《仪表基础知识》课件.ppt

1、仪表基础知识1主要内容 一、四大参数的测量原理及仪表二、调节阀三、PLC、DCS系统基础知识2一、四大参数的测量原理及仪表 现场仪表测量参数的分类：现场仪表测量参数一般分为温度、压力、流量、液位四大参数。下面就着重介绍一下这四大参数的测量原理，以及测量这四大参数所运用的仪表。31、温度的测量一、按测温方式可分为接触式和非接触式两大类二、按工作原理可分为膨胀式、电阻式、热电式、辐射式等；下表列出了常用测温仪表的测温原理、测温范围和主要特点，我厂应用最多的是双金属温度计、热电偶和热电阻温度计。本节仅介绍这三种温度计。451、温度的测量1.1 热电偶温度计 热电偶温度计由热电偶、显示仪表 及连接导线

2、组成如图所示。由于热电偶的性能稳定、结构简单、使用方便、测量范围广（-50+1600）、有较高的准确度，因而在石油化工生产中应用极为普遍。6231热电偶温度计测量线路1、热电偶 2、连接导线 3、显示仪表t0t0tAB1、温度的测量7热电偶工作原理：两种不同成份的导体（称为热电偶丝材或热电极，如上图中的A和B）两端接合成回路，当接合点的温度不同时，在回路中就会产生电动势，这种现象称为热电效应，而这种电动势称为热电势。热电偶就是利用这种原理进行温度测量的，其中，直接用作测量介质温度的一端叫做工作端（也称为测量端），另一端叫做冷端（也称为补偿端）；冷端与显示仪表或配套仪表连接。热电偶根据测温条件和

3、安装位置的不同，具有多种结构型式。虽然它们的结构和外形不尽相同，但其基本结构通常均由热电极、绝缘管、保护套管和接线盒等主要部分组成。1、温度的测量81、温度的测量热电偶的种类：我国从1988年1月1日起,热电偶全部按IEC国际标准生产,S分度(铂铑10-铂)；B分度号(铂铑30-铂铑6)；K分度号(镍铬-镍硅)；E分度号(镍铬-康铜)；T分度号(铜-康铜)；J分度号（铁-康铜）；R分度号(铂铑13-铂)。并指定七种标准化热电偶为我国统一设计型热电偶.我厂主要有 K型、E型、S型 91、温度的测量101、温度的测量 1.2 热电阻温度计 热电阻温度计是测量中、低温(一般为500以下)区的一种温度

4、检测器。热电阻的测温原理是基于导体或半导体 的电阻值随温度变化而变化这一特性来测量温度及与温度有关的参数。热电阻大都由纯金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜，热电阻通常需要把电阻信号通过引线传递到计算机控制装置或者其它二次仪表上。111、温度的测量热电阻的接线：工业用热电阻安装在生产现场，与控制室之间存在一定的距离，因此热电阻的引线对测量结果会有较大的影响。目前热电阻的接线有三种 二线制：在热电阻的两端各连接一根导线来引出电阻信号的方式叫二线制，这种引线方法简单，适合测量精度较低的场合。三线制：在热电阻的根部的一端连接一根引线，另一端连接两根引线的方式称为三线制，这种方式通常与电桥配套使用，可

5、以较好的消除引线电阻的影响，是工业过程控制中的最常用。四线制：在热电阻的根部两端各连接两根导线的方式称为四线制，其中两根引线为热电阻提供恒定电流I，把R转换成电压信号U，再通过另两根引线把U引至二次仪表。可见这种引线方式可完全消除引线的电阻影响，主要用于高精度的温度检测。121、温度的测量热电偶与热电阻的区别热电偶与热电阻的区别：热电阻本身是电阻，温度的变化，使电阻产生正的或者是负的阻值变化；而热电偶是产生感应电压的变化，他随温度的改变而改变.虽然都是接触式测温仪表，但它们的测温范围不同，热电偶使用在温度较高的环境，如S型测一201300(短期1600),K型测一501000，E型一40800

6、(900)以上的较高温度，热电阻测温范围为一200500。131、温度的测量1.3双金属温度计双金属温度计是一种测量中低温度的现场检测仪表。双金属温度计可以直接测量各种生产过程中的-80+500范围内液体，蒸汽和气体介质。双金属温度计工作原理：双金属温度计是将绕成螺纹旋形的热双金属片作为感温器件，并把它装在保护套管内，其中一端固定，称为固定端，另一端连接在一根细轴上，成为自由端。在自由端线轴上装有指针。当温度发生变化时，感温器件的自由端随之发生转动，带动细轴上的指针产生角度变化，在标度盘上指示对应的温度度 141、温度的测量双金属温度计的分类：双金属温度计的分类：按双金属温度计指针盘与保护管的

7、连接方向可以把双金属温度计分成轴向型、径向型和万向型三种。轴向型双金属温度计：指针盘与保护管垂直连接。径向型双金属温度计：指针盘与保护管平行连接。万向型双金属温度计：指针盘与保护管连接角度可任意调整 152、压力的测量与变送 目前，石油化工生产中应用中广泛的一种压力测量目前，石油化工生产中应用中广泛的一种压力测量仪表是弹性元件。根据测压范围不同，仪表是弹性元件。根据测压范围不同，常用的测压元件有常用的测压元件有单圈弹簧管、多圈弹簧管、膜片、膜盒、波纹管等。在被单圈弹簧管、多圈弹簧管、膜片、膜盒、波纹管等。在被测介质压力的作用下，弹性元件发生弹性变型，而产生相测介质压力的作用下，弹性元件发生弹性

8、变型，而产生相应的位移，能过转换位置，可将位移转换成相应的电信号应的位移，能过转换位置，可将位移转换成相应的电信号或气信号，以远传显示，报警或调节用。或气信号，以远传显示，报警或调节用。162、压力的测量与变送 主要压力检测仪表：主要压力检测仪表：（1 1）弹簧管压力表）弹簧管压力表 弹簧管压力表是压力仪表的主要组成部份之弹簧管压力表是压力仪表的主要组成部份之一，它有着极为广泛的应用价值一，它有着极为广泛的应用价值 ，它具有结构简单，它具有结构简单，品种规格齐全、测量范围广、便于制造和维修和价格品种规格齐全、测量范围广、便于制造和维修和价格低廉等特点。弹簧管压力表是单圈弹簧压力表的简称。低廉等

9、特点。弹簧管压力表是单圈弹簧压力表的简称。它主要由弹簧管、齿轮传动机构（包括拉杆、扇形齿它主要由弹簧管、齿轮传动机构（包括拉杆、扇形齿轮、中心齿轮）、示数装置（指针和分度盘）以及外轮、中心齿轮）、示数装置（指针和分度盘）以及外壳等几部份组成，如下图所示。弹簧管是一端封闭并壳等几部份组成，如下图所示。弹簧管是一端封闭并弯成弯成270270度圆孤形的空心管子度圆孤形的空心管子 。172、压力的测量与变送 18 弹簧管压力表1、弹簧管 2拉杆 3、扇型齿轮 3、中心齿轮 5、指针 6、面板7、游丝 8、调整螺钉 9 接头ab 2、压力的测量与变送（2 2）单晶硅谐振式传感器单晶硅谐振式传感器 谐振式

10、传感器是采用超精细加工工艺在单晶硅材料谐振式传感器是采用超精细加工工艺在单晶硅材料上制成两个完全一致的上制成两个完全一致的H H型谐振梁，并以一定的频率产生型谐振梁，并以一定的频率产生振动。其谐振频率取决于梁的长度及张力，而张力随压力振动。其谐振频率取决于梁的长度及张力，而张力随压力的变化而变化，实现了压力变化转换成频率信号的变化，的变化而变化，实现了压力变化转换成频率信号的变化，并采用了频率差分技术，将两个频率信号直接输出到脉冲并采用了频率差分技术，将两个频率信号直接输出到脉冲计数器。从而使传感器具有误差小，重复性好、分解能力计数器。从而使传感器具有误差小，重复性好、分解能力和反应灵敏度高、

11、直接输出数字信号等特点。由于传感器和反应灵敏度高、直接输出数字信号等特点。由于传感器良好的特性，可使变送器几乎不受静压和温度的影响，而良好的特性，可使变送器几乎不受静压和温度的影响，而且具有优良的过压性能和范围较宽的量程。且具有优良的过压性能和范围较宽的量程。192、压力的测量与变送 20基础基础振子振子引伸张力引伸张力硅膜片硅膜片过程压力过程压力变送器工作原理图 2、压力的测量与变送（3 3）电容式传感器电容式传感器21SS0S0S2S1图2-19膜片位移原理图420 mA放大电路原理：P变化 C 电流的变化2、压力的测量与变送 压力表的选用应根据工艺生产过程对压力测量的要求，被测压力表的选

12、用应根据工艺生产过程对压力测量的要求，被测介质的性质，现场环境条件等来考虑仪表的类型、量程和精度等级。介质的性质，现场环境条件等来考虑仪表的类型、量程和精度等级。并确定是否需要带有远传、报警等附加装置。这样才能达到经济、合并确定是否需要带有远传、报警等附加装置。这样才能达到经济、合理和有效的目的。理和有效的目的。1 1类型的选用类型的选用 仪表类型的选用必须满足工兰生产的要求。仪表类型的选用必须满足工兰生产的要求。例如是否需要远传变送、例如是否需要远传变送、自动记录或报警；被测介质的物理化学性自动记录或报警；被测介质的物理化学性质质 (如腐蚀性、温度高低、粘度大小、脏污程度、如腐蚀性、温度高低

13、、粘度大小、脏污程度、易燃易爆等易燃易爆等)是否是否对仪表提出特殊要求；现场环境条件对仪表提出特殊要求；现场环境条件 (如高温、电磁场、振动等如高温、电磁场、振动等)对对仪表有否特殊要求等。仪表有否特殊要求等。普通压力表的弹簧管材料多采用铜合金，高压的也有采用碳普通压力表的弹簧管材料多采用铜合金，高压的也有采用碳钢，而氨用压力表的弹簧管材料都采用碳钢，不允许采用铜合金。因钢，而氨用压力表的弹簧管材料都采用碳钢，不允许采用铜合金。因为氨气对铜的腐蚀极强，所以普通压力表用于氨气压力测量很快就要为氨气对铜的腐蚀极强，所以普通压力表用于氨气压力测量很快就要损坏。损坏。氧气压力表与普通压力表在结构和材质

14、上完全相同，只是氧氧气压力表与普通压力表在结构和材质上完全相同，只是氧用压力表禁油。因为油进入氧气系统会引起爆炸。如果必须采用现有用压力表禁油。因为油进入氧气系统会引起爆炸。如果必须采用现有的带油污的压力表测量氧气压力时，使用前必须用四氯化碳反复清洗，的带油污的压力表测量氧气压力时，使用前必须用四氯化碳反复清洗，认真检查直到无油污为止。认真检查直到无油污为止。222、压力的测量与变送 2 2测量范围的确定测量范围的确定 仪表的测量范围是根据被测压力的大小来确定的。对于弹性仪表的测量范围是根据被测压力的大小来确定的。对于弹性式压力表，为保证弹性元件能在弹性变形的完全范围内可靠地工作，式压力表，为

15、保证弹性元件能在弹性变形的完全范围内可靠地工作，量程的上限值应高于工艺生产中可能的最大压力值。根据量程的上限值应高于工艺生产中可能的最大压力值。根据 化工自控化工自控设计技术规定设计技术规定，在测量稳定压力时，最大工作压力不应超过量程的，在测量稳定压力时，最大工作压力不应超过量程的2/32/3；测量脉动压力时，最大工作压力不超过量程的；测量脉动压力时，最大工作压力不超过量程的1/21/2；测量高压测量高压压力时，最大工作压力不应超过量程的压力时，最大工作压力不应超过量程的3/53/5。为了保证测量的准确度，所测的压力值不能太接近于仪表的为了保证测量的准确度，所测的压力值不能太接近于仪表的下限值

16、下限值 ，亦即仪表的量程不能选得太大，一般被测压力的最小值应，亦即仪表的量程不能选得太大，一般被测压力的最小值应不低于量程的不低于量程的1/31/3。按上述要求算出后，实取稍大的相邻系列值，一般可在相应按上述要求算出后，实取稍大的相邻系列值，一般可在相应的产品目录申查到。的产品目录申查到。3 3精度级的选取精度级的选取 仪表的精度主妥是根据生产上允许的最大测量误差来确定的。仪表的精度主妥是根据生产上允许的最大测量误差来确定的。此外，在满足工艺要求的前提下，还要考虑经济性，即尽可能选用精此外，在满足工艺要求的前提下，还要考虑经济性，即尽可能选用精度较低、价廉耐用的仪表。度较低、价廉耐用的仪表。2

17、33、流量的测量与变送 在化工生产过程中，为了有效地进行生产操作和控制，经常需在化工生产过程中，为了有效地进行生产操作和控制，经常需要测量生产过程中各种介质要测量生产过程中各种介质 (如液体、气体和蒸汽等如液体、气体和蒸汽等)的流量，以便的流量，以便为生产操作和控制提供依据。同时，为了进行经济核算，也需要知道为生产操作和控制提供依据。同时，为了进行经济核算，也需要知道在一般时间在一般时间 (如一班、一天等如一班、一天等)内流过的介质总量。所以，对管道内内流过的介质总量。所以，对管道内介质流量的测量和变送是实现生产过程的控制以及进行经济核算所必介质流量的测量和变送是实现生产过程的控制以及进行经济

18、核算所必需的。需的。在工程上，流量是指单位时间内流过管道某一截面的流体的在工程上，流量是指单位时间内流过管道某一截面的流体的体积或质量，即瞬时流量。体积或质量，即瞬时流量。流量的计量单位如下流量的计量单位如下:表示体积流量的单位常用立方米每小时表示体积流量的单位常用立方米每小时 (m3/h)(m3/h)、升每分、升每分 (I/min)(I/min)、升每秒升每秒(l/s)(l/s)等；等；表示质量流量的单位常用吨每小时表示质量流量的单位常用吨每小时 (t/h)(t/h)、千克每小时、千克每小时 (kg/h)(kg/h)、千克每秒千克每秒 (kg/s)(kg/s)等。等。若流体的密度是若流体的密

19、度是，则体积流量，则体积流量Q Q与质量流量与质量流量M M的关系是的关系是:M=Q M=Q 或或 Q=M/Q=M/243、流量的测量与变送 应当指出，流体的密度是随工况参数而变化的。对于液体，应当指出，流体的密度是随工况参数而变化的。对于液体，由于压力变化对密度的影响很小，一般可以忽略不计；但因温度变化由于压力变化对密度的影响很小，一般可以忽略不计；但因温度变化所产生的影响，则应引起注意。不过一般温度每变化所产生的影响，则应引起注意。不过一般温度每变化1010时，液体的时，液体的密度变化约在密度变化约在1%1%以内。所以，除温度变化较大，测量准确度要求较高以内。所以，除温度变化较大，测量准确

20、度要求较高的场合外，往往也可以忽略不计。对于气体，由于密度受温度、压力的场合外，往往也可以忽略不计。对于气体，由于密度受温度、压力变化影响较大，例如，在常温附近，温度每变化变化影响较大，例如，在常温附近，温度每变化1010，密度变化约为，密度变化约为3%3%。在常压附近，压力每变。在常压附近，压力每变10kPa10kPa，密度也约变化，密度也约变化3%3%。因此，在测量。因此，在测量气体体积流量时，必须同时测量气体的温度和压力，并将工作状态下气体体积流量时，必须同时测量气体的温度和压力，并将工作状态下的体积流量换算成标准体积流量。所谓标准体积流量，在工业上是指的体积流量换算成标准体积流量。所谓

21、标准体积流量，在工业上是指2020、0.10133MPa(0.10133MPa(称标定状态称标定状态)或或00、0.10133MPa(0.10133MPa(称标准状态称标准状态)条条件下的体积流量。在仪表计量上多数以标定状态条件下的体积流量为件下的体积流量。在仪表计量上多数以标定状态条件下的体积流量为标准体积流量标准体积流量。流量测量的方法和仪表种类繁多，其测量原理和仪表的结构形流量测量的方法和仪表种类繁多，其测量原理和仪表的结构形式各不相同。针对石油化工生产过程的不同要求，采用不同的流量仪式各不相同。针对石油化工生产过程的不同要求，采用不同的流量仪表。下面主要介绍流量测量的基本知识和常用的流

22、量检测仪表。表。下面主要介绍流量测量的基本知识和常用的流量检测仪表。253、流量的测量与变送3.1 差压式流量计差压式流量计基本原理基本原理当充满圆管的流体流经在管道内部安装的节流装置时，流束将在节流当充满圆管的流体流经在管道内部安装的节流装置时，流束将在节流件处形成局部收缩，使流速增大，静压力降低，于是在节流件前后产件处形成局部收缩，使流速增大，静压力降低，于是在节流件前后产生压力差该压力差通过差压计检出流体的体积流量或质量流量与生压力差该压力差通过差压计检出流体的体积流量或质量流量与差压计所测得的差压值有确定的数值关系。差压计所测得的差压值有确定的数值关系。差压式流量计由一次装置差压式流量

23、计由一次装置(检测件检测件)和二次装置和二次装置(差压转换和流量显示差压转换和流量显示仪表仪表)组成。组成。通常以检测件形式对差压式流量计分类通常以检测件形式对差压式流量计分类,如孔板流量计、如孔板流量计、文丘里流量计、均速管流量计等文丘里流量计、均速管流量计等263、流量的测量与变送节流装置组成 1、节流件：标准孔板、标准喷嘴、长径喷嘴、14圆孔板、双重孔板、偏心孔板、圆缺孔板、锥形入口孔板等 2、取压装置：环室、取压法兰、夹持环、导压管等 3、连接法兰（国家标准、各种标准及其它设计部门的法兰）、紧固件。4、测量管273、流量的测量与变送3.2电磁流量计：电磁流量计：电磁流量计测量原理是基于

24、法拉第电磁感应定律：导电液体在磁场中作切割磁力线运动时，导体中产生感应电势，其感应电势E为：E=KBVD式中：K仪表常数B磁感应强度V测量管道截面内的平均流速D测量管道截面的内径测量流量时，导电性液体以速度V流过垂直于流动方向的磁场，导电性液体的流动感应出一个与平均流速成正比的电压，其感应电压信号通过二个或二个以上与液体直接接触的电极捡出，并通过电缆送至转换器通过智能化处理，然后LCD显示或转换成标准信号420ma283、流量的测量与变送 29一体式电磁流量计一体式电磁流量计3、流量的测量与变送 3.3、超声波流量计：超声波脉冲在上下游两侧传感器间来回传播，由于上下游传播速度不同，产生时间差，

25、根据时差大小测出流量。传播时间技术是用一对传感器，每个传感器都发送和接受超声波信号并穿过流体。当流体流动时,向下游方向信号传播时间比向上游方向的传播时间短。时差与流体速度成正比，测出时差即测出流量和方向。303、流量的测量与变送超声测量仪表的流量测量准确度几乎不受被测流体温度、压力、粘度、密度等参数的影响。超声波流量计由超声波换能器、电子线路及流量显示和累积系统三部分组成。安装方式：Z法(透过法)、V法(反射法)等。314、液位的测量与变送 在石油化工生产中，常遇到测量容器中介质的液位在石油化工生产中，常遇到测量容器中介质的液位和界面的位置问题，液位测量是这个问题的一个方面。一和界面的位置问题

26、，液位测量是这个问题的一个方面。一般液位测量有两种目的：一种是通过液位测量来确定容器般液位测量有两种目的：一种是通过液位测量来确定容器里的原料或产品的数量，以保证生产过程中各环节得到预里的原料或产品的数量，以保证生产过程中各环节得到预先计划好的原料用量或进行经济核算；另一种是通过液位先计划好的原料用量或进行经济核算；另一种是通过液位测量，了解液位是否在规定范围内，以便及时监视或控制测量，了解液位是否在规定范围内，以便及时监视或控制容器液位，保证安全生产以及产品的质量和数量。容器液位，保证安全生产以及产品的质量和数量。由于各种被测介质的性质不同，各种生产设备的操由于各种被测介质的性质不同，各种生

27、产设备的操作条件也不同，所以需要各种各样的液位测量仪表，以满作条件也不同，所以需要各种各样的液位测量仪表，以满足生产的不同需要，下面简单介绍几种液位测量仪足生产的不同需要，下面简单介绍几种液位测量仪 表的主表的主要特点和应用场合。要特点和应用场合。324、液位的测量与变送 4.1 磁翻板液位计磁翻板液位计磁翻板液位计（也可称为磁性浮子液位计）根据浮力原理和磁性耦合作用研制而成。当被测容器中的液位升降时，液位计本体管中的磁性浮子也随之升降，浮子内的永久磁钢通过磁耦合传递到磁翻柱指示器，驱动红、白翻柱翻转180，当液位上升时翻柱由白色转变为红色，当液位下降时翻柱由红色转变为白色，指示器的红白交界处

28、为容器内部液位的实际高度，从而实现液位清晰的指示 334、液位的测量与变送磁翻板液位计位计可直接用来观察各种容器内介质的液位高度。它适用于石油、化工等工业领域的液位指示，该液位计结构简单，观察直观、清晰，不堵塞、不渗漏，安装方便，维修简单。玻璃板液位计上、下端安装法兰与容器相连接构成连通器，透过玻璃板可直接观察到容器内液位的实际高度。344、液位的测量与变送 4.2、浮标液位计工作原理及结构浮标液位计 是根据力平衡原理设计的，当罐内液位处于某一位置时浮标重量W，重锤指针重量W1 和浮标浸在液体中所受浮力F，整个系统中摩擦力f，四力处于平衡状态（即W-F-W1-f=0）。当液位上升时，由于牵引索

29、吊着浮子沿导向索被浮起，液体浮力，F增大，使原平衡系统地四力失去平衡，在重力的作用下，重锤指针（8）向下滑行，同时也连续地在标尺上指示液位的上升高度。同理，可说明液位下降时，浮子浮力F减少，使牵引索与液体同步下降，由于浮子的重量大于重锤指针的重量，使指针向上运动，同样在液位连续下降变化时，重锤指针能随之连续地指示液位的下降情况，从而达到准确测量液位变化的目的。354、液位的测量与变送 36 浮标液位计结构示意图4、液位的测量与变送 4.3 差压式液位计差压式液位计 差压式液位计是应用差压计或差压变送器来测量变送器液位的，差压式液位计是应用差压计或差压变送器来测量变送器液位的，是目前应用得最广泛

30、的一种液位测量仪表。差压式液位汁是利用容器是目前应用得最广泛的一种液位测量仪表。差压式液位汁是利用容器内液位改变时，由液柱产生的静压也相应变化的原理而工作的，内液位改变时，由液柱产生的静压也相应变化的原理而工作的，如图如图所示。所示。37+-HP气气 P液液 Q入入 P出出排污排污当差压变送器的一端接液相，另当差压变送器的一端接液相，另一端接气相时根据流体静力学原理，一端接气相时根据流体静力学原理，我们知道，变送器正压室受到的压力我们知道，变送器正压室受到的压力为：为：Pl=P气气十十Hg式中式中 H 液位高度液位高度;介质密度介质密度;g 重力加速度重力加速度;P气气 气相压力。气相压力。图

31、图4-3 差压变送器测量液位示意图差压变送器测量液位示意图4、液位的测量与变送 差压变送器负压室压力差压变送器负压室压力P2=P气，则正负压室的差压气，则正负压室的差压为：为：P=P1-P2 通常，被测介质的密度是已知的。因此，测得差压值就通常，被测介质的密度是已知的。因此，测得差压值就能知道液位高度。能知道液位高度。若被测容器是敞口的，气相压力为大气压力，则差若被测容器是敞口的，气相压力为大气压力，则差压变送器的负压室通大气就可以了，这时也可用压力变送压变送器的负压室通大气就可以了，这时也可用压力变送器或压力计来直接测量液位的高低。图示容器是受压的，器或压力计来直接测量液位的高低。图示容器是

32、受压的，则将负压室与容器气相相连接，以平衡气相压力的静压作则将负压室与容器气相相连接，以平衡气相压力的静压作用。用。384、液位的测量与变送 为了解决测量具有腐蚀性或含有结晶颗粒以及粘度为了解决测量具有腐蚀性或含有结晶颗粒以及粘度大，易疑固等液体液位及引压管线被腐蚀、被堵的问题，大，易疑固等液体液位及引压管线被腐蚀、被堵的问题，而专门生产了法兰式差压变送器。变送器的法兰直接与容而专门生产了法兰式差压变送器。变送器的法兰直接与容器上的法兰相连接，如图所示。作为敏感元件的测量头器上的法兰相连接，如图所示。作为敏感元件的测量头(金属膜盒金属膜盒)，经毛细管与变送器的测量室相通。在膜盒、，经毛细管与变

33、送器的测量室相通。在膜盒、毛细管和测量室所组成的封闭系统内充有硅油，作为传压毛细管和测量室所组成的封闭系统内充有硅油，作为传压介质，并使被测介质不进入毛细管与变送器。介质，并使被测介质不进入毛细管与变送器。39二、调节阀调节阀的结构原理调节阀的结构原理调节阀调节阀=执行机构执行机构+阀阀体部件体部件40三、调节阀调节阀执行机构调节阀执行机构执行机构：调节阀的推动执行机构：调节阀的推动装置，它按信号压力的大小装置，它按信号压力的大小产生相应推力，使阀杆相应产生相应推力，使阀杆相应的位移、阀芯动作。的位移、阀芯动作。41序序 号号零零 件件 名名 称称序序 号号零零 件件 名名 称称1吊 环 螺

34、母10下 膜 盖2上 膜 盖11六 角 螺 栓 3膜 片12推 杆4托 盘13支 架5限 位 件14导 向 套6行 程 档 块15指 针7六 角 螺 母16标 尺8弹 簧17阀 杆 连 接 部 件9防 雨 帽18铭 牌二、调节阀调节阀解体图调节阀解体图阀体部件：调节阀的调节部阀体部件：调节阀的调节部分，它直接与介质接触，由阀分，它直接与介质接触，由阀芯的动作，改变调节阀节流面芯的动作，改变调节阀节流面积，达到调节的目的。积，达到调节的目的。42二、调节阀执行机构：分气动薄膜执行机构、气动活塞执行机构和长执行机构。执行机构：分气动薄膜执行机构、气动活塞执行机构和长执行机构。气动薄膜执行机构：气动

35、薄膜执行机构：分正、反两种形式。当信号压力增加时，阀杆向下动作的叫正作用分正、反两种形式。当信号压力增加时，阀杆向下动作的叫正作用执行机构。反之，信号增加阀杆向上的叫反作用执行机构。通常接受执行机构。反之，信号增加阀杆向上的叫反作用执行机构。通常接受20100KPa的标准信号压力，带定位器时，最高压力为的标准信号压力，带定位器时，最高压力为250KPa，其，其行程规格有行程规格有10、16、25、40、60、100mm六种。六种。气动活塞执行机构：气动活塞执行机构：比上述更强力的输出机构，其压力可达比上述更强力的输出机构，其压力可达500KPa，而且无弹簧抵消，而且无弹簧抵消推力，输出力大，适

36、用于大口径、高静压、高压差阀和蝶阀。推力，输出力大，适用于大口径、高静压、高压差阀和蝶阀。气动长行程执行机构：气动长行程执行机构：具有行程长、转矩大的特点，它将信号气压转变成相应的转角具有行程长、转矩大的特点，它将信号气压转变成相应的转角（0900）或位移（）或位移（200400mm），适合于角行程调节阀的需要，），适合于角行程调节阀的需要，多用于大转矩的蝶阀、闸阀、风门等。多用于大转矩的蝶阀、闸阀、风门等。43二、调节阀调节阀的流量特性：快开、线性、等百分比、抛物线调节阀的流量特性：快开、线性、等百分比、抛物线调节阀的流开、流闭调节阀的流开、流闭调节阀的气开、气关调节阀的气开、气关随信号增大

37、，阀门开度增大的叫气开随信号增大，阀门开度增大的叫气开选择调节阀的气开选择调节阀的气开/关型式，应从装置和设备的安全性来考虑关型式，应从装置和设备的安全性来考虑执行机构阀体部件调节阀正正气关正反气开反正气开反反气关44二、调节阀为了调节阀的快速响应和定位精定，使用中的调节阀一般为了调节阀的快速响应和定位精定，使用中的调节阀一般均配有定位器均配有定位器目前我厂用的定位器种类非常多，从纯气动型到智能型都目前我厂用的定位器种类非常多，从纯气动型到智能型都有，就原理而言，只有，就原理而言，只有两种：长排气式和有两种：长排气式和节能式（西门子）节能式（西门子）调节阀的流通能力调节阀的流通能力(c值值)：

38、阀前后压差为：阀前后压差为0.1MPa，介质密度为，介质密度为1g/cm3时，每小时通时，每小时通过阀门的流量过阀门的流量(t/h)45三、PLC、DCS基础知识自动控制的概念自动控制：没有人直接参与的条件下，利用控制器使被控对象（如机器、设备和生产过程）的某些物理量或工作状态能自动地按照预定的规律运 行或变化。从形式角度：代替人的体力劳动；代替或辅助人的脑力劳动；人机及整个系统的协调、管理、控制和优化从范围角度：制造自动化不仅涉及到具体生产制造过程，而是涉及产品生命周期所有过程。从应用角度：过程自动化、机械制造自动化、管理自动化、实验室自动化、家庭自动化等46一、自动控制相关信息一、自动控制

39、相关信息三、PLC、DCS基础知识生产过程自动化的组成自动检测：对反映生产过程运行状态的物理量、化学量以及表征设备工作状况的参数自动地检查、测量和监视。自动调节：为了保证设备安全经济运行，必须要求某些表征设备正常工作的物理量始终维持在某一规定值或预定范围内、按预定的规律来变化，但生产过程中经常受到各种外界或内部因素的干扰，使被调量发生偏离规定值的倾向时，就需要进行相应的调节，使之保持或恢复到规定的范围内，保证生产过程的稳定。自动调节就是依靠自动调节设备来实现这种调节作用的，所以自动调节设备必须具备检测、定值、运算、执行等功能。自动保护：设备发生异常，导致工艺参数超过允许范围，甚至发生事故时，为

40、确保生产的安全，保证产品的质量，需要对某些关键性参数设置信号、联锁装置，事故发生前，信号系统能发出声、光信号，提醒操作人员采取措施。若工矿已近危险状态时，联锁系统采取紧急措施，以防事故发生或进一步扩大，或保证设备不受损坏，是一种安全装置。自动操作：根据预先规定的程序或条件自动地对生产设备进行某种周期性操作，把操作人员从重复性劳动中解放出来 47三、PLC、DCS基础知识人工控制和自动控制人工控制：在人的直接参与下，使被控量等于给定值。特点：反应不及时，可以处理复杂问题。自动控制：在没有人的直接参与下，利用控制装置操纵受控对象，使被控量等于 给定值 特点：反应快，按设定的程序控制，必须有模型(或

41、算法)例如：水箱水位的控制人工控制 人在完成水箱水位的控制任务所经历的过程 眼睛观察 大脑分析决策、预期目标 手调节阀执行 水箱受控对象自动控制 控制装置在完成水箱水位的控制任务所经历的过程 测量变送单元观察 调节器分析决策、给定值 调节器给出的指令调节阀执行 水箱受控对象48三、PLC、DCS基础知识 49观察实际液面的高度观察实际液面的高度h1 用眼用眼 h1与希望高度与希望高度 h0相比较相比较 用脑用脑 根据比较的结果开关阀门根据比较的结果开关阀门用手用手水箱水位的控制水箱水位的控制三、PLC、DCS基础知识50调节器执行器被控对象测量变送测定值/过程值设定值水箱调节阀PID调节器变送

42、器被控对象(过程):工艺生产设备(如反釜，换热器，汽包、水箱等)，从传感器 (测量变送单元)到执行器之间。被控量：表征被控对象工作状态的物理量，如液位，温度，压力等。测量变送:对被控量进行测量(转换成标准信号)的装置。调节器：把测定值和设定值进行比较的装置。执行器(调节阀):把调节器的指令成比例地转换为直线或角位移地装置。51三、PLC、DCS基础知识DCS即集散型控制系统，又称分布式控制系统(Distributed Control System)特点：分散控制、集中管理二、DCS的概念主要应用技术说明网络技术令牌总线网（DNT）全面冗余技术服务器、网络、电源、模块热插拔技术控制器、模块、网络

43、部件自诊断技术通道、部件、站级、系统低功耗设计技术控制器、模块无风扇设计结构设计技术散热、防尘、模块化制造技术SMT表面贴生产技术52三、PLC、DCS基础知识DCS主要特点集成化和信息化（Integration&Information）开放性标准化模块化可集成信息管理与过程控制一体化分布和分散（Distributed&Decentralized）分布（Distributed）：控制运算逻辑分布，减小风险。分散（Decentralized）：物理安装地域分散，节省成本智能化和小型化（Smarter&Smaller）智能模块，并且支持现场总线。超低功耗，小模块结构体积更小，集成度更高，功耗更低，

44、极大的节省空间53三、PLC、DCS基础知识DCS概念图DCSDCS俗称为俗称为“工业大脑工业大脑”54三、PLC、DCS基础知识我们可以把上述过程引申如下我们可以把上述过程引申如下55三、PLC、DCS基础知识HOLLiASMACS系统的硬件体系结构56三、PLC、DCS基础知识HOLLiAS-MACS系统的软件体系结构HOLLiASMACS系统的软件分为：1.工程师站离线组态软件2.操作员站运行软件3.数据站运行软件4.现场控制站运行软件工程师站工程师站离线组态软件离线组态软件控制算法文件控制算法文件图形、报表文件图形、报表文件主控单元主控单元运行软件运行软件操作员站操作员站运行软件运行软

45、件数据站算法和数据库文件数据站算法和数据库文件数据站数据站运行软件运行软件57三、PLC、DCS基础知识三、PLC的定义及分类通用叫法通用叫法：可编程序控制器（Programmable Controller，PC），是一台专为工业环境应用而设计制造的计算机。它具有丰富的输入/输出接口，并且具有较强的驱动能力。但由于PC容易和个人计算机（Personal Computer）混淆，所以人们还沿用PLC作为可编程控制器的英文缩写。国际电工委员会（国际电工委员会（IECIEC）对可编程控制器的定义）对可编程控制器的定义：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类

46、可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。”58三、PLC、DCS基础知识三、PLC的定义及分类一体化紧凑型PLC：电源、CPU中央处理系统、I/O接口都集成在一个机壳内。如西门子S7-200系列CPUCPU（基本单元）（基本单元）+扩展模块扩展模块 59三、PLC、DCS基础知识PLC的定义及分类标准模块式结构化PLC：各种模块相互独立，并安装在固定的机架（导轨）上，构成一个完整的PLC应用系统。如：西门子S7-300、S7-400系列。PS(电源模块电源模块)CPU IM(接口

47、模块接口模块)SM:DISM:DOSM:AISM:AO CP:-点点-到到-点点-PROFIBUS-工业以太网工业以太网60三、PLC、DCS基础知识 PLC的特点高可靠性丰富的I/O接口模块采用模块化结构运行速度快功能完善编程简单，易于使用系统设计、安装、调试方便维修方便，维修工作量小总价格低61三、PLC、DCS基础识PLC的工作过程电电源源O ON N内内部部处处理理输输入入处处理理（输输入入传传送送、远远程程I I/O O）通通信信服服务务（外外设设、C CP PU U、总总线线服服务务）更新时钟、特殊寄存器更新时钟、特殊寄存器CPU运行方式？CPU运行方式？执行程序执行程序处理程序处

48、理程序S ST TO OP P执行自诊断执行自诊断PLC正常？PLC正常？Y YN N存存放放自自诊诊断断错错误误结结果果致命错误？致命错误？Y YCPU强制为STOPCPU强制为STOPRUNRUN扫描扫描过程过程扫描扫描过程过程出错出错处理处理N62三、PLC、DCS基础知识 我厂常用CPU型号 CPU 314：可以进行高速处理以及中等规模的I/O配置，用于安装中等规模的程序以及中等指令执行速度的程序。CPU 315：具有中到大容量程序存储器，比较适用于大规模的I/O配置。CPU 315-2DP：具有中到大容量程序存储器和PROFIBUS DP主/接口，比较适用于大规模的I/O配置或建立分

49、布式I/O系统。63三、PLC、DCS基础知识 状态及故障显示 SF（红色）：系统出错/故障指示灯。CPU硬件或软件错误时亮。BATF（红色）：电池故障指示灯（只有CPU313和314配备）。当电池失效或未装入时，指示灯亮。DC5V（绿色）：5V电源指示灯。CPU和S7-300总线的5V电源正常时亮。FRCE（黄色）：强制作业有效指示灯。至少有一个I/O被强制状态时亮。RUN（绿色）：运行状态指示灯。CPU处于“RUN”状态时亮；LED在“Startup”状态以2Hz频率闪烁；在“HOLD”状态以0.5Hz频率闪烁。64三、PLC、DCS基础知识 状态及故障显示 STOP（黄色）：停止状态指示灯。CPU处于“STOP “HOLD”或“Startup”状态时亮；在存储器复位时LED以0.5Hz频率闪烁；在存储器置位时LED以2Hz频率闪烁。BUS DF（BF）（红色）：总线出错指示灯（只适用于带有DP接口的CPU）。出错时亮。SF DP：DP接口错误指示灯（只适用于带有DP接口的CPU）。当DP接口故障时亮。