工业仪表与自动化交叉应用技术

工业仪表与自动化交叉应用技术2.1自动化仪表在现代工业生产中，自动化仪表广泛地应用在生产的各个环节。2.1.1仪表类别单元组合仪表可分为现场安装仪表和控制室安装仪表两大部分。1、一次仪表一次仪表就是现场安装仪表，主要为测量变送单元和执行单元两类。一次仪表传输信号为4～20mA直流电流，一般供24V直流电。图2-1为电动单元组合仪表的简单控制系统。图2-1电动单元组合仪表的简单控制系统框图（1）变送单元变送单元能将各种被测参数如温度、压力流量、液位等物理量转换为对应的4～20mA直流电流，传送到显示、调节等单元供显示记录或控制。变送单元的主要器件有温度变送器、压力变送器、流量变送器、差压变送器等。（2）执行单元指的是操作阀门之类的执行元件．．．．．．．．．．，可以按照控制器输出（如PLC或MCU的D/A）的控制信号改变操纵变量的大小，实现控制目的。主要器件有角行程电动执行器和直行程电动执行器等。角行程电动执行器：它以电源为动力，接受4-20mADC或0-10mADC信号将此转换成与输入信号相对应的转角位移，自动地操纵风门挡板、蝶阀、球阀等调节机构，完成自动调节任务，或者配用电动操作器实现远方手动控制。直行程电动执行器：它以电源为动力，接受统一的标准4-20mADC或0-10mADC信号将此转变成与输入信号相对应的出轴直线位移，自动地操纵调节阀或其它终端机构等完成自动调节任务，或者配用电动操作器实行手动摇控。广泛地用于发电厂、钢铁、石油、化工、轻工等工业部门的调节系统中。2、二次仪表二次仪表主要是控制室内安装的仪表，主要为转换单元、调节单元、运算单元、显示单元、给定单元和辅助单元。二次仪表之间传输的信号为1～5V直流电压，一一般须供24VDC电。（1）转换单元转换单元为电动单元组合仪表与其他类型仪表之间联系的桥梁，将电压、频率等电信号或20～200KPa的标准大气压信号转换成相应的4～20mA直流电流信号，从而与仪表的控制系统连接起来。转换单元主要器件有直流毫伏转换器、频率转换器、气-点转换器。（2）调节单元调节单元主要是将来自变送单元的测量信号（PV值）与给定信号（SP值）进行比较，按照偏差情况给出控制信号，去控制执行器的动作，使测量值（PV）与给定值（SP）相等。调节单元主要器件有比例调节器（P）、比例积分调节器（PI）、比例微调节分器（PD）、比例积分微分调节器（PID）以及具有特殊功能的调节器。（3）运算单元运算单元将几个直流电流信号或电压信号进行加、减、乘、除、乘方、开方等数学运算，适用于多参数综合控制、配比控制、流量信号的温度压力矫正运算等。现集成于PLC或MCU的CPU运算单元。（4）显示单元显示单元对各种参数进行指示、记录、报警和积算，供操作人员监视控制系统的工况使用，目前较多为监控主态画面。（5）给定单元给定单元输出4～20mA直流电流，作为被控变量的给定值（SP）送到调节单元，实现定制控制。给定单元输出也可以供给其他仪表作为参考基准值。给定单元的主要器件有恒流给定器、比值给定器和时间程序给定器。（6）辅助单元辅助单元有操作器、阻尼器、限幅器、安全栅等。操作器：用于手动操作；阻尼器：用于压力流量等信号的平滑、阻尼缓冲；限幅器：用于限制电流电压信号的上、下极限；安全栅：用于将危险场所与非危险场所隔开，起安全防爆作用。配电器：主要功能是通过直流转换器为现场安装的两线制变送器提供一个隔离的电源,同时又将两线制变送器输送来的(4～20)mADC信号转换成与之隔离的(1～5)VDC直流电压信号,供给指示表,记录仪,调节器,广泛用于工业生产过程检测与控制系统。图2-2电动单元组合仪表的组合方式2.1.2仪表的位号表示在检测、控制系统中，构成一个回路的每个仪表都应有自己的仪表位号。根据HG20505—92行业标准，仪表的位号由字母代号组合与阿拉伯数字构成回路号两部分组成。．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．仪表的位号中，第一位字母表示被控变量，后继字母表示仪表的功能。数字回路号由工序号和顺序号组成．．．．．．．．．．．．．．．，一半用3～5位阿拉伯数字表示。图2-3仪表位号结构图如图2-4仪表位号的标注方法（1）在管道仪表流程图（也称P&D图）和系统图中，仪表位号的标注方法是：字母代号填写在仪表圆圈的上半圆中，回路编号填写在下半圆圈中，如图2-4仪表位号的标注方法（2）如果同一仪表回路中有两个以上相同的仪表，可用仪表位号附加尾缀（大写英文字母）的方法加以区别。例如：FT-101A、FT-101B表示同一回路内的两台流量变送器;FV-101A、FV-101B表示同一回路内的两台控制阀。（3）当属于不同工序的多个检测元件共用一台显示仪表时（比如上位机监控组态画面），显示仪表位号在回路中不表示工序号，只编制顺序号。在显示仪表回路编．．．．．．．号后．．加阿拉伯数字顺序号尾缀方法表示检测元件的仪表位号。例如：多点温度仪表位号为TI-1，相应的检测元件的仪表位号为TE-1-1、TE-1-2、……。（4）当一台仪表有两个或多个回路共用时，各回路的仪表位号都应标注。例如：一台双笔记录仪记录流量和压力时，仪表位号为FR-1011/PR-1012；若用于记录两个回路的压力时，仪表位号为PR-1011/PR1012或PR1011/1012。（5）仪表位号的第一位字母代号（或者是被测变量和修饰词字母组合）只能按被测量变量来选用，而不能按照仪表的结构或被控变量来选用。例如：被测变量为流量时，差压式记录仪应标注FR，而不是PDR，控制阀应标注FV；当被测变量为差压时，差压式记录仪应标注PDR，控制阀应标注PDV。（6）仪表位号中表示功能的后继字母，是按照读出（输入）或输出功能而不是按照被测变量选用的，后继字母因．．．．．按照．．IRCTQSA．．．．．．．的顺序标注．．．．．。（7）仪表位号的功能字母代号最多不要超过4个字母。a．一台仪表具有指示、记录功能时，仪表位号的功能字母代号只能标注“R”，而不是字母“I”。b．一台仪表具有开关、报警功能时，字母功能代号只能是“A”而不能是“S”。当字母“SA”出现时，表示这台仪表具有联锁和报警功能。c．一台仪表具有多功能时，可以用多功能代码“U”标注，也可将仪表功能字母代码分组进行标注。例如：一个温度控制器带有温度开关，则可用两个相切的圆圈，分别填入TIC-2011和TS-2011来表示，如图2-5多功能温度控制器仪表位号（8）在允许简的化设计文件中，构成一个仪表贿赂的一组仪表可以用主要仪表的仪表位号来表示。例如：T-1011可以代表一个温度控制回路；F-1012则可以代表一个流量检测回路。（9）随设备成套供应的仪表，在管道仪表流程图（P&D图）上也应标注仪表位号，但在仪表位号圆圈外标注“WE”（随设备），如图2-6随设备成套供应的仪表位号标注：表2-1仪表位号中表示被测变量和仪表功能的字母代号项第一位字母○4后继字母○3目被测变量或初始变量（引发变量）修饰词读出/输入功能输出功能修饰词A分析○5○17报警B烧嘴、火焰供选用○1供选用○1供选用○1C电导率控制○12D密度差○4E电压（电动势）检测元件F流量比（分数）○4G尺度视镜；观察○9H手动高○14○15I电流指示○10J功率扫描K时间、时间程序变化率○4○19自动-手动操作器○20L物位指示灯○11低○14○15M水分或湿度瞬动○4中、中间○14N应力（供选用○1）示波器（供选用○1）供选用○1供选用○1O供选用○1节流孔P压力、真空连接点、测试点Q数量积算、累计○4R放射性、核辐射记录○16S速度、频率安全○8开关○12、联锁T温度传送，变送U多变量○6多功能○7多功能○7多功能○7V振动、机械量监视、黏度○17阀、风门、挡板、百叶窗○12W重量、力套管X未分类○2X轴未分类○2未分类○2未分类○2Y事件、状态○18Y轴继电器、计算器、转换器○12○13Z位置、尺寸Z轴表2-1说明：○1“供选用”的字母，指的是可在个别设计中用户可以自行定义用．．．．．．．．．比如“N”、“O”等，而在表2-1中未予规定。○2“未分类”的字母，在表2-1中未予规定，适用于在一个设计中仅用一次或有限的几次使用，它在不同地点作为第一字母或后继字母均可有任何含义，例如XR-1可以是应力记录，XX-2则可以是应力示波器，但要求在圆圈之外注明“未分类”字母的含义。图2-7未分类字母的使用○3后继字母的确切含义，根据实际的需要可以有不同的解释。○4被测变量的任何第一位字母与修饰字母D（差）、F（比）、M（瞬间）、K（变化速率）、Q（积算或累计）中的任何一个组合在一起，则表示另外一种含义的被测变量。因此应把被测变量字母与修饰字母的组合视为一体看待。例如：TDI和TI分别为温度差指示和温度指示。这些修饰字母仅在特定情况下使用。○5分析变量的字母“A”，当有必要表明具体的分析项目时，仪表圆圈中仍写“A”，一般在圆圈外右上方写出具体分析项目（附加标注）。例如分析CO2的含量AQ-1011参看图2-8，不能用CO2代替圆圈内的字母“A”。图2-8CO2的累计含量分析○6第一位字母的“U”表示多变量，用来表示代替多个变量的字母组合。○7后继字母“U”表示多功能，用来表示代替多个功能的字母组合。○8修饰字母“S”表示“安全”，仅用于紧急保护的检测仪表或检测元件及最终控制元件。例如：“PSV”表示非常态下起保护作用的压力泻放阀或切断阀也可用于故障压力条件下进行安全保护的阀门；而爆破膜则用“PSE”来标识（此符号不表示专业分工，仅用来说明符号的使用。○9后继字母“G”表示用于过程的检测观察无标度的仪表。例如视镜、电视监视器。○10后继字母“I”适用于可读出模拟量或数字被测值的场合，比如手动操作器，它可以用于标度盘，或设定值指示。它不是用于无被测量输入的标尺。○11后继字母“L”表示单独设置的指示灯，用于显示正常的工作状态，不同于表示故障状态“A”的报警灯。如果“L”指示灯是回路的一部分，则应与第一位字母组合使用。例如：表示一个时间周期终了的指示灯应标注为“KQL”。如果不是回路的一部分可单独用一个字母“L”标注。例如：电动机指示灯，若电压是被测量变量，则可记为“EL”；若用来监视运行状态则为“YL”。“未分类”变量“X”，仅在有限的场合使用。不要用“XL”来表示电动机的指示灯，允许由用户定义的“供选用的字母“N”或“O”来表示电动机的运行指示灯。○12用来接通、断开、选择或切换一个或多个支路的装置，可以是开关、继电器、位式控制器或控制阀，其具体功能取决于应用。用于控制流体装置，若不是手动操作的切断阀，则将其标注为控制阀。自力式控制阀应使用后继字母“CV”标注，以区别于一般控制阀。用于非流体的场合，凡是自动的，但在回路中不是检测装置，其动作是由开关或微控制器带动的，则用术语“继动器”或“继电器”。○13后继字母“Y”表示继动或计算功能时，应在仪表圆圈外．．．．．（一般右上方）标注它的具体功能（附加标注），但如果功能明显时，也可以不加标注。例如:执行机构信号线上的电磁阀就无需辅加标注。○14后继字母修饰词H（高）、M（中）、L（低）可分别写在仪表圆圈．．．．外的右上方作为附加标注。H、M、L应与被测量值相对应，而并非与仪表输出的型号值对应。当表示有H（高）和HH（高高）、L（低）和LL（低低）两级时，则H（高）和L（低）可以省略不再标注。○15当H（高）和L（低）用来表示阀或其他开关装置时，“H”表示阀在全开或接近全开位置，“L”表示阀在全关或接近全关位置。○16后继字母“R”适用于能用任何方法进行检索的，并且以任何形式的信息长期存储。○17第一位字母“V”表示振动或机械量监视，除振动外应将所监视的机械量在仪表圆圈外右上方加附加标注。○18第一位字母“Y”表示有事件驱动的控制或监视（不同于时间或时间程序驱动），也可存在或状态。○19修饰字母“K”在于第一位字母L、T或W组合时，表示测量或初始测量变量的变化速率。例如：WKIC可表示重率控制器。○20后继字母“K”表示位置在控制