專題2 過(guò)程控制儀表與裝置概述

專題2過(guò)程控制儀表與裝置概述2.1控制儀表與裝置的分類和發(fā)展2.2控制儀表與裝置的信號(hào)與供電2.3控制系統(tǒng)的安全防爆2.1控制儀表與裝置的分類和發(fā)展1.控制儀表與裝置的分類依據(jù)：（1）安裝場(chǎng)地：現(xiàn)場(chǎng)類、控制室類

（2）能源形式：氣動(dòng)、電動(dòng)、液動(dòng)、混合式

（3）結(jié)構(gòu)形式：基地式、單元組合、組件組裝式

（4）信號(hào)類型：模擬、數(shù)字1.控制儀表與裝置的供電：

（1）交流供電：

安全性應(yīng)用范圍（2）直流集中供電：

單電源集中供電多組電源供電

優(yōu)點(diǎn)：不間斷供電、安全防爆2.2控制儀表與裝置的信號(hào)與供電

2.信號(hào)制

信號(hào)制----指在成套儀表系列中，各個(gè)儀表的輸入輸出間采用何種統(tǒng)一聯(lián)絡(luò)信號(hào)來(lái)進(jìn)行信號(hào)傳輸?shù)膯?wèn)題。氣動(dòng)控制儀表：0.02～0.1MPa

電動(dòng)控制儀表：0～10mA（DC）電流信號(hào)作為我國(guó)電動(dòng)Ⅱ型儀表的標(biāo)準(zhǔn)

4～20mA（DC）電流信號(hào)

1～5V（DC）電壓信號(hào)常見(jiàn)的模擬信號(hào)傳輸方式有：電流和電壓進(jìn)出控制室的傳輸信號(hào)采用電流信號(hào)，控制室內(nèi)部各儀表間聯(lián)絡(luò)信號(hào)采用電壓信號(hào)2.2控制儀表與裝置的信號(hào)與供電IEC數(shù)字儀表信號(hào)制數(shù)字儀表信號(hào)制（通信標(biāo)準(zhǔn)）主要有三個(gè)內(nèi)容：1.信息構(gòu)成格式：起始位，結(jié)束位，奇偶校驗(yàn)位等2.數(shù)據(jù)編碼/調(diào)制形式：CRC，余3等；幅度，頻率，相角3.物理的信號(hào)發(fā)送/接收接口標(biāo)準(zhǔn)：485，232，RJ45儀表信號(hào)制

信號(hào)制的作用便于儀表組合成系統(tǒng)不同系列的儀表混用0～10mA4～20mA儀表控制系統(tǒng)模擬信號(hào)制2.2控制儀表與裝置的信號(hào)與供電“0”/“1”計(jì)算機(jī)系統(tǒng)數(shù)字信號(hào)制脈寬信號(hào)制相位信號(hào)制頻率信號(hào)制1.安全防爆的基本概念：

（1）危險(xiǎn)環(huán)境的劃分（2）爆炸性物質(zhì)劃分（3）防爆儀器的劃分

2.3控制系統(tǒng)的安全防爆（1）危險(xiǎn)環(huán)境的劃分危險(xiǎn)場(chǎng)所的界定

按場(chǎng)所中存在物質(zhì)的物態(tài)的不同，將危險(xiǎn)場(chǎng)所劃分為爆炸性氣體環(huán)境和可燃性粉塵環(huán)境。按場(chǎng)所中危險(xiǎn)物質(zhì)存在時(shí)間的長(zhǎng)短，將兩類不同物態(tài)下的危險(xiǎn)場(chǎng)所劃分為三個(gè)區(qū)，即：對(duì)爆炸性氣體環(huán)境，為0區(qū)、1區(qū)和2區(qū)；對(duì)可燃性粉塵環(huán)境，為20區(qū)、21區(qū)和22區(qū)。危險(xiǎn)場(chǎng)所就是由于存在著易燃易爆性氣體、蒸氣、液體、可燃性粉塵或者可燃性纖維而具有引起火災(zāi)或者爆炸危險(xiǎn)的場(chǎng)所。按照GB3836.14—2000(等同于IEC60079-10)要求，可用類別、區(qū)域和組別三層概念來(lái)說(shuō)明危險(xiǎn)場(chǎng)所的劃分。(1)爆炸性氣體環(huán)境

GB3836.14—2000標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定：

0區(qū)：爆炸性氣體環(huán)境連續(xù)出現(xiàn)或長(zhǎng)時(shí)間存在的場(chǎng)所。

1區(qū)：在正常運(yùn)行時(shí)，可能出現(xiàn)爆炸性氣體環(huán)境的場(chǎng)所。

2區(qū)：在正常運(yùn)行時(shí)，不可能出現(xiàn)爆炸性氣體環(huán)境，如果出現(xiàn)也是偶爾發(fā)生并且僅是短時(shí)間存在的場(chǎng)所。（1）危險(xiǎn)環(huán)境的劃分(2)可燃性粉塵環(huán)境

GB12476.1—2000標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定：

20區(qū)：在正常運(yùn)行過(guò)程中可燃性粉塵連續(xù)出現(xiàn)或經(jīng)常出現(xiàn)，其數(shù)量足以形成可燃性粉塵與空氣混合物和／或可能形成無(wú)法控制和極厚的粉塵層的場(chǎng)所及容器內(nèi)部。

21區(qū)：在正常運(yùn)行過(guò)程中，可能出現(xiàn)粉塵數(shù)量足以形成可燃性粉塵與空氣混合物但未劃入20區(qū)的場(chǎng)所。包括，與充入或排放粉塵點(diǎn)直接相鄰的場(chǎng)所、出現(xiàn)粉塵和正常操作情況下可能產(chǎn)生可燃濃度的可燃性粉塵與空氣混合物的場(chǎng)所。

22區(qū)：在異常條件下，可燃性粉塵云偶爾出現(xiàn)并且只是短時(shí)間存在、或可燃性粉塵偶爾出現(xiàn)堆積或可能存在粉塵層并且產(chǎn)生可燃性粉塵空氣混合物的場(chǎng)所。如果不能保證排除可燃性粉塵堆積或粉塵層時(shí)，則應(yīng)劃分為21區(qū)。（1）危險(xiǎn)環(huán)境的劃分場(chǎng)所劃分表危險(xiǎn)物質(zhì)長(zhǎng)期存在（＞1000h/年）正常運(yùn)行時(shí)存在（10～1000h/年）僅在不正常時(shí)存在（＜10h/年）氣體0區(qū)1區(qū)2區(qū)（1）危險(xiǎn)環(huán)境的劃分爆炸性物質(zhì)的分類

I類：礦井甲烷；

II類：爆炸性氣體混合物(含蒸氣、薄霧)；

III類：爆炸性粉塵(纖維或飛絮物)（2）爆炸性物質(zhì)劃分爆炸性氣體的分組組別代表性氣體最大試驗(yàn)安全間隙最小點(diǎn)燃電流IIC乙炔氫氣＜0.5mm＜0.45IIB乙烯0.5～0.9mm0.45～0.8IIA丙烷＞0.9mm＞0.8（2）爆炸性物質(zhì)劃分溫度組別爆炸性氣體混合物的引燃溫度是能被點(diǎn)燃的溫度極限值。電氣設(shè)備按其最高表面溫度分為T1～T6組，使得對(duì)應(yīng)的T1～T6組的電氣設(shè)備的最高表面溫度不能超過(guò)對(duì)應(yīng)的溫度組別的允許值。

（2）爆炸性物質(zhì)劃分溫度組別、設(shè)備表面溫度和可燃性氣體或蒸氣的引燃溫度之間的關(guān)系溫度級(jí)別IEC/EN/GB3836設(shè)備的最高表面溫度T［℃］可燃性物質(zhì)的點(diǎn)燃溫度［℃］T1450T＞450T2300450≥T＞300T3200300≥T＞200T4135200≥T＞135T5100135≥T＞100T685100≥T＞85（2）爆炸性物質(zhì)劃分（3）防爆儀器的劃分根據(jù)所采取的防爆措施，可把防爆電氣設(shè)備分為隔爆型、增安型、本質(zhì)安全型、正壓型、油浸型、充砂型、澆封型、n型、特殊型、粉塵防爆型等。防爆基本類型表防爆型式防爆型式標(biāo)志防爆型式防爆型式標(biāo)志隔爆型Ｅｘｄ充砂型Exq增安型Ｅｘｅ澆封型Exm正壓型Ｅｘｐｎ型Exｎ本安型ＥｘiaＥｘib特殊型Exｓ油浸型Ｅｘｏ粉塵防爆型DIPA

DIPB

1、隔爆型Exd

防爆型式是把設(shè)備可能點(diǎn)燃爆炸性氣體混合物的部件全部封閉在一個(gè)外殼內(nèi)，其外殼能夠承受通過(guò)外殼任何接合面或結(jié)構(gòu)間隙，滲透到外殼內(nèi)部的可燃性混合物在內(nèi)部爆炸而不損壞，并且不會(huì)引起外部由一種、多種氣體或蒸氣形成的爆炸性環(huán)境的點(diǎn)燃。隔爆型“ｄ”按其允許使用爆炸性氣體環(huán)境的種類分為I類和IIA、IIB、IIC類。該防爆型式設(shè)備適用于1、2區(qū)場(chǎng)所。

I類為煤礦井下用電氣設(shè)備

2、增安型Exe增安型防爆型式是一種對(duì)在正常運(yùn)行條件下不會(huì)產(chǎn)生電弧、火花的電氣設(shè)備采取一些附加措施以提高其安全程度，防止其內(nèi)部和外部部件可能出現(xiàn)危險(xiǎn)溫度、電弧和火花的可能性的防爆型式。該類型設(shè)備主要用于2區(qū)危險(xiǎn)場(chǎng)所，部分種類可以用于1區(qū)，例如具有合適保護(hù)裝置的增安型低壓異步電動(dòng)機(jī)、接線盒等。3、正壓型Exp電氣設(shè)備的一種防爆型式。它是一種通過(guò)保持設(shè)備外殼內(nèi)部保護(hù)氣體的壓力高于周圍爆炸性環(huán)境壓力的措施來(lái)達(dá)到安全的電氣設(shè)備。該類設(shè)備按照保護(hù)方法可以用于1區(qū)或2區(qū)危險(xiǎn)場(chǎng)所。

4、本安型Exi

本質(zhì)安全型防爆型式是在設(shè)備內(nèi)部的所有電路都是由在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定條件(包括正常工作和規(guī)定的故障條件)下，產(chǎn)生的任何電火花或任何熱效應(yīng)均不能點(diǎn)燃規(guī)定的爆炸性氣體環(huán)境的本質(zhì)安全電路。本質(zhì)安全型是從限制電路中的能量入手，通過(guò)可靠的控制電路參數(shù)將潛在的火花能量降低到可點(diǎn)燃規(guī)定的氣體混合物能量以下，導(dǎo)線及元件表面發(fā)熱溫度限制在規(guī)定的氣體混合物的點(diǎn)燃溫度之下。該防爆型式只能應(yīng)用于弱電設(shè)備中，該類型設(shè)備適用于0、1、2區(qū)(Ｅｘｉɑ)或1、2區(qū)(Ｅｘｉｂ)。5、油浸型Exo油浸型防爆型式是將整個(gè)設(shè)備或設(shè)備的部件浸在油內(nèi)(保護(hù)液)，使之不能點(diǎn)燃油面以上或外殼外面的爆炸性氣體環(huán)境。這是一個(gè)主要用于開(kāi)關(guān)設(shè)備的老的防爆技術(shù)方法。形成的電弧、火花浸在油下。該類型設(shè)備適用于1區(qū)或2區(qū)危險(xiǎn)場(chǎng)所。6、充砂型Exp充砂型防爆型式是一種在外殼內(nèi)充填砂?；蚱渌?guī)定特性的粉末材料，使之在規(guī)定的使用條件下，殼內(nèi)產(chǎn)生的電弧或高溫均不能點(diǎn)燃周圍爆炸性氣體環(huán)境的電氣設(shè)備保護(hù)型式。該類型設(shè)備適用于1區(qū)或2區(qū)危險(xiǎn)場(chǎng)所。7、澆封型Exm澆封型防爆型式是將可能產(chǎn)生引起爆炸性混合物爆炸的火花、電弧或危險(xiǎn)溫度部分的電氣部件，澆封在澆封劑(復(fù)合物)中，使它不能點(diǎn)燃周圍爆炸性混合物。該類設(shè)備適用于1、2區(qū)危險(xiǎn)場(chǎng)所。國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)

Exd［ia］IICT5

其中：

Ex—防爆

d—保護(hù)方式（隔爆型）

［ia］—本安輸出關(guān)聯(lián)設(shè)備

II—設(shè)備類別

C—?dú)怏w組別

T5—溫度組別〖〗CENELEC(歐洲電工委員會(huì))

EExd［ia］IICT5

其中:

EEx—?dú)W洲標(biāo)志

d—保護(hù)方式（隔爆型）

［ia］—本安輸出關(guān)聯(lián)設(shè)備

II—設(shè)備類別

C—?dú)怏w組別

T5—溫度組別US(NEC505)(美國(guó))*

ClassI,Zone1,AExd［ia］IICT5

其中:

ClassI—允許的類別

Zone1—允許使用的場(chǎng)所

A—美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)

Ex—防爆

d—保護(hù)方式（防爆型）

［ia］—本安

II—設(shè)備類別

C—?dú)怏w組別

T5—溫度組別ＵＳ（ＮＥＣ５００）(美國(guó))

ＥｘｐｌｏｓｉｏｎｐｒｏｏｆｗｉｔｈＩ．Ｓ．Ｏｕｔｐｕｔｓ，ＣｌɑｓｓＩ,Ｄｉｖｉｓｉｏｎ１,ＧｒｏｕｐＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｔ５

其中：

Ｅｘｐｌｏｓｉｏｎｐｒｏｏｆ

ｗｉｔｈＩ.Ｓ.Ｏｕｔｐｕｔｓ

—防護(hù)方式(除IS之外，可選擇)

ＣｌɑｓｓＩ—允許的類別

Ｄｉｖｉｓｉｏｎ１—允許的等級(jí)(除2級(jí)外，可選擇)

ＧｒｏｕｐｓＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ—允許的氣體組別

Ｔ５—溫度組別2.安全防爆的設(shè)計(jì)要點(diǎn)：

（1）限制本安電路的能量（2）安全措施

a）續(xù)流二極管鉗位二極管

b）限流電阻

c）隔離電容

d）電源變壓器

2.3控制系統(tǒng)的安全防爆3.安全防爆的設(shè)計(jì)舉例：2.3控制系統(tǒng)的安全防爆1.防爆柵：電阻式、中繼式、齊納式和變壓器隔離式?？刂剖椰F(xiàn)場(chǎng)VI3.安全防爆的設(shè)計(jì)舉例：

2假定有一個(gè)礦用I類電路，是由一個(gè)20V的電池組（電池組內(nèi)阻忽略，下同）與適當(dāng)安裝的可靠元件100Ω限流電阻組成的電源,并向一個(gè)200Ω、50mH的電感器供電,如圖所示。

（已知：電池最小點(diǎn)燃電流為1A和儲(chǔ)能原件的容許值曲線；電源按10%波動(dòng)評(píng)估，安全系統(tǒng)取1.5）

2.3控制系統(tǒng)的安全防爆圖

簡(jiǎn)單電感電路

100Ω最小

50mH最大200Ω最小

20V最大

I/mAL/mH200100300200V=22伏藍(lán)色為I類曲線；紅色為Ⅱ類曲線。3.安全防爆的設(shè)計(jì)舉例：

3.圖2-2所示電路，該電路預(yù)期在I類中應(yīng)用。該電路，由30V電池組通過(guò)適當(dāng)安裝的可靠10kΩ電阻器與10uF電容器連接組成。在該示例中，30V和10uF值取為最大值，10kΩ取為最小值。（已知：電池最小點(diǎn)燃電流為1A和儲(chǔ)能原件的容許值曲線；電源按10%波動(dòng)評(píng)估，安全系統(tǒng)取1.5）這時(shí)，分別進(jìn)行兩個(gè)單獨(dú)的評(píng)定：第一，保證電源本身是本質(zhì)安全的，第二，考慮電容器情況的影響。2.3控制系統(tǒng)的安全防爆10uF最大

10KΩ最小

30V最大

圖2-2簡(jiǎn)單電容電路C/uFV/v1050

Thankyou！簡(jiǎn)介

氣動(dòng)控制儀表的特點(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，并且具有本質(zhì)安全防爆性能，特別適用于石油、化工等有爆炸危險(xiǎn)的場(chǎng)所。

電動(dòng)控制儀表的特點(diǎn)：可以實(shí)現(xiàn)無(wú)滯后的遠(yuǎn)距離傳送，同時(shí)又具有能源簡(jiǎn)單、便于和計(jì)算機(jī)配合的特點(diǎn)。由于采取安全火花防爆措施解決了防爆問(wèn)題，電動(dòng)儀表同樣也能應(yīng)用于易燃易爆的危險(xiǎn)場(chǎng)所，因此在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中得到