过程控制仪表及装置.ppt

主讲 任芊,过程控制仪表,生产过程自动化是以温度、压力、流量、液位、 成份等作为监控参数的过程工业从原料到产品，甚至于包装、储运等整个生产过程，无需人们直接参与，而 是由机器自动有序的进行。,一. 生产过程自动化,概述:,实现自动化的目的：优质、高产、低耗、节能、 环保、降低（消除）污染。减少操作人员的劳动强度， 达到绿色安全生产。,二、过程控制仪表,1、过程控制仪表的作用 自动化的实现是利用仪器模仿人的手动操作进行的 人工操作过程： 眼 大脑 手 传感器、变送器 模仿眼 检测 调节器、控制器 模仿脑 判断、指挥 执行器 模仿手 操作、执行,2、过程控制仪表的组成 过程控制仪表包括：自动控制系统中广泛使用的 调节器、变送器、运算器、执行器及新型控制仪表。,变送单元 将各种被测参数等物理量转换为相应的 010mA D.C 420mA D.C 或 20100KPa 调节单元 将来自变送单元的测量信号和给定信号 比较，由差值给出控制信号去控制执行器。 运算单元 将各类仪表输出信号进行数学运算，以满足 多参数复合测量。,执行单元 接收调节器的输出信号或手动控制信号， 使阀门开大或开小，达到调节目的。 显示单元 将各种被测参数进行指示、记录、报警供 操作人员监视控制系统。 转换单元 是单元组合仪表与其他系列的联系桥梁， 可将电压、频率等信号转换成相应的 010mA、420mA D.C 或 20100kPa,给定单元 提供被控参数的给定值送到调节单元， 实现给定控制。 辅助单元 由操作器、阻尼器、限幅器、配电器、 安全栅等，实现辅助配套，构成系统。,控制系统的组成,图中控制对象代表生产过程某环节，控制对象 输出是被控变量，如压力、流量、温度等工艺变量， 由检测元件将被控变量换为易于传递的物理量， 变送器转换成相应的电信号到调节器与给定值比较， 其偏差由调节器以一定规律发出信号，控制执行器 动作，以改变被控介质物料或能量的大小，直至被 控变量与给定值相等为止。,3过程控制仪表及装置的分类 （1）按能源形式和信号类型分类 电动控制仪表 特点：传输、放大、变换容易，便于 远距离监控 信号 420mA 15V D.C 电源 220V A.C 24V D.C 气动控制仪表 特点：简单、稳定、可靠、便易， 本质安全防爆。 信号 20100 KPa 气源 140 KPa,信号类型分类,模拟仪表 传输信号为连续变化的模拟量，这类仪表线路较 简单 、操作方便，价格较低。 如气动仪表，电动单元 组合仪表、 型等。 数字仪表 传输信号为断续变化的数字量，这类仪表与装置以 微型计算机为核心，功能完善，性能优越，能解决模拟 仪表难以解决的问题。如可编程调节器、控制器、 DCS、 FCS 等。,（2）按结构形式分类 基地式仪表： 以显示、记录仪表为主体，附加检测，调节等，结构 简单，常用于单机控制。 单元组合式仪表： 以功能划分为典型单元，各单元之间用统一信号联系， 可构成多种，复杂程度各异的自动监测和控制系统，有 DDZ和QDZ两大系列。 组装式综合控制装置： 功能分离，结构组件化的成套仪表装置，以模拟器件 为主，兼用了模拟和数字技术。,集散控制系统： 以微型计算机为核心，在控制control、计算computer、 通信communication、屏幕显示技术CRT等“4C”技术基础 上发展的一种计算机控制装置， 特点 分散控制，集中管理。 现场总线控制系统： 可将具有数字通信能力的现场智能仪表连成网络系统， 并同上一层监控，管理级联成全分布式的新型控制网络。,（3）按安装地点不同分 现场安装式 安装在生产现场。 盘装式 安装在仪表盘上，供操作人员监视，操作。 盘后架装式 安装在仪表盘后面。,4、我国过程控制仪表发展,DDZ 型,三. 课程学习安排 参考书： 过程控制仪表 曹润生 过程控制装置 张永德 控制仪表及计算机控制装置 周泽魁,第一章 信号制与安全防爆,1-1 控制仪表的信号制与传输方式 一、仪表的信号制 信号标准，指仪表之间采用的传输信号的类型 和数值。 信号制是指在成套仪表系列中，各个仪表的输入 输出系统用何种统一的联络信号进行传输。,联络信号 指在成套仪表系列中，仪表之间采用的传输信号的 类型和数值。 联络信号类型 气动仪表：20100KPa 电动仪表：模拟信号 010mA、 420mA 或 15V 数字信号 、频率信号 信号下限从零开始有利于模拟量运算。信号下限从某 值开始（活零点）便于检验仪表是否断电，可区分故障 与零信号并可实现两线制。信号上限高，产生的电磁平 衡力大；信号上限低有利于减少功率损耗和仪表防爆。,直流电流传输,为保证传输误差在允许范围之内，应要求 R0 Rcm + nRi ，故有,为减小传输误差，要求： R0 足够大，而 Rcm 及 Ri 应比较小,二、信号传输方式,电流传输的特点,优点 发送仪表输出电阻大，故电流信号适于远距 离传输。电流回路中串入一电阻，取压方便。 缺点 回路中增减接收仪表时，将影响其它仪表的 工作。各台仪表没有公共接地点，若要和计 算机联用，则应在仪表输入输出端采取直流 隔离措施。,直流电压传输,电压信号传输时仪表之间的连接,接收仪表,Ri,Rcm,发送仪表,R0,U0,Rcm,Ii,Ri,Ri,为减小传输误差，要求： R0和Rcm 尽量小，Ri 大些。,为减小传输误差,应满足 Ri/n R0 + Rcm ，故有,电压传输的特点,优点 增加或取消某个接收仪表不影响其他仪表的 工作。各接收仪表可设置公共接地点，可和 计算机联用。信号下限与电气零点分开可区 分故障与零，实现两线传输。 缺点 要在引线电阻上产生电压降, 信号受一定损失, 且因接收仪表输入阻抗很高，易于引入干扰， 所以电压信号不适于远距离传输。,现场与控制室仪表之间采用直流电流信号， 控制室内部仪表之间采用直流电压信号。,变送器与控制室仪表间的信号传输,两线制,电源 装置,变送器,现场,控制室,四线制,接收 仪表,变送器,现场,电源 装置,控制室,接收 仪表,要实现两线制，必须采用活零点的电流信号。因电源线和信号线共用，电源供给变送器的功率是通过信号电流提供的。变送器输出电流为下限值时，应保证它内部的半导体器件仍能正常工作。故信号电流下限值不能过低。通常采用电流传输电压接收的方式。,1-2 过程控制仪表的分类和命名,一、分类 按仪表在系统中所起作用可分为八大单元 变送单元 B 给定单元 G 转换单元 Z 调节单元 T 计算单元 J 执行单元 K 显示单元 X 辅助单元 F,二、命名,按部颁标准JB1443-74 “工业自动化仪表产品型号编制原则” 规定为,产品大类,产品小类,A 安全火花防爆,1- 3 安全火花型防爆,一、防爆的基本概念 1、引起爆炸的因素,2、防爆的实质,3、防爆的过程控制装置类型,爆炸危险场所的区域划分,依据：爆炸性气体出现的频繁程度和持续时间 0 区(Zone 0) 在正常情况下，爆炸性气体混合 物连续地、频繁地出现或长时间存在的场所。 1 区(Zone 1) 在正常情况下，爆炸性气体混合 物有可能出现的场所。 2 区(Zone 2) 在正常情况下，爆炸性气体混合 物不可能出现，或即使出现也是短时间存在的 场所。,爆炸性混合物的分级分组,爆炸性物质的分组 按引燃温度可分为六组：,按最大试验安全间隙 MESG (火焰不能传播的最大间隙) 和最小点燃电流比 MICR 来分级：可分为A、B、C三级。,防爆电气设备的分类、分组,防爆电气设备分为两大类： 类：煤矿用电气设备 类：工厂用电气设备 类电气设备可进一步分为A、B、C三级。,工厂用电气设备防爆型式有以下八种： 隔爆型(d)、本质安全型(i)、增安型(e)、正压型(p) 充油型(o)、充砂型(q)、浇封型(m) 和无火花型(n)。 本质安全型设备又可以分为 ia 和 ib 两个等级。,防爆标志及其含义,防爆标志由以下5个部分构成： 标志 EX 表示该设备为防爆电气设备。 结构型式 表明该设备采用何种措施进行防爆，如d 为隔爆型，i为本安型等。 设备类别 I为煤矿井下用电设备，II为工厂用设备。 防爆级别 为A、B、C三级，表明防爆能力强弱。 温度组别 为 T1T6六组，说明该设备的最高表面 温度允许值。 例如 EXiaIIBT5 表示II类本质安全型ia等级B级T5组。,隔爆型仪表,具有隔爆外壳，仪表的电路和接线端子全部置于防爆壳体内。它能承受仪表内部因故障产生爆炸性气体混合物的爆炸压力。这类仪表适用于1区、2区危险场所。,本质安全型仪表,本安仪表的全部电路均为本质安全电路，电压和电流被限制在允许的范围内，保证仪表产生的电火花和热效应不致于引爆其周围爆炸性气体混合物。 ia等级的本安仪表适用于0 区危险场所，ib等级的本安仪表只适用于1区和2区危险场所。,常用防爆型控制仪表,变送器,执行器,调节器,安全栅,安全栅,电源箱,本安防爆系统,非危险场所 （控制室）,危险场所 （现场）,危险场所 （现场）,控制系统的防爆措施,本安防爆系统,本安防爆系统应满足的两个条件： * 在危险场所使用本安防爆仪表 * 控制室仪表和危险场所仪表之间设置安全栅,安全栅, 作为控制室仪表和现场仪表的关联设备，是本安系统 的重要组成部分。 既传输信号又限制流入危险场所的能量，以确保系统的本安防爆性能。,安全栅的结构形式,齐纳式安全栅 基于齐纳二极管的反向击穿性能。结构简单、经济、 可靠。 隔离式安全栅 通过隔离、限压和限流等措施来保证本安防爆性能。 抗干扰能力强，可靠性高。,2、构成安全火花型防爆系统的措施,（1）整个系统用直流低电压供电（24v），小电流传输 420mA ，正常时最大功率=24V20mA=480mW （2）隔离 在现场和控制室之间用“防爆安全栅”进行隔离 限制安全场所在事故状态下可能产生的高能量进入危险 场所。故障时限制在35V、35mA ，安全场所在事故 状态下可能产生的不安全火花进不了危险场所。,（3）限能 安装在现场及与现场有直接连线关系的仪表中的储能