概論電氣信息工程學院自動化教研室自動調節儀表主講教師：王婷婷2011.9T：6504062：2007wangtingting@163.com1學時：48（含實驗學時：6）學分：3課程類別：必修課程性質：專業課考核方式：閉卷考試（成績分布為：卷面77%、實驗13%、平時10%）先修課程：自動檢測技術、自動控制原理、過程控制工程，模擬電路。要求：掌握控制儀表的工作原理和構成，電路原理圖的組成和線路分析，PID參數的調整等。課程簡介2電氣信息工程學院自動化教研室吳勤勤《控制儀表與裝置》（第三版）化學工業出版社2008張永德《過程控制裝置》（第三版）化學工業出版社2010教材及參考書3電氣信息工程學院自動化教研室章節安排概論

0.1控制儀表與控制系統

0.2控制儀表及裝置的分類

0.3聯絡信號和傳輸方式

0.4安全防爆的基本知識和防爆措施第一章模擬式控制器

1.1控制器的運算規律和組成方式

1.2基型控制器

1.3特種控制器和附加單元4電氣信息工程學院自動化教研室第二章變送器和轉換器

2.1變送器的構成

2.2差壓變送器

2.3溫度變送器

2.4電/氣轉換器

章節安排5電氣信息工程學院自動化教研室

0.1控制儀表與控制系統

0.2控制儀表及裝置的分類

0.3聯絡信號和傳輸方式

0.4安全防爆的基本知識和防爆措施概論概論6電氣信息工程學院自動化教研室0.1控制儀表與控制系統自動控制系統一般由控制對象、變送器、控制器和執行器構成，方框圖如下所示：圖1(a)簡單控制系統框圖被控介質測量值被控變量設定值-變送器控制器執行器控制對象偏差7電氣信息工程學院自動化教研室圖1(c)

加熱爐溫度控制系統方框圖TC101圖1(b)加熱爐溫度控制系統TT101燃料執行器溫度變送器溫度控制器原料加熱爐被控介質測量值被控變量設定值-溫度變送器TC控制閥加熱爐偏差8電氣信息工程學院自動化教研室控制對象－需要調節其工藝參數的生產設備。

如壓力、流量、溫度等工藝變量。變送器

－把工藝參數轉換成標準統一信號的裝置。控制器

－將來自變送器的測量值與給定信號相比較后產生的偏差信號,按照預先設定好的控制規律進行運算后，輸出一個控制信號送給執行器。執行器

－把控制器的輸出信號轉換成直線位移或角位移，以控制閥門的開度。此外，根據需要還可設有顯示、轉換、計算、輔助、給定裝置。9電氣信息工程學院自動化教研室

控制儀表及裝置可按能源形式、信號類型和結構形式來分類。

一、按能源形式分類

1、氣動：壓縮空氣為能源。

2、電動：電源為能源。

3、液動：液壓為能源。工業上主要使用電動和氣動控制儀表。0.2控制儀表及裝置的分類10電氣信息工程學院自動化教研室氣動薄膜直通單座閥氣動薄膜直通雙座閥氣動蝶閥氣動球閥氣動切斷閥氣動薄膜角形閥1、氣動控制儀表11電氣信息工程學院自動化教研室1、氣動控制儀表12電氣信息工程學院自動化教研室氣動儀表的特點：結構簡單，性能穩定可靠；維護方便，價格便宜；具有本質安全防爆性能。1、氣動控制儀表13電氣信息工程學院自動化教研室電動直通單座閥電動隔膜閥電動三通閥電磁閥手動截止閥2、電動控制儀表14電氣信息工程學院自動化教研室2、電動控制儀表15電氣信息工程學院自動化教研室電動控制儀表的特點：可以實現無滯后的遠距離傳送；能源簡單、便于和計算機配合；可應用于易燃易爆的危險場所。2、電動控制儀表16電氣信息工程學院自動化教研室電動控制儀表氣動控制儀表能源電源（220VAC/24VDC）氣源（140kPa）傳輸信號電信號（電壓、電流、數字）氣壓信號元、器件電子元器件氣動元件接線導線導管電磁干擾與防爆受電磁干擾影響，須采取抗干擾、防爆措施不受電磁干擾影響本質上安全防爆電動控制儀表和氣動控制儀表的比較17電氣信息工程學院自動化教研室3、液動控制儀表結構簡單、緊湊、體積小。傳動平穩可靠，有緩沖無撞擊現象。可根據需要采用不同的液壓油，可防爆。液動控制儀表的特點：18電氣信息工程學院自動化教研室1、模擬儀表傳輸信號為連續變化的模擬量。

如氣動儀表，電動單元組合儀表I、II、III型等。2、數字儀表傳輸信號為斷續變化的數字量。如可編程調節器、控制器、DCS、FCS

等。

二、按信號類型分類：模擬式和數字式。19電氣信息工程學院自動化教研室1.基地式儀表：包含多種功能部件（傳感、指示、記錄、控制、執行等部分），設計成一個整體。2.單元組合式儀表：將儀表劃分成能獨立實現某種功能的若干單元，單元間用標準信號聯系。3.集散控制系統（DCS）：以微型計算機為核心,實現分散控制和集中管理。4.現場總線控制系統（FCS）:

現場總線將具有數字通信能力的現場儀表相連接,并同上層監控管理級一起構成分布式控制網絡。三、按結構形式分類20電氣信息工程學院自動化教研室1.基地式儀表21電氣信息工程學院自動化教研室2.單元組合式儀表(1)DDZ-I,II,III,S型22電氣信息工程學院自動化教研室2.單元組合式儀表(1)DDZ-I,II,III,S型23電氣信息工程學院自動化教研室(1)DDZ-I,II,III,S型2.單元組合式儀表24電氣信息工程學院自動化教研室(2)QDZ-I,II,III,S型2.單元組合式儀表單元組合儀表由變送、調節、給定、顯示、轉換、計算、執行、輔助等八大儀表單元組成。25電氣信息工程學院自動化教研室變送單元調節單元(2)QDZ-I,II,III,S型2.單元組合式儀表26電氣信息工程學院自動化教研室輔助單元給定單元(2)QDZ-I,II,III,S型2.單元組合式儀表27電氣信息工程學院自動化教研室運算單元轉換單元(2)QDZ-I,II,III,S型2.單元組合式儀表28電氣信息工程學院自動化教研室顯示單元執行單元(2)QDZ-I,II,III,S型2.單元組合式儀表29電氣信息工程學院自動化教研室3.集散控制系統JX-300X30電氣信息工程學院自動化教研室3.集散控制系統31電氣信息工程學院自動化教研室3.集散控制系統32電氣信息工程學院自動化教研室3.集散控制系統33電氣信息工程學院自動化教研室4.現場總線控制系統34電氣信息工程學院自動化教研室4.現場總線控制系統35電氣信息工程學院自動化教研室4.現場總線控制系統36電氣信息工程學院自動化教研室0.3聯絡信號和傳輸方式一、聯絡信號1、聯絡信號是指在成套儀表系列中，儀表之間采用的傳輸信號的類型和數值。2、聯絡信號類型:氣動儀表：20~100KPa電動儀表：模擬信號(0~10mA、4~20mA及1~5V)、數字信號、頻率信號37電氣信息工程學院自動化教研室3、電模擬信號制的確定（1）信號下限從零開始有利于模擬量運算。（2）信號下限從某值開始（活零點）便于檢驗儀表是否斷電，并可實現兩線制。（3）信號上限高，產生的電磁平衡力大，利于設計平衡式變送器。（4）信號上限低，有利于減少功率損耗和提高儀表防爆性能。38電氣信息工程學院自動化教研室1、直流電流傳輸電流信號傳輸時儀表之間串聯

為減小傳輸誤差，要求：

R0足夠大，而Rcm

及Ri

應比較小（一）模擬信號的傳輸二、電信號的傳輸方式U0R0I0IiRiRiRcm發送儀表接收儀表n臺39電氣信息工程學院自動化教研室直流電流傳輸的特點優點適于遠距離傳輸。缺點回路中增減接收儀表時，將影響其它儀表的工作。40電氣信息工程學院自動化教研室2、直流電壓傳輸電壓信號傳輸時儀表之間并聯

為減小傳輸誤差，要求：

R0和Rcm

盡量小，Ri

大些。接收儀表RiRcm／２發送儀表R0U0Rcm／２IiRiRiUi41電氣信息工程學院自動化教研室直流電壓傳輸的特點優點增加或取消某個接收儀表不影響其他儀表的工作。缺點

不適于遠距離傳輸。現場與控制室儀表之間采用直流電流信號，

控制室內部

儀表之間采用直流電壓信號。42電氣信息工程學院自動化教研室（二）變送器與控制室儀表間的信號傳輸電源裝置變送器現場控制室四線制接收儀表兩線制變送器現場電源裝置控制室接收儀表要實現兩線制，必須采用活零點的電流信號。因電源線和信號線公用，電源供給變送器的功率是通過信號電流提供的。變送器輸出電流為下限值時，應保證它內部的半導體器件仍能正常工作。故信號電流下限值不能過低。43電氣信息工程學院自動化教研室0概論0.4安全防爆基本知識和防爆措施44電氣信息工程學院自動化教研室>一、安全防爆基本知識（一）爆炸危險場所的區域劃分1、氣體爆炸危險場所依據：爆炸性氣體出現的頻繁程度和持續時間0區(Zone0)

－在正常情況下，爆炸性氣體混合物連續地、頻繁地出現或長時間存在的場所。1區(Zone1)－在正常情況下，爆炸性氣體混合物有可能出現的場所。2區(Zone2)－在正常情況下，爆炸性氣體混合物不可能出現，或即使出現也是短時間存在的場所。45電氣信息工程學院自動化教研室>一、安全防爆基本知識（一）爆炸危險場所的區域劃分2、粉塵爆炸危險場所的區域等級依據：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10區

－在正常情況下，爆炸性粉塵或可燃纖維與空氣混合物可能連續地、頻繁地出現或長時間存在的場所。（選用本質安全型電氣設備）11區－在正常情況下，爆炸性粉塵或可燃纖維與空氣混合物不可能出現，或即使出現也是短時間存在的場所。（選用隔爆型、增安型電氣設備）46電氣信息工程學院自動化教研室（二）爆炸性氣體的分級按最大試驗安全間隙MESG(火焰不能傳播的最大間隙)和最小點燃電流比MICR來分級：可分為A、B、C三級。(1)按MESG:MESG=1.14mm，甲烷，作為起始點，無等級；

0.9mm<MESG<1.14mmA級

0.5mm<MESG≤0.9mmB級

MESG≤

0.5mmC級------最危險！(2)按MICR：MICR=1.0甲烷(MICR=某物質的最小點燃電流/甲烷的~)0.8<MICR<1.0A級

0.45<MICR≤

0.8B級

MICR≤

0.45C級------最危險！MESG小——MICR小——危險！47電氣信息工程學院自動化教研室（三）

爆炸性物質的分組

按引燃溫度可分為六組：組別引燃溫度t/℃T1>450T2450≧t>300T3300≧t>200組別引燃溫度t/℃T4T5135≧t>100T6100≧t>85200≧t>135適用于T5的設備不適用于T648電氣信息工程學院自動化教研室（四）防爆電氣設備的分類、分組防爆電氣設備分為兩大類：Ⅰ類：煤礦用電氣設備Ⅱ類：工廠用電氣設備（按爆炸性氣體特性分為：）工廠用電氣設備防爆型式有以下八種：隔爆型(d)、本質安全型(i)、增安型(e)、正壓型(p)、充油型(o)、充砂型(q)、澆封型(m)和無火花型(n)。本質安全型設備又可以分為ia和ib兩個等級。ⅡAⅡBⅡC(用于最危險場所)

49電氣信息工程學院自動化教研室防爆標志及其含義防爆標志由以下5個部分構成：1、標志EX

－表示該設備為防爆電氣設備。2、防爆型式－表明該設備采用何種措施進行防爆，如

d為隔爆型，i為本安型等。3、設備類別－I為煤礦井下用電設備，II為工廠用設備。4、防爆級別－為A、B、C三級，表明防爆能力強弱。5、溫度組別－為T1~T6六組，說明該設備的最高表面溫度允許值。例如：EXiaIICT5表示II類本質安全型ia等級C級T5組。EXiaIICT550電氣信息工程學院自動化教研室隔爆型儀表如：ExdIIBT3具有隔爆外殼，儀表的電路和接線端子全部置于防爆殼體內。它能承受儀表內部因故障產生爆炸性氣體混合物的爆炸壓力。這類儀表適用于1區、2區危險場所。本質安全型儀表

本安儀表的全部電路均為本質安全電路，電壓和電流被限制在允許的范圍內，保證儀表產生的電火花和熱效應不致于引爆其周圍爆炸性氣體混合物。ia本安儀表：工況下一或兩個故障都不會引燃爆炸性氣體，0區危險場所;ib本安儀表：工況下一個故障不會引燃爆炸性氣體，1區和2區危險場所.>二、常用防爆型控制儀表51電氣信息工程學院自動化教研室本安防爆系統本安型變送器本安型執行器控制器安全柵安全柵電源箱非危險場所（控制室）危險場所（現場）危險場所（現場）>三、控制系統的防爆措施（一）本安防爆系統本安防爆系統應滿足的兩個條件：在危險場所使用本安防爆儀表控制室儀表和危險場所儀表之間設置安全柵，以限制流入危險場所的能量。52電氣信息工程學院自動化教研室進液出料量非安全火花型自動控制系統氣動執行器差壓式液位變送器V4~20mA1~5V控制器Q出Q進LP氣ρ4~20mAVIII顯示儀表危險場所:現場非危險場所:控制室△P液位配電器I24VDC24VDC53電氣信息工程學院自動化教研室進液出料量氣動執行器差壓式液位變送器V4~20mA1~5VQ出Q進LP氣ρ4~20mA4~20mAVII操作端安全柵I顯示儀表危險場所:現場非危險場所:控制室△P液位檢測端安全柵24VDC24VDC24VDC安全火花型防爆系統控制器V<30VDCI<30mADCI54電氣信息工程學院自動化教研室安全火花型防爆系統55電氣信息工程學院自動化教研室安全柵56電氣信息工程學院自動化教研室安全柵信號隔離器、配電器、安全柵57電氣信息工程學院自動化教研室安全柵58電氣信息工程學院自動化教研室（二）安全柵作為控制室儀表和現場儀表的關聯設備，是本安系統的重要組成部分。既傳輸信號又限制流入危險場所的能