专题2 过程控制仪表与装置概述

专题2过程控制仪表与装置概述2.1控制仪表与装置的分类和发展2.2控制仪表与装置的信号与供电2.3控制系统的安全防爆2.1控制仪表与装置的分类和发展1.控制仪表与装置的分类依据：（1）安装场地：现场类、控制室类

（2）能源形式：气动、电动、液动、混合式

（3）结构形式：基地式、单元组合、组件组装式

（4）信号类型：模拟、数字1.控制仪表与装置的供电：

（1）交流供电：

安全性应用范围（2）直流集中供电：

单电源集中供电多组电源供电

优点：不间断供电、安全防爆2.2控制仪表与装置的信号与供电

2.信号制

信号制----指在成套仪表系列中，各个仪表的输入输出间采用何种统一联络信号来进行信号传输的问题。气动控制仪表：0.02～0.1MPa

电动控制仪表：0～10mA（DC）电流信号作为我国电动Ⅱ型仪表的标准

4～20mA（DC）电流信号

1～5V（DC）电压信号常见的模拟信号传输方式有：电流和电压进出控制室的传输信号采用电流信号，控制室内部各仪表间联络信号采用电压信号2.2控制仪表与装置的信号与供电IEC数字仪表信号制数字仪表信号制（通信标准）主要有三个内容：1.信息构成格式：起始位，结束位，奇偶校验位等2.数据编码/调制形式：CRC，余3等；幅度，频率，相角3.物理的信号发送/接收接口标准：485，232，RJ45仪表信号制

信号制的作用便于仪表组合成系统不同系列的仪表混用0～10mA4～20mA仪表控制系统模拟信号制2.2控制仪表与装置的信号与供电“0”/“1”计算机系统数字信号制脉宽信号制相位信号制频率信号制1.安全防爆的基本概念：

（1）危险环境的划分（2）爆炸性物质划分（3）防爆仪器的划分

2.3控制系统的安全防爆（1）危险环境的划分危险场所的界定

按场所中存在物质的物态的不同，将危险场所划分为爆炸性气体环境和可燃性粉尘环境。按场所中危险物质存在时间的长短，将两类不同物态下的危险场所划分为三个区，即：对爆炸性气体环境，为0区、1区和2区；对可燃性粉尘环境，为20区、21区和22区。危险场所就是由于存在着易燃易爆性气体、蒸气、液体、可燃性粉尘或者可燃性纤维而具有引起火灾或者爆炸危险的场所。按照GB3836.14—2000(等同于IEC60079-10)要求，可用类别、区域和组别三层概念来说明危险场所的划分。(1)爆炸性气体环境

GB3836.14—2000标准中规定：

0区：爆炸性气体环境连续出现或长时间存在的场所。

1区：在正常运行时，可能出现爆炸性气体环境的场所。

2区：在正常运行时，不可能出现爆炸性气体环境，如果出现也是偶尔发生并且仅是短时间存在的场所。（1）危险环境的划分(2)可燃性粉尘环境

GB12476.1—2000标准中规定：

20区：在正常运行过程中可燃性粉尘连续出现或经常出现，其数量足以形成可燃性粉尘与空气混合物和／或可能形成无法控制和极厚的粉尘层的场所及容器内部。

21区：在正常运行过程中，可能出现粉尘数量足以形成可燃性粉尘与空气混合物但未划入20区的场所。包括，与充入或排放粉尘点直接相邻的场所、出现粉尘和正常操作情况下可能产生可燃浓度的可燃性粉尘与空气混合物的场所。

22区：在异常条件下，可燃性粉尘云偶尔出现并且只是短时间存在、或可燃性粉尘偶尔出现堆积或可能存在粉尘层并且产生可燃性粉尘空气混合物的场所。如果不能保证排除可燃性粉尘堆积或粉尘层时，则应划分为21区。（1）危险环境的划分场所划分表危险物质长期存在（＞1000h/年）正常运行时存在（10～1000h/年）仅在不正常时存在（＜10h/年）气体0区1区2区（1）危险环境的划分爆炸性物质的分类

I类：矿井甲烷；

II类：爆炸性气体混合物(含蒸气、薄雾)；

III类：爆炸性粉尘(纤维或飞絮物)（2）爆炸性物质划分爆炸性气体的分组组别代表性气体最大试验安全间隙最小点燃电流IIC乙炔氢气＜0.5mm＜0.45IIB乙烯0.5～0.9mm0.45～0.8IIA丙烷＞0.9mm＞0.8（2）爆炸性物质划分温度组别爆炸性气体混合物的引燃温度是能被点燃的温度极限值。电气设备按其最高表面温度分为T1～T6组，使得对应的T1～T6组的电气设备的最高表面温度不能超过对应的温度组别的允许值。

（2）爆炸性物质划分温度组别、设备表面温度和可燃性气体或蒸气的引燃温度之间的关系温度级别IEC/EN/GB3836设备的最高表面温度T［℃］可燃性物质的点燃温度［℃］T1450T＞450T2300450≥T＞300T3200300≥T＞200T4135200≥T＞135T5100135≥T＞100T685100≥T＞85（2）爆炸性物质划分（3）防爆仪器的划分根据所采取的防爆措施，可把防爆电气设备分为隔爆型、增安型、本质安全型、正压型、油浸型、充砂型、浇封型、n型、特殊型、粉尘防爆型等。防爆基本类型表防爆型式防爆型式标志防爆型式防爆型式标志隔爆型Ｅｘｄ充砂型Exq增安型Ｅｘｅ浇封型Exm正压型Ｅｘｐｎ型Exｎ本安型ＥｘiaＥｘib特殊型Exｓ油浸型Ｅｘｏ粉尘防爆型DIPA

DIPB

1、隔爆型Exd

防爆型式是把设备可能点燃爆炸性气体混合物的部件全部封闭在一个外壳内，其外壳能够承受通过外壳任何接合面或结构间隙，渗透到外壳内部的可燃性混合物在内部爆炸而不损坏，并且不会引起外部由一种、多种气体或蒸气形成的爆炸性环境的点燃。隔爆型“ｄ”按其允许使用爆炸性气体环境的种类分为I类和IIA、IIB、IIC类。该防爆型式设备适用于1、2区场所。

I类为煤矿井下用电气设备

2、增安型Exe增安型防爆型式是一种对在正常运行条件下不会产生电弧、火花的电气设备采取一些附加措施以提高其安全程度，防止其内部和外部部件可能出现危险温度、电弧和火花的可能性的防爆型式。该类型设备主要用于2区危险场所，部分种类可以用于1区，例如具有合适保护装置的增安型低压异步电动机、接线盒等。3、正压型Exp电气设备的一种防爆型式。它是一种通过保持设备外壳内部保护气体的压力高于周围爆炸性环境压力的措施来达到安全的电气设备。该类设备按照保护方法可以用于1区或2区危险场所。

4、本安型Exi

本质安全型防爆型式是在设备内部的所有电路都是由在标准规定条件(包括正常工作和规定的故障条件)下，产生的任何电火花或任何热效应均不能点燃规定的爆炸性气体环境的本质安全电路。本质安全型是从限制电路中的能量入手，通过可靠的控制电路参数将潜在的火花能量降低到可点燃规定的气体混合物能量以下，导线及元件表面发热温度限制在规定的气体混合物的点燃温度之下。该防爆型式只能应用于弱电设备中，该类型设备适用于0、1、2区(Ｅｘｉɑ)或1、2区(Ｅｘｉｂ)。5、油浸型Exo油浸型防爆型式是将整个设备或设备的部件浸在油内(保护液)，使之不能点燃油面以上或外壳外面的爆炸性气体环境。这是一个主要用于开关设备的老的防爆技术方法。形成的电弧、火花浸在油下。该类型设备适用于1区或2区危险场所。6、充砂型Exp充砂型防爆型式是一种在外壳内充填砂粒或其他规定特性的粉末材料，使之在规定的使用条件下，壳内产生的电弧或高温均不能点燃周围爆炸性气体环境的电气设备保护型式。该类型设备适用于1区或2区危险场所。7、浇封型Exm浇封型防爆型式是将可能产生引起爆炸性混合物爆炸的火花、电弧或危险温度部分的电气部件，浇封在浇封剂(复合物)中，使它不能点燃周围爆炸性混合物。该类设备适用于1、2区危险场所。国际电工委员会(IEC)

Exd［ia］IICT5

其中：

Ex—防爆

d—保护方式（隔爆型）

［ia］—本安输出关联设备

II—设备类别

C—气体组别

T5—温度组别〖〗CENELEC(欧洲电工委员会)

EExd［ia］IICT5

其中:

EEx—欧洲标志

d—保护方式（隔爆型）

［ia］—本安输出关联设备

II—设备类别

C—气体组别

T5—温度组别US(NEC505)(美国)*

ClassI,Zone1,AExd［ia］IICT5

其中:

ClassI—允许的类别

Zone1—允许使用的场所

A—美国国家标准

Ex—防爆

d—保护方式（防爆型）

［ia］—本安

II—设备类别

C—气体组别

T5—温度组别ＵＳ（ＮＥＣ５００）(美国)

ＥｘｐｌｏｓｉｏｎｐｒｏｏｆｗｉｔｈＩ．Ｓ．Ｏｕｔｐｕｔｓ，ＣｌɑｓｓＩ,Ｄｉｖｉｓｉｏｎ１,ＧｒｏｕｐＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｔ５

其中：

Ｅｘｐｌｏｓｉｏｎｐｒｏｏｆ

ｗｉｔｈＩ.Ｓ.Ｏｕｔｐｕｔｓ

—防护方式(除IS之外，可选择)

ＣｌɑｓｓＩ—允许的类别

Ｄｉｖｉｓｉｏｎ１—允许的等级(除2级外，可选择)

ＧｒｏｕｐｓＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ—允许的气体组别

Ｔ５—温度组别2.安全防爆的设计要点：

（1）限制本安电路的能量（2）安全措施

a）续流二极管钳位二极管

b）限流电阻

c）隔离电容

d）电源变压器

2.3控制系统的安全防爆3.安全防爆的设计举例：2.3控制系统的安全防爆1.防爆栅：电阻式、中继式、齐纳式和变压器隔离式。控制室现场VI3.安全防爆的设计举例：

2假定有一个矿用I类电路，是由一个20V的电池组（电池组内阻忽略，下同）与适当安装的可靠元件100Ω限流电阻组成的电源,并向一个200Ω、50mH的电感器供电,如图所示。

（已知：电池最小点燃电流为1A和储能原件的容许值曲线；电源按10%波动评估，安全系统取1.5）

2.3控制系统的安全防爆图

简单电感电路

100Ω最小

50mH最大200Ω最小

20V最大

I/mAL/mH200100300200V=22伏蓝色为I类曲线；红色为Ⅱ类曲线。3.安全防爆的设计举例：

3.图2-2所示电路，该电路预期在I类中应用。该电路，由30V电池组通过适当安装的可靠10kΩ电阻器与10uF电容器连接组成。在该示例中，30V和10uF值取为最大值，10kΩ取为最小值。（已知：电池最小点燃电流为1A和储能原件的容许值曲线；电源按10%波动评估，安全系统取1.5）这时，分别进行两个单独的评定：第一，保证电源本身是本质安全的，第二，考虑电容器情况的影响。2.3控制系统的安全防爆10uF最大

10KΩ最小

30V最大

图2-2简单电容电路C/uFV/v1050

Thankyou！简介

气动控制仪表的特点：结构简单，性能稳定可靠，维护方便，价格便宜，并且具有本质安全防爆性能，特别适用于石油、化工等有爆炸危险的场所。

电动控制仪表的特点：可以实现无滞后的远距离传送，同时又具有能源简单、便于和计算机配合的特点。由于采取安全火花防爆措施解决了防爆问题，电动仪表同样也能应用于易燃易爆的危险场所，因此在工业生产过程中得到