仪表工基础知识docx

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　　DCS是分布式控制系统的英文缩写(DistributedControlSystem),在国内自控行业又称之为集散控制系统。

　　DCS是计算机技术、控制技术和网络技术高度结合的产物。DCS通常采用若干个控制器(过程站)对一个生产过程中的众多控制点进行控制,各控制器间通过网络连接并可进行数据交换。操作采用计算机操作站,通过网络与控制器连接,收集生产数据,传达操作指令。因此,DCS的主要特点归结为一句话就是:分散控制集中管理。

　　iTffTTffTffTHWT上图是一个较为全面的DCS系统结构图,从结构上划分,DCS包括过程级、操作级和管

　　理级。过程级主要由过程控制站、I/O单元和现场仪表组成,是系统控制功能的主要实施部

　　分。操作级包括:操作员站和工程师站,完成系统的操作和组态。管理级主要是指工厂管理信息系统(MIS系统),作为DCS更高层次的应用,目前国内纸行业应用到这一层的系统较少。

　　DCS的控制决策是由过程控制站完成的,所以控制程序是由过程控制站执行的。

　　DCS的过程控制站是一个完整的计算机系统,主要由电源、CPU(中央处理器)、网络接口和I/O组成

　　DCS的开放性是指DCS能通过不同的接口方便地与第三方系统或设备连接,并获取其信息的性能。这种连接主要是通过网络实现的,采用通用的、开放的网络协议和标准的软件接口是DCS开放性的保障。

　　:「I「1111「1 I〕,jUay『111■1111mi]在一些对系统可靠性要求很高的应用中,

　　DCS的设计需要考虑热备份也就是系统冗余,这是指系统中一些关键模块或网络在设计上有一个或多个备份,当现在工作的部分出现问题时,系统可以通过特殊的软件或硬件自动切换到备份上,从而保证了系统不间断工作。通常设计的冗余方式包括:CPU冗余、网络冗余、电源冗余。在极端情况下,一些系统会考虑全系统冗余,即还包括I/O冗余。

　　与冗余不同,I/O余量只是系统中I/O数量大于应用的要求,这种余量只是数量上的,主要

　　二、DCS在选型中的几个问题工艺流程确定后,控制系统被控对象也就确定。选用哪种控制系统成为重要问题,这主要根据项目规模和投资预算来考虑。DCS与模拟仪表相比更复杂,技术性能要求更高,除控制硬件外,还涉及通信协议、监控软件及与其相连的数据存储等。新系统出现后,与互连网Web技术相结合,还涉及工业连接软件和优化控制软件,实时数据库、与工厂关系数据库的连接,传统DCS、PLC的互操作等问题。

　　如控制回路较多,模拟量采集较大,热电阻、热电偶的采集较多时,应选用DCS。采用哪种DCS,应从以下几方面考虑:

　　目前,正是新老系统交接时期,DCS软、硬件正由专用走向通用。选比较新型的系统,价格比较低,备品比较好买,维护费用会大幅度下降。与其他系统互连容易,费用低。系统集成是未来十几年的趋势,是计算机技术发展的一个新阶段。

　　DCS制造厂家往往对某一领域比较专长。如HoneywellTDC2000、TDC3000、TPS和PKS系统,横河CS1000、CS3000系统主要用于石化部门,因为其闭环控制回路比较多,模拟量控制比较方便。模拟量和开关量控制是完全分开的,在开关量的控制方面不如其他DCS方便。

　　BAILEY公司N90、INFI90,西屋WDPFI、WDPFII、OVATION系统主要用于电力系统。这两个系统在模拟量和开关量结合方面较好。OVATION系统是新型软DCS系统,也是现在销售情况最好的系统之一。

　　Fisher-Rosmount公司和西屋被Emerson收购,老系统PROVOX、RS3大多用于化工系统,其批量、配方等很有特色。现在已经基本迁移改造到新系统DeltaV上,新系统兼容现场总线和Hart协议。

　　不同工艺过程会有一些特殊要求,如电厂要有电调设备(DEH)和事件顺序记录(SOE)。水泥行业、冶金行业等开关量与模拟量之比大约是6:1,而且纯滞后环节较多,有时需控制补偿等,选型时要考虑这些因素。有的DCS系统开关量逻辑控制组态不太方便,这时要考虑采用DCS和PLC混合使用。如电厂锅炉控制采用DCS,输煤程控和水处理、除灰等逻辑控制采用PLC。

　　经济性该从DCS价格和预计效益角度考虑。同档次中,进口DCS控制功能强一些。进口产品有一些先进控制算法,如Smith预估、三维矩阵运算等,因销售时间较长,软件保证体系更完善。国产DCS价格低很多,也能满足基本技术要求因开发较晚,某些技术比国外的还先进一些,如以太网的应用、导轨式的嵌入式PC为基础的控制器和已经有现场总线接口等。从结构上看,我国DCS比某些进口DCS还合理。

　　国外传统DCS厂家的控制器差别不大,但操作站区别较大。分以PC机和小型机为基础两类。小型机价格比PC机高很多,且许多机型已停产oPC机操作系统用NT,稳定性虽没UNIX好,但作为操作站使用足够。小型机接口用SCSI,传输速率理论上是串行20倍之多。以NT操作系统作为操作站,如采用串行连接,点数(标签数)能少一些,这与硬件配置有关。有时由于硬件与软件配合不好,会频繁死机。国产PC机更便宜,采用PC机操作站,可以采用最新机型和监控软件,与计算机技术的发展基本同步。现场技术人员对软件的安装、调试、联网和开发也更熟悉。监控软件分专用和通用,通用监控软件开放性能好,能在以太网中用

　　DDE、或OPC方式交换数据。专用监控软件脚本不丰富,不能与第三方设备连接,所以目前快要退出市场,但病毒、黑客难以侵入;致命的缺点是开放性能差。

　　传统DCS即将退出市场,新型系统可以是集成的,也可以由DCS厂家作为系统供应的。对于集成系统可以是操作站采用通用的,控制器有许多接口,与PLC,Web连用。用户可以通过工程公司集成,应按照项目的规模大小和预算资金来选择使用。由于有通用的监控软件,符合IEC61131-3标准的编程软件、可以选用嵌入式系统或软DCS系统,集成的控制系统有可能达到最高的性价比。

　　系统规模主要由系统的输入输出点数确定。其中包括连锁、特殊控制要求所需的输入输出点数。选择DCS的型号要看资金确定和维护的工作量,有的DCS除操作站需要维护以外,控制部分基本不需维护。

　　在选型时,要考虑是否需要冗余。新型DCS的通讯网络是冗余的,结点之间距离和DCS网络总长度以及各结点地理配置有关。通用以太网,网卡等价格很低,而专用网络接口很贵。经济性涉及很多因素,最好联系国内类似单位,进行技术培训,或请教有经验的专家解决有关困难。

　　工程承包方的技术力量。要选择技术力量较强单位作总体方案,而具体编程或组态可分别完成。国外DCS厂商技术人员不可能大批来我国服务,不熟悉我们应用情况,更不可能什么系统都很清楚,所以具体实施还是国内技术人员较好。

　　如采用进口DCS,可得到国外一些开发工业连接软件公司的技术支持,能把系统做好一些。我国技术人员也得到提高。虽然我国技术与国外相比有一定距离,但国内技术人员对国内情况比较了解,在国外大公司支持下,做的工程会达到更好性能。

　　售后服务。国外厂商通常配品、备件供应价格高,且不能及时提供。用户应选择厂商实力雄厚,技术力量强、境内技术支持好的厂家。厂家会不断更新产品,新旧产品兼容性要好。国内DCS厂家配品、备件供应较及时,售后服务做的比较好,许多第三方厂家也开发了许多价廉物美的产品,用户都可选用。

　　技术的先进性。计算机技术发展很快,而DCS发展相对稳定,这涉及新技术的应用。要注意:有些国外厂家为抢占市场,经常把不太成熟的产品推到第三世界。国产DCS销售时间还不够长,对一些软件的测试条件不够完善,在一些极特殊情况下,是否会产生问题没有足够证据,所以有时发生故障会有解释不清的情况。

　　系统集成已成熟,为节约资金,可采用。应该向ABB公司学****它的工业IT,就是集成了许多家的产品。用类似的办法,不仅能集成出好的系统,还能培养技术队伍。综上,选型不但要考虑项目规模和投资预算,还要考虑一系列其它因素。系统集成是以后的方向,不仅满足控制要求,而且性能好、资金省。

　　控制器和处理I/O点数的能力系统首先要决定采用多少控制器和人机界面。回路控制器组成的系统是比较单一,提供的IO点数确定,用满它的I/O点和回路数目是可以的(有现场总线连在控制器上除外)。购买的产品品牌确定后,就要确定PLC或DCS的型号,要购买多少台控制器、一个控制器需要配多少I/O卡件。这个问题对于最终用户来说是很重要的。

　　硬件组态。DCS、PLC的型号确定以后,计算各种类型的I/O的卡件数。这称为硬件(或称为硬件配置)组态。硬件组态有三方面考虑:首先是与控制器位置有关的I/O设备位置的确定。考虑到安装布线费用,远程I/O体系有优势。本地I/O或远程I/O选定以后,就要选模

　　块型号。通常不会只要一种型号I/O模块。型号选定后,计算每种型号I/O模块数。根据所用的现场传感器、控制设备工作原理和电压幅值来划分统计。根据(输入/输出)功能、电压、工作原理,统计接口模块数。

　　软件组态。上述工作完成后,才开始软件组态,即DCS采用功能块组态,PLC编制梯形图。现场安装和调试,最后使系统很好的运转。除了I/O模块数,还要考虑控制器逻辑程序所用处理机内存容量,最后还要考虑处理机指令系统。

　　关于DCS,控制器I/O点数配置比PLC要复杂一些。因DCS主要考虑模拟量处理,它占的处理机内存容量更多。所以选型后,还必须确定点数裕量。根据经验,假设实际有100个I/O点,应选用能识别300-400点I/O的控制器。

　　假设一台DCS控制器能连接64块I/O卡,在实际连接时,连接20多块I/O卡才合适。每块卡分别是8路或16路。如果都是开关量,块数可适当多一些;模拟量块数要少一些。

　　如果一台DCS控制器能完成120个PID控制回路任务,在做组态时最好作40多个回路,再加上部分开关量和模拟量采集,控制器才能正常运转。一定不要作太满,否则不仅影响控制器运行,还影响DCS通讯网络工作。

　　一个系统要用好几台控制器,各控制器作硬件组态时,相互间负荷要平衡,各控制器输入/输出点数要相当。各控制器要组态多少PID回路关系不大,只要I/O的点数大约是最大能力的30-40%左右。如两台控制器输入/输出点数都没超出,但数量差太远,比如一台是1000多点,而另一台只有100多点,这时通讯网络的工作不太正常。

　　我们通常所用的PN,CLass,都是压力的一种表示方法,所不同的是,它们所代表承受的压力对应参照温度不同,PN欧洲体系是指在120C下所对应的压力,C下所对应的压力。所以在工程互换中不能只单纯的进行压力换算,如CLass300#,但如果考虑到使用温度的话,它所对应的压力就升高了,。

　　相对应于国外,常用的压强单位是“psi”,单位是“1pound/inch2”,就是“磅/平方英寸”,英文全称为Poundspersquareinch。但是更常用的是直接称呼其质量单位,即磅(LB.),。把所有的单位换成公制单位就可以算出:

　　psi=1磅/inch2~,1bar~~,欧美等国家****惯使用psi作单位。

　　1LB=1psi(poundspersquareinch磅/平方英寸)=kgf/cm2

　　一、仪表基础知识仪表的主要性能指标:精确度(又称精度)、变差、灵敏度。

　　⑴精确度:仪表精确度简称精度,又称准确度,简言之就是仪表测量值接近真值的准确程度,通常用相对百分误差来表示:

　　=Ax/(标尺上限值-标尺下限值)或表示为=Ax/测量范围。

　　精确度是仪表很重要的一个质量指标,常用精度等级来规范和表示,精度等级就是最大相对百分误差去掉正负号和%。、、、、、

　　⑵变差:仪表被测变量(可理解为输入信号)多次从不同方向达到同一数值时,仪表指示值之间的最大差值。或者说是仪表在外界条件不变的情况下,被测参数由小到大变化(正向特性)和被测参数由大到小变化(反向特性)不一致的程度,两者之差即为变差。

　　⑶灵敏度:仪表对被测参数变化的灵敏程度,或者说是对被测量变化的反应能力。

　　分散控制系统内部连接的可编程序逻辑控制器功能图形符号。(外正方形边长12m或10mm)

　　AC-Alternatingcurrent交流电;DC-Directcurrent直流电;FC-Failclosed故障关;FO-Failopen故障开;

　　FI-Failindeterminate故障时任意位置;FL-Faillocked故障时保位;IA-Instrumentair仪表空气;PA-Plantair 工厂空气;

　　RTD-Resistancetemperaturedetector 热电阻;

　　DCS-Destributedcontrolsystem集散控制系统;

　　时间:分(min)、小时(h)、天(d);平面角:度();

　　4、 企业计量标准为了保证检测与过程控制仪表的完好,需要定期进行修理和校正,根据中华人民共和国计量法和有关法规的要求,这些仪表以及其他计量器具要定期进行检定,企业根据生产经营管理和保证产品质量的要求,有必要建立量值传递标准,也称企业计量标准。企业计量标准通常分为两个部分,一是企业最高标准,二是次级标准,也称工业标准。

　　5、 常用的计量器具直流数字电压表、直流数字万用表、标准电阻箱、标准压力表、标准直流电压电流源、标准气压源。

　　电源电压及允许偏差:1、交流:220V10%II、直流:24V(+10%\-3%)

　　(l)UPS工作原理UPS是交流不间断电源装置(UninterruptedPowerSupplySystem)的简称,是一种高可靠性交流电源设备。UPS通常由两套系统构成,一套用蓄电池储能,另一套直接使用交流电网,两者互为备用,通过电子开关切换,一旦电网突然停电或供电质量不符合要求,另一套能立即投入使用,时间在几毫秒之内。

　　3、熔断器熔断器是用于过载和短路保护的电器,俗称保险,主要由绝缘管(熔管)和熔体组成。

　　易燃易爆介质:指闪点在28C以下介质(属甲类防爆等级)及80C以下低沸点介质;

　　有毒介质一般指对人的机体能引起功能障碍、疾病,甚至死亡的介质,如苯酚、***气、硫化氢、一氧化碳。

　　隔离是防腐的一种方法。隔离还广泛使用在测量粘度高、含固体介质的液体、有毒介质,或在常温下可能汽化、冷凝、结晶、沉淀的介质等场合。

　　隔离通常用隔离膜片或隔离液将被测介质与仪表传感部件或测量管线隔离,达到防腐作用。膜片隔离常用在膜片压力表也称隔膜压力表上,我们主要介绍用隔离液进行隔离。

　　隔离液常用于流量、压力、液位测量系统的测量管线上,采用管内隔离和容器隔离两种形式。

　　隔离液在选择的时候应注意的原则:①化学稳定性好,与被测介质不发生化学作用;②与被测介质不互溶,不发生物理作用;③与被测介质具有不同的密度,且密度差值尽可能大,分层明显;④对仪表和测量管线无腐蚀;⑤沸点高,挥发性小;⑥不结冻。

　　3、 易燃易爆场所仪表操作注意事项在易燃易爆场所,仪表工从事仪表维护、故障处理时要注意以下安全事项:

　　使用工具要合适,如敲击时,应使用木锤或橡胶锤,必要时用铜锤,不能用钢锤,避免敲击出现火花;

　　进入化工设备、容器内进行检修,必须进行气体取样分析,分析结果表明对人体没有影响,在设备内动火符合安全防爆规范时,才能进入;

　　在易燃易爆场所进行动火作业时,必须要办理动火证,经企业安全部门同意后才能进行。动火时要派人进行监护,一旦发生火情,及时扑灭;

　　不要在有压力的情况下拆卸仪表,对于法兰式差压变送器,应先卸下法兰下边两个螺栓,用改锥敲开一个缝,排气、排残液,然后再拆卸仪表;

　　11仪表电源、信号电缆接线要符合防爆电气对接线的要求,防止可燃性或腐蚀性气体进入仪表内部。

　　⑵对人体的危害:能和血液中的血红蛋白结合,妨碍其输氧功能,造成缺氧。当空气中CO浓度为400mg/m3时,会出现头痛、恶心、虚脱等症状。浓度达到1000mg/m3以上时,出现昏迷、痉挛以至于死亡。100mg/m3以上时,长时间的暴露也有不良的影响,会造成神经及心血管等系统受损,并可引起“急性CO中毒神经系统后发症”。

　　⑴理化性质:是无色有臭鸡蛋气味的气体,,能溶于水、乙醇及甘油,化学性质稳定,在空气中易燃烧。

　　⑵对人体的危害:为强烈神经毒物。低浓度对呼吸道及眼睛的局部刺激作用明显,高浓度引起急性肺水肿及使呼吸与心脏骤停,严重中毒引起痉挛,昏迷,甚至死亡。慢性中毒可引起神衰症候群,或伴发心动过速或过缓,食欲减退,恶心与呕吐等。

　　⑵对人体的危害:刺激眼睛、呼吸道及有腐蚀作用。引起呼吸困难、支气管炎、肺充血、肺水肿等。浓度过高时可使神经系统兴奋性增强,引起痉挛。

　　⑵对人体的危害:为刺激性毒物,对黏膜有刺激作用。能使蛋白质凝固。-,开始出现刺激症状;5-6mg/m3以上,即有不适感,可致结合膜炎、鼻炎、咽炎等;浓度高时可发生喉痉挛、声门水肿及气管炎,并能抑制汗腺分泌。长期接触,使皮肤干燥、皱裂、手掌角化,及引起皮炎。

　　⑵对人体的危害:铅主要危害神经系统、造血系统、消化系统和肝、肾等器官。铅能抑制血红蛋白的合成代谢过程,还能直接作用于成熟红细胞。进入血液循环的铅能迅速分布到骨骼、肝、肾、脑等器官,体内大部分铅储存于骨骼中。中毒早期常感乏力、肢体轻度酸痛,口内有金属味和流涎多。继之表现:①有神经衰弱症候群、周围神经炎,重症患者可出现精神障碍等中毒性脑炎;②食欲不振、恶心、呕吐、便秘、腹绞痛,有的出现中毒性肝炎、肝坏死;③引起铅中毒性贫血;④重病例对肾脏有损害,可出现蛋白尿。

　　通常来说接触式测温仪表比较简单、可靠、测量精度较高;但因测量元件与被测介质需要进行充分的热交换,故需要一定的时间才能达到平衡,所以存在测温的延迟现象,同时受耐高温材料的限制,不能应用于很高的温度测量。非接触式仪表测温是通过热辐射原理来测量的,测温元件不需与被测介质接触,测温范围广,不受测温上限的限制,也不会破坏被测物体的温度场,反应速度一般也比较快;但受到物体的发射率、测温距离、烟尘和水汽等外界因素的影响,其测量误差较大。

　　非接触式红外线-测温时,不破坏被测温度场,响应快,测温范围大;易受外界干扰,标定困难。