控制系统的安装

8.4.1 第8章 控制应用 控制系统的安装章节8.4 蒸汽和冷凝水系统手册 8.4 控制系统的安装 623 8.4.2 第8章 控制应用 控制系统的安装章节8.4 蒸汽和冷凝水系统手册 短的轴端连接 自作用感应器 感应器要完全浸没在 流动的液体中 图8.4.1 感应器完全浸没在液体中的正确的安装 控制系统的安装 控制系统的使用寿命和精度不仅仅受到系统部件的影响，同时也受安装的影响。 温度感应器 感应器的位置 感应器的位置很重要，它只能放置在能够测量到具有代表性的压力、温度或液位的地方。 同样还需要考虑感应器的长度。如果感应器太大或太长，那么它所安装的管道必须余留足够的空间。 自作用控制系统中的感应器有各种形状和尺寸。通常来说，电动和气动控制系统的感应器要比自作用 控制的感应器来的小。 另一个要求是将感应器安装在不容易受损的地方，如果有必要的话安装在保护套内。 保护套的长度必须足以保证整个感应器能浸没在液体中。如图8.4.1中，如果转角的轴端连接太长，感 应器可能就不能正确地浸没在液体中。 感应器保护 如果感应器安装在水箱中，最好放置在靠近某个角落，因为此处的墙的硬度最大，不太容易变形。 对某些流体，必须防止感应器受腐蚀或溶解。保护套有各种各样的材质，包括： 不锈钢。 低碳钢。 铜和黄铜，适用于工况不太苛刻的应用。 耐热玻璃，对于酸和碱之类的腐蚀性介质提供很好的保护，但比较易碎。 自作用控制的毛细管通常会有一层PVC的保护膜，可以使用在具有腐蚀性的环境中。 在有些应用中，感应器需要安装在水箱的侧壁，如果安装了保护套可以允许在不用将水排放完就可以 抽出感应器。 保护套会增加控制对介质温度改变的响应的时间滞后，必须将这种滞后减小到最小。在感应器同保护 套内壁之间会有空气，而空气是热的不良导体。为了克服这种情况，可以在这个空间中注满热导体。 控制器 控制器： 应该安装在便于操作者进行调试和读数的地方。 应该安装在不容易被经过的人员或车辆刮到的安全的地方。 必须考虑外壳的封装等级、危险气体和或液体等环境条件，以符合要求。 必须符合相关的射频干扰的标准。 624 8.4.3 第8章 控制应用 控制系统的安装章节8.4 蒸汽和冷凝水系统手册 阀门和执行器 执行器的首选位置取决于所采用的控制系统。对自作用控制阀来说，通常会将执行器安装在阀门的下 方。相反，对于电动或气动执行器，通常会安装在阀门的上方比较好，否则热的或具有腐蚀性的制程流体 的任何泄漏都会流到执行器上。 通常不建议水平安装执行器，因为在一段时间以后： 会导致不均匀的阀杆磨损。 阀芯同阀座之间不能很好地密封。 电动执行器的材质构成必须符合环境的要求，符合防潮、危险性气体和液体的外壳安装等级。 阀门和执行器会比相同长度的管道重，需要足够的支撑。 很重要的一点，在安装前后，需要检查阀门是否按照流体方向正确安装。 在阀门和执行器的周围必须预留足够的空间以方便维护，或者将执行器从阀体上拆下。 射频干扰 (RFI) 射频干扰是一种电子噪声，会引起控制信号的中断，影响电子控制器的运行。 有两种主要形式的RFI： 连续的； 冲击 (瞬时现象)。 无线电发射器、计算机、电感加热器和其它设备会发射连续的高频无线电干扰。 冲击干扰由电弧产生的，产生在开关触点开启时，尤其是那些用于感应组件开关，例如电机或变压 器。 控制工程师通常最关心的是冲击干扰。这些脉冲通常强度高、持续时间短，可以扰乱真实的电子控制 信号。 RFI的发送 无线电干扰会通过两种模式传送： 传导； 辐射。 传导干扰是通过主要供电线路向控制器传送。在控制器附近的供电回路中安装干扰抑制器可以减小其 影响，越靠近控制器越好。 辐射干扰由于很难抵消，是一个很大的问题。这种形式的干扰就像广播的发射，被一些信号线自然形 成的“天线”接收到，然后在控制器内再传送至更敏感的区域。 控制器的电子元件也可以直接接收传送的干扰，尤其当干扰源在200mm以内时。 RFI的影响 控制器对于不同形式的干扰的反应方式不同。 模拟控制器通常对连续干扰而不是瞬时干扰产生反应，当干扰中止时通常会恢复。连续干扰的症状不 能简单进行识别，因为它们通常会影响到测量的准确性。通常很难识别干扰的影响和设备的正常运行。 瞬时干扰更容易影响继电器输出，因为它的发生要比模拟电路的反应快得多。 控制器的微处理器更容易遭受瞬时脉冲干扰的影响，但是具有很强的抗连续干扰的能力。 干扰发生的第一迹象是显示被锁定、混乱或者除了正常的显示以外含有无意义的符号。 比较难感觉到的几项包括：不正确的测量、执行器位置错误，在系统失控之前一般很难感觉到。 限制RFI的实际安装 控制信号线的正确选择和安装对减小RFI的影响至关重要。双绞线对干扰的敏感要比平行导线来的小 （见图8.4.2）。接地屏蔽导线对干扰的敏感要比双绞线来得更小，但不能总是依靠接地屏蔽导线，尤其在 强电流线缆附近。 625 8.4.4 第8章 控制应用 控制系统的安装章节8.4 蒸汽和冷凝水系统手册 信号线 (未加保护) 图8.4.2 未加保护的信号线 屏蔽导线(见图8.4.3) 应该在一端接地，见图8.4.3（“A”或“B”）；如果两端都接地会导致损坏。 信号线 屏蔽 接地 A - 一种屏蔽和接地的连线方法 屏蔽 接地 双绞信号线 其它电源线 仪表电源线 信号线 导管 图8.4.3 屏蔽导线的正确接地 将信号线与电源线隔离开（见图8.4.4）可以减小对信号的干扰。BS6739:1986推荐：同仪表电源线的 隔离至少要200mm，同其它设备电源线的隔离至少要250mm。 接地 B - 双绞线、屏蔽、一端接地 C - 没有保护的信号线和其它电 源线放在同一根导管内 626 8.4.5 第8章 控制应用 控制系统的安装章节8.4 蒸汽和冷凝水系统手册 图8.4.4 导线的隔离 实践发现，信号线如果有自己的接地屏蔽保护的话可以在电源线旁边，如图8.4.5所示。 其它电源线 仪表电源线 信号线 最 小 200 mm 仪表电源线 信号线 导管 屏蔽、一端接地 的 双绞线 图8.4.5 线管中的信号线和电源线 最 小 250 mm 冲击干扰是由电弧产生的，可以在接触开关之间安装合适的抑制器来加以减小。 将控制器安装在诸如接触断路器或主继电器等干扰源250mm以外，可以减小直接通过辐射传送的干 扰。 导线的隔离 下面的信息摘自适用于制程控制系统仪表的英国标准：安装设计和实践BS6769:1986： 第10.7.4.2.2 同电源线的隔离 仪表接线必须布置在地面以上或地面以下，同电源线相隔离（通常使用的线缆是10A的等级高于 50Vac）。 避免使用平行导线。但是，当不可避免使用平行导线时，需要有充分的物理隔离。 同10A以上的交流电源线之间的距离推荐至少要250mm。对于等级更高的电线，需要按等级增加距 离。 在有些地方信号线同电源线必须要相交时，需要按照正确的角度相交，至少要有250mm的隔离空 间。 第 10.7.4.2.3 仪表接线之间的隔离 1. 第1类和第2类之间的距离是200mm。 2. 第2类和第3类之间的距离是300mm。 3. 第1类和第3类之间的距离是300mm。 连接导线的分类： 1.交流电源线 - 导线通常高于50Vac，10A等级。 2.类别1.高于50V的设备电源和控制线 - 这类导线包括小于10A的交流和直流电源线和控制信号。 3.类别2.高等级信号线 (5V-50Vdc) - 这类导线包括数字信号、报警信号、切断信号和高级模拟信号 627 8.4.6 第8章 控制应用 控制系统的安装章节8.4 蒸汽和冷凝水系统手册 4.类别3.低等级的信号线 (低于5Vdc) - 这类导线包括温度信号和低等级的模拟信号。热电偶的接线 属于这一类别。 尽管通常不太现实，但是需要尽量按照推荐的隔离要求来做。 电气保护的标准 电子设备例如电子控制器必须适合于所使用的环境。在炼油厂、海上工作平台、医院、化工厂、采矿 厂、制药厂和其他工厂中可能会有危险环境存在。防护等级取决于潜在的危险等级，例如可能存在火花或 高温热表面引燃可燃性气体和蒸汽的危险。 同样重要的是用来防潮、防尘、防水和剧烈的温度改变的安全保护设备。 已经存在一些标准和程序来减小设备引发错误的可能性，包括在附近设备的点火或引爆。 对于特定的环境已经制定了基本的防护标准。 IP 防护等级 第一个数字 (见表8.4.1) 指的是所提供的防止外部物体进入的保护，例如杠杆、螺丝刀或者是人的 第一个数字 保护管线 描述 定义 0 没有保护 没有特定的保护 保护免受直径大于 人体的大面积总分，如手，但不保护有意的进入 1 50mm以上固体侵入 2 保护免受直径大于 手指，或长度不超过80mm相类似的东西 12mm以上固体侵入 3 保护免受直径大于 直径大于2.5mm的工具、导线等 2.5mm以上固体侵入 4 保护免受直径大于 直径大于1.0mm的工具、导线等 1.0mm以上固体侵入 灰尘进入不保护，但不会进入很多灰尘影响 5 灰尘保护 设备的正常工作 6 完全隔离灰尘 没有灰尘进入 表8.4.1第1个数字所表示的保护等级 IP，或者在外壳上注明的国际防护等级，表示的是外壳所能够提供的防护等级水平，使用两个数字表 示，如表8.4.1和8.4.2所示。 手。整个范围有7个数字，从0开始，指没有任何保护；6指防止灰尘或极小的颗粒进入的细微保护。 第二个数字（见表8.4.2）是指防水等级。等级0表示没有防水保护。最高的等级8是指给持续浸没水中 的设备提供良好的保护。 628 8.4.7 第8章 控制应用 控制系统的安装章节8.4 蒸汽和冷凝水系统手册 例 8.4.1 具有IP34的外壳的防护等级的电子设备可以定义如下： 表 8.4.2 第二个数字所表示的保护等级 第二个数字 保护等级 描述 定义 0 没有保护 没有特定的定义 1 保护滴水 滴水不会造成损坏 2 最大倾斜15，保护滴水 来自正常位置到倾斜15的滴水不会造成损坏 3 保护喷溅 来自垂直到60的水的喷溅不会造成损坏 4 保护泼洒 来自任何方向的水的泼洒不会造成损坏 5 保护喷射 从喷嘴喷射的水不会造成损坏 6 保护大水 当水被强有力的喷射器大量喷到外壳时， 进入外壳的水量不会造成损坏 7 保护浸入 在规定的压力和时间内，将外壳浸入水中， 进入外壳的水量不应该引起损坏 8 保护淹沉 在制造商指定的条件下，外壳能长期浸泡在水中 更详细的解释外壳的防护等级不在本节内容范畴内。这个主题会在国际标准BS EN 60529:1992中详细 讲述。读者如果需要了解更详细的内容，可以参考这类标准。 电器设备的防爆保护 已经简单讲述了IP等级的两个数字所表示的两种防护等级。但是还有很多种需要对付的危险的环境， 包括腐蚀、振动、火焰和爆炸。对一些会产生火花、在高温或电弧下运行的电子设备来讲，后者很容易发 生，这样会引燃化学物、油或气。 实际上，在具有潜在危险的区域或工厂中，很难确定某个特定的环境中是否存在爆炸性气体。这个问 题的解决是通过将工厂中存在可燃性气体的区域划分成以下三种区域： 区域1-爆炸性气体连续存在或者长时间存在的区域。 区域2-爆炸性气体在正常操作情况下会存在的区域。 区域3-爆炸性气体在正常运行时不太可能存在，即使一旦出现，会持续很短一段时间的区域。 曾经有过很多的尝试来明确地规定全球通用的防护标准。IEC（国际电工委员会）首先在这个领域中建 立了国际标准，但是，CENELEC（欧洲电工标准化委员会）现在已经将所有主要的欧洲制造国家组织 到同一套标准下。 本安型的测量和控制设备是基于通过限制进入危险区域的电能来减小爆炸的危险，因此，从原则上来 讲需要特殊的外壳。 CENELEC和IEC定义了两类本安型设备，称为EX ia 和 EX ib 。 EX ia 等级 代码 IP 外壳是有给定的国际保护等级 第1位数字 3 保护外套内的设备，直径大于2.5mm的外物不能进入壳体内 第2位数字 4 保护外壳内的设备免受来自任何方向泼洒的水造成损坏 629 8.4.8 第8章 控制应用 控制系统的安装章节8.4 蒸汽和冷凝水系统手册 这类设备在正常工作状态下，以及电路中存在一个故障或两个故障时，均不能点燃爆炸性气体混合 物。 EX ib 等级 这类设备在正常工作状态下，以及电路中存在一个故障时，不能点燃爆炸性混合气体。 对于IP防护等级，本章中没有进行详细的介绍。这是一个很复杂的主题，设备类别的划分在不同国家 是不同的。 如果读者需要了解这方面的详细内容，可以研究相关标准。 630 8.4.9 第8章 控制应用 控制系统的安装章节8.4 蒸汽和冷凝水系统手册 Questions 1. What is the main disadvantage of a self-acting sensor? a| It is not available in various materials b| It cannot be fitted into a pocket c| It is generally larger than a EL (electrical) or PN (pneumatic) sensor d| It is not suitable for steam applications 2. What can be done to improve the heat transfer efficiency between the process and the sensor when a sensor pocket is used? a| Use a wider pocket b| Use a longer pocket c| Fill the sensor with distilled water d| Fill the sensor with a heat conducting paste or grease 3. What is RFI and how is it transmitted? a| Radio frequency interference; conduction and convection b| Radio frequency interference; conduction and radiation c| Radio frequency integration; conduction and radiation d| Radiographic friendly installation; conduction and radiation 4. How can control signal wiring be in