设备、电气、仪表基础知识培训教材


    第二节 电器基础知识
    221 变压器工作原理分类结构
    (1)变压器工作原理
    变压器利电磁感应原理电路电路传递电传输信号种电器电力系统中生产输送分配电中重装置电力拖动系统动控制系统中电传递作信号传输重元件

    变压器外形图(图21)
    ① 变压器――――静止电磁装置
    变压器种电压交流电变换频率种电压交流电电压器部件铁心套铁心两绕组
    电源相连线圈接收交流电称次绕组
    负载相连线圈送出交流电称二次绕组


    变压器原理图(图22)
                   次绕组                二次绕组
                  电压相量 U1                电压相量 U2
                  电流相量 I1                 电流相量 I2
                  电动势相量 E1            电动势相量 E2
                  匝数 N1                       匝数 N2
    时交链次二次绕组磁通量相量 φm 该磁通量称磁通
    请注意 图312 物理量参考方确定
    ② 理想变压器
    计次二次绕组电阻铁耗间耦合系数 K1 变压器称理想变压器
    描述理想变压器电动势衡方程式
    e1(t) N1 d φdt
    e2(t) N2 d φdt
    次二次绕组电压电动势瞬时值均正弦规律变化

    计铁心损失根量守恒原理

    出次二次绕组电压电流效值关系
                             
    令 KN1N2称匝(称电压)
                           
     
    (2) 变压器分类
    ① 变压器途般分电力变压器特种变压器两类
    电力变压器分升压变压器降压变压器配电变压器联络变压器等

    三相变压器(图23)
    特种变压器分整流变压器电炉变压器高压试验变压器控制变压器等

    (图24)
    ② 变压器相数分单相三相变压器

    三相变压器外观示意图(图25)
    (3) 变压器结构简介
    ① 铁心
    铁心变压器中磁路部分通常含硅量较高厚度 035 05 mm表面涂绝缘漆热轧冷轧硅钢片叠装成铁心分铁心柱铁轭俩部分铁心柱套绕组铁轭闭合磁路铁心结构基形式心式壳式两种

    心式变压器结构示意图(图26)

    三相整流变压器(图27)
    ② 绕组
    绕组变压器电路部分纸包绝缘扁线圆线绕成

    交叠式绕组(图28)
    ③ 结构部件
    典型油侵式电力变压器例结构部件油箱储油柜散热器高压绝缘套继电保护装置等外形图

    图29

    电力变压器(图210)
    (4) 变压器额定值
    ① 额定容量 SN
    变压器视功率惯数值 VAKVAMVA 表示
    ② 额定电压 UN
    变压器绕组空载额定分接端子间电压保证值三相变压器额定电压系指线电压 V KV 表示
    ③ 额定电流 IN
    变压器额定容量绕组额定电压计算出线电流值A表示
    单相变压器次二次绕组额定电流
    I1N S N U1N  
    I2N S N U2N
    三相变压器次二次绕组额定电流
    I1N S N sqrt(3) U1N
    I2N S N sqrt(3) U2N
    ④ 额定频率:国工业电频率 50 HZ
    22 继电保护作保护装置基原理
    (1) 继电保护作
    电气设备部绝缘老化损坏工作员误操作雷击外力破坏等原运行中电力系统发生障正常运行情况常见障种形式短路三相短路两相短路两相短路中心点直接接系统中相短路电气设备绕组层间匝间短路等种短路均会产生短路电流时电力系统电压水降引发严重果
    ① 短路电流产生电弧短路点电气设备烧坏
    ② 短路电流通非障设备发热电动力作非障元件损坏缩短寿命
    ③ 电力系统电压水降影响电单位生产出现次品废品甚烧毁电动机
    ④ 电力系统电压降破坏电力系统稳定系统振荡导致崩溃
    电力系统中种设备间电磁联系某设备发生障短时间会影响整系统部分旦电力系统出现障必须快切恢复正常运行减少电单位影响出现正常运行情况时时处理免引起障
    继电保护装置种反应电力系统电气设备发生障正常工作状态作开关跳闸发出信号动装置保证电单位连续供电障切应快电气设备次投入运行电源设备代工作电力系统中安装继电保护装置外需装设种动装置动重合闸备电源动投入装置动低周波减载装置等
    (2) 继电保护基原理
    电力系统发生障时会引起电流增加电压降低电流电压间相位变化电力系统中应种继电保护数利障时物理正常运行时物理量差构成例反应电流增电流保护反应电压降低(升高)低电压(电压)保护反应电流电压间相位角变化方保护等继电保护原理结构方框图图-1示三部分组成分:测量部分测量保护设备输入关信号(电流电压等)已定整定值进行较判断否应该启动逻辑部分根测量部分输出量性质组合输出序保护定逻辑程序工作信号传输执行部分执行部分根逻辑部分传输信号完成保护装置负担务出跳闸信号脉
    图-2线路电流保护基原理意图说明继电保护组成基原理图-2中电流继电器KA线圈接保护线路电流互感器TA二次回路保护测量回路监察保护线路运行状态测量线路中电流正常运行情况线路中通负荷电流时继电器动作保护线路K点发生短路时线路电流突然增电流互感器TA二次侧电流变相应增通电流继电器KA电流整定值时继电器立动作触点闭合接通逻辑电路中时间继电器KT线圈回路时间继电器启动根短路障持续时间作出保护动作逻辑判断时间继电器KT动作延时触点闭合接通执行回路中信号继电器KS继电器QF跳闸线圈回路断路器跳闸切障
    第三节 常电器基操作
    231 低压电气工艺条件(仪表)种联锁原理
    电动机开停机均装置操作工进行根机泵重性采电气工艺(仪表)动开停机联锁(工艺条件:温度压力流量液位润滑等影响)高压电机低压盘车电机联锁高压电机低压润滑油泵联锁高压电机身电加热器联锁等种类型现介绍
    (1) 低压电气工艺(仪表)联锁:
    ① 手动开机动停机
    工艺条件满足工开机旦工艺出现异常情况立动停机
    ② 动开机 手动停机
    现场装动手动选择开关置手动位置时开停机工艺条件关置动位置时旦工艺条件满足会动开机开机工艺条件满足会引起停机停机工操作
    ③ 动开停机
    现场动手动选择开关置手动位置时开停机工艺条件关置动位置时电机开停机工艺条件动控制需工操作(紧急情况时操作现场开闭器S1强行停机)
    ④ 具二组工艺条件手动动开停机
    a 现场装手动动选择开关工艺条件二组第组工艺条件满足时手动位置时操作S1手动开机第组第二组工艺条件时满足时动位置时动开机
    第组工艺条件满足时手动动状态运转电机会停机第组工艺条件满足时手动动状态运转电机操作开闭器会停机第二组工艺条件满足述两种状态运转电机会引起停机电源通S1开闭器接点K1保K1线圈始终励磁第二组工艺条件动开机动停机
    b 现场装手动动选择开关二组工艺条件第组工艺条件满足时手动位置时操作S1手动开机第组第二组工艺条件时满足时动位置时动开机
    第组工艺条件满足时手动动状态运转电机会停机第二组工艺条件满足时动状态运转电机会立停机手动状态运转电机影响第组工艺条件满足时手动动选择开关放手动动位置操作开闭器S1停机
    ⑤ 操作开关动开停机
    ET电加热器等设备现场操作开闭器手动动开关设备开停完全受工艺条件控制达工艺求
    (2) 低压电气高压电机联锁:
    ① 高压电机低压盘车电机联锁
    受工艺设备条件限制高压电机先起动盘车电机轴盘转定方角度起动运转盘车电机动作原理:
    合Q1开关控制电源→F2→F6→Q1→K1线圈吸K3接点闭合→P1→6HS→B212(GB302M)联锁→A16现场开闭器合→A2S0限位开关→K1线圈吸H1灯亮K1接点保电机启动开始盘车K1K3接点闭合—高压柜联锁盘车定预定位置时限位开关开盘车电机停转高压电机起动
    ② 高压电机身电加热联锁
    电机停机易受潮降低绝缘绝部分电机部电加热器作绝缘干燥处理电加热6电热丝组成二串联成温度控制元件调节加热温度温度时间长短根需整定电加热器工作电源受高压电机停转接通
    合Q1开关控制电源→F1→Q1→K3线圈K3吸控制电源K3接点→相应高压开关柜分闸联锁接点→K1线圈K1吸H1红灯亮回路K1接通电加热器开始加热高压电机起动高压开关联锁接点断开切断电加热器控制电源电加器停止加热H3黄灯亮表示障
    (3) 油泵联锁电气工作原理说明
    ① 油泵启动装置
    现场开闭器S1放启动位置油泵接触器K1励磁保电动机运转时闭合(ARR)继电器部K11K12动作电源分ARR#10端子→K11瞬动闭合接点→K12延时闭合接点(设定0秒)ARR#8端子构成保回路启动作准备旦电源失电30秒恢复正常K11瞬时闭合延返回接点未断开(长时间设定36秒)现场开闭器S1处中间位置控制电源马开闭器S1保线→K3瞬动闭合接点→ARR#10端子→K11延时返回接点→T变压器初级线圈→ARR#5端子构成闭合回路K11K12重新动作保动启动控制电源→ARR#10端子→K11瞬动接点→K12延时接点(设定0秒) →ARR#8端子→K1线圈构成闭合回路K1励磁油泵启动技术确保电网停电引起油系统波动处理速度
    ② 联锁停车信号装置
    a 元器件分布状况:
    联锁装置集中装P1LV07盘保证联锁性控制电源采停电电源DC110VP1GP0203X3(5354)端子引套联锁系统分进行单独控制信号MD集中报警P1LVCP07盘面方性发信二种
    b 联锁停车工作原理:
    运行中油泵停机油压降仪表备电机启动切换装置失控造成2台油泵均处停机状态时二台油泵接触器(K1)已释放联锁回路二台油泵K1辅助接点沟通时间继电器SJ动作瞬时接点2124闭合柜发信时中间继电器ZJ动作瞬时接点1114闭合保2122断开P1AP02柜耦合MD报警3秒SJ延时接点1516断开P16HBCP01X3(12)端子耦合切断属高压电机控制继电器K12励磁回路迫机停车保证设备安全

    第四节 仪表控基知识
    校审核 世恒
    241 概述
    (1) 动化仪表发展趋势
    工业动化控制仪表包括变送器调节器调节阀等设备控制仪表基式调节器(变送指示调节体化仪表)开始历气动电动单元组合仪表计算机直接控制系统(DDC)直日分散控制系统DCS现场总线控制系统FCS历漫长发展程程中计算机技术发展关键初计算机生产数处理巡回检测(部2#芳烃FOX1系统)20世纪50年代末期实现闭环控制控制系统DCSPLC流现场总线控制系统发展必然趋势
    DCS历初创(1975-1980年)成熟(1980-1985年)扩展(1985年)发展时期控制功完善信息处理力速度组态软件等软件等方面取令瞩目成高度性方便组态软件丰富控制算法开放联网力等优点迅速发展成计算机控制系统流发达国家生产DCS生产厂家100家已销售万台(套)生产厂家集中美国日德国等家公司 国浙中控北京利时两公司 PLC结构紧凑功简单 速度快性高价格低等优点获广泛应已成DCS 驾齐驱种流工业控制系统 
    现场总线技术20世纪90年代迅速发展起种种现场动化设备控制系统网络通信技术种种现场仪表(包括变送器执行器记录仪 单回路调节器编程序控制器流程分析器等) 基计算机控制系统间进行数通信系统现场总线具许优点:①增加仪表系统功现场总线实现闭环控制控制彻底分散提高控制系统性现场总线智仪表便仪表线维护调校线设备理提高系统开放性②提高仪表系统技术性信号传输数字化增强现场信号传输抗干扰力精度±05提高±01增加信号传输距离信息量③节约仪表系统建设投资量减少电缆铺设电缆桥架减少半三分二隔离器端子柜IO终端IO卡件IO机柜现场总线技术未达绝安全十分成熟阶段预测
    着科学技术特计算机技术通讯技术发展基现场总线FCS(Fieldbus Control System)取代DCS 成控制系统角FCS基础着InternetIntranet技术发展计算机动化系统渗透企业生产理直营方方面面
    (2) 石油化工仪表特点
    控仪表着控制象具备特点石油化工生产加工输送储存中常常伴易燃易爆高温高压深冷毒害腐蚀等危险素高温高压深冷提高生产效率减低耗取更济效益石油化工生产工艺日益高深发展泄漏火灾爆炸风险着加工艺特点决定石油化工仪表必须防爆抗腐蚀泄漏高性易维护等特点时着科学技术发展特计算机技术通讯技术发展仪表更新换代越越快企业中仪表应生产控制外仪表数越越应营理等方面决定现仪表技术更新快涉面较广专业
    242 仪表性指标
    仪表性指标通常精确度变差灵敏度重复性稳定性性描述
    (1) 精确度
    05
    精确度称精度指仪表测量值真值接准确程度误差相言通常相百分误差表示精确度仪表重质量指标常精度等级规范表示精度等级相误差掉正负号%国家统规定划分等级00050020050102025035051015254等仪表精度等级般标志仪表标尺标牌 等数字越说明精度越高
    (2) 变差
    变差指仪表测变量(输入信号)次方达数值时仪表指示值间差值说仪表外部条件保持变情况测参数变化变化致程度两者差仪表变差变差产生原仪表传动机构间隙运动部件摩擦弹性元件滞等现着电子技术发展原越越少特智仪表中变差作仪表性指标已重象
    (3) 重复性
    重复性指测量条件方法观测者测量环境测量进行检测时测量结果致程度变差相反着智仪表发展重复性成仪表重性指标
    (4) 稳定性
    规定工作条件仪表某性时间保持变力称未稳定性仪表稳定性化工仪表中需重点关心指标化工企业环境较恶劣压力稳定腐蚀性素会仪表部件应时间变长保持稳定力降低仪表稳定性会降
    (5) 性
    仪表性化工企业仪表专业重点关心重性指标仪表性仪表维护量成反仪表仪表维护量通常均障时间(MTBF)描述仪表性MTBF越仪表性越高
    243 仪表常图例符号
    (1) 测量点
    测量点
    测量点
    测量点程设备道符号引仪表连线起点般固定图形符号      

    测量点


                
    (2) 连接线
    通般信号线
            
            
    表示信号方
            
    气压信号线
                 
            
    电信号线


    导压毛细

    系统部数链


    (3) 图形
    P
    吹气洗装置
    孔板流量计
                        

    I
    联锁逻辑
    R
    复位装置
             
    截止阀
    闸阀

                       
    球阀
    旋塞阀
                       
    气动调节阀
    切断阀

               
    M
    电动阀
    电磁阀
    S

          
                        
    蝶阀
    隔膜阀
       



    (4) 位号字母含义
    般仪表位号表示台仪表仪表回路字母代号组合回路编号组成仪表位号第位字母表示仪表象续字母表示仪表功回路编号工序号序号组成般3-5数字表示
    例:2#芳烃装置位号PI10301中P表示仪表象压力I表示显示功103表示制氢单元01表示第回路面表格中常见字母含义
    字母
    第位字母
    续字母
    A
    分析

    B
    火焰烧嘴

    C
    电导率
    控制
    D
    密度
    差值

    F
    流量

    G
    振动

    H
    手动设备
    高限
    HH

    高高限
    I

    显示
    L
    液位
    低限
    LL

    低低限
    M
    水份湿度

    P
    压力

    Q
    数量
    累积
    R

    记录
    S
    位移速度
    开关安全
    T
    温度
    传送
    V
    振动机械监视
    阀门
    Y

    输出
    Z
    位移

    FIC10301中字母表格说明应表示仪表测量流量带指示控制功LIHH10301表示液位指示带低低限联锁控制报警
    244 仪表分类
    动化仪表分类方法根原进行相应分类例源分:气动仪表电动仪表液动仪表仪表信号分:模拟仪表数字仪表安化工生产中五参数分:温度仪表流量仪表压力仪表物位仪表分析仪表等等针炼化部实际理现状仪表分:现场仪表控制仪表分析仪表三部分现场仪表指温度压力流量液(物)位检测仪表阀门风门机组等安装现场控制设备控制仪表指安装控制室现场仪表进行调节仪表DCSPLCESD等控制系统分析仪表分安全仪表质量仪表中安全仪表包括燃气测爆仪硫化氢检测仪等质量仪表指线质量分析仪电导率浊度仪色谱仪等

    (1) 现场仪表
    ① 压力仪表
    压力垂直均匀作单位面积力法定计量单位帕斯卡(简称帕)符号Pa1P1牛顿(N)力作1方米(m2)面积产生压力常俗称1公斤日常压力单位较间关系:
    1Mpa1000Kpa101972Kgfcm210bar145038lbin2750062mmHg101972*104mmH2O986927atm
    压力测量中常绝压力表压负压力真空度分
    谓绝压力指测介质作容器单位面积全部压力测量绝压力仪表称绝压力表
    面空气产生均压力称气压测量气压仪表称气压表绝压力气压差称表压力绝压力气压时表压力负值(负压力)负压力绝值称真空度测量真空度仪表称真空表
    压力测量原理分液柱式弹性式电阻式电容式电感式振频式等压力表品种繁企业分压力指示远距离压力显示等压力指示根测量压力等级介质选膜片式波纹等压力表需远距离显示传送般选气动电动压力变送器
    压力表需压力传感器检测压力种压力敏感元件测压力信号转换成容易测量电信号显示压力控制报警压力传感器应变式压力传感器压电式传感器电容式传感器光导纤维压力传感器
    炼化部常压力变送器罗斯蒙特11513051横河EJAHONEYWELLST3000富士FCX等型号着电子技术发展智变送器已广泛应家产品性优早期模拟表减少维护工作量具良性价
    ② 流量仪表
    流量指单位时间流某截面流体数量流量体积流量质量流量表示单位分m3hLhKgh等
    测量流量仪表称流量计指示记录某瞬时流体流量值炼化部流量计:速度式—测量流体道中流速作测量差压式流量计变面积流量计电磁流量计漩涡流量计等容积式―单位时间排出流体固定容积数目作测量椭圆齿轮流量计腰轮流量计刮板流量计等质量流量计―检测单位时间流道流体质量科氏力质量流量计
    面简单介绍种常流量计
    a 节流装置
    节流装置目前炼油化工企业中应广流量仪表孔板喷嘴文丘利等原理:道中流动流体具动位定条件两种力相互转换参加转换量总变流体流节流装置时节流装置前截面结构致产生前压力变化压力变化方流量成正样定流量系数计算出需流量值
    节流装置测量流量时流体产生压力损失装置生产说种量损失
    b 转子流量计
    转子流量计金属玻璃两种玻璃般显示金属制成流量变送器
    转子流量计称面积式流量计恒压降式流量计测种介质流量特适测量中径雷诺数较低中流量压力损失稳定反应灵敏量程较宽结构简单维护方便精度受介质温度密度粘度影响必须垂直安装
    工作原理:转子流量计段扩圆椎形子密度测介质着测介质流量移动转子组成流体流椎时位锥中转子受流体击运动着转子移动转子锥形间环形流通面积增流体推力转子重力相衡时转子停留某位置高度根转子悬浮高度测知流量转子受推力重力衡时压降固定转子流量计称恒压降式流量计转子流量计中测流体雷诺数低定界限时流量系数便等常数流量计测量精度便受影响适合流体雷诺数转子做成种形状
    c 容积式流量计
    容积式流量计测量含固体杂质液体油类冷凝液树脂等粘稠流体流量适高粘度介质容积式流量计精度高达正负02常容积流量计椭圆齿轮流量计腰轮流量计刮板流量计等
    Ⅰ 椭圆齿轮流量计测量部件两相互齿合椭圆齿轮轴壳体组成原理图示:
    A
    B
    A
    B
    A
    B



    流体流齿轮流量计流体带动齿轮绕轴转动椭圆齿轮旋转周定数量流体流传动累积机构椭圆齿轮转动数量记录知道测流体流量数
    Ⅱ 腰轮流量计测量流量基原理椭圆齿轮流量计相轮子形状腰轮流量计测液体流量外测流量气体流量两腰轮齿流体中杂质没椭圆齿轮流量计样敏感
    d 漩涡流量计
    漩涡流量计称涡街流量计卡门漩涡流量计六十年代末期发展起利流体振荡原理进行测量流体足够流速流垂直流体方物体时该物体尺寸适物体面两条行直线产生整齐排列转相反涡列涡列数涡街频率流体速度成正通测量漩涡频率知道流体速度测出流体流量分流体强迫振荡漩涡进动型然振荡卡门漩涡型
    漩涡流量计特点:测量精度高达正负1%量程宽达1001仪表活动部件寿命长分受温度压力密度粘度等影响维护方便更换检测元件时需重新标定检测元件污物粘附影响测量灵敏度测量150mm1道时压力损失较仪表前直段安装求时安装点应防止传感器产生振动特道横振动会导致流体振动仪表产生误差
    e 电磁流量计
    电磁流量计利电磁感应原理制成流量测量仪表测量导电液体体积流量变送器压力损失部活动部件检测程中受测介质温度压力密度等影响没滞现象电磁流量计电磁感应定律具体应导电测介质垂直磁力线方流动时介质磁力线垂直方产生感应电动势道直径磁感应强度变时电动势体积流量成正电磁流量计压损机械惯性量程宽测含固体颗粒悬浮物等介质温度压力太高测非导电流体时求测介质流速般低03ms保证精度电磁流量计必须留直段电磁流量计信号较满量程时仅258mV流量时微伏外界干扰敏感需进行单独接避开磁源保证测量值准确安装时垂直安装留510D直段
    f 质量流量计
    质量流量指单位时间流封闭道截面处流体质量质量流量计般科氏力质量流量计根科里奥利加速度理制成里奥利效应假旋转体系中具质量m速度物体角速度ω里外(反然)运动物体会受切线方力力称科氏力种质量流量计测量形状较厂家形状Rosemount公司U形E+H公司直形S形
    Ω形科氏力流量计传感器变送器显示仪三部分组成传感器测量形状致原理基致:通激励线圈子产生振动(代旋转)流动流体振动中产生科氏力测量进出侧受方相反子会产生扭曲通电磁检测器光电检测器测量扭曲程度转变电信号进入变送器知道测量值
    质量流量计直接测量质量流量受温度压力粘度密度影响测量精度高正负02测气体液体含颗粒介质易清洗流体流速分布敏感安装需直段测量时获密度信号测量生产焊接时存差异测量刚度材料衰减等素造成测量机械振动称性流体流量粘度发生变化部结构衡会造成零位漂移质量流量计需阶段性进行零位检查校正
    ③ 温度仪表
    温度表征物体冷热程度物理量通物体温度变化某特征间接测量度量物体温度数值标尺称温标现国际常温标华氏()摄氏(OC)凯氏(K)关系:OC =59(OF 32)K27315
    温度测量仪表测温方式分接触式非接触式两类通常说接触式测温仪表较简单精度高测温元件测介质需进行充分热较换需定时间达热衡存测温迟现象时受耐高温材料限制应高温度测量非接触式仪表通热辐射原理进行温度测量测温元件需测介质接触测温范围广响应速度快易受物体发射率测量距离烟尘雾汽等外界素影响测量误差较
    接触式温度仪表膨胀式压力式热电偶热电阻非接触式辐射式红外式光学温度计
    a 热电偶
    热电偶化工企业常温度检测元件直接式测温测量精度高测量范围-50+1600 OC某特殊热电欧低测-269 OC高测+2800 OC结构简单方便测温基原理:两种材料导体半导体AB焊接起构成闭合回路图示导体AB两接点12间存温差时两者间便产生电动势回路中形成定电流热电偶根种热电效应进行测温
    A
    B

    端安放恒定温度环境中t0表示
    工作端安放测介质中t表示



    热电动势EteAB(t) eAB(t0)
    端温度恒定时热电势工作端温度关组成热电偶热电极材料均匀时热电势热电极材料成份两端温度关导体半导体材料做成种途热电偶满足温度象测量需表常热电偶:


    序号
    分度号
    热电偶名称(材料)
    测量范围(OC)
    1
    S
    铂 铑10铂
    0~~1600
    2
    B
    铂 铑90铂铑6
    0~~1600
    3
    K
    镍铬镍硅
    200~~1300
    4
    J
    铁康铜
    210~~1200
    5
    R
    铂 铑13铂
    0~~1300
    6
    E
    镍铬康铜
    200~~900
    7
    F
    铜康铜
    0~~350

    热电偶材料般较贵重测温点仪表距离远节省热电偶材料降低成通常采补偿导线热电偶冷端(端)延伸温度较稳定控制室连接仪表端子里补偿导线仅起延长热电极作冷端温度变化引起测温误差法消需方法消冷端温度保持0时测温影响
    热电偶补偿导线中需记住热电偶需补偿导线极性接错补偿导线热电偶连接端温度超100 OC
    热电偶途常制成形式:普通型铠装型(称缆式)表面式溥膜式快速消耗型
    b 热电阻
    热电阻中低温区常种温度仪表特点精度高性稳定
    热电阻测温基金属导体电阻值温度增加增加特性进行温度测量热电阻纯金属材料做成目前应铂铜表常热电阻:
    序号
    分度号
    热电阻名称(材料)
    测量范围(OC)
    特点

    1
    Pt10
    铂 电阻
     -200~~850
    测量精度高稳定性作基准仪器
    2
    Pt50
    铂 电阻
     -200~~850
    3
    Pt100
    铂 电阻
     -200~~850
    4
    Cu50
     铜电阻
    50~~150
    稳定性价格低体积机械强度低
    5
    Cu100
     铜电阻
    50~~150
    6
    Ni100
    镍电阻
    60~~180
    灵敏度高体积稳定性复制性差
    7
    Ni300
    镍电阻
    60~~180
    8
    Ni500
    镍电阻
    60~~180
    热电阻途常形式:普通型铠装式端面型隔爆型热电阻测温仪表般热电阻连接导线显示仪组成常见障热电阻短路断路
    c 辐射温度计
    物体受热会发出种波长辐射辐射受热体温度四次方成正辐射温度计基原理工作
    时物体高温状态会发光发亮温度越高亮度越光学温度计通测物体亮度测温度
    ④ 物位仪表
    物位液位料位相界面总称物位进行测量仪表称物位检测仪表
    物位检测目:通物位测量确定容器中物料数量确定正常生产需物料供量通物位测量解物料否正常生产求范围保证生产安全产品质量
    物位仪表液位料位界面分:
    测量液位仪表:玻璃(板)称重式浮力式静压式(压力差压)电容式电感式电阻式超声波式放射式等
    测量界面仪表:浮力式差压式电极式超声波式等
    测量料位仪表:重锤探测式音叉式超声波式激光式辐射式等
    浮力式液位计
    浮力式液位计分恒浮力式液位计变浮力式液位计前者根浮子位置始终液位变化变化进行液位测量者根浮筒受浮力液位变化变化进行液位测量
    常见恒浮力式液位计:
    浮球液位计――种仪表结构种机械杠杆系统端连空心浮球放测介质中端装衡锤力矩衡式仪表类仪表变化灵敏易适应介质温度压力粘度等条件受机械杠杆长度限制测量范围较
    浮子钢带液位计――类液位计浮子系钢带钢带端系衡锤钢带收放轮液位发生变化浮子钢带着移动仪表测量范围较易受温度等条件影响精度高
    磁耦合浮子式液位计――类液位计浮子带永久磁铁然通磁耦合传出液位高低磁翻 板液位计量程较工作压力高磁性物质温度定限制吹气高温易退磁
    常见变浮力式液位计:
    浮筒液位计――检测元件沉浸液体中浮筒(称沉筒)液位变化产生直线位移通扭力转换角位移利转换元件角位移变相应电气信号
    浮筒液位计位移式外力衡式沉筒液位计带差动变送器沉筒液位计
    恒力式液位计变浮力式液位计区:恒力式液位计浮子始终浮介质面液位11变化沉筒液位计沉筒部分沉介质中液位发生变化时位移极
    差压式液位计
    差压液位计利容器液位变化时液柱产生静压相应变化原理工作图示
    差压变送器






    般情况测介质密度重力加速度已知差压计测差压液位高度成正样测液位变成测量差压
    差压式液位计特点: 
    检测元件容器占空间检测元件二根导压结构简单便安装维护采法兰式变送器解决高粘度易凝固易结晶腐蚀性等液位测量中常见问题差压液位计通性强测量液位外测压力流量等参数
    电容式物位计
    利两电极间电容量测介质物位高低变化变化原理构成物位测量仪表电容式物位计
    雷达液位计
    雷达液位计采高频振动器作微波发生器发生器产生微波波导引辐射天线通天线测介质物位发射微波微波遇障碍物介质时部分吸收部分反射回通测量发射波反射波间某种参数关系实现液位测量
    目前两类雷达液位计:类发射频率固定变通测量发射波反射波运行时间智化信号处理器测出液位高度类测量发射波发射波间频率差频率差转换测液位成例关系电信号种液位计发射频率固定频率等幅调频率
    雷达液位计特点:
    位移传动部件非接触式测量受温度压力蒸汽气雾粉尘限制适粘度介质毒腐蚀行介质
    雷达液位计没测量盲区简单达高正负1mm贸易
    超声波物位计
    超声波物位计应回声测距原理制成声波发射接受反射波时间间隔物位高度成正
    超声波物位计特点:
    动部件超声波探头振动振幅仪表结构简单
    受光线粉尘湿度粘度影响介质介电常数电导率热导率等参数关测象液体粉末固体颗粒等均
    超声波物位计接触介质适腐蚀性毒高粘度液位测量超声波物位计检测元件耐高温声速受介质温度压力影响外超声波物位计电路复杂价格较高
    放射性物位计
    然界中某元素放射出某种见粒子流射线射线穿定厚度物体时粒子碰撞克服阻力消耗粒子动致动耗粒子物体吸收物体射线穿透吸收力利物体放射性位素射线吸收作检测物位仪表称放射性物位计
    常放射性物位计钴铯作放射源物位计
    放射性物位计特点:
    实现完全接触式测量高温高压工况测量容器中高粘度强腐蚀易燃易爆毒介质物位测量射线体危害较选必须谨慎
    介绍仪表测量值均模拟量实际运中量数字量测量信号压力开关流量开关温度开关液位开关振动开关等等
    ⑤ 执行器
    执行器接受调节器发出控制信号改变调节参数调参数控制求范围生产现场执行器直接控制工艺介质尤化工生产中介质高温高压强腐蚀易燃易爆毒高粘度易结晶等性质执行器选择安装维护必须非常重视
    源分执行器分气动液动电动三类化工企业中气动执行器较惯称气动阀压缩空气源具结构简单动作稳输出推动力质安全维护方便等特点
    阀门结构分执行机构调节机构组成
    执行机构阀门推动部分控制信号产生相应推力通阀杆阀门阀芯产生相应位移:气动薄膜执行机构气动活塞执行机构长行程执行机构等
    调节机构阀门调节部分调节介质直接接触执行机构推动改变阀芯阀座间流通面积达调节流量目:单座阀双座阀蝶阀偏心旋转阀球阀等表化工企业常阀门说明
    序号
    名称
    结构特点

    1
    直通单座阀
    阀体阀芯阀座
    泄漏量阀前压差
    2
    直通双座阀
    阀体二阀芯阀座
    流量系数允许压差口径单座阀耐压较低
    3
    角形阀
    阀体直角形外结构直通阀相似
    适高粘度含悬浮颗粒流体输入输出道需呈角形安装
    4
    隔膜阀
    耐腐蚀衬里耐腐蚀隔膜代阀座阀芯组件
    适强腐蚀高粘度含悬浮颗粒纤维流体耐压耐温较低
    5
    偏心旋转阀
    球面阀芯阀座转轴推杆等部件组成球面阀芯中心线转轴中心线偏离动作时转轴带动阀芯作偏心旋转
    流路阻力流量系数较密封适压差粘度颗粒介质般耐压




    64MPa
    6
    蝶阀
    称翻板阀阀体阀板阀板轴等部件组成
    适口径流量浓稠浆液悬浮颗粒场合流体阀体产生衡力矩般蝶阀允许压差
    7
    套筒阀
    称笼时阀阀体般直通单座阀相似阀圆柱形套筒阀芯套筒移动
    适液体产生闪蒸空化气体缩流面处流速超音速场合适含颗粒介质
    8
    球阀
    阀芯球形开圆柱形通孔
    流路阻力流量系数较密封调范围适粘度含纤维颗粒介质价格贵O形球阀般作二位控制V形作连续调节
    关调节阀特性概念
    阀门气开作:控制信号中断时阀门处关断状态FC表示
    阀门气关作:控制信号中断时阀门处开启状态FO表示
    流量特性:指介质流阀门相流量相位移(阀门相开度)间关系
      流量特性四种:
    直线性――阀门相流量相位移成直线关系单位位移变化引起流量变化常数K表示
    等百分――称数特性指单位相位移变化引起相流量变化点相流量成正关系调节阀放系数变化相流量增增
    抛物线――指单位相位移变化引起相流量变化点相流量方根成正关系
    快开――种流量特性开度较时较流量开度增流量快达增开度流量变化较
    图阀门四种流量特性示意:
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
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                lL(位移)
    1— 快开2-直线3-抛物线4-等百分

    245 分析仪表
    分析仪器测量物质成份含量某物理特性仪器总称实验室称实验室分析仪器工业生产程称程线分析仪称流程分析仪
    般分析仪表四部分组成原理框图图示部分功
    采样预处理
    进样系统

    分析仪
    显示数
    处理装置

    电 源






    (1) 采样预处理进样系统
    部分作流程中取出具代表性样品成分符合分析检查样品状态条件求送入分析器保证生产程连续动供分析器合格样品正确取样进行预处理非常重
    (2) 分析器
    分析器功分析样品成分量(物性量)转换成测量量着科学技术进步分析器采种非电量电测法中种敏感元件光敏电阻热敏电阻种化学传感器等
    (3) 显示数处理系统
    指示记录分析结果数转换成相应电信号送入动控制系统实现生产程动化目前分析仪器配微机数进行处理动补偿整仪器分析程进行控制组成智分析仪器仪表
    (4) 电源
    整仪器提供稳定电源
    程分析仪表工作原理分磁导式分析仪红外线分析仪工业色谱仪电化学式分析仪热化学式分析仪等企业中分析仪表功实际应作分质量分析仪表安全分析仪表安全仪表指燃气分析仪硫化氢分析仪氨气分析仪等测量毒害易燃易爆物质分析仪
    分析仪表特点专性强种分析仪适范围限类分析仪相测量范围测试样背景组成定适分析仪表性指标:精度灵敏度响应时间
    面针常分析仪进行简单介绍
    ① 色谱仪
    色谱分析种物理化学分析方法特点分析混合物通色谱柱组分进行分离通检测器输出组分量成例信号


    6
    4
    5
    2
    输出
    1
    样品出入
    1-气瓶2-载气3-进样阀4-程控器5-色谱柱6-恒温箱7-检测器
    图气相色谱工作原理         







    气瓶提供载气流量调节阀转子流量计进入进样阀测试样进样阀注入载气起进入色谱柱色谱柱固定相吸附剂吸收剂吸附剂物质吸附力样品流固定相表面时样品中组分流动相固定相中分配例组分色谱柱中流动速度进组分离开色谱柱进入检查器时间样检测器根样品达先次序测定组分浓度信号组分含量确定简单方法色谱图中峰波面积相计算图


    C
    组分A
    B
    时间
    色谱图
    组分含量%
    D
                        
            
                    
                          
                           



    ② 氧含量分析仪
    氧含量分析仪分析混合气中含氧量致分两类:类根电化学法制成原电池固体电介质法(氧化镐)等类根物理法制成热磁式等电化学法灵敏度高选择性响应速度慢维护工作量目前常微氧分析物位法响应较快消耗分析气体维护方便广泛常量分析
    ③ 热导式气体分析仪
    热导式气体分析仪种物理式气体分析仪结构简单性稳定价格便宜常分析混合气体中某组分含量根混合气体中测组分含量变化引起混合气体总导热系数变化物理特性进行测量气体导热率直接测量困难工业常常导热率变化转化成热敏元件阻值变化测点电阻值变化确定测组分含量
    理讲热导式分析仪正确测定二元混合气体组分含量分析三元混合气体必须满足条件:
    a 三元混合气体中某组分含量保持恒定变动
    b 测组分导热率组分相差较余组分导热率基相
    c 背景导热率保持恒定时正确测量
    ④ 红外线分析仪
    红外线分析仪根气体(液体固体)红外线吸收原理制成种物理式分析仪
    种原子气体(CO2CO2CH4等)红外线定吸收力气体吸收红外线波长红外线分析仪基某气体波长红外辐射具选择性吸收特性红外线通混合气体时气体中测组分吸收红外线辐射整混合气体受热引起五压力增加种温度压力变化测气体组分浓度相关种变化转换成形式量变化确定测组分浓度














    8

    7
    6
    红外线气体分析仪般组成

    1-光源2-斩光器3-滤光室4-样品室5-参室6-检测室7-放器8-显示器







    3 4





    ⑤ 工业PH计
    PH计称酸度计连续测量工业流程中水溶液氢离子浓度仪器工业PH计般发送器测量器组成发送器玻璃电极甘汞电极组成作PH值转换成直流信号测量仪器采电位差计进行测量
    电位测量法基原理测溶液中插入两电极中电极电位溶液氢离子浓度改变改变称工作电极电极具固定电位称参电极两电极形成原电池测两电极间电势测溶液PH值
    246 控制仪表
    处控制仪表指DCSPLCESD等系统
    基概念
    控象――动控制系统中工艺参数需控制生产程设备机器等
    控变量――控象求保持设定数值工艺参数
    操变量――受控制器操克服干扰影响控变量保持设定物理量量
    扰动量――操变量作控象引起控变量变化素
    设定值――控变量预定值
    偏差――控变量设定值实际值差
    闭环控制――指控制器控象间控制反联系动控制
    开环控制――指控制器控象间控制没反联系动控制操变量通控象影响控变量控变量通动控制装置影响操变量信号传递关系未构成闭合回路
    开环控制分两种:种设定值进行控制操变量设定值保持定函数关系设定值变化时操变量变化改变控变量种扰动进行控制谓前馈控制通扰动信号测量根变化情况产生相应控制作进改变控变量动觉察控变量变化判断操变量校正作否适实际需
    反馈――系统输出信号直接环节重新引回输入端做法反馈信号作方设定信号相反偏差信号两者差种反馈负反馈反正反馈
    定值  偏差       控制信号       操变量        控变量    
         -


                   测量值

    调节器
    执行器
    控象
    检测变送装置
    干扰
    简单控制系统:通常指控象检测元件传感器(变送器)调节器执行器构成单闭环控制系统时称单回路控制系统典型方块图:


    相简单控制系统参数具两变送器两调节器调节阀组成回路称复杂控制系统日常常串级均匀值前馈选择性分程控制等种
    (1) 常动控制系统(控制方案)
    ① 串级控制系统
    串级控制系统结构特征名副两调节器串级工作调节器输出作副调节器定值副调节器输出操调节阀实现变量定值控制串级控制系统应:象滞时间常数干扰作强频繁负荷变化控制质量求较高场合
    串级控制系统特点:
    系统结构两串级工作调节器构成双闭环控制系统
    系统目通设置副变量提高变量控制质量
    a 副回路存进入副回路干扰超前控制作减少变量干扰影响
    b 系统负荷变化定适应力
    定值                              副变量      变量    
         -        -

                   

    调节器
    副调节器
    执行器
    副象

    副测量变送
    测量变送
    F2 F1
    串级控制系统典型方块图:




                           




    串级控制系统中副调节器控制规律选择
    串级控制目提高变量稳定性变量求较高般希出现余差调节器般选择例积分控制象滞较时适引入微分作串级控制系统中副变量求严控制程中副变量断调节器输出变化变化副调节器般采例控制规律行必时引入适积分作微分作般需
    ② 均匀控制系统
    均匀控制系统解决前工序供求矛盾两变量间够相互兼顾协调操作控制系统特点控制结果控制系统样控变量保持变两相互联系变量允许范围缓慢变化均匀控制系统中调节器般采纯例作例度较必时引入少量积分作
    ③ 值控制系统
    实现两两参数符合定例关系控制系统称值控制系统值控制系统变值定值变值相定值言求两种物料值灵活第三变量需求加调整时求设计值恒定值控制系统变值控制系统
    常见值控制系统单闭环值双闭环值串级值3种





    ④ 单闭环值控制系统
    值器
    调节器

    调节阀
    检测变送
    检测变送
    G1
    G2
    扰动
    典型方块图





                      
    控制方案图
    K
    FC
    G1
    G2







    单闭环值控制中两种物料流量值较精确实施方便流量出现扰动负荷频繁波动时副流量调节程中相调节器定值会出现较偏差种方案适求动态值较严格工艺
    ⑤ 双闭环值控制系统
    典型方块图
    值器
    检测变送
    调节器1

    调节阀
    调节器 2

    调节阀
    检测变送
    扰 动
    扰 动
    G1
    G2











    副流量求通值器保持定值求采双闭环值控制系统
    双闭环值控制系统实际定值控制系统动控制系统组成仅保持两流量间值关系保持总量变采单回路流量控制系统相优越性流量旦失调保持原定值流量扰动发生变化时控制中保持原定值关系优点提降负荷方便缓慢改变流量调节器设定提降流量时副流量动踪流量保持两者值变
    调节器
    调节阀
    副调节器
    副象

    检测变送2
    检测变送1
    法器
    检测变送
    G1
    G2
    扰动2
    扰动1
    ⑥ 串级值控制系统
    典型方块图








    两种值控制串级值控制系统值变量控制器设定值控制作副回路构成串级值控制系统称变值控制系统
    ⑦ 选择控制系统
    选择控制称取代控制系统超驰控制系统中常见控制示意图:
    参数I
    参数II
    调节器I
    调节器II
    选择器
    调节阀










    正常工况选择器选中正常调节器I输出送调节阀实现参数I正常控制旦工况发生突变参数II达设定值选择器动选中调节器II信号取代调节器I控制调节阀等工况稳定参数II恢复正常值调节器I取代调节器II控制
    ⑧ 分程控制系统
    分程控制系统特点调节器输出时控制工作范围调节阀分程阀门定位器电-气定位器实现DCS通组态实现控制系统方块图:
    调节器
    检测变送
    调节器
    调节器









    ⑨ 前馈控制系统
    简单控制系统属反馈控制特点控变量偏差进行控制偏差产生调节器操变量进行控制补偿扰动变量控变量影响扰动已产生控变量尚未变化控制作会产生种控制作总落扰动作时控制滞控象扰动幅度频繁时采简单控制满足工艺生产求引入前馈控制实现前馈-反馈控制获显著控制效果前馈控制干扰作进行控制扰动出现根扰动测量信号控制操变量时补偿扰动控变量影响控制时果补偿作完善控变量发生偏差前馈控制方块图:
    Gff(S)
    Gf(S)
    GO(S)
    C
    f





    方块图出前馈控制规律采PID形式控制规律前馈通道扰动通道传递函数极性相反

    Gff(S)=-

    Go(S)
    Gf(S)



    前馈控制克服测扰动扰动控必须测量测扰动前馈控制采
    ⑩ 三量控制系统
    常见三量控制系统蒸汽锅炉言
    谓量实际变量指引入系统中测量信号锅炉控制中量水位辅助量蒸汽负荷水流量提高控制品质引入石化行业蒸汽锅炉般中型般采水位蒸汽流量(压力)水流量进行三量控制图
    Qs
    蒸汽




    FC
    LC


    QH














    ⑩ 特殊控制系统
    采样控制非线性控制等系统较特殊工艺中应
    采样控制属离散控制测量控制作通采样开关隔定时间进行次种断续控制方法称采样控制两类工艺:控变量测量信息身断续工业色谱仪输出分析测量数具特纯滞工艺象
    非线性控制种例增益变控制作常具严重非线性特性工艺象PH值控制等PH值控制废水中程中酸碱浓度差PH值应关系存严重非线性PH值410范围象放系数极约区域200300倍PH410酸碱浓度差零差值极PH值会远远偏离中性点致PH控制难保证稳定PH7采非线性调节器较达目输出特性(图)控制点附灵敏区例增益衰减系数00202灵敏区外例增益恢复原值



    4 3 1 1 2 3 4
    2
    P
    e
    PKce
    PKce
    PrKce
    灵 敏区







    e-PH测量值设定值偏差增量P-调节器输出增量Kc-放系数r-衰减系数
    ⑩ 新型控制系统
    着计算机技术发展年新发展起许新型控制系统适应控制预测控制智控制专家系统模糊控制神元网络控制等具模型求低线计算方便控制综合效果特点传统PID控制相控制性明显提高
    适应控制系统
    适应控制系统指针确定性系统提出里确定性指控象数学模型完全确定时间变化够时适应象系统关信息解象特性变化情况某种算法动改变调节器关参数系统始终运行佳状况种系统称适应控制系统
    (2) 预测控制系统
    预测控制系统实际指预测控制算法工业程控制中成功应预测控制算法类特定计算机控制算法总称具代表性预测控制算法种基模型预测控制算法种算法基思想先预测控制首先利模型预测象未输出状态然某种优化指标计算前应施加程控制作
    (3) 智控制系统
    智控制系统实现某种控制务种智系统具备定智行解决传统方法难解决复杂系统控制问题
    智控制系统广义象智控制器两部分组成基结构图:






    智控制器
    通讯接口
    认 知
    感知信息处理
    规划控制
    变送器
    广义象

    y u






    执行器







    智控制系统具学功适应功组织功等特点
    (4) 学控制系统
    学控制系统指具模拟学功控制系统学智显著特征提高智水重手段熟练操作员够较控制生产程重原
    学控制系统说应具备动获取知识功改善控制系统功线实时学功
    (5) 专家控制系统
    专家系统(组)某特定领域类专家水解决该领域中困难问题计算机程序专家系统设计规范运行机制传统控制理技术相结合成实时控制系统设计实现方法便专家控制系统
    专家控制系统够运控制工作者成熟控制思想策略方法包括成熟理方法直觉验手动控制技专家控制系统仅提高常规控制系统控制品质拓宽系统作范围增加系统功传统控制方法难奏效复杂程实现高品质控制
    (6) 常动控制仪表系统
    化工企业常动控制仪表系统指PLCDCSESD等控制系统
    ① PLC
    PLC20世纪60年代发展起种新型动化控制装置早代传统继电器控制装置功逻辑计算计时计数序控制等进行开关量控制PLCProgrammable Logic Controller简称中文编程逻辑控制器现科学技术进步特计算机技术发展现PLC功已超原概念处理开关量处理模拟量信号数字信号具设备通讯进行数传送获取功
    PLC传统继电器控制系统相具:应灵活功完善操作方便维修简单成低安全控制方案更新实现方便体积等优点
    a PLC基组成
    PLC般中央处理单元IO模块电源通讯接口编程器等组成功分直接进行现场控制控制站位机编程控制参数修改等作操作站工程师站位机结构框图:

    C M C D D A A P S
    P E O
    U M M I O I O S I
    M
    OS
    ES
    现场设备
    PRT
    PRT
    位机
    位机
    通讯BUS
    PLCDCSPC














    b 中央处理单元
    中央处理单元包括CPU存通讯卡等组成整PLC核心CPU型号规格决定PLC控制处理力决定处理速度般CPU卡件运行停止障等相关开关指示灯存(MEM)PLC存储单元包括存放系统程序系统存储器存放户程序户存储器存储器早期RAMROM发展EPROME2PROM般系统存储器ROMEPROM户进行修改户存储器般ROME2PROM户编程器方便进行修改存储器PLC机型通讯卡负责IO卡中央处理单元间通讯负责位机间数传递
    c IO卡
    IO卡PLC中央处理单元外部现场设备进行通讯界面输入卡件现场信号转换成CPU识信号传送CPU输出卡件CPU发出信号传送现场设备台PLC配置IO卡件数量种类PLC型号规定般PLCCPU处理力决定IO卡件通道数量总数称PLCIO点数般点数64点超型PLC64128型PLC128512中型PLC512型PLC现型PLC处理10000点
    d 位机
    位机早期PLC编程器-机通讯专工具般键盘显示器智处理器外部设备专通讯接口电缆等组成着计算机发展现机通讯接口已基采PC完成完成编程调试运行诊断参控制等功进行数理通讯等功连接印机等数记录设备进行印报表历史趋势历史事件MIS系统进行连接
    ② DCS
    DCS英文Distributed Control System缩写名集中分散控制系统(简称集散控制系统)分布式控制系统集计算机技术控制技术通讯技术CRT技术体综合性控制系统集中指监视操作理集中分散工艺程控制分散危险分散克服常规仪表集中式仪表缺点结合两者优点性灵活性机界面友等特点广泛应
    a DCS基组成
    DCS分控制站操作站(工程师站)通讯三部分










    基框图:
    PRT

    操作站

    工程师站

    控制站
    PLC
    DCS
    PC等
    PC
    PC
    PC
    MIS
    系统
    HAIWAY

    位机














    中操作站工程师站MIS系统统称理部分早期MIS系统采位机直接挂HAIWAY技术进步软硬件通性增加安全求提高现般采工程师站挂接采专服务器网关挂接保证控制部分安全性操作站工程师站般采专工作站通PC作机外配专操作员键盘报警报表印机等设备组成机界面实现集中显示操作理工程师站进行系统组态诊断维护位机信息理先进控制等
    控制站CPU单元存电源IO卡件通讯接口等组成现场信号进行采集控制强运算功嵌许控制算法完成回路控制务实现分散控制目控制站处理器挂接远程IO站实现远程控制
    通讯部分称高速数通路实现分散控制集中理关键连接DCS操作站工程师站控制站等设备完成信息数传送般言DCS通讯部分冗余设备
    b DCS特点
    DCS相PLC言功更强处理量更具较特点
    Ⅰ 控制功样化
    Ⅱ 操作简便 机界面友挂接种输入输出设备
    Ⅲ 系统便扩展
    Ⅳ 维护方便 系统节点诊断功
    Ⅴ 性高 集散概念局部发生障时影响保持范围
    Ⅵ 提供更第三方通讯接口
    ③ 现场总线(FCS)
    般现场总线系统称第五代控制系统称作FCS 现场总线控制系统般50年代前气动信号控制系统PCS称作第代4~20mA等电动模拟信号控制系统称第二代数字计算机集中式控制系统称第三代70年代中期集散式分布控制系统DCS称作第四代现场总线控制系统FCS作新代控制系统方面突破DSC系统采通信专网络局限采基公开化标准化解决方案克服封闭系统造成缺陷方面DCS集中分散相结合集散系统结构变成新型全分布式结构控制功彻底放现场
    a 现场总线技术特点
    Ⅰ 系统开放性开放系统指通信协议公开厂家设备间进行互连实现信息交换现场总线开发者致力建立统工厂底层网络开放系统里开放指相关标准致公开性强调标准识遵开放系统遵守相标准设备系统相连具总线功现场总线网络系统必须开放开放系统系统集成权利交户户需象供应商产品组成意系统
    Ⅱ 互操作性互性里互操作性指实现互连设备间系统间信息传送沟通实行点点点点数字通信互性意味着生产厂家性类似设备进行互换实现互
    Ⅲ 现场设备智化功治性传感测量补偿计算工程量处理控制等功分散现场设备中完成仅现场设备完成动控制基功时诊断设备运行状态
    Ⅳ 系统结构高度分散性现场设备身已完成动控制基功现场总线已构成种新全分布式控制系统体系结构根改变现DCS集中分散相结合集散控制系统体系简化系统结构提高性
    Ⅴ 现场环境适应性工作现场设备前端作工厂网络底层现场总线专现场环境工作设计支持双绞线轴电缆光缆射频红外线电力线等具较强抗干扰力采两线制实现送电通信满足质安全防爆求等
    b 现场总线优点
    现场总线特点特现场总线系统结构简化控制系统设计安装投运正常生产运行检修维护体现出优越性
    Ⅰ 节省硬件数量投资现场总线系统中分散设备前端智设备直接执行种传感控制报警计算功减少变送器数量需单独控制器计算单元等需DCS系统信号调理转换隔离技术等功单元复杂接线工控PC机作操作站节省笔硬件投资控制设备减少减少控制室占面积
    Ⅱ 节省安装费现场总线系统接线十分简单双绞线条电缆通常挂接设备电缆端子槽盒桥架量减少连线设计接头校工作量减少需增加现场控制设备时需增设新电缆连接原电缆节省投资减少设计安装工作量关典型试验工程测算资料节约安装费60%
    Ⅲ 节省维护开销现场控制设备具诊断简单障处理力通数字通讯相关诊断维护信息送控制室户查询设备运行诊断维护信息便早期分析障原快速排缩短维护停工时间时系统结构简化连线简单减少维护工作量
    Ⅳ 户具高度系统集成动权户选择厂商提供设备集成系统避免选择某品牌产品框死设备选择范围会系统集成中兼容协议接口筹莫展系统集成程中动权完全掌握户手中
    Ⅴ 提高系统准确性性现场总线设备智化数字化模拟信号相根提高测量控制准确度减少传送误差时系统结构简化设备连线减少现场仪表部功加强:减少信号返传输提高系统工作性外设备标准化功模块化具设计简单易重构等优点
    c 典型现场总线简介
    Ⅰ 基金会现场总线
    基金会现场总线Foundation Fieldbus简称FF程动化领域广泛支持具良发展前景技术前身美国FisherRousemount公司首联合Foxboro横河ABB西门子等80家公司制订ISP协议Honeywell公司首联合欧洲等150家公司制订WordFIP协议屈户压力两集团1994年9月合成立现场总线基金会致力开发出国际统现场总线协议ISO/OSI开放系统互连模型基础取物理层数链路层应层FF通信模型相应层次应层增加户层
    基金会现场总线分低速H1高速H2两种通信速率H1传输速率3125kbps通信距离达1900m(加中继器延长)支持总线供电支持质安全防爆环境H2传输速率1Mbps25Mbps两种通信距离750m500m物理传输介质支持绞线光缆线发射协议符合IEC11582标准
    物理媒介传输信号采曼彻斯特编码位发送数中心位置正跳变负跳变正跳变代表0负跳变代表1串行数位流中具足够定位信息保持发送双方时间步接收方根跳变极性判断数10状态根数中心位置精确定位满足户需HoneywellRonan等公司已开发出完成物理层部分数链路层协议专芯片许仪表公司已开发出符合FF协议产品H1总线已通a测试β测试完成13厂商提供设备组成FF现场总线工厂试验系统H2总线标准已形成1996年10月芝加哥举行ISA96展览会现场总线基金会组织实施世界展示40家厂商70种符合FF协议产品分布楼层展览厅展台FF展品醒目橙红色电缆互连七段现场总线演示系统展台现场设备间实进行现场互操作展现基金会
    现场总线成技术实力
    Ⅱ LonWorks
    LonWorks具强劲实力现场总线技术美国Echelon公司推出摩托罗拉东芝公司倡导1990年正式公布形成采ISO/OSI模型全部七层通讯协议采面象设计方法通网络变量网络通信设计简化参数设置通讯速率300bps15Mbps等直接通信距离达2700m(78kbps双绞线)支持双绞线轴电缆光纤射频红外线电源线等种通信介质开发相应安防爆产品誉通控制网络
    LonWorks技术采LonTalk协议封装称Neuron芯片中实现集成芯片中38位CPU完成开放互连模型中第1~2层功称媒体访问控制处理器实现介质访问控制处理第二完成第3~6层功称网络处理器进行网络变量处理寻址处理背景诊断函数路径选择软件计量时网络理负责网络通信控制收发数包等第三应处理器执行操作系统服务户代码芯片中具存储信息缓区实现CPU间信息传递作网络缓区应缓区Motorola公司生产神元集成芯片MC143120E2包含2kRAM2kEEPROM
    LonWorks技术断推广促成神元芯片低成(片价格约5~9美元)芯片低成返促进LonWorks技术推广应形成良循环Echelon公司关资料1996年7月已生产出500万片神元芯片
    LonWorks公司技术策略鼓励OEM开发商运LonWorks技术神元芯片开发应产品称目前已2600家公司程度卷入LonWorks技术:1000家公司已推出LonWorks产品进步组织起LonWark互操作协会开发推广LonWorks技术产品广泛应楼宇动化家庭动化保安系统办公设备运输设备工业程控制等行业支持LonWorks协议网络间互连互操作该公司正开发种网关便LonWorks太网FFModbusDeviceNetProfibusSerplex等互连系统
    外开发智通信接口智传感器方面LonWorks神元芯片具独特优势
    LonWorks技术已美国暖通工程师协会ASHRE定建筑动化协议BACnet标准
    美国消费电子制造商协会已通决议LonWoks技术基础制定EIA709标准
    样LonWork已建立套协议开发芯片设计芯片制造控制模块开发制造OEM控制产品终控制产品分销系统集成等系列完整开发制造推广应体系结构吸引数万家企业参项工作中种技术推广应促进作
    Ⅲ rofibus
    Profibus作德国国家标准DIN19245欧洲标准prEN50170现场总线ISO/OSI模型参考模型ProfibusDpProfibusFMSProfibusPA组成Profibus系列
    DP型分散外设间高速传输适合加工动化领域应FMS意现场信息规范适纺织楼宇动化编程控制器低压开关等般动化PA型程动化总线类型遵IEC11582标准该项技术西门子公司十家德国公司研究推出采OSI模型物理层数链路层两部分形成标准第部分子集DP型隐3~7层增加直接数连接拟合作户接口FMS型隐第3~6层采应层作标准第二部分PA型标准目前处制定程中传输技术遵IEC11582(H1)标准实现总线供电质安全防爆
    Porfibus支持 系统纯站系统混合系统等种传输方式站具总线控制权动发送信息站系统说站间采令牌方式传递信息令牌站点事先规定时间拥总线控制权事先规定令牌站中循环周长时间Profibus通信规范令牌站间址编号序行方进行传递站控制权时 方式站发送索取信息实现点点通信站采取站点广播(求应答)选择组站点广播
    Profibus传输速率96~12kbps传输距离12kbps时1000m15Mbps时400m中继器延长10km传输介质双绞线光缆挂接127站点
    Ⅳ HART
    HARTHigh way Addressable Remote Transducer缩写早Rosemount公司开发80家著名仪表公司支持1993年成立HART通信基金会种称寻址远程传感高速通道开放通信协议特点现模拟信号传输线实现数字通信属模拟系统数字系统转变程中工业程控制渡性产品前渡时期具较强市场竞争力较发展
    HART通信模型3层组成:物理层数链路层应层物理层采FSK(Frequency Shift Keying)技术4~20mA模拟信号迭加频率信号频率信号采Bell 202国际标准数传输速率1200bps逻辑0信号频率2200Hz逻辑1信号传输频率1200Hz数链路层HART通信协议规建立HART信息格式信息构成包括开头码显示终端现场设备址字节数现场设备状态通信状态数奇偶校验等数字节结构1起始位8数位1奇偶校验位1终止位应层作HART指令付诸实现通信状态转换成相应信息规定系列命令命令方式工作3类命令第类称通命令设备理解执行命令第二类称般行命令提供功许现场设备(全部)中实现类命令包括常现场设备功库第三类称特殊设备命令便某设备中实现特殊功类命令基金会中开放开发命令公司独现场设备中通常发现时存3类命令
    HART支持点点应答方式点广播方式应答应方式工作时数更新速率2~3次/s广播方式工作时数更新速率3~4次/s支持两通信设备总线挂设备数达15现场设备256变量信息包含4变量传输距离3000mHART采统设备描述语言DDL现场设备开发商采种标准语言描述设备特性HART基金会负责登记理设备描述编设备描述字典设备运DDL技术理解设备特性参数必设备开发专接口种模拟数字混合信号制导致难开发出种满足公司求通信接口芯片
    HART利总线供电满足安防爆求
    d 现场总线技术展发展趋势
    发展现场总线技术已成工业动化领域广关注焦点课题国际现场总线研究开发测控系统破长期封闭系统禁锢走开放发展征程国现场总线控制系统发展极机会次严峻挑战现场总线技术控制计算机通讯技术交叉集成涉容十分广泛笔者认应失时机抓国现场总线技术产品研究开发
    动化系统网络化发展趋势现场总线技术受计算机网络技术影响十分深刻现网络技术日新月异发展十分迅猛具重影响网络新技术必进步融合现场总线技术中具发展前景现场总线技术:
    智仪表网络设备开发软硬件技术组态技术包括网络拓扑结构网络设备网段互连等网络理技术包括网络理软件网络数操作传输机接口软件技术现场总线系统集成技术
    现场总线属尚发展中技术国技术领域刚刚起步解国际该项技术现状发展动国相关行业发展动化技术设备更新疑具重作总体说动化系统设备着现场总线体系结构方前进发展趋势肯定然总线着趋开放统方发展成家遵守标准规范技术涉应领域十分广泛覆盖连续离散工业领域程动化制造加工动化楼
    宇动化家庭动化等等千世界众领域需求异现场总线体系止容纳单标准外介绍出技术均具特点已应领域形成优势加商业利益驱正十分激烈市场竞争中求发展
    理认:现起未10年出现总线标准存甚现场总线系统种总线标准设备通路网关互连实现信息享局面
    连续程动化领域10年FF基金会现场总线成流发展趋势LonWorks成力竞争手HART作渡性产品定市场3种技术领域工业需求出发户层种功专业连续程设计充分考虑连续工业环境支持总线供电满足质安全防爆求等外FF基金会集中世界动化仪表制造商LonWorks形成全面分工合作体系素成领域流技术十分关键
    HART建立目前广泛采模拟系统充分顾现设备已投资效益技术充分考虑连续程环境需目前已占定市场份额技术身断完善更新提高传输速率等目前国外HART仪表市场份额断增长呈升趋势毕竟渡性产品生存周期会长国项目新项目兼容性考虑较少先进性考虑较相信HART国市场份额会
    国市场国外市场会较差异方面国外市场占优势产品会断渗透国方面国厂商规模相较研发力较差更赖技术供应商支持较容易受现场总线技术供应商(芯片制造商等)国支持市场推广力度影响国目前仅LonWorks技术实质性市场活动部分国厂商首先接受LonWorks技术FF号称仪器仪表行业未标准没明确市场策略国积极市场活动市场份额会受影响事实表明现场总线基金会(FF)会员研制符合FF标准时时推出采LonWorks技术应见Lon Works技术生命力十分顽强
    离散制造加工领域行业应特点历史原流技术会差ProfibusCAN领域具较强竞争力已领域形成优势
    楼宇动化家庭动化智通信产品等方面LonWorks具独特优势Lon Works技术特点样化控制系统应会较发展现场总线技术兴起开辟工厂底层网络新天促进企业网络快速发展企业带新效益会广泛应推动动化相关行业发展
    ④ ESD
    ESDEmergency Shutdown System简称中文紧急停车系统监视装置独立单元操作果生产程中发生装置事控制系统身发生障时装置安全停车处安全模式避免灾难发生ESD系统软硬件必须足够性
    a ESD系统基概念
    Ⅰ 度
    度系统时间概率(A)百分数计算AMTBF(MTBF+MDT)
    MTBF均障间隔时间 MDT:均停车时间
    Ⅱ 性
    性安全联锁系统障危险模式机硬件软件障安全度R表示计算根障(失效)模式确定障模式显性障模式(失效-安全)隐性障模式(失效-危险)两种显性障模式表现系统误动作性取决系统硬件包含元器件总数般MTBF表示隐性障模式表现系统拒动作性取决系统拒动作率(PFD)般表示:R1PFD
    Ⅲ 安全度
    安全联锁系统定条件定时间周期执行指定安全功概率称安全度安全度等级PED(Probability of Failure on Demand)定义现国际公认安全等级认证:美国仪表学会(ISA)SIL123三级国际电工委员会(IEC)SIL1234级德国莱茵认证机构TUV标准AK1-8级
    Ⅳ SOE功
    SOESequence Of Events简称事件收集理SOE变量DIDO事件记录运行状态障分析提供般求事件采集分辨率达毫秒级
    b 基结构
    ESD基结构PLC相似说定认证达认证等级PLCESDPLC相冗余容错求更高
    (7) 控制系统配置基求
    ① 冗余求 着控制系统化工企业中广泛应起作越越重化工生产中工序装置中物料生产连续性越越强般求控制系统CPU通讯电源设备冗余配置
    ② 接求 接目般抗干扰安全计算机技术发展控制系统提高身抗干扰性时保证整体功耗降低采更信号包括外部设备功耗化控制系统功增强时信号传送更更复杂外部信号干扰屏蔽提出更高求完善接设备身更保护
    ③ 环境求 控制系统般求定温度湿度空气清洁度现化工企业中特象海石化样企业中着加工原油硫含量提高加处海边环境中酸性气体含量提高设备特系统中卡件接插件端子等部件腐蚀引起系统障时发生求系统配置时需考虑相应防护防腐措施
    47 防爆防护
    化工企业特点高温高压易燃易爆毒害必须解防爆防护等方面相关知识
    (1) 爆炸性物质分类分级分组
    ① 爆炸性物质分类:Ⅰ类:矿井甲烷Ⅱ类:爆炸性气体蒸汽Ⅲ类:爆炸性粉尘纤维
    ② 爆炸性气体(含蒸汽薄雾)分级分组
    爆炸性气体标准试验条件试验安全间隙(MESG)点燃电流(MICR)分级
    引燃温度分组分T1T2T3T4T5T6六组
    ③ 爆炸性粉尘(含纤维火炸药)分级分组
    爆炸性粉尘物理性质分级引燃温度分组分T11T12T13三组
    (2) 爆炸危险场分类分级区域
    ① 爆炸危险场分类:爆炸危险场爆炸性物质物态分气体爆炸危险场粉尘爆炸危险场两类
    ② 爆炸危险场分级区域
    爆炸危险场分级原爆炸性物质出现频度持续时间危险程度划分危险等级区域
    0区:正常情况爆炸性气体混合物连续短时间频繁出现长时间存场
    1区:正常情况爆炸性气体混合物出现场
    2区:正常情况爆炸性气体混合物出现仅正常情况偶尔短时间出现场
    10区:正常情况爆炸性粉尘燃纤维空气混合物连续短时间频繁出现长时间存场
    11区:正常情况爆炸性粉尘燃纤维空气混合物出现仅正常情况偶尔短时间出现场
    注:正常情况指设备正常起动停止正常运行维修正常情况指发生设备障误操作
    (3) 防爆电气设备分类分级分组
    ① 防爆电气设备分类分级分组爆炸性物质分类分级分组方法相等级参数符号相
    ② 防爆电气设备高表面温度:隔爆型指外壳表面余防爆类型指爆炸性混合物接触表面
    (II类电气设备高表面温度:T1450℃T2300℃T3200℃T4135℃T5100℃T685℃)
    ③ 类防爆型电气设备特征
    隔爆型(d):具承受部爆炸性混合物爆炸致受损坏部爆炸致通外壳结合面结构孔洞引起外部混合物爆炸电气设备
    增安型(e):正常时产生火化电弧高温设备采取措施提高安全程度电气设备
    充油型(q):产生电火化电弧危险温度带电零件部件浸绝缘油里点燃油面方爆炸性混合物电气设备
    充砂型(o):细粒状物料充入设备外壳令壳出现电弧火焰传播壳壁温度粒料表面温度点燃壳外爆炸性混合物电气设备
    质安全型(iaib):正常状态障状态产生火化热效应均点燃爆炸性混合物电气设备
    正压型(p):外壳充入带正压清洁空气惰性气体连续通入清洁空气阻止爆炸性混合物进入外壳电气设备
    火化型(n):防止危险温度外壳防护防击防机械火化防电缆事等方面采取措施提高安全程度电气设备
    特殊型(s):述种类型外述两种型式组合成电气设备
    绝缘材料高工作温度(℃)
    绝缘级
    允许工作温度(℃)
    绝缘材料举例
    Y
    90
    纸板机填料塑料木材棉花纺织品
    A
    105
    层压布板沥青漆漆布漆包线绝缘浸渍Y级绝缘材料
    E
    120
    玻璃布油性树脂漆耐热漆包线绝缘
    B
    130
    高强度漆包线绝缘石棉纤维玻璃纤维聚脂漆聚脂薄膜
    F
    155
    云母制品石棉玻璃漆布复合硅机树脂漆
    H
    180
    玻璃漆布硅机弹性体石棉布补强云母
    C
    >180
    电瓷石英玻璃

    (4) 电气设备外壳防护等级
    电机低压电器外壳防护包括两种:
    第种防护固体异物进入部体触部带电部分运动部分防护
    第二种防护水进入部防护
    外壳防护等级方法标志: IP „ „ „ „
    IP:防护标志 „:前附加字母 „:第位数字表示第种防护 „:第二位数字表示第二种防护 „:附加字母
    仅考虑种防护时位数字X代需特说明附加字母省略
    前附加字母电机产品附加字母W表示气候防护式电机R表示道通风式电机
    附加字母电机产品附加字母S表示静止状态进行第二种防护型式试验电机
    M表示运转状态进行第二种防护象式试验电机

    电气设备第种防护性
    防护等级
    简 称
    防 护 性
    0
    防 护
    没专门防护

    1
    防护50mm固体
    防止直径50mm固体异物进入壳
    防止体某面积部分(手)偶然意外触壳带电运动部分防止意识接部分
    2
    防护
    12mm固体
    防止直径12mm固体异物进入壳
    防止手指触壳带电运动部分
    3
    防护
    25mm固体
    防止直径25mm固体异物进入壳
    防止厚度(直径)25mm工具金属线等触壳带电运动部分‚
    4
    防护
    防止直径1mm固体异物进入壳


    1mm固体
    防止厚度(直径)1mm工具金属线等触壳带电运动部分
    5
    防 尘
    防止灰尘进入达影响产品正常运行程度
    完全防止触壳带电运动部分
    6
    尘 密
    完全防止灰尘进入壳完全防止触壳带电运动部分
    注: 轴外风扇冷电机风扇防护应防止风叶轮辐试指触出风口直径50mm
    试指插入时通护板 ‚ 包括泄水孔泄水孔应低第2级规定

    电气设备第二种防护性
    防护等级
    简 称
    防 护 性
    0
    防 护
    没专门防护
    1
    防 滴
    垂直滴水直接进入产品部
    2
    15 0 防滴
    垂线成15 0 角范围滴水直接进入产品部
    3
    防 淋 水
    垂线成60 0 角范围淋水直接进入产品部
    4
    防 溅
    方溅水产品应害影响
    5
    防 喷 水
    方喷水产品应害影响
    6
    防海浪强力喷水
    强烈海浪强力喷水产品应害影响

    7
    浸 水
    产品规定压力时间浸水中进水量应害影响
    8
    潜 水
    产品规定压力长时间浸水中进水量应害影响


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