控制仪表及装置第0章概论.ppt

《控制仪表及装置第0章概论.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《控制仪表及装置第0章概论.ppt（26页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、控制仪表及装置控制仪表及装置王先平王先平1390700591513907005915控制仪表与控制系统控制仪表与控制系统控制仪表及装置的分类控制仪表及装置的分类 联络信号和传输方式联络信号和传输方式安全防爆安全防爆 第第0篇篇 概论概论 0.10.1控制仪表与控制系统控制仪表与控制系统控制仪表与装置是实现生产过程自动化必不控制仪表与装置是实现生产过程自动化必不可少的工具可少的工具 如图为一加热炉温度控制系统如图为一加热炉温度控制系统 温度变送器、控制器和执行器构成了温度变送器、控制器和执行器构成了一个单回路控制系统一个单回路控制系统 为了提高控制系统的功能，还可增加一些为了提高控制系统的功能，

2、还可增加一些仪表，如显示器、手操器等。而为了改善仪表，如显示器、手操器等。而为了改善控制质量，还可以采用串级控制等其他更控制质量，还可以采用串级控制等其他更复杂的控制方案。显然，这将需要用到更复杂的控制方案。显然，这将需要用到更多的仪表多的仪表 实际所用的仪表，可以是电动的、气动实际所用的仪表，可以是电动的、气动的，也可以是各种控制装置，所有这些的，也可以是各种控制装置，所有这些仪表或装置都属于控制仪表与装置范畴。仪表或装置都属于控制仪表与装置范畴。显而易见，如果没有这些仪表或装置，显而易见，如果没有这些仪表或装置，就不可能实现自动控制就不可能实现自动控制 控制仪表包括：在自动控制系统中广泛应

3、用的调节器、变送器、运算器、执行器等，以及控制仪表包括：在自动控制系统中广泛应用的调节器、变送器、运算器、执行器等，以及新型控制仪表与装置新型控制仪表与装置 0.20.2控制仪表及装置的分类控制仪表及装置的分类控制仪表与装置可按能源、信号类型和结构形式来分类控制仪表与装置可按能源、信号类型和结构形式来分类 0.2.10.2.1按能源形式分类按能源形式分类 分为电动、气动、液动和机械式等几类。工业上普遍使用分为电动、气动、液动和机械式等几类。工业上普遍使用电动控制仪表电动控制仪表和和气动控制仪表气动控制仪表。两者之间的比较如下表所示两者之间的比较如下表所示 电动电动控制控制仪仪表表气气动动控制控

4、制仪仪表表能源能源电电源（源（220VAC220VAC或或24VDC24VDC）气源（气源（140KPA-280KPA）传输传输信号信号电电信号（信号（电电源、源、电压电压或数字）或数字）气信号气信号构成构成电电子元器件（子元器件（电电阻、阻、电电容、容、电电子放子放大器、集成大器、集成电电路、微路、微处处理器等）理器等）气气动动元件（气阻、气容、气元件（气阻、气容、气动动放大器等）放大器等）接接线线导线导线、印刷、印刷电电路板路板导导管、管路板管、管路板气动控制仪表在气动控制仪表在2020世纪世纪4040年代起就已广泛应用于工业生产。它具有结构简单、性能稳定、可靠年代起就已广泛应用于工业生产

5、。它具有结构简单、性能稳定、可靠性高、易于维护、安全防爆等特点。特别适用于石油、化工等有爆炸危险的场所。性高、易于维护、安全防爆等特点。特别适用于石油、化工等有爆炸危险的场所。电动仪表具有能源获取方便，信号传输和处理容易，便于实现集中显示和操作等特点。因此，电动仪表具有能源获取方便，信号传输和处理容易，便于实现集中显示和操作等特点。因此，尽管它的出现仅有几十年历史，但发展迅速，短短几十年间已几次升级换代，新产品也层出尽管它的出现仅有几十年历史，但发展迅速，短短几十年间已几次升级换代，新产品也层出不穷。特别是计算机技术、微电子技术和网络通信技术的发展和广泛应用，更使电动控制仪不穷。特别是计算机技

6、术、微电子技术和网络通信技术的发展和广泛应用，更使电动控制仪表产生了飞跃的发展。目前在工业上电动仪表得到了最为广泛的应用。表产生了飞跃的发展。目前在工业上电动仪表得到了最为广泛的应用。0.2.20.2.2按信号类型分按信号类型分 分为模拟式和数字式两大类分为模拟式和数字式两大类 模拟式模拟式：由模拟元器件构成，其传输信号通常为连续变化的模拟量，如电流、电压、气压等：由模拟元器件构成，其传输信号通常为连续变化的模拟量，如电流、电压、气压等信号。这类仪表线路比较简单，操作方便，使用灵活，价格较低，长期以来广泛应用于工业信号。这类仪表线路比较简单，操作方便，使用灵活，价格较低，长期以来广泛应用于工业

7、生产。生产。数字式数字式：以微处理器、单片机等大规模集成电路芯片为核心。其传输信号通常为断续变化的：以微处理器、单片机等大规模集成电路芯片为核心。其传输信号通常为断续变化的数字量，如脉冲信号。这类仪表由于可进行各种数字运算和逻辑判断，其功能完善，性能优数字量，如脉冲信号。这类仪表由于可进行各种数字运算和逻辑判断，其功能完善，性能优越，能解决模拟式仪表难以解决的问题，因此越来越广泛地应用于生产过程的自动控制越，能解决模拟式仪表难以解决的问题，因此越来越广泛地应用于生产过程的自动控制 0.2.30.2.3按结构形式分按结构形式分 分为基地式、单元组合式、集散型计算机控制系统（分为基地式、单元组合式

8、、集散型计算机控制系统（DCSDCS）、现场总线控制系统（）、现场总线控制系统（FCSFCS）基地式控制仪表基地式控制仪表 基地式控制仪表相当于把单元组合仪表的几个单元组合在一起，构成一个仪表。它通常以指基地式控制仪表相当于把单元组合仪表的几个单元组合在一起，构成一个仪表。它通常以指示、记录仪为主体，附加控制、测量、给定等部件而构成，其控制信号输出一般为开关量，示、记录仪为主体，附加控制、测量、给定等部件而构成，其控制信号输出一般为开关量，也可以是标准统一信号。近年来也有在智能变送器、智能式执行机构或智能阀门定位器中带也可以是标准统一信号。近年来也有在智能变送器、智能式执行机构或智能阀门定位器

9、中带有控制功能的。一个基地式仪表具有多种功能，与执行器联用或与变送器联用，便可构成一有控制功能的。一个基地式仪表具有多种功能，与执行器联用或与变送器联用，便可构成一个简单的控制系统。通常该类仪表性能价格比高，适合用于单参数的控制系统个简单的控制系统。通常该类仪表性能价格比高，适合用于单参数的控制系统 单元组合式控制仪表单元组合式控制仪表 是根据控制系统各组成环节的不同功能和使用要求，将仪表做成能实现一定功能的独立仪表（称是根据控制系统各组成环节的不同功能和使用要求，将仪表做成能实现一定功能的独立仪表（称为单元），各个仪表之间用统一的标准信号进行联系。将各种单元进行不同的组合，可以构成多为单元）

10、，各个仪表之间用统一的标准信号进行联系。将各种单元进行不同的组合，可以构成多种多样、适用于各种不同场合需要的自动检测或控制系统。有电动单元（种多样、适用于各种不同场合需要的自动检测或控制系统。有电动单元（DDZDDZ）和气动单元）和气动单元（QDZQDZ）两大类。它们都经历了）两大类。它们都经历了型、型、型、型、型的三个发展阶段，经过不断改进，性能日臻完型的三个发展阶段，经过不断改进，性能日臻完善。电动单元组合仪表中还有模拟技术和数字技术相结合的善。电动单元组合仪表中还有模拟技术和数字技术相结合的DDZ-SDDZ-S型系列仪表型系列仪表 单元组合仪表可分为：单元组合仪表可分为：变送单元、执行单

11、元、控制单元、转换单元、运算单元、显示单元、变送单元、执行单元、控制单元、转换单元、运算单元、显示单元、给定单元和辅助单元给定单元和辅助单元八大类八大类 各单元的作用如下：各单元的作用如下：变送单元变送单元它能将各种被测参数，如温度、压力、流量、液位等物理量变换成相应的标准统一它能将各种被测参数，如温度、压力、流量、液位等物理量变换成相应的标准统一信号（信号（4-20mA4-20mA，0-10mA0-10mA或或20-100KPa20-100KPa）传送到接收仪表或装置，以供指示、记录或控制）传送到接收仪表或装置，以供指示、记录或控制 其品种主要有：温度变送器、压力（差压）变送器、流量变送器、

12、液位变送器等其品种主要有：温度变送器、压力（差压）变送器、流量变送器、液位变送器等 转换单元转换单元将电压、频率等电信号转换为标准统一信号，或者进行标准统一信号之间的转换，将电压、频率等电信号转换为标准统一信号，或者进行标准统一信号之间的转换，以使不同信号可以在同一控制系统中使用以使不同信号可以在同一控制系统中使用 品种有：直流毫伏转换器、频率转换器、电品种有：直流毫伏转换器、频率转换器、电/气转换器、气气转换器、气/电转换器等电转换器等 控制单元控制单元它将来自变送单元的测量信号与给定信号进行比较，按照偏差给出控制信号，它将来自变送单元的测量信号与给定信号进行比较，按照偏差给出控制信号，去控

13、制执行器的动作。去控制执行器的动作。品种有：品种有：PIDPID控制器、控制器、PIPI控制器、控制器、D D控制器以及具有特种功能的控制器等控制器以及具有特种功能的控制器等 运算单元运算单元它将几个标准统一信号进行加、减、乘、除、开方、平方等运算，适用于多种它将几个标准统一信号进行加、减、乘、除、开方、平方等运算，适用于多种参数综合控制、比例控制、流量信号的温度压力补偿计算等。参数综合控制、比例控制、流量信号的温度压力补偿计算等。品种有：加减器、乘除器和开方器等品种有：加减器、乘除器和开方器等 显示单元显示单元它对各种被测参数进行指示、记录、报警和积算，供操作人员监视控制系统和它对各种被测参

14、数进行指示、记录、报警和积算，供操作人员监视控制系统和生产过程工况之用。生产过程工况之用。品种有：指示仪、指示记录仪、报警器、比例积算器和开方积算器等品种有：指示仪、指示记录仪、报警器、比例积算器和开方积算器等 给定单元给定单元它输出标准统一信号，作为被控制变量的给定值送到控制单元，实现定值控它输出标准统一信号，作为被控制变量的给定值送到控制单元，实现定值控制。给定单元的输出也可以供给其他仪表作为参考基准值。制。给定单元的输出也可以供给其他仪表作为参考基准值。品种有：恒流给定器、定值器、比值给定器和时间程序给定器等品种有：恒流给定器、定值器、比值给定器和时间程序给定器等 执行单元执行单元它按照

15、控制器输出的控制信号或手动操作信号，去改变控制变量的大小。它按照控制器输出的控制信号或手动操作信号，去改变控制变量的大小。品种有：角行程电动执行器、直行程电动执行器和气动薄膜调节阀等品种有：角行程电动执行器、直行程电动执行器和气动薄膜调节阀等 辅助单元辅助单元辅助单元是为了满足自动控制系统某些要求而增设的仪表，如操作器、阻尼器、辅助单元是为了满足自动控制系统某些要求而增设的仪表，如操作器、阻尼器、限幅器、安全栅等等。操作器用于手动操作，同时又起手动限幅器、安全栅等等。操作器用于手动操作，同时又起手动/自动的双向切换作用；阻尼器自动的双向切换作用；阻尼器用于压力或流量等信号的平滑、阻尼；限幅器用

16、以限制信号的上、下限值；安全栅用来将危用于压力或流量等信号的平滑、阻尼；限幅器用以限制信号的上、下限值；安全栅用来将危险场所与非危险场所隔开，起安全防爆作用险场所与非危险场所隔开，起安全防爆作用 单元组合仪表是根据控制系统各组成环节的不同功能和单元组合仪表是根据控制系统各组成环节的不同功能和使用要求进行划分的，所以学习这类仪表不仅有利于了使用要求进行划分的，所以学习这类仪表不仅有利于了解仪表的必备功能，也有利于仪表基本概念的学习和掌解仪表的必备功能，也有利于仪表基本概念的学习和掌握，而且还有利于掌握如何选择仪表构成所需要的控制握，而且还有利于掌握如何选择仪表构成所需要的控制系统或测量系统系统或

17、测量系统 。集散控制系统（集散控制系统（DCS系统）（系统）（DISTRIBUT CONTROL SYSTEM）DCSDCS系统是一种以微型计算机为核心的计算机控制装置。其基本特系统是一种以微型计算机为核心的计算机控制装置。其基本特点是分散控制、集中管理。点是分散控制、集中管理。DCSDCS通常由控制站（下位机）、操作站（上位机）和过程通信网络通常由控制站（下位机）、操作站（上位机）和过程通信网络三部分组成。控制站完成数据采集、处理及控制等作用，它可以由三部分组成。控制站完成数据采集、处理及控制等作用，它可以由DCSDCS系统的基本控制器（包括控制卡、信号输入系统的基本控制器（包括控制卡、信号

18、输入/输出卡、电源等）构成，输出卡、电源等）构成，也可以由可编程序控制器也可以由可编程序控制器PLCPLC（包括（包括CPUCPU、I/OI/O、电源等模块）或带有微、电源等模块）或带有微处理器的数字式控制仪表构成；操作站完成生产过程信息的集中显示、处理器的数字式控制仪表构成；操作站完成生产过程信息的集中显示、操作和管理等作用，它由工业控制计算机、监视器、打印机、鼠标、操作和管理等作用，它由工业控制计算机、监视器、打印机、鼠标、键盘、通信网卡等构成；过程通信网络用于实现操作站与控制站的连键盘、通信网卡等构成；过程通信网络用于实现操作站与控制站的连接，完成信息、控制命令等传输，通常过程通信网络用

19、于实现操作站接，完成信息、控制命令等传输，通常过程通信网络用于实现操作站与控制站的连接，完成信息、控制命令等传输，通常过程通信网络提与控制站的连接，完成信息、控制命令等传输，通常过程通信网络提供企业管理网络的连接，以实现全厂综合管理。供企业管理网络的连接，以实现全厂综合管理。DCSDCS系统可以实现单元系统可以实现单元组合仪表中除变送和执行单元之外所有的功能，并且由于计算机运算组合仪表中除变送和执行单元之外所有的功能，并且由于计算机运算功能强大，其所能实现的功能也是单元组合仪表无法比拟的。功能强大，其所能实现的功能也是单元组合仪表无法比拟的。现场总线控制系统（现场总线控制系统（FCS系统）（系

20、统）（FIELDBUS CONTROL SYSTEM）FCSFCS系统是基于现场总线技术的一种新型计算机控制装置。其特点系统是基于现场总线技术的一种新型计算机控制装置。其特点是现场控制和双向数字通信，即将传统上集中于控制室的控制功能分是现场控制和双向数字通信，即将传统上集中于控制室的控制功能分散到现场设备中，实现现场控制，而现场设备与控制室内的仪表或装散到现场设备中，实现现场控制，而现场设备与控制室内的仪表或装置之间为双向数字通信。置之间为双向数字通信。现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。其中

21、现场设备是指系统最底层的监测、执行多分支结构的通信网络。其中现场设备是指系统最底层的监测、执行和计算设备，如智能化的变送器、执行器或控制器等。和计算设备，如智能化的变送器、执行器或控制器等。FCSFCS系统具有全数字化、全分散式、可互操作、开放式以及现场设系统具有全数字化、全分散式、可互操作、开放式以及现场设备状态可控等优点，它是控制仪表与装置的发展趋势。备状态可控等优点，它是控制仪表与装置的发展趋势。FCSFCS系统中还可系统中还可能出现以以太网技术和以无线通信技术为基础的计算机控制系统。能出现以以太网技术和以无线通信技术为基础的计算机控制系统。0.30.3联络信号和传输方式联络信号和传输方

22、式一、联络信号一、联络信号 信号制即信号标准，是指仪表之间采用的传输信号的类型和数值。信号制即信号标准，是指仪表之间采用的传输信号的类型和数值。控制仪表与装置在设计时，应力求做到通用性和相互兼容性，以便不同控制仪表与装置在设计时，应力求做到通用性和相互兼容性，以便不同系列或不同厂家生产的仪表以共同使用在同一控制系统中，彼此配合，共同系列或不同厂家生产的仪表以共同使用在同一控制系统中，彼此配合，共同实现系统功能。所以首先必须统一仪表的信号制式。实现系统功能。所以首先必须统一仪表的信号制式。（一）、信号标准（一）、信号标准 1 1、气动仪表的信号标准、气动仪表的信号标准 中国国家标准中国国家标准G

23、B777GB777化工自动化仪表用模拟气动信号化工自动化仪表用模拟气动信号规定了气动仪规定了气动仪表信号的上、下限值，该标准与国际标准表信号的上、下限值，该标准与国际标准IEC382IEC382是一致的。即下限为是一致的。即下限为20KPA20KPA，上限为，上限为100KPA100KPA。2 2、电动仪表的信号标准、电动仪表的信号标准 中国国家标准中国国家标准GB339GB339化工自动化仪表用模拟直流电流信号化工自动化仪表用模拟直流电流信号规定了电规定了电动仪表的信号，如下表所示。表中序号动仪表的信号，如下表所示。表中序号1 1的规定与国际标准的规定与国际标准IEC381AIEC381A是

24、一致的。是一致的。序号序号2 2是考虑到是考虑到DDZ-DDZ-系列单元组合仪表当时仍在广泛使用的现状而设置的。系列单元组合仪表当时仍在广泛使用的现状而设置的。序号序号电流信号电流信号负载电阻负载电阻1 14-20mADC4-20mADC250-750250-7502 20-10mADC0-10mADC0-1000/0-30000-1000/0-3000(二）、电动仪表信号标准的作用二）、电动仪表信号标准的作用 1 1、现场与控制仪表之间采用直流电流信号、现场与控制仪表之间采用直流电流信号 采用直流信号具有以下优点：采用直流信号具有以下优点：（1 1）直流信号比交流信号干扰少。交流信号容易产生

25、电磁场的干）直流信号比交流信号干扰少。交流信号容易产生电磁场的干扰。扰。（2 2）直流信号对负载的要求简单。交流信号有频率和相位的问题，）直流信号对负载的要求简单。交流信号有频率和相位的问题，对负载的感抗或容抗敏感。对负载的感抗或容抗敏感。（3 3）电流比电压更利于远传信息。如果采用电压形式传送信息，）电流比电压更利于远传信息。如果采用电压形式传送信息，当负载电阻较小，距离较远时，导线上的电压会引起误差，采用电流传当负载电阻较小，距离较远时，导线上的电压会引起误差，采用电流传送就不会出现这个问题。送就不会出现这个问题。当然，采用电流传送信息，接收端的仪表必须是低阻抗的。如果有当然，采用电流传送

26、信息，接收端的仪表必须是低阻抗的。如果有多个仪表接收同一电流信息，它们必须是串联的。串联连接的缺点是任多个仪表接收同一电流信息，它们必须是串联的。串联连接的缺点是任何一个仪表在拆离信号回路之前首先要把该仪表的两端短接，否则其他何一个仪表在拆离信号回路之前首先要把该仪表的两端短接，否则其他仪表回路将会因电流中断而失去信号。此外，名个接收仪表一般皆应浮仪表回路将会因电流中断而失去信号。此外，名个接收仪表一般皆应浮空工作，否则会引起信号混乱。若要使各台仪表有自己的接地点，则应空工作，否则会引起信号混乱。若要使各台仪表有自己的接地点，则应在仪表的输入、输出之间采取直流隔离措施。在仪表的输入、输出之间采

27、取直流隔离措施。2 2、控制室内部仪表之间采用直流电压信号、控制室内部仪表之间采用直流电压信号 由于采用串联连接方式使同一电流信号供给多个仪表的方法存在上述缺由于采用串联连接方式使同一电流信号供给多个仪表的方法存在上述缺点。对比起来，用电压信号传送信息的方式在这方面就有优越性了，因为它点。对比起来，用电压信号传送信息的方式在这方面就有优越性了，因为它可以采用并联连接方式，使同一个电压信号为多个仪表所接收。而且任何一可以采用并联连接方式，使同一个电压信号为多个仪表所接收。而且任何一个仪表拆离信号回路都不会影响其他仪表的进行。此外，各个仪表既然并联个仪表拆离信号回路都不会影响其他仪表的进行。此外，

28、各个仪表既然并联在同一信号线上，当信号源负极接地时，各仪表内部电路对地有同样的电位，在同一信号线上，当信号源负极接地时，各仪表内部电路对地有同样的电位，这不仅解决了接点问题，而且各仪表可以共用一个直流电源。在控制室内，这不仅解决了接点问题，而且各仪表可以共用一个直流电源。在控制室内，各仪表之间的距离不远，适合采用直流电压（各仪表之间的距离不远，适合采用直流电压（1-5VDC1-5VDC）作为仪表之间的互相）作为仪表之间的互相联络信号。联络信号。必须指出，用电压传送信息的并联方式要求各个接收仪表的输入阻抗要必须指出，用电压传送信息的并联方式要求各个接收仪表的输入阻抗要足够高，否则将会引起误差，其

29、误差的大小与接收仪表输入电阻高低及接收足够高，否则将会引起误差，其误差的大小与接收仪表输入电阻高低及接收仪表的个数有关。仪表的个数有关。3 3、控制系统仪表之间典型连接方式、控制系统仪表之间典型连接方式 电流传送适合于远距离对单个仪表传送信息，电压传送合适于把同一电流传送适合于远距离对单个仪表传送信息，电压传送合适于把同一信息传送到并联的多个仪表，两者结合，取长补短。因此，虽然在信息传送到并联的多个仪表，两者结合，取长补短。因此，虽然在GB3369GB3369中只规定了直流电流信号范围为中只规定了直流电流信号范围为4-20MADC4-20MADC，但在具体应用中，电流信号主，但在具体应用中，电

30、流信号主要在现场仪表与控制室之间连接时应用。在控制室内，各仪表联络采用电要在现场仪表与控制室之间连接时应用。在控制室内，各仪表联络采用电压信号（压信号（1-5VDC1-5VDC）。如图所示为典型连接方式。一般转换电阻的阻值为）。如图所示为典型连接方式。一般转换电阻的阻值为250250欧姆。欧姆。二、电信号传输方式二、电信号传输方式（一）模拟信号的传输（一）模拟信号的传输 信号传输指的是电流信号和电压信号的传输。电流信号传输时，信号传输指的是电流信号和电压信号的传输。电流信号传输时，仪表是串联连接的；而电压信号传输时，仪表是并联连接的。仪表是串联连接的；而电压信号传输时，仪表是并联连接的。1 1

31、、电流信号传输、电流信号传输 电流信号适于远距离传输。但由于接收仪表是串联工作的，当一电流信号适于远距离传输。但由于接收仪表是串联工作的，当一台仪表出故障时，将影响其他仪表的工作，而且各台接收仪表一般皆台仪表出故障时，将影响其他仪表的工作，而且各台接收仪表一般皆应浮空工作。若要使各台仪表皆有自己的接地点，则应在仪表的输入、应浮空工作。若要使各台仪表皆有自己的接地点，则应在仪表的输入、输出之间采取直流隔离措施。这就对仪表的设计和应用在技术上提出输出之间采取直流隔离措施。这就对仪表的设计和应用在技术上提出了更高的要求。了更高的要求。2 2、电压信号传输、电压信号传输 因接收仪表是并联连接的，增加或

32、取消某个仪表不会影响其他仪因接收仪表是并联连接的，增加或取消某个仪表不会影响其他仪表的工作，而且这些仪表也可设置公共接地点，因此设计安装比较简表的工作，而且这些仪表也可设置公共接地点，因此设计安装比较简单。但并联连接的各接收仪表，输入电阻皆较高，易引入干扰，故电单。但并联连接的各接收仪表，输入电阻皆较高，易引入干扰，故电压信号不适于作远距离传输。压信号不适于作远距离传输。（二）变送器与控制室仪表间的信号传输（二）变送器与控制室仪表间的信号传输 1 1、四线制传输、四线制传输 供电电源和输出信号分别用两根导线传输。这种变送器为四线制供电电源和输出信号分别用两根导线传输。这种变送器为四线制变送器。

33、由于电源与信号分别传送，因此对电流信号的零点及元器件变送器。由于电源与信号分别传送，因此对电流信号的零点及元器件的功耗无严格要求。的功耗无严格要求。2 2、两线制传输、两线制传输 两根导线既是电源线又是信号线。这种变送器称为两线制变送器。两根导线既是电源线又是信号线。这种变送器称为两线制变送器。这种变送器不仅可以节省大量电缆线和安装费用，而且有利于安全防这种变送器不仅可以节省大量电缆线和安装费用，而且有利于安全防爆。因而得到了较快的发展。爆。因而得到了较快的发展。要采用两线制变送器，必须采用活零点的电流信号。由于电源线要采用两线制变送器，必须采用活零点的电流信号。由于电源线和信号线共用，电源供

34、给变送器的功率是通过信号电流提供的。在变和信号线共用，电源供给变送器的功率是通过信号电流提供的。在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。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。因此，信号电流的下限值不能过低。国际统一电流信号采用因此，信号电流的下限值不能过低。国际统一电流信号采用4-4-20MA20MA（DCDC），为制作两线制变送器创造了条件。），为制作两线制变送器创造了条件。0.40.4安全防爆的基本知识和防爆措施安全防爆的基本知识和防爆措施一、安全防爆的基本知识一、安全防爆的基本知识 安装于各种具有易燃、易爆气体、蒸汽或粉尘等危险场所的仪表

35、如果产生安装于各种具有易燃、易爆气体、蒸汽或粉尘等危险场所的仪表如果产生火花，就容易引起爆炸。因此，用于这种场所的仪表与控制系统，必须具有防火花，就容易引起爆炸。因此，用于这种场所的仪表与控制系统，必须具有防爆功能。爆功能。气动仪表从本质上来说具有防爆功能。电动仪表必须采取必要的防爆措施气动仪表从本质上来说具有防爆功能。电动仪表必须采取必要的防爆措施才具有防爆性能，其防爆措施不同，防爆性能也将不同，因此，适合应用的危才具有防爆性能，其防爆措施不同，防爆性能也将不同，因此，适合应用的危险场所也不同。险场所也不同。（一）爆炸危险场所的分类、分级（一）爆炸危险场所的分类、分级 分为气体爆炸危险场所和

36、粉尘爆炸危险场所两类。分为气体爆炸危险场所和粉尘爆炸危险场所两类。1 1、气体爆炸危险场所的区域等级：、气体爆炸危险场所的区域等级：0 0、1 1、2 2三类，三类，0 0类最危险。类最危险。2 2、粉尘爆炸危险场所的区域等级：、粉尘爆炸危险场所的区域等级：1010、1111级两类，级两类，1010级更危险。级更危险。（二）爆炸性物质的分级、分组（二）爆炸性物质的分级、分组 爆炸性气体、蒸气的分级：爆炸性气体、蒸气的分级：A A、B B、C C等，按最大试验安全间隙（等，按最大试验安全间隙（MESGMESG）或最小点燃电流（）或最小点燃电流（MICRMICR）。）。A A级级危险等级低。危险等

37、级低。根据标准试验装置测得的最大试验安全间隙根据标准试验装置测得的最大试验安全间隙maxmax或按或按IEC79-3IEC79-3方法测得的方法测得的最小点燃电流瑟甲烷测得的最小点燃电流比值最小点燃电流瑟甲烷测得的最小点燃电流比值MICRMICR，工厂用防爆仪表分为，工厂用防爆仪表分为A A、B B、C C三级：三级：2 2、爆炸性粉尘的分级、爆炸性粉尘的分级分为分为A A、B B两类。按粉尘的物理性质划分。两类。按粉尘的物理性质划分。A A级危险等级低。级危险等级低。3 3、爆炸性物质的分组、爆炸性物质的分组按引燃温度分。根据最高表面温度，工厂用防爆仪表分为按引燃温度分。根据最高表面温度，工

38、厂用防爆仪表分为T1-T6T1-T6六组，其规定六组，其规定如下表所示：如下表所示：级别级别 maxmax/mm/mmMICRMICRAA maxmax0.90.9MICR0.8MICR0.8BB0.90.9 maxmax0.50.50.8MICR0.450.8MICR0.45CC0.50.5maxmax0.45MICR0.45MICR温度组别温度组别T T1 1T T2 2T T3 3T T4 4T T5 5T T6 6最高表面温度最高表面温度/4504503003002002001351351001008585仪表的电高表面温度可用下述方法间接得到：仪表的电高表面温度可用下述方法间接得到：

39、仪表的最高表面温度仪表的最高表面温度=实测最高表面温度实测最高表面温度-实测时环境温度实测时环境温度+规定最高环境温度规定最高环境温度（三）电气设备的防爆等级（三）电气设备的防爆等级 控制仪表主要采用隔爆型防爆措施和本质安全型防爆措施。控制仪表主要采用隔爆型防爆措施和本质安全型防爆措施。1 1、隔爆型防爆仪表（、隔爆型防爆仪表（d d）采用隔爆型防爆措施的仪表称为隔爆型防爆仪表，其特点是仪表的电采用隔爆型防爆措施的仪表称为隔爆型防爆仪表，其特点是仪表的电路和接线端子全部置于防爆壳体内，其表壳强度足够大，接合面间隙足够路和接线端子全部置于防爆壳体内，其表壳强度足够大，接合面间隙足够深，最大的间隙

40、又足够窄。这样，即使仪表因事故在表壳内产生燃烧或爆深，最大的间隙又足够窄。这样，即使仪表因事故在表壳内产生燃烧或爆炸时，火焰穿过缝隙过程中，通缝隙壁吸热及阻滞作用，将大大降低其外炸时，火焰穿过缝隙过程中，通缝隙壁吸热及阻滞作用，将大大降低其外传能量和温度，从而不会引起仪表外部规定的易爆性气体混合物的爆炸。传能量和温度，从而不会引起仪表外部规定的易爆性气体混合物的爆炸。隔爆型防爆仪表安装及维护正常时，它能达到规定的防爆要求，但是隔爆型防爆仪表安装及维护正常时，它能达到规定的防爆要求，但是在揭开仪表表壳后，它就失去了防爆性能，因此不能在通电运行的情况下在揭开仪表表壳后，它就失去了防爆性能，因此不能

41、在通电运行的情况下打开表壳进行检修或调整。此外，这种防爆结构长期使用后，由于表壳接打开表壳进行检修或调整。此外，这种防爆结构长期使用后，由于表壳接合面的磨损，缝隙宽度将会增大，因而长期使用会逐渐降低防爆性能。合面的磨损，缝隙宽度将会增大，因而长期使用会逐渐降低防爆性能。2 2、本质安全型防爆仪表、本质安全型防爆仪表(i)(i)采用本质安全型防爆措施的仪表称本质安全型防爆仪表，也称安全火采用本质安全型防爆措施的仪表称本质安全型防爆仪表，也称安全火花型防爆仪表。这种防爆结构的仪表，在正常状态下或规定的故障状态下花型防爆仪表。这种防爆结构的仪表，在正常状态下或规定的故障状态下产生的电火花和热效应均不

42、会引起规定的易爆性气体混合物爆炸。正常状产生的电火花和热效应均不会引起规定的易爆性气体混合物爆炸。正常状态指在设计规定条件下的工作状态，故障状态指电路中非保护性元件损坏态指在设计规定条件下的工作状态，故障状态指电路中非保护性元件损坏或产生短路、断路、接地及电源故障等情况。或产生短路、断路、接地及电源故障等情况。本质安全型本质安全型iaia和和ibib两个等级分别表示：两个等级分别表示：iaia在正常工作、一个故障和两个故障时均不能点燃爆炸性在正常工作、一个故障和两个故障时均不能点燃爆炸性气体混合物的电气设备。气体混合物的电气设备。ibib 在正常工作和一个故障时不能点燃爆炸性气体的电气设在正常

43、工作和一个故障时不能点燃爆炸性气体的电气设备。备。安全火花型防爆仪表所采取的措施主要有以下两方面：（安全火花型防爆仪表所采取的措施主要有以下两方面：（1 1）仪）仪表采用低压的工作电压和小的工作电流。通常工作电压为表采用低压的工作电压和小的工作电流。通常工作电压为24VDC24VDC，电，电流不大于流不大于20MA20MA，故障时电压不大于，故障时电压不大于35VDC35VDC电流不大于电流不大于35MA35MA。（。（2 2）在）在线路设计上，对处于危险场所的电路，适当选择电阻、电容和电感线路设计上，对处于危险场所的电路，适当选择电阻、电容和电感的参数值，借以限制火花能量，使其只产生安全火花

44、；同时在较大的参数值，借以限制火花能量，使其只产生安全火花；同时在较大的电容、电感回路中并联双重化二极管，以消除不安全火花。的电容、电感回路中并联双重化二极管，以消除不安全火花。显然，安全火花型仪表防爆性能是仪表电路本身固有的防爆性显然，安全火花型仪表防爆性能是仪表电路本身固有的防爆性能。从理论上讲它能适用于各种危险场所。但是，将本安型仪表使能。从理论上讲它能适用于各种危险场所。但是，将本安型仪表使用，还必须考虑与其配合的仪表及信号导线可能对危险场所产生的用，还必须考虑与其配合的仪表及信号导线可能对危险场所产生的影响，即应使整个测量或控制系统具有安全火花防爆性能。影响，即应使整个测量或控制系统

45、具有安全火花防爆性能。3 3、增安型（、增安型（e e）仪表）仪表 增安型电气设备是指采取措施提高安全程度，以避免在正常和增安型电气设备是指采取措施提高安全程度，以避免在正常和认可的过载条件下产生电弧、火花或危险温度的电气设备。认可的过载条件下产生电弧、火花或危险温度的电气设备。二、防爆仪表的标准二、防爆仪表的标准 防爆仪表必须符合国这标准防爆仪表必须符合国这标准GB3836.1GB3836.1爆炸性环境用防爆电气设备通用要爆炸性环境用防爆电气设备通用要求求的规定。的规定。（一）防爆仪表的分类（一）防爆仪表的分类 I I类：煤矿井下用电气设备类：煤矿井下用电气设备 IIII类：工厂用电气设备类

46、：工厂用电气设备 IIIIII类（工厂用）电气设备又分为类（工厂用）电气设备又分为8 8种类型。这种类型。这8 8种类型其标志如下：种类型其标志如下：隔爆型隔爆型d d增安型增安型e e本质安全型本质安全型I I正压型正压型p p充油型充油型o o充沙型充沙型q q无火花型无火花型n n特殊型特殊型s s电动仪表主要有隔爆型（电动仪表主要有隔爆型（d d）和本质安全型（）和本质安全型（i i）两种。本质安全型又为分两个）两种。本质安全型又为分两个等级：等级：iaia和和ibib。（二）防爆仪表的分级和分组（二）防爆仪表的分级和分组在爆炸性气体或蒸汽中使用的仪表，引起爆炸主要有两方面的原因：（在

47、爆炸性气体或蒸汽中使用的仪表，引起爆炸主要有两方面的原因：（1 1）仪表）仪表产生能量过高的电火花或仪表内部因故障产生的火焰通过表壳的缝隙引燃仪表外的产生能量过高的电火花或仪表内部因故障产生的火焰通过表壳的缝隙引燃仪表外的气体或蒸汽；（气体或蒸汽；（2 2）仪表过高的表面温度。）仪表过高的表面温度。（三）防爆仪表的标志（三）防爆仪表的标志防爆仪表的标志为防爆仪表的标志为“ExEx”；仪表的防爆等级标志的顺序为：防爆型式、类别、；仪表的防爆等级标志的顺序为：防爆型式、类别、级别、温度组别。级别、温度组别。控制仪表常见的防爆等级有：控制仪表常见的防爆等级有：iaIICT5iaIICT5和和dIIB

48、T3dIIBT3两种。前者表示两种。前者表示IIII类本质安全型类本质安全型iaia等级等级C C级级T5T5组，后者表示组，后者表示IIII类隔爆型类隔爆型B B级级T3T3组。组。三、三、控制系统的防爆措施控制系统的防爆措施 系统满足防爆，必须满足两个条件：（系统满足防爆，必须满足两个条件：（1 1）在危险场所使用本）在危险场所使用本安型仪表（安型仪表（2 2）在控制室仪表与危险场所仪表之间设置安全栅。安）在控制室仪表与危险场所仪表之间设置安全栅。安全栅的作用是限制由控制室至现场的能量。全栅的作用是限制由控制室至现场的能量。在系统安装与使用方面还应注意：（在系统安装与使用方面还应注意：（1

49、 1）必须正确地安装安全）必须正确地安装安全栅和布线（栅和布线（2 2）安全栅的输入、输出端的接线，应该分别布设，不）安全栅的输入、输出端的接线，应该分别布设，不能走同一条线槽，且输出端至现场仪表的连接导线应采用蓝色导线能走同一条线槽，且输出端至现场仪表的连接导线应采用蓝色导线或外套蓝色套管，以防止可能产生的混触。（或外套蓝色套管，以防止可能产生的混触。（3 3）由安全栅通向现）由安全栅通向现场仪表的信号线，具有一定的分布电容和分布电感，因而储存了一场仪表的信号线，具有一定的分布电容和分布电感，因而储存了一定的能量。为了限制它的储能，确保整个回路的安全火花性能，对定的能量。为了限制它的储能，确

50、保整个回路的安全火花性能，对信号线的分布电容和分布电感有一定的限制。其限制值可以参看安信号线的分布电容和分布电感有一定的限制。其限制值可以参看安全栅使用说明书。（全栅使用说明书。（4 4）由安全栅通往现场仪表的信号电缆，如果）由安全栅通往现场仪表的信号电缆，如果穿管安装，穿线管的直径应足够大，因为信号线与穿线管管壁之间穿管安装，穿线管的直径应足够大，因为信号线与穿线管管壁之间存在的分布电容也具有储能作用。（存在的分布电容也具有储能作用。（5 5）带到现场维修用的仪表，）带到现场维修用的仪表，如万用表等也必须是本安型的。如万用表等也必须是本安型的。四、安全栅四、安全栅 安全栅作为控制室仪表与现场