自動(dòng)調(diào)節(jié)儀表 概論

概論電氣信息工程學(xué)院自動(dòng)化教研室自動(dòng)調(diào)節(jié)儀表主講教師：王婷婷2011.9T：6504062：2007wangtingting@163.com1學(xué)時(shí)：48（含實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：6）學(xué)分：3課程類別：必修課程性質(zhì)：專業(yè)課考核方式：閉卷考試（成績分布為：卷面77%、實(shí)驗(yàn)13%、平時(shí)10%）先修課程：自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)、自動(dòng)控制原理、過程控制工程，模擬電路。要求：掌握控制儀表的工作原理和構(gòu)成，電路原理圖的組成和線路分析，PID參數(shù)的調(diào)整等。課程簡(jiǎn)介2電氣信息工程學(xué)院自動(dòng)化教研室吳勤勤《控制儀表與裝置》（第三版）化學(xué)工業(yè)出版社2008張永德《過程控制裝置》（第三版）化學(xué)工業(yè)出版社2010教材及參考書3電氣信息工程學(xué)院自動(dòng)化教研室章節(jié)安排概論

0.1控制儀表與控制系統(tǒng)

0.2控制儀表及裝置的分類

0.3聯(lián)絡(luò)信號(hào)和傳輸方式

0.4安全防爆的基本知識(shí)和防爆措施第一章模擬式控制器

1.1控制器的運(yùn)算規(guī)律和組成方式

1.2基型控制器

1.3特種控制器和附加單元4電氣信息工程學(xué)院自動(dòng)化教研室第二章變送器和轉(zhuǎn)換器

2.1變送器的構(gòu)成

2.2差壓變送器

2.3溫度變送器

2.4電/氣轉(zhuǎn)換器

章節(jié)安排5電氣信息工程學(xué)院自動(dòng)化教研室

0.1控制儀表與控制系統(tǒng)

0.2控制儀表及裝置的分類

0.3聯(lián)絡(luò)信號(hào)和傳輸方式

0.4安全防爆的基本知識(shí)和防爆措施概論概論6電氣信息工程學(xué)院自動(dòng)化教研室0.1控制儀表與控制系統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)一般由控制對(duì)象、變送器、控制器和執(zhí)行器構(gòu)成，方框圖如下所示：圖1(a)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)框圖被控介質(zhì)測(cè)量值被控變量設(shè)定值-變送器控制器執(zhí)行器控制對(duì)象偏差7電氣信息工程學(xué)院自動(dòng)化教研室圖1(c)

加熱爐溫度控制系統(tǒng)方框圖TC101圖1(b)加熱爐溫度控制系統(tǒng)TT101燃料執(zhí)行器溫度變送器溫度控制器原料加熱爐被控介質(zhì)測(cè)量值被控變量設(shè)定值-溫度變送器TC控制閥加熱爐偏差8電氣信息工程學(xué)院自動(dòng)化教研室控制對(duì)象－需要調(diào)節(jié)其工藝參數(shù)的生產(chǎn)設(shè)備。

如壓力、流量、溫度等工藝變量。變送器

－把工藝參數(shù)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一信號(hào)的裝置?？刂破?/p>

－將來自變送器的測(cè)量值與給定信號(hào)相比較后產(chǎn)生的偏差信號(hào),按照預(yù)先設(shè)定好的控制規(guī)律進(jìn)行運(yùn)算后，輸出一個(gè)控制信號(hào)送給執(zhí)行器。執(zhí)行器

－把控制器的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換成直線位移或角位移，以控制閥門的開度。此外，根據(jù)需要還可設(shè)有顯示、轉(zhuǎn)換、計(jì)算、輔助、給定裝置。9電氣信息工程學(xué)院自動(dòng)化教研室

控制儀表及裝置可按能源形式、信號(hào)類型和結(jié)構(gòu)形式來分類。

一、按能源形式分類

1、氣動(dòng)：壓縮空氣為能源。

2、電動(dòng)：電源為能源。

3、液動(dòng)：液壓為能源。工業(yè)上主要使用電動(dòng)和氣動(dòng)控制儀表。0.2控制儀表及裝置的分類10電氣信息工程學(xué)院自動(dòng)化教研室氣動(dòng)薄膜直通單座閥氣動(dòng)薄膜直通雙座閥氣動(dòng)蝶閥氣動(dòng)球閥氣動(dòng)切斷閥氣動(dòng)薄膜角形閥1、氣動(dòng)控制儀表11電氣信息工程學(xué)院自動(dòng)化教研室1、氣動(dòng)控制儀表12電氣信息工程學(xué)院自動(dòng)化教研室氣動(dòng)儀表的特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定可靠；維護(hù)方便，價(jià)格便宜；具有本質(zhì)安全防爆性能。1、氣動(dòng)控制儀表13電氣信息工程學(xué)院自動(dòng)化教研室電動(dòng)直通單座閥電動(dòng)隔膜閥電動(dòng)三通閥電磁閥手動(dòng)截止閥2、電動(dòng)控制儀表14電氣信息工程學(xué)院自動(dòng)化教研室2、電動(dòng)控制儀表15電氣信息工程學(xué)院自動(dòng)化教研室電動(dòng)控制儀表的特點(diǎn)：可以實(shí)現(xiàn)無滯后的遠(yuǎn)距離傳送；能源簡(jiǎn)單、便于和計(jì)算機(jī)配合；可應(yīng)用于易燃易爆的危險(xiǎn)場(chǎng)所。2、電動(dòng)控制儀表16電氣信息工程學(xué)院自動(dòng)化教研室電動(dòng)控制儀表氣動(dòng)控制儀表能源電源（220VAC/24VDC）氣源（140kPa）傳輸信號(hào)電信號(hào)（電壓、電流、數(shù)字）氣壓信號(hào)元、器件電子元器件氣動(dòng)元件接線導(dǎo)線導(dǎo)管電磁干擾與防爆受電磁干擾影響，須采取抗干擾、防爆措施不受電磁干擾影響本質(zhì)上安全防爆電動(dòng)控制儀表和氣動(dòng)控制儀表的比較17電氣信息工程學(xué)院自動(dòng)化教研室3、液動(dòng)控制儀表結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、體積小。傳動(dòng)平穩(wěn)可靠，有緩沖無撞擊現(xiàn)象?？筛鶕?jù)需要采用不同的液壓油，可防爆。液動(dòng)控制儀表的特點(diǎn)：18電氣信息工程學(xué)院自動(dòng)化教研室1、模擬儀表傳輸信號(hào)為連續(xù)變化的模擬量。

如氣動(dòng)儀表，電動(dòng)單元組合儀表I、II、III型等。2、數(shù)字儀表傳輸信號(hào)為斷續(xù)變化的數(shù)字量。如可編程調(diào)節(jié)器、控制器、DCS、FCS

等。

二、按信號(hào)類型分類：模擬式和數(shù)字式。19電氣信息工程學(xué)院自動(dòng)化教研室1.基地式儀表：包含多種功能部件（傳感、指示、記錄、控制、執(zhí)行等部分），設(shè)計(jì)成一個(gè)整體。2.單元組合式儀表：將儀表劃分成能獨(dú)立實(shí)現(xiàn)某種功能的若干單元，單元間用標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)聯(lián)系。3.集散控制系統(tǒng)（DCS）：以微型計(jì)算機(jī)為核心,實(shí)現(xiàn)分散控制和集中管理。4.現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS）:

現(xiàn)場(chǎng)總線將具有數(shù)字通信能力的現(xiàn)場(chǎng)儀表相連接,并同上層監(jiān)控管理級(jí)一起構(gòu)成分布式控制網(wǎng)絡(luò)。三、按結(jié)構(gòu)形式分類20電氣信息工程學(xué)院自動(dòng)化教研室1.基地式儀表21電氣信息工程學(xué)院自動(dòng)化教研室2.單元組合式儀表(1)DDZ-I,II,III,S型22電氣信息工程學(xué)院自動(dòng)化教研室2.單元組合式儀表(1)DDZ-I,II,III,S型23電氣信息工程學(xué)院自動(dòng)化教研室(1)DDZ-I,II,III,S型2.單元組合式儀表24電氣信息工程學(xué)院自動(dòng)化教研室(2)QDZ-I,II,III,S型2.單元組合式儀表單元組合儀表由變送、調(diào)節(jié)、給定、顯示、轉(zhuǎn)換、計(jì)算、執(zhí)行、輔助等八大儀表單元組成。25電氣信息工程學(xué)院自動(dòng)化教研室變送單元調(diào)節(jié)單元(2)QDZ-I,II,III,S型2.單元組合式儀表26電氣信息工程學(xué)院自動(dòng)化教研室輔助單元給定單元(2)QDZ-I,II,III,S型2.單元組合式儀表27電氣信息工程學(xué)院自動(dòng)化教研室運(yùn)算單元轉(zhuǎn)換單元(2)QDZ-I,II,III,S型2.單元組合式儀表28電氣信息工程學(xué)院自動(dòng)化教研室顯示單元執(zhí)行單元(2)QDZ-I,II,III,S型2.單元組合式儀表29電氣信息工程學(xué)院自動(dòng)化教研室3.集散控制系統(tǒng)JX-300X30電氣信息工程學(xué)院自動(dòng)化教研室3.集散控制系統(tǒng)31電氣信息工程學(xué)院自動(dòng)化教研室3.集散控制系統(tǒng)32電氣信息工程學(xué)院自動(dòng)化教研室3.集散控制系統(tǒng)33電氣信息工程學(xué)院自動(dòng)化教研室4.現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)34電氣信息工程學(xué)院自動(dòng)化教研室4.現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)35電氣信息工程學(xué)院自動(dòng)化教研室4.現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)36電氣信息工程學(xué)院自動(dòng)化教研室0.3聯(lián)絡(luò)信號(hào)和傳輸方式一、聯(lián)絡(luò)信號(hào)1、聯(lián)絡(luò)信號(hào)是指在成套儀表系列中，儀表之間采用的傳輸信號(hào)的類型和數(shù)值。2、聯(lián)絡(luò)信號(hào)類型:氣動(dòng)儀表：20~100KPa電動(dòng)儀表：模擬信號(hào)(0~10mA、4~20mA及1~5V)、數(shù)字信號(hào)、頻率信號(hào)37電氣信息工程學(xué)院自動(dòng)化教研室3、電模擬信號(hào)制的確定（1）信號(hào)下限從零開始有利于模擬量運(yùn)算。（2）信號(hào)下限從某值開始（活零點(diǎn)）便于檢驗(yàn)儀表是否斷電，并可實(shí)現(xiàn)兩線制。（3）信號(hào)上限高，產(chǎn)生的電磁平衡力大，利于設(shè)計(jì)平衡式變送器。（4）信號(hào)上限低，有利于減少功率損耗和提高儀表防爆性能。38電氣信息工程學(xué)院自動(dòng)化教研室1、直流電流傳輸電流信號(hào)傳輸時(shí)儀表之間串聯(lián)

為減小傳輸誤差，要求：

R0足夠大，而Rcm

及Ri

應(yīng)比較?。ㄒ唬┠M信號(hào)的傳輸二、電信號(hào)的傳輸方式U0R0I0IiRiRiRcm發(fā)送儀表接收儀表n臺(tái)39電氣信息工程學(xué)院自動(dòng)化教研室直流電流傳輸?shù)奶攸c(diǎn)優(yōu)點(diǎn)適于遠(yuǎn)距離傳輸。缺點(diǎn)回路中增減接收儀表時(shí)，將影響其它儀表的工作。40電氣信息工程學(xué)院自動(dòng)化教研室2、直流電壓傳輸電壓信號(hào)傳輸時(shí)儀表之間并聯(lián)

為減小傳輸誤差，要求：

R0和Rcm

盡量小，Ri

大些。接收儀表RiRcm／２發(fā)送儀表R0U0Rcm／２IiRiRiUi41電氣信息工程學(xué)院自動(dòng)化教研室直流電壓傳輸?shù)奶攸c(diǎn)優(yōu)點(diǎn)增加或取消某個(gè)接收儀表不影響其他儀表的工作。缺點(diǎn)

不適于遠(yuǎn)距離傳輸?，F(xiàn)場(chǎng)與控制室儀表之間采用直流電流信號(hào)，

控制室內(nèi)部

儀表之間采用直流電壓信號(hào)。42電氣信息工程學(xué)院自動(dòng)化教研室（二）變送器與控制室儀表間的信號(hào)傳輸電源裝置變送器現(xiàn)場(chǎng)控制室四線制接收儀表兩線制變送器現(xiàn)場(chǎng)電源裝置控制室接收儀表要實(shí)現(xiàn)兩線制，必須采用活零點(diǎn)的電流信號(hào)。因電源線和信號(hào)線公用，電源供給變送器的功率是通過信號(hào)電流提供的。變送器輸出電流為下限值時(shí)，應(yīng)保證它內(nèi)部的半導(dǎo)體器件仍能正常工作。故信號(hào)電流下限值不能過低。43電氣信息工程學(xué)院自動(dòng)化教研室0概論0.4安全防爆基本知識(shí)和防爆措施44電氣信息工程學(xué)院自動(dòng)化教研室>一、安全防爆基本知識(shí)（一）爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所的區(qū)域劃分1、氣體爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所依據(jù)：爆炸性氣體出現(xiàn)的頻繁程度和持續(xù)時(shí)間0區(qū)(Zone0)

－在正常情況下，爆炸性氣體混合物連續(xù)地、頻繁地出現(xiàn)或長時(shí)間存在的場(chǎng)所。1區(qū)(Zone1)－在正常情況下，爆炸性氣體混合物有可能出現(xiàn)的場(chǎng)所。2區(qū)(Zone2)－在正常情況下，爆炸性氣體混合物不可能出現(xiàn)，或即使出現(xiàn)也是短時(shí)間存在的場(chǎng)所。45電氣信息工程學(xué)院自動(dòng)化教研室>一、安全防爆基本知識(shí)（一）爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所的區(qū)域劃分2、粉塵爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所的區(qū)域等級(jí)依據(jù)：爆炸性粉塵或可燃纖維與空氣混合物出現(xiàn)的頻繁程度和持續(xù)時(shí)間10區(qū)

－在正常情況下，爆炸性粉塵或可燃纖維與空氣混合物可能連續(xù)地、頻繁地出現(xiàn)或長時(shí)間存在的場(chǎng)所。（選用本質(zhì)安全型電氣設(shè)備）11區(qū)－在正常情況下，爆炸性粉塵或可燃纖維與空氣混合物不可能出現(xiàn)，或即使出現(xiàn)也是短時(shí)間存在的場(chǎng)所。（選用隔爆型、增安型電氣設(shè)備）46電氣信息工程學(xué)院自動(dòng)化教研室（二）爆炸性氣體的分級(jí)按最大試驗(yàn)安全間隙MESG(火焰不能傳播的最大間隙)和最小點(diǎn)燃電流比MICR來分級(jí)：可分為A、B、C三級(jí)。(1)按MESG:MESG=1.14mm，甲烷，作為起始點(diǎn)，無等級(jí)；

0.9mm<MESG<1.14mmA級(jí)

0.5mm<MESG≤0.9mmB級(jí)

MESG≤

0.5mmC級(jí)------最危險(xiǎn)！(2)按MICR：MICR=1.0甲烷(MICR=某物質(zhì)的最小點(diǎn)燃電流/甲烷的~)0.8<MICR<1.0A級(jí)

0.45<MICR≤

0.8B級(jí)

MICR≤

0.45C級(jí)------最危險(xiǎn)！MESG小——MICR小——危險(xiǎn)！47電氣信息工程學(xué)院自動(dòng)化教研室（三）

爆炸性物質(zhì)的分組

按引燃溫度可分為六組：組別引燃溫度t/℃T1>450T2450≧t>300T3300≧t>200組別引燃溫度t/℃T4T5135≧t>100T6100≧t>85200≧t>135適用于T5的設(shè)備不適用于T648電氣信息工程學(xué)院自動(dòng)化教研室（四）防爆電氣設(shè)備的分類、分組防爆電氣設(shè)備分為兩大類：Ⅰ類：煤礦用電氣設(shè)備Ⅱ類：工廠用電氣設(shè)備（按爆炸性氣體特性分為：）工廠用電氣設(shè)備防爆型式有以下八種：隔爆型(d)、本質(zhì)安全型(i)、增安型(e)、正壓型(p)、充油型(o)、充砂型(q)、澆封型(m)和無火花型(n)。本質(zhì)安全型設(shè)備又可以分為ia和ib兩個(gè)等級(jí)。ⅡAⅡBⅡC(用于最危險(xiǎn)場(chǎng)所)

49電氣信息工程學(xué)院自動(dòng)化教研室防爆標(biāo)志及其含義防爆標(biāo)志由以下5個(gè)部分構(gòu)成：1、標(biāo)志EX

－表示該設(shè)備為防爆電氣設(shè)備。2、防爆型式－表明該設(shè)備采用何種措施進(jìn)行防爆，如

d為隔爆型，i為本安型等。3、設(shè)備類別－I為煤礦井下用電設(shè)備，II為工廠用設(shè)備。4、防爆級(jí)別－為A、B、C三級(jí)，表明防爆能力強(qiáng)弱。5、溫度組別－為T1~T6六組，說明該設(shè)備的最高表面溫度允許值。例如：EXiaIICT5表示II類本質(zhì)安全型ia等級(jí)C級(jí)T5組。EXiaIICT550電氣信息工程學(xué)院自動(dòng)化教研室隔爆型儀表如：ExdIIBT3具有隔爆外殼，儀表的電路和接線端子全部置于防爆殼體內(nèi)。它能承受儀表內(nèi)部因故障產(chǎn)生爆炸性氣體混合物的爆炸壓力。這類儀表適用于1區(qū)、2區(qū)危險(xiǎn)場(chǎng)所。本質(zhì)安全型儀表

本安儀表的全部電路均為本質(zhì)安全電路，電壓和電流被限制在允許的范圍內(nèi)，保證儀表產(chǎn)生的電火花和熱效應(yīng)不致于引爆其周圍爆炸性氣體混合物。ia本安儀表：工況下一或兩個(gè)故障都不會(huì)引燃爆炸性氣體，0區(qū)危險(xiǎn)場(chǎng)所;ib本安儀表：工況下一個(gè)故障不會(huì)引燃爆炸性氣體，1區(qū)和2區(qū)危險(xiǎn)場(chǎng)所.>二、常用防爆型控制儀表51電氣信息工程學(xué)院自動(dòng)化教研室本安防爆系統(tǒng)本安型變送器本安型執(zhí)行器控制器安全柵安全柵電源箱非危險(xiǎn)場(chǎng)所（控制室）危險(xiǎn)場(chǎng)所（現(xiàn)場(chǎng)）危險(xiǎn)場(chǎng)所（現(xiàn)場(chǎng)）>三、控制系統(tǒng)的防爆措施（一）本安防爆系統(tǒng)本安防爆系統(tǒng)應(yīng)滿足的兩個(gè)條件：在危險(xiǎn)場(chǎng)所使用本安防爆儀表控制室儀表和危險(xiǎn)場(chǎng)所儀表之間設(shè)置安全柵，以限制流入危險(xiǎn)場(chǎng)所的能量。52電氣信息工程學(xué)院自動(dòng)化教研室進(jìn)液出料量非安全火花型自動(dòng)控制系統(tǒng)氣動(dòng)執(zhí)行器差壓式液位變送器V4~20mA1~5V控制器Q出Q進(jìn)LP氣ρ4~20mAVIII顯示儀表危險(xiǎn)場(chǎng)所:現(xiàn)場(chǎng)非危險(xiǎn)場(chǎng)所:控制室△P液位配電器I24VDC24VDC53電氣信息工程學(xué)院自動(dòng)化教研室進(jìn)液出料量氣動(dòng)執(zhí)行器差壓式液位變送器V4~20mA1~5VQ出Q進(jìn)LP氣ρ4~20mA4~20mAVII操作端安全柵I顯示儀表危險(xiǎn)場(chǎng)所:現(xiàn)場(chǎng)非危險(xiǎn)場(chǎng)所:控制室△P液位檢測(cè)端安全柵24VDC24VDC24VDC安全火花型防爆系統(tǒng)控制器V<30VDCI<30mADCI54電氣信息工程學(xué)院自動(dòng)化教研室安全火花型防爆系統(tǒng)55電氣信息工程學(xué)院自動(dòng)化教研室安全柵56電氣信息工程學(xué)院自動(dòng)化教研室安全柵信號(hào)隔離器、配電器、安全柵57電氣信息工程學(xué)院自動(dòng)化教研室安全柵58電氣信息工程學(xué)院自動(dòng)化教研室（二）安全柵作為控制室儀表和現(xiàn)場(chǎng)儀表的關(guān)聯(lián)設(shè)備，是本安系統(tǒng)的重要組成部分。既傳輸信號(hào)又限制流入危險(xiǎn)場(chǎng)所的能