自动化仪表与过程控制-教学课件-第一章-补充.ppt

1、调节对象检测元件变送单元显示单元执行单元调节单元给定单元操作单元工艺介质测量值给定值自动手动阀门被调量仪表控制系统的组成1.3 基本概念和性能指标系统元件：按国际电工委员会（IEC)定义：所谓系统元件，即工业过程检测控制仪表及装置。自动化仪表及装置的分类：l 检测类：热工量的检测、机械量检测、成分量检测、状态量的检测。l转换类：V/I,V/F,A/D,D/Q,光/电等。l显示类：模拟显示、数字显示和屏幕显示l调节、计算类：各类调节器和控制器、计算机、输入/输出通道和专用接口等。1.3 基本概念和性能指标l传送类：包括多路信号输入输出装置、通信装置等。l执行器类：气动执行器、电动执行器、液动执行

2、器、可控硅电压调整器等。l连锁保护类：各类自动保护装置。l其它：各种仪表屏、柜、台、箱等。1.3 基本概念和性能指标自动化仪表的性能指标：仪表的性能指标：一般是对仪表在规定工作条件下而言。性能指标从三个方面衡量：s技术方面的指标：主要有：基本误差、精度等级、变差、灵敏度、量程、响应时间、漂移等.s经济方面的指标：主要有：功耗、价格、使用寿命等.s使用方面的指标：主要有：操作维护性、安全可靠性、防护能力、重量和体积等.1.3 基本概念和性能指标基本误差：指仪表在规定工作条件下的误差。表示方式：绝对误差 仪表示值被测量真值相对误差 r(/被测量真值)x100%引用误差 (/仪表量程)x100%最大

3、引用误差 rm (max/仪表量程)x100%1.3 基本概念和性能指标测量范围与量程：测量范围：仪表可以测量的被测量的变化范围。量程：范围上限范围下限 输出输入01090 100无迁移状况特性曲线零点迁移状况特性曲线量程迁移状况特性曲线既有零点迁移又有量程迁移状况的特性曲线1.3 基本概念和性能指标精度等级：常用最大引用误差来判断仪表的精度等级。例：若某仪表的最大引用误差为0.4%，则该仪表属于0.5级表。精度等级分为：0.01,0.02,0.05,0.1,0.2,0.5,1.0,.数字越大精度越低。灵敏度输出量的变化量引起该输出变化的 输入量的变化量1.3 基本概念和性能指标灵敏度与分辨率

4、灵敏度输出量的变化量引起该输出变化的 输入量的变化量分辨率：指仪表的指示值可以响应与分辩的 最小输入量的变化量，表示仪表响应 与分辩输入量微小变化的能力，也称 “灵敏度限”。1.3 基本概念和性能指标滞环、死区和变差：滞环：仪表的输入上升和下降的特性曲线不重合时，特性曲线形成了“滞环”。输入输出死区(也叫做不灵敏区）滞环的形成死区的形成输入输出下降上升1.3 基本概念和性能指标 变差：由于死区和滞环的存在，仪表在整个量程内上升和下降时形成不重合的特性曲线，即在相同的被测量值时仪表的输出值是不相等的，这二者之间的差为“变差”。输入输出max变差产生的原因：例：传动机构间存在间隙和摩擦力，弹性元件

5、的弹性滞后，磁性材料的滞环等。1.3 基本概念和性能指标重复性：指仪表在同一工作条件下，按同一方向被测量增加和减少，连续多次重复测量，被测量按同一方向变化得到的多条特性曲线之间不重合的程度输入输出重复性1.3 基本概念和性能指标可靠性：是衡量产品是否经久耐用的一种综合性质量指标。仪表的可靠性用有效度（可使用性）来表示。定义为：平均修复时间平均无故障工作时间平均无故障工作时间有效度MTTRMTBFMTBF1.3 基本概念和性能指标响应时间：当仪表在输入阶跃变化时，仪表的输出从一个稳态到另一个稳态值的（常取90）所需的时间。时间常数：对于一阶线性系统，在阶跃输入变化下，输出从开始变化到总变化量的6

6、3.2%所需的时间。输出t输入t63.2901.4 计量与标准化技术计量及其基本任务：l计量：广义上说，是计量学、计量技术、计量管理三者的统称。它通过测量的办法，确定任一物理量的大小，并保证其单位统一和量值的一致性。l计量的基本任务：保证计量制度的统一；保证各种测量结果的准确一致。其内容：确定统一的计量单位；研究、建立、保存计量基准器和标准器，制定和贯彻计量法令、检定规程；组织和进行量值传递；对制造、进口、销售、使用、修理的计量器具进行管理；开展计量学理论和测量方法的研究，进行测试工作等。1.4 计量与标准化技术标准化技术：标准：是对重复性事物和概念所做的统一规定；标准是以科学和实践经验的综合

7、成果为基础，经有关方面协商一致，由主管机构批准，以特定形式发布，作为共同遵守的准则 和依据。国际标准化机构：IEC/TC65和ISO/TC30；分别下设很多委员会，负责各种标准的制定。采用国际标准是当今世界的趋势。1.5 信号体制与传输方式信号体制:信号体制是指在成套仪表系列中，仪表之间采用什么样的统一信号来进行联络和传输。即信号的标准问题。气动仪表之间的联络信号：下限 上限 20kPa 100kPa (0.2kgf/cm2)(1.0kgf/cm2)1.5 信号体制与传输方式电动模拟仪表的信号体制：GB3369国标规定 电流信号 负载电阻 420mADC 250 750 0 10mADC 0

8、1500；0 3000 有些仪表则采用0 5V和0 10V直流电压作为联络信号。1.5 信号体制与传输方式数字信号体制:常用的有：五单位码的2号码(国际电报通话通信咨询委 员会CCTT推行的）；ASC码（美国国家标准化协会ANSI制定的美 国信息交换标准码）；我国的GB2312信息交换汉字编码等。1.5 信号体制与传输方式信号传输方式：电流信号传输 我国的DDZ 型仪表中采用直流电流信号传输方式，当发送仪表的输出电流为多台仪表接收时，多台接收仪表应串联。RiI0R0RCMRiRiIi发送信号仪表接收仪表1.5 信号体制与传输方式 一般发送仪表的输出电阻都很大，接近于恒流，电流信号适宜于远距离传

9、输。但在负载电阻发生变化时，输出电流也将变化，从而引起传输误差。0000000000%100)(RnRRnRRRnRRRnRRIInRRRRIIIIicmicmicmicmicmi时，1.5 信号体制与传输方式电压信号传输：在DDZ 型仪表中也采用电压信号传输方式，多台接收仪表应并联。RiR0RiRi发送信号仪表接收仪表RCMRCMV01.5 信号体制与传输方式 当接收仪表的输入电阻不是无穷大时，造成的传输误差为：%10022%1002220000000000icmcmiicmcmicmiiRRRnRRnRnRRRRRVVnRRRnRVVVV时，当1.5 信号体制与传输方式变送器与控制室仪表之

10、间的信号传输：四线制传输：供电电源和输出信号各自用两根导线传输。若将四线制变送器的一个输出端与电源的负端相连，便形成三线制传输。两线制传输：这两根导线既是变送器的电源线也是变送器的信号线。1.5 信号体制与传输方式电源装置接收仪表控制室变送器两线制变送器电源装置接收仪表控制室四线制变送器变送器1.6 安全性与可靠性安全性：危险场所及危险物的分类：危险场所 分为三类：类别 场所第一类（Q类）含有可燃性气体或蒸汽的爆炸性混合物第二类（G类）含有可燃性粉尘或纤维混合物第三类（H类）火灾危险场所 1.6 安全性与可靠性 第一类危险场所的危险程度最高，可将其分为三级：级别 危险场所 Q-1级 在正常情况

11、下，可能形成爆炸混合物的场所 Q-2级 在正常情况下，不能形成爆炸混合物，仅在 不正常的情况下，才可能形成爆炸混合物场所 Q-3级 在不正常情况下，只可能在局部地区形成爆炸 性混合物1.6 安全性与可靠性爆炸性混合物分类分组：我国规定：以最小引燃电流 作为分级的依据，爆炸性混合物分为三级：分级 最小引爆电流 一级，丙烷 二级，乙烯 三级，氢 i imAimA70120mAi120mAi701.6 安全性与可靠性 易燃易爆气体 按其自燃温度分为a、b、c、d、e五组。仪表表面的最高允许温度为每组易燃混合物的自燃温度的80%，那么：仪表使用环境温度自燃温度x80仪表温升例：某差压变送器工作环境温度

12、为4080，在e（100)组使用时,仪表温升10，则实际允许的最高环境温度为70 1.6 安全性与可靠性仪表防爆途径与等级：K 仪表防爆途径：结构防爆（隔离防爆）：在结构上采取措 施，把仪表电路与周围环境隔绝；本安防爆：从仪表电路的能量上加以限制，即从根本上去除发生爆炸的可能性。1.6 安全性与可靠性结构防爆的具体措施：采用严密的外壳，使用符合规定的螺纹和特殊 结构的密封接口；向外壳里输送清洁的压缩空气，使壳内维持 正压而不让易燃易爆气体进入；在外壳里充油，电路浸没在油中，其热量让油带走；在电路和外壳间的空隙里充填石英砂，起熄弧和隔 热作用。结构防爆设计的仪表是不完善的，所以设计本质安全防爆电

13、路，构成“本安型”防爆仪表。1.6 安全性与可靠性K仪表防爆等级：安全火花型（He)H：指安全火花型 ：指最小引爆电流t”的概率。即：R(t)P(Tt)1.6 安全性与可靠性不可靠度：用“累积失效概率”来表示。指仪表在规定的条件下和时间内丧失规定功能的概率，即指事件“Tt”的概率，不可靠度F(t):F(t)=P(Tt)由于可靠度和不可靠度是对立事件，所以它们的概率之和为1，即：P(t)+F(t)=11.6 安全性与可靠性 可靠度和不可靠度与时间的关系曲线：1.6 安全性与可靠性失效密度：是仪表不可靠度的导数，即：dttdFtf)()(失效率：是表征正常工作到t时刻的仪表，在t时刻后的单位时间内

14、发生失效的概率。记为：)(t时刻仍在工作的产品数表示之间的失效数到表示其中：ttNFNttttNFttNFttNFNtNFttNFt)()()()()()()(1.6 安全性与可靠性 典型的产品失效率函数曲线：)(tt规定失效率偶然失效期早期失效期耗损失效期使用寿命许多产品的失效率函数曲线呈两头高，中间低图形。1.6 安全性与可靠性平均寿命：分两种情况：不可修复产品：平均寿命指产品从开始工作到发生失效前的平均工作时间，记为MTTF.可修复产品：平均寿命指产品相邻故障之间的平均工作时间，记为：MTBF 平均寿命可用可靠度来计算：0)(dttRMt平均寿命1.6 安全性与可靠性系统可靠性：串联系统

15、：12n正常事件的概率，即系统的可靠度函数为：)()(1tRtRinis当各单元的寿命服从负指数分布时，那么平均寿命Ms为：nsniissM.11211其中：为整个系统的失效率s1.6 安全性与可靠性并联系统：niisstFtFR1)(1)(1当各单元的寿命分布都是负指数分布时，则并联系统的平均寿命为:00)1(1()(0dtedttRMTBFns系统的可靠度函数为：12n1.6 安全性与可靠性冗余系统：人工更换：系统出故障后，由手工更换失效元件；热备用系统（也叫并联冗余系统）；冷备用系统（也称“待机冗余”）；暖备用系统：介于热备用和冷备用系统之间；表决冗余系统：是一个并联系统，并联的各元件功能是一样的，见下图。1.6 安全性与可靠性 假设3个中有任意一个失效，系统并不失效，只有当其中两个单元失效时，系统才失效。若单元个数更多时，表决的条件可以是n中取k.1232/3