專題2 過程控制儀表與裝置概述

專題2過程控制儀表與裝置概述2.1控制儀表與裝置的分類和發(fā)展2.2控制儀表與裝置的信號與供電2.3控制系統(tǒng)的安全防爆2.1控制儀表與裝置的分類和發(fā)展1.控制儀表與裝置的分類依據(jù)：（1）安裝場地：現(xiàn)場類、控制室類

（2）能源形式：氣動、電動、液動、混合式

（3）結(jié)構(gòu)形式：基地式、單元組合、組件組裝式

（4）信號類型：模擬、數(shù)字1.控制儀表與裝置的供電：

（1）交流供電：

安全性應(yīng)用范圍（2）直流集中供電：

單電源集中供電多組電源供電

優(yōu)點：不間斷供電、安全防爆2.2控制儀表與裝置的信號與供電

2.信號制

信號制----指在成套儀表系列中，各個儀表的輸入輸出間采用何種統(tǒng)一聯(lián)絡(luò)信號來進行信號傳輸?shù)膯栴}。氣動控制儀表：0.02～0.1MPa

電動控制儀表：0～10mA（DC）電流信號作為我國電動Ⅱ型儀表的標準

4～20mA（DC）電流信號

1～5V（DC）電壓信號常見的模擬信號傳輸方式有：電流和電壓進出控制室的傳輸信號采用電流信號，控制室內(nèi)部各儀表間聯(lián)絡(luò)信號采用電壓信號2.2控制儀表與裝置的信號與供電IEC數(shù)字儀表信號制數(shù)字儀表信號制（通信標準）主要有三個內(nèi)容：1.信息構(gòu)成格式：起始位，結(jié)束位，奇偶校驗位等2.數(shù)據(jù)編碼/調(diào)制形式：CRC，余3等；幅度，頻率，相角3.物理的信號發(fā)送/接收接口標準：485，232，RJ45儀表信號制

信號制的作用便于儀表組合成系統(tǒng)不同系列的儀表混用0～10mA4～20mA儀表控制系統(tǒng)模擬信號制2.2控制儀表與裝置的信號與供電“0”/“1”計算機系統(tǒng)數(shù)字信號制脈寬信號制相位信號制頻率信號制1.安全防爆的基本概念：

（1）危險環(huán)境的劃分（2）爆炸性物質(zhì)劃分（3）防爆儀器的劃分

2.3控制系統(tǒng)的安全防爆（1）危險環(huán)境的劃分危險場所的界定

按場所中存在物質(zhì)的物態(tài)的不同，將危險場所劃分為爆炸性氣體環(huán)境和可燃性粉塵環(huán)境。按場所中危險物質(zhì)存在時間的長短，將兩類不同物態(tài)下的危險場所劃分為三個區(qū)，即：對爆炸性氣體環(huán)境，為0區(qū)、1區(qū)和2區(qū)；對可燃性粉塵環(huán)境，為20區(qū)、21區(qū)和22區(qū)。危險場所就是由于存在著易燃易爆性氣體、蒸氣、液體、可燃性粉塵或者可燃性纖維而具有引起火災(zāi)或者爆炸危險的場所。按照GB3836.14—2000(等同于IEC60079-10)要求，可用類別、區(qū)域和組別三層概念來說明危險場所的劃分。(1)爆炸性氣體環(huán)境

GB3836.14—2000標準中規(guī)定：

0區(qū)：爆炸性氣體環(huán)境連續(xù)出現(xiàn)或長時間存在的場所。

1區(qū)：在正常運行時，可能出現(xiàn)爆炸性氣體環(huán)境的場所。

2區(qū)：在正常運行時，不可能出現(xiàn)爆炸性氣體環(huán)境，如果出現(xiàn)也是偶爾發(fā)生并且僅是短時間存在的場所。（1）危險環(huán)境的劃分(2)可燃性粉塵環(huán)境

GB12476.1—2000標準中規(guī)定：

20區(qū)：在正常運行過程中可燃性粉塵連續(xù)出現(xiàn)或經(jīng)常出現(xiàn)，其數(shù)量足以形成可燃性粉塵與空氣混合物和／或可能形成無法控制和極厚的粉塵層的場所及容器內(nèi)部。

21區(qū)：在正常運行過程中，可能出現(xiàn)粉塵數(shù)量足以形成可燃性粉塵與空氣混合物但未劃入20區(qū)的場所。包括，與充入或排放粉塵點直接相鄰的場所、出現(xiàn)粉塵和正常操作情況下可能產(chǎn)生可燃濃度的可燃性粉塵與空氣混合物的場所。

22區(qū)：在異常條件下，可燃性粉塵云偶爾出現(xiàn)并且只是短時間存在、或可燃性粉塵偶爾出現(xiàn)堆積或可能存在粉塵層并且產(chǎn)生可燃性粉塵空氣混合物的場所。如果不能保證排除可燃性粉塵堆積或粉塵層時，則應(yīng)劃分為21區(qū)。（1）危險環(huán)境的劃分場所劃分表危險物質(zhì)長期存在（＞1000h/年）正常運行時存在（10～1000h/年）僅在不正常時存在（＜10h/年）氣體0區(qū)1區(qū)2區(qū)（1）危險環(huán)境的劃分爆炸性物質(zhì)的分類

I類：礦井甲烷；

II類：爆炸性氣體混合物(含蒸氣、薄霧)；

III類：爆炸性粉塵(纖維或飛絮物)（2）爆炸性物質(zhì)劃分爆炸性氣體的分組組別代表性氣體最大試驗安全間隙最小點燃電流IIC乙炔氫氣＜0.5mm＜0.45IIB乙烯0.5～0.9mm0.45～0.8IIA丙烷＞0.9mm＞0.8（2）爆炸性物質(zhì)劃分溫度組別爆炸性氣體混合物的引燃溫度是能被點燃的溫度極限值。電氣設(shè)備按其最高表面溫度分為T1～T6組，使得對應(yīng)的T1～T6組的電氣設(shè)備的最高表面溫度不能超過對應(yīng)的溫度組別的允許值。

（2）爆炸性物質(zhì)劃分溫度組別、設(shè)備表面溫度和可燃性氣體或蒸氣的引燃溫度之間的關(guān)系溫度級別IEC/EN/GB3836設(shè)備的最高表面溫度T［℃］可燃性物質(zhì)的點燃溫度［℃］T1450T＞450T2300450≥T＞300T3200300≥T＞200T4135200≥T＞135T5100135≥T＞100T685100≥T＞85（2）爆炸性物質(zhì)劃分（3）防爆儀器的劃分根據(jù)所采取的防爆措施，可把防爆電氣設(shè)備分為隔爆型、增安型、本質(zhì)安全型、正壓型、油浸型、充砂型、澆封型、n型、特殊型、粉塵防爆型等。防爆基本類型表防爆型式防爆型式標志防爆型式防爆型式標志隔爆型Ｅｘｄ充砂型Exq增安型Ｅｘｅ澆封型Exm正壓型Ｅｘｐｎ型Exｎ本安型ＥｘiaＥｘib特殊型Exｓ油浸型Ｅｘｏ粉塵防爆型DIPA

DIPB

1、隔爆型Exd

防爆型式是把設(shè)備可能點燃爆炸性氣體混合物的部件全部封閉在一個外殼內(nèi)，其外殼能夠承受通過外殼任何接合面或結(jié)構(gòu)間隙，滲透到外殼內(nèi)部的可燃性混合物在內(nèi)部爆炸而不損壞，并且不會引起外部由一種、多種氣體或蒸氣形成的爆炸性環(huán)境的點燃。隔爆型“ｄ”按其允許使用爆炸性氣體環(huán)境的種類分為I類和IIA、IIB、IIC類。該防爆型式設(shè)備適用于1、2區(qū)場所。

I類為煤礦井下用電氣設(shè)備

2、增安型Exe增安型防爆型式是一種對在正常運行條件下不會產(chǎn)生電弧、火花的電氣設(shè)備采取一些附加措施以提高其安全程度，防止其內(nèi)部和外部部件可能出現(xiàn)危險溫度、電弧和火花的可能性的防爆型式。該類型設(shè)備主要用于2區(qū)危險場所，部分種類可以用于1區(qū)，例如具有合適保護裝置的增安型低壓異步電動機、接線盒等。3、正壓型Exp電氣設(shè)備的一種防爆型式。它是一種通過保持設(shè)備外殼內(nèi)部保護氣體的壓力高于周圍爆炸性環(huán)境壓力的措施來達到安全的電氣設(shè)備。該類設(shè)備按照保護方法可以用于1區(qū)或2區(qū)危險場所。

4、本安型Exi

本質(zhì)安全型防爆型式是在設(shè)備內(nèi)部的所有電路都是由在標準規(guī)定條件(包括正常工作和規(guī)定的故障條件)下，產(chǎn)生的任何電火花或任何熱效應(yīng)均不能點燃規(guī)定的爆炸性氣體環(huán)境的本質(zhì)安全電路。本質(zhì)安全型是從限制電路中的能量入手，通過可靠的控制電路參數(shù)將潛在的火花能量降低到可點燃規(guī)定的氣體混合物能量以下，導線及元件表面發(fā)熱溫度限制在規(guī)定的氣體混合物的點燃溫度之下。該防爆型式只能應(yīng)用于弱電設(shè)備中，該類型設(shè)備適用于0、1、2區(qū)(Ｅｘｉɑ)或1、2區(qū)(Ｅｘｉｂ)。5、油浸型Exo油浸型防爆型式是將整個設(shè)備或設(shè)備的部件浸在油內(nèi)(保護液)，使之不能點燃油面以上或外殼外面的爆炸性氣體環(huán)境。這是一個主要用于開關(guān)設(shè)備的老的防爆技術(shù)方法。形成的電弧、火花浸在油下。該類型設(shè)備適用于1區(qū)或2區(qū)危險場所。6、充砂型Exp充砂型防爆型式是一種在外殼內(nèi)充填砂粒或其他規(guī)定特性的粉末材料，使之在規(guī)定的使用條件下，殼內(nèi)產(chǎn)生的電弧或高溫均不能點燃周圍爆炸性氣體環(huán)境的電氣設(shè)備保護型式。該類型設(shè)備適用于1區(qū)或2區(qū)危險場所。7、澆封型Exm澆封型防爆型式是將可能產(chǎn)生引起爆炸性混合物爆炸的火花、電弧或危險溫度部分的電氣部件，澆封在澆封劑(復合物)中，使它不能點燃周圍爆炸性混合物。該類設(shè)備適用于1、2區(qū)危險場所。國際電工委員會(IEC)

Exd［ia］IICT5

其中：

Ex—防爆

d—保護方式（隔爆型）

［ia］—本安輸出關(guān)聯(lián)設(shè)備

II—設(shè)備類別

C—氣體組別

T5—溫度組別〖〗CENELEC(歐洲電工委員會)

EExd［ia］IICT5

其中:

EEx—歐洲標志

d—保護方式（隔爆型）

［ia］—本安輸出關(guān)聯(lián)設(shè)備

II—設(shè)備類別

C—氣體組別

T5—溫度組別US(NEC505)(美國)*

ClassI,Zone1,AExd［ia］IICT5

其中:

ClassI—允許的類別

Zone1—允許使用的場所

A—美國國家標準

Ex—防爆

d—保護方式（防爆型）

［ia］—本安

II—設(shè)備類別

C—氣體組別

T5—溫度組別ＵＳ（ＮＥＣ５００）(美國)

ＥｘｐｌｏｓｉｏｎｐｒｏｏｆｗｉｔｈＩ．Ｓ．Ｏｕｔｐｕｔｓ，ＣｌɑｓｓＩ,Ｄｉｖｉｓｉｏｎ１,ＧｒｏｕｐＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｔ５

其中：

Ｅｘｐｌｏｓｉｏｎｐｒｏｏｆ

ｗｉｔｈＩ.Ｓ.Ｏｕｔｐｕｔｓ

—防護方式(除IS之外，可選擇)

ＣｌɑｓｓＩ—允許的類別

Ｄｉｖｉｓｉｏｎ１—允許的等級(除2級外，可選擇)

ＧｒｏｕｐｓＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ—允許的氣體組別

Ｔ５—溫度組別2.安全防爆的設(shè)計要點：

（1）限制本安電路的能量（2）安全措施

a）續(xù)流二極管鉗位二極管

b）限流電阻

c）隔離電容

d）電源變壓器

2.3控制系統(tǒng)的安全防爆3.安全防爆的設(shè)計舉例：2.3控制系統(tǒng)的安全防爆1.防爆柵：電阻式、中繼式、齊納式和變壓器隔離式。控制室現(xiàn)場VI3.安全防爆的設(shè)計舉例：

2假定有一個礦用I類電路，是由一個20V的電池組（電池組內(nèi)阻忽略，下同）與適當安裝的可靠元件100Ω限流電阻組成的電源,并向一個200Ω、50mH的電感器供電,如圖所示。

（已知：電池最小點燃電流為1A和儲能原件的容許值曲線；電源按10%波動評估，安全系統(tǒng)取1.5）

2.3控制系統(tǒng)的安全防爆圖

簡單電感電路

100Ω最小

50mH最大200Ω最小

20V最大

I/mAL/mH200100300200V=22伏藍色為I類曲線；紅色為Ⅱ類曲線。3.安全防爆的設(shè)計舉例：

3.圖2-2所示電路，該電路預期在I類中應(yīng)用。該電路，由30V電池組通過適當安裝的可靠10kΩ電阻器與10uF電容器連接組成。在該示例中，30V和10uF值取為最大值，10kΩ取為最小值。（已知：電池最小點燃電流為1A和儲能原件的容許值曲線；電源按10%波動評估，安全系統(tǒng)取1.5）這時，分別進行兩個單獨的評定：第一，保證電源本身是本質(zhì)安全的，第二，考慮電容器情況的影響。2.3控制系統(tǒng)的安全防爆10uF最大

10KΩ最小

30V最大

圖2-2簡單電容電路C/uFV/v1050

Thankyou！簡介

氣動控制儀表的特點：結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定可靠，維護方便，價格便宜，并且具有本質(zhì)安全防爆性能，特別適用于石油、化工等有爆炸危險的場所。

電動控制儀表的特點：可以實現(xiàn)無滯后的遠距離傳送，同時又具有能源簡單、便于和計算機配合的特點。由于采取安全火花防爆措施解決了防爆問題，電動儀表同樣也能應(yīng)用于易燃易爆的危險場所，因此在工業(yè)生產(chǎn)過程中得到