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　　常用的控制系统和检测仪表

　　三、常用的控制系统

　　用计算机来代替控制器，就构成了计算机控制系统。

　　(一)集散控制系统

　　又名分布式计算机控制系统(DCS)，简称集散控制系统。

　　它的特点是以分布在被告控设备现场的计算机控制器完成对被控制设备的监视、测量与控制。中央计算机完成集中管理、显示、报警、打印等功能。

　　1.集散控制系统由集中管理部分、分散控制部分和通信部分组成。

　　集中管理部分主要有中央管理计算机与相关控制软件组成。

　　分散控制部分主要由现场直接数字控制器及相关控制软件组成，它用于对现场设备的运行状态、参数进行监测和控制，输入端连接传感器等探测设备，输出端与执行器连接在一起完成对被控量的调节。

　　通信部分连接集散型控制系统的中央管理计算机与现场直接数字控制器，完成数据、控制信号及其它信息的传递。

　　2.现场控制器从其处理数据的类型可分为数字控制器和通用控制器。现场控制器通常设置在靠近控制设备的地方。

　　(二)现场总线控制系统

　　现场总线控制系统FCS是以网络为基础的集散型控制系统。

　　集散式控制系统(DCS)是把控制网络连接到现场控制器DDC。

　　而现场总线控制系统FCS则把通信线一直连接到现场设备。它把单个分散的测量控制设备变成网络节点，以现场总线为纽带，组成一个集散型的控制系统，它适应了控制系统向分散化，网络化，标准化发展的趋势，是继DCS之后的新一代控制系统。

　　1.现场总线系统的特点

　　(1)系统的开放性。现场总线为开放式的互联网络，既能与同类网络互联，也能与不同类型网络互联。

　　(2)互操作性。互操作性是指不同生产厂家性能类似的设备不仅可以相互通信，并能互相组态，相互替换构成相应的控制系统。

　　(3)分散的系统结构。现场总线系统把集散性的控制系统中的现场控制功能分散到现场仪表，取消了DCS中的DDC，它把传感测量、补偿、运算、执行、控制等功能分散到现场设备中完成，体现了现场设备功能的独立性。

　　现场总线系统的接线十分简单，一对双绞线可以挂接多个设备，当需要增加现场控制设备时，可就近连接在原有的双绞线上，既节省了投资，也减少安装的工作量。

　　2.几种常见的现场总线

　　(1)Lonworks总线把单个分散的测量控制设备变成网络节点，通过网络实现集散控制，被誉为通用控制网络。

　　(2)CAN总线是控制局部网络(controlareanetwork)，用于汽车内部测量与执行机构之间的数据通信，广泛应用于离散控制领域。

　　(3)基金会现场总线FF(Foundationfildbus)是在过程自动化领域得到广泛支持和具有良好前景的技术。

　　(4)PROFIBUS总线。

　　(5)HART总线特点是在现有的模拟信号传输线上实现数字信号通信，属于模拟系统向数字系统转变过程中的过渡产品。

　　四、检测仪表

　　1.温度检测仪表

　　(1)压力式温度计。压力表式温度计利用密封系统中测温物质的压力随温度变化来测量温度。

　　压力式温度计适用于工业场合测量各种对铜无腐蚀作用的介质温度。

　　(2)双金属温度计。工业双金属温度计按结构形式分为指示型或指示带电接点型。

　　双金属温度计探杆长度可以根据客户需要来定制，从设计原理及结构上具有防水、防腐蚀、隔爆、耐震动、直观、易读数、无汞害、坚固耐用等特点，可取代其它形式的测量仪表。

　　(3)玻璃液位温度计

　　(4)热电偶温度计。热电偶温度计分为普通型、铠装型和薄膜型等。

　　热电偶温度计用于测量各种温度物体，测量范围极大，远远大于酒精、水银温度计。它适用于炼钢炉、炼焦炉等高温地区，也可测量液态氢、液态氮等低温物体。(19)

　　(5)热电阻温度计。热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器，主要特点是测量精度高，性能稳定，其中铂热电阻的测量精确度是最高的，它不仅广泛用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。

　　(6)辐射温度计。辐射温度计的测量不干扰被测温场，不影响温场分布，从而具有较高的测量准确度。

　　辐射测温的另一个特点是在理论上无测量上限，所以它可以测到相当高的温度。

　　探测器响应时间短，易于快速于动态测量，在一些特定的条件下，例如核子辐射场，辐射测温场可以进行准确而可靠的测量。

　　图2-49　　红外辐射温度计外观及工作原理

　　辐射测温法不能直接测得被测对象的实际温度，要得到实际温度需要进行材料发射率的修正，而发射率是一个影响因素相当复杂的参数，这就增加了对测量结果进行处理的难度。

　　由于是非接触，辐射温度计的测量受到中间介质的影响，特别是在工业现场条件下，周围环境比较恶劣，中间介质对测量结果的影响更大。

　　2.压力检测仪表

　　(1)一般压力表适用于测量无爆炸危险、不结晶、不凝固及对钢及铜合金不起腐蚀作用的液体、蒸汽和气体等介质的压力。

　　压力表按其作用原理分为液柱式、活塞式、弹性式及电气式四大类。

　　1)液柱式压力计。一般用水银或水作为工作液，用于测量低压、负压的压力表。

　　液柱式压力计结构简单，使用、维修方便，但信号不能远传。被广泛用于实验室压力测量或现场锅炉烟、风通道各段压力及通风空调系统各段压力的测量。

　　2)活塞式压力计。可将被测压力转换成活塞下所加平衡砝码的重力进行测量，例如压力校验台等。

　　活塞式压力计测量精度很高，可达0.05%～0.02%，用来检测低一级的活塞式压力计或检验精密压力表，是一种主要的压力标准计量仪器。

　　3)弹性式压力计。用弹性传感器(又称弹性元件)组成的压力测量仪表。

　　构造简单、牢固可靠、测压范围广，使用方便，造价低廉，有足够的精度，可与电测信号配套制成遥测遥控的自动记录仪表与控制仪表。

　　4)电气式压力计。可将被测压力转换成电量进行测量，例如电容式压力计，压差变送器，霍尔压力变送以及应变式压力变送器等。

　　多用于压力信号的远传、发信或集中控制，和显示、调节、记录仪表联用，则可组成自动控制系统，广泛用于工业自动化和化工过程中。

　　(2)远传压力表。它由一个弹簧管压力表和一个滑线电阻传送器构成，可把被测值以电量传至远离测量的二次仪表上，以实现集中检测和远距离控制;远传压力表还能就地指示压力，以便于现场工作检查。

　　适用范围于测量对钢及铜合金不起腐蚀作用的液体、蒸汽和气体等介质的压力。

　　(3)电接点压力表的工作原理是基于测量系统中的弹簧管在被测介质的压力作用下，迫使弹簧管之末端产生相应的弹性变形-位移，借助拉杆经齿轮传动机构的传动并予放大，由固定齿轮上的指示(连同触头)将被测值在度盘上指示出来。

　　电接点压力表广泛应用于石油、化工、冶金、电力、机械等工业部门或机电设备配套中测量无爆炸危险的各种流体介质压力。压力表经与相应的电气器件(如继电器及变频器等)配套使用，即可对被测(控)压力系统实现自动控制和发信(报警)的目的。

　　(4)隔膜/膜片式压力表。隔膜式压力表由膜片隔离器、连接管口和通用型压力仪表三部分组成，并根据被测介质的要求在其内腔内填充适当的工作液。

　　隔膜式压力表专门供石油、化工、食品等生产过程中测量具有腐蚀性、高粘度、易结晶、含有固体状颗粒、温度较高的液体介质的压力。

　　3.流量仪表

　　常用的流量仪表有：电磁流量计、气远传转子流量计、涡轮流量计、椭圆齿轮流量计和电动转子流量计。

　　(1)电磁流量计。一种测量导电性流体流量的仪表。它是一种无阻流元件，阻力损失极小，流场影响小，精确度高，直管段要求低，而且可以测量含有固体颗粒或纤维的液体、腐蚀性及非腐蚀性液体。由于原理决定了它只能测导电液体。

　　(2)涡轮流量计。一种速度式流量计，具有精度高、重复性好、结构简单、运动部件少、耐高压、测量范围宽、体积小、重量轻、压力损失小、维修方便等优点，用于封闭管道中测量低黏度气体的体积流量。

　　(3)椭圆齿轮流量计。又称排量流量计，是容积式流量计的一种，在流量仪表中是精度较高的一类。用于精密地连续或间断地测量管道中液体的流量或瞬时流量，它特别适合于重油、聚乙烯醇、树脂等黏度较高介质的流量测量。

　　4.物位检测仪表

　　两种互不相溶物质的界面位置叫做界位。液位、料位以及界位总称为物位。对物位进行测量的仪表被称为物位检测仪表。

　　(1)测量液位的仪表。有玻璃管(板)式、称重式、浮力式(浮筒、浮球、浮标)、静压式(压力式、差压式)、电容式、电阻式、超声波式、放射性式、激光式及微波式等。

　　(2)测量界位的仪表。有浮力式、差压式、电极式和超声波式等。

　　(3)测量料位的仪表。有重锤探测式、音叉式、超声波式、激光式、放射性式等。

　　五、自动控制系统的安装

　　(一)温度传感器的安装

　　1.室内/外温度传感器

　　(1)室内温度传感器不应安装在阳光直射的地方，应远离室内冷/热源，如暖气片、空调机出风口。远离窗、门直接通风的位置。如无法避开则与之距离不应小于2m。

　　(2)室内温度传感器安装要求美观，多个传感器安装距地高度应一致，高度差不应大于1mm，同一区域内高度差不应大于5mm。

　　(3)室外温度传感器安装应有遮阳罩，避免阳光直射，应有防风雨防护罩，远离风口、过道。避免过高的风速对室外温度检测的影响。

　　2.水管温度传感器

　　(1)不宜在焊缝及其边缘上开孔和焊接安装。

　　(2)开孔与焊接应在工艺管道安装时同时进行，应在工艺管道防腐和试压前进行。

　　(3)感温段宜大于管道口径的二分之一，应安装在管道的顶部。

　　(4)安装不宜选择在阀门等阻力件附近和水流流束死角和振动较大的位置。

　　3.风管温度传感器

　　(1)应安装在风速平稳，能反映风温的位置。

　　(2)安装应在风管保温层完成后，安装在风管直管段或避开风管死角的位置。

　　(3)应安装在便于调试、维修的地方。

　　(4)温度传感器至DDC之间应量减少因接线电阻引起的误差，对于1kΩ铂温度传感器的接线总电阻应小于1Ω。对于NTC非线性热敏电阻传感器的接线总电阻应小于3Ω。

　　(二)湿度传感器安装

　　1.室内/外湿度传感器

　　(1)不应安装在阳光直射的地方，应远离室内冷/热源，如暖气片、空调机出风口。

　　远离窗、门直接通风的位置。如无法避开则与之距离不应小于2m。

　　(2)安装要求美观，多个传感器安装距地高度应一致，高度差不应大于1mm，同一区域内高度差不应大于5mm。

　　(3)室外安装应有遮阳罩，避免阳光直射，应有防风雨防护罩，远离风口、过道。避免过高的风速对室外湿度检测的影响。

　　2.风管湿度传感器

　　(1)应安装在风速平稳，能反映风温的位置。

　　(2)风管保温层完成后安装传感器，安装在风管直管段或应避开风管死角的位置。

　　(3)应安装在便于调试、维修的地方。

　　(三)压力传感器安装

　　(1)压力传感器应安装在便于调试、维修的位置。

　　(2)风管型压力传感器宜安装在远离风口、过道的地方。

　　(3)风管型压力传感器应安装在风管的直管段，避开风管内通风死角和弯头。风管型压力传感器的安装应在风管保温层完成之后。

　　(4)水管压力传感器不宜在焊缝及其边缘上开孔和焊接安装。水管压力传感器的开孔与焊接应在工艺管道安装时同时进行。必须在工艺管道的防腐、和试压前进行。

　　(5)水管压力传感器宜选在管道直管部分，不宜选在管道弯头、阀门等阻力部件的附近，水流流束死角和振动较大的位置。

　　(6)水管压力传感器应加接缓冲弯管和截止阀。

　　(四)流量测量仪表安装

　　1.电磁流量计

　　(1)电磁流量计应安装在无电磁场干扰的场所。

　　(2)电磁流量计应安装在直管段。

　　(3)流量计的前端应有长度为10D(管径)的直管，流量计的后端应有长度为5D的直管段。

　　(4)传感器前后的管道中安装有阀门和弯头等影响流量平稳的设备，则直管段的长度还需相应增加。

　　(5)系统如有流量调节阀，电磁流量计应安装在流量调节阀的前端。

　　2.涡轮流量计

　　(1)涡轮式流量计应水平安装，流体的流动方向必须与流量计所示的流向标志一致。

　　(2)涡轮式流量计应安装在直管段，流时计的前端应有长度为10D(管径)的直管，流量计的后端应有长度为5D的直管段。

　　(3)如传感器前后的管道中安装有阀门和弯头等影响流量平稳的设备，则直管段的长度还需相应增加。

　　(4)涡轮式流量变送器应安装在便于维修并避免管道振动的场所。

　　(五)电量变送器安装

　　(1)被测回路加装电流、电压互感器，互感器输出电流、电压范围应符合电流、电压变送器的电流、电压输入范围。

　　(2)变送器接线时，应严防电压输入端短路和电流输入端开路。

　　(3)变送器的输出应与现场直接数字控制器输入通道的特性相匹配。

　　(六)电动调节阀安装

　　阀门驱动器按输出方式可分直行程、角行程和多转式三种类型，分别同直线移动的调节阀、旋转的蝶阀、多转式调节阀配合工作。

　　电动调节阀和工艺管道同时安装，管道防腐和试压前进行。

　　(1)应垂直安装于水平管道上，尤其对大口径电动阀不能有倾斜。

　　(2)阀体上的水流方向应与实际水流方向一致。一般安装在回水管上。

　　(3)阀旁应装有旁通阀和旁通管路，阀位指示装置安装在便于观察的位置，手动操作机构应安装在便于操作的位置。

　　(4)电动调节阀的行程、阀前/后压力必须满足设计和产品说明书的要求。

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