仪表维修1教学课件

1、概 述,0.1仪表自动化的概念 生产过程自动化，就是在生产过程中，采用自动化仪表及装置，来检测、显示、记录和控制生产过程中的重要工艺参数，以代替操作人员的直接操作，使整个生产过程能自动地维持正常状态；当受到外界干扰的影响而偏离正常状态时，又能自动地调回到规定的数值范围内。这种用自动化仪表来控制生产过程的方法，即生产过程自动化。 仪表自动化技术是一门综合性的技术学科，它应用自动控制学科、仪器仪表学科及计算机学科的理论与技术服务于各类生产过程，以实现生产过程的自动化。,概 述,0.2仪表自动化技术的发展概况 自动化发展主要特点： 生产的需要、理论的开拓与技术手段的进展三者相互推动，相互促进 。 自

2、动化发展主要阶段: 机器生产、控制理论、简单控制系统、 复杂控制系统 现代控制系统(直接数字控制-DDC，集散控制系统-DCS，SCADA系统等)； 或基地式控制器等组成的控制系统、单元组合仪表组成的控制系统、计算机控制系统（DCS）、二级优化控制系统。,概 述,0.3生产过程自动化的意义： 加快生产速度，降低生产成本，提高产品产量和质量； 减轻劳动强度，改善劳动条件； 保证生产安全，防止事故发生和扩大，延长设备使用寿命，提高设备利用能力； 改变劳动方式，提高职工科学技术水平，逐步消除体力 劳动和脑力劳动间差别。,概 述,0.4 生产过程自动化主要内容： 自动检测系统工况参数自动检测(图1-0

3、)； 自动保护系统工况参数超限自动联锁保护； 自动操纵系统按设定工艺步骤自动操纵和自动开停车； 自动控制系统工况参数偏离正常工艺条件，自动调整 到正常状态。,图1-0 热交换器自动 检测系统示意图,仪 表 维 修 第1章基础知识,内容提要,1.1仪表与自动化基础知识 1.2工艺与防腐知识 1.3安全与环保知识,1.1仪表与自动化基础知识,1.测量误差：由仪表读得的被测值 (测量值)与被测参数的真实值之间的差距。,3,测量过程与测量误差,绝对误差,xI：仪表指示值, xt：被测量的真值,相对误差,4,5,说明：仪表的测量误差可以用绝对误差来表示。但是，仪表的绝对误差在测量范围内的各点不相同。因此

4、，常说的“绝对误差”指的是绝对误差中的最大值max。,1.1仪表与自动化基础知识,检测仪表的品质指标,相对百分误差,允许误差,6,1.1仪表与自动化基础知识,2.测量误差的来源： 测量器具（仪器仪表） 测量方法（或理论） 测量条件 观测者的主观因素和实际操作,1.1仪表与自动化基础知识,3.测量误差的分类 系统误差、随机误差、粗大误差 系统误差：在偏离测量规定条件时或由于测量方法所引入的因素，按某确定规律所引起的误差。 系统误差大小的程度可以用正确度来衡量，正确度的定量指标为系统误差线。 系统误差具有确定性与测量次数无关。 思考：如何消除系统误差？,1.1仪表与自动化基础知识,随机误差：指在实

5、际测量条件下，多次测量同一量时，误差的符号和绝对值以不可预定的方式变化的误差。 随机误差不能完全消失，可以用增加测量次数的方法限制和减小。 用精密度表示测量结果中的随机误差大小。 测量结果越分散说明随机误差越大，测量结果越集中说明随机误差越小。 用标准偏差（也称均方极差）作为衡量随机误差分散性的指标,1.1仪表与自动化基础知识,粗大误差：测量值明显偏离被测量的真值，超出规定条件下所预期的误差。 导致粗大误差的原因是有关人员的失误，计量器具的失准以及影响量超出所规定的值或范围等。 对于粗大误差，必须随时或在进行数据处理时予以鉴别，并将相应的数据予以剔除。,1.1仪表与自动化基础知识,4.仪表主要

6、性能指标 精确度、变差、灵敏度、复现性、稳定性、可靠性 精确度：仪表测量值接近真值的准确程度，通常用引用误差表示。 用精度等级来规范和表示，即为：最大引用误差去掉正负号和%。 仪表精度等级都标注在仪表标尺或标牌上，数字越小，说明仪表精度越高。 测量的精确性不仅仅是仪表的精确度，它还包括各种因素对测量参数的影响。,检测仪表的品质指标,9,仪表的准确度等级是衡量仪表质量优劣的重要指标之一。,准确度等级数值越小，就表征该仪表的准确度等级越高，仪表的准确度越高。工业现场用的测量仪表，其准确度大多在0.5级以下。,仪表的精度等级一般可用不同的符号形式标志在仪表面板上。,1.1仪表与自动化基础知识,7,检

7、测仪表的品质指标,注意,在工业上应用时,对检测仪表准确度的要求,应根据生产操作的实际情况和该参数对整个工艺过程的影响程度所提供的误差允许范围来确定,这样才能保证生产的经济性和合理性。,10,变差是指在外界条件不变的情况下，用同一仪表对被测量在仪表全部测量范围内进行正反行程（即被测参数逐渐由小到大和逐渐由大到小）测量时，被测量值正行和反行所得到的两条特性曲线之间的差值。,图1-1 测量仪表的变差,11,仪表的变差不能超出仪表的允许误差，否则应及时检修。,1.1仪表与自动化基础知识,12,仪表的灵敏度是指仪表指针的线位移或角位移，与引起这个位移的被测参数变化量的比值。即,式中，S为仪表的灵敏度；为

8、指针的线位移或角位移；x为引起所需的被测参数变化量。,仪表的灵敏限是指能引起仪表指针发生动作的被测参数的最小变化量。通常仪表灵敏限的数值应不大于仪表允许绝对误差的一半。,1.1仪表与自动化基础知识,13,反应时间就是用来衡量仪表能不能尽快反映出参数变化的品质指标。反应时间长，说明仪表需要较长时间才能给出准确的指示值，那就不宜用来测量变化频繁的参数。,仪表反应时间的长短，实际上反映了仪表动态特性的好坏。,1.1仪表与自动化基础知识,1.1仪表与自动化基础知识,14,线性度是表征线性刻度仪表的输出量与输入量的实际校准曲线与理论直线的吻合程度。通常总是希望测量仪表的输出与输入之间呈线性关系。,图1-

9、2 线性度示意图,式中，f为线性度（又称非线性误差）；fmax为校准曲线对于理论直线的最大偏差（以仪表示值的单位计算）。,重复性(复现性）表示检测仪表在被测参数按同一方向作全量程连续多次变动时所得标定特性曲线不一致的程度。若标定的特性曲线一致,重复性就好,重复性误差就小。,图1-3 重复性示意图,15,仪表复现性描述仪表的抗干扰能力。 测量复现性用不确定度来估计。,1.1仪表与自动化基础知识,1.1仪表与自动化基础知识,稳定性：在规定工作条件内，仪表某些性能随时间保持不变的能力。 仪表的稳定性随时间会降低。企业常用仪表零点漂移来衡量仪表的稳定性。 可靠性： 以平均无故障时间MTBF描述仪表的可

10、靠性,1.1仪表与自动化基础知识,8,解 该仪表的相对百分误差为,如果将该仪表的去掉“”号与“”号，其数值为0.8。由于国家规定的精度等级中没有0.8级仪表，同时，该仪表的误差超过了0.5级仪表所允许的最大误差，所以，这台测温仪表的精度等级为1.0级。,例题分析,1. 某台具有线性关系的温度变送器,其测温范围为 0200,变送器的输出为 420mA。对这台温度变送器进行校验,得到下列数据:,试根据以上校验数据确定该仪表的变差、准确度等级与线性度。,23,解:该题的解题步骤如下。 (1)根据仪表的输出范围确定在各温度测试点的输出标准值x标。任一温度值的标准输出信号(mA)为 例如,当温度为50时

11、,对应的输出应为 其余类推。,24,(2)算出各测试点正、反行程时的绝对误差正与反 ,并算出正、反行程之差变 ,分别填入下表内(计算变时可不考虑符号,取正值)。,25,(3)由上表找出最大的绝对误差max ,并计算最大的相对百分误差max。由上表可知,去掉max的“”号及“%”号后,其数值为0.625 ,数值在0.51.0之间,由于该表的max已超过0.5级表所允许的允,故该表的准确度等级为1.0级。,26,(4)计算变差,由于该变差数值在1.0级表允许的误差范围内,故不影响表的准确度等级。注意若变差数值变max超过了绝对误差max ,则应以变max来确定仪表的准确度等级。,27,(5)由计算

12、结果可知,非线性误差的最大值fmax = 0.10 ,故线性度f为,28,2. 某台测温仪表的测温范围为2001000,工艺上要求测温误差不能大于5,试确定应选仪表的准确度等级。,解:工艺上允许的相对百分误差为,要求所选的仪表的相对百分误差不能大于工艺上的允,才能保证测温误差不大于5,所以所选仪表的准确度等级应为0.5级。当然仪表的准确度等级越高,能使测温误差越小,但为了不增加投资费用,不宜选过高准确度的仪表。,29,1.1仪表与自动化基础知识,5.仪表分类： 按仪表使用的能源分类电动仪表（电能），气动仪表（压缩空气），液动仪表（少用）。 按信息的获得、传递、反映和处理的过程分类 检测仪表，显

13、示仪表，集中控制装置，控制仪表，执行器。 按仪表的组成形式分类 基地式仪表 基地式仪表集变送、显示、控制各部分功能于一体，单独构成一个固定的控制系统。 单元组合仪表 单元组合式仪表将变送、控制、显示等功能制成各自独立的仪表单元，各单元间用统一的输入、输出信号相联系。 综合控制仪表,1.1仪表与自动化基础知识,单元组合仪表命名与性能： QDZ（“气”、“单”、“组”）气动单元组合仪表 统一标准气源压力：0.14MPa； 统一标准信号：0.020.1MPa(20100kPa)； 气路导管：61紫铜管、塑料管、尼龙单管和管缆； 精度：1.0级、1.5级。 DDZ（“电”、“单”、“组”）型电动单元组

14、合仪表 统一标准电源：交流220V； 统一标准信号：现场传输信号010mA；控制室联络信号02V； 精度：0.5级、1.0级、1.5级。 DDZ（“电”、“单”、“组”）型电动单元组合仪表 统一标准电源：24V直流； 统一标准信号：现场传输信号420mA；控制室联络信号15V； 精度：0.2级、0.5级、1.0级、1.5级。,1.1仪表与自动化基础知识,按防爆能力分类 普通型 凡是未采取防爆措施的仪表，只能应用在非危险场所。 隔爆型 采取隔离措施以防止引燃引爆事故的仪表。 安全火花型仪表 这类仪表采用低压直流小功率电源供电，并且对电路中的储能元件(例如电容、电感)严加限制，使电路在故障下所产生

15、的火花微弱到不足以点燃周围的易燃气体。此外，危险区以外发生电路的混触，也有可靠的措施，使高电压、大电流不能进入危险区。,1.1仪表与自动化基础知识,按仪表安装形式分类 现场仪表 、盘装仪表 、架装仪表 按仪表引入微机处理器分类 智能仪表 、非智能仪表 按仪表信号形式分类 模拟仪表 、数字仪表 、现场总线仪表 按表达示数的方式分类：指示型、记录型、讯号型、远传指示型、累积型等。 按精度等级及使用场合分类：实用仪表、范型仪表和标准仪表,分别使用在现场、实验室和标定室。,1.1仪表与自动化基础知识,6.自动控制系统的组成 (1)液位人工控制 ： 检测眼； 运算（思考）、命令脑； 执行手。,图1-1

16、液位人工控制,1.1仪表与自动化基础知识,(2)液位自动控制： 测量元件及变送器 眼； 控制器脑； 执行器手。 （3）自动控制系统组成：,图1-2 液位自动控制,1.1仪表与自动化基础知识,简单控制系统实例,图1-3 简单液位控制系统组成示意图,1.1仪表与自动化基础知识,由传递方块（环节、装置）、带箭头的信号线、综合点、分支构成的表示控制系统组成和作用的图形。如图1-4所示,图1-4 自动控制系统方块图,带箭头的信号线表示方块间的相互关系及信号的流向。 自动控制系统分析： A检测仪表；B 控制仪表；C系统结构及特性分析；D 被控过程特性,1.1仪表与自动化基础知识,例：蒸汽加热器温度控制系统

17、,图1-5 蒸汽加热器温度控制系统,1.1仪表与自动化基础知识,图1-4 贮槽液位控制系统与蒸汽加热器温度控制系统,1.1仪表与自动化基础知识,1.1仪表与自动化基础知识,7.控制系统的分类：见P6图1-4 按设定值进行控制a 开环系统 按扰动量进行控制b 控制系统 定值控制系统 闭环系统c 随动控制系统 程序控制系统,1.1仪表与自动化基础知识,自动控制系统的其他分类： 按结构特点分： 单回路负反馈控制系统，串接控制系统，前馈控制系统，复合控制系统等； 按信号特点分： 定值控制，随动控制，顺序（程序）控制； 按被控参数分： 温度控制系统，压力控制系统， 流量控制系统，液位控制系统，成分控制系

18、统等,1.1仪表与自动化基础知识,8.闭环控制系统的过渡过程及品质指标 （1）控制系统的静态和动态 系统的被控变量不随时间变化的平衡状态称为系统的 静态。系统的“静态”是自动控制系统的目标。 系统的被控变量随时间变化的不平衡状态称为系统的 动态。系统的“动态”是自动控制系统的研究的重点，因为 由于干扰的客观存在，系统总是处于“动态”过程中，自动 化装置总是不断地施加控制作用去对抗或抵消干扰作用的影 响，从而使被控变量保持在工艺生产所要求控制的技术指标 （平衡状态）上。,1.1仪表与自动化基础知识,（2）控制系统的过渡过程 系统从一个平衡状态过渡到另一个平衡状态的过程称为系统的过渡过程。 研究方

19、法:阶跃干扰作用 ,观测控制系统被控变量的变化规律。 图1-12 阶跃干扰作用,1.1仪表与自动化基础知识,过渡过程的基本形式(控制系统在阶跃干扰下的响应曲线) 图1-13 过渡过程的几种基本形式,1.1仪表与自动化基础知识,2.控制系统的过渡过程 过渡过程的基本形式：（在阶跃干扰作用下） 非周期衰减过程(图1-13(a) （单调衰减过程） 衰减振荡过程(图1-13(b) (自动控制系统主要采用的过渡过程) 等幅振荡过程(图1-13(c) 发散振荡过程(图1-13(d) 单调发散过程(图1-13(e),稳定过程,发散过程,图1-4 衰减振荡过渡过程,控制系统的品质指标：（衰减振荡过程） 最大偏

20、差 A； 超调量B=AC； 余差 C； 衰减比 n=B:B= (410)， 式中，B第一个波峰值，B第二个波峰值； （n1衰减振荡过程,n=1等幅振荡过程,n1发散过程） 振荡周期 T； 过渡时间 ts。,1.1仪表与自动化基础知识,1.1仪表与自动化基础知识,控制系统的过渡过程是衡量控制系统品质优劣的重要依据。 一个合格的、稳定的控制系统，当受到外界干扰后，被控变量的变化应是一条衰减的曲线。,1.1仪表与自动化基础知识,例1-2 某发酵过程工艺规定操作温度为(402)。考虑到发酵效果，控制过程中温度偏离给定值最大不能超过6。现设计一定值控制系统，在阶跃扰动作用下的过渡过程曲线如图1-5所示。

21、试确定该系统的最大偏差、衰减比、余差、过渡时间(按被控变量进入2新稳态值即达到稳定来确定)和振荡周期等过渡过程指标，并回答该系统能否满足工艺要求,最大偏差 A=4540=5（） 6 衰减比 B=4541=4（）； B=4241=1 () n=B:B=4:1=4 余差 C=4140=1（） 振荡周期 T=185=13（min）,过渡时间 被控变量进入新稳态值2%， 就认为过渡过程已结束，那么限制范围是 41(2%)= 0.82，所以过渡时间 ts=23 min。 控制系统满足工艺要求,1.1仪表与自动化基础知识,9.控制系统基本概念 系统按照某种划分得到的若干元素的集合。 反馈将系统输出信号引回

22、并加入到输入信号的系统结 构和工作方式。 负反馈使系统输出信号趋于稳定或者说使系统的被控 变量与定值之差减小的反馈。 正反馈使系统输出变量单调变化趋于极限或者说使系 统的被控变量给定值之差不断增大的反馈。 负反馈控制系统具有负反馈作用的控制系统。,信息系统功能与属性的某种表达。如控制系统 中，各环节的输入输出信号。 控制为实现目的而施加的作用。一切控制都是有 目的的行为。 开环控制没有反馈的简单控制。如通常照明中的 调光控制，电风扇的多级风速调节等。 过程一种自然的逐渐进行的运转或发展，如化学 过程，生物过程，经济学过程等。工业生产过程的特征是， 被处理为流体，包括液体、气体和粉体。,1.1仪

23、表与自动化基础知识,1.1仪表与自动化基础知识,被控对象（对象）自动控制系统中，工况参数需要控制生产过程、生产设备或机器。 被控变量被控对象内要求保持设定值的工艺参数。控系统通常用该变量的名称来称呼，如温度控制系统，压力制系统等。 操纵变量（调节变量）对被控变量具有较强的直接影响且便于调节（操纵）的变量。或实现控制作用的变量。 操纵介质(操纵剂)用来实现控制作用的物料。,干扰被控对象中除操纵变量外，能对被控变量具有影响作用的所有变量。 偏差设定值或给定值与测量值之差。 给定值（或设定值或期望值）人们希望控制系统实现的目标，即被控变量的期望值。它可以是恒定的，也可以是能按程序变化的。 定值控制系

24、统给定值恒定的控制系统。 随动控制系统（自动跟踪系统）给定值随机变化的系统。 程序控制系统给定值按一定时间程序变化的系统。,1.1仪表与自动化基础知识,仪表与自动化,仪表与自动化,1.2工艺与防腐知识,1.工艺管道与控制流程图 在控制方案确定后，根据工艺设计给出的流程图，按其流程顺序标注出相应的测量点、控制点、控制系统及自动信号与联锁保护系统等的图形，即工艺管道与控制流程图。 如图1-6所示 工艺管道与控制流程图上设备间的工艺管线，表示物料的流动方向。,1.2工艺与防腐知识,图1-6 脱乙烷塔工艺管道及控制流程图,1.2工艺与防腐知识,图形符号 测量点，连接线，仪表，见表1-1 。 图1-7 测量点的一般表示方法 图1-8 连接线的表示方法 表1-1 仪表安装位置的图形符号表示,字母代号 第一位字母表示被测变量，后续字母表示仪表的功能，见表1-2,表1-2 被测变量和仪表功能的字母代号,仪表位号 第一位数字表示工段号，后续数字表示仪表序号。 例1-1 图1-6中，PIC-20