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第四节、调节参数整定方法…………………………………………………………74

第十章、执行器………………………………………………………………………………78

第一节、基本原理……………………………………………………………………78

第二节、定位器………………………………………………………………………78

第三节、气缸阀………………………………………………………………………79

第四节、气动薄膜调节阀……………………………………………………………81

第十一章、可编程控制器（PLC）…………………………………………………………84

第一节、概述…………………………………………………………………………84

第二节、基本组成……………………………………………………………………84

第三节、西门子s5……………………………………………………………………86

第十二章、集散控制系统……………………………………………………………………90

第一节、概述…………………………………………………………………………90

第二节、横和UXL……………………………………………………………………90

第三节、山武Harmonas……………………………………………………………94

第四节、DJK-31000储运计算机监控管理系统……………………………………100

第十三章、仪表联锁系统…………………………………………………………………103

第一节、概述………………………………………………………………………103

第二节、压缩机联锁系统……………………………………………………………104

第十四章、案例……………………………………………………………………………106

第十五章、思考题…………………………………………………………………………109

第一篇储运测量仪表

第一章仪表基础知识

第一节仪表分类

检测与过程控制仪表（通常称自动化仪表）分类方法很多，根据不同原则可以进行相应的分类。

例如按仪表所使用的能源分类，可以分为气动仪表、电动仪表和液动仪表（很少见）：

按仪表组合形式，可以分为基地式仪表、单元组合仪表和综合控制装置，按仪表安装形式，可以分为现场仪表、盘装仪表和架装仪表，随着微处理机的蓬勃发展，根据仪表有否引入微处理机（器）又可以分为智能仪表与非智能仪表。

根据仪表信号的形式可分为模拟仪表和数字仪表。

检测与过程控制仪表最通用的分类是按仪表在测量与控制系统中的作用进行划分，一般分为检测仪表、显示仪表、调节（控制）仪表和执行器四大类，见表。

检测仪表根据其被测变量不同，根据储运生产五大参量又可分为温度检测仪表、流量检测仪表、压力检测仪表、物位检测仪表和分析仪表（器）。

储运仪表中所涉及的标的类型还是比较全面的。

表1-1检测与过程控制仪表分类表

按功能

按被测变量

按工作原理或结构形式

按组合形式

按能源

其他

检测仪表

压力

温度

流量

物位

成分

液柱式，弹性式，电气式，活塞式

膨胀式，热电偶，热电阻,光学，辐射

节流式，转子式，容积式，速度式，靶式，电磁，旋涡

直读，浮力，静压，电学，声波，辐射，光学

pH，氧分析，色谱，红外，紫外，

单元组合

实验室和流程

电，气

电、气

智能

显示仪表

模拟和数宇

指示和记录

动圈，自动平衡电桥，电位差计

单点，多点，打印，笔录

调节（控制）仪表

自力式

组装式

可编程

基地式

气动电动

执行器

执行机构

薄膜，活塞，长行程，其他

执行机构和阀可

气、电、液

阀

直通单座，直通双座，套筒（笼式）球阀，蝶阀，隔膜阀，偏心旋转，角形，三通，阀体分离

以进行各种组合

直线，对数，抛物线，快开

显示仪表根据记录和指示、模拟与数字等功能，又可以分为记录仪表和指示仪表、模拟仪表和数显仪表，其中记录仪表又可分为单点记录和多点记录（指示亦可以有单点和多点），其中又有有纸记录或无纸记录，若是有纸纪录又分笔录和打印记录。

调节仪表可以分为基地式调节仪表和单元组合式调节仪表。

由于微处理机引入，又有可编程调节器与固定程序调节器之分。

执行器由执行机构和调节阀两部分组成。

执行机构按能源划分有气动执行器、电动执行器和液动执行器，按结构形式可以分为薄膜式、活塞式（气缸式）和长行程执行机构。

调节阀根据其结构特点和流量特性不同进行分类，按结构特点分通常有直通单座、直通双座、三通、角形、隔膜、蝶形、球阀、偏心旋转、套简（笼式）、阀体分离等，按流量特性分有直线、对数（等百分比）、抛物线、快开等。

这类分类方法相对比较合理，仪表覆盖面也比较广，但任何一种分类方法均不能将所有仪表分门别类地划分得井井有序，它们中间互有渗透，彼此沟通。

例如变送器具有多种功能，温度变送器可以划归温度检测仪表，差压变送器可以划归流量检测仪表，压力变送器可以划归压力检测仪表，若用静压法测液位可以划归物位检测仪表，很难确切划归哪一类。

另外单元组合仪表中的计算和辅助单元也很难归并。

第二节仪表主要性能指标

1.2.1概述

在工程上仪表性能指标通常用精确度（又称精度）、变差、灵敏度来描述。

仪表工校验仪表通常也是调校精确度、变差和灵敏度三项。

变差是指仪表被测变量（可理解为输入信号）多次从不同方向达到同一数值时，仪表指示值之间的最大差值，或者说是仪表在外界条件不变的情况下，被测参数由小到大变化（正向特性）和被测参数由大到小变化（反向特性）不一致的程度，两者之差即为仪表变差，如图1-1所示。

变差大小取最大绝对误差与仪表标尺范围之比的百分比：

变差=

×

100%（1-1）

其中

=|A1-A2|

变差产生的主要原因是仪表传动机构的间隙，运动部件的摩擦，弹性元件滞后等。

随着仪表制造技术的不断改进，特别是微电子技术的引入，许多仪表全电子化了，无可动部件，模拟仪表改为数字仪表等等，所以变差这个指标在智能型仪表中显得不那么重要和突出了。

灵敏度是指仪表对被测参数变化的灵敏程度，或者说是对被测的量变化的反应能力，是在稳态下，输出变化增量对输入变化增量的比值：

S=

（1-2）

式中s-仪表灵敏度，

△L--仪表输出变化增量，

△x--仪表输入变化增量，

灵敏度有时也称"

放大比"

，也是仪表静特性曲线上各点的斜率。

增加放大倍数可以提高仪表灵敏度，单纯加大灵敏度并不改变仪表的基本性能，即仪表精度并没有提高，相反有时会出现振荡现象，造成输出不稳定。

仪表灵敏度应保持适当的量。

然而对于仪表用户，诸如储运企业仪表工采讲，仪表精度固然是一个重要指标，但在实际使用中，往往更强调仪表的稳定性和可靠性，因为储运企业检测与过程控制仪表用于计量的为数不多，而大量的是用于检测。

另外，使用在过程控制系统中的检测仪表其稳定性、可靠性比精度更为重要。

1.2.2精确度

仪表精确度简称精度，又称准确度。

精确度和误差可以说是孪生兄弟，因为有误差的存在，才有精确度这个概念。

仪表精确度简言之就是仪表测量值接近真值的准确程度，通常用相对百分误差（也称相对折合误差）表示。

相对百分误差公式如下：

δ=

100%（1-3）

式中δ--检测过程中相对百分误差；

（标尺上限值-标尺下限值）--仪表测量范围：

△x--绝对误差，是被测参数测量值x1和被测参数标准值x0之差。

所谓标准值是精确度比被测仪表高3～5倍的标准表测得的数值。

从式（1-1-3）中可以看出，仪表精确度不仅和绝对误差有关，而且和仪表的测量范围有关。

绝对误差大，相对百分误差就大，仪表精确度就低。

如果绝对误差相同的两台仪表，其测量范围不同，那么测量范围大的仪表相对百分误差就小，仪表精确度就高。

精确度是仪表很重要的一个质量指标，常用精度等级来规范和表示。

精度等级就是最大相对百分误差去掉正负号和％。

按国家统一规定划分的等级有0.005，0.02，0.05，0.1，0.2，0.35，0.5，1.0，1.5,2.5，4等。

仪表精度等级一般都标志在仪表标尺或标牌±

，如0.5等，数字越小，说明仪表精确度越高。

要提高仪表精确度，就要进行误差分析。

误差通常可以分为疏忽误差，缓变误差、系统误差和随机误差。

疏忽误差是指测量过程中人为造成的误差，一则可以克服，二则和仪表本身没有什么关系。

缓变误差是由于仪表内部元器件老化过程引起的，它可以用更换元器件、零部件或通过不断校正加以克服和消除。

系统误差是指对同一被测参数进行多次重复测量时，所出现的数值大小或符号都相同的误差，或按一定规律变化的误差，可以通过分析计算加以处理，使其最后的影响减到最小，但是难以完全消除。

随机误差（偶然误差）是由于某些目前尚未被人们认识的偶然因素所引起，其数值大小和性质都不固定，难以估计，但可以通过统计方法从理论上估计其对检测结果的影响。

误差来源主要指系统误差和随机误差。

在用误差表示精度时，是指随机误差和系统误差之和。

1.2.3复现性（重复性）

测量复现性是在不同测量条件下，如不同的方法，不同的观测者，在不同的检测环境对同一被检测的量进行检测时，其测量结果一致的程度。

测量复现性作为仪表的性能指标，表征仪表的特性尚不普及，但是随着智能仪表的问世、发展和完善，复现性必将成为仪表的重要性能指标。

测量的精确性不仅仅是仪表的精确度，它还包括各种因素对测量参数的影响，是综合误差。

以电动-型差压变送器为例，综合误差如下式所示：

e综=（e

+e

+…）1/2（1-4）

式中e0--（25±

1）℃状态下的参考精度，±

0.25％或±

0.5％；

e1--环境温度对零点（4mA）的影响，±

1.75％；

e2--环境温度对全量程（20mA）的影响，±

0.5％，

c3--工作压力对零点（4mA）的影响，±

0.25％，

e4--工作压力对全量程（20mA）的影响，±

0.25％。

将e0、e1、e2、e3、e4的数值代入式（1-1-4）得：

e综=[（0.25）2+（1.75）2+（0.5）2+（0.25）2+（0.25）2]1/2

=±

1.87%

这说明0.25级电动Ⅲ变送器测量精度由于温度和工作压力变化的影响，由原来的0.25级下降为1.87，说明这台仪表复现性差。

它也说明对同一被测的量进行检测时，由于测量条件不同，受到环境温度和工作压力的影响，其测量结果一致的程度差。

若用一台全智能差压变送器代替上例中电动厦型差压变送器，对应于式（l-1-4）中的eo=±

0.0625％，el+e2=±

0.075％，e3+e4=±

0.15％，代入式（1-1-1）得e综=±

0.18％，由此可见全智能差压变送器测量综合误差e综=±

0.18％，要比电动厦型差压变送器e综=±

1.87％小得多，说明全智能差压变送器对温度和压力进行补偿、抗环境温度和工作压力能力强。

可以用仪表复现性来描述仪表的抗干扰能力。

测量复现性通常用不确定度来估计。

不确定度是由于测量误差的存在而对被测量值不能肯定的程度，可采用方差或标准差（取方差的正平方根）表示。

不确定度的所有分量分为两类：

A类：

用统计方法确定的分量

B类：

用非统计方法确定的分量

设A类不确定度的方差为si2（标准差为si），B类不确定度假定存在的相应近似方差为uj2标准差为uj），则合成不确定度为：

=

（1-5）

1.2.4稳定性

在规定工作条件内，仪表某些性能随时间保持不变的能力称为稳定性（度）。

仪表稳定性是储运企业仪表工十分关心的一个性能指标。

由于储运企业使用仪表的环境相对比较恶劣，被测量的介质温度、压力变化也相对比较大，在这种环境中投入仪表使用，仪表的某些部件随时间保持不变的能力会降低，仪表的稳定性会下降。

衡量或表征仪表稳定性现在尚未有定量值，储运企业通常用仪表零点漂移来衡量仪表的稳定性。

仪表投入运行一年之中零位没有漂移，说明这台仪表稳定性好，相反仪表投入运行不到3个月，仪表零位就变了，说明仪表稳定性不好。

仪表稳定性的好坏直接关系到仪表的使用范围，有时直接影响储运生产。

仪表稳定性不好造成的影响往往比仪表精度下降对储运生产的影响还要大。

仪表稳定性不好，仪表维护量也大，是仪表工最不希望出现的事情。

1.2.5可靠性

仪表可靠性是储运企业仪表工所追求的另一个重要性能指标。

可靠性和仪表维护量是相反相成的，仪表可靠性高说明仪表维护量小，反之仪表可靠性差，仪表维护量就大。

对于储运企业检测与过程控制仪表，大部分安装在工艺管道、各类塔、釜、罐、器上，而且储运生产的连续性，多数有毒、易燃易爆的环境，这些恶劣条件给仪表维护增加了很多困难，一是考虑储运生产安全，二是关系到仪表维护人员人身安全，所以储运企业使用检测与过程控制仪表要求维护量越小越好，亦即要求仪表可靠性尽可能地高。

随着仪表更新换代，特别是微电子技术引入仪表制造行业，使仪表可靠性大大提高。

仪表生产厂商对这个性能指标也越来越重视，通常用平均无故障时间MTBF来描述仪表的可靠性。

一台全智能变送器的MTBF比一般非智能仪表如电动置变送器要高10倍左右，它可高达100～390年。

第三节常用图例符号

根据国家行业标准HG20505-92《过程检测和控制系统用文字代号和图形符号》，参照GB2625-81国家标准，储运自控常用图形及文字代号如下。

1.3.1图形符号

1.3.1.1测量点

测量点（包括检出元件）是由过程设备或管道符号引到仪表圆圈的连接引线的起点，一般无特定的图形符号，如图l-2（a）所示。

若测量点位于设备中，当有必要标出测量点在过程设备中的位置时，可在引线的起点加一个直径为2mm的小圆符号或加虚线，如图1-2（b）所示。

必要时，检出元件或检出仪表可以用表1-2所列的图形符号表示。

1.3.1.2连接线图形符号

仪表圆圈与过程测量点的连接引线，通用的仪表信号线和能源线的符号是细实线。

当有必要标注能源类别时，可采用相应的缩写标注在能源线符号之上。

例如AS-0.14为0.14MPa的空气源，ES-24DC为24V的直流电源。

当通用的仪表信号线为细实线可能造成混淆时，通用信号线符号可在细实线上加斜短划线（斜短划线与细实线成45°

角）。

仪表连接线图形符号见表1-2。

表1-2仪表连线符号表

序号

类别

图形符号

1

仪表与工艺设备。

管道上测量点的连接线或机械连动线

——————

2

通用的仪表信号线

3

连接线交叉

4

连接线相接

5

表示信号的方向

→

当有必要区分信号线的类别时

6

电信号线

┄┄┄┄┄┄

表1-3被测变量及仪表功能字母组合示例

第一位字母

被测变量或引发变量

控制器

读出仪表

开关和报警装置

变送器

检测元件

视镜视察

最终执行元件

记录

指示

无指示

自力式控制阀

高

低

高低组合

A

分析

ARC

AIC

AC

AR

AI

ASH

ASL

ASHL

ART

AIT

AT

AE

AV

B

烧嘴、火焰

BRC

BIC

BC

BR

BI

BSH

BSL

BSHL

BRT

BIT

BT

BE

BG

BV

C

电导率

CRC

CIC

CR

CI

CSH

CSL

CSHL

CIT

CT

CE

CV

D

密度

DRC

DIC

DC

DR

DI

DSH

DSL

DSHL

DIT

DT

DE

DV

E

电压（电动势）

ERC

EIC

EC

ER

EI

ESH

ESL

ESHL

ERT

EIT

ET

EE

EV

F

流量

FRC

FIC

FC

FCV,FICV

FR

FI

FSH

FSL

FSHL

FRT

FIT

FT

FE

FG

FV

FQ

流量累计

FQRC

FQIC

FQR

FQI

FQSH

FQSL

FQIT

FQT

FQE

FQV

FF

流量比

FFRC

FFIC

FFC

FFR

FFI

FFSH

FFSL

FFV

G

供选用

H

手动

HIC

HC

HS

HV

I

电流

IRC

IIC

IR

II

ISH

ISL

ISHL

IRT

IIT

IT

IE

IV

J

功率

JRC

JIC

JR

JI

JSH

JSL

JSHL

JRT

JIT

JT

JE

JV

K

时间、时间程序

KRC

KIC

KC

KCV

KR

KI

KSH

KSL

KSHL

KRT

KIT

KT

KE

KV

L

物位

LRC

LIC

LC

LCV

LR

LI

LSH

LSL

LSHL

LRT

LIT

LT

LE

LG

LV

M

水分或湿度

MRC

MIC

MR

MI

MSH

MSL

MSHL

MRT

MIT

MT

ME

MV

N

O

P

压力、真空

PRC

PIC

PC

PCV

PR

PI

PSH

PSL

PSHL

PRT

PIT

PT

PE

PG

PV

PD

压力差

PDRC

PDIC

PDC

PDCV

PDR

PDI

PDSH

PDSL

PDSHL

PDRT

PDIT

PDT

PDE

PDV

Q

QRC

QIC

QR

QI

QSH

QSL

QSHL

QRT

QIT

QT

QE

QV

R

核辐射

RRC

RIC

RC

RR

RI

RSH

RSL

RSHL

RRT

RIT

RT

RE

RV

S

速度、频率

SRC

SIC

SC

SCV

SR

SI

SSH

SSL

SSHL

SRT

SIT