒng)而言,其品質(zhì)一方面體現(xiàn)于系統(tǒng)達到目標值的時間長短,更重要的是系統(tǒng)達到目標值的精度和平衡度。達到目標值的時間短,振蕩周期少,目標偏離值小,表明控制系統(tǒng)的品質(zhì)好,反之,控制品質(zhì)差。
圖1中,兩曲線表示理想控制系統(tǒng)和振蕩較大的控制系統(tǒng)曲線。在實際的控制系統(tǒng)中,佳的控制曲線介于兩者之間,即過程變量在較短時間內(nèi)達到平衡態(tài)后在很小的范圍內(nèi)波動,在PI方式控制中,這種波動會越來越小,接近于理想狀態(tài)。
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