儀表自動化基礎(chǔ)知識二

1、儀表自動化基礎(chǔ)知識二儀表自動化基礎(chǔ)知識二儀表自動化基礎(chǔ)知識二儀表自動化基礎(chǔ)知識 目錄4 顯示儀表4.1 模擬顯示儀表4.2 數(shù)字顯示儀表4.3 無紙記錄儀5 調(diào)節(jié)器5.1 DDZ型電動單元組合儀表5.2 數(shù)字單回路調(diào)節(jié)器2021/4/132儀表自動化基礎(chǔ)知識4 顯示儀表 顯示儀表直接接收檢測組件、傳感器、變送器送來的信號，經(jīng)過測量線路和顯示裝置，對被測變量予以指示或記錄，或用字、字符、數(shù)、圖像顯示。 顯示儀表接顯示方式分為模擬顯示、數(shù)字顯示和屏幕顯示三大類。2021/4/133儀表自動化基礎(chǔ)知識4 顯示儀表4.1 模擬顯示儀表 模擬式顯示儀表是以指針或記錄筆的偏轉(zhuǎn)角或位移量顯示被測變量連續(xù)變化

2、的儀表。 根據(jù)測量線路，模擬式顯示儀表分為直接變換式和平衡式兩種。常用的有：動圈式指示儀表、電子電位差計和電子平衡2021/4/134儀表自動化基礎(chǔ)知識4 顯示儀表4.1 模擬顯示儀表 4.1 .1 自動平衡式顯示儀表 自動平衡式顯示儀表是一種用途廣泛的自動顯示記錄儀表，它配用熱電偶、熱電阻或其他能轉(zhuǎn)換成直流電壓、電流或電阻的傳感器、變送器，就可以連續(xù)指示和記錄工業(yè)過程中的溫度、壓力、流量、物位及成分等各種參數(shù)。 平衡電橋原理：ER2R3R4RtRpr2r12021/4/135儀表自動化基礎(chǔ)知識4 顯示儀表4.1 模擬顯示儀表 4.1 .1 自動平衡式顯示儀表 儀表以自動平衡的原理工作，被測信

3、號輸入比較電路，其差值信號經(jīng)晶體管放大后，驅(qū)動可逆電機(jī)，以達(dá)到自動平衡的目的。該平衡機(jī)構(gòu)及指示機(jī)構(gòu)相連，故同時在標(biāo)尺和記錄紙上指示或記錄被測參數(shù)的數(shù)值。2021/4/136儀表自動化基礎(chǔ)知識4 顯示儀表4.2 數(shù)字顯示儀表 數(shù)字式顯示儀表直接以數(shù)字形式顯示被測變量，其測量速度快，抗干擾性能好，精度高，讀數(shù)直觀，工作可靠，且有自動報警、自動打印和自動檢測等功能，更適用于控制室集中監(jiān)視和控制。現(xiàn)普遍應(yīng)用于各行業(yè)。 常用的有：數(shù)字式電壓表、溫度表、流量表、壓力表和轉(zhuǎn)速表等。檢測單元變送器被測變量前置放大器A/D非線性補(bǔ)償標(biāo)度變換數(shù)字顯示報警系統(tǒng)數(shù)碼輸出記錄打印2021/4/137儀表自動化基礎(chǔ)知識4

4、 顯示儀表4.3 無紙記錄儀 屏幕顯示是直接把工藝參數(shù)用文字、符號、數(shù)字和圖像配合的形式在熒光屏上直接顯示出來，它具有模擬式和數(shù)字顯示儀表兩種功能，并且具有計算機(jī)大存儲量的記憶能力及快速功能，也是現(xiàn)代計算機(jī)不可缺少的終端設(shè)備，常與計算機(jī)聯(lián)用，作為現(xiàn)代計算機(jī)綜合集中控制必不可少的顯示裝置，近年來發(fā)展較快。 目前圖像顯示主要分兩類，即計算機(jī)控制系統(tǒng)中的CRT彩色圖像顯示和無紙記錄的液晶（LCD）顯示。2021/4/138儀表自動化基礎(chǔ)知識4 顯示儀表4.3 無紙記錄儀 無紙記錄儀是簡易的圖像顯示儀表，屬于智能儀表范疇。它以CPU為核心，內(nèi)有大容量存儲器RAM，可以存儲多個過程變量的大量歷史數(shù)據(jù)。它

5、能夠直接在屏幕上同時顯示出多個過程變量的百分值、工程單位當(dāng)前值、變量歷史變化趨勢曲線、過程變量報警狀態(tài)、流量積算值等。便于進(jìn)行生產(chǎn)過程運(yùn)行過程的監(jiān)視和故障原因分析等。 無紙記錄儀無紙、無筆，避免了紙和筆的消耗和維護(hù)，內(nèi)部無機(jī)械傳動部件，大大減輕了儀表人員的工作量。 2021/4/139儀表自動化基礎(chǔ)知識4 顯示儀表4.3 無紙記錄儀EKR系列彩色無紙記錄儀 EKR2000 5.7“ STN 彩色液晶屏 6通道萬能信號輸入，畫面信息豐富，設(shè)置菜單全中文顯示;片保證了最高采樣速度0.2秒，處理能力強(qiáng)，實(shí)時性好，功能齊備（PID調(diào)節(jié)，累積，溫壓補(bǔ)償），數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)為8/16M高速FLASH電子盤和C

6、F卡，避免了采用標(biāo)準(zhǔn)軟盤記錄數(shù)據(jù)的不穩(wěn)定性; 可組態(tài)報警輸出;儀表具有配電輸出功能，可以支持以太網(wǎng)和485通訊，可連接微型打印機(jī);供電電源寬：85 265 V AC2021/4/1310儀表自動化基礎(chǔ)知識4 顯示儀表4.3 無紙記錄儀LF57C彩色液晶顯示記錄儀LF57C彩色液晶顯示記錄儀是國內(nèi)率先推出的全智能、數(shù)字化最新一代彩色液晶顯示無筆無紙記錄儀。5.7英寸 彩色液晶屏 ，8通道萬能信號輸入，畫面信息豐富，設(shè)置菜單全中文顯示； 電路設(shè)計先進(jìn)，避免死機(jī)；實(shí)時性好，功能齊備（可進(jìn)行開方運(yùn)算，累積，溫壓補(bǔ)償），數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)為4M高速FLASH，無須電池保護(hù)；可組態(tài)報警輸出;儀表具有配電輸出功能

7、，可以支持以太網(wǎng)和485通訊，可連接微型打印機(jī);供電電源寬：85 265 V AC或24VDC。2021/4/1311儀表自動化基礎(chǔ)知識5 調(diào)節(jié)器5.1 DDZ型電動單元組合儀表5.2 數(shù)字單回路調(diào)節(jié)器2021/4/1312儀表自動化基礎(chǔ)知識5 調(diào)節(jié)器型氣動記錄調(diào)節(jié)儀 QXJ型氣動記錄儀和記錄調(diào)節(jié)儀（以下簡稱記錄儀），它及變送單元配套使用，可以用來測量指示、記錄各種工業(yè)過程的熱工參數(shù)，如壓力、溫度、流量、液位等；如果需要，可與帶背包式調(diào)節(jié)單元配套，對這些參數(shù)進(jìn)行自動調(diào)節(jié) 。在儀表正面可進(jìn)行比例、積分、微分參數(shù)整定；采用粘結(jié)式管路板，可進(jìn)行手動、自動無擾動切換。 2021/4/1313儀表自動化

8、基礎(chǔ)知識5 調(diào)節(jié)器5.1 DDZ型電動單元組合儀表2021/4/1314儀表自動化基礎(chǔ)知識5 調(diào)節(jié)器5.1 DDZ型電動單元組合儀表 DDZ型電動單元組合儀表（簡稱電型儀表）廣泛應(yīng)用于石油、化工、電站、輕工、紡織、冶金、機(jī)械、動力等工業(yè)的控制系統(tǒng)中，它是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化，提高產(chǎn)品質(zhì)量，增加效益和節(jié)約能源等的不可缺少的主要生產(chǎn)工具。 電型儀表由變送、調(diào)節(jié)、給定、顯示、轉(zhuǎn)換、計算、執(zhí)行、輔助等八類儀表單元組成。用戶根據(jù)生產(chǎn)過程的情況、條件和要求，用這些單元進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計，構(gòu)成從簡單到復(fù)雜的各種檢測和自動控制系統(tǒng)。2021/4/1315儀表自動化基礎(chǔ)知識5 調(diào)節(jié)器5.1 DDZ型電動單元組合儀表變送

9、單元：壓力、差壓、流量、液位、溫度變送器；給定單元：比例設(shè)定器、報警設(shè)定器；調(diào)節(jié)單元：各類調(diào)節(jié)器；顯示單元：指示儀、記錄儀、智能流量累積儀；轉(zhuǎn)換單元：電氣、氣電轉(zhuǎn)換器，電氣閥門定位器；計算單元：加減器、乘除器、開方器、積算器；輔助單元：安全保持器、分電盤、電源箱、操作器、隔離器、 升壓反相器、信號選擇器、信號限制器。 2021/4/1316儀表自動化基礎(chǔ)知識5 調(diào)節(jié)器電型系統(tǒng)儀表的主要特點(diǎn)： 采用國際標(biāo)準(zhǔn)信號 電型，按照國際電工委員會（IEC）的規(guī)定，遠(yuǎn)傳信號采用420mA DC，控制室內(nèi)聯(lián)絡(luò)信號采用15V DC和420mA DC作為輔助信號，便于構(gòu)成大型復(fù)雜控制系統(tǒng)又可及進(jìn)口儀表兼容。是擴(kuò)展

10、性非常廣泛的設(shè)備。 本質(zhì)安全防爆結(jié)構(gòu) 電型，裝備有齊納式安全柵和隔離式安全柵（Safety-barrier)。作為儀表系統(tǒng)的本質(zhì)安全防爆結(jié)構(gòu)，任何情況下都能防止起爆能量泄露到危險場所。因此現(xiàn)場儀表除有一般型，隔爆型外還有本質(zhì)安全防爆型。其防爆等級是iaCT6。2021/4/1317儀表自動化基礎(chǔ)知識5 調(diào)節(jié)器電型系統(tǒng)儀表的主要特點(diǎn)： 自動手動雙向自平衡無擾動切換 電型主要品種指示調(diào)節(jié)儀，將PID運(yùn)算、測量、給定值指示、手操控制和手動/自動切換等功能結(jié)合同一表內(nèi)，操作簡單、安全可靠并有自動/手動雙向自平衡無擾動切換。指示直觀醒目。指示刻度長為100mm雙色指針直觀醒目。更有光柱指示品種，提高了顯

11、示精度和抗震性能。 電子線路以線性集成電路運(yùn)算放大器構(gòu)成，及分立元件相比，可靠性上了新臺階。采用24V DC 集中供電，并有備用電源自動切換，構(gòu)成無停電系統(tǒng)。2021/4/1318儀表自動化基礎(chǔ)知識5 調(diào)節(jié)器5.1 DDZ型電動單元組合儀表 電型系統(tǒng)儀表的主要特點(diǎn)： 采用二線制信號傳送 為提高系統(tǒng)抗干擾能力減少安裝維修費(fèi)，現(xiàn)場儀表一般均采用二線制傳輸。但為了照顧傳統(tǒng)使用習(xí)慣，簡化系統(tǒng)配置還提供含防爆柵功能并有輸入、輸出隔離的四線制溫度變送器。 指示儀記錄儀工程量指示刻度可現(xiàn)場更換電型指示，記錄儀表可按要求裝配相應(yīng)范圍的溫度、壓力、流量、液位工程量刻度并在現(xiàn)場可方便地調(diào)換。 2021/4/131

12、9儀表自動化基礎(chǔ)知識5 調(diào)節(jié)器5.1 DDZ型電動單元組合儀表 DDZ型儀表信號傳輸示意圖24VRL(250)420mA15V420mA調(diào)節(jié)閥變送器調(diào)節(jié)器記錄儀輸出安全柵輸入安全柵現(xiàn)場控制室2021/4/1320儀表自動化基礎(chǔ)知識5 調(diào)節(jié)器5.1 DDZ型電動單元組合儀表5.1.1調(diào)節(jié)單元 接收變送器或轉(zhuǎn)換器的測量信號作為輸入信號并以全刻度值進(jìn)行顯示，將輸入信號及給定信號進(jìn)行比較，對其偏差進(jìn)行比例、積分、微分運(yùn)算之后輸出420mADC信號至操作端，通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制壓力、溫度流量、液位等工業(yè)參數(shù)，使其滿足工藝的要求。2021/4/1321儀表自動化基礎(chǔ)知識5 調(diào)節(jié)器5.1 DDZ型電動單元組合儀

13、表5.1.1調(diào)節(jié)單元2021/4/1322儀表自動化基礎(chǔ)知識5 調(diào)節(jié)器5.1 DDZ型電動單元組合儀表5.1.1調(diào)節(jié)單元2021/4/1323儀表自動化基礎(chǔ)知識5 調(diào)節(jié)器5.1.1調(diào)節(jié)單元 組成：電型調(diào)節(jié)器控制單元和指示單元兩部分組成?？刂茊卧奢斎腚娐?、比例微分電路、比例積分電路、輸出電路（VI轉(zhuǎn)換電路）、軟手動和硬手動電路。指示單元包括輸入指示電路和給定信號指示電路。 過程：電型調(diào)節(jié)器的輸入信號為15VDC的測量信號。給定信號有內(nèi)給定和外給定兩種，內(nèi)給定信號為15VDC，外給定信號為4 20mADC，通過250精密電阻轉(zhuǎn)換成15VDC。 測量信號及給定信號通過輸入電路進(jìn)行減法運(yùn)算，輸出偏差

14、值到比例微分電路進(jìn)行比例微分運(yùn)算，再經(jīng)過比例積分電路進(jìn)行比例積分運(yùn)算后，由輸出電路轉(zhuǎn)換成4 20mADC輸出。2021/4/1324儀表自動化基礎(chǔ)知識5 調(diào)節(jié)器5.1.1調(diào)節(jié)單元 調(diào)節(jié)器的工作有四種工作狀態(tài)：自動、保持、軟手動、硬手動。 自動和手動狀態(tài)由切換開關(guān)選擇，保持、軟手動和硬手動由扳鍵選擇。 自動或軟手動硬手動的切換，必須預(yù)先平衡（對中）才能達(dá)到無擾動切換，其他的切換都能實(shí)現(xiàn)無擾動切換。 調(diào)節(jié)器設(shè)有正、反作用開關(guān)，以滿足自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的要求。2021/4/1325儀表自動化基礎(chǔ)知識5 調(diào)節(jié)器5.1.1調(diào)節(jié)單元 輸入電路：采用了偏差差動電平移動電路，將以0V為基準(zhǔn)的15VDC輸入信號Vi及

15、給定信號Vs進(jìn)行比較得到成偏差，并將偏差放大2倍，輸出以10V電平為基準(zhǔn)的電壓信號V01。IC1ViVsVB10VVCM1VCM2V01R1R2R3R4R5R6R7R82021/4/1326儀表自動化基礎(chǔ)知識5 調(diào)節(jié)器5.1 DDZ型電動單元組合儀表5.1.1調(diào)節(jié)單元 調(diào)節(jié)器的正、反作用 當(dāng)被控變量（即變送器送來的信號）增加后，調(diào)節(jié)器的輸出也增加，稱為“正作用”方向；如果輸出隨著被控變量的增加而減小，則稱為“反作用”方向。 同一調(diào)節(jié)器，其被控變量及給定值的變化，其輸出的作用方向是相反的。2021/4/1327儀表自動化基礎(chǔ)知識5 調(diào)節(jié)器5.1 DDZ型電動單元組合儀表5.1.1調(diào)節(jié)單元比例度：

16、表示比例調(diào)節(jié)作用的強(qiáng)弱程度，用表示。 輸入變化量輸出變化量 100積分時間：在階躍輸入偏差作用下，取積分作用輸出等于比例作用的輸出的一段時間。用Ti表示。微分時間：在階躍輸入偏差作用下，取微分作用輸出等于比例作用的輸出的一段時間。用Td表示。2021/4/1328儀表自動化基礎(chǔ)知識5 5 調(diào)節(jié)器5.1 DDZ型電動單元組合儀表5.1.2變送單元 DDZ-型差壓變送器由四個部分組成,即:測量部分,杠桿系統(tǒng),位移檢測放大器,電磁反饋裝置,其構(gòu)成方框圖如下:符號說明： Pi被測差壓;Fi輸入力;Io輸出電流;Ff電磁反饋力2021/4/1329儀表自動化基礎(chǔ)知識5 調(diào)節(jié)器5.1 DDZ型電動單元組合

17、儀表5.1.2變送單元 電容式差壓、壓力變送器是工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的差壓、壓力、流量和液位檢測變送單元，將其轉(zhuǎn)換為420mADC信號輸出。用于測量差壓、壓力、流量(配用節(jié)流裝置)、液位、密度、粘度等工業(yè)參數(shù)，及其他儀表組成自動記錄、調(diào)節(jié)和執(zhí)行等工業(yè)自動化控制系統(tǒng)。2021/4/1330儀表自動化基礎(chǔ)知識5 調(diào)節(jié)器5.1 DDZ型電動單元組合儀表5.1.2變送單元2021/4/1331儀表自動化基礎(chǔ)知識5 調(diào)節(jié)器5.1 DDZ型電動單元組合儀表5.1.2變送單元 圖中:1-減壓閥, 2-壓力表, 3-氣動定值器, 4-標(biāo)準(zhǔn)壓力表,5-低壓閥, 6-高壓閥, 7-平衡閥,8-差壓變送器,9-0.2

18、級直流毫安表, 10-電阻箱(350), 11-24vDC電源箱。DDZ-型差壓變送器的校驗(yàn)線路及設(shè)備圖2021/4/1332儀表自動化基礎(chǔ)知識5 調(diào)節(jié)器5.1 DDZ型電動單元組合儀表5.1.3 安全柵 安全火花：是指該火花的能量不足以引燃周圍可燃性質(zhì)。 安全火花型防爆儀表：是指在正常狀態(tài)和事故狀態(tài)下產(chǎn)生的火花均為安全火花的儀表。 安全火花型防爆系統(tǒng)：包括兩方面的含義：一是在危險場所使用安全火花型儀表；二是在控制室儀表和危險場所儀表之間設(shè)置了安全柵。 2021/4/1333儀表自動化基礎(chǔ)知識5 調(diào)節(jié)器5.1.3 安全柵 在自動檢測及自動控制系統(tǒng)中，安全柵處于現(xiàn)場儀表與控制室儀表之間，與變送器

19、配合使用的叫輸入式安全柵，它的作用是為變送器供電并把來自變送器的420mA轉(zhuǎn)換成與之隔離的420mA電流輸出；與執(zhí)行器配合使用的叫輸出式安全柵，它的作用是將來自調(diào)節(jié)器的420mA信號轉(zhuǎn)換成與之隔離的420mA電流輸出。 2021/4/1334儀表自動化基礎(chǔ)知識5 調(diào)節(jié)器5.1.3 安全柵 安全柵分為隔離式安全柵和齊納式安全柵兩大類。 隔離式安全柵使用了隔絕（連接危險場所的電氣線路及電源側(cè)電路、儀表側(cè)線路用變壓器進(jìn)行電氣隔離。）和限能（使用雙重電壓、電流限制電路。）措施，使其具有安全火花型防爆性能。保證即使在變壓器副邊由于電磁感應(yīng)而出現(xiàn)市壓，或者輸出端短路時，進(jìn)入危險場所的電壓、電流也被限制在額

20、定值（30VDC、30mADC）以下，從而保證了危險場所的安全。 為現(xiàn)場變送器提供隔離的配電電源并將回路中的420mA(DC)電流信號轉(zhuǎn)換成與之呈線性關(guān)系的直流標(biāo)準(zhǔn)信號，實(shí)現(xiàn)配電/輸出/電源三者之間的隔離；同時限制危險能量從控制室串入現(xiàn)場。2021/4/1335儀表自動化基礎(chǔ)知識5 調(diào)節(jié)器5.1.3 安全柵 熱電偶隔離式安全柵：將現(xiàn)場熱電偶、亳伏信號轉(zhuǎn)換成420mA(DC)電流信號隔離傳送到安全區(qū)。該產(chǎn)品需要獨(dú)立電源，電源、輸入、輸出三隔離。2021/4/1336儀表自動化基礎(chǔ)知識5.1.3 安全柵 齊納安全栓的基本電路如圖1所示，由快速熔斷器F、限壓電路（齊納二機(jī)管或電子組件）和限流電路（電

21、阻器或電子組件）三部份組成。正常工作時限壓電路的伐值電壓高于工作電壓，故限壓電路不起作用，其漏電流很小不影響檢測和控制儀表的功能；同時由于限流電路處于低阻對信號傳送影響很小，因此系統(tǒng)的工作在安全栓串入且阻抗匹配的情況下不會受到影響。故障狀態(tài)時例如本安端出現(xiàn)短路工作電流超過額定值，限流電路表現(xiàn)為高阻使最大短路電流仍遠(yuǎn)低于最小點(diǎn)燃電流值；本安端故障被排除后，限流電路又能自動恢復(fù)其正常低阻狀態(tài)。當(dāng)非本安出現(xiàn)異常電壓混觸時，限壓電路將快速熔斷器協(xié)同作用，首先由限壓電路起過壓保護(hù)作用，機(jī)之是快速熔斷器動作迅速切斷通向危險場所的電路，而且限壓和限流組件均采用雙重化結(jié)構(gòu)可確保一次儀表的本質(zhì)安全。2021/4/1337儀表自動化基礎(chǔ)知識5 調(diào)節(jié)器5.1.3 安全柵 隔離安全柵及齊納安全柵的選用： 一般來講，齊納安全柵選型容易，不易損壞，對原系統(tǒng)結(jié)構(gòu)要求改動的地方比較少，優(yōu)點(diǎn)比較明顯。齊納安全柵的防爆原理是用齊納二級管控制輸出電壓，用電阻限制輸出電流，電路相對簡單。在正常工作時,齊納安全柵相當(dāng)于兩個電阻串入電路，因此對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)無須作改動。另外，齊納安全柵由于無信號的轉(zhuǎn)變，對原信號精度也沒有影響。 隔離式安全柵是以高頻作為基波，將信號進(jìn)行調(diào)制解調(diào)，信號有了變動，精度會受到安全柵電路的影響。隔離安全柵由于具有高頻震蕩電路，