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PLC自身故障判斷
一般來說，PLC是極其可靠的設備，出故障率很低。PLC的CPU等硬件損壞或軟件運行出錯的概率幾乎為零；PLC輸入點如不是強電入侵所致，幾乎也不會損壞；PLC輸出繼電器的常開點，若不是外圍負載短路或設計不合理，負載電流超出額定范圍，觸點的壽命也很長。
因此，我們查找電氣故障點，重點要放在PLC的外圍電氣元件上，不要總是懷疑PLC硬件或程序有問題，這對快速維修好故障設備、快速恢復生產(chǎn)是十分重要的，因此筆者所談的PLC控制回路的電氣故障檢修，重點不在PLC本身，而是PLC所控制回路中的外圍電氣元件。
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輸入輸出（I/O）模塊的選取
輸出模塊分為晶體管、雙向可控硅、接點型。
晶體管型的開關速度最快（一般0.2ms），但負載能力最小，約0.2~0.3A、24VDC，適用于快速開關、 信號聯(lián)系的設備，一般與變頻、直流裝置等信號連接，應注意晶體管漏電流對負載的影響?？煽毓栊蛢?yōu)點是無觸點、具有交流負載特性，負載能力不大。
繼電器輸出具有交直流負載特點，負載能力大。常規(guī)控制中一般首先選用繼電器觸點型輸出，缺點是開關速度慢，一般在10ms左右，不適于高頻開關應用。
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接地問題
PLC系統(tǒng)接地要求比較嚴格，最好有獨立的專用接地系統(tǒng)，還要注意與PLC有關的其他設備也要可靠接地。多個電路接地點連接在一起時，會產(chǎn)生意想不到的電流，導致邏輯錯誤或損壞電路。
產(chǎn)生不同的接地電勢的原因，通常是由于接地點在物理區(qū)域上被分隔的太遠， 當相距很遠的設備被通信電纜或傳感器連接在一起的時候，電纜線和地之間的電流就會流經(jīng)整個電路。
即使在很短的距離內(nèi)，大型設備的負載電流也可以在其與地電勢之間產(chǎn)生變化，或者通過電磁作用直接產(chǎn)生不可預知的電流。在不正確的接地點的電源之間，電路中有可能產(chǎn)生毀滅性的電流， 以至于破壞設備。
PLC系統(tǒng)一般選用一點接地方式。為了提高抗共模干擾能力，對于模擬信號可以采用屏蔽浮地技術，即信號電纜的屏蔽層一點接地，信號回路浮空，與大地絕緣電阻應不小于50MΩ。
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消除線間電容避免誤動作
電纜的各導線間都存在電容，合格的電纜能把此容值限制在一定范圍之內(nèi)。即使是合格的電纜，當電纜長度超過一定長度時，各線間的電容容值也會超過所要求的值，當把此電纜用于PLC輸入時，線間電容就有可能引起PLC的誤動作，會出現(xiàn)許多無法理解的現(xiàn)象。
這些現(xiàn)象主要表現(xiàn)為：明接線正確，但PLC卻沒有輸入；PLC應該有的輸入沒有，而不應該有的卻有，即PLC輸入互相干擾。為解決這一問題
應當做到：
使用電纜芯絞合在一起的電纜；盡量縮短使用電纜的長度
把互相干擾的輸入分開使用電纜；使用屏蔽電纜
5
抗干擾處理
工業(yè)現(xiàn)場的環(huán)境比較惡劣，存在著許多高低頻干擾。這些干擾一般是通過與現(xiàn)場設備相連的電纜引入PLC的。除了接地措施外，在電纜的設計選擇和敷設施工中，應注意采取一些抗干擾措施：
模擬量信號屬于小信號，極易受到外界干擾的影響，應選用雙層屏蔽電纜；高速脈沖信號（如脈沖傳感器、計數(shù)碼盤等）應選用屏蔽電纜，既防止外來的干擾，也防止高速脈沖信號對低電平信號的干擾；
PLC之間的通信電纜頻率較高，一般應選用廠家提供的電纜，在要求不高的情況下，可以選用帶屏蔽的雙絞線電纜；模擬信號線、直流信號線不能與交流信號線在同一線槽內(nèi)走線；
控制柜內(nèi)引入引出的屏蔽電纜必須接地，應不經(jīng)過接線端子直接與設備相連；交流信號、直流信號和模擬信號不能共用一根電纜，動力電纜應與信號電纜分開敷設。
在現(xiàn)場維護時，解決干擾的方法有：對受干擾的線路采用屏蔽線纜，重新敷設；在程序中加入抗干擾濾波代碼。
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標記輸入輸出，方便檢修
PLC控制著一個復雜系統(tǒng)，所能看到的是上下兩排錯開的輸入輸出繼電器接線端子、對應的指示燈及PLC編號，就像一塊有數(shù)十只腳的集成電路。任何一個人如果不看原理圖來檢修故障設備，會束手無策，查找故障的速度會特別慢。
7
通過程序邏輯推斷故障
現(xiàn)在工業(yè)上經(jīng)常使用的PLC種類繁多，對于低端的PLC而言，梯形圖指令大同小異，對于中高端機，如S7-300，許多程序是用語言表編的。實用的梯形圖必須有中文符號注解，否則閱讀很困難，看梯形圖前如能大概了解設備工藝或操作過程，看起來比較容易。
若進行電氣故障分析，一般是應用反查法或稱反推法，即根據(jù)輸入輸出對應表，從故障點找到對應PLC的輸出繼電器，開始反查滿足其動作的邏輯關系。經(jīng)驗表明，查到一處問題，故障基本可以排除，因為設備同時發(fā)生兩起及兩起以上的故障點是不多的。
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分合理利用軟、硬件資源
不參與控制循環(huán)或在循環(huán)前已經(jīng)投入的指令可不接入PLC；
多重指令控制一個任務時，可先在PLC外部將它們并聯(lián)后再接入一個輸入點；盡量利用PLC內(nèi)部功能軟元件，充分調用中間狀態(tài)，使程序具有完整連貫性，易于開發(fā)。同時也減少硬件投入，降低了成本；
條件允許的情況下最好獨立每一路輸出，便于控制和檢查，也保護其它輸出回路；當一個輸出點出現(xiàn)故障時只會導致相應輸出回路失控；輸出若為正/反向控制的負載，不僅要從PLC內(nèi)部程序上聯(lián)鎖，并且要在PLC外部采取措施，防止負載在兩方向動作；PLC緊急停止應使用外部開關切斷，以確保安全。
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其他注意事項
不要將交流電源線接到輸入端子上， 以免燒壞PLC；接地端子應獨立接地，不與其它設備接地端串聯(lián)，接地線截面積不小于2mm2；輔助電源功率較小，只能帶動小功率的設備（光電傳感器等）；一些PLC有一定數(shù)量的占有點數(shù)（即空地址接線端子），不要將線接上；
當PLC輸出電路中沒有保護時，應在外部電路中串聯(lián)使用熔斷器等保護裝置，防止負載短路造成損壞。
自動化儀表根據(jù)能源的種類，還可以分為電動、氣動等儀表。其中氣動儀表的出現(xiàn)比電動儀表早，而且價格便宜，結構簡單，特別對石油化工等易燃易爆的生產(chǎn)現(xiàn)場，具有本質性的安全防爆性能，因而在相當長的一段時間里，一直處于優(yōu)勢地位。
目前，我國電動儀表中并存著兩種標準信號制度，在DDZ-Ⅰ和DDZ-Ⅱ型儀表中采用0~10毫安直流電流作為標準信號，而在DDZ-Ⅲ型儀表中，采用目前國際上統(tǒng)一的4~20毫安直流電流作為標準信號。從安全防爆、減少損耗、節(jié)省能量考慮，信號電流的滿度值都希望選小一些。但太小也有困難，起點電流太小將會給兩線制儀表帶來困難，因為它將要求降低整個儀表在零信號時消耗的總電流。而在目前的元器件水平下，起點電流比4mA再小有時將發(fā)生困難。因此，目前國際上采用4～20mA作為標準信號。有利于識別儀表斷電、斷線等故障，且為現(xiàn)場變送器實現(xiàn)兩線制提供了可能。
儀表分類、結構、原理和常見故障、分析、判斷、處理
1、檢測與過程控制儀表（通常稱自動化儀表）分類方法很多很多：
根據(jù)能源分：氣動、電動、液動、核能等；
根據(jù)組合：基地式、單元式、綜合控制；
根據(jù)安裝：現(xiàn)場、盤裝、架裝；
根據(jù)是否可引入計算機：智能、非智能；
根據(jù)儀表信號形式：模擬儀表、數(shù)字儀表；
最通用的分類是按儀表在測量與控制系統(tǒng)中的作用進行劃分：檢測儀表、顯示儀表、調節(jié)儀表、執(zhí)行器。
按功能 | 按被測變量 | 按工作原理或結構形式 | 按能源 | 其它 |
檢測儀表 | 壓力 | 液柱式、彈性式、電氣式 | 電、氣 | |
溫度 | 電偶、電阻、輻射、 | |||
流量 | 節(jié)流、轉子、靶式、渦 | 電、氣 | ||
物位 | 浮力、靜壓、聲波、光學、輻射 | 電、氣 | ||
成分 | PH值、色譜、氧分析、紅外 | 電、核 | ||
顯示 | 模擬和數(shù)字 | 電、氣 | ||
指示和記錄 | ||||
調節(jié)儀表 | 自力式 | 電、氣 | ||
組裝式 | ||||
可編程式 | 電 | |||
執(zhí)行器 | 執(zhí)行機構 | 薄膜工、活塞、長行程、其它 | 電、氣、液 | |
閥 | 直通、套筒、蝶閥、偏心旋轉、三通 | 直線、對數(shù)、拋物線、快開 |
2、溫度儀表分類
溫度參數(shù)是不能直接測量的，一般只能根據(jù)物質的某些特性值與溫度之間的函數(shù)關系，實現(xiàn)間接測量，溫度測量的基本原理是與這些特性值的選擇密切相關的。
工業(yè)上測溫的基本原理有：
應用熱膨脹原理測溫
應用壓力隨溫度變化的原理測溫
應用熱阻效應測溫
應用熱電效應測溫
應用熱輻射原理測溫
按工作原理分：有膨脹式、熱電阻、熱電偶以及輻射等。
按測量方式分：有接觸式和非接觸式兩類。
什么是熱電偶？
1、原理熱電偶溫度計是基于熱電效應這一原理測量溫度的；它的測溫范圍很廣，可測量-200~160O℃范圍內(nèi)在在特殊情況下，可測至2800℃的高溫。
將兩種不同的導體或半導體連接成如圖所示的閉合回路，如果兩個接點的溫度不同（T>T0),則在回路內(nèi)會產(chǎn)生熱電動勢，這種現(xiàn)象稱為賽貝克熱電效應。圖中閉合回路稱之為熱電偶。導體A和B稱之為熱電偶的熱電絲或熱偶絲。熱電偶兩個接點中，置于溫度為t的被測對象中的接點稱為測量端，又稱工作端，溫度為參考溫度t0的另一端稱之為參考端，又稱自由端或冷端。
2、特點：測量精度高，測量范圍廣，構造簡單，使用方便，不受大小和形狀的限制，外有保護套管，用起來方便。
3、熱電偶的類形
8種標準化熱電偶：
S：鉑銠10-鉑–20～1300℃
B：鉑銠90-鉑銠6300～1600℃
K：鎳鉻-鎳硅-50～1000℃
J：鐵-康銅-40～750℃
R：鉑銠13-鉑-0～1600℃
E：鎳鉻-康銅-40～1000℃
T：銅-康銅-40～350℃
4、各種熱電偶的分度表均是在參考端即溫度t0為0℃的條件下得到的熱電勢與溫度之間的關系，因此，熱電偶測溫時，冷端溫度必須為0℃，否則將產(chǎn)生測量誤差。而在工業(yè)上使用時，要使冷端溫度保持在0℃是比較困難的，所以，必須根據(jù)不同的使用條件和要求的測量精度，對熱電偶冷端溫度采用一些不同的處理辦法，常用的方法有如下幾種：
補償導線延伸法
冰點法
計算修正法
儀表零點校正法
補償電橋法
5、補償導線延伸法
熱電偶做得很長，使冷端延長到溫度比較穩(wěn)定的地方。由于熱電偶本身不便于敷設，對于貴金屬熱電偶也很不經(jīng)濟，因此，采用一種專用導線將熱電偶的冷端延伸出來，而這種導線也是由兩種不同金屬材料制成，在一定溫度范圍內(nèi)（100℃以下）與所連接的熱電偶具有相同或十分相近的熱電特性，其材料也是廉價金屬，將這種導線稱為補償導線。
注意：無論是補償型還是延伸型，補償導線本身并不能補償熱電偶冷端溫度的變化，只是起到熱電偶冷端延伸作用，改變冷位置。在規(guī)定的范圍內(nèi)，由于補償導線熱電特性不可能與熱電偶完全相同，因而仍存在一定的誤差。
6、計算修正法
當熱電偶冷溫度不是0℃而是t0時，測得的熱電偶回路中的熱電勢為E(t,t0)?？刹捎谜竭M行修正：E(t,0)=E(t,t0)+E(t0,0)；只適用于實驗室或臨時性測溫的情況，而對于現(xiàn)場的連續(xù)測量顯然是不實用的。
7、常見故障原因及處理
故障現(xiàn)象 | 可能原因 | 處理方法 |
溫度示值偏低或不穩(wěn) | 電極短路 | 找出短路原因，如潮濕或絕緣損壞 |
接線柱處積灰 | 清掃 | |
補償導線與熱偶極性接反 | 糾正接線 | |
補償導線與熱偶極不配套 | 更換相配套的補償導線 | |
冷端補償不符要求 | 調整冷端補償達到要求 | |
熱偶安裝位置不當 | 按規(guī)定重新安裝 | |
溫度示值偏高 | 補償導線與熱偶極不配套 | 更換相配套的補償導線 |
有直流干擾信號進入 | 排除直流干擾 | |
顯示不穩(wěn)定 | 接線柱處接觸不良 | 將接線柱擰緊 |
測量線路絕緣破損，引起斷續(xù)短路或接地 | 找出故障點，修復絕緣 | |
熱偶安裝不牢或有震動 | 緊固電偶，消除震動 | |
熱電偶電極將斷未斷 | 更換熱偶 | |
外界干擾 | 查出干擾源，采取屏蔽措施 | |
顯示誤差大 | 熱電偶電極變質 | 更換熱偶 |
熱電偶安裝位置不當 | 改變安裝位置 | |
保護管表面積灰 | 清除積灰 | |
顯示無窮大 | 接線斷路 | 找到斷點，重新接好 |
熱電極斷開或損壞 | 更換熱電偶 |
什么是熱電阻？
熱電阻是中低溫區(qū)最常用的一種溫度檢測器。它的主要特點是測量精度高，性能穩(wěn)定。其中鉑電阻的測量精度是最高的，可作為基準儀器。
1、測溫原理：
熱電阻溫度計是基于金屬導體或半導體電阻值與溫度成一定函數(shù)關系的原理實現(xiàn)溫度測量的。
2、熱電阻材料
目前，使用的金屬熱電阻材料有銅、鉑、鎳、鐵等，其中因鐵、鎳提純比較困難，其電阻與溫度的關系線性較差，純鉑絲的各種性能最好，純銅絲在低溫下性能也好，所以實際應用最廣的是銅、鉑兩種材料，并已列入了標準化生產(chǎn)。
鉑電阻（PT100）-200~850℃
銅電阻（Cu50、Cu100）-50~150℃
鎳電阻（Ni100）-60~180℃
3、常見故障原因及處理
故障現(xiàn)象 | 可能原因 | 處理方法 |
溫度示值偏低或不穩(wěn) | 保護管內(nèi)有金屬屑、積灰，接線柱處臟污或短路 | 除去金屬屑，清掃灰塵、水滴等，找到短路點，加強絕緣 |
溫度示值無窮大 | 熱電阻或引線斷路 | 更換熱電阻，找到斷點重新接好 |
溫度顯示負值 | 熱電阻接線有錯或有短路現(xiàn)象 | 改正接線，找出短路處，加強絕緣 |
溫度顯示誤差大 | 熱電阻絲材料受腐蝕變質 | 更換熱電阻 |
壓力測量
1、基本概念
在物理概念中，壓力是垂直作用在單位面積上的力。是工業(yè)生產(chǎn)中的重要參數(shù)之一，在壓力測量中，常有絕對壓力、表壓力、負壓力和真空度之分。所謂絕對壓力是指被測介質作用在容器單位面積上的全部壓力，用符號Pj表示。地面上的空氣柱所產(chǎn)生的平均壓力稱為大氣壓力，用Pq來表示。絕對壓力與大氣壓力之差，稱為表壓力，有Pb來表示。即Pb=Pj-Pq。當絕對壓力值小于大氣壓力值時，表壓力為負值（即負壓力），此負壓力值的絕對值，稱為真空度，用Pz來表示。
2、壓力測量原理
按測量原理分為兩種：根據(jù)壓力的定義直接測量單位面積上受力的大小。
例：液柱式、彈性式
應用壓力作用于物體后所產(chǎn)生的各種物理效應來實現(xiàn)壓力。
例：電阻式：它是由金屬導體或半導體制成的電阻體，其阻值隨壓力的變化而變化。
壓電效應：當晶體受壓力作用發(fā)生機械變形時，在其相對的兩個側面上產(chǎn)生異性電荷的現(xiàn)象。
3、壓力測量儀表的分類
壓力測量原理可分為液柱式、彈性式、電阻式、電容式、電感式和振頻式等。
彈性式壓力計
將被測壓力轉換成彈性元件變形的位移。
類型：彈簧管壓力計、波紋管壓力計及膜式壓力計等。
特點：結構簡單、使用可靠、讀數(shù)清晰、價格低廉，在工業(yè)上廣泛應用。
電氣式壓力計
通過機械和電氣元件將被測壓力轉換成電量（如電壓、電流、頻率等）。
結構分類：各種壓力傳感器和壓力變送器。
例：電容式壓力變送器
它是由檢測和變送兩個環(huán)節(jié)組成。檢測環(huán)節(jié)感受被測壓力的變化轉換成電容量的變化。變送環(huán)節(jié)則將電容變化量轉換成標準電流信號4~20mADC輸出。
測壓點的選擇：被測介質直管段。
測量流動介質：取壓點與流動方向垂直。
測液體壓力：取壓點在管道下部。
測氣體壓力：取壓點在管道上部。
4、常見故障原因及處理
故障現(xiàn)象 | 可能原因 | 處理方法 |
壓力無指示 | 無電源 | 檢查電源接線，接通電源 |
信號接線斷路 | 檢找斷點，重新接線 | |
壓力指示跳動 | 被測介質壓力波動大 | 關小閥門開度 |
安裝位置震動大 | 可安裝減震器或移到震動小的地方 | |
顯示不變化 | 導壓管堵 | 透通導壓管 |
導壓管切斷閥未打開 | 打開切斷閥 | |
顯示誤差大 | 變送器與儀表量程設置不一致 | 重新設置量程 |
檢測元件損壞 | 更換壓力計 | |
零點量程調跑了 | 重新調校壓力計 |
流量儀表
1、基本概念
流量是單位時間內(nèi)流經(jīng)某一截面的流體數(shù)量。流量可用體積流量和質量流量來表示。
體積流量：流體量以體積表示時稱為體積流量。qv=uA
質量流量：流體量以質量表示時稱為質量流量。qm=ρqv=ρuA
2、分類
工業(yè)上常用的流量儀表可分為兩大類
（1）速度式流量計：以測量流體在管道中的流速作為測量依據(jù)來計算的儀表。
（2）容積式流量計：它以單位時間內(nèi)所排出的流體固定容積的數(shù)目作為測量依據(jù)。
流量測量儀表還可以有以下的分類：節(jié)流式流量計、轉子流量計、電磁流量計、容積式流量計、流體振動式流量計、超聲波流量計、質量流量計。
差壓式流量計
節(jié)流裝置與差壓變送器配套測量流體的流量，是目前使用最廣的一種流量測量儀表。在管道中流動的流體具有動能和位能，在一定條件下這兩種能量可以相互轉換，但參加轉換的能量總和是不變的。節(jié)流元件測量流量就是利用這個原理來實現(xiàn)的。在節(jié)流裝置中，應用最多的是孔板、噴嘴、文丘利管等。
根據(jù)能量守恒定律及流體連續(xù)原理，節(jié)流裝置的流量公式可以寫成：
Q=k√△P
轉子流量計
轉子流量計又稱面積式流量計或恒壓降式流量計，也是以液體流動時的節(jié)流原理為基礎的一種流量測量儀表。其特點是可以測量多種介質的流量，壓力損失小而且穩(wěn)定，反應靈敏，量程較寬，結構簡單，價格便宜，使用維護方便。但轉子流量計的精度受測量介質的溫度、密度和粘度的影響，而且儀表必須垂直安裝。
原理：轉子流量計是由一段向上擴大的圓錐形管子和密度大于被測介質密度，且能隨被測介質流量大小上下浮動的轉子組成的。當液體自下而上流過時，轉子因受到液體沖擊而向上運動。隨著轉子的上移，轉子與錐形管之間的環(huán)形流通面積增大，液體流速減低，沖擊作用減弱，直到液體作用在轉子上向上的推力與轉子在流體中的重力相平衡。此時，轉子停留在錐管中某一高度上。如果液體流量再增大，則平衡時轉子所處的位置更高；反之則相反。因此，根據(jù)轉子懸浮的高低就可測知液體流量的大小。
3、常見故障原因及處理
故障現(xiàn)象 | 可能原因 | 處理方法 |
顯示偏低 | 正壓則切斷閥未打開或正導壓管堵 | 打開切斷閥，透通導壓管 |
平衡閥關不嚴 | 關嚴平衡閥或更換三閥組 | |
顯示偏高 | 負壓則切斷閥未打開或負導壓管堵 | 打開切斷閥，透通導壓管 |
導壓管內(nèi)隔離液被介質置換 | 重新加注隔離液，使兩導壓管內(nèi)充滿隔離液 | |
顯示跳動 | 被測介質壓力波動大 | 關小閥門開度 |
安裝位置震動大 | 可安裝減震器或移到震動小的地方 | |
顯示不變化 | 導壓管堵 | 透通導壓管 |
導壓管切斷閥未打開 | 打開切斷閥 | |
顯示誤差大 | 變送器與儀表量程設置不一致 | 重新設置量程 |
檢測元件損壞 | 更換壓力計 | |
零點量程調跑了 | 重新調校壓力計 | |
沒有開方運算 | 設置開方運算 |
物位儀表
1、概念
生產(chǎn)過程中罐、塔、槽等容器中存放的液體表面位置稱為液位。把料斗、堆場倉庫等儲存的固體塊、顆粒、粉料等的堆積高度和表面位置稱為料位；兩種互一相溶的物質的界面位置稱為界位。液位、料位以及界位總稱為物位。用來測量物位的儀表稱為物位儀表。
2、分類
物位測量儀表的種類很多，按液位、料位和界位來可分：
（1）液位儀表：浮力式（浮筒、浮球、浮標、沉筒）、靜壓式（壓力式、差壓式）、電容式、電感式、電阻式、超聲波式、微波式等。
（2）界位儀表：浮力式、差壓式、電極式、超聲波式等。
（3）料位儀表：重錘探測式、音叉式、超聲波式、激光式、放射性式等。
3、浮力式液位計
浮力式液位計有兩種。一種是維持浮力不變的液位計，稱為恒浮力式液位計，如浮球、浮標式液位計等。另一種是在檢測過程中浮力是發(fā)生變化的，稱為變浮力式液位計，如沉筒式液位計等。
（1）恒浮力式液位計
恒浮力式液位計是利用浮子本身的重量和所受的浮力均為定值，并使浮子始終漂浮在液面上，并隨液面的變化而變化的原理來測量液位的。
(2）變浮力式液位計
變浮力式液位計的檢測元件是沉浸在液體事的浮筒。它隨液位變化而產(chǎn)生浮力的變化，去推動氣動或電動元件，發(fā)出信號給顯示儀表，以指示被測液面的值。
圖示為位移平衡浮筒式液位變送原理圖。當液位發(fā)生變化時，浮筒1（又稱沉筒）本身的重力與所受的浮力的不平衡力，經(jīng)杠桿2傳至扭力管3，而扭力管產(chǎn)生轉角彈性變形，由心軸4傳出，經(jīng)推板5傳到霍爾片6，轉換成霍爾電勢，經(jīng)功率放大后轉換成統(tǒng)一的標準電信號輸出，以遠傳給顯示儀表指示。
（3）差壓式液位計
差壓式液位是利用容器內(nèi)的液位改變時，液柱產(chǎn)生的靜壓也相應變化的原理而工作的。
圖為差壓式液位計測量原理圖。當差壓計一端接液相，另一端接氣相時，根據(jù)液體靜力學原理，有：Pb=Pa+ρgH
式中H---液位高度
ρ---被測介質密度
g----被測當?shù)氐闹亓铀俣?/p>
所以有：△P=Pb-Pa=ρgH
在一般情況下，被測介質的密度和重力加速度都是已知的，因此，差壓計測得的差壓與液位的高度H成正比，這樣就把測量液位高度的問題變成了測量差壓的問題。
(4)翻板液位計
翻板液位計的翻板是由導磁的薄鐵皮制成。垂直排列，并各自能繞框架上的小軸翻轉（如圖）。翻板一面涂紅漆，另一面涂銀灰色漆。工作時，液位計的連通管經(jīng)法蘭與容器相連通，構成一連通器。連通器中間有浮標，它隨液位的變化而變化。浮標中間有一磁鋼，其位置正好與液面一致。當液位上升時，磁鋼將吸引翻板，并將它們逐個翻轉，使紅的一面在外邊；下降時，又將它們翻過來，使銀灰的一面在外邊。即以顏色表示液位高低，十分醒目。
4、常見故障原因及處理
故障現(xiàn)象 | 可能原因 | 處理方法 |
顯示偏低或不變化 | 沉筒脫落或漏；浮球脫落 | 修復沉筒、浮球或更換沉筒 |
沉筒扭力管被污物卡住 | 清理異物 | |
顯示偏高 | 筒底部有污物 | 排污 |
顯示誤差大 | 變送器與儀表量程設置不一致 | 重新設置量程 |
檢測元件損壞 | 更換壓力計 | |
零點量程調跑了 | 重新調校壓力計 |
執(zhí)行器
1、概念：執(zhí)行器常稱為調節(jié)閥，它由執(zhí)行機構和調節(jié)機構兩部分組成。其中執(zhí)行機構是調節(jié)閥的推動部分，它按控制信號的大小產(chǎn)生相應的推力，通過閥桿使調節(jié)閥閥蕊產(chǎn)生相應的位移。調節(jié)機構是調節(jié)閥的調節(jié)部分，它與調節(jié)介質直接接觸，在執(zhí)行機構的推動下，改變閥蕊與閥座間的流通面積，從而達到調節(jié)流量的目的。
2、分類
執(zhí)行器按其能源形式分氣動、電動、液動三大類。
氣動執(zhí)行器按其執(zhí)行機構形式分薄膜式、活塞式和長行程式。
電動和液動執(zhí)行器按執(zhí)行機構的運行方式分為直行程和角行程兩類。
目前在石化工業(yè)中普遍采用氣動執(zhí)行器。
3、執(zhí)行機構
氣動薄膜執(zhí)行機構是應用最廣泛的執(zhí)行機構，它接受0.02~0.1MPa氣動信號。它正作用和反作用兩種形式，當信號壓力增加時推桿向下移動的叫正作用執(zhí)行機構。信號壓力增加時推桿向上移動的叫反作用執(zhí)行機構。
氣動薄膜（有彈簧）的薄膜的有效面積越大，執(zhí)行機構的推力和位移也越大。
氣動活塞式（無彈簧）執(zhí)行機構隨氣缸兩側壓差而移動。因為沒有反力彈簧抵消推力，所以有很大的輸出推力，適用于高靜壓、高差壓的工藝場合。
4、調節(jié)機構
調節(jié)機構又稱閥。種類很多，根據(jù)結構、用途來分，其基本形式是直通單座閥、直通雙座閥、蝶閥、三通閥、偏心旋轉閥、套筒閥、角形閥等。
（1）直通單座閥：閥體內(nèi)只有一個閥蕊和閥座，閥桿帶動閥蕊上下移動來改變閥蕊與閥座之間的相對位置，從而改變流體流量。其主要優(yōu)點是泄漏量小。
（2）直通雙座閥：閥體內(nèi)只有兩個閥蕊和閥座，閥桿帶動閥蕊上下移動來改變閥蕊與閥座之間的相對位置，從而改變流體流量。其主要優(yōu)點是適用壓差比同口徑單座閥大。
（3）蝶閥：又稱翻板閥，由于閥板在閥體內(nèi)旋轉的角度不同，使閥的流通面積不同，從而調節(jié)流體流量。其主要優(yōu)點是適用于大口徑、大流量和濃稠漿液及懸浮粒的場合。
（4）偏心旋轉閥：又稱凸輪撓曲閥，簡稱偏心閥。球面閥蕊6連在柔臂7上與輪轂8相接，輪轂與轉軸4用鍵滑配，轉軸帶動球面閥蕊旋轉改變流體流量。工作時轉軸的運動是由氣動執(zhí)行機構驅動的，推桿的運動通過曲柄傳給轉軸。其主要優(yōu)點是流路阻力小，可調比大，適用大壓差、嚴密封的場合和粘度大及有顆粒介質的場合。很多場合可以取代直單、雙座閥。
（5）套筒閥：也叫籠式閥，它的閥體與一般直通單座閥相似，閥內(nèi)有一個圓柱形套筒，也叫籠子。閥蕊可在套筒中上下移動，利用套筒導向。閥蕊在套筒中移動，改變了套筒的節(jié)流孔面積，形成了各種特性并實現(xiàn)流量的調節(jié)。由于套筒閥采用了平衡閥蕊結構，閥蕊上、下受壓相同，不平衡力小，并且閥蕊利用套筒側面導向，所以它的穩(wěn)定性好，不易振蕩，閥蕊也不易人損壞。它的優(yōu)點前后壓差大和液體出現(xiàn)閃蒸或空化的場合，穩(wěn)定性好，噪聲低，可取代大部分直通單、雙座閥，但它不適用于含顆粒介質的場合。
5、調節(jié)閥的氣開、氣關
氣動執(zhí)行器的氣開式與氣關式兩種形式。
氣開式：有壓力信號時閥開、無壓力信號時閥關；氣關式反之。
氣開、氣關選擇依據(jù)：工藝生產(chǎn)安全、節(jié)約能源以及從介質特性等。
6、閥門定位器
閥門定位器是調節(jié)閥的主要附件，可分為氣動閥門定位器和電-氣閥門定位器。動閥門定位器接受氣動信號0.02~0.1MPa，輸出0.02~0.1MPa。電-氣閥門定位器將4~20mADC的電信號，轉換成0.02~0.1MPa的氣壓，并按氣動閥門定位器的功能進行工作。
閥門定位器接受調節(jié)器輸出的控制信號，去驅動調節(jié)閥動作，并利用閥桿的位移進行反饋，將位移信號直接與閥位比較，改善閥桿行程的線性度，克服閥桿的各種附加摩擦力，消除被調介質在閥上產(chǎn)生的不平衡力的影響，從而使閥位對應于調節(jié)器的控制信號，實現(xiàn)正確定位。
儀表控制系統(tǒng)
單回控制
1、控制系統(tǒng)中常用的名詞術語
被控對象：自動控制系統(tǒng)中，工藝參數(shù)需要控制的生產(chǎn)過程、設備或機器等。
被控變量：被控對象內(nèi)要求保持設定數(shù)值的工藝參數(shù)。如鍋爐水位。
操縱變量：受控制器操縱的，用以克服干擾的影響，使被控變量保持設定值的物料量或能量。如鍋爐給水。
擾動量：除操縱變量外，作用于被控對象并引起被控變量變化的因素。
設定值：被控變量的預定值。
偏差：被控變量的設定值與實際值之差。
2、分類
控制系統(tǒng)具有各種各樣的形式，但總的來可分為兩大類，即開環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)。
開環(huán)系統(tǒng)的輸出信號不反饋到系統(tǒng)的輸入端，因而也不對控制作用產(chǎn)生影響的系統(tǒng)，稱為開環(huán)控制系統(tǒng)。
閉環(huán)系統(tǒng)的輸出通過測量變送環(huán)節(jié)，又反回系統(tǒng)的輸入端，與給定信號比較，以偏差的形式進入調節(jié)器，對系統(tǒng)起控制作用，整個系統(tǒng)構成一個封閉的反饋回路，這種控制系統(tǒng)被稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)。
3、簡單控制系統(tǒng)
簡單控制系統(tǒng)又稱單回路控制系統(tǒng)，是指由一個被控對象、一個測量變送器、一個調節(jié)器一個調節(jié)閥所組成的單回路閉合控制系統(tǒng)。
4、調節(jié)器
調節(jié)器是將變送器來的測量信號與給定值進行比較后，對偏差信號按一定的調節(jié)規(guī)律進行運算，并將運算的結果以統(tǒng)一的信號輸出，去控制執(zhí)行器動作。調節(jié)器最基本的調節(jié)規(guī)律有：
比例調節(jié)規(guī)律、積分調節(jié)規(guī)律、微分調節(jié)規(guī)律、比例積分調節(jié)規(guī)律、比例微分調節(jié)規(guī)律、比例積分微分調節(jié)規(guī)律。
（1）比例調節(jié)規(guī)律
其輸出信號p與輸入偏差信號e之間成比例關系，即p=kPe
比例度與放大倍數(shù)kP成反比,kP越大，比例作用越強。
優(yōu)點：控制及時。
缺點：存在余差，所謂余差就是指過渡時間終了時，被控變量所達到的新的穩(wěn)態(tài)值與設定值之間的差值。余差的值隨著調節(jié)器的放大倍數(shù)Kp的增大而減小，但是余差不能靠放大倍數(shù)的增大而完全消除。為了消除余差，必須引進積分作用。
（2）積分調節(jié)規(guī)律
其輸出信號p與輸入偏差信號e的積分成正比。
積分時間Ti=1/KI越短，積分作用越強，消除余差越快，Ti太小，系統(tǒng)振蕩加劇。
優(yōu)點：消除余差。
缺點：控制不及時,常與比例組合起來用。
（3）微分調節(jié)規(guī)律
控制器的輸出信號與偏差信號的變化速度成正比，微分時間TD越大，微分作用越強。
優(yōu)點：超前控制。
缺點：其輸出不能反映偏差的大小，不能單獨用
在比例作用的基礎上增加微分作用就提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。加入適當?shù)奈⒎肿饔檬怯泻锰幍模⒎肿饔貌荒芗拥眠^分，否則反應速度過快，反而會引起過分的振蕩，這是不利的。由于這時的Kp值較純比例作用時的Kp為大，所以余差比純比例作用時為小。這就是說，微分作用只能使余差減小，而不能消除余差。
5、調節(jié)器控制規(guī)律的選擇
目前工業(yè)上用的控制器主要有三種控制規(guī)律：
比例控制控制規(guī)律（P）
比例積分控制規(guī)律（PI）
比例積分微分控制規(guī)律（PID）
選擇控制規(guī)律主要根據(jù)控制器的特性和工藝要求來決定。
6、控制器正、反作用
正作用：當給定值不變，被控變量測量值增加時，控制器的輸出也增加；或者當測量值不變，給定值減小時，控制器的輸出增加的稱正作用。
反作用：反之，如果測量值增加（或給定值減?。r，控制器的輸出減小。
控制器的作用方向確定：先確定閥的氣開、氣關，再用物理分析法。
7、控制器參數(shù)的工程整定
所謂控制器參數(shù)的整定，就是按照已定的控制方案，求取使控制質量最好時的控制器參數(shù)值。具體來說，就是確定最合適的控制器比例度δ、積分時間Ti和微分時間Td。
參數(shù)整定方法、臨界比例度法、衰減曲線法、經(jīng)驗湊試法
控制器參數(shù)的經(jīng)驗數(shù)據(jù)表
控制對象 | 對象特性 | 比例 | 積分 | 微分 |
流量 | 參數(shù)波動 | 40~100 | 0.3~1 | |
溫度 | 滯后大 | 20~60 | 3~10 | 0.5~3 |
壓力 | 30~70 | 0.4~3 | ||
液位于 | 20~80 |
8、控制系統(tǒng)的投運
準備工作、儀表檢查、檢查控制器的正、反作用及控制閥的氣開、氣關型式、控制閥的投運、控制器的手動和自動的切換、控制器參數(shù)的整定。
復雜控制系統(tǒng)
1、基本概念
通常復雜控制系統(tǒng)是多變量的，具有兩個以上變送器、控制器或執(zhí)行器所組成的多個回路的控制系統(tǒng)，所以又稱為多回路控制系統(tǒng)。
2、分類
串級控制系統(tǒng)
均勻控制系統(tǒng)
比值控制系統(tǒng)：開環(huán)比值控制、單閉環(huán)比值控制、雙閉環(huán)比值控制、變比值控制。
帶邏輯提量的比值調節(jié)系統(tǒng)
前饋控制系統(tǒng)
自動選擇性調節(jié)系統(tǒng)
3、串級控制系統(tǒng)
串級控制系統(tǒng)是兩個調節(jié)器相串連，主調節(jié)器的輸出作為副調節(jié)器的設定，副調節(jié)器的輸出控制執(zhí)行器動作，如圖所示。
串級控制系統(tǒng)的優(yōu)點是：不僅能迅速克服作用于副回路的干擾,而且對作用于主對象上的干擾也能加速克服過程。副回路具有先調、粗調、快調的特點；主回路具的后調、細調、慢調的特點，并對于副回路沒有完全克服掉的干擾影響能徹底加以克服。因此，在串級控制系統(tǒng)中，由于主、副回路相互配合、相互補充，充分發(fā)揮了控制作用，大大提高了控制質量。
4、串級控制系統(tǒng)中控制器正、反作用選擇
副控制器作用方向的選擇同簡單控制系統(tǒng)。
主控制器作用方向的選擇原則：當主、副變量增加（或減小）時，如果由工藝分析得出，為使主、副變量減?。ɑ蛟黾樱?，要求控制閥的動作方向是一致的時候，主控制器應選“反”作用；反之，則應選“正”作用。
5、串級控制系統(tǒng)的投用
串級控制系統(tǒng)的投用的方法是先投副回路，后投主回路。其主要步驟為：
（1）先將主、副調節(jié)器均設置為手動，。副調節(jié)器“內(nèi)、外”給定置外給定，主調節(jié)器的“內(nèi)、外”給定置內(nèi)給定。
（2）用副調節(jié)器手動操作，當主參數(shù)接近給定值，副參數(shù)也較平穩(wěn)后，將副調節(jié)器由手動切換到自動。
（3）當主調節(jié)器偏差為零時，主調節(jié)器由手動切換到自動。
6、串級控制系統(tǒng)的參數(shù)整定
串級系統(tǒng)參數(shù)整定的方法是先副后主、先比例次積分后微分的原則。
DCS
1、概念
DCS就是集散控制系統(tǒng)，是集計算機技術、控制技術、通訊技術和CRT技術為一體的綜合性高技術產(chǎn)品。
DCS概括起來可分為集中管理部分、分散控制監(jiān)測部分和通訊部分三大部分。
集中管理部分又可分為操作站、工程師站和上位計算機。
分散控制監(jiān)測部分可分為現(xiàn)場控制站和現(xiàn)場監(jiān)測站。
通訊部分又叫高速數(shù)據(jù)通路，是實現(xiàn)分散控制和集中管理的關鍵。其連接DCS的操作站、工程師站、上位計算機、控制站和監(jiān)測站等各個部分，完成數(shù)據(jù)、指令及其它信息的傳遞。
2、DCS操作站標準顯示功能
圖形顯示、系統(tǒng)總貌顯示、分組顯示、整定顯示、報警顯示、操作記錄和事件記錄、趨勢顯示、系統(tǒng)狀態(tài)顯示。
