仪控设备工作原理及故障诊断和治疗

1、仪控设备工作原理及故障诊断和治疗仪控系统设备工作原理及故障诊断培训基地高级讲师廖戌郎 先生邮箱：liaoxl目 录一、仪控常用图形符号二、 二次仪表及故障分析三、 执行机构及故障分析四、 电缆线路安装铺设五、 安全区域划分六、 防爆防护基础1、仪控常用图形符号 图形符号 字母代号 仪表位号 设备及元器件图例1.1 图形符号 （1）仪控系统常用图形文字代号根据国家行业标准HG20505-92过程检测和控制系统用文字代号和图形符号的规定而制订。 （2）仪表图形符号是直径为12mm（或10mm）的细实线圆圈。仪表位号的字母或阿拉伯数字较多，圆圈不能容纳时，可以断开。如图 (a)所示。处理两个或多个变

2、量，或处理一个变量但有多个功能的复式仪表，可用相切的仪表圆圈表示，如图 (b)所示。 （3）做为集散系统一个部件的计算机功能图形符号如图 (d)所示。集散系统内部连接的RTU功能图形符号如图 (e)所示。 1、仪控常用图形符号1.2 字母代号 （1）用字母代号表示被测变量和仪表功能，在没有特别要求仪控设备位号的编码规则时，表示被测变量和仪表功能的字母代号见表1。 （2）被测变量和仪表功能组合示例见表2。 首位字母后续字母首位字母后续字母A分析报警P压力测试点C控制R记录D密度差Q积算、累计量E电压检测元件S安全连锁F流量T温度变送H手动V阀门I电流指示W套管L物位灯Y状态计算器、转换器O节流孔

3、Z位置最终执行元件表1 被测变量和仪表功能的字母代号1、仪控常用图形符号表2 被测变量和仪表功能组合示例,(带阴影的为常用被测变量和仪表功能组合)第一位字母被测变量 或引发变量控制器读出仪表开关和报警变送器电磁阀计算器检测元件套管或探头安全装置最终执行元件记录指示无指示自力式控制阀记录指示高(开)低(关)记录指示无指示A分析ARCAICACARAIASHASLARTAITATAYAEAWAVD密度DRCDICDCDRDIDSHDSLDITDTDYDEDVE电压ERCEICECEREIESHESLERTEITETEYEEEZF瞬时流量FRCFICFCFCVFRFIFSHFSLFRTFITFTFY

4、FEFVFQ流量累计FQRCFQICFQRFQIFQSHFQSLFQITFQTFQYFQEFQVH手动HICHCHSHVI电流IRCIICIRIIISHISLIRTIITITIYIEIZL液位LRCLICLULILSHLSLLRTLITLTLYLELWP压力PRCPICPCPCVPRPIPSHPSLPRTPITPTPYPEPSV PSEPVPD差压PDRCPdICPDCPDCVPDRPdIPDSHPDSLPDRTPdITPdTPDYPEPDVT温度TRCTICTCTCVTRTITSHTSLTRTTITTTTYTETWTSETVZ位置ZRCZICZCZCVZRZIZSHZSLZRTZITZTZY

5、ZEZV1、仪控常用图形符号表3/表4仪控设备元件、部件,电缆、电线、管线字母代号序号字母代号名称示例1PB电源接线箱PB12TB信号接线箱TB23PX电源接线箱内电源端子板PX14TX信号接线箱内信号端子板TX15MB防爆操作柱（手动防爆按钮）MB16CB控制柜CB17SP污水泵SP18LM照明灯具LM19M电机（电动执行机构）M10111S电磁阀S101序号字母代号名称线型线条宽度1C电缆、电线连续默认2AR空气源管线连续默认3NP氮气源管线连续默认4NG天然气管线连续0.35CNG压缩天然气管线连续0.36W排污管ISO w100默认1、仪控常用图形符号1.3 仪表位号 仪表位号组成：检

6、测、控制系统中，构成一个回路的每个仪表（或元件）都应有自己的仪表位号。 仪表位号由字母代号组合和回路编号两部分组成。在没有特别要求仪表位号编制规则时，采用以下的编号方法：仪表位号中，第一位字母表示被测变量，后继字母表示仪表的功能； P T 1 01序号，一般用2位数字调压路或调压撬代号功能字母代号（T变送）被测变量字母代号（P压力） 回路编号可以按调压橇或调压路工段（区域）进行编制，一般用三位至五位数字表示。1、仪控常用图形符号序号内容图例1压力（温度）变送器、温度传感器2过滤器差压变送器3过滤器差压变送器过滤器液位指示、报警1.4 设备和元器件图例 见下表5 带控制点流程图例1、仪控常用图形

7、符号4超声波流量计、修正仪（带压力、温度补偿）5涡轮流量计、修正仪（带压力、温度补偿）6阀门位置开关带指示7电动执行机构1、仪控常用图形符号8气动执行机构（单作用；电磁阀带电阀门打开，失电关闭，电磁阀带手动复位）9紧急切断阀阀位及关断报警10调压器阀位变送器1、仪控常用图形符号2、仪控常用检测仪表 温度变送器 压力/差压变送器 泄漏探测器 阀位变送器 常见故障及分析调压站仪表与控制基础- 检测仪表1状态参数仪表名称状态参数仪表压力压力变送器电子压力记录仪阀位调压器阀位变送器紧急切断阀动作报警阀门开关状态温度温度变送器（传感器）联锁状态快开门联锁失效报警差压过滤器差压变送器液位过滤器液位变送器（

8、液位开关）泄漏可燃气体探测器门禁箱式调压站门禁监测流量流量计(修正仪、流量计算机)组分色谱分析仪传感器：把被测非电量转换成为与之有确定对应关系，且便于应用的某些物理量（通常为电量）的测量装置转换单元：把传感器输出的变量变换成电压或电流信号，使之能在输出单元的指示仪上指示或记录仪上记录；或者能够作为控制系统的检测或反馈信号显示单元：数字式、指针式指示仪等变送器：输出为标准化信号的传感器。变送器的组成：2、仪控常用检测仪表2.1温度传感器/变送器套管安装图： 套管在工艺管道上一般采用直插或迎气流方向45斜插的方式75mm温度传感器： 常用的是Pt100热电阻，热电偶很少用到。Pt100的数字100

9、表示温度在0时的电阻值，还有Pt10、 Pt50传感器。 由于线路也有电阻， 常用三线制、四线制进行补偿，四线制接法精度高。温度变送器： 在Pt100的基础上加上输出标准信号的变送模块。 变送单元上配上显示器件，即为带显示的温度变送器。 带显示的仪表：显示要面向维修通道，高度、角度合适，方便维护人员查看。 GB/T18603一2001天然气计量系统技术要求 温度计套管应伸入管道至公称内径的大约三分之一处，对于大口径管道(大于300mm,温度计套管会产生共振)温度计的设计插入深度应不小于75mm。 也就是说，不是严格的三分之一！2、仪控常用检测仪表2.2 压力/差压变送器PT101测量取压口排放

10、标定取压口篮色红色根部阀工艺管道2、仪控常用检测仪表2.3可燃气体探测器测量范围0100%LEL(体积%)。报警值设定：低限应在爆炸下限的1%LEL25%LEL， 高限应为50%LEL 可燃气体探测器的有效覆盖水平半径，室内宜为7.5m；室外宜为15m。在有效覆盖面积内，可设一台探测器。 检测器宜布置在可燃气体释放源的最小频率风向的上风侧。 可燃气体释放源处于露天或半露天布置的设备区内，当检测点位于释放源的最小频率风向上风侧时，检测点与释放源的距离不宜大于15m，当检测点位于释放源的最小频率风向下风侧时，检测点与释放源的距离不宜大于5m。注：气体密度大于0.97kg/m3 (标准状态下)即认为

11、比空气重；小于0.97kg/m3为比空气轻.注意：任何泄漏探测器的探头都有寿命，而且长时间接触燃气后，可能出现传感器“中毒”现象，造成零点漂移，因此必须按有关要求定期检定。传感器到期必须更换传感器部分（探测器可不更换）。 可燃气体探测器个数：SH3063-1999石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计规范2、仪控常用检测仪表2.4 调压器阀位变送器具有阀位现场指示装置的调压器。调压器的阀位指示导杆通过一套机械装置与阀位变送器相连，其阀位行程的变化量通过阀位变送器转换成420 mA信号。阀位现场指示2、仪控常用检测仪表故障现象故障检查处理措施压力变送器不显示是否提供24VDC工作电源按照仪表端子

12、接线图正确提供24VDC工作电源接线是否松动检查端子回路接线是否错误按照说明书检查从防爆箱端子到外部显示仪表或PLC/RTU之间的接线压力变送器读数与实际压力不符二阀组是否在正确工作状态参照以上二阀组使用介绍，确保在工作状态根部针阀是否打开打开二阀组与管道连接处根部针阀查不出其他问题重新标定监控压力读数与实际压力不符监控压力变量是否与现场仪表对应检查仪表端子回路，确保监控变量与现场仪表对应量程转换是否正确按照压力变送器提供的量程进行正确换算2.5.1 压力变送器故障分析2.5 常见仪表故障及分析2、仪控常用检测仪表故障现象故障检查处理措施差压变送器不显示是否提供24VDC工作电源按照仪表端子接

13、线图正确提供24VDC工作电源接线是否松动检查端子回路接线是否错误按照说明书检查从防爆箱端子到外部显示仪表或PLC/RTU之间的接线差压变送器读数与实际差压不符两个取样口根部阀是否都打开打开过滤器上连接取压管的2个针阀五阀组是否在正确工作状态参照以上五阀组使用介绍，确保在工作状态查不出其他问题重新标定监控差压读数与实际差压不符监控差压变量是否与现场仪表对应检查仪表端子回路，确保监控变量与现场仪表对应量程转换是否正确按照差压变送器提供的量程进行正确换算量程标定错误将差压变送器量程重新标定2.5.2 差压变送器故障分析2、仪控常用检测仪表故障现象故障检查处理措施温度变送器不显示是否提供24VDC工

14、作电源按照仪表端子接线图正确提供24VDC工作电源接线是否错误按照说明书检查从防爆箱端子到外部显示仪表或PLC/RTU之间的接线监控温度读数与实际温度不符监控温度变量是否与现场仪表对应检查仪表端子回路，确保监控变量与现场仪表对应量程转换是否正确按照温度变送器提供的量程进行正确换算量程标定错误将温度变送器量程重新标定2.5.3温度变送器故障分析2、仪控常用检测仪表故障现象故障检查处理措施调压器切断但无信号输出是否提供24VDC工作电源按照仪表端子接线图正确提供24VDC工作电源接线是否松动检查端子回路切断反馈装置是否螺丝松动紧固切断反馈松动的螺丝接线是否错误按照说明书检查从防爆箱端子到外部显示仪

15、表或PLC/RTU之间的接线监控信号与实际反馈信号不符合监控变量是否与现场仪表对应检查仪表端子回路，确保监控变量与现场仪表对应接线方式不正确检查仪表接线常开点或常闭点，与监控状态信号对应2.5.4切断反馈故障分析2、仪控常用检测仪表故障现象故障检查处理措施泄漏探测器无信号输出是否提供24VDC工作电源按照仪表端子接线图正确提供24VDC工作电源接线是否松动检查端子回路接线是否错误按照说明书检查从防爆箱端子到外部显示仪表或PLC/RTU之间的接线监控浓度读数与实际浓度不符监控温度变量是否与现场仪表对应检查仪表端子回路，确保监控变量与现场仪表对应量程转换是否正确按照温度变送器提供的量程进行正确换算

16、出厂日期是否接近1年出厂日期接近1年，泄漏探测器需要重新标定2.5.5泄漏探测器故障分析2、仪控常用检测仪表3、仪控系统控制装置 电动执行机构 气动执行机构3.1电动执行机构：分为开关型和调节型开关型：2个状态开、关 控制：开命令、关命令(短距离内可用内部电源) 反馈：开状态、关状态 智能型控制状态(就地、远控)、故障信息调节型：0100%开度连续调节 控制：420mA开度命令 反馈：阀实际开度420mA监测 智能型：控制状态(就地、远控)、故障信息动力电源开命令关命令开状态关状态就地/远控故障查询电源开关型执行机构查询电源动力电源就地/远控故障查询电源调节型执行机构420mA开度命令A阀实际

17、开度420mA输出AROTORK电动执行机构BIFFI电动执行机构3.2 开关型气动执行机构： 动力是压缩气体不是电源 开、关命令控制的是电磁阀 阀门定位器反馈开、关状态3、仪控系统控制装置4、电缆线路敷设/接地 一般规定 仪表的接线规定 放爆箱至控制室的铺设表12.1常用电缆规格表规格外径mm2x1.58.04x1.512.58x1.517.012x0.7516.012x1.017.012x1.519.016x0.7517.516x1.018.516x1.520.54.1 一般规定电缆敷设前应先检查电缆型号、规格等应符合设计要求，外观良好，保护层不得有破损。一般采用KVVRP屏蔽控制电缆，耐

18、压等级不低于500V，常用的电缆规格见表12.1。敷设电缆应合理安排，不宜交叉；敷设时应避免电缆之间及电缆与其他硬物体之间的摩擦；固定时，松紧应适当。塑料绝缘、橡皮绝缘多芯控制电缆的弯曲半径，不应小于其外径的10 倍。仪表信号线路、仪表供电线路、安全联锁线路、补偿导线及本质安全型仪表线路和其他特殊仪表线路，应分别采用各自的保护管。4、电缆线路敷设/接地4.2仪表的接线规定接线前应校线，线端应有标号；剥绝缘层时不应损伤线芯；电缆与端子的连接应均匀牢固、导电良好；多股线芯端头宜采用接线片，电线与接线片的连接应压接；导线与接线端子板、仪表、电气设备等连接时，应留有余度；备用芯线应按可能使用的最大长度

19、预留，金属导线不得裸露。仪表到防爆箱之间不允许有接头。4.3 防爆箱至控制室的敷设 不同电压等级和本质安全型电缆应分开敷设，分别布置在不同的保护管内（电缆总屏蔽及线芯分别屏蔽电缆除外）。 常用的穿线配管的敷设方法有穿钢管敷设、直埋敷设、电缆沟敷设和桥架敷设四种方式。4.3.1 钢管敷设：采用G1/2”镀锌水煤气钢管，可直接在室外敷设和做地下预埋管。钢管尽可能走最短，多于3个弯曲或钢管较长或时每隔30m时要设置拉线盒。4、电缆线路敷设/接地4.3.2 电缆沟敷设在各段标高最低处应设置集水井，沟底底面有1:200排放坡度，把水引到集水坑并通过集水坑排入水沟。接近控制室的电缆沟坡度向外，防止在仪表控

20、制室内集水。电缆在沟内有两种敷设方式：一种是电缆敷设在支架上，电缆沟上盖水泥板，板缝用水泥沙浆填满，但在安全区和防爆区交界处的电缆沟内，应充砂、或填满阻火堵料。还有敷设比较容易的一种是沟内不设支架，把电缆敷设在沟底，然后填满砂并盖水泥板，可以彻底的防止可燃气体通过电缆沟进入控制室，深度可以比前一种浅100mm。4.3.3 直埋敷设埋深不小于750mm。应与建筑物的基础保持600mm最小距离，与电力电缆、其它水管等保持500mm最小距离。敷设时，先在沟底敷设100mm砂土，放置电缆，再敷设100mm砂土，沿全长加砖或水泥板遮盖，最后用土填满。与道路或其它地下管道交叉时应设保护管，过道路时的预埋保

21、护管深度应超过1000mm。与燃气管道平行时间距为1000mm，与热力管道平行时间距为2000mm，与水管等平行时间距为500mm；交叉时间距为500mm。 4、电缆线路敷设/接地4.3.4 桥架、汇线槽敷设时电缆在桥架内可多层放置，尽量利用主要工艺管架敷设，与其它管道的平行距离应大于300mm。桥架的支架间距在室内为2m，室外应与工艺管架共用。自设的支架之间间距一般小于6m，穿越道路时静空高度4.5m，特别要求时可到6m。各桥架之间应有良好的电气连接并做好接地。桥架应选择盖板。应避开热源、污水排放口，并不影响设备、管道的安装和拆卸以及装置的操作和维护通道。进入控制室时，采用填充防爆泥等放火、

22、密封措施，防止可燃气体、水、虫等进入控制室。电缆的屏蔽层，同一回路的屏蔽层应具有可靠的电气连续性，不应浮空或重复接地，应在仪表控制室侧接地。4、电缆线路敷设/接地5、安全区域划分 爆炸原理 危险场所定义 区域划分 防止爆炸方法发生爆炸三角形原理：危险场所：任何具有潜在爆炸危险的场所。爆炸极限：当可燃性物质与空气的混合浓度介于爆炸极限范围内时，遇点火源就会产生爆炸。爆炸下限(LEL) 爆炸上限(UEL)可燃性物质与空气混合物的爆炸极限范围各不相同：丙烷2.0,9.5 乙烯2.7,3.4 氢气4.0,75.6泄漏探测器的报警值：爆炸下限(LEL)的5%25%OABRSCPQ图1-1爆炸三角形原理图

23、OA表示020.93%的氧气即0100%的空气OB表示含量为0100%的燃气A点代表100%纯空气 B点代表100%纯燃气线段AB则代表燃气和氧气不同混合比例的混合体OC为充分燃烧线P点代表燃气在空气中的爆炸下限Q点代表爆炸上限 5.1爆炸原理5、安全区域划分5.2危险场所定义：GB/T 2900.35-1998电工术语 爆炸性气体环境用电气设备定义中国 IEC 欧洲标准说明北美标准危险程度0区(zone 0)连续或长期出现爆炸性气体环境的区域Division 1高低1区(zone 1)正常运行时可能出现爆炸性气体环境的区域2区(zone 2)正常运行时不大可能出现爆炸性气体环境的区域，如果出

24、现，只是存在时间很短Division 25.3GB 50028-2006城镇燃气设计规范中爆炸危险区域等级和范围划分附录 D 相对密度不大于0.75的燃气附录 E 相对密度大于0.75的燃气5、安全区域划分5.4 防止爆炸发生的基本方法 避免形成爆炸性环境理想的方法如零泄漏(很难实现或代价极高)； 排除、消除可能的点火源实际的方法(如隔离防爆、严禁烟火等) ； 限制其中一个或几个要素，都可以达到防爆要求。如制造正压、爆炸气体浓度监控、限制点燃源(主要手段)保护方式、区域类别、气体组别、表面温度序号防爆型式代号国家标准防爆措施适用区域常见仪表1隔爆型dGB3836.2隔离存在的点火源1区,2区压

25、力变送器2增安型eGB3836.3设法防止产生点火源1区,2区接线箱3本安型iaGB3836.4限制点火源的能量0区,1区,2区EK260本安型ibGB3836.4限制点火源的能量1区,2区4正压型pGB3836.5危险物质与点火源隔开1区,2区5充油型oGB3836.6危险物质与点火源隔开1区,2区6无火花型nGB3836.8设法防止产生点火源2区防爆灯电气设备防标志的表达方法： Exd II BT45、安全区域划分6、防爆防护基础 区域类别及气体组别 表面温度及保护方式 防爆类型 防爆等级6.1区域类别及气体组别中国(欧洲)将爆炸性危险物质分为三类：1. I类：矿井甲烷;2. II类：爆炸

26、性气体混合物(含蒸汽、薄雾;）3. III类：爆炸性粉尘和纤维。北美将爆炸性危险物质分为三类(级)：1. CLASS I：爆炸性气体；2. CLASS II：爆炸性粉尘；3. CLASS III：纤维。典型气体中国IEC欧洲北美爆炸(GROUP)点燃特性甲烷ID难易乙烷/丙烷/COIIA乙烯/民用煤气IIBC氢气IICB乙炔/水煤气A 爆炸性危险气体分级 A、B、C三级仅指隔爆、本安设备相应的，爆炸性气体环境用电气设备分为2类：I类：煤矿用II类：除煤矿外的其他爆炸性气体环境用6、防爆防护基础中国 IEC 欧洲标准北美标准II类电气设备的最高表面温度 t()点燃特性T1T1450难易T2T24

27、50t300T2A300t280T2B280t260T2C260t230T2D230t215T3T3215t200T3A200t180T3B180t165T3C165t160T4T4160t135T4A135t120T5T5120t100T6T6100t856.2 表面温度及保护方式防爆标志： Exd II BT4符号： Ex表示电气设备符合防爆规定保护方式：d隔爆型区域类别：II类气体组别：B组爆炸性气体温度组别：T4。也可标最高表面温度或都标出 Exd II B(125) ； Exd II B125(T4)； Exd IIB氢 只允许一种爆炸性气体，可不标注温度组别Exd II BT4B如果防爆标志温度组别后面还有字母：表示该电气设备限定使用的气体名称，就象左表中北美标准那样Ex(ib) II