转炉仪表设备的维护课件

仪表设备维护检修技术丁水瑛本课程主要内容基本概念仪器仪表测量执行调节系统（简单系统）计算机控制系统（系统构成、接口与转换）冶金仪表安全前言仪表设备及控制系统在冶金生产区域起着非常重要的作用，仪表是生产线的“眼睛”。它测控了现场各种数据，如压力、流量、物位、温度、重量等，通过对数据的采集、处理及分析，生产人员对生产线的运行状态就清晰了。在冶金仪表设备中，检测温度的有热电偶、热电阻、辐射温度计等；检测压力的有智能压力/差压变送器、压力表等；检测物位的有雷达液位计、超声波液位计、电容液位计等；检测流量的仪表有电磁流量计、转子流量计、孔板流量计、探针式流量计、喷嘴流量计等；还有一些分析仪，如含氧量检测，CO、CO2、H2等的检测。仪表主要性能指标1.2复现性测量复现性是在不同测量条件下，如不同的方法、不同的观测者，在不同的检测环境对同一被测的量进行检测时，其测量结果一致的程度。仪表的复现性在智能仪表的性能指标中，有着重要的作用。可以用来描述仪表的抗干扰能力。1.3稳定性在规定工作条件内，仪表某些性能随时间保持不变的能力称为稳定性（度）。仪表稳定性的好坏直接关系到仪表的使用范围，有时直接影响生产。仪表主要性能指标1.4可靠性仪表可靠性是化工企业仪表工所追求的另一个重要性能指标。化工企业的仪表，大部分安装在工艺管道、各类塔、罐及容器上，且由于生产的连续性，多数为有毒、易燃易爆的环境，所以要求仪表可靠性尽可能地高。2常用图例符号2.1字母代号字母第一位字母后继字母字母第一位字母后继字母被测变量修饰词功能被测变量修饰词功能A分析报警P压力C电导率控制Q数量积分累积D密度差R放射性记录E电压S速度安全开关F流量比T温度传送I电流指示V粘度阀K时间W力L物位YM水分Z位置执行机构常用图例符号2.2仪表位号的表示方法011TRC－序号（一般用二位数字，也可以用三位）工序或车间代号（可以一位，也可以用二位）功能字母代号（记录调节）被测变量字母代号（温度）011TRC－序号（一般用二位数字，也可以用三位）工序或车间代号（可以一位，也可以用二位）功能字母代号（记录调节）被测变量字母代号（温度）011TRC－序号（一般用二位数字，也可以用三位）工序或车间代号（可以一位，也可以用二位）功能字母代号（记录调节）被测变量字母代号（温度）就地测量、显示:膨胀式温度计玻璃液体温度计利用液体受热膨胀并沿玻璃毛细管延伸而直接显示温度双金属温度计不同金属受热膨胀不同，双金属片在受热情况下发生弯曲而显示温度远传显示：热电偶温度计和热电阻温度计1、热电偶和热电阻测温的优点测温准确度较高；结构简单，便于维修；动态响应速度快；测温范围较宽；信号可远传，便于集中检测和自动控制；可测量局部温度甚至“点”温度。热电偶常见故障原因及处理方法（2）显示温度不稳定，波动较大热电偶接线柱与热电极接触不良；热电偶测量线路绝缘破损，引起断续短路或接地；热电偶安装不牢或外部震动；外界干扰（交流漏电、电磁场感应等）3、热电阻温度计热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。工业热电阻温度计主要有两种材质：铂电阻：0~650ºC，Pt10，Pt100铜电阻：-50~+150ºC，Cu50，Cu100结构：普通型，铠装型，薄膜型它的主要特点是精度高，性能稳定。其中铂热电阻的测量精度是最高的。其基本组成：电阻体、保护套管、接线盒等部分构成。其中电阻体将温度的变化转换成电阻值的变化；保护套管用于隔离工艺介质，保护电阻体；接线盒用于和二次仪表连接。4、热电阻的常见故障及处理方法

(1)热电阻的常见故障是热电阻的短路和断路：一般情况下，短路出现的现象是上位机上显示温度为0；断路则显示最大；(2)温度显示值不稳定：接线端子接触不良；绝缘降低；电缆线局部短路；保护管内有金属屑、灰尘或接线柱间脏5、维护的要求、方法

从上位机的画面上观察温度变化值是否正常；巡检时检查现场仪表本体外观是否良好，电缆接头、线盒的腐蚀情况；3.2压力检测仪表

压力是工业生产中的重要参数之一，为了保证生产的正常进行，必须对压力进行监测和控制。几种压力单位之间的换算量的名称单位名称单位符号换算关系及说明压力帕斯卡Pa1Pa=1N/m2巴bar1bar=105Pa压强千克力每平方米Kg/m21kgf/m2=9.80665Pa千克力每平厘米Kg/cm21kgf/cm2=98.0665KPa毫米汞柱mmHg1mmHg=133.322Pa毫米水柱mmH2o1mmH2o=9.80665Pa2、弹性式压力计与常用压力表工作原理：采用弹性元件将压强大小转换为位移量，再通过机械传动和放大，推动指针偏移。根据敏感元件形式的不同可以分为以下3类：弹簧管式压力计薄膜式压力计波纹管式压力计我厂使用较多的为：弹簧管式压力表、U型压力计、斜型管压力计等4、弹簧管压力表压力表使用注意事项：⑴安装前应仔细检查核对型号、量程、精确度等级是否符合要求，是否有检定合格证。(2)检查传压导管、阀门、接头及焊接处的严密性，如有泄漏应及时消除。(3)启动压力表时，应先开一次门。当传压导管内的被测介质的温度接近室温时，方可开启二次门。(4)开启阀门时，应缓慢进行，以免造成仪表受冲击而损坏；全开后要倒回半圈。(5)压力表应垂直安装。(6)测量蒸汽压力时，压力表下端应装有环形管，使用水传递压力，避免高温蒸汽冲人表内而损坏压力表。例题：已知某测点压力为10MPa，要求其测量误差不超过±0.1MPa，试确定该测点用的压力表量程及精度等级？解：为了测量的准确性，要求被测压力大于压力表量程的1/3，小于压力表量程的2/3。设压力表量程为P，10MPa＞1/3P则有P<3×10=30MPa；10MPa＜2/3P则有P>3/2×10=15MPa；根据压力表量程系列，可选用量程为0~16MPa或0~25MPa的压力表。常见压力变送器外形绝压变送器隔膜压力变送器电容压力变送器隔离液位变送器高温压力变送器隔离压力变送器通用压力变送器数字压力变送器工业压力变送器绝压变送器隔膜压力变送器电容压力变送器隔离液位变送器高温压力变送器隔离压力变送器通用压力变送器数字压力变送器工业压力变送器双膜压差变送器3.3流量检测流量就是单位时间内流经某一截面的流体数量。流量可用体积流量和质量流量来表示，其单位分别用m3/h、L/h和kg/h等。我厂常用的流量计差压式流量计、转子流量计、电磁流量计、探针式流量计1、差压式流量计节流装置与差压式变送器配套测量流体的流量，是使用最广泛的一种流量测量仪表。通过测量节流装置前后压差即可计算出流速和流量。常用的标准节流装置有孔板、喷嘴、文丘利管。节流孔板前的直管段一般要求10D，孔板后的直管段一般要求5D，为了正确测量，孔板前的直管段最好为30～50D，特别是孔板前有泵或调节阀时更是如此。（D为管道的直径）物位计的分类直读式物位计浮力式物位计压差式物位计电磁式物位计核辐射式物位计超声波物位计光电式物位计一、直读式物位计用带有刻度的透明物质（如玻璃、有机玻璃）作为容器壁的一部分或连通管，可以直接显示容器内液位的高低。二、浮力式物位计利用浮子高度随液面或液体界面变化而变化的原理工作。三、压差式物位计利用物料内静压力与物料深度或堆积高度成正比的关系进行测量。液体密闭容器液体敞开容器固体称重仓四、电容式物位计主要用于测量不导电流体电容式液位计电容（绳）式料位计五、超声波物位计利用声波在空气中传播速度不变的原理，通过检测声波发射和反射全过程的时间间隔可以计算出物料界面到探头的距离，从而得到物位的高低。注意事项：确保反射波能回到探头；防止物料对声波的吸收（如表面泡沫漂浮）。如图4执行器执行器得作用：将控制器的输出转化为对被操作对象的实际操作（动作）。根据动作能源的不同，执行器可以分为以下三类：气动执行器：以气压为动力，推动机构动作。电动执行器：以电动机作为动力源，推动机构动作。液动执行器：以液压站提供的流体（液压油）高压为动力源，推动机构动作。4.1控制机构作用：直接作用于对象，并使对象的运动（如流量、压力）发生变化。由于被控对象千差万别，控制机构的形式也各不相同，如调节阀、调压变压器、变速器、振动给料机等等。我厂最常用的控制机构为各种形式的控制阀。4.2电动执行器以电动机为核心动力源，将控制器输出的直流电信号直接转换成相应的角位移或直线行程的机构。电动执行机构的分类：角行程电动执行机构：使输出轴产生0~90º角位移；直线行程电动执行机构：多转式电动执行机构我厂应用的主要执行机构外形角行程电动执行机构直线行程电动执行机构5简单的调节系统5.1简单控制系统的定义与组成定义：由一个测量仪表（测量元件、变送器）、一个控制器和一个执行机构所组成的控制一个对象参数的（单闭环）控制系统。简单控制系统又称单环控制系统。简单控制系统是构成复杂控制系统的基本单元。5.2被控变量的选择工艺过程的重要参数；在工艺系统中易受干扰变化，需要经常调节的参数；尽可能选用直接指标作为被控参数，必要时可用与直接指标有单值对应关系的间接指标作为被控变量。被控变量应方便检测，并有足够的灵敏度；适当考虑系统测控代价；被控变量应是独立可控的5.3操纵变量的选择操纵变量：在自动控制系统中，用于调节被控变量的参数，称为操纵变量。操纵变量的选择原则：操纵变量必须是工艺上允许调节的变量；操纵变量应具有较高的调节灵敏度：较大的放大倍数K0；较短的滞后时间。符合工艺的合理性和生产的经济性。5.4系统的滞后检测系统特性的影响主要表现为时间滞后的作用。造成系统滞后的主要原因有：被测对象滞后：测量点不能及时反映参数的变化。存在容积滞后和/或传递滞后。检测元件滞后：因热容、热阻等惯性因素的影响，导致检测仪表的输出不能及时反映参数的变化。信号传递滞后：主要是气动信号传递较慢导致系统反映滞后。5.5控制方案与控制规律控制系统按信号来源（系统结构）分类反馈控制前馈控制复合控制工艺过程测量调节执行输入输出测量调节执行5.6控制规律与环节的正反作用常用控制一般都采用PID控制，通过适当调节比例常数、积分时间和微分时间常数可以实现多种控制规律。实际控制系统的每个环节都有正反作用规律：测量环节：间接指标可能与直接指标反向对应；控制环节：可以用被测参数减去设定值，也可以用设定值减去被测参数；执行环节：控制信号的加大可以导致执行结果的加大（如气开阀）或减少（如气关阀）。现场操作示例5.7控制器参数的工程整定控制器参数的工程就是选择适宜的比例度Kp（放大倍数）、积分时间Ti和微分时间TD。控制器的整定可以采用两种方法：理论计算法：通过理论计算，寻找控制关系；工程整定法：通过实际试验或经验规律选择控制参数。例：冶金集气管压力的控制主参数（目标参数）：集气管压力操纵变量：初冷器前吸力集气管压力回流量初冷前吸力阀门开度的变化吸力的变化通过集气管压力调节吸力设定值风机集气管压力的变化转速测量仪表工作原理电子计数式转速表由转速传感器和数字显示两部分组成。转速传感器的作用是把被测旋转体的转速变换为电信号，供数字显示仪表计数，显示转速值。数字显示仪的作用是接受传感器输出的电信号，并作相应的处理后显示被测转速。6特殊测量仪表锅炉水位测量水位测量仪表云母水位计差压式水位计电接点水位计电接点水位计的工作原理锅炉汽包中由于炉水含盐量大,其电阻率很大,相当于导电状态;而饱和蒸汽的电阻率很小,相当于开路状态;于是相应于水侧的电触点导通而显示器“亮”,相应于汽侧的电触点,因“开路”而显示器“灭”,利用显示器点“亮”的灯数就可以模拟汽包中水位的高度,这就是电接点水位计的工作原理。电接点水位计的显示仪表：模拟式水位显示（双色显示）（汽红水绿）配煤电子皮带称

系统组成本系统主要由配料电子皮带秤、仪表控制柜、动力控制柜、低压开关柜、变频器柜、现场操作盘、工业控制微型计算机及监控管理软件几部分组成。配料单元由下列元件构成：皮带秤给料机变频器仪表控制器；每个配料单元自成一个闭环控制回路主皮带工控机西门子S7-200PLC仪表变频器料仓仪表给料机变频器料仓给料机1＃7＃RS485RS232配料系统现场结构图

仪表控制器远程设定配比值远程启动设备远程急停设备配比设置：提供配比的查询和配比计算以及配比保存等功能，可根据工艺需要设定单个料仓的配料参数，并且将配方参数远程下达给现场设备。系统设置：提供仪表控制器和PLC的通讯参数设置，以及报警限的设置。在操作室的工控机画面上通过鼠标和键盘可以实现如下功能：

皮带称的零点校准一般情况下，三煤和五煤的自动校正零点是在（上位机）上操作；而四煤是在（仪表控制器）上操作。为确保皮带秤的准确性，最好（每天空秤进行一次自动校正零点操作），可以消除一些固有的偏差。在配料秤的运行中，当某个仓的测量数值波动范围很大，且缺料时会显示负值时，首先应（对该仓进行自动零位校正）。7计算机程序控制系统工业控制计算机的特点：可靠性强，抗干扰能力强；与用户设备联结方便；可以使用单一的计算机语言，或通用语言。计算机控制基本原理：计算机中，所有数据均以高低电平表示—有电、无电；所有数据存在位置都以地址表示；计算机通过指定地址（包括接口位置）对数据读、写。计算机与外部设备的联结部件称为计算机输入/输出（I/O）模块。7.1计算机I/O组件功能：与外围设备联结外围设备的一个开关信号（数字量）或一个电流/电压值可以通过一个接点与计算机交换；这个接点称为I/O端子。根据通过信号的不同，I/O板分为DIO和AIO两类。一个I/O可以有多个端子：4点，8点，16点，25点等。信号的隔离与转换计算机与外设可以有不同的电位；防止干扰信号或故障电压影响计算机运行。与计算机联结满足计算机数据通讯格式要求。外部信号分类数字信号DI、DO有源信号：高低电平无源信号：通断——相当于开关模拟信号AI、AO电压信号：0~5VDC，或0~24VDC；电流信号：4~20mA，或0~115VAC信号隔离7.2计算机集散式控制系统集散控制系统DistributedControlSystem基于计算机网络，按实际功能进行梯阶控制和管理的复杂控制系统。DCS系统组成现场控制站：局部控制、数据采集与传送；人机接口：系统编程（组态）、状态监视、操作；通讯接口：信息传送；通用计算机接口与通用计算机：系统管理、数据输出、打印等。集散式控制系统（DCS）的特点采用分级梯阶结构过程控制、优化控制、自适应控制、工厂管理；采用微机智能技术采用网络通讯技术丰富的功能软件包强有力的人机接口功能采用高可靠技术提高硬件可靠性，采用冗余配置。7.3计算机控制系统的编程现场控制站语言代码编程以and，or，str，cnt等代码将控制原理图输入计算机。机器码编程将代码程序进行人工汇编后，以16进制机器码输入。符号编程编程语言有图形化编程（又分功能块图、梯形图、顺序功能图），文本化语言（又分指令表和结构化文本），面向问题的语言（又分填表式和批处理两种）和通用的高级语言（又分VB、VC等）等多种。操作站语言Windows操作系统高级语言集散控制系统的编程集散控制系统的组态软件组态软件是一种格式化的控制系统程序。控制系统的用户软件通常允许进行两种操作平台：

工程师操作平台：开放式的软件操作系统，允许软件工程师添加新的控制软件，或对现有软件进行适当修改。工程师平台通常设有用户密码或单独设置工作站、键盘，以防误操作；

操作员平台：仅允许现场操作员进行显示切换和部分操作参数的设定，不能修改程序，以防误操作。操作员平台通常有美观、方便的用户界面。7.4可编程序控制器（PLC）可编程序控制器（ProgrammableLogicController)英文缩写为PLC，是以微处理器为基础，综合了计算机（computer)技术、自动控制（Control)技术和通信（communication)技术发展起来的一种通用的工业自动控制装置。可编程序控制器的基本组成PLC主要包括控制器主机、输入模块和输出模块三部分。其中控制器主机由CPU、存储器、总线及电源等组成。PLC硬件框图简单如图：系统程序用户程序存储器存储器总线CPU输入/输出模块编程器（可选）电源示意图:带网络连接的示意图分散的I/OPROFIBUS-DPPLC现场图示：控制柜操作室上位机各组成部分的功能：1.中央处理单元：接受、存储用户程序，以扫描方式接收来自输入单元的数据和状态信息并存入相应的数据存储区，执行监控程序和用户程序，响应外设的请求。供电可选冗余CPUCP–工业以太网扩展存储器集成的PROFIBUSDP接口2.存储器:

系统程序存储器由生产厂家用来存放监控程序，用户程序存储器用于存放用户经编程器输入的应用程序。扩展存储器3.输入/输出模块:

通过输入模块采入现场信息，通过输出模块去控制各种执行机构动作实现控制。输入模块主要有模拟量和开关量输入模块组成，输出模块主要由模拟量和开关量输出模块。4.编程器: