过程控制第一章04过程控制仪表与装置总体概述.ppt
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1、1,任课教师:周泽魁 张光新,2,过程控制仪表与装置总体概述,第一章 概 论,自动控制系统和过程控制仪表过程控制仪表与装置的分类及特点信号制,仪表防爆的基本知识,3,第一节 过程控制仪表与装置总体概述,4,一、自动控制系统和过程控制仪表,过程控制仪表与装置是实现生产过程自动化必不可少的工具。,5,基本要求:,1.掌握控制仪表的构成原理和基本概念;2.能够选用合适的仪表构成所需的控制系统。,6,二、过程控制仪表与装置的分类及特点,按能源形式分类按信号类型分类按结构形式分类,7,按能源形式分类,可分为电动,气动,液动和机械式等。工业上普遍使用电动和气动控制仪表。,8,按信号类型分类,模拟式控制仪表
2、由模拟元器件构成,其传输信号为连续变化的模拟量,如电流、电压、气压信号等。数字式控制仪表以微处理器,单片机芯片为核心。其传输信号为断续变化的数字量,由于可以进行各种数字运算和逻辑判断,能解决模拟式控制仪表难以解决的问题。,分为模拟式和数字式两大类:,9,按结构形式分类,单元组合式控制仪表,基地式控制仪表,集散型计算机控制系统,现场控制系统,10,单元组合式控制仪表,它们都经历了型,型和型的三个阶段。,电动单元组合仪表中还有模拟和数字技术相结合的DDZ-S型系列仪表。,各个仪表之间用统一的标准信号进行联系,将各种独立仪表进行不同的组合,可以构成适用于各种不同场合的自动检测或控制系统。这类仪表有电
3、动单元组合仪表(DDZ)和气动单元组合仪表(QDZ)两大类。,11,单元组合式控制仪表,单元组合仪表可分为变送单元,执行单元,调节单元,转换单元,运算单元,显示单元,给定单元和辅助单元等八类。,.变送单元:它能将各种被测参数,如温度,压力,流量,液位等变换成相应的标准统一信号(4-20mA,0-10mA或20-100kPa)传送到接收仪表,以供指示、记录或控制。变送单元的品种有:温度、压力、差压、流量、液位变送器等。,12,单元组合式控制仪表,2.转换单元:将电压,频率等电信号转换为标准统一信号,或者进行标准统一信号之间的转换。转换单元的品种有:直流毫伏转换器、频率转换器、电-气转换器、气-电
4、转换器等。,3.调节单元:它将测量信号与给定信号进行比较,按偏差控制执行器的动作,使测量值与给定值相等。调节单元的品种有:比例积分微分调节器、比例积分调节器、微分调节器以及具有特种功能的调节器等。,13,单元组合式控制仪表,4.运算单元:它将几个标准统一信号进行加、减、乘、除、开方、平方等运算,适用于多种参数综合控制、配比控制、流量信号的温度压力水补偿计算等。运算单元的品种有:加减器、乘除器和开方器等。,5.显示单元:它对各种被测参数进行指示、记录、报警和积算,供操作人员监视控制系统工况之用。显示单元的品种有:指示仪、指示记录仪、报警器、比例积算器和开方积算器等。,14,单元组合式控制仪表,6
5、.给定单元:输出标准统一信号,作为被控变量的给定值送到调节单元,实现定值控制。其输出信号可以供给其它仪表作为参考基准值。给定单元的品种有:恒流给定器、定值器、比值给定器和时间程序给定器等。,7.执行单元:它按照调节器输出的控制信号或手动操作信号,操作执行元件,改变控制变量的大小。执行单元的品种有:角行程电动执行器、直行程电动执行器和气动薄膜调节阀等。,15,单元组合式控制仪表,8.辅助单元:辅助单元是为了满足自动控制系统某些要求而增设的仪表。,如:操作器、阻尼器、限幅器、安全栅等。,16,基地式控制仪表,基地式控制仪表相当于把单元组合仪表的几个单元组合在一起,构成一个仪表。通常以指示、记录仪表
6、为主体,附加控制、测量、给定等部件,其控制信号输出一般为开关量,也可以是标准统一信号。也有在数字式变送器或执行器附带的数字式转换器中带有调节器功能。,一个基地式仪表具有多种功能,与执行器联用或与变送器联用,便可构成一个简单的调节系统。,17,集散型控制系统(DCS系统),DCS系统是一种以微型计算机为核心的计算机控制装置。其基本特点是分散控制、集中管理。DCS系统通常由控制站(下位机)、操作站(上位机)和过程通讯网络三部分组成:控制站完成数据采集、处理及控制的作用;操作站完成生产过程信息的集中显示、操作和管理等作用;过程通讯网络用于实现操作站与控制站的连接,完成信息、控制命令等传输。DCS系统
7、可以实现单元组合仪表中变送和执行单元之外所有的功能,但DCS的功能是单元组合仪表无法比拟。,18,现场总线控制系统(FCS系统),FCS系统是基于现场总线技术的一种新型计算机控制装置。其特点是现场控制和双向数字通讯,即将传统上集中于控制室的控制功能分散到现场设备中,实现现场控制,而现场设备与控制室内的仪表或装置之间为双向数字通讯。现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。其中现场设备是指系统最底层的监测、执行和计算设备,如智能化的变送器、执行器或控制器等。FCS系统具有全数字化、全分散式、可互操作、开放式以及现场设备状态可控等优点。FCS系统中还可能出现以
8、以太网技术和以无线通信技术为基础的计算机控制系统。,19,三、信号制,信号制即信号标准,是指仪表之间采用的传输信号的类型和数值。目的:达到通用性和相互兼容性的要求,以便不同系列或不同厂家生产的仪表能够共同使用在同一控制系统中,实现系统的功能。,20,信号标准,我国国家标准GB777化工自动化仪表模拟气动信号规定了气动仪表信号的下限值和上限值,如表1-2所示,该标准与国际IEC382是一致的。,1、气动仪表的信号标准,21,信号标准,序号1的规定与国际标准IEC381 A一致。序号2考虑到DDZ-系列单元组合仪表当时仍在广泛使用而设置的。,2、电动仪表的信号标准(GB339),22,电动仪表信号
9、标准的使用,1、现场与控制室仪表之间采用直流电流信号 优点:直流比交流干扰少直流信号对负载的要求简单电流比电压更利于远传信息要求:接收仪表输入电阻小。缺点:多个仪表接收同一电流信息,它们必须串联。,23,任何一个仪表在拆离信号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 仪表无公共接地点,须浮空工作,24,2、控制室内部仪表之间采用直流电压信号,优点:任何一个仪表拆离信号回路都不会影响其它仪表的运行。各个仪表具有公共接地点,可以共用一个直流电源。要求:接收仪表的输入阻抗要足够高,25,电动仪表信号标准的使用,3、控制系统仪表之间典型联接方式,Io:发送仪表的输出
10、电流Ro:发送仪表的输出电阻Ri:接收仪表的输入电阻R:电流电压转换电阻,Io=420mA时R取250。,26,第二节仪表防爆的基本知识,27,在某些生产现场存在着各种易燃、易爆气体。安装在这种危险场所的仪表如果产生火花,就容易引起爆炸,因而必须具有防爆性能。,气动仪表从本质上来说具有防爆性能。电动仪表必须采取必要的防爆措施才具有防爆性能,其防爆措施不同,防爆性能也将不同,适合应用的危险场所也不同。,28,一、防爆仪表的标准,iaIICT5 iaIICT6 dIIBT3防爆仪表的分类 防爆仪表的分级和分组 防爆仪表的标志国家标准GB3836.1爆炸性环境用防爆电气设备通用要求,29,防爆仪表的
11、分类,II类(工厂用)电气设备又分为8种类型。其标志如下:,按照国标GB3836.1规定,防爆电气设备分为两大类:I 类:煤矿井下用电气设备 II类:工厂用电气设备,30,防爆仪表的分级和分组,在爆炸性气体或蒸汽中使用的仪表,引起爆炸主要有两方面原因:,(1)仪表产生能量过高的电火花或仪表内部因故障产生的火焰通过表壳的缝隙引燃仪表外的气体或蒸汽,(2)仪表过高的表面温度,因此,根据上述两个方面对II类(工厂用)防爆仪表进行了分级和分组,规定其适用范围。,31,防爆仪表的分级和分组,防爆仪表的分级 根据:最大试验安全间隙dmax 或 最小点燃电流的比值MICR,32,防爆仪表的分级和分组,防爆仪
12、表的分组 根据:仪表最高表面温度,仪表的最高表面温度=实测最高表面温度 实 测时环境温度+规定最高环境温度,33,防爆仪表的标志,防爆仪表的防爆标志为“Ex”;仪表的防爆等级标志的顺序为:防爆型式、类别、级别、温度组别。过程控制仪表常见的防爆等级有iaIICT5(iaIICT6)和dIIBT3二种。前者表示II类本质安全型ia等级C级T5组;后者表示II类隔爆型B级T3组。*防爆仪表的分级与分组,与易燃易爆气体或蒸汽的分级和分组是相对应的。,34,级别,易爆性气体或蒸汽级别和组别一览表,35,二、过程控制仪表的防爆措施,过程控制仪表主要有:隔爆型防爆仪表 本质安全型防爆仪表,36,隔爆型防爆仪
13、表,特点:仪表的电路和接线端子全部置于防爆壳体内 防爆措施:采用耐压80100N/cm2以上的表壳表壳外部的温升不得超过由易爆性气体或蒸汽的引燃温度所规定的数值表壳接合面的缝隙宽度及深度,应根据它的容积和易爆性气体的级别采用规定的数值使用注意:*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,37,本质安全型防爆仪表,本质安全型防爆仪表也称安全火花型防爆仪表。这种仪表,在正常状态下或规定的故障状态下产生的电火花和热效应均不会引起规定的易爆性气体混合物爆炸。,正常状态指在设计规定条件下的工作状态,故障状态指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。,38,本质安
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