热工培训

热工仪表分类：

热电厂热控仪表包括：检测仪表：[压力/差压变送器、流量变送器、温度变送器、温度仪表：（热电偶、热电阻、双金属温度计等）]、控制仪表：（执行机构控制器、电动门控制器）、分析仪表[水分析仪表：（酸碱度仪表）、烟气分析仪表：（氧化锆仪表）、煤分析仪表等。

调节器：

是将生产过程参数的测量值与给定值进行比较，得出偏差后根据一定的调节规律产生输出信号推动执行器消除偏差量，使该参数保持在给定值附近或按预定规律变化的控制器。 变送器：变送器是将物理测量信号或普通电信号转换为标准电信号输出或能够以通讯协议方式输出的设备。一般分为:温度/湿度变送器,压力变送器,差压变送器,液位变送器。

执行器：是工业自动化技术工具中接收控制信息（或信号、指令）并对受控对象施加控制作用的装置。如调节阀、挡板和电磁阀等均属此类。

热控仪表信号通讯方式：工业检测仪器仪表现场常用的通信方式主要为：HART和

MODBUS最为主流。若在强磁干扰现场可采用光纤通讯。

仪表安全防爆知识

在许多化工工业过程中，需要处理一些易燃易爆的工艺介质。为确保人员生命和生产装置的财产安全，防爆技术已经应用于各个行业及相关专业，形成一系列的行业。国家和国际标准，并随着工业的发展而发展。对于自动化仪表，最常用的防爆形式是本安型。隔爆型和增安型。由于电子技术的飞速发展和低功耗电子器件的不断诞生，本安防爆技术的得到了更为广阔的推广和应用。特别是由于本质安全型(简称本安型)防爆形式与其他防爆形式相比，不仅具有结构简单，适用范围广，而且还具有易操作和维护方便等特点，因此这种通过抑制点火源能量为防爆手段的本安型防爆仪表已被制造商和用户接受。 本质安全防爆技术的原理与特点 1、本质安全防爆技术的原理：

本安防爆技术实际上是一种低功率设计技术。例如对于氢气(ⅡC)环境，必须将电路功率在1.3W左右。由此可见，本安技术能很好的适用于工业自动化仪表。针对电火花和热效应是引起爆炸性危险气体爆炸的主要引爆源，本质安全技术通过电火花和热效应这两个可能的引爆源来实现防爆。在正常工作和故障状态下，当仪表产生的电火花或热效应的能量小于一定程度时，低度表不可能点燃爆炸性危险气体而产生爆炸。它实际上是一种低功率设计技术。原理是从能量入手，可靠地将电路中的电压和电流在一个允许的范围内，以保证仪表在正常工作或发生短接和元器件损坏等故障情况下产生的电火花和热效应不致于引起其周围可能存在的危险气体的爆炸。通常对于氢气环境，也就是危险程度最高。最易爆的环境，必须将功率在1.3W以下。国际电工委员会(IEC)规定，在危险程度最高的危险场所0区，只能采用Exia等级的本安防爆技术。因此，本质安全防爆技术是一种最安全。最可靠。适用范围最广的防爆技术。本质安全型仪表设备按安全程度和使用场所不同，可分为Exia和Exib。Exia的防爆级别高于Exib。 Exia级本质安全仪表在正常工作状态下以及电路中存在两起故障时，电路元件不会发生燃爆。在ia型电路中，工作电流被在100mA以下，适用于0区。1区和2区。 Exib级本质安全仪表在正常工作状态下以及电路中存在一起故障时，电路元件不发生燃爆炸。在ib型电路中，工作电流被在150mA以下，适用于1区和2区。

Ex:防爆公用标志——国际电工委员会（IEC）标志“Ex” 防爆型式 标志 防爆型式 标志 隔爆型 EXd 充砂型 EXq

增安型 EXe 浇封型 EXm 本安型 EXia 、EXib n型 EXn 正压型 EXp 粉尘防爆型 DIPA DIPB 油浸型 EXo 特殊型 EXs

2、本质安全防爆技术的特点：

(1)不需要设计制造工艺复杂。体积庞大且又笨重的隔爆外壳，因此，本安仪表具有结构简单。体积校重量轻和造价低等特点。据资料，建立一个本安型和隔爆型开关传输回路的费用之比约为1:4。

(2)可在带电情况下进行维护。标定和更换仪表的部分零件等。

(3)安全可靠性高。本安仪表不会因为紧固螺栓的丢失或外壳结合面锈蚀。划伤等人为原因而降低仪表的安全可靠性。

(4)由于本安防爆技术是一种“弱电”技术，因此，本安仪表的使用可以避免现场工程技术人员的触电伤亡事故的发生。

(5)适用范围广。本安技术是唯一可适用于0区危险场所的防爆系统。

(6)对于像热电偶等简单设备，不需特别认证即可接入本安防爆系统。可见，与其他任何防爆型式相比，采用本安防爆技术可给工业自动化仪表带来技术上的突出特点。 3、本质安全防爆系统由三部分组成：

现场本质安全仪表，本质安全电缆及本质安全关联设备。现场仪表包括各种安装在危险场所的一次检测仪表，以两线制变送器为代表的本质安全点电缆带有专用接地线，以耐久性的纯蓝色与其它电缆相区别；关联设备包括齐纳式安全栅，隔离式安全栅，其他形式的具有限流，限压功能的保护装置，能将窜入到现场本安设备的能量在安全值内，从而确保现场设备、人员和生产的安全。系统回路以安全栅为界分为本质安全电路和非本质安全电路。从安全栅通过本质安全电缆连接到现场仪表所构成的电路为本质安全电路；从安全栅到DCS以及到供电电源的电路为非本质安全电路。

干扰信号产生的原因及抑制方法：

一、首先我们要了解现场系统为什么会有干扰？什么原因？共有几种？

1）地环流干扰：

在工业生产过程中实现监视和控制需要用到各种自动化仪表、控制系统和执行机构,它们之间的信号传输既有微弱到毫伏级、毫安级的小信号;有几十伏,甚至数千伏、数百安培的大信号;既有低频直流信号,也有高频脉冲信号等等,构成系统后往往发现在仪表和设备之间传输相互干扰,造成系统不稳定甚至误操作.出现这种情况除了每个仪表、设备本身的性能原因如抗电磁干扰影响外,还有一个十分重要的原因就是各种仪器设备根据要求和目的都需要接地,例如为了安全,机壳需要接大地;为了使电路正常工作,系统要有公共参考点;为了抑制干扰加屏蔽罩,屏蔽罩也需要接地.但是由于仪表和设备之间的参考点之间存在电势差(也就是各设备的共地点不同)因而形成“地环流”、“接地环路”问题。当环流很大时，会出现很高的共摸噪声电压，并通过分布参数耦合到信号线,或直接连接到电平信号线上,将产生很大的串模干扰,甚至损坏接口电路及设备。

2）自然干扰

是一种主要的自然干扰源，雷电产生的干扰可以传输到数千公里以外的地方。雷电干扰的时域波形是叠加在一窜随机脉冲背景上的一个大尖峰脉冲。宇宙噪声是电离辐射产生的，在一天中不断变化。太阳噪声则随着太阳活动情况剧烈变化。自然界噪声主要会对通信造成干扰 而雷电能量尖峰脉冲可以对很多设备造成损坏，应该加以避免或降低损坏程度，减少损失。

3）人为干扰

电磁干扰产生的根本原因是导体中有电压或电流的变化，即较大的 dv/dtdi/dt.dv/dt或di/dt能够使导体产生电磁波辐射。一方面，人们可以利用这一特点实现特定功能，例如，

无线通信、雷达或其他功能，另一方面，电子设备在工作时，由于导体中的dv/dt或di/dt会产生伴随电磁辐射。无论主观上出于什么目的，客观上对电磁环境造成了污染。还有工厂企业在生产过程中会经常有一些大型的设备（电机、变频器等）频繁开关，它们也会造成一些容性、感性的干扰，也将影响仪器仪表正常显示或采集。凡是有电压电流突变的场合，肯定会有电磁干扰存在。数字脉冲电路就是一种典型的干扰源。随着电子技术的广泛应用，电磁污染情况会越来越严重。

二、怎样解决系统中的三种干扰呢？

首先干扰的三要素是干扰源、敏感源和耦合路径，这三要素缺少一个，电磁兼容问题都不会存。因此要从这三要素入手。找出最方便的解决办法，一般干扰源和敏感源是没办法解决的，通常是从耦合路径想办法，也是最常用的办法。如加屏蔽、加滤波等手段。而处理地环流最为常见也最为麻烦，现在以此为探讨话题

1）第一种方法： 所有现场设备不接地，使所有过程环路只有一个接地点，不能形成回路，这种方法看似简单。但实际应用中往往很难实现，因为某些设备要求必须接地才能保证测量精度或人身安全，某些设备可能因为长期遭到腐蚀和磨损后或气候影响而形成新的接地点。

2）第二种方法： 使两接地点的电势相同，但由于接地的电阻受地质条件及气候变化等众多因素的影响，这种方法其实在实际中也无法完全能做到。

3）第三种方法：在各个过程环节中使用信号隔离器，断开过程环路，同时 又不影 响过程信号的正常传输，从而彻底解决地环路的问题。 三、为什么采用信号隔离器具有很好的优越性呢？

各个过程环路中使用信号隔离办法可以用DCS或PLC等隔离卡件或者现场带的隔离的变送器（分设备可以做到），也可以用信号隔离器来实现。比较起来，用信号隔离器有以下优点： 绝大部分情况，采用信号隔离器+非隔离卡件比采用隔离卡件便宜

•信号隔离器比隔离卡件在隔离能力、抗电磁干扰等方面性能更加优越 •信号隔离器应用灵活，而且它还有信号转换和信号分配及接口转换等功能，使用起来更加方便

•信号隔离器通常有单通道、双通道、通道间相互完全，构成系统的配置、日常维护更加方便。

四、现在市场有那么多品牌的隔离器，价格参差不齐，该怎么选择呢？ 隔离器位于二个系统通道之间，所以选择隔离器首先要确定输入输出功能，同时要使隔离器输入输出模式（电压型、电流型、环路供电型等）适应前后端通道接口模式。此外尚有精度﹑功耗﹑噪音﹑绝缘强度﹑总线通讯功能等许多重要参数涉及产品性能，例如：噪音与精度有关、功耗热量与可靠性有关，这些需要使用者慎选。总之，适用、可靠、产品性价比是选择隔离器的主要原则。

共模干扰：一般指在两根信号线上产生的幅度相等，相位相同的噪声。 差模干扰：则是幅度相等，相位相反的的噪声。 接地符号：

一般地 抗干扰接地 保护地 接机壳、接地板 等电位地

量程调整、零点调整、零点迁移的原理及应用

量程调整：零点调整，是使用过程中对零点进行调整，仪表上应该具备这功能及调整按钮； 零点迁移：仪表使用一段时间后有些会产生零点漂移、迁移的现象，造成量程变大或者变小，影响测量精度。通过调整也能恢复；

量程调整：顾名思义对现有量程进行更改。如：原先是

成0~6KPa等都是量程调整。

0~10KPa的压力计该量程了，改

热电偶温度计工作原理及应用：

热电偶测温的基本原理是两种不同成份的材质导体组成闭合回路,当两端存在温度梯度时,回路中就会有电流通过，此时两端之间就存在电动势，这种电动势叫热电动势，这种效应叫热电效应又叫塞贝克效应。

两种不同成份的均质导体称为为热电极，温度较高的一端为工作端、热端，温度较低的一端为自由端、冷端参比端。（以下称为冷端）冷端通常处于某个恒定的温度下。

热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一。热电偶的优点很多，分别是： 1. 测量温度精度高因为热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响。感温快速，准确。2. 测量温度范围广常用的热电偶从-50~+1600℃均可边续测量，某些特殊热电偶最低可测到-269℃（如金铁镍铬），最高可达+2800℃（如钨-铼）。 3. 构造简单，使用方便。 外有保护套管，用起来非常方便。

热电阻温度计工作原理及应用：

热电阻测温是基于纯金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。

热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。它的主要特点是测量精度高，性能稳定。其中铂热是阻的测量精确度是最高的，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。

机械测量仪表的原理及应用：

以机械压力表为例：

弹簧管压力表又称为波登管压力表。压力表中的弹簧的自由端是封闭的，它通过拉杆带动扇形齿轮转动。测压时，弹簧管在被测压力作用下产生变形，因而弹簧管自由端产生位移，位移量与被测压力的大小成正比，使指针偏转，在度盘上指示出压力值。

弹簧管压力表结构简单、使用方便、价格低廉，它测量范围宽，可以测量负压、微压、低压、中压和高压（可达1000MPa），仪表的准确度等级最高为0.1级 被测介质的性质和被测介质的压力高低决定了弹簧管的材料。对于普通介质，当p<20MPa时，弹簧管采用磷铜；当p>20MPa时，则采用不锈钢或合金钢。对于腐蚀性介质，一方面可采用隔离膜和隔离液；另一方面也可采用耐腐蚀的弹簧管材料。如测氨介质时须采用不锈钢弹簧管，测量氧气压力时，则严禁沾有油脂，以确保安全使用。

热力系统图、设备控制保护和自动装置的原理 DCS的概念及特点：

DCS是分散控制系统（DistributedControlSystem）的简称，国内一般习惯称为集散控制系统。它是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，综合了计算机、通讯、显示和控制等4C技术，其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活、组态方便。

高可靠性(2) 开放性（3）灵活性（4）易于维护（5）协调性（6）控制功能齐全（7）硬件

积木化，软件模块化

DCS发展过程及基本结构：

DCS自1975年问世以来，已经经历了三十多年的发展历程。在这三十多年中。作为生产过程自动化领域的计算机控制系统，传统的DCS仅仅是一个狭义的概念。如果以为DCS只是生产过程的自动化系统，那就会引出错误的结论，因为现在的计算机控制系统的含义已被大大扩展了，它不仅包括过去DCS中所包含的各种内容，还向下深入到了现场的每台测量设备、执行机构，向上发展到了生产管理，企业经营的方方面面。传统意义上的DCS现在仅仅是指生产过程控制这一部分的自动化，而工业自动化系统的概念，则应定位到企业全面解决方案，即整体解决方案（total solution ）的层次。只有从这个角度上提出问题并解决问题，才能使计算机自动化真正起到其应有的作用。

进入九十年代以后，计算机技术突飞猛进，更多新的技术被应用到了DCS之中。PLC是一种针对顺序逻辑控制发展起来的电子设备，它主要用于代替不灵活而且笨重的继电器逻辑。现场总线技术在进入九十年代中期以后发展十分迅猛，以至于有些人已做出预测：基于现场总线的FCS将取代DCS成为控制系统的主角。 但是现场总线并未能够代替DCS。其原因如下：

1.现场总线的低速网络特性，使其每条总线的仪表数并未达到理性数量。实际应用中，一条H1总线大约只能安装8台仪表。这样一来，现场总线的节省电缆优势就非常有限了。 2.现场总线标准不统一，没有一种取得绝对优势，用户无从选择。 3.现场总线始终未能很好解决危险区本安特性问题。

*[注：现场总线（系统定义）是连接智能现场设备和自动化系统的全数字、双向、多站的通信系统。主要解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题。] *[现场总线控制系统由测量系统、控制系统、管理系统三个部分组成

典型的DCS体系结构分为三层，第一层为分散过程控制级；第二层为集中操作监控级；第三层为综合信息管理级。层间由高速数据通路HW和局域网络LAN两级通信线路相连，级内各装置之间由本级的通信网络进行通信联系。

操作员操作站： DCS的操作员站是处理一切与运行操作有关的人-机界面功能的网络节

点，其主要功能就是使操作员可以通过操作员站及时了解现场运行状态、各种运行参数的当前值、是否有异常情况发生等。并可通过输出设备对工艺过程进行控制和调节，以保证生产

过程的安全、可靠、高效、高质。功能操作员站的功能主要是指正常运行时的工艺监视和运行操作，主要由总貌画面、分组画面、点画面、流程图画面、趋势曲线画面、报警显示画面及操作指导画面等7种显示画面构成。

工程师站：是对DCS进行离线的配置、组态工作和在线的系统监督、控制、维护的网络节

点。其主要功能是提供对DCS进行组态，配置工具软件即组态软件，并通过工程师站及时调整系统配置及一些系统参数的设定，使DCS随时处于最佳工作状态之下。功能工程师站的功能 系统工程师站的功能主要包括对系统的组态功能及对系统的监督功能。 组态功能：工程师站的最主要功能是对DCS进行离线的配置和组态工作。在DCS进行配置和组态之前，它是毫无实际应用功能的，只有在对应用过程进行了详细的分析、设计并按设计要求正确地完成了组态工作之后，DCS才成为一个真正适合于某个生产过程使用的应用控制系统。系统工程师在进行系统的组态工作时，可依照给定的运算功能模块进行选择、连接、组态和设定参数，用户无须编制程序。

监督功能：与操作员站不同，工程师站必须对DCS本身的运行状态进行监视，包括各个现场I/O控制站的运行状态、各操作员站的运行情况、网络通信情况等等。一旦发现异常，系统工程师必须及时采取措施，进行维修或调整，以使DCS能保证连续正常运行，不会因对生产过程的失控造成损失。另外还具有对组态的在线修改功能，如上、下限定值的改变，控制参数的修整，对检测点甚至对某个现场I/O站的离线直接操作。

DCS通讯接口及协议：

DCS系统的硬件与软件：

硬件：

机柜、机笼、电源模块、I/O卡、主控卡、人机界面，操作员站、工程师站、历史站，俗称上位机，用于操作设备，监视参数，系统组态，历史记录等；2、DPU，俗称下位机，用于执行系统逻辑、运算并发出指令；3、I/O模件，用于收集现场一次设备、元件的参数，硬接线实现，分模拟量和开关量等；4、继电器柜，用于执行DPU的指令，如设备启停等；5、系统电源柜，用于DCS系统电源供给，双路；6、数据高速公路，同轴电缆或双绞线，用于

数据传输；7、数字交换机，用于联系上位机和下位机的枢纽。 软件：

操作系统：WINDOWS XP

组态系统：SUPCON JX-300X DCS系统组态软件包，在工程师站上完成的设计、配置工作，这样的组态设计基本上是按照下面的步骤进行的： 1. 整理硬件及I/O信息，分配测点 2. 建立组态文件 3. 主机设置 4. 控制站I/O组态 5. 控制方案组态 6. 操作站组态 7. 编译、修正

DCS网络体系：

DCS各级之间的信息传输主要依靠通信网络系统来支持。通信网分成低速、中速、高速通信网络。低速网络面向分散过程控制级；中速网络面向集中操作监控级；高速网络面向管理级。 用于DCS的计算机网络在很多方面的要求不同于通用的计算机网络。它是一个实时网络，也就是说网络需要根据现场通信的实时性要求，在确定的时限内完成信息的传送。 根据网络的拓扑结构，DCS的计算机网络大致可分为星型、总线型和环型结构三种。DCS厂家常采用的网络结构是环型网和总线型网，在这两种结构的网络中，各个节点可以说是平等的，任意两个节点之间的通信可以直接通过网络进行，而不需要其它节点的介入。 在比较大的分散控制系统中，为了提高系统性能，也可以把集中网络结构合理地运用于一个系统中，以充分利用各网络结构的优点。 [拓扑：拓扑这个名词是从几何学中借用来的.网络拓扑是网络形状,或者是它在物理上的连通性.构成网络的拓扑结构有很多种。网络拓扑结构是指用传输媒体互连各种设备的物理布局，就是用什么方式把网络中的计算机等设备连接起来。]

DCS数据处理与信息共享：

热电偶冷端温度补偿原理及外界因素对仪表指示值的影响

对于已选定的热电偶，当冷端（参比端一下称冷端）温度恒定时，则总的热电动势就成测量端温度的单值函数。即一定的热电势对应着一定的温度，而热电偶的分度表中，冷端温度均为0℃。但在应用现场，参比端温度千差万别，不可能都恒定在0℃，这就会产生测量误差，这就是热电偶要进行温度补偿的原因。 热电偶冷端温度补偿的方法有以下几种:

1、冷端温度校正法 常用在要求不高的现场，即当冷端温度无法恒定为0度，就需要对仪表的指示值进行修正。做起来容易但误差较大。

2、冰浴法 常用在实验室，即把参比端温度恒定在0度，但做起来成本高、难度大。 3、补偿电桥法 较少单独使用，是利用不平衡电桥产生的电势来补偿热电偶冷端温度变化所引起的热电势变化值。补偿电桥有单独产品，也有做在仪表内的。

4、补偿导线法 这是最常用的方法，即把热电偶延长把冷端引至温度较稳定的地方(通常为控制室)，然后由人工来调正冷端温度，即把仪表零点调至室温,或由仪表内电路进行自动补偿。对于贵金属热电偶把热电偶延长也是不可能的，因为价格太高行不通，就用热电特性相近的贱金属来做延长导线，中间温度定则是应用补偿导线的理论基础。补偿导线并不能自动补偿热电偶冷端温度的变化，仅只是将热电偶冷端引至温度较稳定的地方而已，补偿还要由人工和仪表来进行。因此补偿导线应该叫做热电偶延长线，这样才不会给人造成错误的理解。

*分度号后缀C的是补偿导线；分度号后缀X的是延长导线。

什么是补偿导线？

补偿导线实际上是一对在规定温度范围（一般为0～100℃）内使用的热电偶丝。它采用与热电偶电极材料相同的金属材料或在规定温度范围（一般为0～100℃）内热电特性与所配接的热电偶相同廉金属材料做成，在测温中作为热电偶与二次仪表（如电子电位差计）的连接导线，称为热电偶的补偿导线。补偿导线只能将供热电偶的参考端移至离热源较远及环境温度较恒定的地方，它并不能消除参考端温度不为零的影响，因此在使用中还应用修正方法将参考端温度修正到0℃。