過(guò)程控制儀表_下

1、 第第3 3章章 過(guò)程控制儀表（下）過(guò)程控制儀表（下） 過(guò)程儀表的定義及作用過(guò)程儀表的定義及作用模擬式調(diào)節(jié)器的局限性越來(lái)越明顯：模擬式調(diào)節(jié)器的局限性越來(lái)越明顯：1）功能單一，靈活性差；）功能單一，靈活性差；2）信息分散，所用儀表多，且監(jiān)視操作不方便；）信息分散，所用儀表多，且監(jiān)視操作不方便；3）接線過(guò)多，系統(tǒng)維護(hù)難度大。）接線過(guò)多，系統(tǒng)維護(hù)難度大。 電加熱鍋爐的控制問(wèn)電加熱鍋爐的控制問(wèn)題，先要實(shí)現(xiàn)蒸汽流量的題，先要實(shí)現(xiàn)蒸汽流量的正確測(cè)量，以便實(shí)現(xiàn)對(duì)鍋正確測(cè)量，以便實(shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐液位的準(zhǔn)確控制與安全爐液位的準(zhǔn)確控制與安全運(yùn)行運(yùn)行 。 pTpTpQfnnf 蒸汽流量與溫度、壓力蒸汽流量與溫度、壓力有直

2、接關(guān)系，必須對(duì)流量進(jìn)有直接關(guān)系，必須對(duì)流量進(jìn)行溫度、壓力補(bǔ)償處理。其行溫度、壓力補(bǔ)償處理。其運(yùn)算公式如下：運(yùn)算公式如下： 3.3.1 數(shù)字式控制器的基本構(gòu)成數(shù)字式控制器的基本構(gòu)成 數(shù)字式控制器的硬件電路由主機(jī)電路、過(guò)程輸入通道、過(guò)程輸出通道、人/機(jī)接口電路以及通信接口電路等構(gòu)成。 1. 數(shù)字式控制器的硬件電路數(shù)字式控制器的硬件電路 YS100單回路調(diào)節(jié)器單回路調(diào)節(jié)器 數(shù)字式控制器的硬件電路 （1 1）主機(jī)電路）主機(jī)電路 主要由微處理器主要由微處理器CPUCPU、只讀存儲(chǔ)器、只讀存儲(chǔ)器ROMROM和和EPROMEPROM、隨機(jī)存儲(chǔ)器、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAMRAM、定時(shí)、定時(shí)/ /計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器CTCCT

3、C以及輸入以及輸入/ /輸出輸出接口等組成，它是數(shù)字控制器的核心，用于數(shù)據(jù)運(yùn)算處理接口等組成，它是數(shù)字控制器的核心，用于數(shù)據(jù)運(yùn)算處理和各組成部分的管理。和各組成部分的管理。（2 2）過(guò)程輸入通道）過(guò)程輸入通道 包括模擬量輸入通道和開(kāi)關(guān)量輸入包括模擬量輸入通道和開(kāi)關(guān)量輸入通道兩部分，其中模擬量輸入通道主要由多路模擬開(kāi)關(guān)、通道兩部分，其中模擬量輸入通道主要由多路模擬開(kāi)關(guān)、采樣采樣/ /保持器和保持器和A/DA/D轉(zhuǎn)換器等組成，其作用是將模擬量輸入轉(zhuǎn)換器等組成，其作用是將模擬量輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字量；而開(kāi)關(guān)量輸入通道則將多個(gè)開(kāi)信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字量；而開(kāi)關(guān)量輸入通道則將多個(gè)開(kāi)關(guān)輸入信號(hào)通過(guò)輸入緩

4、沖器將其轉(zhuǎn)換為能被計(jì)算機(jī)識(shí)別的關(guān)輸入信號(hào)通過(guò)輸入緩沖器將其轉(zhuǎn)換為能被計(jì)算機(jī)識(shí)別的數(shù)字信號(hào)。數(shù)字信號(hào)。 （3 3）過(guò)程輸出通道）過(guò)程輸出通道 主要包括模擬量輸出通道和開(kāi)關(guān)量主要包括模擬量輸出通道和開(kāi)關(guān)量輸出通道兩部分，其中模擬量輸出通道由輸出通道兩部分，其中模擬量輸出通道由D/AD/A轉(zhuǎn)換器、多路轉(zhuǎn)換器、多路模擬開(kāi)關(guān)輸出保持器和模擬開(kāi)關(guān)輸出保持器和V/IV/I轉(zhuǎn)換器等組成，其作用是將數(shù)字轉(zhuǎn)換器等組成，其作用是將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為信號(hào)轉(zhuǎn)換為1 15V5V模擬電壓或模擬電壓或4 420mA20mA模擬電流信號(hào)。開(kāi)關(guān)模擬電流信號(hào)。開(kāi)關(guān)量輸出通道則通過(guò)輸出緩沖器輸出開(kāi)關(guān)量信號(hào)，以便控制量輸出通道則通過(guò)輸出緩

5、沖器輸出開(kāi)關(guān)量信號(hào)，以便控制繼電器觸點(diǎn)或無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)等。繼電器觸點(diǎn)或無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)等。 （4）人）人/機(jī)聯(lián)系部件機(jī)聯(lián)系部件 主要包括顯示儀表或顯示器、主要包括顯示儀表或顯示器、手動(dòng)操作裝置等，它們被分別置于數(shù)字式控制器的正手動(dòng)操作裝置等，它們被分別置于數(shù)字式控制器的正面和側(cè)面。正面的設(shè)置與常規(guī)模擬式控制器相似，有面和側(cè)面。正面的設(shè)置與常規(guī)模擬式控制器相似，有測(cè)量值和設(shè)定值顯示表、輸出電流顯示表、運(yùn)行狀態(tài)測(cè)量值和設(shè)定值顯示表、輸出電流顯示表、運(yùn)行狀態(tài)切換按鈕、設(shè)定值增切換按鈕、設(shè)定值增/減按鈕、手動(dòng)操作按鈕等。側(cè)面減按鈕、手動(dòng)操作按鈕等。側(cè)面則有設(shè)置和指示各種參數(shù)的鍵盤(pán)、顯示器等。則有設(shè)置和指示各種參

6、數(shù)的鍵盤(pán)、顯示器等。（5）通信部件）通信部件 主要包括通信接口、發(fā)送和接收電路主要包括通信接口、發(fā)送和接收電路等。通信接口將發(fā)送的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)通信格式的數(shù)等。通信接口將發(fā)送的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)通信格式的數(shù)字信號(hào)，由發(fā)送電路送往外部通信線路，再由接收電字信號(hào)，由發(fā)送電路送往外部通信線路，再由接收電路接收并將其轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能接收的數(shù)據(jù)。數(shù)字通信路接收并將其轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能接收的數(shù)據(jù)。數(shù)字通信大多采用串行方式。大多采用串行方式。 （1）系統(tǒng)管理軟件）系統(tǒng)管理軟件 主要包括監(jiān)控程序和中斷處理程主要包括監(jiān)控程序和中斷處理程序兩部分，它們是控制器軟件的主體。監(jiān)控程序又包序兩部分，它們是控制器軟件的主體。監(jiān)控程

7、序又包含系統(tǒng)初始化、鍵盤(pán)和顯示管理、中斷管理、自診斷含系統(tǒng)初始化、鍵盤(pán)和顯示管理、中斷管理、自診斷處理及運(yùn)行狀態(tài)控制等模塊；中斷處理程序則包含鍵處理及運(yùn)行狀態(tài)控制等模塊；中斷處理程序則包含鍵處理、定時(shí)處理、輸入處理和運(yùn)算控制、通信處理和處理、定時(shí)處理、輸入處理和運(yùn)算控制、通信處理和掉電處理等模塊。掉電處理等模塊。（2）用戶應(yīng)用軟件）用戶應(yīng)用軟件 用戶應(yīng)用軟件由用戶自行編制，用戶應(yīng)用軟件由用戶自行編制，采用采用POL(面向過(guò)程語(yǔ)言面向過(guò)程語(yǔ)言)編程，因而設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、操作編程，因而設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、操作方便。在可編程控制器中，這些應(yīng)用軟件以模塊或指方便。在可編程控制器中，這些應(yīng)用軟件以模塊或指令的形式給出，

8、用戶只要將這些模塊或指令按一定規(guī)令的形式給出，用戶只要將這些模塊或指令按一定規(guī)則進(jìn)行連接（亦稱組態(tài)）或編程，即可構(gòu)成用戶所需則進(jìn)行連接（亦稱組態(tài)）或編程，即可構(gòu)成用戶所需的各種控制系統(tǒng)。的各種控制系統(tǒng)。 2. 數(shù)字式控制器的軟件數(shù)字式控制器的軟件 （1 1）主機(jī)電路）主機(jī)電路 主機(jī)電路主要由主機(jī)電路主要由CPUCPU、ROMROM、RAMRAM、D/AD/A轉(zhuǎn)換器和定時(shí)器轉(zhuǎn)換器和定時(shí)器組成。組成。 （2 2）模擬量輸入）模擬量輸入/ /輸出電路輸出電路（結(jié)合實(shí)物）（結(jié)合實(shí)物） SLPCSLPC* *E E共有共有，可同時(shí)接受，可同時(shí)接受5 5路直流信號(hào)。輸入信號(hào)先由路直流信號(hào)。輸入信號(hào)先由RC

9、RC濾波緩沖，經(jīng)多路選擇開(kāi)關(guān)、濾波緩沖，經(jīng)多路選擇開(kāi)關(guān)、A/DA/D轉(zhuǎn)換后，存入系統(tǒng)轉(zhuǎn)換后，存入系統(tǒng)RAMRAM中。中。 有有。其中只有。其中只有Y1Y1輸出是輸出是1 120mA20mA直流電流信號(hào)，可推動(dòng)執(zhí)行器工作。另兩路輸出直流電流信號(hào)，可推動(dòng)執(zhí)行器工作。另兩路輸出Y2Y2、Y3Y3為為1 15V5V直流電壓信號(hào)。輸出電流表指示直流電壓信號(hào)。輸出電流表指示Y1Y1的數(shù)值。的數(shù)值。 （3 3）狀態(tài)輸入）狀態(tài)輸入/ /輸出電路輸出電路（結(jié)合實(shí)物）（結(jié)合實(shí)物） SLPCSLPC* *E E共有共有6 6個(gè)狀態(tài)輸入個(gè)狀態(tài)輸入/ /輸出端子，采用脈沖變壓器進(jìn)輸出端子，采用脈沖變壓器進(jìn)行電路隔離。各

10、狀態(tài)端子可以通過(guò)編程方式指定輸入、輸行電路隔離。各狀態(tài)端子可以通過(guò)編程方式指定輸入、輸出用途，缺省時(shí)指定出用途，缺省時(shí)指定1 13 3號(hào)端子為輸入號(hào)端子為輸入DIO1DIO1DI03DI03，4 46 6號(hào)端子為輸入號(hào)端子為輸入DOO1DOO1DO03DO03。 （4 4）其它電路）其它電路故障處理電路和報(bào)警輸出電路故障處理電路和報(bào)警輸出電路 顯示器鍵盤(pán)和通信接口電路顯示器鍵盤(pán)和通信接口電路 電源電路電源電路 SLPC SLPC具有具有4646功能模塊，能完成復(fù)雜的函數(shù)運(yùn)算和控制功功能模塊，能完成復(fù)雜的函數(shù)運(yùn)算和控制功能。其中包括：數(shù)據(jù)傳送模塊、基本運(yùn)算模塊、帶編號(hào)運(yùn)算能。其中包括：數(shù)據(jù)傳送模

11、塊、基本運(yùn)算模塊、帶編號(hào)運(yùn)算模塊、邏輯功能模塊、控制功能模塊。其功能如下（控制功模塊、邏輯功能模塊、控制功能模塊。其功能如下（控制功能未列出）：能未列出）： 1)1)、正面板、正面板 1)1)、準(zhǔn)備工作、準(zhǔn)備工作機(jī)芯的拉出機(jī)芯的拉出 機(jī)芯的取出機(jī)芯的取出 機(jī)芯表箱的分離機(jī)芯表箱的分離 2)2)、運(yùn)轉(zhuǎn)準(zhǔn)備、運(yùn)轉(zhuǎn)準(zhǔn)備（1 1）調(diào)節(jié)閥動(dòng)作與顯示）調(diào)節(jié)閥動(dòng)作與顯示板的位置一致。板的位置一致。（2 2）整定板的給定）整定板的給定 （3 3）MODEMODE給定給定用鍵盤(pán)調(diào)出用鍵盤(pán)調(diào)出MODEMODE，然后按壓，然后按壓按鍵進(jìn)行給定。按鍵進(jìn)行給定。 （4 4）SCALESCALE給定給定 3.4 3.4

12、執(zhí)行器及安全柵執(zhí)行器及安全柵3.4.1 執(zhí)行器的構(gòu)成原理執(zhí)行器的構(gòu)成原理執(zhí)行器由執(zhí)行器由執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)（調(diào)節(jié)閥）調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)（調(diào)節(jié)閥）兩部分組成兩部分組成。接受調(diào)節(jié)器輸出的控制信號(hào)，并轉(zhuǎn)換成直線位移或角位。接受調(diào)節(jié)器輸出的控制信號(hào)，并轉(zhuǎn)換成直線位移或角位移來(lái)改變調(diào)節(jié)閥的流通面積，以控制流入或流出被控過(guò)程移來(lái)改變調(diào)節(jié)閥的流通面積，以控制流入或流出被控過(guò)程的物料或能量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)過(guò)程參數(shù)的自動(dòng)控制。的物料或能量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)過(guò)程參數(shù)的自動(dòng)控制。 執(zhí)行器有自動(dòng)調(diào)節(jié)閥門(mén)、自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器、自動(dòng)電流執(zhí)行器有自動(dòng)調(diào)節(jié)閥門(mén)、自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器、自動(dòng)電流調(diào)節(jié)器、控制電機(jī)等。其中自動(dòng)調(diào)節(jié)閥門(mén)是最常見(jiàn)的執(zhí)行調(diào)節(jié)

13、器、控制電機(jī)等。其中自動(dòng)調(diào)節(jié)閥門(mén)是最常見(jiàn)的執(zhí)行器，種類繁多。器，種類繁多。自動(dòng)調(diào)節(jié)閥按照工作所用能源形式可分為：自動(dòng)調(diào)節(jié)閥按照工作所用能源形式可分為：q電動(dòng)調(diào)節(jié)閥電動(dòng)調(diào)節(jié)閥：電源配備方便，信號(hào)傳輸快、：電源配備方便，信號(hào)傳輸快、損失小，可遠(yuǎn)距離傳輸；但推力較小。損失小，可遠(yuǎn)距離傳輸；但推力較小。q氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠，維護(hù)方便，：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠，維護(hù)方便，防火防爆；但氣源配備不方便。防火防爆；但氣源配備不方便。q液動(dòng)調(diào)節(jié)閥液動(dòng)調(diào)節(jié)閥：用液壓傳遞動(dòng)力，推力最大；：用液壓傳遞動(dòng)力，推力最大；但安裝、維護(hù)麻煩，使用不多。但安裝、維護(hù)麻煩，使用不多。 工業(yè)中使用最多的是氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥和電動(dòng)

14、調(diào)節(jié)閥。工業(yè)中使用最多的是氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥和電動(dòng)調(diào)節(jié)閥。 1. 氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 它由膜片、閥桿和平衡彈簧等組成，是執(zhí)行器的推動(dòng)裝置。它接受氣動(dòng)調(diào)節(jié)器或電/氣轉(zhuǎn)換器輸出的氣壓信號(hào)，經(jīng)膜片轉(zhuǎn)換成推力并克服彈簧力后，使閥桿產(chǎn)生位移，帶動(dòng)閥芯動(dòng)作。 1-上蓋 2膜片 3一平衡彈簧 4一閥桿 5閥體 6閥座 7閥芯 氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)有正作用和反作用兩種形式氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)有正作用和反作用兩種形式: :當(dāng)輸入氣壓信號(hào)增加時(shí)閥桿向下移動(dòng)時(shí)稱當(dāng)輸入氣壓信號(hào)增加時(shí)閥桿向下移動(dòng)時(shí)稱正作用正作用；當(dāng)輸入氣壓信號(hào)增加時(shí)閥桿向上移動(dòng)時(shí)稱當(dāng)輸入氣壓信號(hào)增加時(shí)閥桿向上移動(dòng)時(shí)稱反作用反作用。在工業(yè)生產(chǎn)中口徑較大的調(diào)節(jié)閥通常采用正

15、作用方式。在工業(yè)生產(chǎn)中口徑較大的調(diào)節(jié)閥通常采用正作用方式。 lKAp 氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)的靜態(tài)特性表示平衡狀態(tài)時(shí)輸入氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)的靜態(tài)特性表示平衡狀態(tài)時(shí)輸入的氣壓的氣壓p與閥桿位移與閥桿位移l的關(guān)系，即的關(guān)系，即 A為膜片的有效面積；K為平衡彈簧的彈性系數(shù) 氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性可近似成一階慣性環(huán)節(jié)，其慣氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性可近似成一階慣性環(huán)節(jié)，其慣性的大小取決于膜頭空間的大小與氣管線的長(zhǎng)度和直徑。性的大小取決于膜頭空間的大小與氣管線的長(zhǎng)度和直徑。 2. 電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)根據(jù)配用的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)不同，其輸出方式有電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)根據(jù)配用的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)不同，其輸出方式有直行程、角行程

16、和多轉(zhuǎn)式三種類型，其電氣原理完全相同，直行程、角行程和多轉(zhuǎn)式三種類型，其電氣原理完全相同，僅減速器不一樣。僅減速器不一樣。 電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的組成框圖電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的組成框圖 伺服放大器原理圖伺服放大器原理圖 校正網(wǎng)絡(luò)原理圖校正網(wǎng)絡(luò)原理圖 （1） 直通單座閥直通單座閥流體對(duì)閥芯的不平流體對(duì)閥芯的不平衡作用力大。一般用在小衡作用力大。一般用在小口徑、低壓差的場(chǎng)合?？趶?、低壓差的場(chǎng)合。q結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、泄漏量小。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、泄漏量小。3調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu) 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)就是閥門(mén)，是一個(gè)局部阻力可以改變調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)就是閥門(mén)，是一個(gè)局部阻力可以改變的節(jié)流元件。根據(jù)不同的使用要求，閥門(mén)的結(jié)構(gòu)型的節(jié)流元件。根據(jù)不同的使用要求，閥門(mén)

17、的結(jié)構(gòu)型式很多。式很多。 正裝閥正裝閥閥芯下移時(shí)，閥芯與閥閥芯下移時(shí)，閥芯與閥座間的流通截面積增大座間的流通截面積增大閥門(mén)中的柱式閥芯可以正裝，也可以反裝。閥門(mén)中的柱式閥芯可以正裝，也可以反裝。 反裝閥反裝閥閥芯下移時(shí)，閥芯與閥閥芯下移時(shí)，閥芯與閥座間的流通截面積減小座間的流通截面積減?。? 2） 直通雙座閥直通雙座閥 閥體內(nèi)有兩個(gè)閥芯和閥座。閥體內(nèi)有兩個(gè)閥芯和閥座。q流體流過(guò)時(shí)，作用在上、下兩個(gè)閥芯上的推流體流過(guò)時(shí)，作用在上、下兩個(gè)閥芯上的推力方向相反且大小相近，可以互相抵消，所以不平力方向相反且大小相近，可以互相抵消，所以不平衡力小。衡力小。q但是，由于加工的但是，由于加工的限制，上下兩個(gè)

18、閥芯閥限制，上下兩個(gè)閥芯閥座不易保證同時(shí)密閉，座不易保證同時(shí)密閉，因此泄漏量較大。因此泄漏量較大。（3）角形控制閥角形控制閥兩個(gè)接管呈直角形，一般為底進(jìn)側(cè)出，這種閥的兩個(gè)接管呈直角形，一般為底進(jìn)側(cè)出，這種閥的流路簡(jiǎn)單、對(duì)流體的阻力較小。流路簡(jiǎn)單、對(duì)流體的阻力較小。q適用于現(xiàn)場(chǎng)管道適用于現(xiàn)場(chǎng)管道要求直角連接，介質(zhì)要求直角連接，介質(zhì)為高粘度、高壓差和為高粘度、高壓差和含有少量懸浮物和固含有少量懸浮物和固體顆粒狀的場(chǎng)合。體顆粒狀的場(chǎng)合。 （4 4） 三通控制閥三通控制閥 有三個(gè)出入口與工藝管道連接。流通方式有合有三個(gè)出入口與工藝管道連接。流通方式有合流型（兩種介質(zhì)混合成一路）和分流型（一種介質(zhì)流型（

19、兩種介質(zhì)混合成一路）和分流型（一種介質(zhì)分成兩路）兩種。適用于配比控制與旁路控制。分成兩路）兩種。適用于配比控制與旁路控制。（5）隔膜控制閥隔膜控制閥 采用耐腐蝕材料作采用耐腐蝕材料作隔膜，將閥芯與流體隔隔膜，將閥芯與流體隔開(kāi)。開(kāi)。q結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、流阻小、流通能力比同口徑的其他結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、流阻小、流通能力比同口徑的其他種類的閥要大。由于介質(zhì)用隔膜與外界隔離，故無(wú)填種類的閥要大。由于介質(zhì)用隔膜與外界隔離，故無(wú)填料，介質(zhì)也不會(huì)泄漏。料，介質(zhì)也不會(huì)泄漏。q耐腐蝕能力強(qiáng)，適用于強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、強(qiáng)腐蝕性耐腐蝕能力強(qiáng)，適用于強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)的控制，也能用于高粘度及懸浮顆粒狀介質(zhì)的控介質(zhì)的控制，也能用于高粘度及

20、懸浮顆粒狀介質(zhì)的控制。制。 q適用于大口徑、適用于大口徑、大流量、低壓差的場(chǎng)大流量、低壓差的場(chǎng)合，也可以用于含少合，也可以用于含少量纖維或懸浮顆粒狀量纖維或懸浮顆粒狀介質(zhì)的控制。介質(zhì)的控制。（6）蝶閥蝶閥又名翻板閥。又名翻板閥。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、流阻極小，但泄漏量大。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、流阻極小，但泄漏量大。3.4.2 氣動(dòng)執(zhí)行器的應(yīng)氣動(dòng)執(zhí)行器的應(yīng)用用1. 調(diào)節(jié)閥的尺寸調(diào)節(jié)閥的尺寸 通常用公稱直徑通常用公稱直徑Dg和閥座直徑和閥座直徑dg表示，它們的確定是合理應(yīng)用執(zhí)行表示，它們的確定是合理應(yīng)用執(zhí)行器的前提條件。確定調(diào)節(jié)閥尺寸的主要依據(jù)是流通能力，它定義為調(diào)器的前提條件。確定調(diào)節(jié)閥尺寸的主要依據(jù)是

21、流通能力，它定義為調(diào)節(jié)閥全開(kāi)、閥前后壓差為節(jié)閥全開(kāi)、閥前后壓差為0.1MPa、流體重度為、流體重度為1g/cm3時(shí)，每小時(shí)通時(shí)，每小時(shí)通過(guò)閥門(mén)的流體流量（過(guò)閥門(mén)的流體流量（m3或或kg）。）。 當(dāng)流體為不可壓縮時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)閥的體積流量為當(dāng)流體為不可壓縮時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)閥的體積流量為: 0122()VgqAppr為流量系數(shù)，它取決于調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)形狀和流體流動(dòng)狀況，可從有關(guān)手冊(cè)查閱或由實(shí)驗(yàn)確定；A0為調(diào)節(jié)閥接管截面積；g為重力加速度；r為流體重度。 依據(jù)流通能力的定義，則有依據(jù)流通能力的定義，則有 gAC20流通能力C與調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)參數(shù)有確定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。這就是確定調(diào)節(jié)閥尺寸的理論依據(jù)。 可得流通能力與

22、流體重度、閥前后壓差和介質(zhì)流量三者的定量關(guān)系，即 (335)VrCqpmaxqpmaxCmaxC調(diào)節(jié)閥尺寸的確定過(guò)程為：根據(jù)通過(guò)調(diào)節(jié)閥的最大流量，r流體重度以及調(diào)節(jié)閥的前后壓差，先由式（335）求得最大的流通能力，然后選取大于即可依據(jù)表32確定出Dg和dg的大小。 的最低級(jí)別的C值，公稱直徑Dg(mm)202532405065閥門(mén)直徑dg(mm)245678101215202532405065流通能力C單座閥0.080.120.200.320.500.801.22.03.25.0812203256雙座閥1016254063公稱直徑Dg(mm)80100125150200250300閥門(mén)直徑dg

23、(mm)80100125150200250303流通能力C單座閥80120200280450雙座閥10016025040063010001600表3-2 調(diào)節(jié)閥流通能力C與其尺寸的關(guān)系 執(zhí)行器的“氣開(kāi)、氣關(guān)”有四種構(gòu)成方式 序號(hào)序號(hào)執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)作用方式作用方式閥體作用閥體作用方式方式執(zhí)行器氣開(kāi)、執(zhí)行器氣開(kāi)、氣關(guān)形式氣關(guān)形式a正正正正氣關(guān)氣關(guān)b正正反反氣開(kāi)氣開(kāi)c反反正正氣開(kāi)氣開(kāi)d反反反反氣關(guān)氣關(guān)3 調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)閥的流量特性流量特性調(diào)節(jié)閥的閥芯位移與流量之間的關(guān)系，對(duì)控制調(diào)節(jié)閥的閥芯位移與流量之間的關(guān)系，對(duì)控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)有很大影響。系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)有很大影響。流量流量特性的定義：特性的定義：

24、被控介質(zhì)流過(guò)閥門(mén)的相對(duì)流量與閥門(mén)的相對(duì)開(kāi)被控介質(zhì)流過(guò)閥門(mén)的相對(duì)流量與閥門(mén)的相對(duì)開(kāi)度（相對(duì)位移）間的關(guān)系稱為調(diào)節(jié)閥的流量特性。度（相對(duì)位移）間的關(guān)系稱為調(diào)節(jié)閥的流量特性。max( )qlfqLq/qmax 相對(duì)流量相對(duì)流量 l/L 相對(duì)開(kāi)度相對(duì)開(kāi)度 相對(duì)流量相對(duì)流量q/qmax 是控制閥某一開(kāi)是控制閥某一開(kāi)度流量度流量q與全開(kāi)時(shí)流量與全開(kāi)時(shí)流量qmax之比；之比； 相對(duì)開(kāi)度相對(duì)開(kāi)度l/L 是控制閥某一開(kāi)度是控制閥某一開(kāi)度行程行程l與全開(kāi)行程與全開(kāi)行程L之比。之比。 調(diào)節(jié)閥的流量特性不僅與閥門(mén)調(diào)節(jié)閥的流量特性不僅與閥門(mén)的結(jié)構(gòu)和開(kāi)度有關(guān)，還與閥前后的的結(jié)構(gòu)和開(kāi)度有關(guān)，還與閥前后的壓差有關(guān)，必須分開(kāi)討

25、論。壓差有關(guān)，必須分開(kāi)討論。max( )qlfqLlq為了便于分析，先將閥前后壓差固定，然后為了便于分析，先將閥前后壓差固定，然后再引伸到實(shí)際工作情況，于是有再引伸到實(shí)際工作情況，于是有固有流量特性固有流量特性與與工作流量特性工作流量特性之分。之分。1、固有（固有（理想）理想）流量特性流量特性在將控制閥前后壓差固定時(shí)得到的流量特性在將控制閥前后壓差固定時(shí)得到的流量特性稱為稱為固有固有流量特性。它取決于閥芯的形狀。流量特性。它取決于閥芯的形狀。（a）快開(kāi)特性）快開(kāi)特性（b）直線特性直線特性（c）等百分比特性等百分比特性（1）直線流量特性直線流量特性控制閥的相對(duì)流量與相對(duì)開(kāi)度成直線關(guān)系，即控制閥的

26、相對(duì)流量與相對(duì)開(kāi)度成直線關(guān)系，即單位位移變化所引起的流量變化是常數(shù)。用數(shù)學(xué)式單位位移變化所引起的流量變化是常數(shù)。用數(shù)學(xué)式表示為：表示為：KlldqqdmaxmaxmaxmaxqlKCql積分C為積分常數(shù) 可調(diào)比可調(diào)比R為調(diào)節(jié)閥所能為調(diào)節(jié)閥所能控制的最大流量與最小流量控制的最大流量與最小流量的比值。的比值。 其中其中qmin不是指閥門(mén)全關(guān)時(shí)的泄漏量，而是閥不是指閥門(mén)全關(guān)時(shí)的泄漏量，而是閥門(mén)能平穩(wěn)控制的最小流量，約為最大流量的門(mén)能平穩(wěn)控制的最小流量，約為最大流量的24%一般閥門(mén)的可調(diào)比一般閥門(mén)的可調(diào)比R=30。maxmax11(1)qlqRlRmaxmin1qRqC控制力：閥門(mén)開(kāi)度改變時(shí)，相對(duì)流量

27、的改變比值?？刂屏Γ洪y門(mén)開(kāi)度改變時(shí)，相對(duì)流量的改變比值。 例如在不同的開(kāi)度上，再分別增加例如在不同的開(kāi)度上，再分別增加10%開(kāi)度，開(kāi)度，相對(duì)流量的變化比值為相對(duì)流量的變化比值為10時(shí)：時(shí)：（20-10）/10100%=100%50時(shí)：時(shí)：（60-50）/50100%=20%80時(shí)：時(shí)：（90-80）/80100%=12.5%Q/Q100L/Lmaxs=1 v直線閥的流量放大系數(shù)在任何一點(diǎn)上都是相同直線閥的流量放大系數(shù)在任何一點(diǎn)上都是相同的，但其對(duì)流量的控制力卻是不同的。的，但其對(duì)流量的控制力卻是不同的。 （2） 等百分比（對(duì)數(shù)）流量特性等百分比（對(duì)數(shù)）流量特性單位相對(duì)行程變化所引起的相對(duì)流量變

28、化與單位相對(duì)行程變化所引起的相對(duì)流量變化與此點(diǎn)的相對(duì)流量成正比關(guān)系：此點(diǎn)的相對(duì)流量成正比關(guān)系：v曲線斜率（放大系數(shù)）曲線斜率（放大系數(shù)）隨行程的增大而增大。流量隨行程的增大而增大。流量小時(shí)，流量變化小；流量大小時(shí)，流量變化小；流量大時(shí)，流量變化大。時(shí)，流量變化大。VKqqKlldqqdmax1maxmax1max1maxlnCllKqq1maxmaxllRqqv等百分比閥在各流量點(diǎn)的放大系數(shù)不同，但對(duì)等百分比閥在各流量點(diǎn)的放大系數(shù)不同，但對(duì)流量的控制力卻是相同的。流量的控制力卻是相同的。10%處：處：（6.58%-4.68%）/4.68%41%50%處：處：（25.7%-18.2%）/18.2

29、%41%80%處：處：（71.2%-50.6%）/50.6%41% 同樣以同樣以10、50及及80三點(diǎn)為例，分別增加三點(diǎn)為例，分別增加10%開(kāi)度，相對(duì)流量變化的比值為：開(kāi)度，相對(duì)流量變化的比值為：Q/Q100L/Lmaxs=1（3）快開(kāi)特性快開(kāi)特性開(kāi)度較小時(shí)就有較大流量，隨開(kāi)度的增大，流開(kāi)度較小時(shí)就有較大流量，隨開(kāi)度的增大，流量很快就達(dá)到最大，故稱為快開(kāi)特性。適用于迅速量很快就達(dá)到最大，故稱為快開(kāi)特性。適用于迅速啟閉的切斷閥或雙位控制系統(tǒng)。啟閉的切斷閥或雙位控制系統(tǒng)。1max2maxmaxqqKlldqqd2/1max2max1) 1(1llRRqq積分2、調(diào)節(jié)閥的工作流量特性調(diào)節(jié)閥的工作流量

30、特性實(shí)際使用時(shí)，調(diào)節(jié)閥裝在具有阻力的管道系統(tǒng)實(shí)際使用時(shí)，調(diào)節(jié)閥裝在具有阻力的管道系統(tǒng)中。管道對(duì)流體的阻力隨流量而變化，閥前后壓差中。管道對(duì)流體的阻力隨流量而變化，閥前后壓差也是變化的，這時(shí)流量特性會(huì)發(fā)生畸變。也是變化的，這時(shí)流量特性會(huì)發(fā)生畸變。1) 管道串聯(lián)時(shí)的工作流量特性管道串聯(lián)時(shí)的工作流量特性如圖，管道如圖，管道系統(tǒng)總壓力系統(tǒng)總壓力P等于管路系統(tǒng)的壓降等于管路系統(tǒng)的壓降PG與控制閥的壓降與控制閥的壓降PT之和。之和。結(jié)論結(jié)論q串聯(lián)管道使調(diào)節(jié)閥的流量特性發(fā)生畸變。串聯(lián)管道使調(diào)節(jié)閥的流量特性發(fā)生畸變。q串聯(lián)管道使調(diào)節(jié)閥的流量可調(diào)范圍降低，最串聯(lián)管道使調(diào)節(jié)閥的流量可調(diào)范圍降低，最大流量減小。大流

31、量減小。q串聯(lián)管道會(huì)使調(diào)節(jié)閥的放大系數(shù)減小，調(diào)節(jié)串聯(lián)管道會(huì)使調(diào)節(jié)閥的放大系數(shù)減小，調(diào)節(jié)能力降低，能力降低，s值低于值低于0.3時(shí)，調(diào)節(jié)閥能力基本喪失。時(shí)，調(diào)節(jié)閥能力基本喪失。2) 與管道并聯(lián)工作時(shí)的流量特性與管道并聯(lián)工作時(shí)的流量特性 圖中圖中S=1時(shí)，旁路閥關(guān)閉，工時(shí)，旁路閥關(guān)閉，工作流量特性即為理想流量特性。作流量特性即為理想流量特性。隨著旁路閥逐漸打開(kāi)，值逐漸隨著旁路閥逐漸打開(kāi)，值逐漸減小，調(diào)節(jié)閥的可調(diào)范圍也將減小，調(diào)節(jié)閥的可調(diào)范圍也將大大降低，從而使調(diào)節(jié)閥的控大大降低，從而使調(diào)節(jié)閥的控制能力大大下降，影響控制效制能力大大下降，影響控制效果。根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，值不能低果。根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，值不能低

32、于于0.8。 圖圖3 337 37 并聯(lián)管道時(shí)調(diào)節(jié)閥工作流量特性并聯(lián)管道時(shí)調(diào)節(jié)閥工作流量特性a)直線閥直線閥 b)對(duì)數(shù)閥對(duì)數(shù)閥（3）流量特性的選擇）流量特性的選擇 調(diào)節(jié)閥流量特性的選擇有理論分析法和經(jīng)驗(yàn)法。前者還在研究中，調(diào)節(jié)閥流量特性的選擇有理論分析法和經(jīng)驗(yàn)法。前者還在研究中，目前較多采用經(jīng)驗(yàn)法。一般可從以下幾方面考慮。目前較多采用經(jīng)驗(yàn)法。一般可從以下幾方面考慮。 1）依據(jù)過(guò)程特性選擇。）依據(jù)過(guò)程特性選擇。 一個(gè)過(guò)程控制系統(tǒng)，在負(fù)荷變動(dòng)的情況下，要使系統(tǒng)保一個(gè)過(guò)程控制系統(tǒng)，在負(fù)荷變動(dòng)的情況下，要使系統(tǒng)保持期望的控制品質(zhì)，則必須要求持期望的控制品質(zhì)，則必須要求系統(tǒng)總的放大系數(shù)在整個(gè)系統(tǒng)總的放大

33、系數(shù)在整個(gè)操作范圍內(nèi)保持不變。操作范圍內(nèi)保持不變。一般變送器、已整定好的調(diào)節(jié)器、一般變送器、已整定好的調(diào)節(jié)器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等放大系數(shù)基本上是不變的，但過(guò)程特性則往往執(zhí)行機(jī)構(gòu)等放大系數(shù)基本上是不變的，但過(guò)程特性則往往是非線性的，其放大系數(shù)隨負(fù)荷而變。因此，必須通過(guò)合是非線性的，其放大系數(shù)隨負(fù)荷而變。因此，必須通過(guò)合理選擇調(diào)節(jié)閥的工作特性，以補(bǔ)償過(guò)程的非線性，其選擇理選擇調(diào)節(jié)閥的工作特性，以補(bǔ)償過(guò)程的非線性，其選擇原則為原則為 0vK K 常數(shù)調(diào)節(jié)閥的放大系數(shù) 被控過(guò)程的放大系數(shù) 2）依據(jù)配管情況選擇。）依據(jù)配管情況選擇。 在根據(jù)過(guò)程特性進(jìn)行選擇之后，再按照配管情況進(jìn)在根據(jù)過(guò)程特性進(jìn)行選擇之后，再按照

34、配管情況進(jìn)行進(jìn)一步的選擇，其選擇原則可參照表行進(jìn)一步的選擇，其選擇原則可參照表3-4進(jìn)行。進(jìn)行。 配管狀況配管狀況S=1-0.6S=0.6-0.3工作特性工作特性直線直線等百分比等百分比直線直線等百分比等百分比理想特性理想特性直線直線等百分比等百分比等百分比等百分比等百分比等百分比3）依據(jù)負(fù)荷變化情況選擇。）依據(jù)負(fù)荷變化情況選擇。 在負(fù)荷變化較大的場(chǎng)合，宜選用對(duì)數(shù)調(diào)節(jié)閥，因?yàn)樵谪?fù)荷變化較大的場(chǎng)合，宜選用對(duì)數(shù)調(diào)節(jié)閥，因?yàn)閷?duì)數(shù)調(diào)節(jié)閥的放大系數(shù)可隨閥芯位移的變化而變化，對(duì)數(shù)調(diào)節(jié)閥的放大系數(shù)可隨閥芯位移的變化而變化，但它的相對(duì)流量變化率則是不變的，所以能適應(yīng)負(fù)荷但它的相對(duì)流量變化率則是不變的，所以能適

35、應(yīng)負(fù)荷變化大的情況；此外，當(dāng)調(diào)節(jié)閥經(jīng)常工作在小開(kāi)度時(shí)，變化大的情況；此外，當(dāng)調(diào)節(jié)閥經(jīng)常工作在小開(kāi)度時(shí)，則宜選用對(duì)數(shù)調(diào)節(jié)閥。因?yàn)橹本€調(diào)節(jié)閥工作在小開(kāi)度則宜選用對(duì)數(shù)調(diào)節(jié)閥。因?yàn)橹本€調(diào)節(jié)閥工作在小開(kāi)度時(shí)，其相對(duì)流量的變化率很大，不宜進(jìn)行微調(diào)。時(shí)，其相對(duì)流量的變化率很大，不宜進(jìn)行微調(diào)。 將將420mA的電的電流信號(hào)流信號(hào)轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)換成20100KPa的標(biāo)準(zhǔn)氣壓的標(biāo)準(zhǔn)氣壓信號(hào)。信號(hào)。1 1 電電/ /氣轉(zhuǎn)換器氣轉(zhuǎn)換器 為了使氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥能夠接收電動(dòng)調(diào)節(jié)器的輸出為了使氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥能夠接收電動(dòng)調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)，必須把標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)氣壓信號(hào)。信號(hào)，必須把標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)氣壓信號(hào)。 電電/氣轉(zhuǎn)換器作用：

36、氣轉(zhuǎn)換器作用：3.4.3 電電/氣轉(zhuǎn)換器與閥門(mén)定位器氣轉(zhuǎn)換器與閥門(mén)定位器 I 吸力吸力Fi 杠桿偏轉(zhuǎn)杠桿偏轉(zhuǎn) 擋板與噴嘴間隙擋板與噴嘴間隙 背壓背壓 放大器輸入放大器輸入 輸出壓力輸出壓力P 杠桿杠桿的反饋力的反饋力Ff 杠桿平衡杠桿平衡 PI力平衡式電力平衡式電/氣轉(zhuǎn)換器的原理圖氣轉(zhuǎn)換器的原理圖負(fù)反饋負(fù)反饋磁鐵磁鐵調(diào)零調(diào)零FiFf背壓背壓1. 智能電動(dòng)執(zhí)行器的特點(diǎn)智能電動(dòng)執(zhí)行器的特點(diǎn) 與常規(guī)電動(dòng)執(zhí)行器相比,智能電動(dòng)執(zhí)行器有如下特點(diǎn)： 1）具有智能化和高精度的控制功能?？芍苯咏邮兆兯推餍盘?hào)，按設(shè)定值自動(dòng)進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，控制流量、壓力和溫度等過(guò)程變量。通過(guò)組態(tài)可按折線形成多種形狀的非線性流量特性

37、，實(shí)現(xiàn)對(duì)過(guò)程非線性特性的補(bǔ)償，以提高系統(tǒng)的控制精度，同時(shí)也擺脫了長(zhǎng)期以來(lái)依靠改變閥芯形狀來(lái)改變流量特性的落后狀況；2) 一體化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思想。將位置控制器、PID控制器、伺服放大器、電-氣轉(zhuǎn)換器、閥位變送器等裝在一臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)儀表中，減少了信號(hào)傳輸中的泄漏和干擾等因素對(duì)系統(tǒng)控制精度的影響；還采用電制動(dòng)和斷續(xù)調(diào)節(jié)技術(shù)代替機(jī)械摩擦制動(dòng)技術(shù)，以提高整機(jī)的可靠性； 3) 具有智能化的通信功能。與上位機(jī)或控制系統(tǒng)之間可通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線按規(guī)定的通信協(xié)議進(jìn)行雙向數(shù)字通信，并構(gòu)成所需要的控制系統(tǒng)，這是智能執(zhí)行器與常規(guī)電動(dòng)執(zhí)行器的重要區(qū)別之一。 3.4.4智能式電動(dòng)執(zhí)行器智能式電動(dòng)執(zhí)行器 4) 具有智能化的自診斷與保護(hù)功

38、能。當(dāng)電源、氣動(dòng)部件、具有智能化的自診斷與保護(hù)功能。當(dāng)電源、氣動(dòng)部件、機(jī)械部件、控制信號(hào)、通信或其它方面出現(xiàn)故障時(shí)，均能機(jī)械部件、控制信號(hào)、通信或其它方面出現(xiàn)故障時(shí)，均能迅速識(shí)別并能有效采取保護(hù)措施，確?？刂葡到y(tǒng)及生產(chǎn)過(guò)迅速識(shí)別并能有效采取保護(hù)措施，確?？刂葡到y(tǒng)及生產(chǎn)過(guò)程的安全。程的安全。 5）具有靈活的組態(tài)功能，）具有靈活的組態(tài)功能，“一機(jī)多用一機(jī)多用”，提高了經(jīng)濟(jì)效，提高了經(jīng)濟(jì)效益。例如，對(duì)于輸入信號(hào)，可通過(guò)軟件組態(tài)來(lái)選擇合適的益。例如，對(duì)于輸入信號(hào)，可通過(guò)軟件組態(tài)來(lái)選擇合適的信號(hào)源；對(duì)于執(zhí)行器的運(yùn)行速度和行程，也可通過(guò)組態(tài)軟信號(hào)源；對(duì)于執(zhí)行器的運(yùn)行速度和行程，也可通過(guò)組態(tài)軟件進(jìn)行任意設(shè)置

39、，所有這些都無(wú)需更換硬件。這樣一來(lái)，件進(jìn)行任意設(shè)置，所有這些都無(wú)需更換硬件。這樣一來(lái)，只要用少量類型的智能執(zhí)行器就能夠滿足各種工業(yè)過(guò)程的只要用少量類型的智能執(zhí)行器就能夠滿足各種工業(yè)過(guò)程的不同需求，從而大大提高了制造商和用戶的經(jīng)濟(jì)效益。不同需求，從而大大提高了制造商和用戶的經(jīng)濟(jì)效益。3.5 3.5 安全柵安全柵安全柵（又稱防爆柵）是防止危險(xiǎn)電能從控制安全柵（又稱防爆柵）是防止危險(xiǎn)電能從控制系統(tǒng)信號(hào)線進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)儀表的安全保護(hù)器。系統(tǒng)信號(hào)線進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)儀表的安全保護(hù)器。 1 安全防爆的基本概念安全防爆的基本概念在大氣條件下，氣體蒸汽、簿霧、粉塵或纖維在大氣條件下，氣體蒸汽、簿霧、粉塵或纖維狀的易燃物質(zhì)與空

40、氣混合，點(diǎn)燃后燃燒將在整個(gè)范狀的易燃物質(zhì)與空氣混合，點(diǎn)燃后燃燒將在整個(gè)范圍內(nèi)傳播的混和物，稱為圍內(nèi)傳播的混和物，稱為爆炸性混合物爆炸性混合物。含有爆炸性混合物的環(huán)境，稱為含有爆炸性混合物的環(huán)境，稱為爆炸性環(huán)境爆炸性環(huán)境。 按爆炸性混合物出現(xiàn)的頻度、持續(xù)時(shí)間和危險(xiǎn)按爆炸性混合物出現(xiàn)的頻度、持續(xù)時(shí)間和危險(xiǎn)程度，又可將危險(xiǎn)場(chǎng)所劃分成不同級(jí)別的危險(xiǎn)區(qū)。程度，又可將危險(xiǎn)場(chǎng)所劃分成不同級(jí)別的危險(xiǎn)區(qū)。 對(duì)于對(duì)于類電氣設(shè)備，電路電壓限制在類電氣設(shè)備，電路電壓限制在30VDC時(shí)，各時(shí)，各種爆炸性混合物按最小引爆電流分為三級(jí)。種爆炸性混合物按最小引爆電流分為三級(jí)。爆炸性混合物的最小引爆電流爆炸性混合物的最小引爆電

41、流級(jí)級(jí) 別別最小引爆電流（最小引爆電流（mA）爆炸性混合物種類爆炸性混合物種類 i120120甲烷、乙烷、汽油、甲醇、乙醇、丙酮、氨、一氧化碳甲烷、乙烷、汽油、甲醇、乙醇、丙酮、氨、一氧化碳 7070i120120乙烯、乙醚、丙烯晴等乙烯、乙醚、丙烯晴等 i7070氫、乙炔、二硫化碳、市用煤氣、水煤氣、焦?fàn)t煤氣等氫、乙炔、二硫化碳、市用煤氣、水煤氣、焦?fàn)t煤氣等不同的危險(xiǎn)等級(jí)對(duì)電氣設(shè)備的防爆要求不同，不同的危險(xiǎn)等級(jí)對(duì)電氣設(shè)備的防爆要求不同，煤礦井下用電氣設(shè)備屬煤礦井下用電氣設(shè)備屬類設(shè)備；有爆炸性氣體的類設(shè)備；有爆炸性氣體的工廠用電氣設(shè)備屬工廠用電氣設(shè)備屬類設(shè)備；有爆炸性粉塵的工廠類設(shè)備；有爆炸性

42、粉塵的工廠用電氣設(shè)備屬用電氣設(shè)備屬類設(shè)備。類設(shè)備。 2 安全火花防爆系統(tǒng)安全火花防爆系統(tǒng) 電動(dòng)儀表存在電路打火的可能。如果從電路設(shè)計(jì)電動(dòng)儀表存在電路打火的可能。如果從電路設(shè)計(jì)就開(kāi)始考慮防爆，把電路在短路、開(kāi)路及誤操作等各就開(kāi)始考慮防爆，把電路在短路、開(kāi)路及誤操作等各種狀態(tài)下可能發(fā)生的火花都限制在爆炸性氣體的點(diǎn)火種狀態(tài)下可能發(fā)生的火花都限制在爆炸性氣體的點(diǎn)火能量之下，則此儀表稱為能量之下，則此儀表稱為安全火花防爆儀表安全火花防爆儀表。 安全火花防爆儀表只能保證本儀表內(nèi)部不發(fā)生危安全火花防爆儀表只能保證本儀表內(nèi)部不發(fā)生危險(xiǎn)火花，對(duì)其它儀表通過(guò)信號(hào)線傳入的能量是否安全險(xiǎn)火花，對(duì)其它儀表通過(guò)信號(hào)線傳入

43、的能量是否安全則無(wú)法保證。如果在與其它儀表的電路連線之間設(shè)置則無(wú)法保證。如果在與其它儀表的電路連線之間設(shè)置安全柵，防止危險(xiǎn)能量進(jìn)入，則完全做到了安全火花安全柵，防止危險(xiǎn)能量進(jìn)入，則完全做到了安全火花防爆。防爆。構(gòu)成安全火花防爆系統(tǒng)的二要素：構(gòu)成安全火花防爆系統(tǒng)的二要素： 在危險(xiǎn)現(xiàn)場(chǎng)使用的儀表必須是安全火花防在危險(xiǎn)現(xiàn)場(chǎng)使用的儀表必須是安全火花防爆儀表（本安儀表）。爆儀表（本安儀表）。 現(xiàn)場(chǎng)儀表與危險(xiǎn)場(chǎng)所之間的電路連接必須現(xiàn)場(chǎng)儀表與危險(xiǎn)場(chǎng)所之間的電路連接必須經(jīng)過(guò)安全柵（防爆柵）。經(jīng)過(guò)安全柵（防爆柵）。安全儀表系統(tǒng)安全儀表系統(tǒng)一、一、 安全儀表系統(tǒng)的基本概念安全儀表系統(tǒng)的基本概念 安全儀表系統(tǒng)安全儀

44、表系統(tǒng) (Safety Interlocking System(Safety Interlocking System，SISSIS），），也稱緊急停車系統(tǒng)也稱緊急停車系統(tǒng) (Emergency Shut Down System(Emergency Shut Down System，ESD)ESD)，或儀表保護(hù)系統(tǒng)（或儀表保護(hù)系統(tǒng)（IPSIPS）是對(duì)石油化工等生產(chǎn)裝置可能發(fā)生）是對(duì)石油化工等生產(chǎn)裝置可能發(fā)生的危險(xiǎn)或不采取措施將繼續(xù)惡化的狀態(tài)進(jìn)行自動(dòng)響應(yīng)和干的危險(xiǎn)或不采取措施將繼續(xù)惡化的狀態(tài)進(jìn)行自動(dòng)響應(yīng)和干預(yù)，從而保障生產(chǎn)安全，避免造成重大人身傷害及重大財(cái)預(yù)，從而保障生產(chǎn)安全，避免造成重大人身傷害

45、及重大財(cái)產(chǎn)損失的控制系統(tǒng)。產(chǎn)損失的控制系統(tǒng)。 1 1安全等級(jí)及標(biāo)準(zhǔn)安全等級(jí)及標(biāo)準(zhǔn)安全儀表系統(tǒng)主要的通用安全標(biāo)準(zhǔn)安全儀表系統(tǒng)主要的通用安全標(biāo)準(zhǔn) 1)DIN V 19250 1)DIN V 19250 標(biāo)準(zhǔn)是德國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)，在這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中建標(biāo)準(zhǔn)是德國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)，在這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中建立了一個(gè)概念：安全系統(tǒng)的設(shè)計(jì)等級(jí)必須符合生產(chǎn)過(guò)程現(xiàn)立了一個(gè)概念：安全系統(tǒng)的設(shè)計(jì)等級(jí)必須符合生產(chǎn)過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)的危險(xiǎn)性等級(jí)場(chǎng)的危險(xiǎn)性等級(jí)AK1AK1AK8AK8（1 18 8級(jí)）。級(jí)）。 2)IEC 61508 2)IEC 61508 是國(guó)際電工委員會(huì)制定的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。本標(biāo)準(zhǔn)是國(guó)際電工委員會(huì)制定的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。本標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)發(fā)生故障的可能性來(lái)分為根據(jù)發(fā)生

46、故障的可能性來(lái)分為4 4個(gè)個(gè)SILSIL等級(jí)。等級(jí)。 3)ANSI/ISA S84.01-1996 3)ANSI/ISA S84.01-1996 是美國(guó)對(duì)于工業(yè)過(guò)程的安全系是美國(guó)對(duì)于工業(yè)過(guò)程的安全系統(tǒng)所制定的標(biāo)準(zhǔn)。它沿用了統(tǒng)所制定的標(biāo)準(zhǔn)。它沿用了IEC61508 IEC61508 標(biāo)準(zhǔn)并保留了標(biāo)準(zhǔn)并保留了DIN V DIN V 1925019250標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)，ANSI/SIA S84.01-1996ANSI/SIA S84.01-1996標(biāo)準(zhǔn)不包括標(biāo)準(zhǔn)不包括SIL 4SIL 4這一這一最高級(jí)別。最高級(jí)別。 2 2安全系統(tǒng)的常用指標(biāo)安全系統(tǒng)的常用指標(biāo)1 1）平均故障間隔時(shí)間）平均故障間隔時(shí)間平均

47、故障間隔時(shí)間（平均故障間隔時(shí)間（Mean Time Between FailureMean Time Between Failure，MTBFMTBF）是指各次故障間隔時(shí)間是指各次故障間隔時(shí)間titi的平均值，即各段連續(xù)工作時(shí)的平均值，即各段連續(xù)工作時(shí)間的平均值。間的平均值。 nthMTBFnii1)(MTBFMTBF是一個(gè)經(jīng)過(guò)多次采樣檢測(cè)，長(zhǎng)期統(tǒng)計(jì)后求出的平均是一個(gè)經(jīng)過(guò)多次采樣檢測(cè)，長(zhǎng)期統(tǒng)計(jì)后求出的平均數(shù)值。數(shù)值。2)2)平均故障修復(fù)時(shí)間平均故障修復(fù)時(shí)間 平均故障修復(fù)時(shí)間（平均故障修復(fù)時(shí)間（Mean Time To RepairMean Time To Repair，MTTRMTTR）是）是

48、指設(shè)備或系統(tǒng)經(jīng)過(guò)維修，恢復(fù)功能并投入正常運(yùn)行所需要指設(shè)備或系統(tǒng)經(jīng)過(guò)維修，恢復(fù)功能并投入正常運(yùn)行所需要的平均時(shí)間的平均時(shí)間 nthMTTRnii1)( MTTR MTTR也是一個(gè)統(tǒng)計(jì)值，它遠(yuǎn)小于也是一個(gè)統(tǒng)計(jì)值，它遠(yuǎn)小于MTBFMTBF。MTBFMTBF越大，越大，MTTRMTTR越小的系統(tǒng)可靠性越高。越小的系統(tǒng)可靠性越高。 平均失效時(shí)間（平均失效時(shí)間（MTTFMTTF）是指大宗相同部件（或系統(tǒng)）中）是指大宗相同部件（或系統(tǒng)）中該部件（或系統(tǒng)）期望發(fā)生故障的時(shí)間。該部件（或系統(tǒng)）期望發(fā)生故障的時(shí)間。 3)3)平均失效時(shí)間平均失效時(shí)間4)4)可用性可用性 可用性（可用性（A A）是一個(gè)概率，指系統(tǒng)在

49、任何情況下都可）是一個(gè)概率，指系統(tǒng)在任何情況下都可使用的工作期，用百分?jǐn)?shù)計(jì)算。使用的工作期，用百分?jǐn)?shù)計(jì)算。 5)5)可靠性可靠性 可靠性（可靠性（R R）是一個(gè)概率，指系統(tǒng)在規(guī)定時(shí)間間隔）是一個(gè)概率，指系統(tǒng)在規(guī)定時(shí)間間隔（t t）內(nèi)發(fā)生故障的概率。）內(nèi)發(fā)生故障的概率。 tMTTFtR)1(exp)(6)6)容錯(cuò)容錯(cuò) 容錯(cuò)容錯(cuò)(Fault Tolerance)(Fault Tolerance)是指對(duì)失效的控制系統(tǒng)元件進(jìn)是指對(duì)失效的控制系統(tǒng)元件進(jìn)行認(rèn)識(shí)和補(bǔ)償，并允許在繼續(xù)完成分配的任務(wù)、不中斷過(guò)行認(rèn)識(shí)和補(bǔ)償，并允許在繼續(xù)完成分配的任務(wù)、不中斷過(guò)程的情況下進(jìn)行修復(fù)的能力。容錯(cuò)是通過(guò)冗余和故障屏蔽程的

50、情況下進(jìn)行修復(fù)的能力。容錯(cuò)是通過(guò)冗余和故障屏蔽的結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)。的結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)。 7)7)表決表決 表決（表決（VotingVoting）是指系統(tǒng)中用多數(shù)原則將每個(gè)支路的）是指系統(tǒng)中用多數(shù)原則將每個(gè)支路的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較和修正的一種機(jī)理。如數(shù)據(jù)進(jìn)行比較和修正的一種機(jī)理。如1 OO 21 OO 2（1 OUT OF 21 OUT OF 2）表示表示2 2取取1 1表決，表決，2 OO 22 OO 2（2 OUT OF 22 OUT OF 2）表示）表示2 2取取2 2表決，表決，2 2 OO 3OO 3（2 OUT OF 32 OUT OF 3）表示）表示3 3取取2 2表決等。表決等。 8)8)故障安全

51、故障安全 故障安全是指故障安全是指ESDESD系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，被控過(guò)程能做到安系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，被控過(guò)程能做到安全停車。正常工況時(shí)處于勵(lì)磁狀態(tài)，故障工況時(shí)處于非全停車。正常工況時(shí)處于勵(lì)磁狀態(tài)，故障工況時(shí)處于非勵(lì)磁狀態(tài)。勵(lì)磁狀態(tài)。9)9)安全完整性級(jí)別安全完整性級(jí)別 安全完整性級(jí)別（安全完整性級(jí)別（Safety Integrity LevelSafety Integrity Level，SILSIL）是指定性分析是指定性分析ESDESD系統(tǒng)故障對(duì)生產(chǎn)裝置和周圍的人員的系統(tǒng)故障對(duì)生產(chǎn)裝置和周圍的人員的傷害程度。傷害程度。 二、安全儀表系統(tǒng)的基本組成及設(shè)計(jì)要求二、安全儀表系統(tǒng)的基本組成及設(shè)計(jì)要求 裝置在運(yùn)行過(guò)程中，安全儀表系統(tǒng)時(shí)刻監(jiān)視工藝過(guò)程裝置在運(yùn)行過(guò)程中，安全儀表