仪表自动化基础知识(二)

1仪表自动化基础知识编写：黄文新2005年6月仪表自动化基础知识2仪表自动化基础知识目录4显示仪表4.1模拟显示仪表4.2数字显示仪表4.3无纸记录仪5调节器5.1DDZ－Ⅲ型电动单元组合仪表5.2数字单回路调节器3仪表自动化基础知识4显示仪表显示仪表直接接收检测组件、传感器、变送器送来的信号，经过测量线路和显示装置，对被测变量予以指示或记录，或用字、字符、数、图像显示。显示仪表接显示方式分为模拟显示、数字显示和屏幕显示三大类。4仪表自动化基础知识4显示仪表4.1模拟显示仪表模拟式显示仪表是以指针或记录笔的偏转角或位移量显示被测变量连续变化的仪表。根据测量线路，模拟式显示仪表分为直接变换式和平衡式两种。常用的有：动圈式指示仪表、电子电位差计和电子平衡5仪表自动化基础知识4显示仪表4.1模拟显示仪表4.1.1自动平衡式显示仪表自动平衡式显示仪表是一种用途广泛的自动显示记录仪表，它配用热电偶、热电阻或其他能转换成直流电压、电流或电阻的传感器、变送器，就可以连续指示和记录工业过程中的温度、压力、流量、物位及成分等各种参数。平衡电桥原理：E＋－R2R3R4RtRpr2r16仪表自动化基础知识4显示仪表4.1模拟显示仪表4.1.1自动平衡式显示仪表仪表以自动平衡的原理工作，被测信号输入比较电路，其差值信号经晶体管放大后，驱动可逆电机，以达到自动平衡的目的。该平衡机构与指示机构相连，故同时在标尺和记录纸上指示或记录被测参数的数值。7仪表自动化基础知识4显示仪表4.2数字显示仪表数字式显示仪表直接以数字形式显示被测变量，其测量速度快，抗干扰性能好，精度高，读数直观，工作可靠，且有自动报警、自动打印和自动检测等功能，更适用于控制室集中监视和控制。现普遍应用于各行业。常用的有：数字式电压表、温度表、流量表、压力表和转速表等。检测单元变送器被测变量前置放大器A/D非线性补偿标度变换数字显示报警系统数码输出记录打印8仪表自动化基础知识4显示仪表4.3无纸记录仪屏幕显示是直接把工艺参数用文字、符号、数字和图像配合的形式在荧光屏上直接显示出来，它具有模拟式和数字显示仪表两种功能，并且具有计算机大存储量的记忆能力与快速功能，也是现代计算机不可缺少的终端设备，常与计算机联用，作为现代计算机综合集中控制必不可少的显示装置，近年来发展较快。目前图像显示主要分两类，即计算机控制系统中的CRT彩色图像显示和无纸记录的液晶（LCD）显示。9仪表自动化基础知识4显示仪表4.3无纸记录仪无纸记录仪是简易的图像显示仪表，属于智能仪表范畴。它以CPU为核心，内有大容量存储器RAM，可以存储多个过程变量的大量历史数据。它能够直接在屏幕上同时显示出多个过程变量的百分值、工程单位当前值、变量历史变化趋势曲线、过程变量报警状态、流量积算值等。便于进行生产过程运行过程的监视和故障原因分析等。无纸记录仪无纸、无笔，避免了纸和笔的消耗和维护，内部无机械传动部件，大大减轻了仪表人员的工作量。10仪表自动化基础知识4显示仪表4.3无纸记录仪EKR系列彩色无纸记录仪EKR20005.7“STN彩色液晶屏6通道万能信号输入，画面信息丰富，设置菜单全中文显示;７片ＣＰＵ保证了最高采样速度0.2秒，处理能力强，实时性好，功能齐备（PID调节，累积，温压补偿），数据存储介质为8/16M高速FLASH电子盘和CF卡，避免了采用标准软盘记录数据的不稳定性;可组态报警输出;仪表具有配电输出功能，可以支持以太网和485通讯，可连接微型打印机;供电电源宽：85～265VAC11仪表自动化基础知识4显示仪表4.3无纸记录仪LF－57C彩色液晶显示记录仪LF－57C彩色液晶显示记录仪是国内率先推出的全智能、数字化最新一代彩色液晶显示无笔无纸记录仪。5.7英寸彩色液晶屏，8通道万能信号输入，画面信息丰富，设置菜单全中文显示；电路设计先进，避免死机；实时性好，功能齐备（可进行开方运算，累积，温压补偿），数据存储介质为4M高速FLASH，无须电池保护；可组态报警输出;仪表具有配电输出功能，可以支持以太网和485通讯，可连接微型打印机;供电电源宽：85～265VAC或24VDC。12仪表自动化基础知识5调节器5.1DDZ－Ⅲ型电动单元组合仪表5.2数字单回路调节器13仪表自动化基础知识5调节器ＱＸＪ型气动记录调节仪QXJ型气动记录仪和记录调节仪（以下简称记录仪），它与变送单元配套使用，可以用来测量指示、记录各种工业过程的热工参数，如压力、温度、流量、液位等；如果需要，可与带背包式调节单元配套，对这些参数进行自动调节。在仪表正面可进行比例、积分、微分参数整定；采用粘结式管路板，可进行手动、自动无扰动切换。14仪表自动化基础知识5调节器5.1DDZ－Ⅲ型电动单元组合仪表15仪表自动化基础知识5调节器5.1DDZ－Ⅲ型电动单元组合仪表DDZ—Ⅲ型电动单元组合仪表（简称电Ⅲ型仪表）广泛应用于石油、化工、电站、轻工、纺织、冶金、机械、动力等工业的控制系统中，它是实现生产过程自动化，提高产品质量，增加效益和节约能源等的不可缺少的主要生产工具。电Ⅲ型仪表由变送、调节、给定、显示、转换、计算、执行、辅助等八类仪表单元组成。用户根据生产过程的情况、条件和要求，用这些单元进行系统设计，构成从简单到复杂的各种检测和自动控制系统。16仪表自动化基础知识5调节器5.1DDZ－Ⅲ型电动单元组合仪表变送单元：压力、差压、流量、液位、温度变送器；给定单元：比例设定器、报警设定器；调节单元：各类调节器；显示单元：指示仪、记录仪、智能流量累积仪；转换单元：电气、气电转换器，电气阀门定位器；计算单元：加减器、乘除器、开方器、积算器；辅助单元：安全保持器、分电盘、电源箱、操作器、隔离器、升压反相器、信号选择器、信号限制器。17仪表自动化基础知识5调节器电Ⅲ型系统仪表的主要特点：●采用国际标准信号电Ⅲ型，按照国际电工委员会（IEC）的规定，远传信号采用4～20mADC，控制室内联络信号采用1～5VDC和4～20mADC作为辅助信号，便于构成大型复杂控制系统又可与进口仪表兼容。是扩展性非常广泛的设备。●本质安全防爆结构电Ⅲ型，装备有齐纳式安全栅和隔离式安全栅（Safety-barrier)。作为仪表系统的本质安全防爆结构，任何情况下都能防止起爆能量泄露到危险场所。因此现场仪表除有一般型，隔爆型外还有本质安全防爆型。其防爆等级是iaⅡCT6。18仪表自动化基础知识5调节器电Ⅲ型系统仪表的主要特点：●自动→手动双向自平衡无扰动切换电Ⅲ型主要品种指示调节仪，将PID运算、测量、给定值指示、手操控制和手动/自动切换等功能结合同一表内，操作简单、安全可靠并有自动/手动双向自平衡无扰动切换。指示直观醒目。指示刻度长为100mm双色指针直观醒目。更有光柱指示品种，提高了显示精度和抗震性能。●电子线路以线性集成电路——运算放大器构成，与分立元件相比，可靠性上了新台阶。●采用24VDC集中供电，并有备用电源自动切换，构成无停电系统。19仪表自动化基础知识5调节器5.1DDZ－Ⅲ型电动单元组合仪表电Ⅲ型系统仪表的主要特点：●采用二线制信号传送为提高系统抗干扰能力减少安装维修费，现场仪表一般均采用二线制传输。但为了照顾传统使用习惯，简化系统配置还提供含防爆栅功能并有输入、输出隔离的四线制温度变送器。●指示仪记录仪工程量指示刻度可现场更换电Ⅲ型指示，记录仪表可按要求装配相应范围的温度、压力、流量、液位工程量刻度并在现场可方便地调换。20仪表自动化基础知识5调节器5.1DDZ－Ⅲ型电动单元组合仪表DDZ－Ⅲ型仪表信号传输示意图24V＋－RL(250Ω)4～20mA1～5V4～20mA调节阀变送器调节器记录仪输出安全栅输入安全栅现场控制室21仪表自动化基础知识5调节器5.1DDZ－Ⅲ型电动单元组合仪表5.1.1调节单元接收变送器或转换器的测量信号作为输入信号并以全刻度值进行显示，将输入信号与给定信号进行比较，对其偏差进行比例、积分、微分运算之后输出4～20mADC信号至操作端，通过执行机构控制压力、温度流量、液位等工业参数，使其满足工艺的要求。22仪表自动化基础知识5调节器5.1DDZ－Ⅲ型电动单元组合仪表5.1.1调节单元23仪表自动化基础知识5调节器5.1DDZ－Ⅲ型电动单元组合仪表5.1.1调节单元24仪表自动化基础知识5调节器5.1.1调节单元组成：电Ⅲ型调节器控制单元和指示单元两部分组成。控制单元由输入电路、比例微分电路、比例积分电路、输出电路（V／I转换电路）、软手动和硬手动电路。指示单元包括输入指示电路和给定信号指示电路。过程：电Ⅲ型调节器的输入信号为1～5VDC的测量信号。给定信号有内给定和外给定两种，内给定信号为1～5VDC，外给定信号为4～20mADC，通过250Ω精密电阻转换成1～5VDC。测量信号与给定信号通过输入电路进行减法运算，输出偏差值到比例微分电路进行比例微分运算，再经过比例积分电路进行比例积分运算后，由输出电路转换成4～20mADC输出。25仪表自动化基础知识5调节器5.1.1调节单元调节器的工作有四种工作状态：自动、保持、软手动、硬手动。自动和手动状态由切换开关选择，保持、软手动和硬手动由扳键选择。自动或软手动→硬手动的切换，必须预先平衡（对中）才能达到无扰动切换，其他的切换都能实现无扰动切换。调节器设有正、反作用开关，以满足自动调节系统的要求。26仪表自动化基础知识5调节器5.1.1调节单元输入电路：采用了偏差差动电平移动电路，将以0V为基准的1～5VDC输入信号Vi与给定信号Vs进行比较得到成偏差，并将偏差放大2倍，输出以10V电平为基准的电压信号V01。IC1ViVsVB＝10VVCM1VCM2V01－＋R1R2R3R4R5R6R7R827仪表自动化基础知识5调节器5.1DDZ－Ⅲ型电动单元组合仪表5.1.1调节单元调节器的正、反作用当被控变量（即变送器送来的信号）增加后，调节器的输出也增加，称为“正作用”方向；如果输出随着被控变量的增加而减小，则称为“反作用”方向。同一调节器，其被控变量与给定值的变化，其输出的作用方向是相反的。28仪表自动化基础知识5调节器5.1DDZ－Ⅲ型电动单元组合仪表5.1.1调节单元比例度：表示比例调节作用的强弱程度，用δ表示。δ＝输入变化量／输出变化量×100％积分时间：在阶跃输入偏差作用下，取积分作用输出等于比例作用的输出的一段时间。用Ti表示。微分时间：在阶跃输入偏差作用下，取微分作用输出等于比例作用的输出的一段时间。用Td表示。29仪表自动化基础知识55调节器5.1DDZ－Ⅲ型电动单元组合仪表5.1.2变送单元DDZ-Ⅲ型差压变送器由四个部分组成,即:测量部分,杠杆系统,位移检测放大器,电磁反馈装置,其构成方框图如下:符号说明：△Pi被测差压;Fi输入力;Io输出电流;Ff电磁反馈力30仪表自动化基础知识5调节器5.1DDZ－Ⅲ型电动单元组合仪表5.1.2变送单元电容式差压、压力变送器是工业自动化控制系统的差压、压力、流量和液位检测变送单元，将其转换为4～20mADC信号输出。用于测量差压、压力、流量(配用节流装置)、液位、密度、粘度等工业参数，与其他仪表组成自动记录、调节和执行等工业自动化控制系统。31仪表自动化基础知识5调节器5.1DDZ－Ⅲ型电动单元组合仪表5.1.2变送单元32仪表自动化基础知识5调节器5.1DDZ－Ⅲ型电动单元组合仪表5.1.2变送单元图中:1--减压阀,2--压力表,3--气动定值器,4--标准压力表,5--低压阀,6--高压阀,7--平衡阀,8--差压变送器,9--0.2级直流毫安表,10--电阻箱(350Ω),11--24vDC电源箱。DDZ-Ⅲ型差压变送器的校验线路及设备图33仪表自动化基础知识5调节器5.1DDZ－Ⅲ型电动单元组合仪表5.1.3安全栅安全火花：是指该火花的能量不足以引燃周围可燃性质。安