燃气场站的仪表自动化设计与运维PPT课件

精品课件 1 燃气场站仪表自动化设计 建设 运行维护 山东建筑大学2009年5月 精品课件 2 山东建筑大学燃气专业与燃气自动化事业一路同行 目录 精品课件 3 山东建筑大学燃气专业与燃气自动化事业一路同行 目录 燃气场站的类型 1 精品课件 4 山东建筑大学燃气专业与燃气自动化事业一路同行 燃气场站的类型 精品课件 5 山东建筑大学燃气专业与燃气自动化事业一路同行 1 燃气场站的类型 天然气场站根据用途分为 门站 调压站 储配站 CNG加气站 精品课件 6 山东建筑大学燃气专业与燃气自动化事业一路同行 假如系统配置图如下所示 精品课件 7 山东建筑大学燃气专业与燃气自动化事业一路同行 燃气场站的类型 门站 设在长距离输气管线与城市燃气输配系统交接处的燃气调压计量设施 简称城市门站 来自长距离输气管线的燃气 先经过滤器清除其中机械杂质 然后通过调压器 燃气调压器 流量计 燃气计量 进入城市燃气输配系统 如燃气需要加臭 使燃气具有明显气味 以便漏气时易于察觉 则调压 计量后要经过加臭装置 当燃气进站或出站压力超过规定压力时 安全装置自动启动 站内发生故障时 可通过越站旁通管供气 长距离输气管线如采用清管器清管 则可将清管器接收装置设在燃气门站内 以利集中管理 精品课件 8 山东建筑大学燃气专业与燃气自动化事业一路同行 燃气场站的类型 调压站 柜 调压站设于城市配气管网系统中的不同压力级制的管道之间 或设于某些专门的用户之间 有地上式和地下式之分 站内主要设备是调压器 其任务是按照用户的需求 对管网中的天然气进行调压 以满足用户的需求 精品课件 9 山东建筑大学燃气专业与燃气自动化事业一路同行 调压站 调压站又分为 高中压区域调压站中低压区域调压站工业用户调压站居民用户调压站调压站设于城市配气管网系统中的不同压力级制的管道之间 或设于某些专门的用户之间 有地上式和地下式之分 站内主要设备是调压器 其任务是按照用户的需求 对管网中的天然气进行调压 以满足用户的需求 精品课件 10 山东建筑大学燃气专业与燃气自动化事业一路同行 燃气场站的类型 燃气储配站 城市燃气输配系统中储存和分配燃气的设施 其主要任务是根据燃气调度中心的指令 使燃气输配管网达到所需压力和保持供气与需气之间的平衡 燃气储配站的工艺流程应根据气源厂的性质 城市规模 负荷分布和管网压力级制等因素 通过技术经济比较后确定 燃气储配站站址的选择要考虑工艺 动力 给排水 土建安装 防火防爆 环境保护等方面的要求及其对投资和运行费用的影响 并和城市总体规划相协调 燃气储配站的工艺布置应保证工作可靠 安全生产和便于运行管理 各建筑物和构筑物之间应满足安全防火距离的要求 应设环绕全站的消防道路 压送 调压等生产车间的用电设备应考虑防火防爆要求 站内燃气管道宜连成环状并设有检修和事故时使用的越站旁通管道 精品课件 11 山东建筑大学燃气专业与燃气自动化事业一路同行 燃气场站的类型 CNG加气站 压缩天然气 CompressedNaturalGas 简称CNG 是天然气加压 超过3 600磅 平方英寸 并以气态储存在容器中 它与管道天然气的组分相同 CNG可作为车辆燃料利用 LNG可以用来制作CNG 这种以CNG为燃料的车辆叫做NGV NaturalGasVehicle 与生产CNG的传统方法相比 这套工艺要求的精密设备费用更低 只需要约15 的运作和维护费用 精品课件 12 山东建筑大学燃气专业与燃气自动化事业一路同行 燃气调压器 燃气调压器 gaspressureregulator 俗称减压阀 是通过自动改变经调节阀的燃气流量而使出口燃气保持规定压力的设备 通常分为直接作用式和间接作用式两种 精品课件 13 山东建筑大学燃气专业与燃气自动化事业一路同行 直接作用式调压器 由测量元件 薄膜 传动部件 阀杆 和调节机构 阀门 组成 当出口后的用气量增加或进口压力降低时 出口压力就下降 这时由导压管反映的压力使作用在薄膜下侧的力小于膜上重块 或弹簧 的力 薄膜下降 阀瓣也随着阀杆下移 使阀门开大 燃气流量增加 出口压力恢复到原来给定的数值 反之 当出口后的用气量减少或进口压力升高时 阀门关小 流量降低 仍使出口压力得到恢复 出口压力值可用调节重块的重量或弹簧力来给定 精品课件 14 山东建筑大学燃气专业与燃气自动化事业一路同行 精品课件 15 山东建筑大学燃气专业与燃气自动化事业一路同行 间接作用式调压器 由主调压器 指挥器和排气阀组成 当出口压力p2低于给定值时 指挥器的薄膜就下降 使指挥器阀门开启 经节流后压力为p3的燃气补充到主调压器的膜下空间 由于p3大于p2 使主调压器阀门开大 流量增加 p2恢复到给定值 反之 当p2超过给定值时 指挥器薄膜上升 使阀门关闭 同时 由于作用在排气阀薄膜下侧的力使排气阀开启 一部分压力为p3的燃气排入大气 使主调压器薄膜下侧的力减小 又由于p2偏大 故使主调压器的阀门关小 p2也即恢复到给定值 燃气储配站 区域调压站和大型用户专用调压站 基本上都采用间接作用式调压器 精品课件 16 山东建筑大学燃气专业与燃气自动化事业一路同行 精品课件 17 山东建筑大学燃气专业与燃气自动化事业一路同行 精品课件 18 山东建筑大学燃气专业与燃气自动化事业一路同行 目录 场站仪表自动化的设计 2 精品课件 19 山东建筑大学燃气专业与燃气自动化事业一路同行 2 场站仪表自动化的设计 2 0场站设置1 自然条件和周围环境许可时 宜设置在露天 但应设置围墙 护栏或车挡 2 设置在地上单独的调压箱 悬挂式 内时 对居民和商业用户燃气进口压力不应大于0 4MPA 对工业用户 包括锅炉 燃气进口压力不应大于0 8MPA 3 设置在地上单独的调压柜 落地式 内时 对居民 商业用户和工业用户 包括锅炉 燃气进口压力不宜大于1 6MPA 4 当受到地上条件限制 且调压装置进口压力不大于0 4MPA时 可设置在地下单独的建筑物内或地下单独的箱内 5 液化石油气和相对密度大于0 75的燃气调压装置不得设于地下室 半地下室内和地下单独的箱体内 精品课件 20 山东建筑大学燃气专业与燃气自动化事业一路同行 前期准备工作 1 现场考察工艺区和站控室 有配备的情况下 的位置 考察现场场站的具体情况工艺区和站控室的分布情况 为以后系统的建设提供好的规划 2 操作台 控制机柜的尺寸要求 操作台 控制柜的尺寸要求要根据场站的设备多少 站控室的环境 以及站控室的大小来选择需要的操作的大小和防护等级要求 以便于项目方案的制定和系统的便捷实用 精品课件 21 山东建筑大学燃气专业与燃气自动化事业一路同行 设备的配置选型 仪表的选型流量计的选型流量仪表的种类繁多 下面讨论常用的七大类流量仪表的性能特点 并给出了流量仪表选型的建议 流量是工业生产过程中常用的过程控制参数 目前 市场上大约有超过100种不同的流量仪表 其中有一些属于实验室仪表 不适合工业应用 随着科学技术的发展 新型的流量仪表还在不断涌现 然而 没有一种流量仪表是 放之四海而皆准 的 为此 用户应当首先了解流量仪表的性能特点 再结合所应用场合的工况条件 选择性能价格比较高的产品 精品课件 22 山东建筑大学燃气专业与燃气自动化事业一路同行 流量计的选型 差压型流量计差压型差压测量技术是目前应用最广泛的一种流量测量方法 几乎能测量各种工况下单相流体和高温高压下流体的流量 70年代 这种技术曾占到市场份额的80 今天 随着新技术的应用 这个比例已降至40 左右 仍占了近 半壁江山 差压型流量计一般由节流装置 变送器两部份组成 节流装置常见的有孔板 喷嘴 毕托管 均速管等 节流装置的作用是使流经的流体收缩且在其上 下游产生差压 根据伯努利能量守恒定律和连续性方程可以得出 其中 为体积流量 P为测得的节流件上 下游差压 为常数 它与节流件的几何形状 直径比以及流体的温度 压力 粘度 密度等因素有关 由于是平方根关系 所以差压型流量仪表的测量范围一般不大 只有3 1 5 1 在此范围内 孔板的读数精度约为2 3 文丘里管的读数精度约为3 4 各种节流装置中 孔板由于其结构简单 安装方便 所以最为常用 但是它对加工尺寸要求严格 只要按规范要求加工 安装 经检验合格后就可以在不确定度范围内进行流量测量 而不需要用实液检定 所有节流装置都有一个不可恢复的压力损失 压损最大的是锐边孔板 为仪表最大差压的25 40 毕托管的压损则很小 可以忽略不计 但它对流体形面的变化非常敏感 精品课件 23 山东建筑大学燃气专业与燃气自动化事业一路同行 1 差压式流量计 压差式流量计是在管道中按上一孔板作为节流元件 当流体经过这一孔板时 载流面缩小 流速加快 压力下降 测出孔板前后压力差 而流量的大小与节流元件前后压力差的平方根成正比 把压力差转换成相应的电压或电流量信号 图2 31差压流量计原理 节流装置与差压计配套 可用于测量各种性质的液体 气体或蒸气的流量 一般用于大于50mm管径的流量测量 压差流量计的测量精度稍差 但其结构简单 制造方便 目前还是最常用的一种流量计 精品课件 24 山东建筑大学燃气专业与燃气自动化事业一路同行 流量计的选型 转子流量计对于3 以内的管道 此流量计效果较好 它的突出优点是直接就地测量时不用外加电源 转子流量计按其制造材料不同 分为玻璃转子流量计和金属管转子流量计两大类 玻璃转子流量计结构简单 转子位置清晰可见 易读数 多用于常温 常压 透明和腐蚀性介质 如空气 煤气 氩气等 金属管转子流量计一般带有磁性连接指示器 用于高温 高压的场合 并且能传输出标准信号与记录仪等配套使用 计量累积流量 目前市场上有一种带加载弹簧锥形头的垂直式变面积式流量计 它没有冷凝室和缓冲室 测量范围达到100 1 并且是线性输出 最适于蒸汽的测量 精品课件 25 山东建筑大学燃气专业与燃气自动化事业一路同行 流量计的选型 振荡型流量振荡型涡街流量计是振荡型流量仪表的典型代表 它是在流体前进方向上放置一非流线形物体 流体在该物体后方形成两列规则的非对称漩涡列 漩涡列的频率与流速成一定比例 这种测量方法的特点是管道内无可动部件 读数重复性 可靠性好 使用寿命长 线性测量范围宽 气体约为30 1 液体约为10 1 几乎不受温度 压力 密度 粘度等变化的影响 压力损失小 精度高 约05 1 其工作温度可达300 以上 工作压力可达30 P 以上 但流体流速分布情况和脉动流会影响测量精度 不同的介质可采用不同的漩涡感测技术 对于蒸汽可用振动盘式或压电晶体式 对于空气可采用热力式或超声波式 而对于水 几乎所有感测技术都适用 和孔板一样 涡街流量计的流量系数也是由一组尺寸来决定的 精品课件 26 山东建筑大学燃气专业与燃气自动化事业一路同行 流量计的选型 电磁型流量计电磁型这类流量计是利用导电的流体流经磁场时产生感应电压的大小来检测流量的 因此它只适用于导电介质 目前已有适用于导电率低至0008 介质的产品 从理论上讲 这种方法不受流体的温度 压力 密度和粘度的影响 量程比可达100 1 精度约为05 适用管径从2 到3 广泛应用于水 泥浆 纸浆或腐蚀性介质的流量 电磁型流量计由于信号微弱 满量程时 通常只有25 8 流量很小时仅有几毫伏 易受外界干扰 因此 要求变送器的外壳 屏蔽线 测量导管 变送器两端的管道都要接地并单独设置接地点 绝对不要连接在电机 电器等的公用地线上 精品课件 27 山东建筑大学燃气专业与燃气自动化事业一路同行 流量计的选型 超声波流量计超声波型这类流量计最常见的是多普勒流量计和时差流量计 多普勒流量计是根据被测流体中移动目标所反射的声波频率的变化来检测流量的 此法适用于测量高速流体 不宜测量低速流体 且准确度较低 对管道内壁的光滑度要求较高 但它的电路简单 时差流量计是通过超声波在注流体中顺流和逆流传播的时间差来测量流量的 由于时差的数量级很小 一般为10 6 因此 为保证测量准确度 对电子线路的要求较高 从而仪表的成本相应增加 时差流量计一般适用于纯净且流速场均匀的层流液体 对于紊流液体 可采用多声束时差流量计 精品课件 28 山东建筑大学燃气专业与燃气自动化事业一路同行 4 速度式流量计 速度式流量计常用的有涡轮流量计 该流量计则是在导管中心轴上安装一个涡轮装置 流体流过管道 推动涡轮转动 其涡轮的转速正比于流体的流量 5 容积式流量计容积式流量计通常有椭圆齿轮流量计 它靠一对加工精良的椭圆齿轮在一个转动周期里 排出一定量的流体 只要累计出齿轮转动的圈数 就可以得知一段时间内的流体总量 这种流量计可以达到极高的测量精度 一般可达到0 2 0 55 所以经常作为精密测量用 经常用于高黏度的流体测量 精品课件 29 山东建筑大学燃气专业与燃气自动化事业一路同行 流量计的选型 总结流量计的选择面对庞大的流量计家族 要想选择一款经济实用的仪表 确非易事 其中要考虑的因素很多 准确度 可靠性 费用 流体特性及其它种种因素 大致可参考以下四个方面 1 仪表的工作性能 2 流体的物理 化学特性 3 现场安装条件及环境 4 成本费用 用户在选择时 不可能面面都照顾到 要权衡利弊 不过 最后的抉择往往是在成本费用和仪表性能之间 随着生产工艺复杂程度和自动化程度的提高 会对流量测量及控制提出更新 更高和更多的要求 如5 7 特大口径 特大流量测量 超微小流量测量 钢水等高温介质的流量测量 液氮等超低温介质的流量测量等等 近年来 核磁共振流量计 放射性同位素流量计等新仪表已日臻完善 流量测量准确度在不断提高 精品课件 30 山东建筑大学燃气专业与燃气自动化事业一路同行 压力传感器 变送器选型 1 变送器要测量什么样的压力先确定系统中要确认测量压力的最大值 一般而言 需要选择一个具有比最大值还要大1 5倍左右的压力量程的变送器 这主要是在许多系统中 尤其是水压测量和加工处理中 有峰值和持续不规则的上下波动 这种瞬间的峰值能破坏压力传感器 持续的高压力值或稍微超出变送器的标定最大值会缩短传感器的寿命 然而 由于这样做会精度下降 于是 可以用一个缓冲器来降低压力毛刺 但这样会降低传感器的响应速度 所以在选择变送器时 要充分考虑压力范围 精度与其稳定性 精品课件 31 山东建筑大学燃气专业与燃气自动化事业一路同行 压力传感器 变送器选型 2 什么样的压力介质黏性液体 泥浆会堵上压力接口 溶剂或有腐蚀性的物质会不会破坏变送器中与这些介质直接接触的材料 以上这些因素将决定是否选择直接的隔离膜及直接与介质接触的材料 精品课件 32 山东建筑大学燃气专业与燃气自动化事业一路同行 压力传感器 变送器选型 3 变送器需要多大的精度决定精度的有 非线性 迟滞性 非重复性 温度 零点偏置刻度 温度的影响 但主要由非线性 迟滞性 非重复性 精度越高 价格也就越高 精品课件 33 山东建筑大学燃气专业与燃气自动化事业一路同行 压力传感器 变送器选型 4 变送器的温度范围通常一个变送器会标定两个温度范围 即正常操作的温度范围和温度可补偿的范围 正常操作温度范围是指变送器在工作状态下不被破坏的时候的温度范围 在超出温度补范围时 可能会达不到其应用的性能指标 温度补偿范围是一个比操作温度范围小的典型范围 在这个范围内工作 变送器肯定会达到其应有的性能指标 温度变从两方面影响着其输出 一是零点漂移 二是影响满量程输出 如 满量程的 X 读数的 X 在超出温度范围时满量程的 X 在温度补偿范围内时读数的 X 如果没有这些参数 会导至在使用中的不确定性 变送器输出的变化到度是由压力变化引起的 还是由温度变化引起的 温度影响是了解如何使用变送器时最复杂的一部分 精品课件 34 山东建筑大学燃气专业与燃气自动化事业一路同行 压力传感器 变送器选型 5 需要得到怎样的输出信号mV V mA及频率输出数字输出 选择怎样的输出取决于多种因素 包括变送器与系统控制器或显示器间的距离 是否存在 噪声 或其他电子干扰信号 是否需要放大器 放大器的位置等 对于许多变送器和控制器间距离较短的OEM设备 采用mA输出的变送器最为经济而有效的解决方法如果需要将输出信号放大 最好采用具有内置放大的变送器 对于远距离传输出或存在较强的电子干扰信号 最好采用mA级输出或频率输出 如果在RFI或EMI指标很高的环境中 除了要注意到要选择mA或频率输出外 还要考虑到特殊的保护或过滤器 精品课件 35 山东建筑大学燃气专业与燃气自动化事业一路同行 压力传感器 变送器选型 6 选择怎样的励磁电压输出信号的类型决定选择怎么样的励磁电压 许多放大变送器有内置的电压调节装置 因此其电源电压范围较大 有些变送器是定量配置 需要一个稳定的工作电压 因此 能够得到的一个工作电压决定是否采用带有调节器的传感器 选择传送器时要综合考虑工作电压与系统造价 精品课件 36 山东建筑大学燃气专业与燃气自动化事业一路同行 压力传感器 变送器选型 7 是否需要具备互换性的变送器确定所需的变送器是否能够适应多个使用系统 一般来讲 这一点很重要 尤其是对于OEM产品 一旦将产品送到客户手中 那么客户用来校准的花销是相当大的 如果产品具有良好的互换性 那么即使是改变所用的变送器 也不人影响整个系统的效果 精品课件 37 山东建筑大学燃气专业与燃气自动化事业一路同行 压力传感器 变送器选型 8 变送器超时工作后需要保持稳定度 大部分变送器在经过超时工作后会产生 漂移 因此很有必要在购买前了解变送器的稳定度 这种预先的工作能减少将来使用中会出现的种种麻烦 精品课件 38 山东建筑大学燃气专业与燃气自动化事业一路同行 压力传感器 变送器选型 9 变送器的封装变送器的封装 尤其往往容易忽略是它的机架 然而这一点在以后使用中会逐渐暴露出其缺点 在选购传送器传一定要考虑到将来变送器的工作环境 湿度如何 怎样安装变送器 会不会有强烈的撞击或振动等 精品课件 39 山东建筑大学燃气专业与燃气自动化事业一路同行 压力传感器 变送器选型 10 在变送器与其它电子设备间采用怎样的连接 是否需要采用短距离连接 若是采用长距离连接 是否需要采用一个连接器 精品课件 40 山东建筑大学燃气专业与燃气自动化事业一路同行 3 压力传感器的分类 首先将压力通过弹性元件与位移联系上 精品课件 41 山东建筑大学燃气专业与燃气自动化事业一路同行 精品课件 42 山东建筑大学燃气专业与燃气自动化事业一路同行 精品课件 43 山东建筑大学燃气专业与燃气自动化事业一路同行 精品课件 44 山东建筑大学燃气专业与燃气自动化事业一路同行 压力变送器 精品课件 45 山东建筑大学燃气专业与燃气自动化事业一路同行 精品课件 46 山东建筑大学燃气专业与燃气自动化事业一路同行 电接点压力表 不仅可实现压力的测量 而且可实现压力的报警和控制 精品课件 47 山东建筑大学燃气专业与燃气自动化事业一路同行 4 压力检测仪选用的主要依据 1 控制系统对压力检测的要求 例如 测量精度 被测范围 以及对附加装置的要求等 2 被测介质的性质 例如 介质温度高低 粘度大小 有无腐蚀和易燃易爆情况等 3 现场环境条件 例如 高温 腐蚀 潮湿 振动等 除此以外 对弹性式压力表 为了保证弹性元件在弹性变形的安全范围内可靠地工作 在选择压力表量程时必须留有余地 精品课件 48 山东建筑大学燃气专业与燃气自动化事业一路同行 2 2 1 3温度检测与选型 3 热电偶冷端温度的补偿方法 补偿电桥法利用电桥不平衡原理 桥臂热电阻随温度变化 产生补偿电压 环境温度Tn不等于20 电桥失去平衡 产生电势Vab Eab Tn T 叠加补偿电桥又叫毫伏发生器 使用时 注意零点是20 Eab T T0 r1 r2 r3 1 与温度无关 在Tn 20 热电阻rcu 1 Vab 0 热电偶两结点所产生的总的热电势等于热端热电势与冷端热电势之差 精品课件 49 山东建筑大学燃气专业与燃气自动化事业一路同行 2 2 1 3温度检测与选型 2 热电阻的种类及结构形式1 种类及特性热电阻传感器可分为金属热电阻式和半导体热电阻式两大类 前者简称热电阻 后者简称热敏电阻 铂 铜为应用最广的热电阻材料 虽然铁 镍的温度系数和电阻率均比铂 铜要高 但由于存在着不易提纯和非线性严重的缺点 因而用得不多 随着低温和超温测量技术的发展 已开始采用铟 锰和碳等作为热电阻的材料 精品课件 50 山东建筑大学燃气专业与燃气自动化事业一路同行 2 2 1 3温度检测与选型 铂热电阻 200 850 规格型号 Pt100 Pt10 Pt1000结构 电阻丝 绝缘管 保护套管 接线盒特点 准确度高 稳定性好 性能可靠 有较高电阻率 广泛应用于基准 标准化仪器中 铂电阻阻值与温度变化之间的关系可近似用下式表示 在 190 0 温度范围内 在0 660 温度范围内 精品课件 51 山东建筑大学燃气专业与燃气自动化事业一路同行 2 2 1 3温度检测与选型 铜热电阻 50 150 由于铂为贵金属 一般在测量精度要求不高和测温范围较小时 均采用铜电阻 规格型号 Cu50 Cu100特点 线性度高 电阻温度系数高 价格便宜 电阻率低 易氧化 由于铜电阻的电阻率仅为铂电阻的l 6左右 当温度高于100 时易被氧化 适用于温度较低和没有侵蚀性的介质中工作 电阻值与温度变化之间的关系 精品课件 52 山东建筑大学燃气专业与燃气自动化事业一路同行 2 2 1 3温度检测与选型 传感器内热电阻的结构随用途不同而各异 铜热电组结构示意图 铂热电阻结构示意图 a 云母弹簧型b 玻璃封装型c 塑料型 引出线 云母骨架 铂丝 弹簧支撑片 银引出线 漆包铜线 骨架 精品课件 53 山东建筑大学燃气专业与燃气自动化事业一路同行 2 2 1 3温度检测与选型 在用热电阻温度传感器进行测温时 经常使用直流电桥作为测量线路 热电阻内部导线 引出线 的形式有两线式 三线式和四线式 图2 10内部因出线形式 两线式用于不需要较高精度且测温热电阻与检测仪表距离较近的场合 三线式可以减小热电阻与测量仪表之间连接导线的电阻因环境温度变化所引起的测量误差 四线式不仅可以消除热电阻与测量仪表之间连接导线电阻的影响 而且可以消除测量线路中寄生电势引起的测量误差 多用于标准计量和实验室 精品课件 54 山东建筑大学燃气专业与燃气自动化事业一路同行 2 2 1 3温度检测与选型 3 半导体热敏电阻 40 350 金属的电阻随温度的升高而增大 但半导体的电阻值随温度的升高而降低 具有负的温度系数 并呈现非线性 如图示 由上图可知 在温度变化相同时 热敏电阻的阻值变化约为铂热电阻的10倍 因此可用它来测量0 01 或更小的温度差异 热敏电阻正是利用半导体的电阻值随温度显著变化这一特性制成的热敏元件 它是由某些金属氧化物按不同的配方比例烧结制成的 在一定的范围内 根据测量热敏电阻阻值的变化 便可知被测介质的温度变化 精品课件 55 山东建筑大学燃气专业与燃气自动化事业一路同行 2 2 1 3温度检测与选型 热敏电阻与金属热电阻比较 电阻温度系数大 热敏电阻的电阻温度系数约为 3 6 金属热电阻约为0 4 0 6 电阻率大 连接导线所用的电阻可忽略不计 结构简单 体积小 可用于测量点温度 热惯性小 工艺和互换性差 精品课件 56 山东建筑大学燃气专业与燃气自动化事业一路同行 3 数字是温度传感器 DS18B20 精品课件 57 山东建筑大学燃气专业与燃气自动化事业一路同行 5 SHT71温度 湿度复合传感器该传感器是SENSIRION公司最新推出的数字化产品 直接输出数字信号 通过一根数据线与微处理器相连 因此可简化硬件电路设计 图2 26传感器与微处理器的电路接线形式 图2 25智能化的温湿度传感器 精品课件 58 山东建筑大学燃气专业与燃气自动化事业一路同行 4 温度传感器的选择与安装 1 温度传感器的选择满足精度要求 价格适中 记录方便 操作简单 2 温度传感器的安装 测点的布置 避免死区 有良好的换热条件 减少传感器与周围物体的散热 便于维修 精品课件 59 山东建筑大学燃气专业与燃气自动化事业一路同行 视频与安防设备的选型 随着社会的进步 视频监控越来越被广泛地应用到各个领域 视频监控系统也随之经历了三个时代 目前以网络摄像机 视频服务器为代表的第三代网络视频监控系统取得了长足的发展 在全球市场占有份额迅速增加 在各地项目中也逐步获得广泛应用 全国的平安城市 全球眼项目更是掀起了网络视频应用的高潮 网络视频厂商如雨后春笋般在全国范围内迅速增加 市场上出现了大量的网络视频监控产品品牌 其它IT厂商或传统行业也加入了网络视频行业的竞争 纷纷推出了自己的网络视频产品及解决方案 面对市场上众多网络视频监控产品 工程商和最终用户如何选择产品和解决方案一直是一个比较头疼的问题 希望通过对网络视频监控系统选型关键要素分析 可以给用户一些建议 选择适合自己的产品和解决方案 精品课件 60 山东建筑大学燃气专业与燃气自动化事业一路同行 视频与安防设备的选型 首先我们针对视频监控系统发展阶段作一个简单回顾 以便系统集成商 工程商根据工程项目需求和项目预算实际情况 推荐给客户最合适的产品和系统解决方案 视频监控系统目前经历了三个发展阶段 第一代视频监控系统是采用闭路电视系统构建的模拟系统 通过摄像机 监视器 磁带录像机等构成 由于不能对前端进行控制且价格昂贵 操作管理复杂 扩展能力差 很难实现较大系统的要求 已经逐渐被淘汰 精品课件 61 山东建筑大学燃气专业与燃气自动化事业一路同行 视频与安防设备的选型 第二代视频监控系统是以数字硬盘录像设备为核心的视频监控系统 数字硬盘录像机前端采用模拟摄像机 后端采用数字信号控制和硬盘作为储存介质 信息检索查询方便 控制灵活 是目前视频监控的主要方式 得到了广泛应用和发展 由于系统网络结构是一种单功能 单向 集中方式的信息采集网络以及介质专用的特点 该系统相对于本身技术极限而言已发展到很高的水平 已无太多潜力可挖 而其局限性依然存在 要满足更高的要求 数字化的是必由之路 精品课件 62 山东建筑大学燃气专业与燃气自动化事业一路同行 视频与安防设备的选型 第三代视频监控系统 数字网络视频监控系统 数字网络视频监控系统的关键设备是视频服务器 网络摄像机 其采用嵌入式实时多任务操作系统 摄像机送来的视频信号经过高效压缩芯片压缩编码 通过内部总线送到网络接口发送到网络上 网络上用户可以直接用在PC机上用浏览器观看视频服务器传送过来的摄像机所拍摄的图像 授权用户还可以通过计算机网络透过视频服务器控制摄像机镜头和云台的动作或对系统进行配置操作 精品课件 63 山东建筑大学燃气专业与燃气自动化事业一路同行 2 2 2 1安防系统的组成 根据安防系统应具备的功能 智能楼宇的安防系统一般应由以下三部分组成 l 门禁系统 2 防盗报警系统 3 电视监视系统在设计安防系统时选择方案的主要依据是 被保护的对象和他的重要程度 例如对燃气站中某些重要物件和场所等保护就应考虑采取高度可靠性的系统 除了有门禁系统外 还要设置多重探测器的防盗报警系统和联动的显示和记录装置 以及要考虑联动装置的反应速度等 精品课件 64 山东建筑大学燃气专业与燃气自动化事业一路同行 1 探测器 按所探测的物理量的不同 可分为开关 微波 红外 激光 超声波和振动等方式 按电信号传输方式不同 又可分为无线传输和有线传输两种方式 精品课件 65 山东建筑大学燃气专业与燃气自动化事业一路同行 精品课件 66 山东建筑大学燃气专业与燃气自动化事业一路同行 2 边界防护系统 采用主动式红外探测器 其工作原理是它由一个红外线发射器和一个接收器 以相对方式布置组成 当罪犯横跨门窗或其它防护区域时 挡住了不可见的红外光束 从而引发报警 精品课件 67 山东建筑大学燃气专业与燃气自动化事业一路同行 接收装置的组成 接收装置由光学透镜 红外光电管 放大整形电路 功率驱动器及执行机构等组成 双光束系列 精品课件 68 山东建筑大学燃气专业与燃气自动化事业一路同行 接收装置的原理 接收装置的原理是光电管将接收到的红外光信号转变为电信号 经整形放大后推动执行机构启动报警设备 双光束系列 精品课件 69 山东建筑大学燃气专业与燃气自动化事业一路同行 主动式红外报警器的优点 主动式红外报警器有较远的传输距离 因红外线属于非可见光源 入侵者难以发觉与躲避 防御界线非常明确 全数字四光束系列 精品课件 70 山东建筑大学燃气专业与燃气自动化事业一路同行 光墙或光网的安装方式 为了在更大范围有效地防范 也可以利用多机采取光墙或光网安装方式组成警戒封锁区或警戒封锁网 乃至组成立体警戒区 精品课件 71 山东建筑大学燃气专业与燃气自动化事业一路同行 单光路系统 单光路系统由一个发射器和一个接收器组成 精品课件 72 山东建筑大学燃气专业与燃气自动化事业一路同行 双光路系统 双光路由两对发射器和接收器组成 两对收 发装置分别相对 是为了消除交叉误射 精品课件 73 山东建筑大学燃气专业与燃气自动化事业一路同行 多光路系统 多光路系统构成警戒面 精品课件 74 山东建筑大学燃气专业与燃气自动化事业一路同行 反射单光路系统 反射单光路系统构成警戒区 精品课件 75 山东建筑大学燃气专业与燃气自动化事业一路同行 3 被动式红外探测器 利用表面温度为36 37 的人体所辐射的波长在10 m左右的红外线来探测人体的探测器 被动式红外探测器的原理是在探测区域内 人体透过衣饰的红外辐射能量被探测器的透镜接受 并聚焦于热释电传感器上 当人体 入侵者 在这一监视范围中运动时 顺次地进入某一视场 又走出这一视场 热释电传感器对运动的人体一会儿看到 一会儿又看不到 于是人体的红外线辐射不断地改变热释电体的温度 使它输出一个又一个相应的信号 此信号就是报警信号 精品课件 76 山东建筑大学燃气专业与燃气自动化事业一路同行 1 被动式红外探测器的主要特点 由于它是被动式的 不主动发射红外线 因此其功耗非常小 安装方便 与微波报警器相比 红外波长不能穿越砖头水泥等一般建筑物 在室内使用时 不必担心由于室外的运动目标会造成误报 在较大面积的室内安装多个被动红外报警器时 因为它是被动的 所以不会产生系统互扰的问题 工作不受声音的影响 即声音不会使它产生误报 精品课件 77 山东建筑大学燃气专业与燃气自动化事业一路同行 2 被动式红外探测器的布置 布置时要注意探测器的探测范围和水平视角 探测器不要对准加热器 空调出风口管道 根据现场探测器模式 可直接安装在墙上 天花板上或墙角 探测器不要对准强光源和受阳光直射的门窗 警戒区内注意不要有高大的遮挡物遮挡和电风扇叶片等的干扰 也不要安装在强电处 精品课件 78 山东建筑大学燃气专业与燃气自动化事业一路同行 精品课件 79 山东建筑大学燃气专业与燃气自动化事业一路同行 3 门禁系统 一般的门禁管制系统的结构如下图 基本上由三个层面的设备组成 最基本的层面是与进出门的人员和车辆打交道的辨识装置 电子门锁 可视对讲 出口按钮 报警传感器 门磁开关 报警喇叭等 它们的输出信号送到控制器 并根据发来的信号和原来存储的信号相比较并作出判断 然后发出处理信息 精品课件 80 山东建筑大学燃气专业与燃气自动化事业一路同行 4 防盗报警系统 防盗报警系统由探测器 报警器 传输系统和报警控制器组成 防盗报警系统的原理 探测器检测到意外情况就产生报警信号 通过传输系统送入报警控制器发出声 光或其他报警信号 精品课件 81 山东建筑大学燃气专业与燃气自动化事业一路同行 精品课件 82 山东建筑大学燃气专业与燃气自动化事业一路同行 视频与安防设备的选型 从技术上分析 网络视频监控系统涉及计算机技术 传统CCTV 网络技术 防盗报警技术 其它弱电系统集成等 是一个交叉综合多学科系统工程 而设计网络视频监控系 我们可以从前端监控设备 网络传输资源 系统平台软件功能 网络规划 存储机制等方面描述分析 现结合深圳市景阳数码技术有限公司网络视频产品的具体功能 着重从前端网络摄像机选型需要注意事项进行分析 精品课件 83 山东建筑大学燃气专业与燃气自动化事业一路同行 监控单元的选型 一 数据采集和控制 DA C 系统一般有哪几种形式 各有何优点 未来趋势是什么 粗略的讲 DA C可以采用三种形式来构成 1 基于PLC的顺序逻辑控制系统 2 基于DCS的大型控制系统 3 基于PC BASED的数据采集和控制 DA C 系统 优缺点如下 随着PC及网络技术的迅猛发展 未来的趋势是PLC及DCS逐渐向PC BASED靠拢 如采用PC的CPU 流行的Ethernet TCP IP通讯协议 同时PC BASED逐渐向PLC及DCS渗透 如采用遵循IEC 1131的软PLC 三者会取长补短 即PLC和DCS的开放性及通讯能力逐渐加强 同时PC BASED的实时性进一步提高 精品课件 84 山东建筑大学燃气专业与燃气自动化事业一路同行 监控单元的选型 二 为什么说PC BASED系统开放性好 PC BASED系统采用INTEL或兼容的硬件及微软或兼容的软件 由于WINTEL架构已经成为商业PC机的主流 其标准公开 结构公开 软件及开发工具公开 因此具有很好的开放性 且硬件成本和开发成本相比较均很低 因此 PC BASED的DA C架构受到广大用户的欢迎 精品课件 85 山东建筑大学燃气专业与燃气自动化事业一路同行 监控单元的选型 三 基于PC BASED的DA C系统有几种形式 1 基于板卡的集中式数据采集系统 基本方式是采用数据采集卡进行数据采集 具有代表性的厂家如Advantech NI及吉时利 主要做法是将一块基于IAS或PCI的板卡插入工业计算机或商用机 非严格场合 上 将外部信号通过导线引至计算机的端子上然后接入数据采集卡 通过定制的软件就可以进行采集 优点是成本较低 速度块 如1MHZ数据采集 缺点是可靠性一般 同时布线费用高 2 基于分布式的数据采集系统 基本方式是采用基于现场总线的数据采集智能模块 流行的现场总线如RS 485 非严格 CANBUS Profibus等 代表性的厂家如ADVANTECHADAM系列等 基本做法是通过现场总线将智能模块引入计算机 上位机通过定制的软件和智能模块通讯 优点是易维护 布线简单 可靠性高 缺点是采样速度低 成本较高 精品课件 86 山东建筑大学燃气专业与燃气自动化事业一路同行 监控单元的选型 四 数据采集卡的分类 按照采集信号的类型分 模拟量输入输出 数字量输入输出 定时 计数等三种 按照采样速度可分成高速和低速 按照隔离方式可分成隔离和非隔离 因此用户可以根据自己的需求来选择合适的数据采集卡 精品课件 87 山东建筑大学燃气专业与燃气自动化事业一路同行 监控单元的选型 五 模拟量输入为何分单端和差分 来自现场的信号总会存在各种干扰成份 尤其是共模干扰 模拟量的差分输入正是采用差分放大器的形式来消除模拟量的共模干扰 如果信号源比较干净 可以采用单端输入的方式 两个单端可以组成一个差分输入 因此 单端输入容量是双端的一倍 精品课件 88 山东建筑大学燃气专业与燃气自动化事业一路同行 监控单元的选型 六 A D转换后数据传输共有几种形式 将模拟量通过采集卡送入计算机 一般分成三步 a 启动A D b A D转换 c A D转换结果送入计算机 按照数据采集速度不同第 c 步可以采用不同的形式 软件查询的方式 通过软件检查A D完成标志 读入数据至计算机 这种方法适合速度较慢的场合 100KHZ的数据采集 特殊高速数据采集卡 如卡上内嵌CPU的高速数据采集卡 精品课件 89 山东建筑大学燃气专业与燃气自动化事业一路同行 监控单元的选型 七 数据采集卡软硬件件如何整合 一般正规厂家随硬件会提供如下开发工具 DOS下函数库及例程DOS下寄存器使用例程 WINDOWS16 32BITDLL VC VB Delpohi例程 以上一般免费提供 OCX控件 可付费获取 OPCServer 通过组态软件实现整合 一般国内的组态软件均支持板卡 如组态王等 精品课件 90 山东建筑大学燃气专业与燃气自动化事业一路同行 监控单元的选型 八 采用分布式数据采集系统有何好处 在众多PC BASED厂家中 以研华的ADAM系列分布式数据采集系统最具有代表性 精品课件 91 山东建筑大学燃气专业与燃气自动化事业一路同行 监控单元的选型 九 现场总线的分类及特点 1 CAN最初由RobertBosch设计 以提供车辆内电子面板控制单元 ElectronicControlUnits ECUs 的串行通信 其特点为实时 高传输可靠性和数据安全性 CAN产品广泛 成本低 从而超出汽车工业应用至工业自动化领域 如移动机床 CAN面向消息 多主 广播协议 被ISO11898标准化为高速通信 只定义了数据链路层和部分物理层 CAN采用带非破坏性位判断的CSMA或冲突避免 CSMA CA 以解决潜在的总线访问冲突 不丢失数据和带宽 识别符的长度 判断域 为11位标准ID和29位扩展ID CANKingdom 2 HART是为了满足过程控制应用中 在不中断4 20mA信号情况下 实现智能现场设备与主设备之间的双向数字通信 最初由Rosemount开发 得到了HART通信基金会 HCF 的支持 HART协议符合OSI RM 精品课件 92 山东建筑大学燃气专业与燃气自动化事业一路同行 9 现场总线的分类及特点 1 CAN 2 HART 3 LonWorksLonworks 4 ModbusPlus 5 ProfibusRS232RS485 精品课件 93 山东建筑大学燃气专业与燃气自动化事业一路同行 监控单元的选型 的1 2 7层 物理层使用基于FSK技术的Bell202 HART可以点对点模式运行在已有的4 20mA信号线上 过程值以模拟方式传送 HART用来组态和测试 或者通过双绞线以多点组态模式运行 满足本安要求时 单个电源最多可远程供电15台设备 如果本地供电 可连接更多数量的设备 3 LonWorksLonworks是对等控制网络 适用于分散控制和楼宇自动化中连接智能设备 由美国Echelon公司开发 LonWorks提供多种传输介质 柔性拓扑结构 传输速率可达2 5Mbps 介质访问分散争用 应用层提供4类36种服务 更新网络变量 隐式报文 和显式报文 变量类型为预定义类型或C语言定义 报文的发送为点对点或多点方式 带或不带确认 4 ModbusPlusModbusPlus是为工业控制应用 如过程控制和监控信息传递 设计的局域网 由AEGModicon开发 网络总线采用单 双电缆布局 可连接至多64个可寻址节点 1Mbps传输速率 信息格式为HDLC 介质访问采用令牌方式 精品课件 94 山东建筑大学燃气专业与燃气自动化事业一路同行 监控单元的选型 5 Profibus PROcessFieldBUSProfibus由Siemens领导开发 共有3种版本 Profibus FMS FieldbusMessageSpecification 针对单元控制 主要是为了解决控制器与智能现场设备之间的大容量信息的传送 采用令牌与主从方式相结合的办法 实现总线访问控制 FMS包括两个基本组件 FMS MMS子集 在面向对象 client server体系结构下提供服务给用户应用 其重要特性为虚拟现场设备 VirtualFieldDevice VFD 和低层接口 LowerLayerInterface LLI 使应用功能适应数据链路层的众多特性 FMS有39种服务 包括环境管理 变量访问 域管理 程序调用管理 事件管理 虚拟现场设备支持 对象字典 ObjectDictionary OD 管理等 不支持实时服务 规约在用户层定义 是MiniMAP的有力竞争者 Profibus DP DecentralisedPeripherals 针对自动化系统中的实时循环I O通信 省略了OSI模型的第7层 通过直接数据连结映像器直接将用户接口连结到第2层 精品课件 95 山东建筑大学燃气专业与燃气自动化事业一路同行 监控单元的选型 Profibus PA ProcessAutomation 面向过程控制应用 物理层满足IEC1158 2本安传送标准 电压模式 31 25kbps RS485 数据链路层为DIN19245的功能集合 应用层与Profibus FMS相同 仪表A和B的规约在用户层定义 已确保设备的可互操作性和互换性 FMS和DP主要服务于离散制造应用 使用RS485接口 实际上 可在同一系统甚至同一设备中同时使用FMS和DP 不同功能和10种传输速率 9 6kbps 12Mbps 的芯片和开发工具可选 Profibus是一个从现场到单元层的系统方案 在Siemens的极力推荐下 已被工业界广泛接受 安装数量很多 精品课件 96 山东建筑大学燃气专业与燃气自动化事业一路同行 通讯设备的选型 站端通讯设备的选型依托于通讯方式的选择 通讯方式的选择有有线方式和无线方式两种 有线方式下我们需要选择路由器 交换机 通讯协议转换器等等 路由器的选择 宽带路由器的功能在不断扩展 目前 市场上大部分宽带路由器提供VPN 防火墙 DMZ 按需拔号 支持虚拟服务器 支持动态DNS等功能 有关专家建议 要根据自身需求和投资大小来衡量 在选择时 要了解宽带路由器的各种功能及其适用场合交换机的选择 可靠性 可管理性 灵活性和可扩展性 安全性 标准性和开放性 性价比 通讯协议转换器的选择一般我们站端的设备不具备网络接口的时候我们就需选择协议转换器来完成网络的构架 把站端的数据传输到网络上来 用到协议转换器有485转232 232 485转TCP IP通讯 或者MODBUS转PROFIBUS 只有恰当的进行选择协议转换器才能满足组网的要求 精品课件 97 山东建筑大学燃气专业与燃气自动化事业一路同行 操作台 控制机柜的设计 在自控系统中 机柜似乎属于技术含量低的附属设备 经常被人忽视 但是优质的机柜保证了柜内设备的安全运行 保证了操作者的人身安全 在机柜的选择上有很多需要考虑的问题 那么机柜在自动控制应用中究竟如何选型 选型过程中应该注意那些问题呢 下面将对机柜选型做一探讨 精品课件 98 山东建筑大学燃气专业与燃气自动化事业一路同行 操作台 控制机柜的设计 以下这几点是机柜选型时应该注意的几个方面 可靠的质量保证 承重保证 防护及其它 温度控制系统 机柜的兼容性 售后服务等 精品课件 99 山东建筑大学燃气专业与燃气自动化事业一路同行 操作台 控制机柜的设计 标准机柜如今 在自动控制领域 PLC及变频器的应用已经非常普遍 著名的自控设备生产厂商 如西门子 欧姆龙等 这些设备在自动控制系统中起着举足轻重的作用 安装这些设备的机柜需要选用高度在1800mm以上 宽度600mm 1200mm 深度600mm 800mm 这些尺寸组合的机柜将有足够的空间来安装这些自控设备和周边相关设备 在仪表控制中 有时需要在机柜内安装两块安装板来放置各种控制仪表 这时 前开门已经不能满足应用 需要将前开门机柜改为前后开门以方便操作和维护 精品课件 100 山东建筑大学燃气专业与燃气自动化事业一路同行