1、儀表基礎(chǔ)知識,2,現(xiàn)場儀表的分類,現(xiàn)場儀表根據(jù)功能可分為： 1、檢測儀表：壓力、溫度、流量、液位 2、控制儀表：PLC、DCS 3、執(zhí)行儀表：調(diào)節(jié)閥、關(guān)斷閥 4、分析儀表：組分儀、可燃?xì)馓綔y儀 5、顯示儀表：中控上位機(jī)、壓力表等,3,傳感器基礎(chǔ)知識,傳感器基本概念,1.定義 傳感器（Transducer/Sensor）能夠感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置。如下圖所示:,4,傳感器基礎(chǔ)知識,傳感器是測量裝置，能完成檢測任務(wù)； 輸入量是某一被測量，可能是物理量，也可能是化學(xué)量、生物量等； 輸出量是某種物理量，便于傳輸、轉(zhuǎn)換、處理、顯示等，可以是氣、光、電物理量，主要是電

2、物理量； 輸出輸入有對應(yīng)關(guān)系，且應(yīng)有一定的精確程度。 傳感器功用：一感二傳,即感受被測信息,并傳送出去。,傳感器基本概念,5,傳感器基礎(chǔ)知識,輸入信號,Process Pressure,傳感元件 + 電子線路,模擬/智能/現(xiàn)場總線 Electronics,(把機(jī)械信號轉(zhuǎn)換成有用的電信號),(翻譯可用的電信號到標(biāo)準(zhǔn)的電信號),變送器介紹,6,傳感器基礎(chǔ)知識,傳感器與變送器的區(qū)別： 傳感器是能夠受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置的總稱，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。 當(dāng)傳感器的輸出為規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)信號（4-20mA）時，則稱為變送器。,7,信號基礎(chǔ)知識,模擬信號(Analog

3、 Signal)，它是指時間上和數(shù)值上的變化都是連 續(xù)平滑的信號；,數(shù)字信號（Digital signal ），它是指時間上和數(shù)值上的變化都是不 連續(xù)的信號；,預(yù)備知識,8,現(xiàn)場儀表的分類,根據(jù)儀表所使用的能源分類可以分為： 1、氣動儀表 （20-100Kpa） 2、電動儀表 （4-20mA） 3、液動儀表 根據(jù)儀表信號的形式可分為： 1、模似儀表 2、數(shù)字儀表,9,檢測儀表的分類和用途,檢測儀表（measuring instrument）：用來檢測生產(chǎn)過程中各個有關(guān)參數(shù)的技術(shù)工具稱為檢測儀表，也稱測量儀表，是指能正確感受和反映被測量大小的儀表，確定被測變量的量值變化或量值特性、狀態(tài)、成份的儀

4、表。 工業(yè)生產(chǎn)中有壓力、流量、溫度、液位等物理儀表，有氣體分析、水分分析、微量元素分析等分析儀表。 檢測儀表根據(jù)信號傳輸?shù)奶匦钥煞譃椋?1、就地指示儀表 2、遠(yuǎn)傳儀表,10,檢測儀表的分類和用途,壓力 P PI PIC PT PSLL PSHH PALL PAHH PSH PSL 流量 F FI FIC FT FSH FSL FAH FAL 溫度 T TI TIC TT TSLL TSHH TALL TAHH TSH TSL 液位 L LI LIC LT LSLL LSHH LALL LAHH LSH LSL 組分 A AT,11,壓力儀表的分類和用途,測量壓力或真空度的儀表很多，按其轉(zhuǎn)換原理

5、的不同大致可以分四大類： 1、液柱式壓力計 液柱式壓力計是依據(jù)流體動力學(xué)的原理，把被測壓力轉(zhuǎn)換成液柱高度的壓力計。它被廣泛應(yīng)用于表壓和真空度的測量中。也可以測定兩點(diǎn)的壓力差。按其結(jié)構(gòu)形式不同，有u型管壓力計、單管壓力計和斜管壓力計等。這類壓力計結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，但其精度受工作液的毛細(xì)管作用、密度及視差等因素的影響，測量范圍窄。 2、彈性式壓力計 彈性式壓力計是利用彈性元件受壓后所產(chǎn)生的彈性變形的原理進(jìn)行測量的。由于測量范圍不同，所以彈性元件也不一樣，例如彈簧管壓力計、波紋管壓力計及薄膜式壓力計等。,12,壓力儀表的分類和用途,3、電氣式壓力計 它是將被測的壓力通過機(jī)械和電氣元件轉(zhuǎn)換成電量(如

6、電壓、電流、頻率等)來進(jìn)行測量的儀表，如電容式、電感式、應(yīng)變片式和霍爾片式等壓力計。 4、活塞式壓力計 它是將被測壓力轉(zhuǎn)換成活塞上所加平均砝碼的重量來進(jìn)行測量的，是一種精度較高的標(biāo)準(zhǔn)型壓力計，允許誤差可為0.05一0.02。常用于校驗(yàn)其它壓力計。,13,流量儀表的分類和用途,流量計 定義：流量計是指測量流體流量的儀表，它能指示和記錄某瞬時流體的流量值； 分類： 1、速度式流量計 ：以測量流全在管道中的流速作為測量依據(jù)來計算流量的儀表。如差壓式流量計、變面積流量計、電磁流量計、漩渦流量計等； 2、容積式流量計 ：它以單位時間內(nèi)所排出的流體固定容積的數(shù)目作為測量依據(jù)，如橢圓齒輪流量計、腰輪流量計和

7、活塞式流量計等 平臺常用的流量計有：差壓流量計、質(zhì)量流量計、電磁流量計和腰輪流量計等,14,溫度儀表的分類和使用范圍,15,液位儀表的分類和用途,1、按測量方式分：按測量方式物位儀表可分為接觸式物位測量儀表和非接觸式測量儀表。其中接觸式測量儀表有：沉筒式液位儀表；差壓式液位儀表；射頻導(dǎo)納式液位儀表。非接觸式液位儀表有：超聲波液位儀表；雷達(dá)式液位儀表。 2、按取樣方式分：按取樣方式液位儀表可分為浮力式測量儀表，差壓式測量儀表，電容式測量。 3、按控制要求分：按控制要求液位儀表可分為就地顯示（現(xiàn)場指示）液位儀表和遠(yuǎn)傳液位儀表（液位變送器）。 4、按測量參數(shù)分：按測量參數(shù)液位儀表可分為液位測量儀表和

8、界面測量儀表。,16,1、顯示儀表的定義 凡能將生產(chǎn)過程中各種參數(shù)進(jìn)行指示、記錄或累積的儀表統(tǒng)稱為 顯示儀表。 2.顯示儀表的分類 按能量分:電動顯示儀表，氣動顯示儀表。 按顯示的方式分:,顯示儀表,模擬式顯示儀表:指針位移或記錄筆,數(shù)字式顯示儀表:數(shù)字顯示,新型顯示儀表:無紙記錄儀、曲線和圖像顯示,顯示儀表,17,數(shù)字式顯示儀表:以數(shù)字的形式直接顯示被測參數(shù)大小的儀表。因 具有速度快.精度高.讀數(shù)直觀,便于與計算機(jī)等數(shù)字裝置聯(lián)用等特 點(diǎn),正在迅速發(fā)展。 新型顯示儀表:將圖形、字符、曲線及數(shù)字等直接在屏幕上進(jìn)行顯 示, 用途非常廣泛。,模擬式顯示儀表:以儀表指針(記錄筆)的角位移(線位移)來模

9、擬顯示被測參數(shù)連續(xù)變化的儀表。測量速度較慢.精度較低.讀數(shù)易造成多值性。但該類儀表結(jié)構(gòu)簡單.工作可靠.價格低廉.易于反映被測參數(shù)的變化趨勢,故迄今仍然是一種廣泛采用的儀表。,顯示儀表,18,在化工生產(chǎn)中, 壓力是指由氣體或液體均勻垂直地作用于單位面積上的力。,在工業(yè)生產(chǎn)過程中,壓力往往是重要的操作參數(shù)之一。,壓力的檢測與控制,對保證生產(chǎn)過程正常進(jìn)行,達(dá)到高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低消耗和安全是十分重要的。,壓力檢測儀表的結(jié)構(gòu)和工作原理,19,一、壓力單位及測壓儀表,壓力是指均勻垂直地作用在單位面積上的力。,壓力的單位為帕斯卡，簡稱帕（Pa）,20,一、壓力單位及測壓儀表,1 kgf/cm2 = 0.9807

10、105Pa 1mmH2O = 0.980710Pa 1 mmHg = 1.332102Pa 1atm = 1.01325105Pa 1bar=105Pa 1PSI=6.89103Pa,壓力單位的換算關(guān)系：,21,在壓力測量中，常有表壓、絕對壓力、負(fù)壓或真空度之分。,當(dāng)被測壓力低于大氣壓力時，一般用負(fù)壓或真空度來表示。,一、壓力單位及測壓儀表,22,二、彈性式壓力計,定義,彈性式壓力計是利用各種形式的彈性元件，在被測介質(zhì)壓力的作用下，使彈性元件受壓后產(chǎn)生彈性變形的原理而制成的測壓儀表。,優(yōu)點(diǎn),23,1.彈性元件,彈性元件是一種簡易可靠的測壓敏感元件。當(dāng)測壓范圍不同時，所用的彈性元件也不一樣。,彈

11、性元件示意圖,彈簧管式彈性元件如圖(a)和(b)所示，波紋管式彈性元件如圖(e)所示，薄膜式彈性元件如圖(c)和(d)所示。,24,2.彈簧管壓力表,25,基本測量原理,單圈彈簧管是一根彎成270圓弧的橢圓截面的空心金屬管子。管子的自由端B封閉，另一端固定在接頭上。當(dāng)通入被測的壓力p后，由于橢圓形截面在壓力p的作用下，將趨于圓形，而彎成圓弧形的彈簧管也隨之產(chǎn)生擴(kuò)張變形。同時，使彈簧管的自由端B產(chǎn)生位移。輸入壓力p越大，產(chǎn)生的變形也越大。 由于輸入壓力與彈簧管自由端B的位移成正比，所以只要測得B點(diǎn)的位移量，就能反映壓力p的大小。,注意：彈簧管自由端B的位移量一般很小，直接顯示有困難，所以必須通過

12、放大機(jī)構(gòu)才能指示出來。,26,結(jié)構(gòu)示意圖,27,三、電氣式壓力計,定義,電氣式壓力計是一種能將壓力轉(zhuǎn)換成電信號進(jìn)行傳輸及顯示的儀表。,28,組成,一般由壓力傳感器、測量電路和信號處理裝置所組成。常用的信號處理裝置有指示儀、記錄儀以及控制器、微處理機(jī)等。,電氣式壓力計組成方框圖,29,1.霍爾片式壓力傳感器,30,2.應(yīng)變片壓力傳感器,應(yīng)變片式壓力傳感器利用電阻應(yīng)變原理構(gòu)成。電阻應(yīng)變片有金屬和半導(dǎo)體應(yīng)變片兩類，被測壓力使應(yīng)變片產(chǎn)生應(yīng)變。當(dāng)應(yīng)變片產(chǎn)生壓縮（拉伸）應(yīng)變時，其阻值減?。ㄔ黾樱?，再通過橋式電路獲得相應(yīng)的毫伏級電勢輸出，并用毫伏計或其他記錄儀表顯示出被測壓力，從而組成應(yīng)變片式壓力計。,31

13、,3.壓阻式壓力傳感器,壓阻式壓力傳感器利用單晶硅的壓阻效應(yīng)而構(gòu)成。 采用單晶硅片為彈性元件，在單晶硅膜片上利用集成電路的工藝，在單晶硅的特定方向擴(kuò)散一組等值電阻，并將電阻接成橋路，單晶硅片置于傳感器腔內(nèi)。 當(dāng)壓力發(fā)生變化時，單晶硅產(chǎn)生應(yīng)變，使直接擴(kuò)散在上面的應(yīng)變電阻產(chǎn)生與被測壓力成比例的變化，再由橋式電路獲得相應(yīng)的電壓輸出信號。,工作原理,32,特點(diǎn),精度高、工作可靠、頻率響應(yīng)高、遲滯小、尺寸小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單；,便于實(shí)現(xiàn)顯示數(shù)字化；,可以測量壓力，稍加改變，還可以測量差壓、高度、速度、加速度等參數(shù)。,3.壓阻式壓力傳感器,33,4.力矩平衡式壓力變送器,力矩平衡式差壓變送器是一種典型的自

14、平衡檢測儀表，它利用負(fù)反饋的工作原理克服元件材料、加工工藝等不利因素的影響，使儀表具有較高的測量準(zhǔn)確度 (一般為0.5級)、工作穩(wěn)定、可靠、線性好、不靈敏區(qū)小、溫度誤差小等一系列優(yōu)點(diǎn)。,34,5.電容式壓力變送器,工作原理,先將壓力的變化轉(zhuǎn)換為電容量的變化，然后進(jìn)行測量。,精度可達(dá)0.2級,35,控制儀表的結(jié)構(gòu)和工作原理,中控操作人員,PLC和DCS,生產(chǎn)工藝流程,數(shù)據(jù),顯示和報警,指令,控制,36,PLC系統(tǒng)硬件知識介紹,PLC的硬件結(jié)構(gòu)框圖,控制器,輸入/輸出接口單元,I/O擴(kuò)展單元,外部設(shè)備及其接口,上位機(jī)、編程器等,電源,內(nèi)部系統(tǒng)總線,37,PLC系統(tǒng)硬件知識介紹,1、控制器：是控制系

15、統(tǒng)的核心部件，由大規(guī)模和超大規(guī)模的集成電路組成，是系統(tǒng)的運(yùn)算和控制中心； 2、輸入/輸出接口單元：是控制系統(tǒng)與工藝過程控制現(xiàn)場之間的連接部件，包括：DI、DO、AI、AO等； 3、擴(kuò)展單元：用于擴(kuò)展輸入/輸出點(diǎn)數(shù)和信號類型； 4、外部設(shè)備及其接口：外部設(shè)備主要有上位機(jī)、編程器等，接口分為通用接口和專用接口兩種； 5、電源：把外部供應(yīng)的電源變成系統(tǒng)內(nèi)部所需要的電源；,38,DCS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖,39,DCS系統(tǒng)硬件知識介紹,DCS系統(tǒng)由三部分組成： 1、過程控制站 現(xiàn)場檢測模擬量、數(shù)字量和脈沖量的輸入輸出并進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理 ；各 種控制回路的運(yùn)算(調(diào)節(jié)回路、邏輯運(yùn)算等)；控制運(yùn)算結(jié)果的直接輸出。 2、

16、過程管理站 過程管理站包括工程師站和操作站，工程師站負(fù)責(zé)系統(tǒng)的管理、控制組態(tài)、系統(tǒng)生成與下裝。操作站是人機(jī)接口，由微處理器、CRT顯示器、鍵盤和打印機(jī)等組成，用于生產(chǎn)工藝的控制操作、過程狀態(tài)顯示、報警狀態(tài)顯示以及實(shí)時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)顯示打印等。 3、通信網(wǎng)絡(luò) 網(wǎng)絡(luò)通信部分負(fù)責(zé)各種功能站之間的數(shù)據(jù)通信和聯(lián)絡(luò)；,40,控制儀表,變量：輸入、輸出和中間變量 算法：順序運(yùn)算、邏輯運(yùn)算、PID運(yùn)算等 地址：存放變量的位置 編程語言：梯形圖、功能塊 點(diǎn)數(shù)：輸入輸出變量的個數(shù) 因果邏輯：輸入和輸出變量之間的關(guān)系,控制儀表的關(guān)鍵詞：,41,油氣田常用PLC、DCS簡介,一個油氣田生產(chǎn)平臺，中控系統(tǒng)一般由三個相對

17、獨(dú)立的系統(tǒng)組成：過程控制系統(tǒng)（PCS）、應(yīng)急關(guān)斷系統(tǒng)（ESD）和火氣監(jiān)控系統(tǒng)（F 1、過程控制系統(tǒng)（PCS）： 完成對平臺的生產(chǎn)和公用流程的溫、壓、流、液數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和監(jiān)測，監(jiān) 控泵的狀態(tài)以及氣動閥門的狀態(tài)，在監(jiān)控數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時啟動報警信號； 2、火氣系統(tǒng)（F&G） 主要目的是及時、準(zhǔn)確地探測到可能發(fā)生或已經(jīng)發(fā)生的火情或可燃?xì)怏w泄 露 ，并及時采取相應(yīng)的安全措施，以保護(hù)平臺人員和設(shè)備的安全，系統(tǒng)的 控制邏輯由火氣監(jiān)控系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)；,42,油氣田常用PLC、DCS簡介,3、應(yīng)急關(guān)斷系統(tǒng)（ESD） 也叫信號報警及連鎖系統(tǒng)，其作用是對生產(chǎn)過程狀況進(jìn)行自動監(jiān)視，當(dāng) 某些工藝參數(shù)達(dá)到或超過一定數(shù)值時，或者生產(chǎn)運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生異常變化 時，連鎖系統(tǒng)