Control Instrumentation and Computer Control Equipments 第四章 其它常用单元仪表 安全栅 显示仪表

增加一页 开方器的作用是什么？ 用在什么场合？ 怎么实现？ 积算器的作用是什么？ 用在什么场合？ 怎么实现？ 重要概念： 小信号切除 （＜1%的时候，不计算） 积算器的作用是什么？ 用在什么场合？ 怎么实现？

4.1. 安全栅 安全栅（safety barrier）的作用 ： 将供给本质安全电路的电压或电流限制在一定安全范围内。 安全栅安装于安全场所，接收来自危险区的信号，输出安全信号到安全区或危险区。 AI DI ia/ib AO DO Safe Area Hazardous Area

本安设备 火花安全 安全栅 能量限制 + 本安系统 电源端 危险侧 安全侧 控制系统

安全栅 齐纳式安全栅 隔离式安全栅 危险侧 危险侧 安全侧 安全侧 必须要有专门的本安接地系统 危险区本安仪表必须为隔离型的 电源电压的波动可能会引起齐纳二 极管的电流泄漏，严重时会使快速 保险丝烧断（内部齐纳管、限流电 阻、保险丝整体浇封，一旦损坏无 法修复）。 信号负极均要本安接地，对于DCS 系统影响尤为明显。 可以将危险区的信号和安全区信号有效隔 离，自控系统不需要本安接地。 允许现场仪表为非隔离的，允许现场接地 。 有许多保护功能电路，意外损坏可能性较 小 有较强的信号处理能力 当用户同时应用DCS和SIS或ESD时，选用一 进二出的安全栅，可以相互隔离的两个信 号，避免系统之间互相影响。 SIS（Safety Instrumented System）安全仪表系统 ESD（Emergency Shutdown Device）紧急停车系统

  safety   齐纳式安全栅的接地问题：     Dangerous！ 齐纳二极管的多重冗余： 能够确保安全栅在正常工作、一个故障和二个故障时均能将输出电能量可靠地限制在安全参数规定的范围内，从而满足ia级本安要求。

隔离式安全栅的隔离原理： 模拟量（电流）： 开关量： 继电器隔离、光耦隔离 将输入的电流信号复制到输出侧（隔离变压器），并确保电气上隔离； 电流信号的输入端为Iin+、Iin-，而电流信号输出端为Iout+、Iout-； 变压器原边(输入侧)：开关信号Sw1和Sw2控制MOS开关管M6和M7交替导通； 变压器副边(输出侧)：开关信号Sw3和Sw4控制MOS开关管M8和M9交替导通； 开关信号Sw1和Sw3同步，以及Sw2和Sw4同步。 开关量： 继电器隔离、光耦隔离

安全栅的分类 类别 型号 输入信号 输出信号 按 信 号 流 向 分 类 输入型 信号由现场侧输入： 开关量信号 频率型号 (4~20)mA电流信号 热电阻信号 热电偶信号 mV信号 信号输出至DCS侧： 继电器触点 晶体管OC门 (1~5)V电压信号 输出型 信号由DCS侧输入： 开关量 频率量信号 信号输出现场设备： 供电电源 型 开关量信号；频率信号 开关量信号；频率信号；24V电源信号。 电流型 (4~20)mA电流信号。 温度变送型 热电阻、热电偶信号； mV信号。 按输入输出的通道数分 1输入1输出、1输入2输出、2输入2输出等

安全栅的典型使用示意图 动作判断 工业现场 控制室 接近开关 触点开关 DCS系统 英MTL隔离栅型号 德P+F隔离栅型号 中控隔离栅型号 (NAMUR) 动作判断 (DIN19234) Load Ch1 Ch2 DI卡 SWITCH 工业现场 控制室 接近开关 触点开关 DCS系统 NAMUR（德国标准，后为欧洲标准）是使用最广泛的本质安全开关量或频率信号输入的标准。需要提供一个8v左右的直流电压，根据金属物接近传感器的距离，会产生一个1.2MA到2.1MA电流信号，标定的开关电流典型值为1.55MA,当电流由低到高或等于1.75MA会产生一个输出信号变化（从0到1，或从OFF到ON),当电流由高到低低于1.55MA时，产生一个输出信号变化（从1到0，或从ON到OFF）。这样它可以来检查金属物是否接近. 英MTL隔离栅型号 德P+F隔离栅型号 中控隔离栅型号 MTL5017 KFD2-SR2-EX2.W SB3016/R-Ex

安全栅的典型使用示意图 本安电磁阀 DCS系统 工业现场 控制室 动作判断 英MTL隔离栅型号 德P+F隔离栅型号 中控隔离栅型号 POWER 电压标准 Source DO卡 本安电磁阀 DCS系统 工业现场 控制室 动作判断 本质安全电磁阀的功耗一般都小于3W，绝大多数情况不会超过4W。对于非本质 安全型的电磁阀如隔爆型电磁阀，无需使用隔离栅与之匹配。 英MTL隔离栅型号 德P+F隔离栅型号 中控隔离栅型号 MTL5024 SB3025-Ex

安全栅的典型使用示意图 英MTL隔离栅型号 德P+F隔离栅型号 中控隔离栅型号 信号复制 (4~20mA) Load Ch1 AI卡 本安变送器 (4~20mA) Load Ch2 AI卡 英MTL隔离栅型号 德P+F隔离栅型号 中控隔离栅型号 MTL5041 KFD2-CR-EX1.30300 SB3041-Ex MTL5042 KFD2-STC4-EX1 SB3042-Ex MTL5043 KFD2-STC4-EX1.20 SB3043-Ex

安全栅的典型使用示意图 英MTL隔离栅型号 德P+F隔离栅型号 中控隔离栅型号 (4~20mA) Source AO卡 信号复制 阀门定位器 KFD2-CD-EX1.32 SB3045-Ex MTL5046 KFD2-SCD-EX1.LK SB3046-Ex

安全栅的典型使用示意图 英MTL隔离栅型号 德P+F隔离栅型号 中控隔离栅型号 Ω、mV 信号变换 热电阻、热电偶 (4~20mA) Load Ch1 Ch2 AI卡 英MTL隔离栅型号 德P+F隔离栅型号 中控隔离栅型号 MTL5074 KFD2-UT2-EX1 SB3073-Ex SB3075-Ex

4.2. 显示仪表简介 显示仪表用于各种检测参数指示、记录，以使操作人员能够准确、直观地把握系统的实际运行状态。 显示仪表种类繁多，按照显示的方式来分，通常可分为三大类： 模拟式显示仪表 数字式显示仪表 新型显示仪表 按照功能来分，通常可分为： 显示仪表 显示记录仪表 显示调节仪表 显示报警仪表 ……

控制器/ 计算机控制系统 显示仪表 执行器 检测仪表 被控对象

第1类 模拟式显示仪表 特点：简单、可靠、便宜，但响应慢、精度低，重现性差，抗振性差，读数不直观并容易造成多值性，工业应用越来越少。 1-1 动圈式显示仪表 张丝 磁钢 动圈 指针 面板 ＋ mV － 动圈式显示仪表为机电结合型仪表，80年代以前应用广泛。

1-2 电子电位差计(热电偶) + _ R1 R2 R3 R4 Rp － E + D A B Et a b 指示记录装置 M C  

1-3 自动平衡电桥(热电阻) 和电子电位差计相比，除感温元件和测量电桥之外，其它部分基本相同 R1 R3 R4 Rp + E － C D B M Rt 和电子电位差计相比，除感温元件和测量电桥之外，其它部分基本相同

第2类 数字显示仪表 原理：数字式显示仪表也是先用检测仪表将待测变量转换成相对应的电信号，再经模/数转换把电信号转换成数字信号，由数字电路处理后直接以数字形式在LED、LCD等显示器件上显示被测结果。

2-1光柱显示仪 光柱型显示仪表具有结构简单、显示直观稳定、可密集安装等优点。 光柱指示 图7-6 光柱显示仪表外形实例 数码显示 报警指示 参数设置按钮 光柱型显示仪表具有结构简单、显示直观稳定、可密集安装等优点。 以往光柱型显示仪表被归类于模拟显示仪表，但现今的光柱显示仪表往往 具有模、数双重显示功能，可归于数字显示仪表一类。

2-2数字显示仪 以数字形式直接显示测量结果 大多以专用的大规模集成电路芯片外加 必要的外围电路组成。 多数数字显示仪表还可以有信号输出、 报警控制等附加功能。 热电势 热电阻 电压 电流 …… 信号 变换 工艺变量 前置 放大 非线性 校正 A/D转 换 标度 变换 数字显示 数字输出 V/I转换 电流输出 比较和控制 报警输出 光柱电平驱动 光柱显示

数字显示仪表的技术指标有很多，除了需要注意仪表的信号输入规格（如：电流、电压、频率、mV、Ω……）、工作电源、环境温度、环境湿度、安装方式等基本的技术要求之外，通常还要注意以下技术指标： ①显示方式 数显仪表一般采用3位半或4位半的数码管显示，所谓“半位”就是指数码显示的最高位只能是“0”或者“1”。3位半数显仪表的最大读数范围是－1 999～＋1 999，计量单位可选。 ②精度等级 一般数显仪表的精度等级为0.5级或者0.2级，通常以±0.5%FS或者±0.2%FS表示。 ③输入阻抗 输入阻抗是指仪表在工作状态下呈现在仪表两输入端之间的等效阻抗。电压输入仪表的输入阻抗一般≥10MΩ；电流输入仪表的输入阻抗一般≤250Ω。

第3类 新型显示仪表 新型显示仪表是指涉及微处理技术、新型显示记录技术、数据存储技术和控制技术，把信号检测处理、显示、记录、数据存储、通讯、控制等多个甚至全部功能集于一体的新型仪表或者装置。

3-1 无纸记录仪 诞生于九十年代初以来，它以CPU为核心，以大屏幕LCD为载体，以无 纸、无笔的功能设计为基础，给无纸记录仪带来了稳定、可靠的性能 在化工、炼油、钢铁、造纸、环保等各行各业使用广泛。 随着计算机、通讯技术的发展，仪表集成度越来越高，功能越来越强大 ，除了数据采集、数据处理、显示和记录功能之外，增加了报警、积算 、多通道配电、网络通讯、打印、变送输出、PID调节等功能。

① 海量数据的记录功能 数据记录（追忆）是无纸记录仪最基本的功能，数据记录深度（最长记录时间）与数据芯片的存储容量、采样通道数、记录间隔密切相关。 ② 外部存储功能 应具有合适的外部存储器接口，目前的记录仪多采用USB、TF等接口技术。 ③ 通讯功能 有线、无线。有线方式有RS232、RS485、Ethernet等等，是自动化系统中最常见的组网方式。无线通讯主要指电台、GPRS、GMS及无线以太网等。无纸记录仪本质上就是一套小型计算机监控系统，几乎可实现计算机监控系统需要的各种功能。 ④ OPC功能 一般通过OPC技术实现与上位机的无缝连接。

3-2 计算机监控系统 标题栏 菜单栏 工具栏 主窗体 滚动条