仪表自动化基础知识(二)课件.ppt

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1、1,仪表自动化基础知识编写：黄文新2005年6月,仪表自动化基础知识,2,仪表自动化基础知识,目录4 显示仪表4.1 模拟显示仪表4.2 数字显示仪表4.3 无纸记录仪5 调节器5.1 DDZ型电动单元组合仪表5.2 数字单回路调节器,3,仪表自动化基础知识,4 显示仪表 显示仪表直接接收检测组件、传感器、变送器送来的信号，经过测量线路和显示装置，对被测变量予以指示或记录，或用字、字符、数、图像显示。 显示仪表接显示方式分为模拟显示、数字显示和屏幕显示三大类。,4,仪表自动化基础知识,4 显示仪表4.1 模拟显示仪表 模拟式显示仪表是以指针或记录笔的偏转角或位移量显示被测变量连续变化的仪表。

2、根据测量线路，模拟式显示仪表分为直接变换式和平衡式两种。常用的有：动圈式指示仪表、电子电位差计和电子平衡,5,仪表自动化基础知识,4 显示仪表4.1 模拟显示仪表 4.1 .1 自动平衡式显示仪表 自动平衡式显示仪表是一种用途广泛的自动显示记录仪表，它配用热电偶、热电阻或其他能转换成直流电压、电流或电阻的传感器、变送器，就可以连续指示和记录工业过程中的温度、压力、流量、物位及成分等各种参数。 平衡电桥原理：,6,仪表自动化基础知识,4 显示仪表4.1 模拟显示仪表 4.1 .1 自动平衡式显示仪表 仪表以自动平衡的原理工作，被测信号输入比较电路，其差值信号经晶体管放大后，驱动可逆电机，以达到自

3、动平衡的目的。该平衡机构与指示机构相连，故同时在标尺和记录纸上指示或记录被测参数的数值。,7,仪表自动化基础知识,4 显示仪表4.2 数字显示仪表 数字式显示仪表直接以数字形式显示被测变量，其测量速度快，抗干扰性能好，精度高，读数直观，工作可靠，且有自动报警、自动打印和自动检测等功能，更适用于控制室集中监视和控制。现普遍应用于各行业。 常用的有：数字式电压表、温度表、流量表、压力表和转速表等。,检测单元,变送器,被测变量,前置放大器,A/D,非线性补偿,标度变换,数字显示,报警系统,数码输出,记录打印,8,仪表自动化基础知识,4 显示仪表4.3 无纸记录仪 屏幕显示是直接把工艺参数用文字、符号

4、、数字和图像配合的形式在荧光屏上直接显示出来，它具有模拟式和数字显示仪表两种功能，并且具有计算机大存储量的记忆能力与快速功能，也是现代计算机不可缺少的终端设备，常与计算机联用，作为现代计算机综合集中控制必不可少的显示装置，近年来发展较快。 目前图像显示主要分两类，即计算机控制系统中的CRT彩色图像显示和无纸记录的液晶（LCD）显示。,9,仪表自动化基础知识,4 显示仪表4.3 无纸记录仪 无纸记录仪是简易的图像显示仪表，属于智能仪表范畴。它以CPU为核心，内有大容量存储器RAM，可以存储多个过程变量的大量历史数据。它能够直接在屏幕上同时显示出多个过程变量的百分值、工程单位当前值、变量历史变化趋

5、势曲线、过程变量报警状态、流量积算值等。便于进行生产过程运行过程的监视和故障原因分析等。 无纸记录仪无纸、无笔，避免了纸和笔的消耗和维护，内部无机械传动部件，大大减轻了仪表人员的工作量。,10,仪表自动化基础知识,4 显示仪表4.3 无纸记录仪EKR系列彩色无纸记录仪 EKR2000 5.7“ STN 彩色液晶屏 6通道万能信号输入，画面信息丰富，设置菜单全中文显示;片保证了最高采样速度0.2秒，处理能力强，实时性好，功能齐备（PID调节，累积，温压补偿），数据存储介质为8/16M高速FLASH电子盘和CF卡，避免了采用标准软盘记录数据的不稳定性; 可组态报警输出;仪表具有配电输出功能，可以支

6、持以太网和485通讯，可连接微型打印机;供电电源宽：85 265 V AC,11,仪表自动化基础知识,4 显示仪表4.3 无纸记录仪LF57C彩色液晶显示记录仪LF57C彩色液晶显示记录仪是国内率先推出的全智能、数字化最新一代彩色液晶显示无笔无纸记录仪。5.7英寸 彩色液晶屏 ，8通道万能信号输入，画面信息丰富，设置菜单全中文显示； 电路设计先进，避免死机；实时性好，功能齐备（可进行开方运算，累积，温压补偿），数据存储介质为4M高速FLASH，无须电池保护；可组态报警输出;仪表具有配电输出功能，可以支持以太网和485通讯，可连接微型打印机;供电电源宽：85 265 V AC或24VDC。,12

7、,仪表自动化基础知识,5 调节器5.1 DDZ型电动单元组合仪表5.2 数字单回路调节器,13,仪表自动化基础知识,5 调节器型气动记录调节仪 QXJ型气动记录仪和记录调节仪（以下简称记录仪），它与变送单元配套使用，可以用来测量指示、记录各种工业过程的热工参数，如压力、温度、流量、液位等；如果需要，可与带背包式调节单元配套，对这些参数进行自动调节 。在仪表正面可进行比例、积分、微分参数整定；采用粘结式管路板，可进行手动、自动无扰动切换。,14,仪表自动化基础知识,5 调节器5.1 DDZ型电动单元组合仪表,15,仪表自动化基础知识,5 调节器5.1 DDZ型电动单元组合仪表 DDZ型电动单元组

8、合仪表（简称电型仪表）广泛应用于石油、化工、电站、轻工、纺织、冶金、机械、动力等工业的控制系统中，它是实现生产过程自动化，提高产品质量，增加效益和节约能源等的不可缺少的主要生产工具。 电型仪表由变送、调节、给定、显示、转换、计算、执行、辅助等八类仪表单元组成。用户根据生产过程的情况、条件和要求，用这些单元进行系统设计，构成从简单到复杂的各种检测和自动控制系统。,16,仪表自动化基础知识,5 调节器5.1 DDZ型电动单元组合仪表变送单元：压力、差压、流量、液位、温度变送器；给定单元：比例设定器、报警设定器；调节单元：各类调节器；显示单元：指示仪、记录仪、智能流量累积仪；转换单元：电气、气电转换

9、器，电气阀门定位器；计算单元：加减器、乘除器、开方器、积算器；辅助单元：安全保持器、分电盘、电源箱、操作器、隔离器、 升压反相器、信号选择器、信号限制器。,17,仪表自动化基础知识,5 调节器电型系统仪表的主要特点： 采用国际标准信号 电型，按照国际电工委员会（IEC）的规定，远传信号采用420mA DC，控制室内联络信号采用15V DC和420mA DC作为辅助信号，便于构成大型复杂控制系统又可与进口仪表兼容。是扩展性非常广泛的设备。 本质安全防爆结构 电型，装备有齐纳式安全栅和隔离式安全栅（Safety-barrier)。作为仪表系统的本质安全防爆结构，任何情况下都能防止起爆能量泄露到危险

10、场所。因此现场仪表除有一般型，隔爆型外还有本质安全防爆型。其防爆等级是iaCT6。,18,仪表自动化基础知识,5 调节器电型系统仪表的主要特点： 自动手动双向自平衡无扰动切换 电型主要品种指示调节仪，将PID运算、测量、给定值指示、手操控制和手动/自动切换等功能结合同一表内，操作简单、安全可靠并有自动/手动双向自平衡无扰动切换。指示直观醒目。指示刻度长为100mm双色指针直观醒目。更有光柱指示品种，提高了显示精度和抗震性能。 电子线路以线性集成电路运算放大器构成，与分立元件相比，可靠性上了新台阶。采用24V DC 集中供电，并有备用电源自动切换，构成无停电系统。,19,仪表自动化基础知识,5

11、调节器5.1 DDZ型电动单元组合仪表 电型系统仪表的主要特点： 采用二线制信号传送 为提高系统抗干扰能力减少安装维修费，现场仪表一般均采用二线制传输。但为了照顾传统使用习惯，简化系统配置还提供含防爆栅功能并有输入、输出隔离的四线制温度变送器。 指示仪记录仪工程量指示刻度可现场更换电型指示，记录仪表可按要求装配相应范围的温度、压力、流量、液位工程量刻度并在现场可方便地调换。,20,仪表自动化基础知识,5 调节器5.1 DDZ型电动单元组合仪表 DDZ型仪表信号传输示意图,24V,RL(250),420mA,15V,420mA,调节阀,变送器,调节器,记录仪,输出安全栅,输入安全栅,现场,控制室

12、,21,仪表自动化基础知识,5 调节器5.1 DDZ型电动单元组合仪表5.1.1调节单元 接收变送器或转换器的测量信号作为输入信号并以全刻度值进行显示，将输入信号与给定信号进行比较，对其偏差进行比例、积分、微分运算之后输出420mADC信号至操作端，通过执行机构控制压力、温度流量、液位等工业参数，使其满足工艺的要求。,22,仪表自动化基础知识,5 调节器5.1 DDZ型电动单元组合仪表5.1.1调节单元,23,仪表自动化基础知识,5 调节器5.1 DDZ型电动单元组合仪表5.1.1调节单元,24,仪表自动化基础知识,5 调节器5.1.1调节单元 组成：电型调节器控制单元和指示单元两部分组成。控

13、制单元由输入电路、比例微分电路、比例积分电路、输出电路（VI转换电路）、软手动和硬手动电路。指示单元包括输入指示电路和给定信号指示电路。 过程：电型调节器的输入信号为15VDC的测量信号。给定信号有内给定和外给定两种，内给定信号为15VDC，外给定信号为4 20mADC，通过250精密电阻转换成15VDC。 测量信号与给定信号通过输入电路进行减法运算，输出偏差值到比例微分电路进行比例微分运算，再经过比例积分电路进行比例积分运算后，由输出电路转换成4 20mADC输出。,25,仪表自动化基础知识,5 调节器5.1.1调节单元 调节器的工作有四种工作状态：自动、保持、软手动、硬手动。 自动和手动状

14、态由切换开关选择，保持、软手动和硬手动由扳键选择。 自动或软手动硬手动的切换，必须预先平衡（对中）才能达到无扰动切换，其他的切换都能实现无扰动切换。 调节器设有正、反作用开关，以满足自动调节系统的要求。,26,仪表自动化基础知识,5 调节器5.1.1调节单元 输入电路：采用了偏差差动电平移动电路，将以0V为基准的15VDC输入信号Vi与给定信号Vs进行比较得到成偏差，并将偏差放大2倍，输出以10V电平为基准的电压信号V01。,IC1,Vi,Vs,VB10V,VCM1,VCM2,V01,R1,R2,R3,R4,R5,R6,R7,R8,27,仪表自动化基础知识,5 调节器5.1 DDZ型电动单元组

15、合仪表5.1.1调节单元 调节器的正、反作用 当被控变量（即变送器送来的信号）增加后，调节器的输出也增加，称为“正作用”方向；如果输出随着被控变量的增加而减小，则称为“反作用”方向。 同一调节器，其被控变量与给定值的变化，其输出的作用方向是相反的。,28,仪表自动化基础知识,5 调节器5.1 DDZ型电动单元组合仪表5.1.1调节单元比例度：表示比例调节作用的强弱程度，用表示。 输入变化量输出变化量 100积分时间：在阶跃输入偏差作用下，取积分作用输出等于比例作用的输出的一段时间。用Ti表示。微分时间：在阶跃输入偏差作用下，取微分作用输出等于比例作用的输出的一段时间。用Td表示。,29,仪表自

16、动化基础知识,5 5 调节器5.1 DDZ型电动单元组合仪表5.1.2变送单元 DDZ-型差压变送器由四个部分组成,即:测量部分,杠杆系统,位移检测放大器,电磁反馈装置,其构成方框图如下:符号说明： Pi被测差压;Fi输入力;Io输出电流;Ff电磁反馈力,30,仪表自动化基础知识,5 调节器5.1 DDZ型电动单元组合仪表5.1.2变送单元 电容式差压、压力变送器是工业自动化控制系统的差压、压力、流量和液位检测变送单元，将其转换为420mADC信号输出。用于测量差压、压力、流量(配用节流装置)、液位、密度、粘度等工业参数，与其他仪表组成自动记录、调节和执行等工业自动化控制系统。,31,仪表自动

17、化基础知识,5 调节器5.1 DDZ型电动单元组合仪表5.1.2变送单元,32,仪表自动化基础知识,5 调节器5.1 DDZ型电动单元组合仪表5.1.2变送单元 图中:1-减压阀, 2-压力表, 3-气动定值器, 4-标准压力表,5-低压阀, 6-高压阀, 7-平衡阀,8-差压变送器,9-0.2级直流毫安表, 10-电阻箱(350), 11-24vDC电源箱。,DDZ-型差压变送器的校验线路及设备图,33,仪表自动化基础知识,5 调节器5.1 DDZ型电动单元组合仪表5.1.3 安全栅 安全火花：是指该火花的能量不足以引燃周围可燃性质。 安全火花型防爆仪表：是指在正常状态和事故状态下产生的火花

18、均为安全火花的仪表。 安全火花型防爆系统：包括两方面的含义：一是在危险场所使用安全火花型仪表；二是在控制室仪表和危险场所仪表之间设置了安全栅。,34,仪表自动化基础知识,5 调节器5.1.3 安全栅 在自动检测与自动控制系统中，安全栅处于现场仪表与控制室仪表之间，与变送器配合使用的叫输入式安全栅，它的作用是为变送器供电并把来自变送器的420mA转换成与之隔离的420mA电流输出；与执行器配合使用的叫输出式安全栅，它的作用是将来自调节器的420mA信号转换成与之隔离的420mA电流输出。,35,仪表自动化基础知识,5 调节器5.1.3 安全栅 安全栅分为隔离式安全栅和齐纳式安全栅两大类。 隔离式

19、安全栅使用了隔绝（连接危险场所的电气线路与电源侧电路、仪表侧线路用变压器进行电气隔离。）和限能（使用双重电压、电流限制电路。）措施，使其具有安全火花型防爆性能。保证即使在变压器副边由于电磁感应而出现市压，或者输出端短路时，进入危险场所的电压、电流也被限制在额定值（30VDC、30mADC）以下，从而保证了危险场所的安全。 为现场变送器提供隔离的配电电源并将回路中的420mA(DC)电流信号转换成与之呈线性关系的直流标准信号，实现配电/输出/电源三者之间的隔离；同时限制危险能量从控制室串入现场。,36,仪表自动化基础知识,5 调节器5.1.3 安全栅 热电偶隔离式安全栅：将现场热电偶、亳伏信号转

20、换成420mA(DC)电流信号隔离传送到安全区。该产品需要独立电源，电源、输入、输出三隔离。,37,仪表自动化基础知识,5.1.3 安全栅 齐纳安全栓的基本电路如图1所示，由快速熔断器F、限压电路（齐纳二机管或电子组件）和限流电路（电阻器或电子组件）三部份组成。正常工作时限压电路的伐值电压高于工作电压，故限压电路不起作用，其漏电流很小不影响检测和控制仪表的功能；同时由于限流电路处于低阻对信号传送影响很小，因此系统的工作在安全栓串入且阻抗匹配的情况下不会受到影响。故障状态时例如本安端出现短路工作电流超过额定值，限流电路表现为高阻使最大短路电流仍远低于最小点燃电流值；本安端故障被排除后，限流电路又

21、能自动恢复其正常低阻状态。当非本安出现异常电压混触时，限压电路将快速熔断器协同作用，首先由限压电路起过压保护作用，机之是快速熔断器动作迅速切断通向危险场所的电路，而且限压和限流组件均采用双重化结构可确保一次仪表的本质安全。,38,仪表自动化基础知识,5 调节器5.1.3 安全栅 隔离安全栅与齐纳安全栅的选用： 一般来讲，齐纳安全栅选型容易，不易损坏，对原系统结构要求改动的地方比较少，优点比较明显。齐纳安全栅的防爆原理是用齐纳二级管控制输出电压，用电阻限制输出电流，电路相对简单。在正常工作时,齐纳安全栅相当于两个电阻串入电路，因此对系统结构无须作改动。另外，齐纳安全栅由于无信号的转变，对原信号精

22、度也没有影响。 隔离式安全栅是以高频作为基波，将信号进行调制解调，信号有了变动，精度会受到安全栅电路的影响。隔离安全栅由于具有高频震荡电路，将产生出射频干扰，对系统不利，而且隔离安全栅也比较容易损坏。但隔离安全栅不需要本安接地，这是它比齐纳安全栅优越的地方。 价格方面，齐纳安全栅要比隔离的便宜很多，这在需要使用很多安全栅的场合，齐纳安全栅的价格优势明显体现了出来。,39,仪表自动化基础知识,5 调节器5.2 数字单回路调节器YS100电子式单回路控制系统 YS100系列，在面板上使用全点液晶显示方式，可以清楚的显示出丰富的信息，并能在面板上完成所有的操作。画面分为操作级、调整级、工程技术级三大

23、类。在操作级画面中，除通常的回路画面外，还可用单按式功能一并将趋势画面、正在发生的或者过去发生过尚未确认的报警显示报警画面上。在调整级画面中，当设定参数时，先将各项目一块显示出来，再边观察数据之间的相互关系，边进行设定。,40,仪表自动化基础知识,5 调节器5.2 数字单回路调节器 DPC-101单回路调节仪,41,仪表自动化基础知识,5 调节器例题及答文：(5-1)为什么现场与控制室之间采用420mA电流信号，而控 制室内部采用1-5V电压信号? 答文: 420mA电流信号适宜在现场和控制室之间远距离传输，可以避免传输导线上压降损失引起的误差。 15V电压信号适宜于控制室内部短距离联络，仪表之间可以并联连接，便于设计安装和维修。(5-2)填写与下列名词相匹配的定义。给定值SP（ ），测量值PV（ ）。 A.由调节器送至最终控制元件的信号 B.测量值的期望值 C.表示过程实测信号答文:B 、C,42,仪表自动化基础知识,参考资料：化工仪表维修工职业技能鉴定培训用书仪表工试题集石油化工设备维护检修规程第七册,