第三章：過(guò)程控制儀表及裝置wxs

第三章：過(guò)程控制儀表及裝置第三章：過(guò)程控制儀表及裝置P127ProcessControlInstrumentation

過(guò)程控制裝置的三大硬件1.變送器transducer2.調(diào)節(jié)器(控制器)regulator(controller)

3.執(zhí)行器actuator3.1變送器變送器的功能：把測(cè)量的信號(hào)轉(zhuǎn)換成為一定標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)（如：4~20mA），再送往顯示儀表或調(diào)節(jié)儀表進(jìn)行顯示、記錄或調(diào)節(jié)。變送器的類型1.壓力變送器2.差壓變送器3.溫度變送器4.流量變送器5.液位變送器……

按變送器的驅(qū)動(dòng)能源分為：1.氣動(dòng)變送器：驅(qū)動(dòng)能源：壓縮空氣2.電動(dòng)變送器驅(qū)動(dòng)能源：電力變送器的理想輸入x和輸出y特性應(yīng)為線性關(guān)系見(jiàn)圖4-1P127

例：一臺(tái)壓力變送器的壓力輸入范圍為0~1.6MPa，輸出為4~20mA，試確定該變送器輸出和輸入之間的關(guān)系。解：設(shè)變送器的輸入壓力為pi，輸出為po，根據(jù)上式有：3.1.1差壓變送器力平衡式電動(dòng)差壓變送器

力平衡式電動(dòng)差壓變送器的組成圖4-2P1281.測(cè)量部分2.放大器3.反饋部分DDZ-Ⅲ型電動(dòng)差壓變送器的結(jié)構(gòu)與工作原理圖4-3P129被測(cè)量的壓差信號(hào)→力→直流電流（4~20mA）。壓差信號(hào)ΔPi→力Fi→F1→F2、F3

→位移→放大器輸出電流I0→反饋線圈、負(fù)載→反饋力Ff→反力矩：當(dāng)杠桿平衡式，輸出的電流與被測(cè)差壓成正比。DDZ-Ⅲ型電動(dòng)差壓變送器的整機(jī)方塊圖圖4-14~圖4-15P135~136DDZ-Ⅲ型電動(dòng)差壓變送器的主要性能指標(biāo)1.輸出信號(hào)：4~20mA2.供電：24VDC±10％3.負(fù)載電阻：250~350Ω4.基本誤差±0.5％5.變差±0.25％6.靈敏度±0.05％7.穩(wěn)定性±0.3％壓差信號(hào)ΔPi→力Fi→F1→F2、F3

→位移→放大器輸出電流I0→反饋線圈、負(fù)載→反饋力Ff→反力矩：當(dāng)杠桿平衡式，輸出的電流與被測(cè)差壓成正比。1.杠桿機(jī)構(gòu)P1292.矢量機(jī)構(gòu)P1303.電磁反饋裝置P1304.低頻位移檢測(cè)放大器

P1311.低頻振蕩器2.整流濾波電路3.功率放大器5.安全火花防爆措施P134

結(jié)構(gòu)與原理1.量程調(diào)整2.零點(diǎn)遷移3.零點(diǎn)調(diào)整P134變送器的量程調(diào)整的目的：使變送器的得輸出信號(hào)上限值與測(cè)量值的上限值相對(duì)應(yīng)。

實(shí)質(zhì)：改變輸入輸出特性曲線的斜率（即比例系數(shù)）。反饋部分的反饋系數(shù)↑→量程↑零點(diǎn)遷移的目的：使變送器的得輸出信號(hào)下限值與測(cè)量值的下限值相對(duì)應(yīng)。

實(shí)質(zhì)：擴(kuò)大使用范圍但不改變量程、提高測(cè)量精度。（即把量程的起點(diǎn)由零→遷移到某一數(shù)值）

正遷移、負(fù)遷移、無(wú)遷移零點(diǎn)調(diào)整的目的：同樣是使變送器的得輸出信號(hào)下限值與測(cè)量值的下限值相對(duì)應(yīng)。

實(shí)質(zhì)：將起始值調(diào)整為零。具體的計(jì)算參見(jiàn)例4-2P1353.1.2防爆安全柵

P138在易燃、燃爆的場(chǎng)合所安裝的一切儀表裝置等應(yīng)該具有安全火花防爆性能。安全火花：是指火花的能量不足以對(duì)其周圍可燃介質(zhì)構(gòu)成點(diǎn)火源。安全火花型防爆儀表：儀表所產(chǎn)生的火花均為安全火花。危險(xiǎn)場(chǎng)所的分類

（P139）1.形成爆炸性氣體混合物的場(chǎng)所2.形成爆炸性混合物的場(chǎng)所0級(jí)區(qū)域（0區(qū)）1級(jí)區(qū)域（1區(qū)）2級(jí)區(qū)域（2區(qū)）10級(jí)區(qū)域（10區(qū)）11級(jí)區(qū)域（11區(qū)）

爆炸物

（P139）1.分類2.爆炸性氣體的分級(jí)與分組見(jiàn)表4-1P140Ⅰ類物質(zhì)：礦井甲烷Ⅱ類物質(zhì)：爆炸性氣體、可燃蒸汽Ⅲ類物質(zhì)：爆炸性粉塵、易燃纖維3.爆炸性粉塵的分級(jí)與分組見(jiàn)表4-2P140防爆儀表1.隔爆型儀表：標(biāo)志“d”，儀表電路和接線端子放在隔爆殼體內(nèi)。2.本質(zhì)安全型儀表：標(biāo)志“i”，儀表及設(shè)備產(chǎn)生的火花能量不會(huì)引起爆炸。采用低的工作電壓（＜24VDC）和電流（＜

20mA）；故障電壓＜35VDC、電流＜

35mA。防爆儀表銘牌：必須標(biāo)明合格證、防爆類型、等級(jí)等內(nèi)容。如：ExdiaⅡCT6(P142)防爆安全柵的作用：阻隔非本質(zhì)安全電路中過(guò)大的能量傳入本質(zhì)安全電路中。防爆安全柵電路本質(zhì)安全電路非本質(zhì)安全電路防爆安全柵種類1.齊納式安全柵（電路）：限流、限壓；斷路保護(hù)見(jiàn)圖4-21P1422.變壓器隔離式安全柵：限流、限壓。隔離器件采用變壓器圖4-20本質(zhì)安全防爆系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖P1413.1.3溫度變送器

P142溫度變送器：把被測(cè)量溫度線性地轉(zhuǎn)換為：0~10mA或4~20mADC電流信號(hào).

溫度變送器圖4-23P1431.直流毫伏變送器2.電阻體溫度變送器3.熱電偶溫度變送器

溫度變送器的負(fù)反饋形式1.線性反饋（線性電阻網(wǎng)絡(luò)）Vi~Io成線性關(guān)系2.非線性反饋T~Vo成線性關(guān)系T~Io成線性關(guān)系

熱電偶溫度變送器組成1.熱電偶輸入回路2.放大回路（負(fù)反饋）熱電偶溫度變送器原理圖4-27P1463.1.4標(biāo)準(zhǔn)儀表的信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)以及與電源的連接方式P146①標(biāo)準(zhǔn)儀表的信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)②模擬儀表與電源的連接1.氣壓信號(hào)：20~100kPa2.電信號(hào)1.電流：1~5mA；4~20mA

電壓：0~5V；±10VDC等電動(dòng)變送器：輸出信號(hào)與電源的連接方式為兩線制。圖4-28P1462.模擬儀表：4~20mADC兩線制變送器P1461.電流條件2.電壓條件3.功率條件3.2.調(diào)節(jié)器

P147調(diào)節(jié)器作用：對(duì)參數(shù)的測(cè)量值和參數(shù)的給定值進(jìn)行比較，得出偏差后，再根據(jù)一定的調(diào)節(jié)規(guī)律產(chǎn)生輸出信號(hào)，從而推動(dòng)執(zhí)行器工作。

調(diào)節(jié)器（也稱為控制器）1.正作用調(diào)節(jié)器：被調(diào)參數(shù)的測(cè)量值↑→調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)↑2.反作用調(diào)節(jié)器：被調(diào)參數(shù)的測(cè)量值↑→調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)↓調(diào)節(jié)器的分類1.直接作用調(diào)節(jié)器：調(diào)節(jié)器不需要外加能源，如自力式調(diào)節(jié)器。2.間接作用調(diào)節(jié)器：調(diào)節(jié)器需要外加能源。1.電動(dòng)調(diào)節(jié)器2.氣動(dòng)調(diào)節(jié)器3.液動(dòng)調(diào)節(jié)器3.2.1調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)規(guī)律的實(shí)現(xiàn)方法PID調(diào)節(jié)器1.積分時(shí)間Ti→∞,→PD調(diào)節(jié)器2.微分時(shí)間TD=0,→PI調(diào)節(jié)器3.積分時(shí)間Ti→∞和微分時(shí)間TD=0,→P調(diào)節(jié)器構(gòu)成各種調(diào)節(jié)規(guī)律的方框圖：見(jiàn)圖4-29P147調(diào)節(jié)器傳遞函數(shù)W(S):K→∞利用反饋回路特性實(shí)現(xiàn)各種調(diào)節(jié)規(guī)律PID調(diào)節(jié)器實(shí)際上是一個(gè)運(yùn)算裝置運(yùn)算功能的組成2.運(yùn)算放大器:見(jiàn)表4-4P149

1.阻容（RC）電路：見(jiàn)表4-3P148基本的PID電路見(jiàn)圖4-30P149PID調(diào)節(jié)器的組成：輸入電路、PID運(yùn)算電路和輸出電路。3.2.2PID調(diào)節(jié)器的硬件結(jié)構(gòu)PID調(diào)節(jié)器的組成見(jiàn)圖4-31P1501.輸入電路：偏差檢測(cè)、內(nèi)給定穩(wěn)壓電源、內(nèi)外給定切換開(kāi)關(guān)、正反作用開(kāi)關(guān)、濾波等電路。見(jiàn)圖4-32P1502.PID運(yùn)算電路：對(duì)偏差進(jìn)行運(yùn)算3.輸出電路：提供調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)6.指示電路：如偏差指示、輸入指示、輸出指示4.手動(dòng)操作電路：把人工控制的“手動(dòng)電流”輸出到執(zhí)行器5.輸出限幅電路：把輸出的信號(hào)限制在一定的范圍輸入電路見(jiàn)圖4-32P150

電動(dòng)調(diào)節(jié)器（DDZ-Ⅲ型）1.基型調(diào)節(jié)器2.特殊調(diào)節(jié)器1.全刻度指示調(diào)節(jié)器

原理圖、線路圖見(jiàn)圖4-33~34

P152~1532.偏差指示調(diào)節(jié)器全刻度指示調(diào)節(jié)器工作狀態(tài)1.自動(dòng)操作2.軟手動(dòng)操作：手動(dòng)操作動(dòng)作停止→輸出變化就停止。3.硬手動(dòng)操作：手動(dòng)操作桿位置→輸出變化的大?。▽?duì)應(yīng)關(guān)系）DDZ—Ⅲ型調(diào)節(jié)器

全刻度指示調(diào)節(jié)器原理圖調(diào)節(jié)微分時(shí)間調(diào)節(jié)比例度（PB）調(diào)節(jié)積分時(shí)間基型調(diào)節(jié)器組成部分的工作原理：P152①輸入回路：比較輸入信號(hào)Vi與給定信號(hào)Vs→得出偏差信號(hào)→電平移位→以參考電位Vb作為基準(zhǔn)信號(hào)。見(jiàn)圖4-35P154(輸入信號(hào)Vi與給定信號(hào)Vs)~V01的關(guān)系（Vi-Vs)=e輸出信號(hào)輸入信號(hào)V01②運(yùn)算回路：1.PD回路功能：輸出信號(hào)V02與輸入信號(hào)V01大小、變化速度和極性有關(guān)

見(jiàn)圖4-36

P1552.PI回路功能：偏差存在則輸出信號(hào)就會(huì)不斷變化，直至消除偏差。輸出信號(hào)V03與輸入信號(hào)V02的關(guān)系

見(jiàn)圖4-39

P156輸入信號(hào)V01輸出信號(hào)V02輸入信號(hào)V02輸出信號(hào)V03（1~5V）調(diào)節(jié)微分時(shí)間調(diào)節(jié)比例度（PB）積分時(shí)間檔位調(diào)節(jié)積分時(shí)間③

輸出回路功能：把運(yùn)算回路的輸出電壓信號(hào)V03（1~5VDC）→轉(zhuǎn)換成為調(diào)節(jié)器的輸出電流信號(hào)Io（4~20mADC）見(jiàn)圖4-42P158輸入信號(hào)V03（1~5V）輸出信號(hào)Io（4~20mA）④手動(dòng)操作回路：通過(guò)“手動(dòng)-自動(dòng)”開(kāi)關(guān)切換見(jiàn)圖4-43P159輸出信號(hào)V03（1~5V）輸入信號(hào)V02手動(dòng)1-----軟手動(dòng)操作手動(dòng)2-----硬手動(dòng)操作硬手動(dòng)時(shí)：調(diào)節(jié)位置~輸出的關(guān)系調(diào)節(jié)積分時(shí)間軟手動(dòng)時(shí)：改變調(diào)節(jié)器輸出變化速度⑤指示回路：如利用電流表、電壓表等作為信號(hào)指示表見(jiàn)圖4-44P159⑥儀表面板布置

見(jiàn)圖4-46~47

P160~161正面?zhèn)让孑斎胄盘?hào)Vi（1~5V）輸出信號(hào)Io（1~5mA）取3V時(shí)：指示表應(yīng)指示50%3.3.執(zhí)行器actuator

P161執(zhí)行器：是自動(dòng)控制系統(tǒng)的終端部件。它的作用是接受調(diào)節(jié)器送來(lái)的信號(hào)，自動(dòng)改變操縱量（動(dòng)作），對(duì)被調(diào)參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。執(zhí)行器1.氣動(dòng)執(zhí)行器Pneumaticactuator2.電動(dòng)執(zhí)行器Electric

actuator3.液動(dòng)執(zhí)行器Hydraulic

act