1、电动单元组合仪表全 第六章 电动单元组合仪表第一节 概述一、 单元组合仪表的概念和分类单元组合仪表是在石油、化工等工业部门中使用比较广泛的一种自动控制仪表，它通常分为电动单元组合仪表和气动单元组合仪表。单元组合仪表是根据自动检测和自动调节系统中各环节的不同要求将整套仪表划分成若干个具有不同独立作用的功能单元，各单元之间采用统一的标准信号进行联系的仪表系列。将这些有限的、具有不同功能的仪表单元有机的组合起来，可以灵活地构成各种所需要的自动检测和调节系统。因此，单元组合仪表又有“积木式”仪表之称。二、电动单元组合仪表的发展历程电动单元组合仪表是以电能驱动的单元组合仪表，它不仅具有单元组合仪表的共同
2、特点，还具有电动仪表所特有的优点。我国电动单元组合仪表的发展经历了三个阶段，相应产生了DDZ-型、DDZ-型和DDZ-型三大仪表系列。DDZ-型：由于整套仪表用磁放大器和电子管作为主要放大元件，所以又称电子管型仪表。该套仪表体积大，需专用供电设备，且仪表工作在较高的电压和较大的电流的状态下，难以有效防爆，使用也不方便，不久便趋淘汰。DDZ-型：以晶体管为主要放大元件，所以称之为晶体管型仪表。DDZ-型仪表由于采用了半导体器件，因而使仪表的体积缩小，重量减轻、性能改善、可靠性能和防爆性能也有较大提高。 DDZ-：型仪表由于采用集成电路作为主要放大器件，又被称为集成电路式仪表。型仪表是适应工业现代
3、化对电动调节仪表的更高要求，在新型电子器件和新工艺、新材料不断涌现的形式下诞生。DDZ-型仪表不仅在仪表性能如稳定性、可靠性以及进一步与工业计算机配套的可行性等方面比以前的各类仪表有很大提高外，更重要的是型仪表解决了电动仪表长期以来未能彻底解决的防爆问题，其安全火花型仪表使用于石油、化工等工业部门的任何一种危险场所时，均不会产生足以使周围易燃易爆性气体引燃的电火花。因此，型仪表的性能更为优越，适应范围更为广泛。作业题：1、单元组合仪表的概念和分类？ 2、我国电动单元组合仪表的发展历程？第二节DDZ-型仪表的特点一、采用国际标准信号制DDZ-型仪表在信号制上采用了IEC推荐的信号标准，控制室与现
4、场之间的传输信号为420mA DC；控制室仪表接受信号为15VDC；来自现场的4 20 mA DC传输信号到控制室后经250的精密电阻转换为15VDC，电压作为控制室内仪表的联络信号，如下图所示。 这种信号制的优点有两方面。1、可实现两线制 ：因为传输信号起始点不是零，为变送单元实现两线制提供了必要条件。所谓两线制即电源、负载串联在一起，有一公共点，如上图所示。也就是变送器和控制室仪表之间的信号联系与供电仅用两根导线。因为信号起始点为4 mA，那么，变送器的电源、负载串联在一起时，电源供给线路的静态工作电流可以包含在信号起始电流中，即小于4mA DC。实现两线制还便于使用安全栅，有利于安全防爆
5、。2、采用并联制信号传输方式：同一个控制系统所属仪表之间有公共端，便于用计算机、巡回检测装置等配套使用。另外，这种并联传输方式还有利于构成各种复杂的调节系统，当一台变送器需带很多负载时（例如变送器的输出信号要送给调节、指示、报警、选择等等单元），为了减少相互干扰，提高精度，除在接受仪表输入级选用输入阻抗较高的集成组件外，还可以在某些单元中加一些运算放大器作同相输入，以提高接受仪表的输入阻抗，起信号跟踪和隔离作用。一、采用线性集成电路在DDZ-型仪表中采用了线性集成运算放大器作为基本电路元件。它实质上是一个差动输入直接耦合的多级直流放大器。集成运算放大器中元件是制作在单一硅片上，元件彼此靠得近，
6、又是通过同一工艺过程制作出来，所以具有良好得对称性，使温度漂移大大减少，仪表得到提高， 在型仪表中所用运算放大器大部分是高增益得，所以开环放大倍数很高，这使仪表得精度得到提高；由于在集成电路中，元件、线路、材料集成一体，所以焊点少，强度高，大大地提高了仪表地可靠性； 由于采用集成电路，可以方便地实现小信号直接放大，无需进行信号调制。集成电路具有机动灵活地特点。所以也使调节器的功能得到扩大。二、采用了集中供电方式在DDZ-型仪表中采用了24VDC集中供电并与备用蓄电池配合构成无停电装置，其优点：1、由于不直接用工频电源供电，在仪表供电回路没有高于28VDC的电压存在，各单元省掉了电源变压器。没有
7、工频电源进入单元仪表，即解决了仪表发热问题，又有利于防爆设施的实现2、集中供电的电源箱除将交流220V转换成稳定的直流24V功能之外，还具有过电流、过电压、低电压、短路保护、报警等功能。当电源箱出故障时或工频电源停电的情况下，备用电源自动投入，使整套仪表正常工作形成无断电系统，从而大大加强了DDZ-型仪表系统的可靠性。三、结构合理、功能多样DDZ-型仪表把仪表长期运行可靠性、稳定性放在首位，力求做到使用可靠、经济合理、技术先进。在单元结构上力求减少品种，做到“一机多能，以少胜少”为系统设计提供极为方便条件，它不仅能构成简单的调节系统和各种复杂的调节系统。而且能与计算机联用进行最佳的生产过程控制
8、。此外，还积极采用了新元件、新材料、新工艺、新技术等，使直型电动仪表具有一定的先进性。简略介绍如下：1、差压变送器电路设计方面，在低频位移检测放大器中采用连续振荡使线路简单，工作可靠而无负特性；在机械结构方面采用了矢量机构，稳定性和抗震性好，且装配调整方便。2、温度变送器采用低漂移运算放大器，因此，简化了线路，提高了整机的恩度性能，稳定性好，灵敏度高。在电路设计方面增加了线性化电路使温度信号与仪表输出之间呈线性关系，即满足了某些控制系统的需要，同时又便于直接指示。3、调节单元在电路设计上，为调节器具有良好的保持特性提供了必要的条件。在品种设计方面以基型调节器为基本单元，针对不同调节系统的需求，
9、可在基型调节器中增加不同的附加单元（附加单元有：输入报警、偏差报警、输出限幅、输出跟踪、PI-P切换，抗积分饱和等等单元用以扩大调节器功能）就可以构成各类特种调节器，以满足各种简单或者复杂调节系统的需求，而且能实现与计算机配合进行生产过程的最佳控制。四、可组成安全火花型防爆系统型电动仪表的现场仪表在设计与制造工艺方面都按国家防爆规程进行的，而且增加了安全单元安全栅，实现了控制室与危险场所的能量限制隔离，从而解决了电动仪表在易燃、易爆等危险场所中使用的难题。作业题：1、DDZ-型电动仪表采用国际标准信号的优点？ 2、DDZ-型电动仪表供电方式的特点？第三节DDZ-型电动仪表的分类一、品种分类1、
10、按使用场所可分为现场安装仪表和控制室安装仪表两大部分。2、按安装方式可分为现场安装、盘面安装和盘后架装三类仪表。3、按仪表在系统中的作用和特点可分为变送单元、调节单元、给定单元、转换单元、计算单元、显示单元、辅助单元、执行单元等。各单元包含的仪表举例如下：变送单元：温度变送器、差压变送器、液位变送器、压力变送器等调节单元：基型调节器、特种调节器等。给定单元：恒流给定器、比值给定器、报警给定器等。转换单元：气电转换器、电流转换器等。计算单元：加减器、乘除器、开方器等。显示单元：积算器、单双针指示仪、单双针记录仪、色带指示仪等。辅助单元：安全栅、配电器、操作器、电源箱、信号选择器、信号限幅器等。执
11、行单元：电气阀门定位器、电动执行器等。二、系统构成及简要说明主要单元及系统构成如下图所示1、场传输信号为4 20 mA DC，控制室联络信号为15VDC；2、电源箱由工频220VAC供电，其它单元均由电源箱供电，电压为24VDC；3、现场变送器供电通过输入端安全栅或分电盘供电。4、系统构成方面：一般系统的构成需加分电盘；隔爆系统的构成也需加分电盘；安全火花防爆系统的构成需加输入、输出安全栅。 作业题：1、DDZ-型电动仪表按在系统中的作用和特点可分为哪些单元？第四节 PMK可编程调节器一概述 1硬件结构简述PMK调节器硬件结构主要包括CPU单元、OPU单元（设定单元），FNT单元（面板单元）等
12、。（1）面板单元（FNT） 调节器的面板部分设有本机给定按键、软手操输出按键；控制方式切换手柄；给定值、测量值、输出值的显示器；控制方式显示灯、报警灯、通讯指示灯等。（2）设定单元（OPC）包括数据显示器和40个键。通过键操作可以显示和改变控制参数、内部常数；显示输入输出信号、报警状态和自诊断结果，并能设定和改变控制功能等。（3）开关单元（PGE）开关单元由确定调节器动作条件的开关和电写入存储器（EAROM）组成。用户通过设定单元的键盘操作，可将编写的程序写入EAROM。当电源中断时，存储器内的信息不会消失。PMK调节器可通过本身的设定单元编制用户程序，而不需专门的编程器。（4）AIO单元AI
13、O单元包括A/D、D/A转换电路，与数字输入输出连接的接口电路及调节器内各组电源的DC/DC转换电路等。此单元的主要功能是对信号进行A/D和D/A转换处理。（5）CPU单元CPU单元是调节器的核心。它包括处理器（CPU）、系统存储器（PROM）、随机存储器（RAM）、监控时钟（WDT）及与输入输出单元、开关单元连接的借口电路等。在PROM中存放供电用户调用的各种子程序（功能模块）和系统软件。微处理器CPU通过总线与其他部分相连，并在系统软件管理指挥下，使调节器的各部分协调动作，一步步地执行用户程序，以完成数据传递、输入输出、运算处理及自诊断等各种复杂功能。PMK的RAM主要用来暂存运算数据、显
14、示数据及通讯数据等。同时还具有电源中断处理功能，即使突然停电，其中数据仍能保持2分钟。因此停电在2分钟以内，仍可按停电瞬间前的参数运行。若超过2分钟，则以固化在子程序中的初始数据运行。（6）HM单元该单元包括产生420mA.DC输出电流的电路，自动切换电路等。（7）底板AIO单元、CPU单元、PGE单元等均通过连接器连到底板上。2编程语言 PMK调节器采用空栏式语言FIB（Fill in the blanks）或FIF（Fill in the torms）。它将各种子程序模块化，并形象地规定每个模块有“输入端”和带序号的“输出端”，而且赋予它固定的模块代码，以便调用。如下图： AD61开方00
15、OUTX1Y104Y205 X2Y306X3Y407 （模块图）编写用户程序就是指所调用的模块“输出端”与“输入端”之间的正确连接。只要将一模块的“输出端”序号“填入”与其相連的另一模块或自身的相应“输入端”即可。例如：模拟输入(AI1)经开方后，由模拟输出(AO1)，其原理如下图所示(这也就是开方运算的用户程序) AI1 AO1 开方运算模块为保证模块之间有正确的连接顺序，应当对被调用的模块根据控制要求所决定的执行（或调用）次序进行编号（如下图所示模块右上角的数字）。此编号在模块连接图中被形象地称为“安装位置”。在PMK调节器及其程序设计方法之前，必须先熟悉各标准模块的功能和“输入端”的定义
16、。AD02模拟输出00OUT04AO1AO208090A0B 模拟输入F25OUTAI1AI2AI3AI464656667AD61开方00OUT6404050607 开方运算模块连接图二模块介绍下图表示PMK调节器的信号处理过程。由图可见调节器所包含模块大致可以分为输入处理、控制运算、输出处理三类。 输入处理控制运算输出处理测量输出 PMK调节器信号处理示意Y1Y2Y3Y4 输入模块 控制运算模块 输出模块X1Y1X2Y2Y3X3Y4X1X2X3 模块分类及关联图 输入模块输入模块的作用是向控制运算模块传递外部输入信号或调节器自身产生的信号。其模块图形式的特点是只有“输出端”，没有“输入端”。
17、每种输入模块有确定的“安装位置”，因此具有固定的编号（2563）。因为模块输出端的序号为该模块的编号（或安置位置）有关，所以输入模块的“输出端子”序号也是固定的，是用16进制数表示。2控制运算模块控制运算模块没有固定的编号。它的编号应由用户在模块连接图中所安排的位置决定。每种控制运算模块的“输入端”、“输出端”都有它确定的意义，必须充分理解，才能正确调用。1）控制模块PMK调用器内有两类控制模块，分别为一次控制块和二次控制块，共15种（不包括模块45、46）。属于一次控制块的模块共有11种。将它们适当组态，可以形成一PID控制或比率运算或程序设定，各模块的内部功能仅用简图表示。二次控制块主要包
18、括模块（41、42、43、44），它们是PMK调节器实现自动调节的最基本模块。2）运算模块共有49种运算模块，包括+、等四则运算，各种逻辑运算以及对输入信号的补正运算等等，使PMK调节器的功能得以扩展。3）输出模块输出模块共有五个，其主要功能是将内部模块输出信号传递至调节器的外部接线端子上。所以，输出模块只有“输入端”而无“输出端”。输出模块有显示输出模块、模拟输出模块、数字输出模块三种类型。三.控制功能 PMK调节器的控制模块由一次块（简写为1St）、二次块（简写为2nd）组成。适当调用其中所需要的模块，可以实现基本控制、串级控制、比率控制、程序控制四种基本控制功能。四.操作 为了熟练地操作
19、合应用PMK调节器，必须了解它的结构，特别是调节器与现场连接部分（主要指外部端子）以及与操作人员的会话部分（主要指面板、侧面板和键盘）的组成与功能。1.调节器的接线端子 调节器通过外部接线端子与现场交换信号。在PMK调节器的尾部端面上有螺钉端子、多芯插头、传送插头三种端子。2.调节器的人机会话部分 在仪表控制系统中，人机会话部分也称为人机接口。它是指将过程数据向人作显示、记录、以及由人进行数据设定、参数整定和手动操作等有关控制系统与人相互联系和作用的部分。作为实际设备，它指的是指示仪表、记录仪、CRT、打印机以及控制屏上的指示灯和手动操作开关等。PMK调节器的人机接口是由操作面板、侧面开关板和
20、设定单元三部分组成的。（1）正面操作板调节器的正面操作板上的布局如下图所示。按照功能不同，可将它分为方式切换手柄、显示器、按键、指示灯四部分。 PMK调节器面板组成一览表 名称 作用和操作 性能 方式手柄R/A/M 改变切换手柄位置，可实现R、A、M三种操作方式的切换显 PV 以百分数显示测量值，等离子显示（橙色） 指示分辨率为0.5% 刻度长100mm，显示段数为201示 SV 以百分数显示给定值，其它同上 同上器 MV 以百分数显示输出值，发光二极管显示（红色） 刻度长60mm，显示段数为23。 指示分辨率为2.5% 变换 按下）可在SV显示器上指示出MV的值按键）平衡 按下时，从CAS端
21、子送来的二次PID给定的按键 信号可在SV显示器上进行显示，以实现由A R的有平衡无扰动切换按 给定 按下SV给定键，可改变一次块或二次PID的给 SV全行程变化所需按键 定值。按，SV增加；按，SV减少；同 时间为40秒 时按下，SV保持不变键 软手操输 方式手柄置于“M”位时，操作此按键可改变调 MV慢速地在全程范出按键 节器输出。按输出MV增加；按输出MV减 围内变化需40秒， 小；同时按和MV快速增加；同时按， 慢速变化需8秒 MV快速下降；同时按和或同时按三 键，输出MV保持不变。指 报警灯 灯亮，表示上限报警；灯亮，表示下限报警示 灯 故障报 和同时亮，表示出现故障警灯 指 操作方
22、式 可显示五种操作方式（运行方式：R方式，示 绿灯亮；A方式，绿灯亮；M方式，红灯灯 亮；HM方式；绿灯亮；SCC方式，红灯亮，并有相应字符在灯上显示其 开度方向 正面为OPEN，表示风开阀；反面为SHUT指示铭牌 表示风关阀；按下铭牌左端，可取下。它 存储指示 表示PV、SV希望值大小的指示带，镶入指示 器 器的槽中 （2）侧面开关板 调节器的侧面开关板如下图所示，按照自上而下的次序，列出其上七个开关的功能：TESTRESTARTEXT.FIXSCCINT/EXTPV/KPVRESET 开关 功能 功能说明RUN 选择调节器处于正常控制的 和RESET开关配合使用：开关向上指向 TEST运行
23、状态，或是处于检查的 RUN位置，为正常控制状态。开关向下 TEST 程序状态。 是TEST位置，为检查程序状态。CONTINUOUS 选择调节器停电后重新启动的 开关向上，指CONTINUOUS位置：这时， 条件 若停电时间小于2分，且由富士专用电源RESTART 送人电源中断信号至调节器PDI端子，则 以停电瞬间的参数重新启动；开关向下，指INITIAL INITIAL位置，以初始值（由设定单元设定的值）重新启动。INHIBIT 确定是否允许向EAROM存储 开关指向INHIBIT位置，为不允许重写；器内写入数据 开关指向ENABLE位置，为允许重写。EXT.FIX ENABLEINHIB
24、IT 选择是否能与上位计算机进行通讯 开关指向INHBIT位置，为不允许SCC 和上位机通讯，开关指向SCC位 置， 允许和上位机通讯SCC EXT 选择一次控制块的给定值SV是INT 开关指向EXT位置，一次块SV方式还是EXT方式 为远程方式；开关指向INT位置，INT/EXT 一次块为定值设定方式INT KPV 选择PV显示器（面板上）所显示的 开关指向KPV，显示01模块“输信号 入端1”的值；开关指向PV位置PV/KPV 显示调节器外部接线端子PV上的 输入值PV RESET 恢复到初始状态 按下此微动开关，使调节器恢复到 初始状态（3）设定单元 通过键盘操作，设定单元所能实现的主要
25、功能是： a决定调节器的控制模式、运算周期、正/反作用、面板报警的项目等 b按所提供的模块连接图，完成模块“连接”工作（或程序输入） c显示和修改控制参数和常数。 D显示操作状态、报警和故障状态以及错误操作的原因等。 下图是设定单元的外观图。它由数据显示器和键盘组成。 1键盘：共有40个操作键。按所实现的功能可分为通道选择键、数据类型键、十进制数字键及功能键四种。a.通道选择键 通道选择键用来区分数据的类别。PMK调节器有八类数据或称八个通道。First通道：又称为一次块通道，所涉及的是一次块的有关数据。有一次PID、比率设定、程序设定三种一次通道数据表。Second通道：又称为二次控制块通道
26、，所涉及的是二次块有关数据，改通道所属数据与一PID数据相同。 Linearizel通道：又称为折线数据通道，所涉及的是线形化处理的有关数据。它们为曲线各折点的坐标，共16个。 Constant通道：常数通道。是常数及一次、二次块给定SV和操作输出MV的预置值。该通道共16个数据。 Input通道：输入通道。显示各种输入信号数值和状态代码。 Output通道：调节器输出通道。显示调节器外部输出端子送出的数据和某些状态代码。 Waferoutput通道：模块输出通道。是调节器内部各模块的输出。 Dimension通道：范围通道。数据为一次、二次控制块测量与给定上、下限的数值；小数点位置（位数 ）
27、。b、数据类型键 专门用来调出一、二次控制块数据通道中某些数据的键称为数据类型键。它与该数据在通道中的数据编号作用相当。 数据类型键一览表键名 相应数据编号 作用ALM 02 显示报警信息MOD 01 显示运行方式PV 03 双功能键：按下1st或2nd键后，再按此键便显示（E） 测量值（工业值）模块“连接”时按下AD键，再按此键，表示16进制数ESV 04 双功能键；SV显示和设定给定值（工业值）；模块连（F） 接时，表示16进制数EMV 05 双功能键；MV显示调节器输出（%）；“C”表示16（C） 进制数CCAS 06 双功能键：CAS显示外部端子送来的遥控给定值；“A”（A） 表示16
28、进制数ADV 07 双功能键：DV显示调节器偏差（%）；“D”表示16（D） 进制数DTF 21 双功能键：TF显示和设定对输入信号的滤波时间常数（B） （秒）“B”表示16进制数BP/R 18 双功能键：调节器的功能代码设定好后，按下此键可分别显示两种数据：一次控制块为PID模式时，显示比例度P（%）；一次控制块为比率设定模式时，显示比率系数R（%）I/B1 19 双功能键：一次控制块为PID模式时，显示积分时间T1（秒）；一次控制块为比率设定模式时显示比率偏置B1（%）D/B2 20 双功能键：一次控制块为PID模式时，显示微分时间Td（秒）；一次控制块为比率设定模式时显示比率偏置B2（%
29、）C、十进制数字键 十进制数字键包括“09”、“、”、“一”共12个键，其作用是，组成各通道内的数据编号，实现数据的设定和修改，模块“连接”时，组成地址码，键09表示十六进制数。D、功能键 具有特定功能的键称为功能键。共有十个，功能如下：功能键一览表 键名 功能FLT 可检查七种故障，当PMK调节器出现其中一种故障时，面板 报警灯亮。此时，按下FLT键，显示故障信息代码。INC 更新通道号：调出某通道的所属数据时，按一次INC键，使通道号增加一个序号。更新地址号：模块连接时，每按一次INC键，地址号加1。DEC 与INC键基本相通，不同的是，DEC是减少一个数字H 这两个键用于显示和设定一、二次控制块的PV、SV、MV的L 上限值和下限值。操作时：按1st和2nd按数据类型键PV或SV或MV再按下H或LCL 当操作方法出错时，显示出现“Err”和两位数字组成的错误代码，按下CL键，显示返回出错前的状态，可按正确方法重新操作。AD 主要用于：设定表示调节器功能的基本通道数据及模块连接ST 在键盘上，每进行一次数据设定（包括模块连接）必须按ST存放键 键，才能将其送入随机存储器RAM中。FIX 数据存人RAM中，必须按FIX键，才能EAROM进行固化 固化键 以保证停电后，所设定的内容不会消失。需注意：使用F
