過程控制儀表與裝置概述(1)

1、. .1 1 過程控制裝置過程控制裝置 . .2 2 參考教材： 過程控制系統(tǒng)與裝置，何離慶 主編 重慶大學出版社，2003. 參考書目： 過程控制工程 ，邵裕森，等 主編 機械工業(yè)出版社， 2000. 控制儀表與裝置，向婉成 主編 機械工業(yè)出版社，1999. 。 . .3 3 主要內容 控制儀表與裝置概述 變送器與轉換器 調節(jié)器 執(zhí)行器 分散型控制系統(tǒng) 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng) 典型生產(chǎn)過程控制裝置 . .4 4 第第 一一 章章 過程控制儀表與裝置概述過程控制儀表與裝置概述 一、控制儀表與裝置的分類及發(fā)展一、控制儀表與裝置的分類及發(fā)展 二、控制儀表與裝置的信號與供電二、控制儀表與裝置的信號與供電

2、三、控制系統(tǒng)的安全防爆控制系統(tǒng)的安全防爆 . .5 5 自動控制自動控制是指在沒有人直接參與的情況下，是指在沒有人直接參與的情況下， 利用外加的設備或裝置（稱為過程控制儀表利用外加的設備或裝置（稱為過程控制儀表 或裝置），或裝置），使被控對象的工作狀態(tài)或參數(shù)使被控對象的工作狀態(tài)或參數(shù) （壓力、物位、流量、溫度、（壓力、物位、流量、溫度、PHPH值等）值等）自動自動 地地按照預定的規(guī)律運行。按照預定的規(guī)律運行。 什么是自動控制什么是自動控制? ? . .6 6 計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展過程計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展過程 DDC控制控制 始于始于50末期末期 本質：用一臺計算機取代一本質：用一臺計算機取代一

3、 組模擬調節(jié)器，構成閉環(huán)控組模擬調節(jié)器，構成閉環(huán)控 制回路制回路 特點：具有里程碑意義特點：具有里程碑意義 問題：價格、性能問題：價格、性能 集中型計算集中型計算 機控制機控制 本質：一臺計算機取代盡本質：一臺計算機取代盡 可能多的模擬調節(jié)器可能多的模擬調節(jié)器 特點：控制集中特點：控制集中 信息集中信息集中 危險集中危險集中 問題：性能問題：性能 DCS控制控制 始于始于70年代年代 本質：采用過程控制過本質：采用過程控制過 程管理生產(chǎn)管理等多層程管理生產(chǎn)管理等多層 結構結構 特點：控制分散特點：控制分散 信息集中信息集中 半數(shù)字，半分散半數(shù)字，半分散 FCS 本質：支持雙向、多節(jié)點、總本質：

4、支持雙向、多節(jié)點、總 線式的線式的全數(shù)字全數(shù)字通訊，將全廠最通訊，將全廠最 基礎的現(xiàn)場級儀表和裝置均通基礎的現(xiàn)場級儀表和裝置均通 過現(xiàn)場總線連接起來過現(xiàn)場總線連接起來 特點：把控制任務下移到智能特點：把控制任務下移到智能 現(xiàn)場設備，現(xiàn)場設備，全分散全分散控制控制 分布式分布式IO DCS 現(xiàn)場信號根據(jù)傳輸距離或功能不現(xiàn)場信號根據(jù)傳輸距離或功能不 同連接到現(xiàn)場同連接到現(xiàn)場I/O設備上，各現(xiàn)設備上，各現(xiàn) 場場I/O設備與控制站間通過網(wǎng)絡設備與控制站間通過網(wǎng)絡 （現(xiàn)場總線）連接。（現(xiàn)場總線）連接。 過渡型結構過渡型結構 . .7 7 直接數(shù)字量控制直接數(shù)字量控制 用一臺計算機取代一組用一臺計算機取代

5、一組 模擬調節(jié)器，構成閉環(huán)控模擬調節(jié)器，構成閉環(huán)控 制回路，用數(shù)字控制技術制回路，用數(shù)字控制技術 簡單地取代模擬控制技術。簡單地取代模擬控制技術。 過程控制計算機過程控制計算機 SP AI、DIAO、DO 檢測儀表檢測儀表 執(zhí)行器執(zhí)行器 被控過程（對象）被控過程（對象） 計算靈活，精度高，計算靈活，精度高，PIDPID控制規(guī)律，分時處理控制規(guī)律，分時處理 多個控制回路多個控制回路 此外，此外，DDCDDC也很快發(fā)展到也很快發(fā)展到PIDPID以以 外的多種復雜控制。外的多種復雜控制。 價格昂貴，運算速度不高價格昂貴，運算速度不高 . .8 8 集中型計算機控制系統(tǒng)集中型計算機控制系統(tǒng) 由于當時的

6、計算機體積龐大，價格非常昂貴，為了使計由于當時的計算機體積龐大，價格非常昂貴，為了使計 算機控制能與常規(guī)儀表控制相競爭，企圖用一臺計算機來算機控制能與常規(guī)儀表控制相競爭，企圖用一臺計算機來 控制盡可能多的控制回路?？刂票M可能多的控制回路。 外設外設 過程控制計算機過程控制計算機 AI DI AO DO 被控過程（對象）被控過程（對象） 被控變量被控變量操作變量操作變量 輸入子系統(tǒng)輸入子系統(tǒng)輸出子系統(tǒng)輸出子系統(tǒng) 優(yōu)越性：優(yōu)越性： 從表面上看從表面上看信息集中，集中型計算機控制可信息集中，集中型計算機控制可 以實現(xiàn)各種更復雜控制功能；便于實現(xiàn)優(yōu)化控制和以實現(xiàn)各種更復雜控制功能；便于實現(xiàn)優(yōu)化控制和

7、優(yōu)化生產(chǎn)。優(yōu)化生產(chǎn)。 問問 題：題：由于當時計算機總體性能低，容量小，由于當時計算機總體性能低，容量小，容易出現(xiàn)負容易出現(xiàn)負 荷過載荷過載，控制集中直接導致，控制集中直接導致危險集中危險集中，高度集中使，高度集中使 系統(tǒng)變得十分系統(tǒng)變得十分“脆弱脆弱”。 . .9 9 集散控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng) DCSDCS (1)(1)不能采取控制回路高度集中的設計思想，不能采取控制回路高度集中的設計思想， 需要把控制功能分散到若干個控制站實現(xiàn)，需要把控制功能分散到若干個控制站實現(xiàn)， 以提高系統(tǒng)的可靠性；以提高系統(tǒng)的可靠性； (2)(2)考慮到整個生產(chǎn)過程的整體性，各個控制考慮到整個生產(chǎn)過程的整體性，各個控制

8、 系統(tǒng)（回路）的運行應當服從工業(yè)生產(chǎn)管理系統(tǒng)（回路）的運行應當服從工業(yè)生產(chǎn)管理 的總體目標。的總體目標。 根本特征根本特征: :和和 . .1010 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS） . .1111 是連接智能現(xiàn)場裝置和自動化系統(tǒng)的數(shù)字式、是連接智能現(xiàn)場裝置和自動化系統(tǒng)的數(shù)字式、 雙向傳輸、多分支結構的通信網(wǎng)絡。雙向傳輸、多分支結構的通信網(wǎng)絡。 支持雙向、多節(jié)點、總線式的支持雙向、多節(jié)點、總線式的通訊通訊 雙向數(shù)據(jù)通信能力避免了反復進行雙向數(shù)據(jù)通信能力避免了反復進行A/DA/D、D/AD/A的轉的轉 換換 把控制任務下移到現(xiàn)場設備，以實現(xiàn)測量控把控制任務下移到現(xiàn)場設備，以實現(xiàn)測量控 制一體化制一體化

9、 已成為全世界范圍自動化技術發(fā)展的熱點已成為全世界范圍自動化技術發(fā)展的熱點 涉及整個自動化和儀表的工業(yè)涉及整個自動化和儀表的工業(yè)“革命革命” . .1212 計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展特征計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展特征 隨著局域網(wǎng)、隨著局域網(wǎng)、InternetInternet、ITIT技術迅速發(fā)展，計算技術迅速發(fā)展，計算 機控制系統(tǒng)向集成化、網(wǎng)絡化、智能化、信息化機控制系統(tǒng)向集成化、網(wǎng)絡化、智能化、信息化 發(fā)展成為一種趨勢發(fā)展成為一種趨勢 系統(tǒng)結構系統(tǒng)結構向網(wǎng)絡化、網(wǎng)絡扁平化方向發(fā)展向網(wǎng)絡化、網(wǎng)絡扁平化方向發(fā)展 系統(tǒng)功能系統(tǒng)功能向綜合化方向發(fā)展向綜合化方向發(fā)展 系統(tǒng)設備系統(tǒng)設備向多樣化方向發(fā)展向多樣化方向

10、發(fā)展 . .1313 例例: :一貯罐液位控制系統(tǒng)。一貯罐液位控制系統(tǒng)。 要求貯罐液位保持一定，以滿足生產(chǎn)需要；要求貯罐液位保持一定，以滿足生產(chǎn)需要； 圖中液位變送器、控制器和執(zhí)行器構成了一個單回路圖中液位變送器、控制器和執(zhí)行器構成了一個單回路控控 制系統(tǒng)制系統(tǒng)。 分析分析: : 貯罐液位由貯罐液位由液位變送器液位變送器轉轉 換成相應的標準信號送到換成相應的標準信號送到 控制器控制器，與給定值相比較，與給定值相比較， 控制器按比較得到的偏差，控制器按比較得到的偏差， 以一定的控制規(guī)律發(fā)出控以一定的控制規(guī)律發(fā)出控 制信號，控制制信號，控制執(zhí)行器執(zhí)行器的動的動 作，通過改變貯罐液體出作，通過改變貯

11、罐液體出 料的流量，從而使貯罐液料的流量，從而使貯罐液 位保持在與給定值基本相位保持在與給定值基本相 等的數(shù)值上。等的數(shù)值上。 . .1414 控制器控制器被控對象被控對象 變送器變送器 z z x xe = x-ze = x-z - - p p q qy y 干擾干擾 通常安裝通常安裝 于控制室于控制室 通常安裝通常安裝 于于 現(xiàn)場現(xiàn)場 顯示顯示 儀表儀表 閥門：調節(jié)閥、電磁閥、閥門：調節(jié)閥、電磁閥、 氣動蝶閥氣動蝶閥 泵：開關泵、變頻泵泵：開關泵、變頻泵 控制閥控制閥 . .1515 一、過程控制儀表的發(fā)展概況及分類一、過程控制儀表的發(fā)展概況及分類 發(fā)展概況發(fā)展概況 5050年代年代 60

12、60年代年代 7070年代年代 8080年代年代 9090年代年代 2121世紀世紀至今至今 QDZQDZ QDZQDZ QDZ QDZ DDZDDZ DDZDDZ DDZ DDZ 數(shù)字式（智能數(shù)字式（智能 式）控制儀表式）控制儀表 DCSDCS系統(tǒng)系統(tǒng) （PLCPLC）現(xiàn)場總現(xiàn)場總 線線以太網(wǎng)以太網(wǎng) . .1616 典型的儀表系統(tǒng) 基地式系統(tǒng) 基地式儀表基地式儀表 第0代 常規(guī)儀表 控制系統(tǒng) 單元組合儀表：單元組合儀表： 調、變、執(zhí)、算調、變、執(zhí)、算 (DDZ-II、III、 QDZ) 第第1代代 DDC控制 變、執(zhí)變、執(zhí) (DDZ-II、III) 集中型計算 機控制系統(tǒng) 變、執(zhí)變、執(zhí) (D

13、DZ-II、III) 第2代 DCS OS：小型機、：小型機、IPC CS：IPC、PLC、 智能調節(jié)器智能調節(jié)器 現(xiàn)場儀表：現(xiàn)場儀表：DDZ-III 為主為主 第3代* 分布式IO DCS 現(xiàn)場信號根據(jù)傳輸距離或功能現(xiàn)場信號根據(jù)傳輸距離或功能 不同連接到現(xiàn)場不同連接到現(xiàn)場I/O設備上，各設備上，各 現(xiàn)場現(xiàn)場I/O設備與控制站間通過網(wǎng)設備與控制站間通過網(wǎng) 絡（現(xiàn)場總線）連接。絡（現(xiàn)場總線）連接。 現(xiàn)場儀表：現(xiàn)場儀表：DDZ-III、總線儀表總線儀表 過渡型過渡型* FCS 將全廠最基礎的現(xiàn)場將全廠最基礎的現(xiàn)場 級儀表和裝置均通過級儀表和裝置均通過 現(xiàn)場總線連接起來，現(xiàn)場總線連接起來， 實現(xiàn)全數(shù)

14、字化通訊。實現(xiàn)全數(shù)字化通訊。 現(xiàn)場儀表：總線儀表現(xiàn)場儀表：總線儀表 第第4代代* . .1717 基地式控制儀表基地式控制儀表：以指示、記錄儀表為主體，附加控制機：以指示、記錄儀表為主體，附加控制機 構所組成的裝置。構所組成的裝置。 單元組合式控制儀表單元組合式控制儀表：將整套儀表按照功能劃分成若干獨：將整套儀表按照功能劃分成若干獨 立的單元立的單元( (分為變送、轉換、計算、顯示、給定、調節(jié)、執(zhí)分為變送、轉換、計算、顯示、給定、調節(jié)、執(zhí) 行與輔助單元等八大類行與輔助單元等八大類) )，各單元之間用統(tǒng)一的標準信號連，各單元之間用統(tǒng)一的標準信號連 接。按照連接信號的不同，單元組合式控制儀表分為氣

15、動接。按照連接信號的不同，單元組合式控制儀表分為氣動 單元組合儀表單元組合儀表(QDZ)(QDZ)和電動單元組合儀表和電動單元組合儀表(DDZ)(DDZ)兩類。兩類。 組裝式綜合控制裝置組裝式綜合控制裝置：它的最大的特點是控制和顯示操作：它的最大的特點是控制和顯示操作 功能分離，結構上分為控制機柜和顯示操作盤兩大部分，功能分離，結構上分為控制機柜和顯示操作盤兩大部分， 可以實現(xiàn)對生產(chǎn)的集中顯示和操作?？梢詫崿F(xiàn)對生產(chǎn)的集中顯示和操作。 計算機計算機( (數(shù)字式數(shù)字式) )控制裝置：控制裝置：以微型計算機為核心的自動控制以微型計算機為核心的自動控制 系統(tǒng)。包括：集散控制系統(tǒng)、可編程控制器、現(xiàn)場總線

16、控系統(tǒng)。包括：集散控制系統(tǒng)、可編程控制器、現(xiàn)場總線控 制系統(tǒng)等。制系統(tǒng)等。 . .1818 過程控制儀表類型 過過 程程 控控 制制 儀儀 表表 模模 擬擬 式式 數(shù)數(shù) 字字 式式 基地式基地式 單元組合式單元組合式 組裝式組裝式 氣動氣動QDZ 電動電動DDZ DDZ- DDZ- DDZ- DDZ- 單單/多回路控制器多回路控制器 可編程控制器可編程控制器(PLC) 工業(yè)計算機工業(yè)計算機(IPC) 集散系統(tǒng)系統(tǒng)集散系統(tǒng)系統(tǒng)(DCS) 總線控制系統(tǒng)總線控制系統(tǒng)(FCS) 可編程自動化控制器可編程自動化控制器(PAC) . .1919 單元組合儀表類型單元組合儀表類型 氣動氣動 單元單元 組合組

17、合 儀表儀表 QDZQDZ 變送單元變送單元(B) 轉換單元轉換單元(Z) 計算單元計算單元(J) 顯示單元顯示單元(X) 給定單元給定單元(G) 調節(jié)單元調節(jié)單元(T) 輔助單元輔助單元(F) 電動電動 單元單元 組合組合 儀表儀表 DDZ 變送單元變送單元(B) 轉換單元轉換單元(Z) 計算單元計算單元(J) 顯示單元顯示單元(X) 給定單元給定單元(G) 調節(jié)單元調節(jié)單元(T) 執(zhí)行單元執(zhí)行單元(K) 輔助單元輔助單元(F) . .2020 附圖： 一、DDZ之變送單元類 (溫度、壓力、差壓、流量、物位、成分等) 溫度變送器溫度變送器 . .2121 二、DDZ之轉換單元類 (阻抗、電流

18、、毫伏、氣/電與電/氣、頻率、脈沖/電 壓、峰值檢測器等) 電流轉換器電流轉換器 直流毫伏轉換器直流毫伏轉換器 電電/ /氣轉換器氣轉換器 . .2222 三、DDZ之顯示單元類 (比例或開方積算器、各種指示儀與警報器等) 單、雙針指示器單、雙針指示器 比例積算儀比例積算儀 . .2323 四、DDZ之運算單元類 (加減器、乘除器、開方器、函數(shù)發(fā)生器等) 加減器加減器 乘除器乘除器 開方器開方器 . .2424 五、DDZ之給定單元類 (恒流、比值、時間程序、參數(shù)給定器等) DGJDGJ型報警給定器型報警給定器DGA-2000DGA-2000型恒流給定器型恒流給定器 . .2525 六、DDZ

19、之調節(jié)單元類 (PID基型、PID自整定、 PID間歇、SPC、DDC備用、自 動選擇、抗積分飽和控制等) DDZ-III DDZ-III DTZDTZ21002100型全刻度指示調節(jié)器型全刻度指示調節(jié)器 . .2626 七、DDZ之執(zhí)行單元類 (角行程、直行程、閥門定位器等) 電動角行程電動角行程(DKJ)(DKJ)執(zhí)行機構執(zhí)行機構 電動直行程電動直行程(DKZ)(DKZ)執(zhí)行機構執(zhí)行機構 電氣閥門定位器電氣閥門定位器 氣動閥門定位器氣動閥門定位器 . .2727 八、DDZ之輔助單元類 (Q型、D型、便攜式及S/Z自動切換操作器，信號限制 器、信號選擇器、安全柵、配電器、直流穩(wěn)壓電源、 隔

20、離器等) 配電器配電器 隔離器隔離器 操作器操作器 . .2828 DDZ之輔助單元類 電源箱電源箱 . .2929 分類及特點分類及特點 （一）按安裝場地分：（一）按安裝場地分： 1. 1.現(xiàn)場類儀表現(xiàn)場類儀表 2. 2.控制室類儀表控制室類儀表 （二）按能源形式分：（二）按能源形式分： 1. 1.氣動控制儀表氣動控制儀表 2. 2.電動控制儀表電動控制儀表 3. 3.液動控制儀表液動控制儀表 （三）結構形式分：（三）結構形式分： 1. 1.基地式控制儀表基地式控制儀表 2. 2.單元組合式控制儀表單元組合式控制儀表 3. 3.組裝式組裝式 綜合控制裝置綜合控制裝置 4. 4.數(shù)字化控制儀表

21、數(shù)字化控制儀表 5. 5.集散控制系集散控制系 統(tǒng)統(tǒng) 6. 6.現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)?，F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。 （四）按信號形式分：（四）按信號形式分： 1. 1.模擬控制儀表模擬控制儀表 2. 2.數(shù)字控制儀表數(shù)字控制儀表 . .3030 2、控制室類儀表、控制室類儀表 1、現(xiàn)場類儀表、現(xiàn)場類儀表 在抗干擾、防腐蝕、抗震動等方面有特殊要在抗干擾、防腐蝕、抗震動等方面有特殊要 求。求。 . .3131 電動控制儀表的特點：電動控制儀表的特點： 信號傳送速度快、傳送距離遠、易于與計算機信號傳送速度快、傳送距離遠、易于與計算機 聯(lián)用。聯(lián)用。 氣動控制儀表的特點：氣動控制儀表的特點： 結構簡單、性能穩(wěn)定、安全

22、防爆、易于維修。結構簡單、性能穩(wěn)定、安全防爆、易于維修。 . .3232 1.基地式控制儀表基地式控制儀表 以指示、記錄儀表為主體，附加某些控制機構。以指示、記錄儀表為主體，附加某些控制機構。 2.單元組合控制儀表單元組合控制儀表 電動單元組合儀表：電動單元組合儀表： DDZ 型型 ；DDZ 型型 ； DDZ 型型 電源電源：220V AC ；24V DC ； 電信號電信號：電流電流010mA DC ； 420mA DC； Vo：15V DC 氣動單元組合儀表：氣源：氣動單元組合儀表：氣源：140 kPa； 氣信號：氣信號：20100 kPa . .3333 3. 組裝式控制儀表組裝式控制儀表

23、 一種功能分離、結構組件化的成套儀表裝置。一種功能分離、結構組件化的成套儀表裝置。 工程實際中已很少使用。工程實際中已很少使用。 4 .數(shù)字控制儀表數(shù)字控制儀表 以數(shù)字計算機為核心的數(shù)字控制儀表。其外形以數(shù)字計算機為核心的數(shù)字控制儀表。其外形 結構、面板布置保留了模擬式儀表的一些特征，結構、面板布置保留了模擬式儀表的一些特征， 但其運算、控制功能更為豐富，通過組態(tài)可完成但其運算、控制功能更為豐富，通過組態(tài)可完成 各種運算處理和復雜控制?？珊陀嬎銠C配合使用，各種運算處理和復雜控制?？珊陀嬎銠C配合使用， 以構成不同規(guī)模的分級控制系統(tǒng)。以構成不同規(guī)模的分級控制系統(tǒng)。 . .3434 5.集散型控制系

24、統(tǒng)集散型控制系統(tǒng) 將集中一臺計算機完成的任務分派給各個微將集中一臺計算機完成的任務分派給各個微 型過程控制計算機，再配上數(shù)字總線以及上一級過型過程控制計算機，再配上數(shù)字總線以及上一級過 程控制計算機，組成各種各樣的、能適應于不同過程控制計算機，組成各種各樣的、能適應于不同過 程的積木式分級分布計算機控制系統(tǒng)。實現(xiàn)了程的積木式分級分布計算機控制系統(tǒng)。實現(xiàn)了“控控 制分散制分散”或或“危險分散危險分散”，管理高度集中。，管理高度集中。 6.現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng) 是計算機網(wǎng)絡技術、通信技術、控制技術和是計算機網(wǎng)絡技術、通信技術、控制技術和 現(xiàn)代儀器儀表技術的最新發(fā)展成果。它將具有數(shù)字現(xiàn)代

25、儀器儀表技術的最新發(fā)展成果。它將具有數(shù)字 通信能力的現(xiàn)場智能儀表連成網(wǎng)絡系統(tǒng)，并同上一通信能力的現(xiàn)場智能儀表連成網(wǎng)絡系統(tǒng)，并同上一 層監(jiān)控級、管理級聯(lián)系起來成為全分布式的新型控層監(jiān)控級、管理級聯(lián)系起來成為全分布式的新型控 制網(wǎng)絡。制網(wǎng)絡。 . .3535 （四）（四） 模擬式控制儀表模擬式控制儀表 傳輸信號通常為連續(xù)變化的模擬量。這傳輸信號通常為連續(xù)變化的模擬量。這 類儀表線路較簡單，操作方便，價格較低使用類儀表線路較簡單，操作方便，價格較低使用 上均有較成熟的經(jīng)驗。上均有較成熟的經(jīng)驗。 數(shù)字式控制儀表數(shù)字式控制儀表 傳輸信號通常為斷續(xù)變化的數(shù)字量。這傳輸信號通常為斷續(xù)變化的數(shù)字量。這 些儀表

26、和裝置是以微型計算機為核心，其功能些儀表和裝置是以微型計算機為核心，其功能 完善，性能優(yōu)越，它能解決模擬式儀表難以解完善，性能優(yōu)越，它能解決模擬式儀表難以解 決的問題，滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)過程的高質量控制決的問題，滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)過程的高質量控制 要求。要求。 . .3636 二、控制儀表與裝置的信號與二、控制儀表與裝置的信號與 供電供電 （一）控制儀表與裝置的供電（一）控制儀表與裝置的供電 （二）模擬儀表與裝置的信號制（二）模擬儀表與裝置的信號制 （三）數(shù)字儀表與裝置的信號制（三）數(shù)字儀表與裝置的信號制 . .3737 壓力壓力 變送器變送器 壓力壓力 變送器變送器 常用的控制儀表及裝置常用的控制儀

27、表及裝置 . .3838 測量膜合測量膜合 差壓差壓 變送器變送器 雙法蘭差壓送器雙法蘭差壓送器 . .3939 無紙無紙 記錄儀記錄儀 . .4040 測量精測量精 確值確值 Better Control 可編程可編程 調節(jié)器調節(jié)器 輸出精輸出精 確值確值 輸出百輸出百 分值分值 測量百測量百 分值分值 . .4141 氣動閥門氣動閥門 定位器定位器 氣動執(zhí)氣動執(zhí) 行機構行機構 電動執(zhí)電動執(zhí) 行機構行機構 . .4242 直通單、直通單、 雙座控雙座控 制閥制閥 直通單、直通單、 雙座控雙座控 制閥制閥 . .4343 . .4444 . .4545 閘閥閘閥 球閥球閥三通閥三通閥蝶閥蝶閥

28、角閥角閥 . .4646 . .4747 球閥球閥角閥角閥 . .4848 控制層網(wǎng)絡控制層網(wǎng)絡 管理層網(wǎng)絡管理層網(wǎng)絡 遠程節(jié)點遠程節(jié)點 Web服務器服務器 Internet 現(xiàn)場設備層現(xiàn)場設備層 操作站操作站 工程師站工程師站 DCSDCS的物理層次示意的物理層次示意 . .4949 控制室控制室 控制臺控制臺 流程圖流程圖 . .5050 儀表盤儀表盤 操作員站操作員站 . .5151 操作員站操作員站 CRT 工業(yè)流程圖工業(yè)流程圖 . .5252 （一）控制儀表與裝置的供電（一）控制儀表與裝置的供電 電動控制儀表與裝置的供電主要有兩種形式：交流供電動控制儀表與裝置的供電主要有兩種形式：交

29、流供 電與直流集中供電。電與直流集中供電。 1 1、交流供電、交流供電 早期的電動控制儀表中多使用交流供電。將早期的電動控制儀表中多使用交流供電。將220V工工 頻交流直接引入控制系統(tǒng)中的各臺儀表中。頻交流直接引入控制系統(tǒng)中的各臺儀表中。 缺點：缺點：交流干擾、熱干擾等必然會對儀表產(chǎn)生影響；交流干擾、熱干擾等必然會對儀表產(chǎn)生影響； 儀表體積也不易做?。粌x表體積也不易做??；220V的直接引入降低了儀表的直接引入降低了儀表 的安全性，縮小了儀表的應用范圍。的安全性，縮小了儀表的應用范圍。 . .5353 2、直流集中供電 整個控制系統(tǒng)由統(tǒng)一的直流低壓電源箱供電，且常 常是一組電源為整個控制系統(tǒng)的各

30、臺儀表供電，稱 為直流單電源集中供電。 優(yōu)點： 易實現(xiàn)帶備用電源的無停電系統(tǒng)；低壓供電為系統(tǒng) 防爆提供了有利條件。 . .5454 （二）模擬儀表與裝置的信號制（二）模擬儀表與裝置的信號制 信號制即指在某種標準中所規(guī)定的信號聯(lián)絡方法。信號制即指在某種標準中所規(guī)定的信號聯(lián)絡方法。 電信號的種類主要有模擬信號、數(shù)字信號、頻率信電信號的種類主要有模擬信號、數(shù)字信號、頻率信 號和脈寬信號等四大類，前兩者用得最多。號和脈寬信號等四大類，前兩者用得最多。 電模擬信號的種類有直流電流、直流電壓、交流電電模擬信號的種類有直流電流、直流電壓、交流電 流、交流電壓四種。流、交流電壓四種。其中其中直流信號直流信號具

31、有不受線路中電具有不受線路中電 感、電容及負載性質的影響，不存在相移問題、不受感、電容及負載性質的影響，不存在相移問題、不受 交流感應影響等優(yōu)點，因而應用較為廣泛。交流感應影響等優(yōu)點，因而應用較為廣泛。 . .5555 1973年國際電工委員會（年國際電工委員會（IEC）第）第64次技術委員會次技術委員會 通過的標準規(guī)定了國際統(tǒng)一信號，過程控制系統(tǒng)的模通過的標準規(guī)定了國際統(tǒng)一信號，過程控制系統(tǒng)的模 擬直流電流信號為擬直流電流信號為420mADC，模擬直流電壓信號，模擬直流電壓信號 為為15VDC。我國早期。我國早期DDZ-儀表所用的信號制儀表所用的信號制為為 010mADC，氣動調節(jié)儀表的信號

32、制為，氣動調節(jié)儀表的信號制為0.02 0.1Mpa。 信號制的下限不為零稱為活零點，有助于實現(xiàn)微信號制的下限不為零稱為活零點，有助于實現(xiàn)微 機控制系統(tǒng)的自檢；信號制的上限亦不能太大，有助機控制系統(tǒng)的自檢；信號制的上限亦不能太大，有助 于實現(xiàn)系統(tǒng)的防爆。直流模擬電流與電壓信號各有優(yōu)于實現(xiàn)系統(tǒng)的防爆。直流模擬電流與電壓信號各有優(yōu) 缺點，分別適用于不同的場合。缺點，分別適用于不同的場合。 . .5656 1 1、直流電流信號、直流電流信號 直流電流信號傳輸模型如圖直流電流信號傳輸模型如圖2.2.1所示。所示。 圖中圖中ro作為發(fā)送儀表的變送器的等作為發(fā)送儀表的變送器的等 效輸出電阻，效輸出電阻，Rc

33、m為連接導線及連為連接導線及連 接過程所產(chǎn)生的電阻。接過程所產(chǎn)生的電阻。n臺接收儀臺接收儀 表串聯(lián)或并聯(lián)地接收信號。表串聯(lián)或并聯(lián)地接收信號。 顯然直流電流信號信號傳輸有如下兩個缺點，顯然直流電流信號信號傳輸有如下兩個缺點， 若回路中有一個斷點，則若回路中有一個斷點，則n臺接收儀表均不能接臺接收儀表均不能接 收信號。因此，可靠性受到影響。收信號。因此，可靠性受到影響。 各接收儀表輸入端會逐級電位升高，引起系統(tǒng)各接收儀表輸入端會逐級電位升高，引起系統(tǒng) 設計與維護的不便。設計與維護的不便。 . .5757 直流電流信號傳輸所產(chǎn)生的誤差由發(fā)送儀表信號直流電流信號傳輸所產(chǎn)生的誤差由發(fā)送儀表信號 源的質量

34、引起源的質量引起 （2.1） 在實際應用中在實際應用中roRcm+nri， ，則有 ，則有 （2.2） 現(xiàn)代現(xiàn)代電子技術完全能保證發(fā)送儀表的輸出電阻電子技術完全能保證發(fā)送儀表的輸出電阻ro 很大。由上式可知當接收儀表輸入電阻足夠小很大。由上式可知當接收儀表輸入電阻足夠小(常為常為 250左右左右)時，傳輸電阻時，傳輸電阻Rcm在一定范圍內變化仍能在一定范圍內變化仍能 保證傳輸精度。因此，直流電流信號適宜于長距離傳保證傳輸精度。因此，直流電流信號適宜于長距離傳 輸。輸。 . .5858 2 2、直流電壓信號、直流電壓信號 直流電直流電壓壓信號傳輸模型如圖信號傳輸模型如圖2.2.2所示。所示。 直

35、流電壓信號沒有直流電流的直流電壓信號沒有直流電流的 兩個缺點，因此可靠性好；設計兩個缺點，因此可靠性好；設計 安裝上較為簡單；增加或去掉某安裝上較為簡單；增加或去掉某 臺儀表不會對系統(tǒng)產(chǎn)生影響。信臺儀表不會對系統(tǒng)產(chǎn)生影響。信 號傳輸所產(chǎn)生的誤差由發(fā)送儀表信號源內阻與線路傳號傳輸所產(chǎn)生的誤差由發(fā)送儀表信號源內阻與線路傳 輸電阻引起輸電阻引起 （2.3） . .5959 應用中，應用中，ri很大，一般都滿足很大，一般都滿足 （2.4） 此時，（此時，（2.3）變?yōu)椋┳優(yōu)?（2.5） 比較（比較（2.2）與（）與（2.5）可知，當距離相同時，在精度）可知，當距離相同時，在精度 上電流傳輸優(yōu)于電壓傳輸

36、。因此，在直流模擬儀表的上電流傳輸優(yōu)于電壓傳輸。因此，在直流模擬儀表的 設計應用中，遠距離傳輸或進出控制室的信號用電流設計應用中，遠距離傳輸或進出控制室的信號用電流 信號，控制室內各儀表間的信號聯(lián)絡用電壓信號。信號，控制室內各儀表間的信號聯(lián)絡用電壓信號。 . .6060 （三）數(shù)字儀表與裝置的信號制（三）數(shù)字儀表與裝置的信號制 從應用的角度，數(shù)字儀表通訊標準大致應包括三個方從應用的角度，數(shù)字儀表通訊標準大致應包括三個方 面：信息構成格式、數(shù)據(jù)編碼面：信息構成格式、數(shù)據(jù)編碼/調制形式與物理的信調制形式與物理的信 號發(fā)送號發(fā)送/接收接口標準。接收接口標準。 1 1、信息構成格式、信息構成格式 對應

37、于不同的現(xiàn)場總線以及不同的協(xié)議層，信息構成對應于不同的現(xiàn)場總線以及不同的協(xié)議層，信息構成 格式各不相同，現(xiàn)以基金會現(xiàn)場總線格式各不相同，現(xiàn)以基金會現(xiàn)場總線FF協(xié)議數(shù)據(jù)的協(xié)議數(shù)據(jù)的 構成與各協(xié)議層的關系為例作簡單說明。構成與各協(xié)議層的關系為例作簡單說明。 . .6161 FF由四層協(xié)議層構成：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應用由四層協(xié)議層構成：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應用 層及用戶層。應用層又劃分為兩個層次層及用戶層。應用層又劃分為兩個層次總線訪問總線訪問 子層子層FAS與總線報文規(guī)范子層與總線報文規(guī)范子層FMS。如某個用戶要將。如某個用戶要將 數(shù)據(jù)通過現(xiàn)場總線發(fā)往其它設備，圖數(shù)據(jù)通過現(xiàn)場總線發(fā)往其它設備，圖

38、2.2.4中以數(shù)據(jù)中以數(shù)據(jù) 節(jié)的方式示出各層信息構成格式。節(jié)的方式示出各層信息構成格式。 . .6262 2 2、數(shù)據(jù)編碼、數(shù)據(jù)編碼/ /調制信號形式調制信號形式 數(shù)據(jù)編碼指表達數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)編碼指表達數(shù)據(jù)的 物理信號形式。分別用物理信號形式。分別用 模擬信號的不同的幅度、模擬信號的不同的幅度、 頻率、相位來表達數(shù)據(jù)頻率、相位來表達數(shù)據(jù) 0，1狀態(tài)的編碼稱為模狀態(tài)的編碼稱為模 擬數(shù)據(jù)編碼；用高低電擬數(shù)據(jù)編碼；用高低電 平的矩形脈沖信號表達平的矩形脈沖信號表達 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)0，1狀態(tài)的編碼稱狀態(tài)的編碼稱 為數(shù)字數(shù)據(jù)編碼?；鶐閿?shù)字數(shù)據(jù)編碼?；鶐?傳輸傳輸指指在基本不改變數(shù)據(jù)信號頻率下，直接傳輸數(shù)據(jù)在基本

39、不改變數(shù)據(jù)信號頻率下，直接傳輸數(shù)據(jù) 信號的方式?；鶐鬏斂梢赃_到較高的傳輸速率，是信號的方式。基帶傳輸可以達到較高的傳輸速率，是 目前廣泛應用的數(shù)據(jù)通訊方式。常見的編碼方式如圖目前廣泛應用的數(shù)據(jù)通訊方式。常見的編碼方式如圖 2.2.5所示，它們都屬于基帶傳輸方式。所示，它們都屬于基帶傳輸方式。 . .6363 基本的頻帶傳輸調制方式主要有幅度鍵控基本的頻帶傳輸調制方式主要有幅度鍵控ASK、頻、頻 移鍵控移鍵控FSK和相移鍵控和相移鍵控PSK，調制后的信號典型波形，調制后的信號典型波形 如圖如圖2.2.6所示。所示。 . .6464 3 3、發(fā)送、發(fā)送/ /接收接口標準接收接口標準 物理層協(xié)議連

40、接兩個發(fā)送和接收信息的物理設備，由物理層協(xié)議連接兩個發(fā)送和接收信息的物理設備，由 接口標準支持?，F(xiàn)在國際上已有一些接口標準，如美接口標準支持?，F(xiàn)在國際上已有一些接口標準，如美 國電子工業(yè)協(xié)會國電子工業(yè)協(xié)會EIA制定的制定的RS-232、RS-422A、RS- 485等均被廣泛應用。等均被廣泛應用。 . .6565 三、控制系統(tǒng)的安全防爆三、控制系統(tǒng)的安全防爆 （一）安全防爆儀表概述（一）安全防爆儀表概述 （二）本質安全型防爆儀表（二）本質安全型防爆儀表 （三）安全防爆控制系統(tǒng)（三）安全防爆控制系統(tǒng) . .6666 （一）安全防爆儀表概述（一）安全防爆儀表概述 防爆電器設備有多種結構，應用于防爆

41、電器設備有多種結構，應用于0區(qū)與區(qū)與1區(qū)的只區(qū)的只 有三種：正壓型、隔爆型與本質安全型（簡稱本安有三種：正壓型、隔爆型與本質安全型（簡稱本安 型）。型）。 正壓型正壓型原理是控制易爆氣體，即人為地在危險現(xiàn)場原理是控制易爆氣體，即人為地在危險現(xiàn)場 營造出一個沒有易爆氣體的空間，將儀表安裝在其中。營造出一個沒有易爆氣體的空間，將儀表安裝在其中。 隔爆型隔爆型儀表將儀表的電路和接線端子等安裝在厚厚儀表將儀表的電路和接線端子等安裝在厚厚 的隔爆腔體內，儀表電路因事故出現(xiàn)火花，不會引爆的隔爆腔體內，儀表電路因事故出現(xiàn)火花，不會引爆 外面的易燃易爆物質。外面的易燃易爆物質。 本質安全型本質安全型的原理是控

42、制儀表電路中的能量，使電的原理是控制儀表電路中的能量，使電 路在正常或異常狀態(tài)下產(chǎn)生的火花或達到的溫度，都路在正常或異常狀態(tài)下產(chǎn)生的火花或達到的溫度，都 不足以引爆危險物質。不足以引爆危險物質。 . .6767 從儀表防爆的角度，自動化系統(tǒng)包括兩種儀表：安從儀表防爆的角度，自動化系統(tǒng)包括兩種儀表：安 裝在控制現(xiàn)場（危險場所）的本質安全型儀表和安裝裝在控制現(xiàn)場（危險場所）的本質安全型儀表和安裝 在控制室（非危險場所）的一般儀表。在控制室（非危險場所）的一般儀表。 本質安全型儀表電路的能量因受到限制，所以在其本質安全型儀表電路的能量因受到限制，所以在其 中流動的能量是中流動的能量是“安全能量安全能

43、量”；一般儀表電路沒有限；一般儀表電路沒有限 制電路的能量，所以可能會出現(xiàn)對于控制現(xiàn)場來說的制電路的能量，所以可能會出現(xiàn)對于控制現(xiàn)場來說的 “危險能量危險能量”。 所以，本質安全型防爆系統(tǒng)還要在信號線路上加接所以，本質安全型防爆系統(tǒng)還要在信號線路上加接 防爆柵。防爆柵的目的就是防止安全場所的危險能量防爆柵。防爆柵的目的就是防止安全場所的危險能量 竄入危險場所。竄入危險場所。 . .6868 （二）本質安全型防爆儀表（二）本質安全型防爆儀表 1、設計要點、設計要點 限制本安電路中的能量 安全措施 信號傳輸線路分布電容、電感的校驗 續(xù)流二極管與鉗位二極管 限流電阻 隔離電容 電源變壓器 多重化的保

44、護措施 設計要點 . .6969 2、安全防爆柵基本原理、安全防爆柵基本原理 防爆柵又稱安全柵，有輸入端用防爆柵與輸出端用防爆柵又稱安全柵，有輸入端用防爆柵與輸出端用 防爆柵。它的作用是防止安全場所的危險能量竄入危防爆柵。它的作用是防止安全場所的危險能量竄入危 險場所，在正常情況下只起信號傳遞作用。防爆柵原險場所，在正常情況下只起信號傳遞作用。防爆柵原 理有多種，如電阻式防爆柵、中繼式防爆柵、齊納式理有多種，如電阻式防爆柵、中繼式防爆柵、齊納式 防爆柵和變壓器隔離式防爆柵等。目前應用最多的是防爆柵和變壓器隔離式防爆柵等。目前應用最多的是 齊納式防爆柵和變壓器隔離式防爆柵。齊納式防爆柵和變壓器隔

45、離式防爆柵。 齊納式防爆柵原理如圖齊納式防爆柵原理如圖2.3.5所示，所示， 目的是限制流動的能量目的是限制流動的能量V與與I，不讓，不讓 它們超過防爆值。它們超過防爆值。 . .7070 3、本質安全系統(tǒng)防爆的認證、本質安全系統(tǒng)防爆的認證 本質安全系統(tǒng)防爆的認證需要專門的技術與機構。本質安全系統(tǒng)防爆的認證需要專門的技術與機構。 “回路認證回路認證”為我國現(xiàn)階段推行的本安防爆認證技術為我國現(xiàn)階段推行的本安防爆認證技術 ，指對本安現(xiàn)場設備和關聯(lián)設備按具體的組合方式進，指對本安現(xiàn)場設備和關聯(lián)設備按具體的組合方式進 行的檢驗認證。這種組合一經(jīng)認定，就不能用未經(jīng)檢行的檢驗認證。這種組合一經(jīng)認定，就不能

46、用未經(jīng)檢 驗機構按這種組合認證過的其他型號規(guī)格的替代設備驗機構按這種組合認證過的其他型號規(guī)格的替代設備 。顯然，這不符和現(xiàn)場總線設計初衷。顯然，這不符和現(xiàn)場總線設計初衷。 現(xiàn)場總線系統(tǒng)本安防爆認證使用現(xiàn)場總線系統(tǒng)本安防爆認證使用“參量認證參量認證”技術技術 ?；舅枷胧牵??；舅枷胧牵?對本安現(xiàn)場設備和關聯(lián)設備分別給出對本安現(xiàn)場設備和關聯(lián)設備分別給出 一組安全參數(shù)，并允許有技能的專業(yè)人員通過合適的一組安全參數(shù)，并允許有技能的專業(yè)人員通過合適的 方法對系統(tǒng)的配置進行合理性分析和安全性判定。這方法對系統(tǒng)的配置進行合理性分析和安全性判定。這 種認證技術的特點是：用戶可根據(jù)一定的規(guī)則自由地種認證技術的

47、特點是：用戶可根據(jù)一定的規(guī)則自由地 將不同制造廠生產(chǎn)的本安設備構成本安防爆系統(tǒng)。將不同制造廠生產(chǎn)的本安設備構成本安防爆系統(tǒng)。 . .7171 （三）安全防爆儀控制系統(tǒng)（三）安全防爆儀控制系統(tǒng) 1、傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)的安全防爆、傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)的安全防爆 傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的安傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的安 全防爆如圖全防爆如圖2.3.7所示。所示。 安裝在控制現(xiàn)場的儀表安裝在控制現(xiàn)場的儀表 與裝置主要有變送器與與裝置主要有變送器與 執(zhí)行器，安裝在控制室執(zhí)行器，安裝在控制室 的儀表主要是運算、調的儀表主要是運算、調 節(jié)、顯示記錄等儀表與裝置。節(jié)、顯示記錄等儀表與裝置。 . .7272 2、一種安全防爆的現(xiàn)場總線系統(tǒng)、一種

48、安全防爆的現(xiàn)場總線系統(tǒng) 當總線設備較多時，增加現(xiàn)場總當總線設備較多時，增加現(xiàn)場總 線的路數(shù)將失去應用現(xiàn)場總線的意線的路數(shù)將失去應用現(xiàn)場總線的意 義。如果總線設備中有很多監(jiān)測用義。如果總線設備中有很多監(jiān)測用 常規(guī)變送器、熱電偶、熱電阻、開常規(guī)變送器、熱電偶、熱電阻、開 關等，可以應用關等，可以應用DCS系統(tǒng)的現(xiàn)場總系統(tǒng)的現(xiàn)場總 線的防爆線的防爆/安全柵掛接，如圖安全柵掛接，如圖 2.3.8所示。這種所示。這種DCS系統(tǒng)，在系統(tǒng)系統(tǒng)，在系統(tǒng) 總線上可以掛接多個站，每站最多總線上可以掛接多個站，每站最多 48個模塊，如圖個模塊，如圖2.3.9所示，包括通所示，包括通 訊、電源及其冗余模塊，多個模擬訊

49、、電源及其冗余模塊，多個模擬 量輸入輸出量輸入輸出AI/AO及開關量輸入輸及開關量輸入輸 出出DI/DO的的I/O安全柵模塊。安全柵模塊。 . .7373 3、光纖式本質安全防爆現(xiàn)場總線、光纖式本質安全防爆現(xiàn)場總線 光光纖式現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的光纜只用纖式現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的光纜只用 作通訊信道?？偩€上各現(xiàn)場設備供電作通訊信道。總線上各現(xiàn)場設備供電 由各自所裝的高能專用電池提供，電由各自所裝的高能專用電池提供，電 池的使用壽命可達兩年以上。由于現(xiàn)池的使用壽命可達兩年以上。由于現(xiàn) 場設備無需外部供電，而光學星型耦場設備無需外部供電，而光學星型耦 合器是無源的，因此控制室與合器是無源的，因此控制室與F

50、CS現(xiàn)現(xiàn) 場設備，只需通過光纜以本質安全的場設備，只需通過光纜以本質安全的 低能光作載體交換信息，因而從根本低能光作載體交換信息，因而從根本 上杜絕了危險能量通過總線從安全區(qū)域進入危險區(qū)域。上杜絕了危險能量通過總線從安全區(qū)域進入危險區(qū)域。 光纖式現(xiàn)場總線系統(tǒng)的結構如圖光纖式現(xiàn)場總線系統(tǒng)的結構如圖2.3.10所示。所示。 . .7474 安全柵安全柵 安全柵是構成安全火花防爆系統(tǒng)的關鍵儀表安全柵是構成安全火花防爆系統(tǒng)的關鍵儀表，安，安 裝在控制室內，是控制室儀表和現(xiàn)場儀表之間的裝在控制室內，是控制室儀表和現(xiàn)場儀表之間的 關聯(lián)設備。其作用是：關聯(lián)設備。其作用是：系統(tǒng)正常時保證信號的正系統(tǒng)正常時保證

51、信號的正 常傳輸；故障時限制進入危險場所的能量，確保常傳輸；故障時限制進入危險場所的能量，確保 系統(tǒng)的安全火花性能。系統(tǒng)的安全火花性能。 目前常用的安全柵有：目前常用的安全柵有：齊納式安全柵齊納式安全柵和和變壓器隔變壓器隔 離式安全柵離式安全柵。 . .7575 安全柵的品種安全柵的品種: . .7676 一、齊納式安全柵一、齊納式安全柵 1. 1. 齊納式安全柵的工作原理齊納式安全柵的工作原理 齊納安全柵是基于齊納二極管反向擊穿特性工作的齊納安全柵是基于齊納二極管反向擊穿特性工作的。 由由限壓電路限壓電路, ,限流電路限流電路和和熔斷器熔斷器三部分組成。其原理三部分組成。其原理 電路如圖所示

52、：圖中電路如圖所示：圖中R R為限流電阻，為限流電阻，VZ1VZ1、VZ2VZ2為齊納為齊納 二極管，二極管，F(xiàn)UFU為快速熔斷器。為快速熔斷器。 齊納式安全柵原理圖 . .7777 系統(tǒng)正常系統(tǒng)正常工作時，工作時，安全側電壓安全側電壓U1U1低于齊納二極管的擊低于齊納二極管的擊 穿電壓穿電壓U0U0，齊納二極管截止，安全柵不影響正常的工作電齊納二極管截止，安全柵不影響正常的工作電 流。流。 但現(xiàn)場發(fā)生事故但現(xiàn)場發(fā)生事故，如短路，利用電阻，如短路，利用電阻R R進行限流，進行限流，避避 免進入危險場所的電流過大免進入危險場所的電流過大；當安全側電壓當安全側電壓U1U1高于齊納二高于齊納二 極管

53、的擊穿電壓極管的擊穿電壓U0U0時，時，齊納二極管擊穿，進入危險場所的齊納二極管擊穿，進入危險場所的 電壓被限制在電壓被限制在U0U0上，上，同時安全側電流急劇增大，快速熔斷同時安全側電流急劇增大，快速熔斷 器器FUFU很快熔斷，很快熔斷，從而將可能造成危險的高電壓立即和現(xiàn)場從而將可能造成危險的高電壓立即和現(xiàn)場 斷開，保證了現(xiàn)場的安全。斷開，保證了現(xiàn)場的安全。并聯(lián)兩個齊納二極管是增加安并聯(lián)兩個齊納二極管是增加安 全柵的可靠性全柵的可靠性。 齊納式安全柵的工作原理齊納式安全柵的工作原理 . .7878 齊納安全柵齊納安全柵優(yōu)點是采用的器件非常少，體積小，價優(yōu)點是采用的器件非常少，體積小，價 格便

54、宜格便宜; ; 缺點是缺點是齊納式安全柵必須本安接地，且接地電阻必齊納式安全柵必須本安接地，且接地電阻必 須小于須小于11； 危險側本安儀表必須是隔離型的；齊納安全柵對供危險側本安儀表必須是隔離型的；齊納安全柵對供 電電源電壓響應非常大，電電源電壓響應非常大，電源電壓的波動可能會引起齊電源電壓的波動可能會引起齊 納二極管的電流泄漏納二極管的電流泄漏，從而引起信號的誤差或者發(fā)出錯，從而引起信號的誤差或者發(fā)出錯 誤電平，嚴重時會使快速熔斷器燒斷。誤電平，嚴重時會使快速熔斷器燒斷。 齊納式安全柵的優(yōu)缺點齊納式安全柵的優(yōu)缺點 . .7979 圖中圖中24V DC24V DC的電源一方面通過安全柵向二線

55、制變的電源一方面通過安全柵向二線制變 送器供電，送器供電，同時將同時將二線制變送器產(chǎn)生的二線制變送器產(chǎn)生的4-20mA DC4-20mA DC的信的信 號傳送過來，由號傳送過來，由250250精確電阻轉換為精確電阻轉換為1-5V DC1-5V DC的電壓的電壓 信號送顯示儀表或控制器，信號送顯示儀表或控制器，當然變送器傳送來的信號當然變送器傳送來的信號 也可通過信號分配器也可通過信號分配器, ,其輸出的多路信號可分別送顯示其輸出的多路信號可分別送顯示 儀表和調節(jié)儀表。儀表和調節(jié)儀表。 二線制變送器和齊納安全柵的連用二線制變送器和齊納安全柵的連用 . .8080 齊納安全柵和電氣轉換器的連用齊納

56、安全柵和電氣轉換器的連用 控制器的輸出控制器的輸出 往往送給電氣轉換器或電氣閥門定位器，由氣動執(zhí)行往往送給電氣轉換器或電氣閥門定位器，由氣動執(zhí)行 器實現(xiàn)對被控對象的調節(jié)。器實現(xiàn)對被控對象的調節(jié)。由于控制器的輸出方式不由于控制器的輸出方式不 同同, ,和安全柵有兩種不同的連接方法。和安全柵有兩種不同的連接方法。 . .8181 發(fā)射極輸出型的控制器可以和安全柵共地發(fā)射極輸出型的控制器可以和安全柵共地, ,故可故可 采用單通道保護的安全柵；而集電極輸出型的控制采用單通道保護的安全柵；而集電極輸出型的控制 器，它的兩個輸出端都不接地，故需采用雙通道齊器，它的兩個輸出端都不接地，故需采用雙通道齊 納安

57、全柵。納安全柵。 . .8282 二、變壓器隔離式安全柵二、變壓器隔離式安全柵 變壓器隔離式安全柵利用變壓器或電流互變壓器隔離式安全柵利用變壓器或電流互 感器將供電電源、信號輸入端和信號輸出端進感器將供電電源、信號輸入端和信號輸出端進 行電氣隔離，同時通過電子電路行電氣隔離，同時通過電子電路( (限能器限能器) )限制限制 進入危險場所的能量進入危險場所的能量。變壓器隔離式安全柵分。變壓器隔離式安全柵分 為為檢測端安全柵檢測端安全柵（輸入式安全柵）和（輸入式安全柵）和操作端安操作端安 全柵全柵（輸出式安全柵）兩種。（輸出式安全柵）兩種。 . .8383 1.1.檢測端安全柵的作用檢測端安全柵的

58、作用 (一一)檢測端安全柵檢測端安全柵 （1 1）把）把來自現(xiàn)場變送器來自現(xiàn)場變送器的的4 420mADC20mADC電流經(jīng)電流經(jīng)隔離隔離變壓器變壓器 1:11:1地轉換成地轉換成1 15V DC5V DC信號或信號或4 420mA DC20mA DC信號信號輸出至控制輸出至控制 室儀表（計算機）室儀表（計算機） 。 （2 2）為現(xiàn)場兩線制變送器提供）為現(xiàn)場兩線制變送器提供24V DC24V DC直流電源直流電源 （3 3）利用限流、限壓電路使得任何情況下送往危險場所的）利用限流、限壓電路使得任何情況下送往危險場所的 電壓不超過電壓不超過30V DC30V DC、電流不超過、電流不超過30mADC 30mADC ，從而保證了危險，從而保證了危險 場所的安全。場所的安全。 . .8484 2.檢測端安全柵的構成原理檢測端安全柵的構成原理 (1)(1)外型結構外型結構 IiKV A 0 (2)(2)輸入輸出特性輸入輸出特性 (3)(3)結構組成及工