過程控制系統(tǒng)與裝置2

1、共頁1第二章第二章 過程控制儀表過程控制儀表與裝置概述與裝置概述教學(xué)目的與要求教學(xué)目的與要求：理解控制儀表與裝置的分類，了解理解控制儀表與裝置的分類，了解過程控制儀表的發(fā)展歷史，掌握控制儀表的信號制，過程控制儀表的發(fā)展歷史，掌握控制儀表的信號制，理解控制儀表的供電，理解控制系統(tǒng)的安全防爆要求理解控制儀表的供電，理解控制系統(tǒng)的安全防爆要求與措施。與措施。教學(xué)重點教學(xué)重點：控制儀表的信號、供電及防爆控制儀表的信號、供電及防爆教學(xué)難點教學(xué)難點：控制系統(tǒng)防爆控制系統(tǒng)防爆。2.1 控制儀表與裝置的分類及發(fā)展 分類標準：n安裝場地n能源形式n結(jié)構(gòu)形式n信號類型按照安裝場地進行分類，可以分為：現(xiàn)場安裝類儀表

2、現(xiàn)場安裝類儀表例如：變送器，執(zhí)行器等，對儀表的抗干擾能力、防腐蝕能力、抗震動能力、防爆能力有一定要求?？刂剖野惭b類儀表控制室安裝類儀表例如：配電器，調(diào)節(jié)器，顯示儀表，記錄儀表，手操器，運算儀表等。按照使用能源進行分類，可以分為氣動、電動、液動和混合式。氣動控制儀表氣動控制儀表20世紀40年代開始使用，本質(zhì)安全防爆，性能穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜；延遲大，精度較低。電動控制儀表及裝置電動控制儀表及裝置 分為模擬式調(diào)節(jié)裝置、數(shù)字式調(diào)節(jié)裝置。 模擬式調(diào)節(jié)裝置按照結(jié)構(gòu)形式劃分為基地式，電動單元組合式，組件組裝式三類。電動控制儀表和氣動控制儀表的比較電動控制儀表和氣動控制儀表的比較電動控制儀表電動控制儀表

3、 氣動控制儀表氣動控制儀表 能源能源 傳輸信號傳輸信號 構(gòu)成構(gòu)成 接線接線 電源（電源（220V AC220V AC） （24V DC24V DC） 電信號（電流、電壓或數(shù)字）電信號（電流、電壓或數(shù)字） 電子元器件電子元器件 （電阻、電容、電（電阻、電容、電子放大器、集成電路、微處理子放大器、集成電路、微處理器等）器等） 導(dǎo)線，印刷電路板導(dǎo)線，印刷電路板 氣源（氣源（140kPa140kPa） 氣壓信號氣壓信號 氣動元件（氣阻、氣動元件（氣阻、氣容、氣動放大器氣容、氣動放大器等）等） 導(dǎo)管，管路板導(dǎo)管，管路板 數(shù)字式調(diào)節(jié)裝置數(shù)字式調(diào)節(jié)裝置 以微處理器為核心，經(jīng)歷了：集中式控制系統(tǒng)， 集散控制系

4、統(tǒng)（DCS），現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）。集中式控制系統(tǒng)集中式控制系統(tǒng)： 模擬控制儀表擔任信號檢測、控制動作執(zhí)行功能，控制運算由計算機承擔，可靠性不高。集散控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng)：按照功能劃分層次，數(shù)字調(diào)節(jié)器、PLC等完成控制任務(wù)，操作管理人員在操作站上完成監(jiān)視操作。開放性不夠。現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)： 采用全數(shù)字信號，通信標準化公開化，采用全數(shù)字信號，通信標準化公開化，各種控制系統(tǒng)可以通過現(xiàn)場總線實現(xiàn)互各種控制系統(tǒng)可以通過現(xiàn)場總線實現(xiàn)互連互換互操作。連互換互操作。 采用全分布式結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場完成控制功能，采用全分布式結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場完成控制功能，現(xiàn)場智能設(shè)備完成測量運算控制功能?，F(xiàn)場智能設(shè)備完

5、成測量運算控制功能。2.2 2.2 控制儀表與裝置的信號與供電控制儀表與裝置的信號與供電一、控制儀表與裝置的供電一、控制儀表與裝置的供電通?？梢苑譃橥ǔ？梢苑譃榻涣鞴╇娊涣鞴╇姾秃椭绷骷泄╇娭绷骷泄╇妰深悺深?。早期常采用交流早期常采用交流220V供電。降低了儀表的安全性。供電。降低了儀表的安全性?，F(xiàn)在變換為直流電非常方便，用電源轉(zhuǎn)換模塊即現(xiàn)在變換為直流電非常方便，用電源轉(zhuǎn)換模塊即可實現(xiàn)。可實現(xiàn)。整個控制系統(tǒng)由統(tǒng)一直流低壓電源箱供電。整個控制系統(tǒng)由統(tǒng)一直流低壓電源箱供電?？梢圆捎秒娫醋儞Q模塊變換為多種規(guī)格電源?？梢圆捎秒娫醋儞Q模塊變換為多種規(guī)格電源。優(yōu)點：利于防爆，可使用后備電源。優(yōu)點：利

6、于防爆，可使用后備電源。http:/ 串聯(lián)儀表越多，則電位逐漸升高。串聯(lián)儀表越多，則電位逐漸升高。誤差分析：誤差分析：%100 %100%100oicmicmoicmicmoornrRnrRrnrRIInrRrrI電流信號適合遠傳。電流信號適合遠傳。直流電壓信號直流電壓信號：沒有直流電流信號的兩個缺點，可靠性好。沒有直流電流信號的兩個缺點，可靠性好。誤差分析誤差分析：%100 %100icmoicmocmorRrnnrRrRr距離相同時，電流傳輸精度高于電壓傳輸精度。故：遠距離傳輸，進出控制室，采用電流信號。故：遠距離傳輸，進出控制室，采用電流信號。 控制室內(nèi)各個儀表之間采用電壓信號控制室內(nèi)各

7、個儀表之間采用電壓信號。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n早期不兼容。早期不兼容。n1984年開始制定適應(yīng)工廠自動化領(lǐng)域的統(tǒng)年開始制定適應(yīng)工廠自動化領(lǐng)域的統(tǒng)一的通信標準，即現(xiàn)場總線。例如基金會一的通信標準，即現(xiàn)場總線。例如基金會現(xiàn)場總線標準，現(xiàn)場總線標準，Profibus現(xiàn)場總線標準等。現(xiàn)場總線標準等。n數(shù)字儀表通信標準包括：信息構(gòu)成格式，數(shù)字儀表通信標準包括：信息構(gòu)成格式，數(shù)據(jù)編碼數(shù)據(jù)編碼/調(diào)制形式，物理信號發(fā)送調(diào)制形式，物理信號發(fā)送/接收接接收接口標準?？跇藴省?.3 2.3 控制系統(tǒng)的安全防爆控制系統(tǒng)的安全防爆一、安全防爆的基本概念一、安全防爆的基本概念危險環(huán)境劃分危

8、險環(huán)境劃分爆炸危險場所電氣安全規(guī)程爆炸危險場所電氣安全規(guī)程（1987），爆炸），爆炸危險場所分為兩種，共危險場所分為兩種，共5級。級。第一種：含有爆炸性第一種：含有爆炸性氣體氣體，或可燃蒸氣與控制混，或可燃蒸氣與控制混合物形成的爆炸性氣體混合物的場所。合物形成的爆炸性氣體混合物的場所。第二種：含有爆炸性第二種：含有爆炸性粉塵粉塵或易燃纖維與空氣混合或易燃纖維與空氣混合物形成的爆炸性混合物的場所。物形成的爆炸性混合物的場所。0區(qū)：在正常情況下，爆炸性氣體混合物連續(xù)地、區(qū)：在正常情況下，爆炸性氣體混合物連續(xù)地、短時間地頻繁出現(xiàn)或長時間存在的場所。短時間地頻繁出現(xiàn)或長時間存在的場所。1區(qū)：在正常情況

9、下，爆炸性氣體混合物有可能出區(qū)：在正常情況下，爆炸性氣體混合物有可能出現(xiàn)的場所?，F(xiàn)的場所。2區(qū)：在異常情況下，爆炸性氣體混合物有可能短區(qū)：在異常情況下，爆炸性氣體混合物有可能短時間出現(xiàn)的場所。時間出現(xiàn)的場所。10區(qū)：在正常情況下，爆炸性粉塵或易燃纖維與區(qū)：在正常情況下，爆炸性粉塵或易燃纖維與空氣的混合物可能連續(xù)地、短時間地頻繁出現(xiàn)或空氣的混合物可能連續(xù)地、短時間地頻繁出現(xiàn)或長時間存在的場所。長時間存在的場所。11區(qū)：在異常情況下，爆炸性粉塵或易燃纖維與區(qū)：在異常情況下，爆炸性粉塵或易燃纖維與空氣的混合物可能短時間出現(xiàn)的場所?？諝獾幕旌衔锟赡芏虝r間出現(xiàn)的場所。爆炸性物質(zhì)劃分爆炸性物質(zhì)劃分I類：礦

10、井甲烷類：礦井甲烷II類：爆炸性氣體、可燃蒸氣類：爆炸性氣體、可燃蒸氣III類：爆炸性粉塵、易燃纖維類：爆炸性粉塵、易燃纖維 防爆儀表劃分防爆儀表劃分氣動儀表和液動儀表是本質(zhì)防爆，但功能不如電動氣動儀表和液動儀表是本質(zhì)防爆，但功能不如電動儀表。儀表?？梢詰?yīng)用于可以應(yīng)用于0區(qū)和區(qū)和1區(qū)的防爆電器設(shè)備有：區(qū)的防爆電器設(shè)備有：正壓型正壓型隔爆型隔爆型本質(zhì)安全型（本安型）本質(zhì)安全型（本安型）正壓型：正壓型： 控制易爆氣體，在危險現(xiàn)場制造出控制易爆氣體，在危險現(xiàn)場制造出一個沒有易爆氣體的空間，將儀表安裝一個沒有易爆氣體的空間，將儀表安裝在其中。在其中。隔爆型：隔爆型： 把儀表的電路和接線端子等安裝在把儀

11、表的電路和接線端子等安裝在很厚的隔爆腔體內(nèi)，儀表電路即使出現(xiàn)很厚的隔爆腔體內(nèi)，儀表電路即使出現(xiàn)火化，也不會引爆外面的易燃易爆物質(zhì)。火化，也不會引爆外面的易燃易爆物質(zhì)。本質(zhì)安全型本質(zhì)安全型： 控制儀表電路中的能量，使得電路在控制儀表電路中的能量，使得電路在正常或異常狀態(tài)下產(chǎn)生的火化或達到的溫正?；虍惓顟B(tài)下產(chǎn)生的火化或達到的溫度，都不足以引爆危險物質(zhì)。度，都不足以引爆危險物質(zhì)。本質(zhì)安全型防爆是目前流行的防爆方式。本質(zhì)安全型防爆是目前流行的防爆方式。控制室儀表通常不防爆，危險現(xiàn)場儀表是本控制室儀表通常不防爆，危險現(xiàn)場儀表是本質(zhì)安全防爆，中間需要增加防爆柵（音質(zhì)安全防爆，中間需要增加防爆柵（音炸），

12、以防止安全場所的危險能量竄入危炸），以防止安全場所的危險能量竄入危險場所。險場所。2.3.2 本質(zhì)安全型防爆儀表的設(shè)計要點（了解）本質(zhì)安全型防爆儀表的設(shè)計要點（了解） 限制本安電路中的能量安全措施：安全措施：續(xù)流二極管和鉗位二極管續(xù)流二極管和鉗位二極管續(xù)流二極管為電感提供釋放能量的通道。續(xù)流二極管為電感提供釋放能量的通道。鉗位二極管不讓電容儲能過高。鉗位二極管不讓電容儲能過高。限流電阻，限制電流大小。限流電阻，限制電流大小。隔離電容，隔離本安電路和非本安電路。隔離電容，隔離本安電路和非本安電路。電源變壓器，向本安電路供電的繞組與其它繞組電源變壓器，向本安電路供電的繞組與其它繞組分開布置。分開布

13、置。多重化保護措施。多重化保護措施。信號傳輸線路分布電容電感校驗信號傳輸線路分布電容電感校驗介電常數(shù)。為傳輸線路分布電容的為線半徑，是兩線間距，是傳輸線長度，電感和電容最大容許傳輸線路分布，rallnCmaxln1047maxralralL2.3.3 防爆安全柵基本原理防爆安全柵基本原理分類：分為輸入端防爆柵和輸出端防爆柵。分類：分為輸入端防爆柵和輸出端防爆柵。作用：防止安全場所的危險能量傳入危險場所。作用：防止安全場所的危險能量傳入危險場所。種類：電阻式，中繼式，齊納式，變壓器隔離式種類：電阻式，中繼式，齊納式，變壓器隔離式。四、安全防爆控制系統(tǒng)四、安全防爆控制系統(tǒng)傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)的安全防爆傳統(tǒng)