自动调节仪表概论

1、1 概概 论论电气信息工程学院电气信息工程学院 自动化教研室自动化教研室主讲教师：王婷婷主讲教师：王婷婷2011.9T：6504062 /：2电气信息工程学院自动化教研室电气信息工程学院自动化教研室v学学 时：时：48 （含实验学时：（含实验学时：6 ）v学学 分：分：3v课程类别：课程类别：必修必修v课程性质：课程性质：专业课专业课v考核方式：考核方式：闭卷考试（成绩分布为：卷面闭卷考试（成绩分布为：卷面77%、实验实验13%、平时、平时10%）v先修课程：先修课程：自动检测技术、自动控制原理、过程自动检测技术、自动控制原理、过程控制工程，模拟电路。控制工程，模拟电

2、路。v要要 求：求：掌握控制仪表的工作原理和构成，电掌握控制仪表的工作原理和构成，电路原理图的组成和线路分析，路原理图的组成和线路分析，PID参数的调整等。参数的调整等。3电气信息工程学院自动化教研室电气信息工程学院自动化教研室v吴勤勤吴勤勤控制仪表与装置控制仪表与装置（第三版）化学（第三版）化学工业出版社工业出版社 2008v张永德张永德 过程控制装置过程控制装置（第三版）（第三版） 化学工化学工业出版社业出版社 20104电气信息工程学院自动化教研室电气信息工程学院自动化教研室概论概论 0.1 控制仪表与控制系统控制仪表与控制系统 0.2 控制仪表及装置的分类控制仪表及装置的分类 0.3

3、联络信号和传输方式联络信号和传输方式 0.4 安全防爆的基本知识和防爆措施安全防爆的基本知识和防爆措施第一章第一章 模拟式控制器模拟式控制器 1.1 控制器的运算规律和组成方式控制器的运算规律和组成方式 1.2 基型控制器基型控制器 1.3 特种控制器和附加单元特种控制器和附加单元5电气信息工程学院自动化教研室电气信息工程学院自动化教研室第二章第二章 变送器和转换器变送器和转换器 2.1 变送器的构成变送器的构成 2.2 差压变送器差压变送器 2.3 温度变送器温度变送器 2.4 电电/气转换器气转换器 6电气信息工程学院自动化教研室电气信息工程学院自动化教研室 0.1 控制仪表与控制系统控制

4、仪表与控制系统 0.2 控制仪表及装置的分类控制仪表及装置的分类 0.3 联络信号和传输方式联络信号和传输方式 0.4 安全防爆的基本知识和防爆措施安全防爆的基本知识和防爆措施概概 论论7电气信息工程学院自动化教研室电气信息工程学院自动化教研室 自动控制系统一般由自动控制系统一般由控制对象、变送器、控控制对象、变送器、控制器制器和和执行器执行器构成，方框图如下所示：构成，方框图如下所示：图图1(a) 简单控制系统框图简单控制系统框图被控介质被控介质测量值测量值被控变量被控变量设定值设定值-变送器变送器控制器控制器执行器执行器控制对象控制对象偏差偏差8电气信息工程学院自动化教研室电气信息工程学院

5、自动化教研室图图1(c) 加热炉温度控制系统方框图加热炉温度控制系统方框图TC101图图1(b) 加热炉温度控制系统加热炉温度控制系统TT101燃料燃料执行器执行器 温度温度变送器变送器 温度温度控制器控制器原料原料加热炉加热炉被控介质被控介质测量值测量值被控变量被控变量设定值设定值-温度变送器温度变送器TC控制阀控制阀加热炉加热炉偏差偏差9电气信息工程学院自动化教研室电气信息工程学院自动化教研室控制对象控制对象 需要调节其工艺参数的生产设备。需要调节其工艺参数的生产设备。 如压力、流量、温度等工艺变量。如压力、流量、温度等工艺变量。变变 送送 器器 把工艺参数转换成标准统一信号的装置。把工艺

6、参数转换成标准统一信号的装置。控控 制制 器器 将来自变送器的测量值与给定信号相比较将来自变送器的测量值与给定信号相比较后产生的偏差信号后产生的偏差信号, 按照预先设定好的控制规律进行运按照预先设定好的控制规律进行运算后，输出一个控制信号送给执行器。算后，输出一个控制信号送给执行器。执执 行行 器器 把控制器的输出信号转换成直线位移或角把控制器的输出信号转换成直线位移或角位移，以控制阀门的开度。位移，以控制阀门的开度。此外，根据需要还可设有此外，根据需要还可设有显示、转换、计算、辅助、给显示、转换、计算、辅助、给定装置。定装置。10电气信息工程学院自动化教研室电气信息工程学院自动化教研室 控制

7、仪表及装置可按控制仪表及装置可按能源形式、信号类型和能源形式、信号类型和结构形式结构形式来分类。来分类。 vv一、一、按能源形式分类按能源形式分类v 1、气动：压缩空气为能源。、气动：压缩空气为能源。v 2、电动：电源为能源。、电动：电源为能源。v 3、液动：液压为能源。、液动：液压为能源。v 工业上主要使用工业上主要使用电动电动和和气动气动控制仪表。控制仪表。11电气信息工程学院自动化教研室电气信息工程学院自动化教研室气动薄膜气动薄膜直通单座阀直通单座阀气动薄膜气动薄膜直通双座阀直通双座阀气动蝶阀气动蝶阀气动球阀气动球阀气动切断阀气动切断阀气动薄膜气动薄膜角形阀角形阀1 1、气动控制仪表、气

8、动控制仪表12电气信息工程学院自动化教研室电气信息工程学院自动化教研室1 1、气动控制仪表、气动控制仪表13电气信息工程学院自动化教研室电气信息工程学院自动化教研室气动仪表的特点：气动仪表的特点： 结构简单，性能稳定可靠；结构简单，性能稳定可靠； 维护方便，价格便宜；维护方便，价格便宜； 具有本质安全防爆性能。具有本质安全防爆性能。1 1、气动控制仪表、气动控制仪表14电气信息工程学院自动化教研室电气信息工程学院自动化教研室电动电动直通单座阀直通单座阀电动电动隔膜阀隔膜阀电动电动三通阀三通阀电磁阀电磁阀手动截止阀手动截止阀2 2、电动控制仪表、电动控制仪表15电气信息工程学院自动化教研室电气信

9、息工程学院自动化教研室2 2、电动控制仪表、电动控制仪表16电气信息工程学院自动化教研室电气信息工程学院自动化教研室电动控制仪表的特点：电动控制仪表的特点： 可以实现无滞后的远距离传送；可以实现无滞后的远距离传送； 能源简单、便于和计算机配合；能源简单、便于和计算机配合； 可应用于易燃易爆的危险场所。可应用于易燃易爆的危险场所。2 2、电动控制仪表、电动控制仪表17电气信息工程学院自动化教研室电气信息工程学院自动化教研室电动控制仪表电动控制仪表气动控制仪表气动控制仪表能源能源电源（电源（220V AC/24V DC）气源（气源（140kPa）传输信号传输信号电信号（电压、电流、电信号（电压、电

10、流、数字）数字）气压信号气压信号元、器件元、器件电子元器件电子元器件气动元件气动元件接线接线导线导线导管导管电磁干扰与防爆电磁干扰与防爆受电磁干扰影响，须采受电磁干扰影响，须采取抗干扰、防爆措施取抗干扰、防爆措施不受电磁干扰影响不受电磁干扰影响本质上安全防爆本质上安全防爆电动控制仪表和气动控制仪表的比较电动控制仪表和气动控制仪表的比较18电气信息工程学院自动化教研室电气信息工程学院自动化教研室3 3、液动控制仪表、液动控制仪表 结构简单、紧凑、体积小。结构简单、紧凑、体积小。 传动平稳可靠，有缓冲无撞击现象。传动平稳可靠，有缓冲无撞击现象。 可根据需要采用不同的液压油，可防爆。可根据需要采用不

11、同的液压油，可防爆。 液动控制仪表的特点：液动控制仪表的特点：19电气信息工程学院自动化教研室电气信息工程学院自动化教研室1、模拟仪表、模拟仪表 传输信号为传输信号为连续变化的模拟量连续变化的模拟量。 如如气动仪表，电动单元组合仪表气动仪表，电动单元组合仪表I、II、III型型等。等。2、数字仪表、数字仪表 传输信号为传输信号为断续变化的数字量断续变化的数字量。 如如可编程调节器、控制器、可编程调节器、控制器、 DCS、 FCS 等。等。vv 二、二、按信号类型分类：按信号类型分类：20电气信息工程学院自动化教研室电气信息工程学院自动化教研室vv 三、三、按结构形式分类按结构形式分类21电气信

12、息工程学院自动化教研室电气信息工程学院自动化教研室22电气信息工程学院自动化教研室电气信息工程学院自动化教研室(1)DDZ-I,II,III,S型型23电气信息工程学院自动化教研室电气信息工程学院自动化教研室(1)DDZ-I,II,III,S型型24电气信息工程学院自动化教研室电气信息工程学院自动化教研室(1)DDZ-I,II,III,S型型25电气信息工程学院自动化教研室电气信息工程学院自动化教研室(2)QDZ-I,II,III,S型型 单元组合仪表由单元组合仪表由变送、调节、变送、调节、给定、显示、转换、计算、执行、给定、显示、转换、计算、执行、辅助辅助等八大仪表单元组成。等八大仪表单元组

13、成。26电气信息工程学院自动化教研室电气信息工程学院自动化教研室变送单元变送单元调节单元调节单元(2)QDZ-I,II,III,S型型27电气信息工程学院自动化教研室电气信息工程学院自动化教研室辅助单元辅助单元给定单元给定单元(2)QDZ-I,II,III,S型型28电气信息工程学院自动化教研室电气信息工程学院自动化教研室运算单元运算单元转换单元转换单元(2)QDZ-I,II,III,S型型29电气信息工程学院自动化教研室电气信息工程学院自动化教研室显示单元显示单元执行单元执行单元(2)QDZ-I,II,III,S型型30电气信息工程学院自动化教研室电气信息工程学院自动化教研室JX-300X3

14、1电气信息工程学院自动化教研室电气信息工程学院自动化教研室32电气信息工程学院自动化教研室电气信息工程学院自动化教研室33电气信息工程学院自动化教研室电气信息工程学院自动化教研室34电气信息工程学院自动化教研室电气信息工程学院自动化教研室35电气信息工程学院自动化教研室电气信息工程学院自动化教研室36电气信息工程学院自动化教研室电气信息工程学院自动化教研室37电气信息工程学院自动化教研室电气信息工程学院自动化教研室一、联络信号一、联络信号1、联络信号、联络信号是指在成套仪表系列中，仪表之间采用的是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。传输信号的类型和数值。2、联络信号类型、联

15、络信号类型:气动仪表：气动仪表：20100KPa 电动仪表：模拟信号电动仪表：模拟信号( 010mA、 420mA 及及 15V)、 数字信号、频率信号数字信号、频率信号38电气信息工程学院自动化教研室电气信息工程学院自动化教研室3、电模拟信号制的确定、电模拟信号制的确定（1）信号下限从零开始）信号下限从零开始有利于模拟量运算。有利于模拟量运算。（2）信号下限从某值开始）信号下限从某值开始（活零点活零点）便于检验仪表是否便于检验仪表是否断电，并可实现两线制。断电，并可实现两线制。（3）信号上限高，）信号上限高，产生的电磁平衡力大，利于设计平衡产生的电磁平衡力大，利于设计平衡式变送器。式变送器。

16、（4）信号上限低，）信号上限低，有利于减少功率损耗和提高仪表防爆有利于减少功率损耗和提高仪表防爆性能性能。39电气信息工程学院自动化教研室电气信息工程学院自动化教研室1、直流电流传输、直流电流传输 电流信号传输时电流信号传输时仪表之间仪表之间串串联联 为减小传输误差，要求：为减小传输误差，要求： R0足够大，而足够大，而Rcm 及及Ri 应比较小应比较小00000000()100%icmicmicmiRIIIIRRnRIIRnRRRnR0100%cmiRnRR（一）模拟信号的传输（一）模拟信号的传输 二、电信号的传输方式二、电信号的传输方式U0R0I0IiRiRiRcm发送仪表发送仪表接收仪表

17、接收仪表n台台40电气信息工程学院自动化教研室电气信息工程学院自动化教研室直流电流传输的特点直流电流传输的特点优点优点 适于远距离传输。适于远距离传输。缺点缺点 回路中增减接收仪表时，将影响其它仪表的工作。回路中增减接收仪表时，将影响其它仪表的工作。41电气信息工程学院自动化教研室电气信息工程学院自动化教研室2、直流电压传输、直流电压传输 电压信号传输时电压信号传输时仪表之间仪表之间并并联联 为减小传输误差，要求：为减小传输误差，要求： R0和和Rcm 尽量小，尽量小，Ri 大些。大些。00000000/100%/iicmicmcmiRnUUUURRRnUURRRRRn0100%cmiRRnR

18、接收仪表接收仪表RiRcm发送仪表发送仪表R0U0RcmIiRiRiUi42电气信息工程学院自动化教研室电气信息工程学院自动化教研室直流电压传输的特点直流电压传输的特点优点优点 增加或取消某个接收仪表不影响其他仪表的工作。增加或取消某个接收仪表不影响其他仪表的工作。缺点缺点 不适于远距离传输。不适于远距离传输。vv 现场与控制室现场与控制室仪表之间采用直流仪表之间采用直流电流信号，电流信号， 控控 制制 室室 内内 部部 仪表之间采用直流仪表之间采用直流电压信号。电压信号。43电气信息工程学院自动化教研室电气信息工程学院自动化教研室（二）变送器与控制室仪表间的信号传输（二）变送器与控制室仪表间

19、的信号传输电源电源装置装置变送器变送器现场现场控制室控制室四线制四线制接收接收仪表仪表两线制两线制变送器变送器现场现场电源电源装置装置控制室控制室接收接收仪表仪表 要实现两线制，必须采用要实现两线制，必须采用活零点活零点的电流信号。的电流信号。因电源因电源线和信号线公用，电源供给变送器的功率是通过信号电流线和信号线公用，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。故导体器件仍能正常工作。故信号电流下限值不能过低。信号电流下限值不能过低。44电气信息工程学院自动化教研室电气信息工程学院

20、自动化教研室0 概论概论0.4 0.4 安全防爆基本知识和防爆措施安全防爆基本知识和防爆措施45电气信息工程学院自动化教研室电气信息工程学院自动化教研室一、一、 安全防爆基本知识安全防爆基本知识vv （一）（一）爆炸危险场所的区域划分爆炸危险场所的区域划分2区区46电气信息工程学院自动化教研室电气信息工程学院自动化教研室 一、安全防爆基本知识一、安全防爆基本知识vv （一）（一）爆炸危险场所的区域划分爆炸危险场所的区域划分2、粉尘爆炸危险场所的区域等级、粉尘爆炸危险场所的区域等级依据：爆炸性粉尘或可燃纤维与空气混合物出现的依据：爆炸性粉尘或可燃纤维与空气混合物出现的频繁程度和持续时间频繁程度和

21、持续时间10区区 在正常情况下，爆炸性粉尘或可燃纤维与空在正常情况下，爆炸性粉尘或可燃纤维与空气混合物可能气混合物可能连续地、频繁地连续地、频繁地出现或长时间存在的出现或长时间存在的场所。场所。（选用本质安全型电气设备）（选用本质安全型电气设备）11区区 在正常情况下，爆炸性粉尘或可燃纤维与空在正常情况下，爆炸性粉尘或可燃纤维与空气混合物气混合物不可能不可能出现，或即使出现也是短时间存在出现，或即使出现也是短时间存在的场所。的场所。（选用隔爆型、增安型电气设备）（选用隔爆型、增安型电气设备）47电气信息工程学院自动化教研室电气信息工程学院自动化教研室vv （二）（二）爆炸性气体的分级爆炸性气体

22、的分级按最大试验安全间隙按最大试验安全间隙MESG(火焰不能传播的最大间隙火焰不能传播的最大间隙)和和最小点燃电流比最小点燃电流比MICR来分级：可分为来分级：可分为A、B、C三级。三级。(1)按按MESG:MESG=1.14mm，甲烷，作为起始点，无等级；，甲烷，作为起始点，无等级； 0.9mm MESG 1.14mm A 级级 0.5mm MESG0.9mm B 级级 MESG 0.5mm C 级级 -最危险！最危险！(2)按按MICR： MICR=1.0 甲烷甲烷 (MICR=某物质的最小点燃电流某物质的最小点燃电流/甲烷的甲烷的) 0.8 MICR 1.0 A 级级 0.45 450

23、T2450t 300 T3300t 200 组别组别引燃温度引燃温度 t/T4T5135t 100 T6100t 85 200t 135 适用于适用于T5的设备不适用于的设备不适用于T649电气信息工程学院自动化教研室电气信息工程学院自动化教研室vv （四）（四）防爆电气设备的分类、分组防爆电气设备的分类、分组防爆电气设备分为两大类：防爆电气设备分为两大类：类：类：煤矿用电气设备煤矿用电气设备类：类：工厂用电气设备（按爆炸性气体特性分为：）工厂用电气设备（按爆炸性气体特性分为：）工厂用电气设备防爆型式有以下八种：工厂用电气设备防爆型式有以下八种：隔爆型隔爆型(d)、本质安全型本质安全型(i)、

24、增安型、增安型(e)、正压型、正压型(p)、充、充油型油型(o)、充砂型、充砂型(q)、浇封型、浇封型(m)和无火花型和无火花型(n)。本质安全型本质安全型设备又可以分为设备又可以分为ia和和ib两个等级。两个等级。ABC (用于最危险场所用于最危险场所) 50电气信息工程学院自动化教研室电气信息工程学院自动化教研室vv 防爆防爆标志及其含义标志及其含义防爆标志由以下防爆标志由以下5个部分构成：个部分构成：1、标志、标志 EX 表示该设备为防爆电气设备。表示该设备为防爆电气设备。2、防爆型式、防爆型式 表明该设备采用何种措施进行防爆，如表明该设备采用何种措施进行防爆，如 d为隔爆型，为隔爆型，

25、i为本安型等。为本安型等。3、设备类别、设备类别 I为煤矿井下用电设备，为煤矿井下用电设备，II为工厂用设备。为工厂用设备。4、防爆级别、防爆级别 为为A、B、C三级，表明防爆能力强弱。三级，表明防爆能力强弱。5、温度组别、温度组别 为为T1T6六组，说明该设备的最高表面六组，说明该设备的最高表面 温度允许值。温度允许值。例如：例如： EXiaIICT5 表示表示II类本质安全型类本质安全型ia等级等级C级级T5组。组。EXiaIICT551电气信息工程学院自动化教研室电气信息工程学院自动化教研室隔爆型仪表隔爆型仪表 如：如：ExdIIBT3 具有具有隔爆外壳隔爆外壳，仪表的电路和接线端子全部

26、置于防爆，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。这类仪表适用于的爆炸压力。这类仪表适用于1区、区、2区区危险场所。危险场所。本质安全型仪表本质安全型仪表 本安仪表的全部电路均为本安仪表的全部电路均为本质安全电路本质安全电路，电压和电流，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。不致于引爆其周围爆炸性气体混合物。ia本安仪表：本安仪表：工况下工况下一或两个故障一或两个故障都不会引燃爆炸性气体

27、，都不会引燃爆炸性气体，0区区危险场所危险场所;ib本安仪表：本安仪表：工况下工况下一个故障一个故障不会引燃爆炸性气体，不会引燃爆炸性气体，1区和区和2区区危险场所危险场所. 二、二、常用防爆常用防爆型控制仪表型控制仪表52电气信息工程学院自动化教研室电气信息工程学院自动化教研室本安防爆系统本安防爆系统本安型变送器本安型变送器本安型执行器本安型执行器控制器控制器安全栅安全栅安全栅安全栅电源箱电源箱非危险场所非危险场所（控制室）（控制室）危险场所危险场所（现场）（现场）危险场所危险场所（现场）（现场） 三、三、 控制系统的防爆措施控制系统的防爆措施vv （一）（一）本安防爆系统本安防爆系统本安防

28、爆系统应满足的两个条件：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，以控制室仪表和危险场所仪表之间设置安全栅，以限制流入危险场所的能量。限制流入危险场所的能量。53电气信息工程学院自动化教研室电气信息工程学院自动化教研室进液进液出料量出料量气动气动执行器执行器差压式差压式液位变送器液位变送器V420 mA15 V控控制制器器Q出出Q进进LP气气420 mAVIII显示显示仪表仪表危险场所危险场所: :现场现场非危险场所非危险场所: :控制室控制室P液位液位配电器配电器I24V DC24V DC54电气信息工程学院

29、自动化教研室电气信息工程学院自动化教研室进液进液出料量出料量气动气动执行器执行器差压式差压式液位变送器液位变送器V420 mA15 VQ出出Q进进LP气气420 mA420 mAVII操作端操作端安全栅安全栅I显示显示仪表仪表危险场所危险场所: :现场现场非危险场所非危险场所: :控制室控制室P液位液位检测端检测端安全栅安全栅24V DC24V DC24V DC控控制制器器V30V DCI30mA DCI55电气信息工程学院自动化教研室电气信息工程学院自动化教研室56电气信息工程学院自动化教研室电气信息工程学院自动化教研室57电气信息工程学院自动化教研室电气信息工程学院自动化教研室58电气信息

30、工程学院自动化教研室电气信息工程学院自动化教研室59电气信息工程学院自动化教研室电气信息工程学院自动化教研室vv （二）（二）安全栅安全栅l作为控制室仪表和现场仪表的关联设备，是本安系统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。的重要组成部分。l既传输信号又限制流入危险场所的能量，以确保系统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。的本安防爆性能。安全栅的结构形式多样，常见的有：齐纳式安全栅齐纳式安全栅隔离式安全栅隔离式安全栅 60电气信息工程学院自动化教研室电气信息工程学院自动化教研室1、齐纳式安全栅原理电路、齐纳式安全栅原理电路安全侧安全侧危险侧危险侧U0VZ1VZ2RFUU1工作过程：工作过程： 现场发生事故，如短路时，限流电阻现场发生事故，如短路时，限流电阻R限制过大电流限制过大电流进入危险侧，进入危