仪表基本知识.ppt

1、金品立世 坚如磐石,仪表知识,仪表基本知识,1、仪表的基本应用 2、仪表的基础知识,1.1、工业自动化介绍 1.2、智能仪表 1.3、仪表配套设备 1.4、金立石仪表 1.4.1、金立石公司简介 1.4.2、技术亮点,1、仪表的基本应用,1.1、工业自动化介绍,工业自动化技术是一种运用控制理论、仪器仪表、计算机和其他信息技术，对工业生产过程实现检测、控制、优化、调度、管理和决策，达到增加产量、提高质量、降低消耗、确保安全等目的综合性高技术。 工业自动化技术作为20世纪现代制造领域中最重要的技术之一，主要解决生产效率与一致性问题。无论高速大批量制造企业还是追求灵活、柔性和定制化企业，都必须依靠自

2、动化技术的应用。 自动化系统本身并不直接创造效益，但它对企业生产过程起着明显的提升作用： （1）提高生产过程的安全性； （2）提高生产效率； （3）减少生产过程的原材料、能源消耗。,现场传感器、变送器、执行机构等,3、工业现场,2、配电柜、控制柜,1、监控、显示,仪器仪表、变频器、PLC、接触器、继电器、隔离变送器等,系统显示监控、数据记录、远端显示,工厂控制系统,1.1、工业自动化介绍,智能仪表的功能特点： 随着微电子技术的不断发展，智能仪表集成了CPU、存储器、定时器/计数器、并行和串行接口、看门狗、前置放大电路甚至A/D、D/A转换器等电路在一块芯片上。与传统仪器仪表相比、现场智能仪表具

3、有以下功能特点： （1）操作智能化，仪表的整个测量过程都用微处理器来控制操作，实现测量过程的全部自动化 （2）具有自检测功能，包括自动调零、自动故障与状态检验、自动校准、自诊断等，极大方便了仪器的维护 （3）强大数据处理功能，能对测量结果进行诸如零点平移、取平均值、求极值、统计分析等复杂的数据处理 （4）友好的人机对话能力，操作更加方便直接 （5）标准的通讯接口，组成多功能自动测量系统，完成程控任务,1.2、智能仪表,前级设备,XM系列智能仪表,后级设备,1.3、仪表配套设备,热电阻、热电偶、温度变送器、压力变送器、流量传感器、隔离变送器、电压、电流、电阻、数字等信号输入,PLC、变频器、接触

4、器、继电器、电动阀门、电脑、单片机等,变送报警通讯控制等方式,北京市高新技术企业，十余年来专注于自动化仪表产品的研发与制造 拥有XM系列仪表的全部自主知识产权，并获得多项国家专利 作为起草单位，参与了多项（GB）国家标准的制定工作 通过了ISO9001质量管理体系认证，并在同行业率先通过了符合欧盟标准的CE认证 始终坚持“以科技为先导，以人才为基础，以客户为核心，以质量为立业之本” 培养了一支由各方面精英组成的专业团队，形成了遍布全国的技术服务和营销网络 产品被广泛应用在国防航天、石油化工、冶金建材、食品医药和科学实验等领域,1.4、金立石仪表,1.4.1、金立石公司简介,1.4、金立石仪表,

5、1.4.1、技术亮点,1、平台 平台化设计理念 可编程输入技术 模块化设计结构2、可靠性 超强抗干扰设计 超宽范围电源输入 模块电源自隔离技术 业内独有冗余看门狗技术,3、易用性 通用Modbus通讯协议 人性化设计 快速配置小型控制系统4、定制 丰富的非标研发经验 针对客户量身定制,2.1、仪表的结构 2.2、仪表的信号输入 2.3、仪表常用名词解释 2.4、输出模块,2、仪表基本知识,面板卡装式： 在前面板上开一个孔，仪表从前面插进去，在面板的后面用夹子固定 此安装方法，便于前面板显示、操作,前面效果,面板后面,夹子的安装方法示意图,2.1、仪表的结构,2.1.1、安装方式,根据仪表的安装

6、方式，可以分为面板卡装式和导轨安装式。,2.1、仪表的结构,2.1.2、仪表外型尺寸,根据国家标准和行业通用标准，公司生产的面板卡装式仪表共有7种尺寸（单位mm）：,2.1、仪表的结构,16080尺寸仪表,80160尺寸仪表,4896尺寸仪表,9696尺寸仪表,7272尺寸仪表,9648尺寸仪表,4848尺寸仪表,导轨安装式： 一般采用标准35mm DIN导轨卡式安装，卡位稳定、牢固，适合密集安装 总线式结构，方便现场布线 输入/输入/电源直接全隔离 可完成二次仪表的所有工作 可最为计算机、无纸记录仪、触摸屏、PLC等系统中输入输出设备使用,安装效果,2.1、仪表的结构,2.1、仪表的结构,2

7、.1.3、模块化结构,仪表主要由显示板、主板、输出板三部分组成，各部分之间通过排针接插件连接，这样，就可以通过通过直接更换线路板来快速配置仪表。,显示板,输出板,主板,排针,仪表内部采用模块化结构，各种输出模块、线路板可自由配置、灵活组合。便于经销商备货，方便维修。,图中红圈地位置为仪表功能模块的插槽，可根据不同需求，组合成不同功能的仪表,6型仪表内部结构,96尺寸的仪表内部结构,2.1、仪表的结构,2.1、仪表的结构,2.1.4、仪表的电源,仪表采用的是公司自主研发的高效能开关电源，分为220V和24V两种标准，输入的电压分别为： 220V供电，输入范围为100240VAC/DC（50Hz/

8、60Hz）； 24V供电，输入范围为24VDC/AC10%,与开关电源对应的是模拟电源，两个相比有以下不同：,2.2、仪表的输入信号,2.2、仪表的输入信号,仪表可以编程输入各种热电偶、热电阻、电压、电流、电阻信号，采用数字校正及自校准技术，测量精确温度，消除了温漂和时漂引起的误差。,输入信号可分为线性信号和非线性信号： 线性信号指的是标准的电压电流电阻信号，仪表测量此类信号需设置信号类型和显示的量程范围 所有的热电阻、热电偶信号均输入非线性信号，仪表测量只需设置输入的信号类型即可,2.2、仪表的输入信号,线性信号,非线性信号,2.2、仪表的信号输入,仪表的信号输入端一般有四个，标称为ZI、O

9、I、AGG、VI。部分型号的仪表只有三个（没有VI端，例：XMD、XMDA、XMX、GMS106、GMS108等）。,注：没有VI端的仪表将没有5V输入信号,2.2.1、热电偶、MV,热电偶的电极由两根不同导体材质组成，当测量端与参比端存在温差时，就会产生电动势。参比端又称为冷端，此时输出0MV，当温差越大，输出的信号越大。最后的温度值是冷端与温差之和。 现在国家标准的热电偶的规格有：K型、S型、R型、B型、N型、E型、T型、J型等。,注：可直接在ZI与AGG端并联一个Cu50的热电阻，当作冷端使用；在进行校准时，可将ZI与AGG短接，能够去掉冷补值。,2.2、仪表的输入信号,2.2.2、热电

10、阻、电阻,热电阻是利用物质在温度变化时，其电阻值也随着发生变化的特性来测量温度的。 现在国家标准的热电偶的规格有：PT100、CU50、CU53等。,注：电阻类的信号输入时，必须采用三线制的接线方法，且三根线的导线电阻一致，小于18。,两线制,三线制,四线制,2.2、仪表的输入信号,2.2.3、电压,仪表可以输入的电压信号为：020MV、060MV、0100MV、01V、-2020MV、-100100MV、0.21V、05V、15V等。其中05V和15V信号从VI和AGG端子输入，其他信号均从OI和AGG输入。,2.2、仪表的输入信号,仪表不能直接接受电流信号，必须通过取样电阻转换为电压信号方

11、可输入仪表。在VI与AGG端子内部对应焊接有250取样电阻，通过内部跳线切换电流电压信号。如果要从OI与AGG端输入电流信号，需外配50取样电阻。,2.2.3、电流,20mA50=1V 20mA250=5V,2.2、仪表的输入信号,在现场经常会使用变送器，变送器有两线制、三线制和四线制三种接线方法，常用的是两线制的结构，以下是几种方法的接线：,2.2.3、变送器,2.2、仪表的输入信号,2.3.1、名词解释,报警：是指当测量值PV超过或低于一定的限值时，仪表驱动报警输出模块动作，输出信号。,2.3、仪表的输出,当前XM系列仪表具有的报警方式为：上限报警、下限报警、正偏差报警、负偏差报警四种。

12、其中正负偏差报警只有在PID系列的仪表中才具备。,回差：为了避免因为测量值跳动导致报警输出模块频繁动作，而增加报警回差的概念。 在公司所有仪表中，具有单边回差和双边回差两种方式。,2.3.1、名词解释,四种报警方式示意图：,2.3.1、名词解释,两种报警回差方式示意图：,双边回差,单边回差,通讯：是指仪表通过通讯模块与电脑或上位机进行数据交换的过程。 仪表选择通讯功能时，必须选择S、DS、R模块。 与电脑通讯时，进行的是串口通讯，与主机后面的串口相连接。,2.3.1、名词解释,主机上的串口示意图,XM系列仪表与计算机进行通讯，可以将仪表测量值和参数值上传到电脑中，或者通过电脑来修改仪表参数。通

13、过通讯功能，可以将仪表方便的连接到自动化控制系统中，组成整个DCS控制系统。,RS232与RS485通讯功能对比：,2.3.1、名词解释,2.3.1、名词解释,通讯协议：仪表与计算机通讯时，计算机发出的指令和仪表返回的数据，数据遵循的格式极为通讯协议。 当前公司具有两种通讯协议：XM系列通讯协议和Modbus-RTU通讯协议。,XM系列通讯协议是公司自主研发的一种通讯协议，目前国内的几款组态软件已经具有此协议的驱动（力控、组态王、MCGS、紫金桥） Modbus-RTU通讯协议是在市场上大多数设备采用的协议，通用性广。Modbus是一种标准，RTU表示串口通讯、TCP表示以太网通讯、ASCII

14、表示以ASCII吗进行通讯。,注：电脑的串口以485方式通讯时，每个串口下面只能带一种通讯协议的设备。,2.3.1、名词解释,变送：指的是将输入测量的信号同步输出，一般输出的是电压电流信号。选用变送输出功能的仪表主要是后端还有设备需要此信号，为了保证前后的一致性，需要变送输出。,主要作用: 为了保证前后级设备测量显示的一致性 将非线性信号转换成为标准的线性信号 起到隔离器、变送器的作用,2.3.1、名词解释,相关参数： 输入信号规格，用于测量信号，相关参数数Sn 显示范围，用于设定输入的显示上下限，相关参数dIL、dIH，例：输入420MA信号，显示0100，需设置dIL=0、dIH=100

15、变送范围，用于设定变送输出对应的范围，相关参数BS-L、BS-H（或dIL、dIH ），例：需要在显示0500是变送输出信号，设置BS-L=0、BS-H=500 变送输出上下限，用于设定变送输出信号的上下限，相关参数oPL、oPH（或Addr、bAud），例：需要变送输出420MA的信号，设置oPL=40、oPH-200,2.3.1、名词解释,流量：指流动的物体在单位时间内通过的数量,所谓流量，是指单位时间内流经封闭管道或明渠有效截面的流体量，又称瞬时流量。当流体量以体积表示时称为体积流量；当流体量以质量表示时称为质量流量。单位时间通过流管内某一横截面的流体的体积，称为该横截面的体积流量。,例

16、如：汽车当中时速表和里程表，就是瞬时速度和总里程数，对应流量的就是瞬时流量和总流量。,2.3.1、名词解释,对在一定通道内流动的流体的流量进行测量统称为流量计量。 流量测量的流体是多样化的，如测量对象有气体、液体、混合流体等介质。 介质受温度和压力的影响下，体现的密度也不尽相同，这就需要在流量测量时，针对那种影响比较大的介质，必须进行温度和压力方面的补偿运算，这样计算出的流量才是真实有效的。,PID控制：（比例积分微分）英文全称为Proportion Integration Differentiation，在工业上是一种控制算法。,2.3.1、名词解释,PID仪表是一种控制仪表，它要求： 测量

17、值（PV）：一个输入信号，测量显示被测的介质； 目标值（给定值SV）：一个设定的目标值，介质需要达到的目标 输出值（MV）：一个输出信号，通过测量值和设定值直接的大小对比，代入程序内部的公式算法，自动计算出一个输出百分比的信号，用于改变被测量的介质。 这就要求整个控制系统组成一个闭环的回路，否则，系统将不受控制，达不到预期的目的。,PID控制图,2.3.1、名词解释,控制回路图,2.3.1、名词解释,其中，内部的微分、积分、比例等参数又影响计算的结果。为了找到一个最佳的控制效果，需要反复修改，精确计算参数值，这要求调试人员有丰富的现场经验和理论知识。 现在仪表内部增加了一种PID参数模糊自整定

18、的概念，大大降低了对使用者的要求，使仪表设置更加简便、快捷。,自整定效果图,注：在自整定前，必须确保整个系统能够使用，是一个完整的闭环控制系统；自整定过程中只输出0%和100%两种状态；在自整定过程中，PV值在SV的基础上，上下上下两个周期才算完成，否则将一直进行下去。,2.3.1、名词解释,PID控制仪表的目的就是让测量值稳定在给定值基础上。 一般的仪表只需设定一个参数值即可当成目标值，随着时间的变化就是一个水平的直线。 现在可以根据不同的时间设置不同的目标值，SV值形成一条由多段直线组成的曲线，运行后，使测量值越贴近这条曲线越好。,专家PID控制,曲线PID控制,2.4、输出模块,继电器输

19、出模块（RL、H、L） 输出一组触点信号（通断信号），有公共端、常开、常闭三个端子 触点容量为：220V/2A或24V2A，通常阻性负载 触点接感性负载时，负载两端必须接火花吸收电路，且带负载能力相应减小 模块上的硬件编号为JLS417或JLS412,JLS412,JLS417,接线图符号,注：继电器模块经常当做报警输出使用，也能作为PID仪表的控制输出。,2.4、输出模块,固态继电器驱动输出模块（G） 输出12VDC/30mA的电压信号，无输出时为0V 外接固态继电器（SSR），触发其导通 采用JLS417或JLS412硬件模块，将,注：G模块经常当做PID仪表的控制输出使用，有时也可当做报警使用。输出使用时大部分情况配合后级的SSR使用。,2.4、输出模块,线性电流输出模块输出模块（X、DX） 输出线性的电流电压信号，通过参数设置，可以输出为010mA、420mA、020mA等信号，在输出端并联250或500电阻，可输出输出信号变为05V、15V、010V等 标准电流输出模块（X模块），20MA时负载电