自动化仪表

电流不受传输线 及 负载电阻变化的影响 变化的影响， 电流不受 传输线及 负载电阻 变化的影响 ， 适 传输线 远距离传输； 于远距离传输； C Ii R Vi Vo Io
F = BIl sin θ
信号标准
1、气动仪表的信号标准
我国国家标准GB777《化工自动化仪表模拟气动信号》 我国国家标准GB777《 化工自动化仪表模拟气动信号》 GB777 规定了气动仪表信号的下限值和上限值， 如表所示 ， 规定了气动仪表信号的下限值和上限值 ， 如表所示， 该标准与国际IEC382是一致的。 该标准与国际IEC382是一致的。 IEC382是一致的 下限 20kPa(0.2Kgf/cm2) 上限 100kPa(1Kgf/cm2)
2、电动仪表的信号标准(GB339) 电动仪表的信号标准(
序号1的规定与国际标准IEC IEC381 一致。序号2 序号 1的规定与国际标准 IEC381 A一致。序号2考虑 DDZ到 DDZ-Ⅱ 系列单元组合仪表当时仍在广泛使用而设 置的。 置的。
序号 １ ２
电流信号 ４－２０mA 0-10mA
采用电流信号的优点： （1）采用电流信号的优点：
电流不受传输线 及 负载电阻变化的影响 变化的影响， 电流不受 传输线及 负载电阻 变化的影响 ， 传输线 远距离传输； 适于远距离传输 适于远距离传输； 电动单元组合仪表很多是采用力平衡原理 电动单元组合仪表很多是采用 力平衡原理 构成， 构成 ， 使用电流信号可直接与磁场作用产 生正比于信号的机械力； 生正比于信号的机械力； 对于要求电压输入的受信仪表和元件， 对于要求电压输入的受信仪表和元件，只 要在回路中串联电阻便可得到电压信号。 要在回路中串联电阻便可得到电压信号。 串联电阻便可得到电压信号
模拟式仪表
传输信号通常为连续变化的模拟量。 传输信号通常为连续变化的模拟量。这类仪表 线路较简单，操作方便， 线路较简单，操作方便，价格较低使用上均有较成 熟的经验。 熟的经验。
数字式仪表
传输信号通常为断续变化的数字量。 传输信号通常为断续变化的数字量。这些 仪表和装置是以微型计算机为核心，其功能完善， 仪表和装置是以微型计算机为核心，其功能完善， 性能优越，它能解决模拟式仪表难以解决的问题， 性能优越，它能解决模拟式仪表难以解决的问题， 满足现代化生产过程的高质量控制要求。 满足现代化生产过程的高质量控制要求。
锅炉汽包示意图
锅炉汽包水位控制系统
蒸汽
汽包
LT
LC
省煤器 给水 锅炉汽包水位控制系统
水位控制系统
自动化仪表与控制系统关系： 自动化仪表与控制系统关系： 控制系统关系
过程控制系统是实现生产过程自动化的 平台,而自动化仪表是过程控制系统不可 平台, 缺少的重要组成部分。 缺少的重要组成部分。
过程控制仪表及其控制系统的组成
电动自动化仪表； 电动自动化仪表； 自动化仪表 气动自动化仪表； 气动自动化仪表； 自动化仪表 液动自动化仪表； 液动自动化仪表； 自动化仪表 机械式自动化仪表。 机械式自动化仪表。 自动化仪表
电动控制仪表的特点： 电动控制仪表的特点：
信号传送速度快、传送距离远、 信号传送速度快、传送距离远、易于 与计算机联用。 与计算机联用。
单元组合式仪表 若干种能独立完成一定功能的
标准单元， 根据需要， 标准单元 ， 根据需要 ， 构成复 杂程度不同的控制系统。 杂程度不同的控制系统。 控制系统
自动化仪表与过程控制系统
什么是过程控制? 什么是过程控制? 过程控制是指在没有人直接参与的情况下， 过程控制是指在没有人直接参与的情况下，利 是指在没有人直接参与的情况下 用外加的设备或装置（ 用外加的设备或装置（称为过程控制仪表或装 置），使被控对象的工作状态或参数（压力、 ），使被控对象的工作状态或参数（压力、 使被控对象的工作状态或参数 物位、流量、温度、PH值等）自动地按照预定 物位、流量、温度、PH值等）自动地按照预定 值等 的规律运行。 的规律运行。
一、 自动化仪表的基本知识 二、 信号制及仪表信号标准的使用 三、 控制仪表的防爆知识 四、 自动化仪表的型号命名
一、自动化仪表的基本知识 自动化仪表的基本知识
自动化仪表及其分类
1.自动化仪表 1.自动化仪表 自动化生产中 特别是连续生产过程 在 自动化生产 中 ， 特别是 连续生产过程 中必须的一类专门的仪器仪表 自动化中必须的一类专门的仪器仪表。 自动化中必须的一类专门的仪器仪表。 检测变送仪表、控制仪表、执行器等。 检测变送仪表、控制仪表、执行器等。
需要调节其工艺参数的生产设备。 被控对象 － 需要调节其工艺参数的生产设备。 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, 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，输出一个控制信号去执行器。 规律进行运算后，输出一个控制信号去执行器。 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。 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、 显示 此外，根据需要还可设有显示、转换、计算、 辅助、给定装置。 辅助、给定装置。
功能划分主要可分为 主要可分为： 按功能划分主要可分为： 多功能自动化仪表； 多功能自动化仪表； 自动化仪表 单元组合式自动化仪表。 单元组合式自动化仪表。 自动化仪表 多功能仪表
将 测量 、 记录 、 调节仪表组合 测量、记录、 在一起的多功能自动化仪表。 在一起的多功能自动化仪表。 的多功能自动化仪表
阀门
调节对象 执行单元
被调量
检测元件 变送单元 调节单元
测量值 给定值
单元组 合仪表
给定单元
显示单元
过程控制系统框图
阀门：调节阀、电磁阀、 阀门：调节阀、电磁阀、气动蝶阀 四个基本环节：被控对象、检测仪表、控制器、执行器（显 四个基本环节：被控对象、检测仪表、控制器、执行器（ …… 示仪表根据需要可选） 示仪表根据需要可选） 开关泵、 泵：开关泵、变频泵
主要作用: 主要作用:
代替人工操作， 对生产过程进行测量 测量、 代替人工操作 ， 对生产过程进行 测量 、 控制、监督和 控制、监督和保护 。
2. 自动化仪表的分类 能源形式 信号类型 功能划分
（一）按能源形式分： 按能源形式分：
按能源形式分类主要可分为： 能源形式分类主要可分为： 分类主要可分为
过程控制系统举例
手动控制的步骤： 手动控制的步骤：
蒸汽
(1)观察水位数值； 观察水位数值； 观察水位数值 (2)把观察到的实际数值与 把观察到的实际数值与 设定值加以比较， 设定值加以比较，根据 偏差的大小及变化情况 做出判断，并发布命令。 做出判断，并发布命令。
汽包
省煤器 给水
(3)根据命令操作给水阀， 根据命令操作给水阀， 根据命令操作给水阀 使水位回到设定值。 使水位回到设定值。
自动控制是在人工控制的基础上发展起的。 自动控制是在人工控制的基础上发展起的。 锅炉是电厂、化工厂里常见的生产蒸汽的设备。 锅炉是电厂、化工厂里常见的生产蒸汽的设备。
锅炉汽包水位过低会影响蒸汽产生量， 锅炉汽包水位过低会影响蒸汽产生量，并很容易将汽包中的水烧干而发 生严重事故。汽包水位过高将使蒸汽带水滴并有溢出的危险。因此， 生严重事故。汽包水位过高将使蒸汽带水滴并有溢出的危险。因此，维 持锅炉汽包水位在设定的标准高度值上是保证锅炉正常运行的重要条件。 持锅炉汽包水位在设定的标准高度值上是保证锅炉正常运行的重要条件。 手三个器官分别担负了检测、 图（a）所示为人工控制。人的眼、脑、手三个器官分别担负了检测、 ）所示为人工控制。人的眼、 判断和运算、执行三个作用，来完成测量、求偏差、 判断和运算、执行三个作用，来完成测量、求偏差、再控制以及纠正偏 差的过程，保持汽包水位的恒定。 差的过程，保持汽包水位的恒定。 图（b）所示为自动控制。液位测量变送器将汽包视为高低的物理量测 ）所示为自动控制。 量出来并转换为工业仪表间的标准统一信号。 量出来并转换为工业仪表间的标准统一信号。控制器接受液位测量变送 器送来的标准统一信号， 器送来的标准统一信号，与锅炉工艺要求保持的标准水位高度信号相比 较得出偏差，按某种运算规律输出标准统一信号。 较得出偏差，按某种运算规律输出标准统一信号。控制阀接受控制器的 控制信号改变阀门的开度控制给水量，最终达到控制汽包水位稳定。 控制信号改变阀门的开度控制给水量，最终达到控制汽包水位稳定。
闸阀
球阀
三通阀
Hale Waihona Puke 蝶阀角阀二、
信号制及仪表信号标准 的使用
一、 控制仪表的信号制
信号制即信号标准， 信号制 即信号标准，是指仪表之间采用 即信号标准 的传输信号的类型和数值。
目的：达到通用性和相互兼容性的要求， 达到通用性和相互兼容性的要求，
以便不同系列或不同厂家生产的仪表能够共 同使用在同一控制系统中，实现系统的功能。 同使用在同一控制系统中，实现系统的功能。
气动控制仪表的特点： 气动控制仪表的特点：
结构简单、性能稳定、安全防爆、 结构简单、性能稳定、安全防爆、易 于维修。 于维修。
（二）按信号类型分： 按信号类型分：
按信号类型分类可分为： 信号类型分类可分为： 分类可分为 模拟式自动化仪表； 模拟式自动化仪表； 自动化仪表 数字式自动化仪表。 数字式自动化仪表。 自动化仪表
通常安装 于控制室 通常安装 于 现场
干扰 q 被控对象 y
x
xe = x-z z
p 控制器 控制阀
显示 仪表
变送器
温度（压力、液位、流量）变送器、在线成分分析仪 （通常输出：4~20mA、1～5V 通常输出：4~20mA、 温度（压力、液位、流量）变送器、 等标准信号）液位开关、料位开关、 通常输出on/off信号 传感器（Pt100、 信号) 等标准信号）液位开关、料位开关、接近开关 (通常输出on/off信号)传感器（Pt100、 热电偶……） 热电偶……）……
常用的仪表及装置
压力 变送器
压力 变送器
差压 变送器
测量膜合
双法兰差压送器
无纸 记录仪
测量精 确值
输出精 确值
测量百 分值
输出百 分值
Better Control 可编程 调节器
气动执 行机构
气动阀门 定位器
电动执 行机构
直通单、 直通单、 双座控 制阀
直通单、 直通单、 双座控 制阀
3. 组装式控制仪表 一种功能分离、结构组件化的成套仪表装置。 一种功能分离、结构组件化的成套仪表装置。
4 .数字控制仪表 数字控制仪表 以数字计算机为核心的数字控制仪表。 以数字计算机为核心的数字控制仪表。其外形 结构、面板布置保留了模拟式仪表的一些特征， 结构、面板布置保留了模拟式仪表的一些特征， 但其运算、控制功能更为丰富，通过组态可完成 但其运算、控制功能更为丰富， 各种运算处理和复杂控制。可和计算机配合使用， 各种运算处理和复杂控制。可和计算机配合使用， 以构成不同规模的分级控制系统。 以构成不同规模的分级控制系统。
（三）结构形式分： 结构形式分：
1.基地式控制仪表 基地式控制仪表 以指示、记录仪表为主体，附加某些控制机构。 以指示、记录仪表为主体，附加某些控制机构。 2.单元组合控制仪表 单元组合控制仪表 电动单元组合仪表： 电动单元组合仪表： DDZ−Ⅰ型 ；DDZ−Ⅱ型 ； − − DDZ−Ⅲ型 − 电源： 电源：220V AC ；24V DC ； 电信号：电流0～ 电信号：电流 ～10mA DC ； 4～20mA DC； ～ ； Vo：1～5V DC ： ～ 气动单元组合仪表：气源： 气动单元组合仪表：气源：140 kPa； ； 气信号： ～ 气信号：20～100 kPa
负载电阻 ２５０－７５０欧 ０－１０００欧 ０－３０００欧
国际电工委员会规定： 国际电工委员会规定： 过程控制系统的模拟标准信号为直流 过程控制系统的模拟标准信号为直流 电流4~20mA，直流电压1~5V。 ，直流电压 电流 。
我国DDZ型仪表采用的标准信号： 型仪表采用的标准信号： 我国 型仪表采用的标准信号 DDZ-Ⅰ型和DDZ-Ⅱ型仪表： 0~10mA Ⅰ型和 Ⅱ型仪表： DDZ-Ⅲ型仪表： Ⅲ型仪表： 4~20mA