工业自动化仪表及控制装置设备的分类标准及基础知识

工业自动化仪表及控制装置设备的分类标准及基础知识！随着生产规模的不断扩大和生产技术的发展，对生产过程自动化水平提出了越来越高的要求。

因此，工业仪表也经历了一个从无到有、由简单到复杂，由单一功能向多功能的发展过程。

从最初的只能在现场测量并显示温度（如玻璃温度计）、压力（如U形管压力计）、流量（如玻璃转子流量计）、液位（如玻璃管液位计）的就地检测仪表和只能进行简单控制的就地调节器，逐步向远传集中显示、远程控制的方向发展。

除检测各种参数的检测元件和检测仪表愈加齐全外，过程控制仪表的发展更是日新月异，经历了由气动单元组合仪表、电动单元组合仪表、电子式综合控制装置到工业计算机控制系统的飞跃。

工业自动化仪表品种繁多，从信息的获得、传递、反映和处理的过程把工业自动化仪表分为五大类；（1）检测仪表；（2）显示仪表；(3)控制仪表；（4）执行器；（5）集中监测与控制装置。

检测仪表生产过程中，介质在设备、管道不同部位的温度、压力、流量、物位以及其他物理量瞬息万变，始终处于变化之中。

检测仪表就是用以检测上述物理量在每个瞬间的量值。

按照所测量工艺参数的不同，检测仪表可分为如下几种：1．温度仪表：常用的温度测量仪表有玻璃温度计、双金属温度计、压力式（温包）温度计、温度开关、热电偶、热电阻，还有辐射高温计及光学高温计、光电比色高温计等辐射式温度计。

2．压力仪表：压力测量仪表用于检测压力、真空和压差。

根据其工作原理可分为：弹性式压力计（按其弹性元件又分为弹簧管压力计、膜片压力计、膜盒压力计、压力开关等）；传感式压力计（如电阻式、电容式、电感式、霍尔式压力计等）；液柱式压力计（如U形管、直管、倾斜管压力计)；还有精度较高通常用于校验标准压力表的活塞式压力计。

3．流量仪表：流量测量仪表品种繁多，目前应用最为广泛的是由节流装置和与其配套的差压流量变送器。

常用的节流装置有孔板、喷嘴和文丘里管。

其他常用的流量仪表还有水表、转子流量计、椭圆齿轮流量计、靶式流量计、电磁流量计、旋涡流量计、阿钮巴流量计、质量流量计等。

4．物位仪表：物位仪表主要测量塔器和槽、罐类容器内某种介质的液位或两种不同比重液体的界面及固体物料的料位。

液位计中最为常见的是玻璃管液位计、玻璃板液位计，其他还有差压式液位计和浮力式液位计（如浮球液位计、液位开关、浮筒液位计、浮标液位计、钢带液位计、储罐液位称重仪等）。

用于固体物料料位检测的有电阻式料位计、电容式料位计、物位开关、重锤探测物位计、音叉料位计、超声波物位计、放射性料位计等。

5．成分分析仪表：成分分析仪表用于检定工艺介质的成分及测定某种组分（或某些组分直至全组分）的含量。

按其工作原理可分为电化学式分析仪（如电导仪、工业酸度计、氧化锆分析仪等），热学式分析仪（如热导式分析仪、热化学式分析仪、红外线分析仪）及磁导式分析仪、光电比色分析仪、质谱仪、工业气相色谱仪等。

在安装在线成分分析仪表时，一般都需要对所取的样品进行预处理，使样品的状态、温度、压力、流量等参数符合分析仪表工作条件的要求，因此需要配置一些由过滤器、除尘器、干燥容器、冷却器、转子流量计、水封和阀门及管路等组成的管路系统，以对样品进行一般性预处理。

对于一些特殊介质（如烟道气脏气样、炉气等高温气样、重油分析取样、腐蚀性组分取样及环境检测取样等），其取样预处理系统则更为完善，这类成品形式的取样预处理系统称为取样预处理装置。

另外，还有一些物性检测仪表如水分计、湿度计、密度计、浓度计、浊度计、粘度计等也往往划归成分分析仪表。

6．机械量仪表：工业上常用的机械量仪表有测厚仪、热膨胀检测仪、张力检测仪、挠度检测仪以及用于旋转机械（如大型蒸汽透平压缩机等）的轴振动、轴位移、转速检测装置和称重装置（如电子皮带秤，皮带跑偏、打滑检测装置，称重显示仪，称重装袋装置等）。

显示仪表此类仪表是指与检测仪表配套用以指示或记录被测参数的瞬时值，如用于指示的比率计、毫伏计等动圈指示仪，数字显示仪和指示或记录温度用的电子电位差计、电子平衡电桥（电子电位差计、平衡电桥还可以附加电动调节器或气动调节器等组成复合型仪表）及具有流量累计功能的积算型仪表。

控制仪表控制仪表一方面接受过程检测仪表及变送器的测量信号进行显示，另一方面发出调节信号控制执行器（执行机构及调节阀）的动作，组成闭环控制系统。

控制仪表根据信号类型可分为摸拟式控制仪表和数字式控制仪表两大类。

1．模拟控制仪表包括基地式仪表，单元组合仪表（气动、电动）和组装式仪表。

(1)单元组合仪表按其在控制系统中的功能分为不同的单元，各单元仪表独立存在，可根据需要任意组合成不同的检测调节系统，系统组成灵活、方便。

各单元之间的信号传递采用统一的标准信号（又称为模拟信号）。

单元组合仪表广泛应用于20世纪50～70年代初，属真正功能分散的仪表，即用一块仪表来完成所要求的某一功能。

需要说明的是，单元组合仪表中的变送单元仪表（除温度变送器外）从功能而言应属检测仪表。

单元组合仪表按其工作能源又分为气动单元组合仪表和电动单元组合仪表两类：气动单元组合仪表：气动单元组合仪表是在原来的气动仪表基础上发展而来的。

此类仪表以0.14MPa 压缩空气为工作能源，采用压力0.02～0.1MPa的压缩空气为统一信号。

正因为其工作能源和信号传输均为压缩空气，在炼油、化工生产装置中应用气动单元仪表具有天然防爆的作用。

其缺点是气动信号传输距离一般在150m以内，传输距离过远时，信号传递滞后，影响显示调节的灵敏度。

气动单元组合仪表包括以下单元仪表：a．变送单元（即变送器）包括压力变送器、差压变送器、靶式流量变送器、内藏孔板流量变送器、单（双）法兰差压（液位）变送器、内（外）浮筒液位变送器及温度变送器等。

b．显示单元仪表如色带指示仪、条形指示仪、多针指示仪、指示记录仪、积算器等。

c．调节单元仪表包括指示调节仪、记录调节仪、串级调节仪、比例（积分、微分）调节仪（器）等。

d．计算单元仪表如加减器、乘除器、比值器等。

e．给定单元仪表如定值器，时间程序定值器等。

f．辅助单元仪表如气动（Q型）操作器、手动/自动切换操作器、高（低）值选择器、继动器、切换器、限幅器、配比器、负荷分配器、大流量过滤减压阀等。

电动单元组合仪表：电动单元组合仪表以直流电源为其工作能源。

此类仪表因其基本电子元件的更新换代经历了Ⅰ型（电子管电路）、Ⅱ型（晶体管电路）和Ⅲ型（线性集成电路）三个发展阶段。

目前，Ⅰ型、Ⅱ型已经淘汰不再使用。

Ⅲ型仍广泛应用于炼油化工生产装置中。

现所介绍的电动单元组合仪表仅指Ⅲ型。

电动Ⅲ型仪表使用DC24V电源供电，安装于控制室内的各单元仪表之间的信号传输采用DC1～5V电压信号，而控制室仪表与现场安装的变送仪表、调节阀及执行机构之间则为DC4～20mA电流信号。

为满足不同的防爆要求，现场安装的变送器及与其连接的控制室输入输出单元（安全保持器、安全栅）等又有隔爆型、本质安全型之分。

另外，由于工业计算机控制技术发展的需要，近年来还开发了以微处理器为核心的智能化单元仪表，成为电动单元仪表的新军。

电动单元组合仪表包括下述各单元：a. 变送单元（即变送器）包括压力变送器、差压变送器、靶式流量变送器、内藏孔板流量变送器、单（双）法兰差压（液位）变送器、内（外）浮筒液位变送器、温度（温差）变送器、智能压力变送器及智能差压变送器等。

b. 显示单元仪表如单（双）针指示仪、色带指示仪、单（双）针报警仪、单（双）笔记录仪、多点指示记录仪、比例（开方）积算器等。

c.调节单元仪表包括指示调节器、SPC/DDC后备调节器、多通道阀位跟踪调节器、特殊功能调节器、积分器、微分器等。

d.计算单元仪表如加减器、乘除器、开方器等。

e.转换单元仪表包括电流信号转换器、脉冲/电压转换器、频率/电流转换器、阻抗转换器、函数转换器、电/气转换器、气/电转换器等。

f.给定单元仪表即恒流给定器、比值给定器、比率给定器、报警给定器、参数程序给定器、时间程序给定器等。

g.辅助单元仪表如电动（D型）操作器、DDC操作器、安全保持器、安全栅、配电器、电压箱、信号选择器、隔离器、反向器、升降器、信号阻尼器、信号倒向器、信号限幅器、变化率选择器等。

(2)组装式综合控制仪表是过程控制仪表发展过程中的一个新的系列，又称组装式综合控制装置。

它采用组件组装式结构，可以方便灵活地构成过程控制系统，系统内部采用0-10V直流电压信号体制。

并可接收现场检测仪表和检测元件的各种气动信号和电动信号（包括电流、电压、触点、脉冲、频率、编码等）。

组装式综合控制装置包括下列仪表和组件：a.输入输出组件：输入转换组件、输出转换组件、脉冲转换组件、mV/V转换组件、P/E转换组件、积算功率驱动器组件等。

b. 信号处理组件：信号缓冲组件、继电器缓冲组件、信号发生组件（斜坡发生组件、定时组件等）、模拟计算组件（乘除组件、开方组件、加法组件、函数组件、限幅组件、信号选择组件等）、积算组件、报警组件、逻辑组件。

c.调节组件：PID组件（比例、积分、微分组件）、动态补偿组件、跟踪组件、多输出接口组件、声光控制组件。

d.辅助组件及其他组件：电源分配组件、信号分配组件、切换组件、给定组件、继电器组件、监控组件。

e.显示操作仪表：单（双）针指示仪、单（双）笔记录仪、三（四）笔记录仪、趋势记录仪、手操器、控制显示操作器。

(3)基地式调节仪表在工业自动化仪表由就地检测显示向集中控制发展过程中，产生了一种集测量、显示、调节功能于一体的仪表,我们称之为基地式调节仪表或简称为基地式仪表。

如具有气动调节器的指示记录调节仪以及一些只有单一调节功能的就地调节器（如温度调节器，压力调节器、差压调节器，流量调节器）。

基地式调节仪表以其工作能源又有气动和电动之分。

自力式调节器也是就地调节仪表的一种，它因依赖于被测介质作为其工作能源而得名，故又称为直接作用式调节器。

另外，因为它与其调节阀合为一体，所以自力式调节器又称为自力式调节阀。

常用的自力式调节器有自力式温度调节器、自力式压力调节器及自力式流量调节器。

2．数字式控制仪表数字式控制仪表包括分散型控制系统(DCS)，可编程序控制器(PLC)，工业控制机(IPC)，安全控制系统(FSC)等。

20世纪60年代，随着工业生产过程的大规模化、复杂化，要求工业自动化控制系统既能处理大量数据，又能实现高级运算控制，易于进行信息通信，实现集中显示操作及高级控制，提高控制精度，单纯使用常规模拟仪表已无法满足上述要求，从而开始运用计算机控制系统，使生产过程综合控制水平得到了进一步的提高。

然而，随着控制功能的高度集中，事故发生的危险性也高度集中，一旦计算机控制系统出现故障，控制、监视、操作将无法进行，给生产带来很大影响，甚至会导致全局性重大事故。