第一節控制儀表與控制系統第二節控制儀表及裝置的分類第三節聯絡信號和傳輸方式第四節安全防爆的基本知識和防爆措施

概論上一頁目錄下一頁1

這里所指的控制儀表包括：在自動控制系統中廣泛使用的調節器、變送器、運算器、執行器等。現舉例說明其工作原理：圖0-1、例a.b第一節控制儀表與控制系統上一頁目錄下一頁2被控變量首先由檢測元件變換為易于傳遞的物理量，再經變送器轉換成相應的電信號，該信號送到調節器中，與給定值相比較得出的偏差，以一定的調節規律發出控制信號，控制執行器的動作，從而改變被控介質物料或能量的大小，直至被控變量與給定值相等。上一頁目錄下一頁3給定值圖a工藝控制流程圖Gc(s)Gp(s)

Gm(s)Y(s)R(s)圖b控制系統方框圖LC上一頁目錄下一頁4

第二節控制儀表與裝置分類

一、按能源形式分類:

可分為氣動、電動、液動等幾類。二、按信號類型分類:

可分為模擬式和數字式兩大類。三、按結構形式分類:

可分為基地式控制儀表、單元組合式、集散控制儀表、現場總線控制儀表。

上一頁目錄下一頁5常分為氣動、電動和液動。工業上常用氣動控制儀表和電動控制儀表。1、氣動控制儀表：20世紀40年代就廣泛應用于工業生產。其特點是：結構簡單、性能穩定、可靠性高、價格便宜且在本質上是安全防爆的。主要應用場合：石油、化工等有爆炸危險的場所。按能源類型分類：2、電動控制儀表：它的出現相對比較晚一些。

其特點是：信號傳輸、放大、轉換處理比氣動儀表容易的多，便于實現遠距離監視和操作，還易于與計算機等現代技術連用。主要應用場合：由于也采用了本質安全防爆措施，故同樣適應于易燃易爆場所。上一頁目錄下一頁6按信號類型分類：常分為模擬式和數字式。

1、模擬式控制儀表：其傳輸信號通常為連續變化的模擬量。

特點：線路簡單，操作方便，價格較低，在設計、制造、使用上均有較成熟的經驗。但逐漸有被數字儀表取代的趨勢。

應用場合：廣泛的應用于各工業部門。2、數字控制儀表：其傳輸信號通常為斷續變化的數字量。

特點：以微機為核心，功能完善，性能優越，滿足高質量控制要求，能解決模擬儀表難以解決的問題。現在多為智能儀表。上一頁目錄下一頁7按結構形式分類：基地式控制儀表單元組合式控制儀表集散式控制系統現場總線控制系統上一頁目錄下一頁8基地式控制儀表是以指示、記錄儀表為主體，附加控制機構而組成。其特點是：既有記錄、指示功能，也有控制功能，結構比較簡單。主要應用場合：常用于單機自動化系統，如XCT。基地式控制儀表上一頁目錄下一頁9單元組合式控制儀表各個儀表之間用統一的標準信號進行聯系，將各種獨立儀表進行不同的組合，可以構成適用于各種不同場合的自動檢測或控制系統。這類儀表有電動單元組合儀表（DDZ）和氣動單元組合儀表（QDZ）兩大類。它們都經歷了Ⅰ型，Ⅱ型和Ⅲ型的三個階段。電動單元組合儀表中還有模擬和數字技術相結合的DDZ-S型系列儀表。上一頁目錄下一頁10其特點是制造、使用、維護、比較方便。因此在石油、化工等諸多領域中廣泛應用。

DDZ在我國的發展型號應用年代代表產品特點DDZ-I型60年代初電子管體積大、笨重、耗電量大、易于引燃引爆DDZ-II型60年代末晶體管體積小、重量輕、性能得到了改善DDZ-III型70年代中線性集成電路采用安全火花防爆技術，精度、穩定性、可靠性高DDZ-S型現代（研究中）數學與模擬技術結合數字化、智能化、固態化、上一頁目錄下一頁11集散型控制系統(DCS系統)

DCS系統是一種以微型計算機為核心的計算機控制裝置。他在控制技術（control）

、計算機技術（computer）、通信技術（communication）、屏幕顯示技術（CRT）等四“C”技術迅速發展的基礎上研制成的一種新型控制系統。其基本特點是分散控制、集中管理。上一頁目錄下一頁12現場總線控制系統(FCS系統)

FCS系統基本特征是結構的網絡化和全分散性，系統的開放性，現場儀表的互可操作性、功能自治性以及環境的適應性。FCS系統在性能、功能上均比傳統的控制系統更優越，隨著現場總線技術的不斷完善，FCS將廣泛應用于工業自動化系統，并取代傳統的控制技術。缺點是：現場總線設備比較昂貴。上一頁目錄下一頁13第三節聯絡信號和傳輸方式一、聯絡信號二、電信號傳輸方式上一頁目錄下一頁14一、聯絡信號在實際自動化系統中所使用的各種儀表可分為現場儀表和控制室儀表。各種儀表之間為連接有效，使整個系統有機地結合為一個完整的自動化系統，儀表之間應有統一的標準聯絡信號和合適的傳輸方式，這就引出了信號制。上一頁目錄下一頁15信號制信號制：是指在成套儀表系列中，儀表之間采用何種統一聯絡信號來進行信號傳輸的問題。采用統一信號制優點：1.可以同一系列的各類儀表組成系統。2.還可以通過各種轉換器將不同系列的儀表連接起來混合使用，從而擴大了儀表的應用范圍。3.各類儀表還可同工業控制機等先進技術工具配合使用。上一頁目錄下一頁16（1）國際電工委員會(IEC)規定:電動模擬儀表采用4~20mA直流電流和1~5V直流電壓作為統一聯絡信號(與我國的DDZ-Ⅲ儀表相同)（2）氣動儀表的統一信號為:0.02~0.1Mpa上一頁目錄下一頁17模擬信號應用廣泛（模擬儀表之間）數字信號傳輸精度高、速度快，應用越來越廣泛（數字儀表及計算機之間）頻率信號一些變送器（如渦輪流量計）直接輸出頻率信號，抗干擾能力強，易于數字化1.信號類型：2.電模擬信號制的確定電模擬信號有交流和直流兩種。由于直流信號具有不受線路中電感、電容及負載性質的影響，不存在相移問題等優點，故世界各國多應用直流信號作為統一的聯絡信號。電動控制儀表上一頁目錄下一頁18二、電信號傳輸方式

：（一）模擬信號的傳輸

信號傳輸指的是電流信號傳輸和電壓信號傳輸。電流信號傳輸時，儀表是串聯連接的；而電壓信號傳輸時，儀表是并聯連接的。見下頁圖：上一頁目錄下一頁191.模擬電流信號的傳輸

任何一個儀表在拆離信號回路之前首先要把該儀表的兩個輸入端短接，否則其它儀表將會因電流中斷而失去信號儀表無公共接地點，須浮空工作上一頁目錄下一頁20電流的傳輸誤差（相對誤差）為：ζ=(Io-Ii)/Io={Io-Ro/[Ro+(Rcm+nRi)]?Io}/Io

=(Rcm+nRi)/(Ro+Rcm+nRi)×100%

式0-1為保證傳輸誤差e在允許的范圍內，應要求Ro>>Rcm+nRi所以有ζ≈(Rcm+nRi

)/Ro×100%

式0-2上一頁目錄下一頁21電流信號的優點：實際上，發送儀表的輸出電阻均很大（相當于一個恒電流源），導線電阻變化不大時仍能保證信號的傳輸精度。所以電流信號適用于遠距離傳輸。(如儀表要求電壓輸入，可在電流回路中串聯一個250W的電阻)。電流信號的缺點：由于接收儀表是串聯工作的，當一臺儀表出故障時將影響其他儀表工作，而且各臺接收儀表一般皆應浮空工作。若要使各臺儀表皆有自己的接地點，則應在儀表的輸入、輸出之間采取直流隔離措施。上一頁目錄下一頁222.模擬電壓信號的傳輸一臺發送儀表的輸出電壓要同時輸出給幾臺接收儀表時，這些接收儀表應當并接。如下圖0-3所示優點：

任何一個儀表拆離信號回路都不會影響其它儀表的運行。各個儀表具有公共接地點，可以共用一個直流電源。要求：接收儀表的輸入阻抗要足夠高上一頁目錄下一頁23由于接收儀表的輸入電阻Ri不是無限大，信號電壓Vo將在發送儀表內阻Ro及導線電阻Rcm上產生一部分壓降，從而造成傳輸誤差。上一頁目錄下一頁24電壓信號的傳輸誤差可用如下公式表示：ζ

=（Vo-Vi）/Vo=[Vo-Ri·Vo/n(Ro+Rcm+Ri/n)]/Vo=(Ro+Rcm)/(Ro+Rcm+Ri/n)×100%

式0-3減小的傳輸誤差ζ，應滿足Ri/n>>Ro+Rcm所以ζ≈n·（Ro+Rcm）/Ri

×

100%

式0-4式中n為接收儀表的個數上一頁目錄下一頁253.變送器與控制室儀表間的信號傳輸（1）四線制傳輸

（2）兩線制傳輸變送器是現場儀表，其輸出信號送至控制室中，而它的供電又來自控制室。變送器的信號傳送和供電方式通常有如下兩種：上一頁目錄下一頁26（1）四線制傳輸供電電源和輸出信號分別用兩根導線傳輸，如左圖所示：在此傳輸方式中，若變送器的一個輸出端與電源裝置的負端相連，即為三線制傳輸。上一頁目錄下一頁27（2）兩線制傳輸變送器現場電源裝置Ri接收儀表控制室圖0-5兩線制傳輸這兩根線既為信號線又為電源線優點：可以節省大量電纜線和安裝費用且利于防爆。上一頁目錄下一頁28第四節安全防爆的基本知識和防爆措施一、安全防爆的基本知識二、本質安全型防爆儀表和防爆措施三、安全柵上一頁目錄下一頁29一、安全防爆的基本知識（一）、爆炸危險場所的分類、分級（二）、爆炸性物質的分級、分組（三）、電氣設備的防爆等級上一頁目錄下一頁30（一）、爆炸危險場所的分類、分級按物態分：氣體爆炸危險場所、粉塵爆炸危險場所。0級區域在正常情況下，爆炸性氣體混合物連續的、頻繁的出現或長時間存在的場所1級區域在正常情況下，爆炸性氣體混合物有可能出現的場所。2級區域在正常情況下，爆炸性氣體混合物不能出現，僅在異常情況下偶爾或短時間出現的場所（1）、氣體爆炸危險場所的區域等級上一頁目錄下一頁31（2）.粉塵爆炸危險場所的區域等級根據爆炸性粉塵或可燃纖維與空氣混合物出現的頻繁程度和持續時間分為以下兩個區域等級。10級區域：在正常情況下，爆炸性粉塵或可燃纖維與空氣的混合物可能連續地、頻繁地出現或長時間存在的場所。11級區域：在正常情況下，爆炸性粉塵或可燃纖維與空氣的混合物不能出現，僅在不正常情況下偶爾短時間出現的場所。上一頁目錄下一頁32（二）、爆炸性物質的分級、分組1、爆炸性氣體、蒸汽的分級2、爆炸性粉塵的分級3、爆炸性物質的分組上一頁目錄下一頁331、爆炸性氣體、蒸汽的分級（1）、按最大試驗安全間隙分級：在規定的標準試驗條件下，火焰不能傳播的最大間隙稱為最大試驗間隙（MESG）。按爆炸性氣體、蒸汽的最大試驗安全間隙可分為以下幾級：無級：MESG=1.14mm為甲烷，作為起始點A級：0.9<MESG<1.14mmB級：0.5<MESG≤

0.9mmC級:MESG≤

0.5mm上一頁目錄下一頁34(2).按最小點燃電流比分級在規定的標準實驗條件下，調節最小點燃電流，以甲烷的最小點燃電流為標準，定為1.0，其他物質的最小點燃電流與之比較，得出最小點燃電流比（MICR）為：某物質的最小點燃電流比=某物質的最小點燃電流/甲烷最小點燃電流。按爆炸性氣體、蒸汽的最小點燃電流比，可分等級：無級：

MICR=1.0級為甲烷，作為起始點A級:

0.8<MICR<1.0B級:

0.45<MICR≤0.8C級:

MICR≤0.45由此可見，爆炸性氣體、蒸汽的最大安全間隙越小，最小點燃電流也越小。上一頁目錄下一頁352、爆炸性粉塵的分級

爆炸性粉塵的分級是按粉塵的物理性質劃分的方法為：

A級：非導電性的可燃粉塵與非導電性的可燃纖維

B級：導電性的爆炸性粉塵與火藥、炸藥粉塵上一頁目錄下一頁363、爆炸性物質的分組爆炸性物質按引燃溫度分組：（在沒有明火源的條件下，不同物質加熱引燃所需要的溫度是不同的，因為自燃點不同）按引燃溫度可分為六組，如表：組別T1T2T3T4T5T6引燃溫度t/℃

>450450≥t>300300≥t>200200≥t>135135≥t>100100≥t>85用于不同組別的防爆電器設備，其表面允許最高溫度各不相同，不可隨便混用。上一頁目錄下一頁37（三）、電氣設備的防爆等級

（此部分參考教材P7）電器設備的防爆等級常用的有以下三種：1.本質安全型(i)本質安全型電器設備的全部電路均為本質安全電路（正常工作或規定的故障狀態下產生的電火花和熱效應不能點燃爆炸性混合物的電路）ia級:在正常工作,一個或兩個故障時均不能點燃爆炸性氣體混合物的電器設備.ib級:在正常工作和一個故障時不能點燃爆炸性混合物的電路.上一頁目錄下一頁382.隔爆型(d)隔爆型電器設備具有隔爆外殼.該外殼能承受內部爆炸性其體混合物的爆炸壓力,并阻止內部的爆炸向外殼周圍爆炸性混合物傳播.3.增安型(e)增安型電器設備是指采取措施提高安全程度,以避免在正常和認可的過載條件下產生電弧火花或危險溫度的電器設備.控制儀表使用的安全等級主要為:本質安全型和隔爆型上一頁目錄下一頁39二、