自动化仪表及装置第0章-2概论.ppt

1,概论 第一节 控制仪表与控制系统 第二节 控制仪表及装置的分类与发展 第三节 联络信号和传输方式 第四节 安全防爆的基本知识和防爆措施,2,控制仪表与控制系统仪表的分类和发展 联络信号定义、类型、电信号传输方式（供电24VDC、输入信号15V、输出信号420mA）防爆电气设备的分类、分组和防爆标志常用防爆型控制仪表类型和特点控制系统实现本安防爆的要求,本章重点内容介绍,3,概论第一节 控制仪表与控制系统,4,控制仪表与控制系统,控制仪表指自动控制系统中广泛使用的控制器、变送器、运算器、执行器等，以及新型控制仪表和装置。自动控制系统一般由被控对象、变送器、控制器和执行器构成。其方框图如下所示：,5,被控变量首先由检测元件变换为易于传递的物理量，再经变送器转换成标准的电信号，该信号送到控制器(调节器)中，与给定值相比较得出的偏差，以一定的控制（调节）规律发出控制信号，控制执行器的动作，从而改变被控介质物料或能量的大小，直至被控变量与给定值相等。,6,被控对象 需要调节其工艺参数的生产设备。变送器 把工艺参数转换成标准统一信号的装置。控制器 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，按照预先设定好的控制规律进行运算后，输出一个控制信号去执行器。执行器 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。此外，根据需要还可设有显示、转换、计算、辅助、给定装置。,7,概论第二节 控制仪表及装置分类、发展,8,自动化装置按采用的能源形式不同,控制仪表及装置的分类,按所用能源形式,工业上主要使用电动和气动控制仪表。,9,电动控制仪表和气动控制仪表的比较,10,自动化装置按采用的信号形式不同,按信号类型,11,模拟式仪表 传输信号为连续变化的模拟量,这类仪表线路较简单,操作方便，价格较低。如，气动仪表，电动单元组合仪表、型等。数字式仪表 传输信号为断续变化的数字量，这类仪表与装置以微型计算机为核心，功能完善，性能优越，能解决模拟仪表难以解决的问题。如，可编程调节器、控制器、DCS（集散控制系统）、FCS（现场总线控制系统）等。,按信号类型,12,自动化装置按采用的结构形式不同,按结构形式,13,基地式仪表：包含多种功能部件（传感、指示、记录、控制、执行等部分），设计成一个整体，结构较简单。如带控制机构的指示记录仪。单元组合式仪表：仪表划分成能独立实现某种功能的若干单元，单元间用标准信号联系。如电动、气动单元组合仪表。组装式仪表：在单元组合仪表的基础上发展起来的一种成套仪表装置，包含控制柜和操作台两部分。集散控制系统（DCS）：以微型计算机为核心,集4C技术为一体的计算机控制装置,实现分散控制和集中管理。如TPS、PCS 7、ECS、Hollias等。现场总线控制系统（FCS）:现场总线将具有数字通信能力的现场仪表相连接,并同上层监控管理级一起构成分布式控制网络。如FF总线控制系统（FCS）。,按结构形式,14,发展史大约有70年，大体可分成五个阶段。,控制仪表及装置的发展,15,16,17,18,19,概论第三节 联络信号和传输方式,20,联络信号定义、类型电信号传输方式：电流信号传输、电压信号传输（供电24VDC、输入信号15V、输出信号420mA）四线制和两线制传输,本节重点内容介绍,21,一、联络信号,联络信号的定义：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。,联络信号类型气动仪表：20100KPa 电动仪表：数字、频率信号 模拟信号 010mA、420mA 及 15V信号下限从零开始有利于模拟量运算。信号下限从某值开始（活零点）便于检验仪表是否断电，并可实现两线制。信号上限高，产生的电磁平衡力大；信号上限低有利于减少功率损耗和仪表防爆。,22,1.直流电流传输,电流信号传输时仪表之间的连接,二、电信号传输方式,电流传递电流接收的串联方式010mA传送，010mA接收，220V交流供电，在DDZ-型仪表中使用,23,电流信号传输时仪表之间的连接,为保证传输误差在允许范围之内，应要求R0 Rcm+nRi，故有,为减小传输误差，要求：R0足够大，而Rcm 及Ri 应比较小,二、电信号传输方式,误差分析,24,电流传输的特点,优点 发送仪表输出电阻大，具有恒流特性，故电流信号适于远距传输。电流回路中串入一电阻，取压方便。,电流信号传输时仪表之间的连接,指仪表的负载电阻在一定的范围内变化时，输出电流基本不变的特性称为恒流特性。,25,电流传输的特点,缺点 回路中增减接收仪表时，将影响其它仪表的工作。任何一个仪表在拆离回路之前，首先要把该仪表的两个输入端短接，否则其它仪表将会因电流中断而失去信号。各台仪表没有公共接地点，须浮空工作。,电流信号传输时仪表之间的连接,（会短路）,26,2.直流电压传输 电流传递电压接收的并联方式 420mA传送，15V接收，24V直流供电，在DDZ-型仪表、I系列、EK系列、YS-80系列、YS-100系列中使用。,信号传输方式：现场仪表与控制室仪表之间采用直流电流信号，控制室内部仪表之间采用直流电压信号。,27,为减小传输误差，要求：R0和Rcm 尽量小，Ri 大些，限制并联仪表的数量n。,为减小传输误差,应满足Ri/n R0+Rcm，故有,误差分析,28,电压传输的特点,优点 增加或取消某个接收仪表不影响其他仪表的工作。各接收仪表可设置公共接地点，可和计算机联用。缺点 引线电阻上产生电压降,信号受一定损失,且因接收仪表输入阻抗很高，易于引入干扰，所以电压信号不适于远距离传输。,29,直流电流和直流电压的比较,30,直流电流和直流电压的比较,31,直流电流和直流电压的比较,32,输入阻抗,输出阻抗,导线电阻,直流电流和直流电压的比较,33,现场仪表（现场）,架装仪表（控制室盘后）,盘装仪表（控制室盘前）,34,3.变送器与控制室仪表间的信号传输,2）两线制,电源装置,变送器,现场,控制室,1）四线制,接收仪表,变送器,现场,电源装置,控制室,接收仪表,要实现两线制，必须采用活零点的电流信号。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。故信号电流下限值不能过低。,35,概论第四节 安全防爆基本知识和防爆措施,一、安全防爆基本知识二、常用防爆型控制仪表三、控制系统的防爆措施,36,基本定义：爆炸性混合物、安全火花、本安型防爆系统、非本安型防爆系统、隔爆型仪表、本质安全型仪表、安全栅防爆电气设备的分类、分组和防爆标志常用防爆型控制仪表类型和特点控制系统实现本安防爆的要求安全栅的结构形式,本节重点内容介绍,37,一、安全防爆的基本知识概论,自燃物质+助燃物质=爆炸性混合物,38,化工生产的过程现场，经常含有氢、甲烷、乙烷、苯、氨等易燃易爆的气体。这些可燃性气体都是自燃物质，它们和空气中的助燃物质氧和在一起构成了爆炸性混合物。爆炸性混合物都是危险的，其危险程度是不一样的。,39,含有爆炸性混合物的现场称为危险场所,我国规定的三类危场所,Q,G,H,40,气体爆炸危险场所的区域划分,依据：爆炸性气体出现的频繁程度和持续时间0区(Zone 0)在正常情况下，爆炸性气体混合物连续地、频繁地出现或长时间存在的场所。1区(Zone 1)在正常情况下，爆炸性气体混合物有可能出现的场所。2区(Zone 2)在正常情况下，爆炸性气体混合物不可能出现，或即使出现也是短时间存在的场所。,41,爆炸性气体的分级,按最大试验安全间隙MESG(火焰不能传播的最大间隙)和最小点燃电流比MICR来分级：可分为A、B、C三级。,爆炸性混合物按最大试验安全间隙MESG分为3级无级 MESG=1.14mmA级 0.9mm MESG1.14mmB级 0.5mm MESG0.9mmC级 MESG0.5mm,42,爆炸性气体的分级,按最大试验安全间隙MESG(火焰不能传播的最大间隙)和最小点燃电流比MICR来分级：可分为A、B、C三级。,爆炸性混合物按最小点燃电流比MICR分为三级无级 最小点燃电流比=1.0A 0.8最小点燃电流比 1.0B 0.45最小点燃电流比0.8C 最小点燃电流比0.45,某物质的最小点燃电流/甲烷最小点燃电流,43,爆炸性物质的分组 按引燃温度可分为六组：,组别,引燃温度 t/,T1,450,T2,450t 200,T3,450t 200,组别,引燃温度 t/,T4,T5,135t 100,T6,100t 85,200t 135,44,防爆电气设备的分类、分组,防爆电气设备分为两大类：类：煤矿用电气设备类：工厂用电气设备类电气设备可进一步分为A、B、C三级。,工厂用电气设备防爆型式有以下八种：隔爆型(d)、本质安全型(i)、增安型(e)、正压型(p)、充油型(o)、充砂型(q)、浇封型(m)和无火花型(n)。本质安全型设备又可以分为ia和ib两个等级。,类电气设备按最高表面温度分为T1T6六组。,45,防爆标志及其含义,防爆标志由以下5个部分构成：标志 EX 表示该设备为防爆电气设备。结构型式 表明该设备采用何种措施进行防爆，如d为隔爆型，i为本安型等。设备类别 I为煤矿井下用电设备，II为工厂用设备。防爆级别 为A、B、C三级，表明防爆能力强弱。温度组别 为T1T6六组，说明该设备的最高表面温度允许值。例如 EXiaIICT5 表示II类本质安全型ia等级C级T5组。,46,经常使用的自动化装置一般都是隔爆型和本质安全（防爆安全火花）型,隔爆型在外壳的内部发生爆炸时，不引起外部爆炸性混合物爆炸的电气设备。,本质安全型在正常或事故状态下产生的火花都不能引起爆炸性混合物爆炸的电气设备。,正常状态在设计规定条件下正常工作（实验时，在实验装置中产生短路或断路视为正常）,事故状态在电路中，非保护性元件损坏或产生短路、断路、接地及电源故障等情况,二、常用防爆型控制仪表,47,隔爆型仪表,具有隔爆外壳，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的爆炸压力。这类仪表适用于1区、2区危险场所。,本质安全型仪表,本安仪表的全部电路均为本质安全电路，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不致于引爆其周围爆炸性气体混合物。ia等级的本安仪表适用于0区危险场所，ib等级的本安仪表只适用于1区和2区危险场所。,二、常用防爆型控制仪表,使用注意:揭开仪表表壳后，将失去了防爆性能;长期使用会逐渐降低防爆性能,48,三、控制系统的防爆措施,（一）基本概念与本安防爆系统1、安全火花其能量不足以引起周围爆炸性混合物起火或爆炸的火花。2、非本安防爆系统（非安全火花型防爆系统）通过“配电器”向现场仪表供电和向控制室仪表传输信号的系统为非安全火花型防爆系统。3、本安防爆系统（安全火花型防爆系统）通过“安全栅”向现场仪表供电和向控制室仪表传输信号的系统为安全火花型防爆系统。(现场仪表必须是本安仪表),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 控制室仪表和危险场所仪表之间设置安全栅,49,变送器,配电器,配电器,调节阀,控制室仪表,调节阀,控制室仪表,安全栅,电源箱,变送器,安全栅,电源箱,现场,现场,220V,220V,24V,24V,本安防爆系统,非危险场所（控制室）,危险场所（现场）,危险场所（现场）,50,（二）安全栅,关联设备与本安型电路相联，并影响其安全火花性能的有关设备。（这里意指安装在控制室，但又和现场仪表有联系）安全栅就属于关联设备。,51,接收来自危险区的信号，输出安全信号到安全区或危险区。在正常情况下不影响测量系统的功能。它设置在安全场所的一侧，当本安防爆系统发生故障时，能将窜入危险场所的能量（电能）限制在安全值以内，从而保证现场生产安全。,（二）安全栅,52,安全栅的结构形式:齐纳式和隔离式,齐纳式安全栅 原理：基于齐纳二极管的反向击穿性能。特点：结构简单、经济、可靠。,齐纳式安全栅原理电路,53,隔离式安全栅 原理：通过隔离、限压和限流等措施来保证本安防爆性能。特点：抗干扰能力强，可靠性高。,隔离式安全栅原理框图,安全栅的结构形式:齐纳式和隔离式,54,隔离式安全栅的特点,隔离 将危险场所的仪表和安全场所的仪表用变压器实现电气隔离。使危险场所和安全场所之间只有磁的联系，没有电的联系。,限能 利用电压、电流限制电路，把可能窜入危险场所的大电压大电流限制在安全定额之内。,防止变压器原副边击穿时，原边高压信号窜入危险场所，破坏其安全火花性能,保证危险场所的安全,55,作业1：P10:1、说明控制仪表和控制系统的关系。2、控制仪表与装置有哪些类型？3、控制仪表与装置采用何种信号进行联络？电压信号传输和电流信号传输各有什么特点？使用在何种场合？5、防爆电气设备如何分类？防爆标志EXiaIIAT5 和EXdIIBT4 是何含义？6、常用防爆型控制仪表有哪几类？各有什么特点？7、如何使控制系统实现本安防爆的要求？作业2：1、现场和控制室仪表之间采用420mA的电流传输信号，控制室内部仪表之间采用15V的电压联络信号，这种信号制有何优点？2、什么是仪表的恒流特性？,56,作业1答案：1、说明控制仪表和控制系统的关系。控制仪表指自动控制系统中广泛使用的控制器、变送器、运算器、执行器等，以及新型控制仪表和装置。自动控制系统一般由被控对象、变送器、控制器和执行器构成。2、控制仪表与装置有哪些类型？按所用能源形式：气动、电动、液动、混合。按信号类型：模拟式和数字式。按结构形式：基地式仪表，单元组合式仪表，组装式仪表，集散控制系统，现场总线控制系统,57,3、控制仪表与装置采用何种信号进行联络？电压信号传输和电流信号传输各有什么特点？使用在何种场合？答：气动仪表采用20100KPa 的气压信号；电动仪表采用模拟信号、数字、频率信号。电流传输的特点：优点发送仪表输出电阻大，故电流信号适于远距传输。电流回路中串入一电阻，取压方便。缺点 回路中增减接收仪表时，将影响其它仪表的工作。各台仪表没有公共接地点，若要和计算机联用,则应在仪表输入输出端采取直流隔离措施。电流传输在DDZ-型仪表中使用电压传输的特点优点：增加或取消某个接收仪表不影响其他仪表的工作。各接收仪表可设置公共接地点，可和计算机联用。缺点：要在引线电阻上产生电压降,信号受一定损失,且因接收仪表输入阻抗很高，易于引入干扰，所以电压信号不适于远距离传输。电压传输在DDZ-型仪表、I系列、EK系列、YS-80系列、YS-100系列中使用,58,5、防爆电气设备如何分类？防爆标志EXiaIIAT5 和EXdIIBT4 是何含义？答：防爆电气设备分为两大类：类：煤矿用电气设备，类：工厂用电气设备。标志EXiaIIAT5表示II类本质安全型ia等级A级T5组EXdIIBT4表示II类隔爆型B级T4组,59,6、常用防爆型控制仪表有哪几类？各有什么特点？答：常用防爆型控制仪表有隔爆型仪表和本质安全型仪表。隔爆型仪表具有隔爆外壳，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的爆炸压力。本质安全型仪表的全部电路均为本质安全电路，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不致于引爆其周围爆炸性气体混合物。7、如何使控制系统实现本安防爆的要求？答：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，控制室仪表和危险场所仪表之间设置安全栅。,60,作业2答案：1、答：这种信号制的优点是信号下限=4mA，躲开晶体管死区，一开始就工作在线性区。电气零点机械零点，表明电气零点和机械零点分开，便于检验信号传输有无断线以及装置是否断电，也为制作两线制变送器提供了方便条件。信号上限=20mA，产生的电磁力（安培力）较大，故带负载能力强。2、答：仪表的恒流特性是指仪表的负载电阻在一定的范围内变化时，输出电流基本不变的特性称为恒流特性。,