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控制裝置與儀表的分類及發展
發布時間:2015-05-23   點擊次數:579次

一、控制裝置與儀表的分類 


控制裝置與儀表功能品種繁多,其分類方法也很多,根據不同原則可以進行不同的分 類。例如,按儀表所使用的能源分類,可以分為氣動儀表、電動儀表和液動儀表(應用較 少);按儀表組合形式,可以分為基地式儀表、單元組合儀表和綜合控制裝置;按儀表安裝 形式,可以分為現場儀表、盤裝儀表和架裝儀表;隨著微處理器的發展,根據儀表有否引入 微處理器又可以分為智能儀表與非智能儀表;根據儀表信號的形式可以分為模擬儀表和數字 儀表。 


1.按照儀表使用功能分類 


根據儀表在信息傳遞過程中的作用不同,可以分為以下五大類: 


(1) 檢測儀表 


檢測儀表的主要作用是獲取現場信息,并進行適當的轉換。在生產過程中,檢測儀表是 測量某一些工藝參數,如溫度、壓力、流量、物位以及物料的成分等,并將其轉換成電信號 (電壓、電流、頻率等)。 


(2) 顯示儀表 


顯示儀表的作用是將由檢測儀表獲得的信息顯示出來,包括各種模擬量、數字量的電 動、氣動指示儀、記錄儀和積算器,以及工業電視、圖像顯示器等。 


(3) 集中控制裝置 


包括各種巡回檢測儀、巡回控制儀、數據處理機、電子計算機以及儀表控制盤和操作臺等。 


(4) 控制儀表 


控制儀表可以根據需要對輸入的信號進行各種運算,例如比例、積分、微分等。控制儀表包括各種電動、氣動的控制器以及數字控制儀表。 


(5)執行器 


執行器可以接受控制儀表的輸出信號或直接指令,對生產過程進行操作或控制。執行器 包括各種氣動、電動、液動執行機為或控制閥。 


2. 按照儀表工作能源分類 


按使用的能源,儀表可以分為氣動儀表、電動儀表和液動儀表。目前,常用的是前面兩種。 


(1) 氣動儀表 


這種類型的儀表以空氣作為能源,結構簡單,工作比較可靠,對于溫度、濕度、電磁 場、放射性等環境的抗干擾能力較強,能防火、防爆。 


(2) 電動儀表 


這種儀表以電作為能源,信號之間比較方便,適于遠距離傳輸和控制,便于與計算 機連接。電動儀表在防火、防爆方面取得了較大進展,更有利于電動儀表的安全使用。 


3. 按照儀表結構形式分類 


按照儀表的結構形式可以分為基地式控制儀表、單元組合式控制儀表、組件組裝式控制 儀表、集散/分散式儀表等。 


(1) 基地式控制儀表 


基地式控制儀表以指示、記錄儀表為主體,附加某些控制機構,即將檢測、控制、顯示 功能設計在一個整體內。該類儀表一般結構比較簡單,價格便宜。它不僅能對某些工藝變量 進行指示或記錄,而且還具有控制功能,因此它安裝簡單、使用方便,但一般通用性差,只 適用于小規模、簡單控制系統。目前常使用的XCT系列動圈式控制儀表和TA系列簡易式調節器均屬此類儀表。 


(2) 單元組合式控制儀表 


單元組合式控制儀表是將整套儀表劃分為能獨立實現一定功能的若干單元,各單元之間 采用統一信號進行。使用時可根據控制系統的需要,對個單元進行選擇和組合,從而構 成多種多樣的、復雜程度各異的自動檢測和控制系統。其特點是使用靈活,通用性強,使 用、維護工作也很方便。它適用于各種企業的自動控制。廣泛使用的單元組合式控制儀表有電動單元組合儀表(DDZ型)和氣動單元組合儀表 ((2型)。 


單元的種類有變送單元、執行單元、控制單元、轉換單元、運算單元、顯示單元、給定 單元和輔助單元等。 


1) 變送單元。它能將各種被測參數,如溫度、壓力、流量、液位等物理量變換成相應 的標準統一信號(4~20mA,0?10mA或20~100kPa)傳送到接收儀表或裝置,以供指示、 記錄或控制。變送單元包括溫度變送器、壓力變送器、差壓變送器、流量變送器、液位變送器等。 


2) 轉換單元。轉換單元將電壓、頻率等電信號轉換成標準統一信號,或者進行標準統 一信號之間的轉換,以使不同信號可以在同一控制系統中使用。轉換單元包括:直流毫伏轉換器、頻率轉換器、電/氣轉換器、氣/電轉換器等。 


3) 控制單元。控制單元是將來自變送單元的測量信號與給定信號進行比較,按照偏差給出控制信號,去控制執行器的動作。控制單元包括:比例積分微分控制器、比例積分控制器、微分控制器以及具有特種功能 的控制器等。 


4) 運算單元。運算單元是將!TL個標準統一信號進行加、減、乘、除、開方、平方等運 算,適用于多種參數綜合控制、比值控制、流量信號的溫度壓力補償計算等。運算單元包括:加法器、乘除器和開方器等。 


5) 顯示單元。顯示單元是對各種被測參數進行指示、記錄、報警和積算,供操作人員 監控系統工況使用。顯示單元包括:指示儀、記錄儀、比例積算器、報警器等。 


6) 給定單元。它將輸出標準統一信號,作為被控變量的給定值送到控制單元,實現定 制控制。給定單元包括:恒流給定器、定制器、比值給定器和時間程序給定器等。 


7) 執行單元。執行單元是按照控制單元輸出的控制信號去改變控制量大小。執行單元包括:角行程電動執行器、直行程電動執行器和氣動薄膜調節閥等。 


8) 輔助單元。輔助單元是為了滿足自動控制系統某些要求而增設的儀表,如發信、切 換、遙控等。輔助單元包括:操作器、阻尼器、限幅器、安全柵等。 


(3) 組件組裝式控制儀表 


組件組裝式控制儀表是一種功能分離、結構組件化的成套儀表(或裝置)。它以模擬器 件為主,兼用模擬技術和數字技術。整套儀表(或裝置)在結構上由控制柜和操作臺組成, 控制柜內安裝的是具有各種功能的組件板,采用高密度安裝,結構緊湊。這種控制儀表 (或裝置)特別適用于要求組成各種復雜控制和集中顯示操作的大、中型企業的自動控制系統。國產的TF型、MZ-m型以及SPEC200等組裝儀表均屬此類控制儀表。 


(4) 集散/分散式儀表 


集散/分散式儀表以計算機或微處理器為其核心部件,經歷了集中型計算機控制、集散 型計算機控制和基于現場總線的分布式計算機控制等三個發展階段。在前兩個階段中,測量 變送與執行單元仍采用模擬式儀表,只是調節單元采用數字式儀表,即數字調節器、可編程 序控制器或工業控制機,因而屬于模擬、數字混合式儀表。而在基于現場總線的分布式計算 機過程控制中,由于采用了全數字式、雙向傳輸、多分支結構的通信網絡,數字通信一直延 伸到現場,其通信協議按規范化、標準化和公開化進行設計,使各種控制系統通過現場總線 不但實現了互聯、互換、互操作等,而且能方便地實現集中管理和信息集成。 


4.按照使用場合分類 


按照儀表的使用場合,大致可分為室內儀表和室外儀表。在使用的過程中,根據生產過 程的特點,一般情況下會涉及儀表的防護、防火、防爆、防雷和防腐等問題。比如防爆的問 題,就是要選擇正確的防爆措施,即采用本質安全型(Intrinsic Safety,簡稱本安)還是隔 爆型等。顯示儀表可分為記錄儀表和指示儀表、模擬儀表和數顯儀表,其中記錄儀表又可分為單 點記錄和多點記錄(指示也可以有單點和多點)。調節儀表可以分為基地式調節儀表和單元組合式調節儀表。由于微處理器引人,又有可 編程調節器與固定程序調節器之分。執行器由執行機構和調節閥兩部分組成。執行機構按能源劃分有氣動執行器、電動執行 器和液動執行器。 


二、控制裝置與儀表的發展 


早在機械化時代,人們用機械代替體力勞動,就開始有了自動化儀表,當時發明的鍋爐 水位調節器和蒸汽機離心式調速器曾促進和推動了*次工業革命。隨后,人們為了減輕體 力勞動,逐步研制出了各種檢測控制儀表作為“耳目"與“手足",幫助人們觀察和操縱生 產設備,使生產過程逐步實現自動化,從而進入了自動化時代。隨著電子技術和計算機技術 的迅速發展,人們又研制出能夠模仿“頭腦"并具有記憶和分析判斷能力的“智能"儀表, 這樣不僅延伸和擴展了 “耳目"和“手足"的功能,還減輕并代替了人的部分腦力勞動, 從而進入智能化時代。 


控制裝置與儀表在實際的工業生產過程應用中,經歷了氣動儀表、電動儀表以及數字式 儀表等發展階段。控制系統的結構則經歷了模擬電氣動組合儀表控制、直接數字控制、數字 調節器控制、分散控制系統、現場總線控制系統。控制系統的操作形式由zui初的基地式現場 操作到中央控制室的儀表盤操作,進而發展到圖形化集中式操作。 


隨著自動化程度的不斷提高,人們對自動化儀表的功能也提出了更高的要求。因此對于 自動化儀表的發展而言,數字化、智能化、系統化是其今后的主要發展方向。具體表現在以 下幾個方面: 


1) 儀表和系統的信號從模擬方式向數字方式轉變。 


2) 儀表設計采取功能組件方式,結構趨向模塊化,便于儀表控制系統的組合和發展多 樣化產品。 


3) 積極應用電子技術和微計算機技術,代替儀表中的傳統機械結構和操作控制,發展 性能優異的智能化新型儀表。 


4) 采用新材料和新型傳感元件,研制新一代物性型傳感器、數字式傳感器和智能式變 送器。 


5) 改進各類執行器的傳統結構設計,提高調節閥性能,實現小型輕量化。研制多功 能、適合特殊場合使用的調節閥和閥門定位器及轉換器,發展數字式執行器。 


6) 研制綜合控制管理系統,即研制由過程控制、電氣控制、監督控制、優化決策和生 產管理集成化的綜合控制管理系統。 

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