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1、v第一节 控制仪表与控制系统 v第二节 控制仪表及装置的分类 v第三节 联络信号和传输方式 v第四节 安全防爆的基本知识和防爆 措施 概概 论论 上一页 目录下一页 1 v这里所指的控制仪表包括：在自动控制 系统中广泛使用的调节器、变送器、运 算器、执行器等。 v现举例说明其工作原理：图0-1、例a.b 第一节第一节 控制仪表与控制系控制仪表与控制系 统统 上一页 目录下一页 2 被控变量首先由检测元件变 换为易于传递的物理量，再 经变送器转换成相应的电信 号，该信号送到调节器中， 与给定值相比较得出的偏差 ，以一定的调节规律发出控 制信号，控制执行器的动作 ，从而改变被控介质物料或 能量的大
2、小，直至被控变量 与给定值相等。 上一页 目录下一页 3 给定值 图a工艺控制流程图 Gc(s)Gp(s) Gm(s) Y(s) R(s) 图b控制系统方框图 LC 上一页 目录下一页 4 第二节第二节 控制仪表与装置分类控制仪表与装置分类 v一、按能源形式分类: 可分为气动、电动、液动等几类。 v二、按信号类型分类: 可分为模拟式和数字式两大类。 v三、按结构形式分类: 可分为基地式控制仪表、单元组合式、集散控 制仪表、现场总线控制仪表。 上一页 目录下一页 5 常分为气动、电动和液动。工业上常用气动控制仪表和电 动控制仪表。 1、气动控制仪表： 20世纪40年代就广泛应用于工业生产。 其
3、特 点 是： 结构简单、 性能稳定、 可靠性高、 价格便宜且在 本质上是安全防爆的。 主要应用场合： 石油、 化工等有爆炸危险的场所。 按能源类型分类： 2、电动控制仪表： 它的出现相对比较晚一些。 其 特 点 是： 信号传输、 放大、转换处理比气动仪表 容易的多，便于 实现远距离监视和操作，还易于与计算机等现代技术连用。 主要应用场合： 由于也采用了本质安全防爆措施，故同样适应于易燃易 爆场所。 上一页 目录下一页 6 按信号类型分类： 常分为模拟式和数字式。 1、模拟式控制仪表：其传输信号通常为连续变化的模拟 量。 特 点 ： 线路简单，操作方便，价格较低，在设计、 制造、使 用上均有较成
4、熟的经验。但逐渐有被数字仪表取代的趋势。 应用场合：广泛的应用于各工业部门。 2、 数字控制仪表：其传输信号通常为断续变化的数字量。 特点：以微机为核心，功能完善，性能优越，满足高质量控制要求， 能解决模拟仪表难以解决的问题。现在多为智能仪表。 上一页 目录下一页 7 按结构形式分类： 基地式控制仪表 单元组合式控制仪表 集散式控制系统 现场总线控制系统 上一页 目录下一页 8 基地式控制仪表是以指示、记录仪表为主体， 附加控制机构而组成。 其特点是 ：既有记录、指示功能，也有控制 功能，结构比较简单。 主要应用场合：常用于单机自动化系统，如 XCT。 基地式控制 仪表 上一页 目录下一页 9
5、 单元组合式控制仪表 各个仪表之间用统一的标准信号进行联系，将 各种独立仪表进行不同的组合，可以构成适用 于各种不同场合的自动检测或控制系统。这类 仪表有电动单元组合仪表（DDZ）和气动单元 组合仪表（QDZ）两大类。 它们都经历了型，型和型的三个阶段。 电动单元组合仪表中还有模拟和数字技术相结 合的DDZ-S型系列仪表。 上一页 目录下一页 10 其特点是制造、 使用、 维护、比较方便。因此在 石油、 化工等诸多领域中广泛应用。 DDZ在我国的发展 型号应用年代代表产品特点 DDZ-I型60年代初电子管体积大、笨重、耗电量大 、易于引燃引爆 DDZ-II型60年代末晶体管体积小、重量轻、性能
6、得 到了改善 DDZ-III型70年代中线性集成电 路 采用安全火花防爆技术， 精度、稳定性、可靠性高 DDZ-S型现代（研 究中） 数学与模拟 技术结合 数字化、智能化、固态化 、 上一页 目录下一页 11 集散型控制系统(DCS系统) DCS系统是一种以微型计算机为核心的计算 机控制装置。他在控制技术（control） 、计 算机技术（computer） 、通信技术（ communication）、屏幕显示技术（CRT） 等 四“C”技术迅速发展的基础上研制成的一种新型控 制系统。 其基本特点是分散控制、集中管理。 上一页 目录下一页 12 现场总线控制系统(FCS系统) FCS系统基本特
7、征是结构的网络化和全分散性， 系统的开放性，现场仪表的互可操作性、功能 自治性以及环境的适应性。 FCS系统在性能、功能上均比传统的控制系统更优 越，随着现场总线技术的不断完善，FCS将广泛应 用于工业自动化系统，并取代传统的控制技术。 缺点是：现场总线设备比较昂贵。 上一页 目录下一页 13 第三节第三节 联络信号和传输方式联络信号和传输方式 一、联络信号 二、电信号传输方式 上一页 目录下一页 14 一、联络信号 在实际自动化系统中所使用的各种仪表可分 为现场仪表和控制室仪表。 各种仪表之间为连接有效，使整个系统有 机地结合为一个完整的自动化系统，仪表 之间应有统一的标准联络信号和合适的传
8、 输方式，这就引出了信号制。 上一页 目录下一页 15 信号制 信号制：是指在成套仪表系列中，仪表之间采 用何种统一联络信号来进行信号传输的问题。 采用统一信号制优点： 1.可以同一系列的各类仪表组成系统。2.还 可以通过各种转换器将不同系列的仪表连接 起来混合使用，从而扩大了仪表的应用范围 。3.各类仪表还可同工业控制机等先进技术 工具配合使用。 上一页 目录下一页 16 （1） 国际电工委员会(IEC)规定:电动模拟仪表采 用420mA直流电流和15V直流电压作为统一联 络信号( 与我国的DDZ-仪表相同) （2） 气动仪表的统一信号为:0.020.1Mpa 上一页 目录下一页 17 模拟
9、信号应用广泛（模拟仪表之间） 数字信号传输精度高、速度快，应用越来越广泛（数字仪表及计 算机之间） 频率信号一些变送器（如涡轮流量计）直接输出频率信号，抗干 扰能力强，易于数字化 1.信号类型： 2.电模拟信号制的确定 电模拟信号有交流和直流两种。由于直流信号具有不受线路 中电感、电容及负载性质的影响，不存在相移问题等优点， 故世界各国多应用直流信号作为统一的联络信号。 电动控制仪表 上一页 目录下一页 18 二、电信号传输方式 ： （一）模拟信号的传输 信号传输指的是电流信号传输和电压信号传输 。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。见下页图 ： 上一页 目
10、录下一页 19 1.模拟电流信号的传输 任何一个仪表在拆离信号回路之前首先要把该仪表的两 个输入端短接，否则其它仪表将会因电流中断而失去信号 仪表无公共接地点，须浮空工作 上一页 目录下一页 20 电流的传输误差（相对误差）为： =(Io-Ii)/Io =Io-Ro/ Ro+(Rcm+nRi) Io/Io =(Rcm+nRi)/(Ro+Rcm+nRi)100% 式0-1 为保证传输误差在允许的范围内，应要求 RoRcm+ nRi 所以有( Rcm+ nRi )/ Ro100% 式0-2 上一页 目录下一页 21 电流信号的优点：实际上，发送仪表的输出电阻均 很大（相当于一个恒电流源），导线电阻
11、变化不大 时仍能保证信号的传输精度。所以电流信号适用于 远距离传输。(如仪表要求电压输入，可在电流回路 中串联一个250W的电阻)。 电流信号的缺点：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、输出 之间采取直流隔离措施。 上一页 目录下一页 22 2. 模拟电压信号的传输 一台发送仪表的输出电压要同时输出给几台接收仪表 时，这些接收仪表应当并接。如下图0-3所示 优点： 任何一个仪表拆离信号回路都不会影响其它仪 表的运行。各个仪表具有公共接地点，可以共 用一个直流电源。 要求：接收仪
12、表的输入阻抗要足够高 上一页 目录下一页 23 由于接收仪表的输入电阻Ri不是无限大，信号电压Vo 将在发送仪表内阻Ro及导线电阻Rcm上产生一部分压 降，从而造成传输误差。 上一页 目录下一页 24 电压信号的传输误差可用如下公式表 示： =（Vo-Vi）/Vo =Vo-RiVo/n(Ro+Rcm+Ri/n)/Vo =(Ro+Rcm)/(Ro+Rcm+Ri/n)100% 式0-3 减小的传输误差，应满足Ri/n Ro+ Rcm 所以n（ Ro + Rcm ）/ Ri 100% 式0-4 式中n为接收仪表的个数 上一页 目录下一页 25 3.变送器与控制室仪表间的信号传输 （1）四线制传输 （
13、2）两线制传输 变送器是现场仪表，其输出信号送至控制室中 ，而它的供电又来自控制室。变送器的信号传 送和供电方式通常有如下两种： 上一页 目录下一页 26 （1）四线制传输 供电电源和输出 信号分别用两根 导线传输，如左 图所示： 在此传输方式中 ，若变送器的一 个输出端与电源 装置的负端相连 ，即为三线制传 输。 上一页 目录下一页 27 （2）两线制传输 变送器 现场 电源装置 Ri 接收仪表 控制室 图0-5 两线制传输 这两根线既为信号线又为电源线 优点：可以节省大量电缆线和安装费用且利于防爆。 上一页 目录下一页 28 第四节第四节 安全防爆的基本知识和防爆安全防爆的基本知识和防爆
14、措施措施 v一、安全防爆的基本知识 v二、本质安全型防爆仪表和防爆措施 v三、安全栅 上一页 目录下一页 29 一、安全防爆的基本知识 （一）、爆炸危险场所的分类、分级 （二）、爆炸性物质的分级、分组 （三）、电气设备的防爆等级 上一页 目录下一页 30 （一）、 爆炸危险场所的分类、分 级 按物态分：气体爆炸危险场所、粉尘爆炸危险场所。 0级区域在正常情况下，爆炸性气体混合物连续的、频繁的出现 或长时间存在的场所 1级区域在正常情况下，爆炸性气体混合物有可能出现的场所。 2级区域在正常情况下，爆炸性气体混合物不能出现，仅在异常 情况下偶尔或短时间出现的场所 （1）、气体爆炸危险场所的区域等级
15、 上一页 目录下一页 31 （2）.粉尘爆炸危险场所的区域等级 根据爆炸性粉尘或可燃纤维与空气混合物出现的频繁 程度和持续时间分为以下两个区域等级。 10级区域：在正常情况下，爆炸性粉尘或可燃纤 维与空气的混合物可能连续地、频繁地出现或长时 间存在的场所。 11级区域：在正常情况下，爆炸性粉尘或可燃纤 维与空气的混合物不能出现，仅在不正常情况下偶 尔短时间出现的场所。 上一页 目录下一页 32 （二）、 爆炸性物质的分级、分 组 1、爆炸性气体、蒸汽的分级 2、爆炸性粉尘的分级 3、爆炸性物质的分组 上一页 目录下一页 33 1、爆炸性气体、蒸汽的分级 （1）、按最大试验安全间隙分级： 在规定的标准试验条件下，火焰不能传播的最大间隙 称为最大试验间隙（MESG）。按爆炸性气体、蒸汽 的最大试验安全间隙可分为以下几级： 无级： MESG=1.14mm为甲烷，作为起始点 A级： 0.9 MESG1.14mm B级： 0.5 MESG 0.9mm C级: MESG 0.5mm 上一页 目录下一页 34 (2).按最小点燃电流比分级 在规定的标准实验条件下，调节最小点燃电流，以甲烷的最小 点燃电流为标准，定为1.0，其他物质的最小点燃电流与之比 较，得出最小点燃电流比（M
