自动调节仪表 概论

概论电气信息工程学院自动化教研室自动调节仪表主讲教师：王婷婷2011.9T：6504062：2007wangtingting@163.com1学时：48（含实验学时：6）学分：3课程类别：必修课程性质：专业课考核方式：闭卷考试（成绩分布为：卷面77%、实验13%、平时10%）先修课程：自动检测技术、自动控制原理、过程控制工程，模拟电路。要求：掌握控制仪表的工作原理和构成，电路原理图的组成和线路分析，PID参数的调整等。课程简介2电气信息工程学院自动化教研室吴勤勤《控制仪表与装置》（第三版）化学工业出版社2008张永德《过程控制装置》（第三版）化学工业出版社2010教材及参考书3电气信息工程学院自动化教研室章节安排概论

0.1控制仪表与控制系统

0.2控制仪表及装置的分类

0.3联络信号和传输方式

0.4安全防爆的基本知识和防爆措施第一章模拟式控制器

1.1控制器的运算规律和组成方式

1.2基型控制器

1.3特种控制器和附加单元4电气信息工程学院自动化教研室第二章变送器和转换器

2.1变送器的构成

2.2差压变送器

2.3温度变送器

2.4电/气转换器

章节安排5电气信息工程学院自动化教研室

0.1控制仪表与控制系统

0.2控制仪表及装置的分类

0.3联络信号和传输方式

0.4安全防爆的基本知识和防爆措施概论概论6电气信息工程学院自动化教研室0.1控制仪表与控制系统自动控制系统一般由控制对象、变送器、控制器和执行器构成，方框图如下所示：图1(a)简单控制系统框图被控介质测量值被控变量设定值-变送器控制器执行器控制对象偏差7电气信息工程学院自动化教研室图1(c)

加热炉温度控制系统方框图TC101图1(b)加热炉温度控制系统TT101燃料执行器温度变送器温度控制器原料加热炉被控介质测量值被控变量设定值-温度变送器TC控制阀加热炉偏差8电气信息工程学院自动化教研室控制对象－需要调节其工艺参数的生产设备。

如压力、流量、温度等工艺变量。变送器

－把工艺参数转换成标准统一信号的装置。控制器

－将来自变送器的测量值与给定信号相比较后产生的偏差信号,按照预先设定好的控制规律进行运算后，输出一个控制信号送给执行器。执行器

－把控制器的输出信号转换成直线位移或角位移，以控制阀门的开度。此外，根据需要还可设有显示、转换、计算、辅助、给定装置。9电气信息工程学院自动化教研室

控制仪表及装置可按能源形式、信号类型和结构形式来分类。

一、按能源形式分类

1、气动：压缩空气为能源。

2、电动：电源为能源。

3、液动：液压为能源。工业上主要使用电动和气动控制仪表。0.2控制仪表及装置的分类10电气信息工程学院自动化教研室气动薄膜直通单座阀气动薄膜直通双座阀气动蝶阀气动球阀气动切断阀气动薄膜角形阀1、气动控制仪表11电气信息工程学院自动化教研室1、气动控制仪表12电气信息工程学院自动化教研室气动仪表的特点：结构简单，性能稳定可靠；维护方便，价格便宜；具有本质安全防爆性能。1、气动控制仪表13电气信息工程学院自动化教研室电动直通单座阀电动隔膜阀电动三通阀电磁阀手动截止阀2、电动控制仪表14电气信息工程学院自动化教研室2、电动控制仪表15电气信息工程学院自动化教研室电动控制仪表的特点：可以实现无滞后的远距离传送；能源简单、便于和计算机配合；可应用于易燃易爆的危险场所。2、电动控制仪表16电气信息工程学院自动化教研室电动控制仪表气动控制仪表能源电源（220VAC/24VDC）气源（140kPa）传输信号电信号（电压、电流、数字）气压信号元、器件电子元器件气动元件接线导线导管电磁干扰与防爆受电磁干扰影响，须采取抗干扰、防爆措施不受电磁干扰影响本质上安全防爆电动控制仪表和气动控制仪表的比较17电气信息工程学院自动化教研室3、液动控制仪表结构简单、紧凑、体积小。传动平稳可靠，有缓冲无撞击现象。可根据需要采用不同的液压油，可防爆。液动控制仪表的特点：18电气信息工程学院自动化教研室1、模拟仪表传输信号为连续变化的模拟量。

如气动仪表，电动单元组合仪表I、II、III型等。2、数字仪表传输信号为断续变化的数字量。如可编程调节器、控制器、DCS、FCS

等。

二、按信号类型分类：模拟式和数字式。19电气信息工程学院自动化教研室1.基地式仪表：包含多种功能部件（传感、指示、记录、控制、执行等部分），设计成一个整体。2.单元组合式仪表：将仪表划分成能独立实现某种功能的若干单元，单元间用标准信号联系。3.集散控制系统（DCS）：以微型计算机为核心,实现分散控制和集中管理。4.现场总线控制系统（FCS）:

现场总线将具有数字通信能力的现场仪表相连接,并同上层监控管理级一起构成分布式控制网络。三、按结构形式分类20电气信息工程学院自动化教研室1.基地式仪表21电气信息工程学院自动化教研室2.单元组合式仪表(1)DDZ-I,II,III,S型22电气信息工程学院自动化教研室2.单元组合式仪表(1)DDZ-I,II,III,S型23电气信息工程学院自动化教研室(1)DDZ-I,II,III,S型2.单元组合式仪表24电气信息工程学院自动化教研室(2)QDZ-I,II,III,S型2.单元组合式仪表单元组合仪表由变送、调节、给定、显示、转换、计算、执行、辅助等八大仪表单元组成。25电气信息工程学院自动化教研室变送单元调节单元(2)QDZ-I,II,III,S型2.单元组合式仪表26电气信息工程学院自动化教研室辅助单元给定单元(2)QDZ-I,II,III,S型2.单元组合式仪表27电气信息工程学院自动化教研室运算单元转换单元(2)QDZ-I,II,III,S型2.单元组合式仪表28电气信息工程学院自动化教研室显示单元执行单元(2)QDZ-I,II,III,S型2.单元组合式仪表29电气信息工程学院自动化教研室3.集散控制系统JX-300X30电气信息工程学院自动化教研室3.集散控制系统31电气信息工程学院自动化教研室3.集散控制系统32电气信息工程学院自动化教研室3.集散控制系统33电气信息工程学院自动化教研室4.现场总线控制系统34电气信息工程学院自动化教研室4.现场总线控制系统35电气信息工程学院自动化教研室4.现场总线控制系统36电气信息工程学院自动化教研室0.3联络信号和传输方式一、联络信号1、联络信号是指在成套仪表系列中，仪表之间采用的传输信号的类型和数值。2、联络信号类型:气动仪表：20~100KPa电动仪表：模拟信号(0~10mA、4~20mA及1~5V)、数字信号、频率信号37电气信息工程学院自动化教研室3、电模拟信号制的确定（1）信号下限从零开始有利于模拟量运算。（2）信号下限从某值开始（活零点）便于检验仪表是否断电，并可实现两线制。（3）信号上限高，产生的电磁平衡力大，利于设计平衡式变送器。（4）信号上限低，有利于减少功率损耗和提高仪表防爆性能。38电气信息工程学院自动化教研室1、直流电流传输电流信号传输时仪表之间串联

为减小传输误差，要求：

R0足够大，而Rcm

及Ri

应比较小（一）模拟信号的传输二、电信号的传输方式U0R0I0IiRiRiRcm发送仪表接收仪表n台39电气信息工程学院自动化教研室直流电流传输的特点优点适于远距离传输。缺点回路中增减接收仪表时，将影响其它仪表的工作。40电气信息工程学院自动化教研室2、直流电压传输电压信号传输时仪表之间并联

为减小传输误差，要求：

R0和Rcm

尽量小，Ri

大些。接收仪表RiRcm／２发送仪表R0U0Rcm／２IiRiRiUi41电气信息工程学院自动化教研室直流电压传输的特点优点增加或取消某个接收仪表不影响其他仪表的工作。缺点

不适于远距离传输。现场与控制室仪表之间采用直流电流信号，

控制室内部

仪表之间采用直流电压信号。42电气信息工程学院自动化教研室（二）变送器与控制室仪表间的信号传输电源装置变送器现场控制室四线制接收仪表两线制变送器现场电源装置控制室接收仪表要实现两线制，必须采用活零点的电流信号。因电源线和信号线公用，电源供给变送器的功率是通过信号电流提供的。变送器输出电流为下限值时，应保证它内部的半导体器件仍能正常工作。故信号电流下限值不能过低。43电气信息工程学院自动化教研室0概论0.4安全防爆基本知识和防爆措施44电气信息工程学院自动化教研室>一、安全防爆基本知识（一）爆炸危险场所的区域划分1、气体爆炸危险场所依据：爆炸性气体出现的频繁程度和持续时间0区(Zone0)

－在正常情况下，爆炸性气体混合物连续地、频繁地出现或长时间存在的场所。1区(Zone1)－在正常情况下，爆炸性气体混合物有可能出现的场所。2区(Zone2)－在正常情况下，爆炸性气体混合物不可能出现，或即使出现也是短时间存在的场所。45电气信息工程学院自动化教研室>一、安全防爆基本知识（一）爆炸危险场所的区域划分2、粉尘爆炸危险场所的区域等级依据：爆炸性粉尘或可燃纤维与空气混合物出现的频繁程度和持续时间10区

－在正常情况下，爆炸性粉尘或可燃纤维与空气混合物可能连续地、频繁地出现或长时间存在的场所。（选用本质安全型电气设备）11区－在正常情况下，爆炸性粉尘或可燃纤维与空气混合物不可能出现，或即使出现也是短时间存在的场所。（选用隔爆型、增安型电气设备）46电气信息工程学院自动化教研室（二）爆炸性气体的分级按最大试验安全间隙MESG(火焰不能传播的最大间隙)和最小点燃电流比MICR来分级：可分为A、B、C三级。(1)按MESG:MESG=1.14mm，甲烷，作为起始点，无等级；

0.9mm<MESG<1.14mmA级

0.5mm<MESG≤0.9mmB级

MESG≤

0.5mmC级------最危险！(2)按MICR：MICR=1.0甲烷(MICR=某物质的最小点燃电流/甲烷的~)0.8<MICR<1.0A级

0.45<MICR≤

0.8B级

MICR≤

0.45C级------最危险！MESG小——MICR小——危险！47电气信息工程学院自动化教研室（三）

爆炸性物质的分组

按引燃温度可分为六组：组别引燃温度t/℃T1>450T2450≧t>300T3300≧t>200组别引燃温度t/℃T4T5135≧t>100T6100≧t>85200≧t>135适用于T5的设备不适用于T648电气信息工程学院自动化教研室（四）防爆电气设备的分类、分组防爆电气设备分为两大类：Ⅰ类：煤矿用电气设备Ⅱ类：工厂用电气设备（按爆炸性气体特性分为：）工厂用电气设备防爆型式有以下八种：隔爆型(d)、本质安全型(i)、增安型(e)、正压型(p)、充油型(o)、充砂型(q)、浇封型(m)和无火花型(n)。本质安全型设备又可以分为ia和ib两个等级。ⅡAⅡBⅡC(用于最危险场所)

49电气信息工程学院自动化教研室防爆标志及其含义防爆标志由以下5个部分构成：1、标志EX

－表示该设备为防爆电气设备。2、防爆型式－表明该设备采用何种措施进行防爆，如

d为隔爆型，i为本安型等。3、设备类别－I为煤矿井下用电设备，II为工厂用设备。4、防爆级别－为A、B、C三级，表明防爆能力强弱。5、温度组别－为T1~T6六组，说明该设备的最高表面温度允许值。例如：EXiaIICT5表示II类本质安全型ia等级C级T5组。EXiaIICT550电气信息工程学院自动化教研室隔爆型仪表如：ExdIIBT3具有隔爆外壳，仪表的电路和接线端子全部置于防爆壳体内。它能承受仪表内部因故障产生爆炸性气体混合物的爆炸压力。这类仪表适用于1区、2区危险场所。本质安全型仪表

本安仪表的全部电路均为本质安全电路，电压和电流被限制在允许的范围内，保证仪表产生的电火花和热效应不致于引爆其周围爆炸性气体混合物。ia本安仪表：工况下一或两个故障都不会引燃爆炸性气体，0区危险场所;ib本安仪表：工况下一个故障不会引燃爆炸性气体，1区和2区危险场所.>二、常用防爆型控制仪表51电气信息工程学院自动化教研室本安防爆系统本安型变送器本安型执行器控制器安全栅安全栅电源箱非危险场所（控制室）危险场所（现场）危险场所（现场）>三、控制系统的防爆措施（一）本安防爆系统本安防爆系统应满足的两个条件：在危险场所使用本安防爆仪表控制室仪表和危险场所仪表之间设置安全栅，以限制流入危险场所的能量。52电气信息工程学院自动化教研室进液出料量非安全火花型自动控制系统气动执行器差压式液位变送器V4~20mA1~5V控制器Q出Q进LP气ρ4~20mAVIII显示仪表危险场所:现场非危险场所:控制室△P液位配电器I24VDC24VDC53电气信息工程学院自动化教研室进液出料量气动执行器差压式液位变送器V4~20mA1~5VQ出Q进LP气ρ4~20mA4~20mAVII操作端安全栅I显示仪表危险场所:现场非危险场所:控制室△P液位检测端安全栅24VDC24VDC24VDC安全火花型防爆系统控制器V<30VDCI<30mADCI54电气信息工程学院自动化教研室安全火花型防爆系统55电气信息工程学院自动化教研室安全栅56电气信息工程学院自动化教研室安全栅信号隔离器、配电器、安全栅57电气信息工程学院自动化教研室安全栅58电气信息工程学院自动化教研室（二）安全栅作为控制室仪表和现场仪表的关联设备，是本安系统的重要组成部分。既传输信号又限制流入危险场所的能