自动化仪表及装置第0章-2概论

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1、1 概 论 第 一 节 控 制 仪 表 与 控 制 系 统 第 二 节 控 制 仪 表 及 装 置 的 分 类 与 发 展 第 三 节 联 络 信 号 和 传 输 方 式 第 四 节 安 全 防 爆 的 基 本 知 识 和 防 爆 措 施 2 n 控 制 仪 表 与 控 制 系 统n 仪 表 的 分 类 和 发 展 n 联 络 信 号 定 义 、 类 型 、 电 信 号 传 输 方 式（ 供 电 24VDC 、 输 入 信 号 15V、 输 出 信号 420mA）n 防 爆 电 气 设 备 的 分 类 、 分 组 和 防 爆 标 志n 常 用 防 爆 型 控 制 仪 表 类 型 和 特 点n

2、控 制 系 统 实 现 本 安 防 爆 的 要 求 本 章 重 点 内 容 介 绍 3 概 论第 一 节 控 制 仪 表 与 控 制 系 统 4 控 制 仪 表 与 控 制 系 统控 制 仪 表 指 自 动 控 制 系 统 中 广 泛 使 用 的 控 制 器 、 变 送器 、 运 算 器 、 执 行 器 等 ， 以 及 新 型 控 制 仪 表 和 装 置 。自 动 控 制 系 统 一 般 由 被 控 对 象 、 变 送 器 、 控 制 器 和 执行 器 构 成 。 其 方 框 图 如 下 所 示 ：给 定 值 被 控 参 数 被 控 介 质简 单 控 制 系 统 方 框 图变 送 器 执 行

3、器控 制 器被 控 对 象 5 被 控 变 量 首 先 由 检 测 元件 变 换 为 易 于 传 递 的 物理 量 ， 再 经 变 送 器 转 换成 标 准 的 电 信 号 ， 该 信号 送 到 控 制 器 (调 节 器 )中 ， 与 给 定 值 相 比 较 得出 的 偏 差 ， 以 一 定 的 控制 （ 调 节 ） 规 律 发 出 控制 信 号 ， 控 制 执 行 器 的动 作 ， 从 而 改 变 被 控 介质 物 料 或 能 量 的 大 小 ，直 至 被 控 变 量 与 给 定 值相 等 。给 定 值被 控 参 数 被 控 介 质简 单 控 制 系 统 方 框 图变 送 器 执 行 器控

4、制 器被 控 对 象 6 被 控 对 象 需 要 调 节 其 工 艺 参 数 的 生 产 设 备 。 变 送 器 把 工 艺 参 数 转 换 成 标 准 统 一 信 号 的 装置 。 控 制 器 将 来 自 变 送 器 的 测 量 值 与 给 定 信 号 相比 较 后 产 生 的 偏 差 信 号 ， 按 照 预 先 设 定 好 的 控制 规 律 进 行 运 算 后 ， 输 出 一 个 控 制 信 号 去 执 行 器 。 执 行 器 把 控 制 器 的 输 出 信 号 转 换 成 直 线 位 移或 角 位 移 ， 以 控 制 阀 门 的 开 度 。 此 外 ， 根 据 需 要 还 可 设 有 显

5、 示 、 转 换 、 计 算 、辅 助 、 给 定 装 置 。 7 概 论第 二 节 控 制 仪 表 及 装 置 分 类 、 发 展 8自 动 化 装 置 按 采 用 的 能 源 形 式 不 同 气动仪表 电动仪表 液动仪表 混和仪表 控 制 仪 表 及 装 置 的 分 类v按 所 用 能 源 形 式工 业 上 主 要 使 用 电 动 和 气 动 控 制 仪 表 。 9 电 动 控 制 仪 表 气 动 控 制 仪 表能 源 电 源 （ 220V AC/24V DC） 气 源 （ 140kPa）传 输 信 号 电 信 号 （ 电 压 、 电 流 、 数 字 ） 气 压 信 号元 器 件 电 子

6、元 器 件 气 动 元 件接 线 导 线 导 管电 磁 干 扰 与 防 爆 受 电 磁 干 扰 影 响须 采 取 抗 干 扰 、 防 爆 措 施 不 受 电 磁 干 扰 影 响本 质 上 安 全 防 爆电 动 控 制 仪 表 和 气 动 控 制 仪 表 的 比 较 10自 动 化 装 置 按 采 用 的 信 号 形 式 不 同 数字式仪表模拟式仪表v 按 信 号 类 型 11 模 拟 式 仪 表 传 输 信 号 为 连 续 变 化 的 模 拟 量 ,这 类 仪 表 线 路 较 简 单 , 操 作 方 便 ， 价 格 较 低 。 如 ， 气 动 仪 表 ， 电 动 单 元 组 合 仪 表 、 、

7、 型 等 。数 字 式 仪 表 传 输 信 号 为 断 续 变 化 的 数 字 量 ， 这 类 仪 表 与 装 置 以微 型 计 算 机 为 核 心 ， 功 能 完 善 ， 性 能 优 越 ， 能 解 决 模 拟仪 表 难 以 解 决 的 问 题 。 如 ， 可 编 程 调 节 器 、 控 制 器 、 DCS（ 集 散 控 制 系统 ） 、 FCS（ 现 场 总 线 控 制 系 统 ） 等 。v 按 信 号 类 型 12自 动 化 装 置 按 采 用 的 结 构 形 式 不 同 基地式仪表 组合式仪表 集散式仪表组装式仪表 总线式仪表v 按 结 构 形 式 13 基 地 式 仪 表 ： 包 含

8、 多 种 功 能 部 件 （ 传 感 、 指 示 、 记 录 、控 制 、 执 行 等 部 分 ） ， 设 计 成 一 个 整 体 ， 结 构 较 简 单 。如 带 控 制 机 构 的 指 示 记 录 仪 。单 元 组 合 式 仪 表 ： 仪 表 划 分 成 能 独 立 实 现 某 种 功 能 的若 干 单 元 ， 单 元 间 用 标 准 信 号 联 系 。 如 电 动 、 气 动 单 元组 合 仪 表 。组 装 式 仪 表 ： 在 单 元 组 合 仪 表 的 基 础 上 发 展 起 来 的 一种 成 套 仪 表 装 置 ， 包 含 控 制 柜 和 操 作 台 两 部 分 。集 散 控 制 系

9、 统 （ DCS） ： 以 微 型 计 算 机 为 核 心 , 集 4C技 术 为 一 体 的 计 算 机 控 制 装 置 , 实 现 分 散 控 制 和 集 中 管理 。 如 TPS、 PCS 7、 ECS、 Hollias等 。现 场 总 线 控 制 系 统 （ FCS） : 现 场 总 线 将 具 有 数 字 通信 能 力 的 现 场 仪 表 相 连 接 , 并 同 上 层 监 控 管 理 级 一 起 构成 分 布 式 控 制 网 络 。 如 FF总 线 控 制 系 统 （ FCS） 。v 按 结 构 形 式 14 发 展 史 大 约 有 70年 ， 大 体 可 分 成 五 个 阶 段

10、。时 间第 一 阶 段20世 纪 3040年 代 (1935) 名 称基地式仪表 结 构将 测 量 、 显 示 、纪 录 、 调 节 都放 在 一 个 表 壳里 的 仪 表 .(以 指 示 记 录 仪表 为 中 心 ， 附 加某 些 调 节 机 构 ) 特 点结 构 简 单 ,适 于 单 参 数就 地 控 制 主 要 产 品KF系 列 气 动 基 地式 仪 表 (日 本 山 武-霍 尼 威 尔 公 司 )带 PID调 节 的 电子 电 位 差 计 (上 海自 动 化 仪 表 厂 ) 控 制 仪 表 及 装 置 的 发 展 15 名 称单元组合式仪表 结 构将 整 套 仪 表 划 分 成若 干

11、个 单 元 ， 各 单元 之 间 采 用 统 一 的标 准 信 号 连 接 。 使用 时 根 据 需 要 ， 经过 不 同 的 搭 配 ， 就可 组 成 各 种 各 样 的检 测 及 控 制 系 统 。时 间第 二 阶 段20世 纪 4050年 代 (1955) 特 点应 用灵 活 ，通 用性 强 主 要 产 品 系 列 、 EK系 列 仪 表(日 本 横 河 公 司 )国 产 DDZ- 、 DDZ- 系 列 仪 表 (北 京 、上 海 、 西 安 、 大 连 、天 津 、 吉 林 、 重 庆等 仪 表 厂 ) 16 名 称组 装 式综 合控 制装 置 结 构运 算 调 节机 柜 ,显 示 操

12、 作机 柜时 间第 三 阶 段20世 纪 6070年 代(1972) 特 点装 配 灵 活 ，功 能 分 离（ 调 节 与显 示 操 作分 离 ） 主 要 产 品Spec-200(美 国 福 克 斯 波 罗 公 司 )TF系 列(上 海 自 动 化 仪 表 厂 )MZ- 系 列(西 安 仪 表 厂 ) 17 名 称集散控制系统 结 构分 散 监 测 控 制 装 置 ,人 -机 接 口 装 置 ,通 信 网 络 ,上 位 机 接 口 装 置时 间第 四 阶 段20世 纪 7090年 代(1975) 特 点操 作 、显 示 、管 理集 中 .控 制 、负 荷 、危 险分 散 主 要 产 品TDC-

13、2000、TDC-3000、TPS、 S9000(美 国 霍 尼 威 尔 公 司 )CENTUM-CS 、XL 、 CS1000、CS3000 (日 本 横 河 公 司 )PCS7、 PCS7-BOX(德 国 西 门 子 公 司 ) 18 名 称现 场总 线控 制系 统 结 构现 场 总 线 仪 表通 信 网 络时 间第 五 阶 段20世 纪 9507年 代(2007) 特 点操 作 、 显 示 、管 理 一 体 化 ,危 险 分 散 ，控 制 分 散到 一 个 回 路 主 要 产 品FF基 金 会 现 场 总 线(美 国 费 歇 尔 -罗 斯 蒙 特 公 司 )PROFIBUS过 程 现 场

14、 总 线(德 国 西 门 子 公 司 ) 19 概 论第 三 节 联 络 信 号 和 传 输 方 式 20 n 联 络 信 号 定 义 、 类 型n 电 信 号 传 输 方 式 ： 电 流 信 号 传 输 、 电 压 信 号传 输 （ 供 电 24VDC 、 输 入 信 号 15V、 输 出信 号 420mA）n 四 线 制 和 两 线 制 传 输本 节 重 点 内 容 介 绍 21 一 、 联 络 信 号联 络 信 号 的 定 义 ： 指 在 成 套 仪 表 系 列 中 ， 仪表 之 间 采 用 的 传 输 信 号 的 类 型 和 数 值 。联 络 信 号 类 型气 动 仪 表 ： 2010

15、0KPa 电 动 仪 表 ： 数 字 、 频 率 信 号 模 拟 信 号 010mA、 420mA 及 15V信 号 下 限 从 零 开 始 有 利 于 模 拟 量 运 算 。信 号 下 限 从 某 值 开 始 （ 活 零 点 ） 便 于 检 验 仪 表 是 否断 电 ， 并 可 实 现 两 线 制 。信 号 上 限 高 ， 产 生 的 电 磁 平 衡 力 大 ； 信 号 上 限 低 有利 于 减 少 功 率 损 耗 和 仪 表 防 爆 。 22 1.直 流 电 流 传 输 电 流 信 号 传 输 时 仪 表 之 间 的 连 接 二 、 电 信 号 传 输 方 式 电 流 传 递 电 流 接

16、收 的 串 联 方 式010mA传 送 ， 010mA接 收 ，220V交 流 供 电 ， 在 DDZ- 型 仪 表 中 使 用220V 220V220VI 0 R0Rcm发送仪表 接收仪表接收仪表RiRi输 入 电 阻导 线 电 阻输 出 阻 抗 23接 收 仪 表 R0I0 Ii RiRiRcm发 送 仪 表 电 流 信 号 传 输 时仪 表 之 间 的 连 接 为 保 证 传 输 误 差 在 允 许 范 围 之 内 ，应 要 求 R0 Rcm + nRi ， 故 有 为 减 小 传 输 误 差 ， 要 求 ： R0足 够 大 ， 而 Rcm 及 Ri 应 比 较 小00 00 00 00

17、 ( )100%i cm icm icm iRI II I R R nRI IR nRR R nR 0 100%cm iR nRR 二 、 电 信 号 传 输 方 式 误 差 分 析 24 电 流 传 输 的 特 点 优 点 发 送 仪 表 输 出 电 阻 大 ，具 有 恒 流 特 性 ， 故 电 流 信 号适 于 远 距 传 输 。 电 流 回 路 中 串 入 一 电 阻 ，取 压 方 便 。电 流 信 号 传 输 时仪 表 之 间 的 连 接 指 仪 表 的 负 载 电 阻 在 一定 的 范 围 内 变 化 时 ， 输出 电 流 基 本 不 变 的 特 性称 为 恒 流 特 性 。 接 收

18、 仪 表R0I0 Ii RiRiRcm发 送 仪 表 25 电 流 传 输 的 特 点 缺 点 回 路 中 增 减 接 收 仪 表 时 ，将 影 响 其 它 仪 表 的 工 作 。 任 何 一 个 仪 表 在 拆 离 回路 之 前 ， 首 先 要 把 该 仪 表 的两 个 输 入 端 短 接 ， 否 则 其 它仪 表 将 会 因 电 流 中 断 而 失 去信 号 。 各 台 仪 表 没 有 公 共 接 地点 ， 须 浮 空 工 作 。电 流 信 号 传 输 时仪 表 之 间 的 连 接 （ 会 短 路 ） 接 收 仪 表R0I0 Ii RiRiRcm发 送 仪 表 26 2.直 流 电 压 传

19、 输 电 流 传 递 电 压 接 收 的 并 联 方 式 420mA传 送 ， 15V接 收 ，24V直 流 供 电 ， 在 DDZ- 型 仪 表 、 I系 列 、EK系 列 、 YS-80系 列 、 YS-100系 列 中 使 用 。U0R0发送仪表 接收仪表接收仪 表RiRiRcm/2Rcm/2 UiUi 24V24Vv信 号 传 输 方 式 ： 现 场 仪 表 与控 制 室 仪 表 之 间 采 用 直 流 电流 信 号 ， 控 制 室 内 部 仪 表之 间 采 用 直 流 电 压 信 号 。 27电 压 信 号 传 输 时仪 表 之 间 的 连 接 接 收 仪 表 RiRcm 发 送 仪

20、 表R0U0 Rcm Ii RiR i 为 减 小 传 输 误 差 ， 要 求 ： R0和 Rcm 尽 量 小 ， Ri 大 些 ， 限 制 并 联仪 表 的 数 量 n。 为 减 小 传 输 误 差 ,应 满 足 Ri/n R0 + Rcm ， 故 有 0 00 00 000 / /100%/ii cm icmcm iR nU UU U R R R nU UR RR R R n 0 100%cmiR Rn R 误 差 分 析 28 电 压 传 输 的 特 点 优 点 增 加 或 取 消 某 个 接 收 仪表 不 影 响 其 他 仪 表 的 工 作 。 各 接 收 仪 表 可 设 置 公 共接

21、 地 点 ， 可 和 计 算 机 联 用 。缺 点 引 线 电 阻 上 产 生 电 压 降 , 信 号 受 一 定 损 失 , 且 因 接 收仪 表 输 入 阻 抗 很 高 ， 易 于 引入 干 扰 ， 所 以 电 压 信 号 不 适于 远 距 离 传 输 。电 压 信 号 传 输 时 仪 表 之 间 的 连 接 接 收 仪 表RiRcm 发 送 仪 表R0U0 Rcm Ii RiRi 29 直 流 电 流 直 流 电 压增 加 或 取 消 一 台 仪 表 ，整 个 系 统 停 止 运 行 增 加 或 取 消 一 台 仪 表 ，整 个 系 统 正 常 运 行串 联 制易 于 远 距 离 传 输

22、 并 联 制不 易 于 远 距 离 传 输无 公 共 接 地 点各 仪 表 可 有 自 己 的 接 地点 ， 系 统 不 允 许 有 公 共接 地 点 （ 会 短 路 ） 有 公 共 接 地 点各 仪 表 可 有 自 己 的 接 地点 ， 系 统 允 许 有 公 共 接地 点直 流 电 流 和 直 流 电 压 的 比 较 30 220V AC供 电无 本 质 安 全 特 性 24V DC供 电有 本 质 安 全 特 性 高 电 压 供 电装 置 一 旦 产 生 火 花 ， 容易 引 起 装 置 周 围 的 爆 炸性 混 合 物 爆 炸 或 起 火 低 电 压 供 电装 置 一 旦 产 生 火

23、花 ， 不易 引 起 装 置 周 围 的 爆 炸性 混 合 物 爆 炸 或 起 火 直 流 电 流 直 流 电 压直 流 电 流 和 直 流 电 压 的 比 较 31 信 号下 限 =0mA， 上 限 =10mA 信 号下 限 =4mA， 上 限 =20mA下 限 =0mA， +、 、 、 运 算 方 便 ， 易 于 刻 度 换 算 。电 气 零 点 =机 械 零 点 ， 零 点不 易 区 别 。上 限 =10 mA， 产 生 的 电 磁力 （ 安 培 力 ） 较 小 ， 故 带 负载 能 力 差 。 下 限 =4mA， 躲 开 晶 体 管 死区 ， 一 开 始 就 工 作 在 线 性 区 。

24、电 气 零 点 机 械 零 点 ， 零 点易 于 区 别 。上 限 =20mA， 产 生 的 电 磁力 （ 安 培 力 ） 较 大 ， 故 带 负载 能 力 强 。直 流 电 流 直 流 电 压直 流 电 流 和 直 流 电 压 的 比 较 32 输 入 阻 抗 （ 接 收 仪 表 ） 输 出 阻 抗 （ 发 送 仪 表 ） 输 入 阻 抗 （ 接 收 仪 表 ） 输 出 阻 抗 （ 发 送 仪 表 ） 输 入 阻 抗 Ri， 输 出 阻 抗RO， 信 号 有 损 失 ， 为 减 小传 输 误 差 ， 仪 表 应 有 恒 流特 性 （ 负 载 电 阻 在 一 定 范围 内 变 化 时 ， IO

25、的 变 化 应小 于 允 许 值 ） 输 入 阻 抗 Ri， 输 出 阻 抗RO， 并 联 仪 表 越 多 ， 信 号损 失 越 大 ， 为 减 小 传 输 误差 ， 并 联 装 置 的 台 数 应 4台 。%100 icmO icm nRRR nRR %100)( i cmOR RRn 输 入 阻 抗输 出 阻 抗 导 线 电 阻 直 流 电 流 直 流 电 压直 流 电 流 和 直 流 电 压 的 比 较 33 现 场 仪 表（ 现 场 ） 架 装 仪 表（ 控 制 室 盘 后 ） 盘 装 仪 表（ 控 制 室 盘 前 ） 34 3.变 送 器 与 控 制 室 仪 表 间 的 信 号 传

26、输2） 两 线 制电 源装 置变 送 器现 场 控 制 室1） 四 线 制 接 收仪 表 变 送 器现 场 电 源装 置控 制 室接 收仪 表要 实 现 两 线 制 ， 必 须 采 用 活 零 点 的 电 流 信 号 。 因 电源 线 和 信 号 线 公 用 ， 电 源 供 给 变 送 器 的 功 率 是 通 过信 号 电 流 提 供 的 。 变 送 器 输 出 电 流 为 下 限 值 时 ， 应保 证 它 内 部 的 半 导 体 器 件 仍 能 正 常 工 作 。 故 信 号 电流 下 限 值 不 能 过 低 。 35 概 论第 四 节 安 全 防 爆 基 本 知 识 和 防 爆 措 施一

27、、 安 全 防 爆 基 本 知 识二 、 常 用 防 爆 型 控 制 仪 表三 、 控 制 系 统 的 防 爆 措 施 36 n 基 本 定 义 ： 爆 炸 性 混 合 物 、 安 全 火 花 、 本 安型 防 爆 系 统 、 非 本 安 型 防 爆 系 统 、 隔 爆 型 仪表 、 本 质 安 全 型 仪 表 、 安 全 栅n 防 爆 电 气 设 备 的 分 类 、 分 组 和 防 爆 标 志n 常 用 防 爆 型 控 制 仪 表 类 型 和 特 点n 控 制 系 统 实 现 本 安 防 爆 的 要 求n 安 全 栅 的 结 构 形 式本 节 重 点 内 容 介 绍 37 一 、 安 全 防

28、 爆 的 基 本 知 识概 论 爆 炸 三 要 素 自 燃 物 质助 燃 物 质激 发 能 量自 燃 物 质 +助 燃 物 质 =爆 炸 性 混 合 物 38 化 工 生 产 的 过 程 现 场 ， 经 常 含 有 氢 、 甲烷 、 乙 烷 、 苯 、 氨 等 易 燃 易 爆 的 气 体 。 这 些 可 燃 性 气 体 都 是 自 燃 物 质 ， 它们 和 空 气 中 的 助 燃 物 质 氧 和 在 一 起构 成 了 爆 炸 性 混 合 物 。 爆 炸 性 混 合 物 都 是 危 险 的 ， 其 危 险程 度 是 不 一 样 的 。 39含 有 可 燃 性 粉 尘或 纤 维 含 有 可 燃 性

29、 气 体或 蒸 气 火 灾含 有 爆 炸 性混 合 物 的 现 场称 为 危 险 场 所我 国 规 定 的三 类 危 场 所 Q G H 40 v 气 体 爆 炸 危 险 场 所 的 区 域 划 分依 据 ： 爆 炸 性 气 体 出 现 的 频 繁 程 度 和 持 续 时 间0区 (Zone 0) 在 正 常 情 况 下 ， 爆 炸 性 气 体 混合 物 连 续 地 、 频 繁 地 出 现 或 长 时 间 存 在 的 场 所 。1区 (Zone 1) 在 正 常 情 况 下 ， 爆 炸 性 气 体 混合 物 有 可 能 出 现 的 场 所 。2区 (Zone 2) 在 正 常 情 况 下 ，

30、爆 炸 性 气 体 混合 物 不 可 能 出 现 ， 或 即 使 出 现 也 是 短 时 间 存 在的 场 所 。 41 v 爆 炸 性 气 体 的 分 级按 最 大 试 验 安 全 间 隙 MESG(火 焰 不 能 传 播 的 最 大 间 隙 )和 最 小 点 燃 电 流 比 MICR来 分 级 ： 可 分 为 A、 B、 C三 级 。n 爆 炸 性 混 合 物 按 最 大 试 验 安 全 间 隙 MESG分 为 3级无 级 MESG=1.14mmA级 0.9mm MESG1.14mmB级 0.5mm MESG0.9mmC级 MESG0.5mm 42 v 爆 炸 性 气 体 的 分 级按 最

31、 大 试 验 安 全 间 隙 MESG(火 焰 不 能 传 播 的 最 大 间 隙 )和 最 小 点 燃 电 流 比 MICR来 分 级 ： 可 分 为 A、 B、 C三 级 。爆 炸 性 混 合 物 按 最 小 点 燃 电 流 比 MICR分 为 三 级无 级 最 小 点 燃 电 流 比 =1.0A 0.8最 小 点 燃 电 流 比 1.0B 0.45450 T2450 t 200 T3450 t 200 组 别引 燃 温 度 t/ T 4 T5135 t 100 T6100 t 85 200 t 135 44 v 防 爆 电 气 设 备 的 分 类 、 分 组防 爆 电 气 设 备 分 为

32、 两 大 类 ： 类 ： 煤 矿 用 电 气 设 备 类 ： 工 厂 用 电 气 设 备 类 电 气 设 备 可 进 一 步 分 为 A、 B、 C三 级 。工 厂 用 电 气 设 备 防 爆 型 式 有 以 下 八 种 ：隔 爆 型 (d)、 本 质 安 全 型 (i)、 增 安 型 (e)、 正压 型 (p)、 充 油 型 (o)、 充 砂 型 (q)、 浇 封 型 (m)和 无 火 花 型 (n)。本 质 安 全 型 设 备 又 可 以 分 为 ia和 ib两 个 等 级 。 类 电 气 设 备 按 最 高 表 面 温 度 分 为 T1T6六 组 。 45 v 防 爆 标 志 及 其 含

33、 义防 爆 标 志 由 以 下 5个 部 分 构 成 ：标 志 EX 表 示 该 设 备 为 防 爆 电 气 设 备 。结 构 型 式 表 明 该 设 备 采 用 何 种 措 施 进 行 防 爆 ， 如d为 隔 爆 型 ， i为 本 安 型 等 。设 备 类 别 I为 煤 矿 井 下 用 电 设 备 ， II为 工 厂 用 设备 。防 爆 级 别 为 A、 B、 C三 级 ， 表 明 防 爆 能 力 强 弱 。温 度 组 别 为 T1T6六 组 ， 说 明 该 设 备 的 最 高 表 面温 度 允 许 值 。例 如 EXiaIICT5 表 示 II类 本 质 安 全 型 ia等 级 C级 T5

34、组 。 46 经 常 使 用 的 自 动 化 装 置 一 般 都 是 隔 爆 型 和 本 质 安 全（ 防 爆 安 全 火 花 ） 型n 隔 爆 型 在 外 壳 的内 部 发 生 爆 炸 时 ， 不引 起 外 部 爆 炸 性 混 合物 爆 炸 的 电 气 设 备 。 n 本 质 安 全 型 在 正常 或 事 故 状 态 下 产 生的 火 花 都 不 能 引 起 爆炸 性 混 合 物 爆 炸 的 电气 设 备 。正 常 状 态 在 设 计规 定 条 件 下 正 常 工 作（ 实 验 时 ， 在 实 验 装置 中 产 生 短 路 或 断 路视 为 正 常 ） 事 故 状 态 在 电路 中 ， 非

35、保 护 性 元件 损 坏 或 产 生 短 路 、断 路 、 接 地 及 电 源故 障 等 情 况二 、 常 用 防 爆 型 控 制 仪 表 47 隔 爆 型 仪 表 具 有 隔 爆 外 壳 ， 仪 表 的 电 路 和 接 线 端 子 全 部 置 于 防 爆壳 体 内 。 它 能 承 受 仪 表 内 部 因 故 障 产 生 爆 炸 性 气 体 混合 物 的 爆 炸 压 力 。这 类 仪 表 适 用 于 1区 、 2区 危 险 场 所 。本 质 安 全 型 仪 表 本 安 仪 表 的 全 部 电 路 均 为 本 质 安 全 电 路 ， 电 压 和 电 流被 限 制 在 允 许 的 范 围 内 ，

36、保 证 仪 表 产 生 的 电 火 花 和 热效 应 不 致 于 引 爆 其 周 围 爆 炸 性 气 体 混 合 物 。ia等 级 的 本 安 仪 表 适 用 于 0区 危 险 场 所 ， ib等 级 的 本 安仪 表 只 适 用 于 1区 和 2区 危 险 场 所 。二 、 常 用 防 爆 型 控 制 仪 表使 用 注 意 :揭 开 仪 表 表壳 后 ， 将 失 去 了 防 爆性 能 ;长 期 使 用 会 逐 渐降 低 防 爆 性 能 48 三 、 控 制 系 统 的 防 爆 措 施n （ 一 ） 基 本 概 念 与 本 安 防 爆 系 统n 1、 安 全 火 花 其 能 量 不 足 以 引

37、 起 周 围 爆 炸 性 混合 物 起 火 或 爆 炸 的 火 花 。n 2、 非 本 安 防 爆 系 统 （ 非 安 全 火 花 型 防 爆 系 统 ） 通 过 “ 配 电 器 ” 向 现 场 仪 表 供 电 和 向 控 制 室 仪表 传 输 信 号 的 系 统 为 非 安 全 火 花 型 防 爆 系 统 。n 3、 本 安 防 爆 系 统 （ 安 全 火 花 型 防 爆 系 统 ） 通过 “ 安 全 栅 ” 向 现 场 仪 表 供 电 和 向 控 制 室 仪 表 传输 信 号 的 系 统 为 安 全 火 花 型 防 爆 系 统 。 (现 场 仪 表必 须 是 本 安 仪 表 )本 安 防

38、爆 系 统 应 满 足 的 两 个 条 件 ： 在 危 险 场 所 使 用 本 安 防 爆 仪 表 控 制 室 仪 表 和 危 险 场 所 仪 表 之 间 设 置 安 全 栅 49 变 送 器 配 电 器 配 电 器 调 节 阀控 制 室 仪 表 调 节 阀控 制 室 仪 表安 全 栅 电 源 箱变 送 器 安 全 栅电 源 箱现 场 现 场220V220V 24V 24V 本 安 防 爆 系统非 危 险 场 所（ 控 制 室 ） 危 险 场 所（ 现 场 ）危 险 场 所（ 现 场 ） 50 （ 二 ） 安 全 栅 关 联 设 备 与 本 安 型 电 路 相 联 ， 并 影 响其 安 全 火

39、 花 性 能 的 有 关 设 备 。 （ 这 里 意 指 安 装在 控 制 室 ， 但 又 和 现 场 仪 表 有 联 系 ） 安 全 栅 就 属 于 关 联 设 备 。 51变 送 器 执 行 器调 节 器 安 全 栅安 全 栅 电 源 箱本 安 防 爆 系 统非 危 险 场 所（ 控 制 室 ） 危 险 场 所（ 现 场 ）危 险 场 所（ 现 场 ） n 接 收 来 自 危 险 区 的 信 号 ， 输 出 安 全 信 号 到 安 全 区 或危 险 区 。n 在 正 常 情 况 下 不 影 响 测 量 系 统 的 功 能 。 它 设 置 在 安全 场 所 的 一 侧 ， 当 本 安 防 爆

40、 系 统 发 生 故 障 时 ， 能 将窜 入 危 险 场 所 的 能 量 （ 电 能 ） 限 制 在 安 全 值 以 内 ，从 而 保 证 现 场 生 产 安 全 。（ 二 ） 安 全 栅 52 安 全 栅 的 结 构 形 式 :齐 纳 式 和 隔 离 式齐 纳 式 安 全 栅 原 理 ： 基 于 齐 纳 二 极 管 的 反 向 击 穿 性 能 。 特 点 ： 结 构 简 单 、 经 济 、 可 靠 。齐 纳 式 安 全 栅 原 理 电 路 安 全 侧危 险 侧 U 0VZ1 VZ2R FU U1 53 隔 离 式 安 全 栅 原 理 ： 通 过 隔 离 、 限 压 和 限 流 等 措 施

41、来 保 证 本安 防 爆 性 能 。 特 点 ： 抗 干 扰 能 力 强 ， 可 靠 性 高 。隔 离 式 安 全 栅 原 理 框 图安 全 侧危 险 侧两 线 制变 送 器 限 压 限 流电 路 调 制器安 全 栅 变 压 器 调 制器安 全 栅 的 结 构 形 式 :齐 纳 式 和 隔 离 式 54 隔 离 式 安 全 栅 的 特 点n 隔 离 将 危 险 场 所 的 仪表 和 安 全 场 所 的 仪 表用 变 压 器 实 现 电 气 隔离 。 使 危 险 场 所 和 安全 场 所 之 间 只 有 磁 的联 系 ， 没 有 电 的 联 系 。 n 限 能 利 用 电 压 、 电 流限 制

42、电 路 ， 把 可 能 窜 入危 险 场 所 的 大 电 压 大 电流 限 制 在 安 全 定 额 之 内 。防 止 变 压 器 原 副 边 击穿 时 ， 原 边 高 压 信 号窜 入 危 险 场 所 ， 破 坏其 安 全 火 花 性 能 保 证 危 险 场所 的 安 全 安 全 侧危 险 侧两 线 制变 送 器 限 压 限 流电 路 调 制器安 全 栅 变 压 器 调 制器 55 n 作 业 1： P10:1、 说 明 控 制 仪 表 和 控 制 系 统 的 关 系 。2、 控 制 仪 表 与 装 置 有 哪 些 类 型 ？3、 控 制 仪 表 与 装 置 采 用 何 种 信 号 进 行 联

43、 络 ？ 电 压 信 号 传 输和 电 流 信 号 传 输 各 有 什 么 特 点 ？ 使 用 在 何 种 场 合 ？5、 防 爆 电 气 设 备 如 何 分 类 ？ 防 爆 标 志 EXiaIIAT5 和EXdIIBT4 是 何 含 义 ？6、 常 用 防 爆 型 控 制 仪 表 有 哪 几 类 ？ 各 有 什 么 特 点 ？7、 如 何 使 控 制 系 统 实 现 本 安 防 爆 的 要 求 ？ n 作 业 2：1、 现 场 和 控 制 室 仪 表 之 间 采 用 420mA的 电 流 传 输 信 号 ，控 制 室 内 部 仪 表 之 间 采 用 15V的 电 压 联 络 信 号 ， 这

44、种 信号 制 有 何 优 点 ？2、 什 么 是 仪 表 的 恒 流 特 性 ？ 56 作 业 1答 案 ： 1、 说 明 控 制 仪 表 和 控 制 系 统 的 关 系 。控 制 仪 表 指 自 动 控 制 系 统 中 广 泛 使 用 的 控 制 器 、 变 送 器 、运 算 器 、 执 行 器 等 ， 以 及 新 型 控 制 仪 表 和 装 置 。自 动 控 制 系 统 一 般 由 被 控 对 象 、 变 送 器 、 控 制 器 和 执 行器 构 成 。2、 控 制 仪 表 与 装 置 有 哪 些 类 型 ？按 所 用 能 源 形 式 ： 气 动 、 电 动 、 液 动 、 混 合 。按

45、信 号 类 型 ： 模 拟 式 和 数 字 式 。按 结 构 形 式 ： 基 地 式 仪 表 ， 单 元 组 合 式 仪 表 ， 组 装 式 仪表 ， 集 散 控 制 系 统 ， 现 场 总 线 控 制 系 统 57 3、 控 制 仪 表 与 装 置 采 用 何 种 信 号 进 行 联 络 ？ 电 压 信 号 传 输 和 电 流信 号 传 输 各 有 什 么 特 点 ？ 使 用 在 何 种 场 合 ？答 ： 气 动 仪 表 采 用 20100KPa 的 气 压 信 号 ；电 动 仪 表 采 用 模 拟 信 号 、 数 字 、 频 率 信 号 。电 流 传 输 的 特 点 ：n 优 点 发 送

46、仪 表 输 出 电 阻 大 ， 故 电 流 信 号 适 于 远 距 传 输 。电 流 回 路 中 串 入 一 电 阻 ， 取 压 方 便 。n 缺 点 回 路 中 增 减 接 收 仪 表 时 ， 将 影 响 其 它 仪 表 的 工 作 。 各 台 仪表 没 有 公 共 接 地 点 ， 若 要 和 计 算 机 联 用 ,则 应 在 仪 表 输 入 输 出 端采 取 直 流 隔 离 措 施 。电 流 传 输 在 DDZ- 型 仪 表 中 使 用电 压 传 输 的 特 点 n 优 点 ： 增 加 或 取 消 某 个 接 收 仪 表 不 影 响 其 他 仪 表 的 工 作 。 各接 收 仪 表 可 设

47、 置 公 共 接 地 点 ， 可 和 计 算 机 联 用 。n 缺 点 ： 要 在 引 线 电 阻 上 产 生 电 压 降 , 信 号 受 一 定 损 失 , 且 因 接 收仪 表 输 入 阻 抗 很 高 ， 易 于 引 入 干 扰 ， 所 以 电 压 信 号 不 适 于 远 距离 传 输 。电 压 传 输 在 DDZ- 型 仪 表 、 I系 列 、 EK系 列 、 YS-80系 列 、 YS-100系 列 中 使 用 58 5、 防 爆 电 气 设 备 如 何 分 类 ？ 防 爆 标 志 EXiaIIAT5 和EXdIIBT4 是 何 含 义 ？答 ： 防 爆 电 气 设 备 分 为 两 大

48、 类 ： 类 ： 煤 矿 用 电 气 设 备 ， 类 ： 工 厂 用 电 气 设 备 。标 志 EXiaIIAT5表 示 II类 本 质 安 全 型 ia等 级 A级 T5组EXdIIBT4表 示 II类 隔 爆 型 B级 T4组 59 6、 常 用 防 爆 型 控 制 仪 表 有 哪 几 类 ？ 各 有 什 么 特 点 ？答 ： 常 用 防 爆 型 控 制 仪 表 有 隔 爆 型 仪 表 和 本 质 安 全 型 仪表 。 隔 爆 型 仪 表 具 有 隔 爆 外 壳 ， 仪 表 的 电 路 和 接 线 端 子 全部 置 于 防 爆 壳 体 内 。 它 能 承 受 仪 表 内 部 因 故 障 产

49、 生 爆炸 性 气 体 混 合 物 的 爆 炸 压 力 。 本 质 安 全 型 仪 表 的 全 部 电 路 均 为 本 质 安 全 电 路 ， 电 压和 电 流 被 限 制 在 允 许 的 范 围 内 ， 保 证 仪 表 产 生 的 电 火花 和 热 效 应 不 致 于 引 爆 其 周 围 爆 炸 性 气 体 混 合 物 。7、 如 何 使 控 制 系 统 实 现 本 安 防 爆 的 要 求 ？答 ： 本 安 防 爆 系 统 应 满 足 的 两 个 条 件 ： 在 危 险 场 所 使 用本 安 防 爆 仪 表 ， 控 制 室 仪 表 和 危 险 场 所 仪 表 之 间 设 置安 全 栅 。 6

50、0 作 业 2答 案 ： 1、 答 ： 这 种 信 号 制 的 优 点 是 信 号 下 限 =4mA，躲 开 晶 体 管 死 区 ， 一 开 始 就 工 作 在 线 性 区 。 电 气零 点 机 械 零 点 ， 表 明 电 气 零 点 和 机 械 零 点 分 开 ，便 于 检 验 信 号 传 输 有 无 断 线 以 及 装 置 是 否 断 电 ，也 为 制 作 两 线 制 变 送 器 提 供 了 方 便 条 件 。 信 号 上限 =20mA， 产 生 的 电 磁 力 （ 安 培 力 ） 较 大 ， 故带 负 载 能 力 强 。2、 答 ： 仪 表 的 恒 流 特 性 是 指 仪 表 的 负 载 电 阻 在一 定 的 范 围 内 变 化 时 ， 输 出 电 流 基 本 不 变 的 特 性称 为 恒 流 特 性 。