仪表回路模拟实验

用来测量被控量的实际值，并经过信号处理，转换为与被控量有一定函数关系，且与输入信号同一物理量的信号。反馈环节一般也称为测量变送环节。
自动控制系统的常用术语
（1）输入信号。既包括控制信号又包括扰动信号，其中控制信号又称控制量、参考输入或给定值。
（2）输出信号（输出量）。是指反馈控制系统中被控制的物理量，它与输入信号之间有一定的函数关系。
（3）反馈信号。若此信号是从系统输出端取出送入系统输入端，这种反馈信号称主反馈信号，而其他称为局部反馈信号。
（4）偏差信号。控制输入信号与主反馈信号之差。
（5）误差信号。是指系统输出量的实际值与希望值之差。在单位反馈情况下，希望值就是系统的输入信号，误差信号等于偏差信号。
（6）扰动信号。除控制信号之外，对系统的输出有影响的信号。

热电阻特性传感器
在高精度、高稳定性的测量回路中通常用铂热电阻材料的传感器。要求一般、具有较稳定性能的测量回路可用镍电阻传感器。档次低、只有一般要求时，可选用铜电阻传感器。半导体的体电阻对温度的感受灵敏度特别高，在一些精度要求不高的测量和控制电路中得到充分应用。

用计算机来代替控制器，就构成了计算机控制系统。

(一)集散控制系统

又名分布式计算机控制系统(DCS)，简称集散控制系统。

它的特点是以分布在被告控设备现场的计算机控制器完成对被控制设备的监视、测量与控制。中央计算机完成集中管理、显示、报警、打印等功能。

1.集散控制系统由集中管理部分、分散控制部分和通信部分组成。

集中管理部分主要有中央管理计算机与相关控制软件组成。

分散控制部分主要由现场直接数字控制器及相关控制软件组成，它用于对现场设备的运行状态、参数进行监测和控制，输入端连接传感器等探测设备，输出端与执行器连接在一起完成对被控量的调节。

通信部分连接集散型控制系统的中央管理计算机与现场直接数字控制器，完成数据、控制信号及其它信息的传递。

2.现场控制器从其处理数据的类型可分为数字控制器和通用控制器。现场控制器通常设置在靠近控制设备的地方。

(二)现场总线控制系统

现场总线控制系统FCS是以网络为基础的集散型控制系统。

集散式控制系统(DCS)是把控制网络连接到现场控制器DDC。

而现场总线控制系统FCS则把通信线一直连接到现场设备。它把单个分散的测量控制设备变成网络节点，以现场总线为纽带，组成一个集散型的控制系统，它适应了控制系统向分散化，网络化，标准化发展的趋势，是继DCS之后的新一代控制系统。

1.现场总线系统的特点

(1)系统的开放性。现场总线为开放式的互联网络，既能与同类网络互联，也能与不同类型网络互联。

(2)互操作性。互操作性是指不同生产厂家性能类似的设备不仅可以相互通信，并能互相组态，相互替换构成相应的控制系统。

(3)分散的系统结构。现场总线系统把集散性的控制系统中的现场控制功能分散到现场仪表，取消了DCS中的DDC，它把传感测量、补偿、运算、执行、控制等功能分散到现场设备中完成，体现了现场设备功能的独立性。

现场总线系统的接线十分简单，一对双绞线可以挂接多个设备，当需要增加现场控制设备时，可就近连接在原有的双绞线上，既节省了投资，也减少安装的工作量。

2.几种常见的现场总线

(1)Lonworks总线把单个分散的测量控制设备变成网络节点，通过网络实现集散控制，被誉为通用控制网络。

(2)CAN总线是控制局部网络(controlareanetwork)，用于汽车内部测量与执行机构之间的数据通信，广泛应用于离散控制领域。

(3)基金会现场总线FF(Foundationfildbus)是在过程自动化领域得到广泛支持和具有良好前景的技术。

(4)PROFIBUS总线。

(5)HART总线特点是在现有的模拟信号传输线上实现数字信号通信，属于模拟系统向数字系统转变过程中的过渡产品。

(一)温度传感器的安装

1.室内/外温度传感器

(1)室内温度传感器不应安装在阳光直射的地方，应远离室内冷/热源，如暖气片、空调机出风口。远离窗、门直接通风的位置。如无法避开则与之距离不应小于2m。

(2)室内温度传感器安装要求美观，多个传感器安装距地高度应- -致， 高度差不应大于1mm,同一区域内高度差不应大于5mm。

(3)室外温度传感器安装应有遮阳罩，避免阳光直射，应有防风雨防护罩，远离风口、过道。避免过高的风速对室外温度检测的影响。

2.水管温度传感器

(1)不宜在焊缝及其边缘上开孔和焊接安装。

(2)开孔与焊接应在工艺管道安装时同时进行。应在工艺管道防腐和试压前进行。

(3)感温段宜大于管道口径的二分之一，应安装在管道的顶部。

(4)安装不宜选择在阀门等阻力件附近和水流流束死角和振动较大的位置。

3.风管温度传感器

(1)应安装在风速平稳，能反映风温的位置。

(2)安装应在风管保温层完成后进行，安装在风管直管段或避开风管死角的位置。

(3)应安装在便于调试、维修的地方。

(4)温度传感器至DDC之间应尽量减少因接线电阻引起的误差，对于1k2铂温度传感器的接线总电阻应小于10。对于NTC非线性热敏电阻传感器的接线总电阻应小于30。

(二)湿度传感器安装

1.室内/外湿度传感器

(1)不应安装在阳光直射的地方，应远离室内冷/热源，如暖气片、空调机出风口。远离窗、门直接通风的位置。如无法避开则与之距离不应小于2m。

(2)安装要求美观，多个传感器安装距地高度应- -致， 高度差不应大于1mm.同一区域内高度差不应大于5mm。

(3)室外安装应有遮阳罩，避免阳光直射，应有防风雨防护罩，远离风口、过道。避免过高的风速对室外湿度检测的影响。

2.风管湿度传感器

(1)应安装在风速平稳，能反映风温的位置。

(2)风管保温层完成后安装传感器，安装在风管直管段或应避开风管死角的位置。

(3)应安装在便于调试、维修的地方。

(三)压力传感器安装

(1)压力传感器应安装在便于调试、维修的位置。

(2)风管型压力传感器宜安装在远离风口、过道的地方。

(3)风管型压力传感器应安装在风管的直管段，避开风管内通风死角和弯头。风管型压力传感器的安装应在风管保温层完成之后。

(4)水管压力传感器不宜在焊缝及其边缘上开孔和焊接安装。水管压力传感器的开孔与焊接应在工艺管道安装时同时进行。必须在工艺管道的防腐和试压前进行。

(5)水管压力传感器宜选在管道直管部分，不宜选在管道弯头、阀门等阻力部件的附近，水流流束死角和振动较大的位置。

(6)水管压力传感器应加接缓冲弯管和截止阀。

(四)流量测量仪表安装

1.电磁流量计

(1)电磁流量计应安装在无电磁场F扰的场所。

(2)电磁流量计应安装在直管段。

(3)流量计的前端应有长度为10D (D为管径)的直管，流量计的后端应有长度为5D的直管段。

(4)传感器前后的管道中安装有阀门和弯头等影响流量平稳的设备，则直管段的长度还需相应增加。

(5)系统如有流量调节阀，电磁流量计应安装在流量调节阀的前端。

2.涡轮式流量计

(1)涡轮式流量计应水平安装，流体的流动方向必须与流量计所示的流向标志一致。

(2)涡轮式流量计应安装在直管段，流量计的前端应有长度为10D的直管，流量计的后端应有长度为5D的直管段。

(3)如传感器前后的管道中安装有阀门和弯头等影响流量平稳的设备，则直管段的长度还需相应增加。

(4)涡轮式流量变送器应安装在便于维修并避免管道振动的场所。

(五)电量变送器安装

(1)被测回路加装电流、电压互感器，互感器输出电流、电压范围应符合电流、电压变送器的电流、电压输入范围。

(2)变送器接线时，应严防电压输人端短路和电流输人端开路。

(3)变送器的输出应与现场直接数字控制器输人通道的特性相匹配。

(六)电动调节阀安装

阀门驱动器按输出方式可分直行程、角行程和多转式三种类型，分别同直线移动的调节阀、旋转的蝶阀、多转式调节阀配合工作。

电动调节阀和工艺管道同时安装，在管道防腐和试压前进行。

(1) 应垂直安装于水平管道上，尤其对大口径电动阀不能有倾斜。

(2)阀体上的水流方向应与实际水流方向一致。一般安装在回水管上。

(3)阀旁应装有旁通阀和旁通管路，阀位指示装置安装在便于观察的位置，手动操作机构应安装在便于操作的位置。

(4)电动调节阀的行程、阀前/后压力必须满足设计和产品说明书的要求。

(七)仪表回路模拟实验

自控仪表的调试工作是安装过程的重要组成部分，分为单体调试和系统调试。

1.单体调试

单体调试目的是检查仪表是否符合各性能指标，是否运行正常，是一次调试。

2.系统调试

系统调试是在仪表安装完毕后对回路系统进行的调试，又称为二次调试。目的是检查自控仪表回路，包括管路、线路在内各环节是否可靠;仪表进行必要调整和整定。

3.集散系统的调试

集散系统调试分三个步骤进行:系统调试前的常规检查、系统调试、回路联调。系统调试指的是集散系统调试，而回路联调指的是集散系统和现场在线仪表连接调试。

(1)系统调试前的常规检查。

1)环境检查:空调系统、照明系统、温度、湿度和照明应达到集散系统使用环境条件。

2)系统接线检查:集散系统硬件设备柜和硬件设备之间查线、现场仪表至控制室查线。

3)系统接地电阻检查:检查安全接地、系统工作接地、安全保护接地。

4)绝缘电阻检查:信号线路2M2，补偿导线0. 5M2，电源带电部分与外壳5M2。

5)安全线路中绝缘强度检查、供电单元检查、系统预热检查等。

(2)系统调试。一般分为两步进行:单机调试和系统调试。

1)单机调试。按使用说明书对单台设备进行调试。如对打印机、CRT显示器、过程控制单元(或装置)、复印机等进行调试。

2)系统调试。

①用诊断程序(磁带/磁盘)对系统进行诊断检查。

②对系统各种设备地址设定，输入/输出装置控制单元(或装置)的调整等。

③检查通信系统，对系统功能进行试验。调出状态显示立面，确认全部组件正常。

(3)回路联调。

1)系统误差检查。按组态图或回路图上的规定，在系统信号发生端(即变送器、检测元件或控制输出的操作端)施加或给出模拟信号，检查系统误差，最大误差值不应超过系统各单元仪表允许基本误差平方和的平方根值。系统调试不应少于3点，通常在零点、中间值、满量程三点进行。

2)系统控制回路调试。用CRT操作键盘检查输入处理控制作用，手动、自动切换和输出信号处理，检查执行器从始到终的全行程动作。包括动作方向、零点、满量程、线性、死区和全行程时间以及正/反作用等。调节系统还完成输出保持特性和比例、积分、微分动作以及按过程控制程序进行的各种性能调试。

3)报警、连锁、程控网路试验。对故障报警系统逐点模拟试验。在系统信号发生端加报警模拟信号，检查CRT显示系统功能、音响效果、打印结果等。

1.过程检测仪表
温度仪表以“支”为计量单位。
压力仪表、变送单元仪表、流量仪表、物位检测仪表均以“台”为计量单位。
2.执行仪表
执行机构、调节阀、自力式调节阀、执行仪表附件，按设计图示数量以“台”计算。
3.仪表回路模拟试验。
检测回路模拟试验、调节回路模拟试验、报警联锁回路模拟试验按设计图示数量以“套”计算。
工业计算机系统回路模拟试验按设计图示数量以“点”计算。

热电阻特性传感器
在高精度、高稳定性的测量回路中通常用铂热电阻材料的传感器。要求一般、具有较稳定性能的测量回路可用镍电阻传感器。档次低、只有一般要求时，可选用铜电阻传感器。半导体的体电阻对温度的感受灵敏度特别高，在一些精度要求不高的测量和控制电路中得到充分应用。