过程控制仪表及装置wxs

第三章 过程控制仪表及装置 第三章 过程控制仪表及装置P127ProcessControlInstrumentation 过程控制装置的三大硬件 1 变送器transducer 2 调节器 控制器 regulator controller 3 执行器actuator 3 1变送器 变送器的功能 把测量的信号转换成为一定标准的信号 如 4 20mA 再送往显示仪表或调节仪表进行显示 记录或调节 变送器的类型 1 压力变送器 2 差压变送器 3 温度变送器 4 流量变送器 5 液位变送器 按变送器的驱动能源分为 1 气动变送器 驱动能源 压缩空气 2 电动变送器驱动能源 电力 变送器的理想输入x和输出y特性应为线性关系见图4 1P127 例 一台压力变送器的压力输入范围为0 1 6MPa 输出为4 20mA 试确定该变送器输出和输入之间的关系 解 设变送器的输入压力为pi 输出为po 根据上式有 3 1 1差压变送器 力平衡式电动差压变送器 力平衡式电动差压变送器的组成图4 2P128 1 测量部分 2 放大器 3 反馈部分 DDZ 型电动差压变送器的结构与工作原理图4 3P129 被测量的压差信号 力 直流电流 4 20mA 压差信号 Pi 力Fi F1 F2 F3 位移 放大器输出电流I0 反馈线圈 负载 反馈力Ff 反力矩 当杠杆平衡式 输出的电流与被测差压成正比 DDZ 型电动差压变送器的整机方块图图4 14 图4 15P135 136 DDZ 型电动差压变送器的主要性能指标 1 输出信号 4 20mA 2 供电 24VDC 10 3 负载电阻 250 350 4 基本误差 0 5 5 变差 0 25 6 灵敏度 0 05 7 稳定性 0 3 压差信号 Pi 力Fi F1 F2 F3 位移 放大器输出电流I0 反馈线圈 负载 反馈力Ff 反力矩 当杠杆平衡式 输出的电流与被测差压成正比 1 杠杆机构P129 2 矢量机构P130 3 电磁反馈装置P130 4 低频位移检测放大器P131 1 低频振荡器 2 整流滤波电路 3 功率放大器 5 安全火花防爆措施P134 结构与原理 1 量程调整 2 零点迁移 3 零点调整 P134 变送器的 量程调整的目的 使变送器的得输出信号上限值与测量值的上限值相对应 实质 改变输入输出特性曲线的斜率 即比例系数 反馈部分的反馈系数 量程 零点迁移的目的 使变送器的得输出信号下限值与测量值的下限值相对应 实质 扩大使用范围但不改变量程 提高测量精度 即把量程的起点由零 迁移到某一数值 正迁移 负迁移 无迁移 零点调整的目的 同样是使变送器的得输出信号下限值与测量值的下限值相对应 实质 将起始值调整为零 具体的计算参见例4 2P135 3 1 2防爆安全栅P138 在易燃 燃爆的场合所安装的一切仪表装置等应该具有安全火花防爆性能 安全火花 是指火花的能量不足以对其周围可燃介质构成点火源 安全火花型防爆仪表 仪表所产生的火花均为安全火花 危险场所的分类 P139 1 形成爆炸性气体混合物的场所 2 形成爆炸性混合物的场所 0级区域 0区 1级区域 1区 2级区域 2区 10级区域 10区 11级区域 11区 爆炸物 P139 1 分类 2 爆炸性气体的分级与分组见表4 1P140 类物质 矿井甲烷 类物质 爆炸性气体 可燃蒸汽 类物质 爆炸性粉尘 易燃纤维 3 爆炸性粉尘的分级与分组见表4 2P140 防爆仪表 1 隔爆型仪表 标志 d 仪表电路和接线端子放在隔爆壳体内 2 本质安全型仪表 标志 i 仪表及设备产生的火花能量不会引起爆炸 采用低的工作电压 24VDC 和电流 20mA 故障电压 35VDC 电流 35mA 防爆仪表铭牌 必须标明合格证 防爆类型 等级等内容 如 Exdia CT6 P142 防爆安全栅的作用 阻隔非本质安全电路中过大的能量传入本质安全电路中 防爆安全栅电路 本质安全电路 非本质安全电路 防爆安全栅种类 1 齐纳式安全栅 电路 限流 限压 断路保护见图4 21P142 2 变压器隔离式安全栅 限流 限压 隔离器件采用变压器 图4 20本质安全防爆系统结构图P141 3 1 3温度变送器P142 温度变送器 把被测量温度线性地转换为 0 10mA或4 20mADC电流信号 温度变送器图4 23P143 1 直流毫伏变送器 2 电阻体温度变送器 3 热电偶温度变送器 温度变送器的负反馈形式 1 线性反馈 线性电阻网络 Vi Io成线性关系 2 非线性反馈T Vo成线性关系T Io成线性关系 热电偶温度变送器组成 1 热电偶输入回路 2 放大回路 负反馈 热电偶温度变送器原理图4 27P146 3 1 4标准仪表的信号标准以及与电源的连接方式P146 标准仪表的信号标准 模拟仪表与电源的连接 1 气压信号 20 100kPa 2 电信号 1 电流 1 5mA 4 20mA电压 0 5V 10VDC等 电动变送器 输出信号与电源的连接方式为两线制 图4 28P146 2 模拟仪表 4 20mADC 两线制变送器P146 1 电流条件 2 电压条件 3 功率条件 3 2 调节器P147 调节器作用 对参数的测量值和参数的给定值进行比较 得出偏差后 再根据一定的调节规律产生输出信号 从而推动执行器工作 调节器 也称为控制器 1 正作用调节器 被调参数的测量值 调节器的输出信号 2 反作用调节器 被调参数的测量值 调节器的输出信号 调节器的分类 1 直接作用调节器 调节器不需要外加能源 如自力式调节器 2 间接作用调节器 调节器需要外加能源 1 电动调节器 2 气动调节器 3 液动调节器 3 2 1调节器调节规律的实现方法 PID调节器 1 积分时间Ti PD调节器 2 微分时间TD 0 PI调节器 3 积分时间Ti 和微分时间TD 0 P调节器 构成各种调节规律的方框图 见图4 29P147 调节器传递函数W S K 利用反馈回路特性实现各种调节规律 PID调节器实际上是一个运算装置 运算功能的组成 2 运算放大器 见表4 4P149 1 阻容 RC 电路 见表4 3P148 基本的PID电路见图4 30P149 PID调节器的组成 输入电路 PID运算电路和输出电路 3 2 2PID调节器的硬件结构 PID调节器的组成见图4 31P150 1 输入电路 偏差检测 内给定稳压电源 内外给定切换开关 正反作用开关 滤波等电路 见图4 32P150 2 PID运算电路 对偏差进行运算 3 输出电路 提供调节器的输出信号 6 指示电路 如偏差指示 输入指示 输出指示 4 手动操作电路 把人工控制的 手动电流 输出到执行器 5 输出限幅电路 把输出的信号限制在一定的范围 输入电路见图4 32P150 电动调节器 DDZ 型 1 基型调节器 2 特殊调节器 1 全刻度指示调节器原理图 线路图见图4 33 34P152 153 2 偏差指示调节器 全刻度指示调节器工作状态 1 自动操作 2 软手动操作 手动操作动作停止 输出变化就停止 3 硬手动操作 手动操作杆位置 输出变化的大小 对应关系 DDZ 型调节器全刻度指示调节器原理图 调节微分时间 调节比例度 PB 调节积分时间 基型调节器组成部分的工作原理 P152 输入回路 比较输入信号Vi与给定信号Vs 得出偏差信号 电平移位 以参考电位Vb作为基准信号 见图4 35P154 输入信号Vi与给定信号Vs V01的关系 Vi Vs e 输出信号 输入信号 V01 运算回路 1 PD回路功能 输出信号V02与输入信号V01大小 变化速度和极性有关见图4 36P155 2 PI回路功能 偏差存在则输出信号就会不断变化 直至消除偏差 输出信号V03与输入信号V02的关系见图4 39P156 输入信号 V01 输出信号 V02 输入信号 V02 输出信号 V03 1 5V 调节微分时间 调节比例度 PB 积分时间档位 调节积分时间 输出回路功能 把运算回路的输出电压信号V03 1 5VDC 转换成为调节器的输出电流信号Io 4 20mADC 见图4 42P158 输入信号 V03 1 5V 输出信号 Io 4 20mA 手动操作回路 通过 手动 自动 开关切换见图4 43P159 输出信号 V03 1 5V 输入信号 V02 手动1 软手动操作手动2 硬手动操作 硬手动时 调节位置 输出的关系 调节积分时间 软手动时 改变调节器输出变化速度 指示回路 如利用电流表 电压表等作为信号指示表见图4 44P159 仪表面板布置见图4 46 47P160 161 正面 侧面 输入信号 Vi 1 5V 输出信号 Io 1 5mA 取3V时 指示表应指示50 3 3 执行器actuatorP161 执行器 是自动控制系统的终端部件 它的作用是接受调节器送来的信号 自动改变操纵量 动作 对被调参数进行调节 执行器 1 气动执行器Pneumaticactuator 2 电动执行器Electricactuator 3 液动执行器Hydraulicactuator 电动执行器 气动执行器 3 3 1气动执行器 气动执行器 是以压缩空气作为能源的执行器 如气动调节阀 气动执行器的组成 1 气动执行机构 气压 推力 位移 阀杆 动作 2 调节机构 阀体 如利用阀杆位移 调节流通面积 调节流量 图4 48 49P162 气动执行机构 气压 推力 位移 阀杆 动作 调节机构 阀体 如利用阀杆位移 调节流通面积 调节流量 气动薄膜控制阀 外形 反装阀 气开式执行器 正作用执行机构 P入 正作用式气动薄膜控制阀 阀芯的正装与反装形成气开 气关 正装 反装 进气位置与阀芯的四种组合 气关式 气关式 气开式 气开式 反装阀 反装阀 正装阀 正装阀 P入 P入 P入 P入 Q Q Q Q Q 气动执行器的结构 1 执行机构 2 调节机构 通过阀芯在阀体内的位移 改变流通面积 调节流量 调节阀 调节阀结构见图4 51P164 1 气动薄膜执行机构 气压信号P 推力 推杆位移 新的平衡位置 2 活塞执行机构 允许操作压力大 利用活塞两侧的压差 推力 位移图4 50P163 4 碟阀见图4 55P165 调节阀分类 1 直通单座阀见图4 52P164 2 直通双座阀见图4 53P164 3 三通阀见图4 54P165 调节阀的流量特性 理想特性 P166 调节阀流量特性方程 P165 可调比 可调范围 R 1 直线流量特性放大倍数K 2 对数流量特性 3 抛物线流量特性 图4 56P166 调节阀的工作流量特性 P167 1 串联管路的工作流量特性 系统总压差 管路系统的压差 调节阀的压差 串联管路的工作特性 见图4 59P168 2 并联管路的工作流量特性 并联管路的工作特性 见图4 60P168 调节阀的选择 查看调节阀的产品说明书 3 3 2电动执行器P171 电动执行器的组成 1 电动执行机构 输入电信号 位移输出信号 2 调节机构 位移信号 调节 电动执行器的分类 1 按照输入位移分为 角行程 DKJ型 直行程 DKZ型 推力大 2 按照特性分为 比例式 位移输出信号与输入电信号成正比 积分式 位移输出信号与输入电信号成积分关系 图4 61P172 DKZ型系列直行程电动执行器的组成 直通单 双 座调节阀 DKZ型直行程电动执行器 1 二相低速同步电机 交流位置伺服系统 2伺服放大器 3 执行机构 机械减速器见图4 64P173 永磁式低速同步电机见图4 63P173 3 3 3电 气转换器 电 气 气 电 信号的转换 驱动调节 电信号 0 10mA或4 20mA 气信号 0 02 0 1MPa 电 气转换器 电 气转换器的基本结