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PLC自身故障判斷
一般來說，PLC是極其可靠的設(shè)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(shè)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(shè)備、快速恢復(fù)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(guān)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(guān)、 信號聯(lián)系的設(shè)備，一般與變頻、直流裝置等信號連接，應(yīng)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(guān)速度慢，一般在10ms左右，不適于高頻開關(guān)應(yīng)用。
3
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(guān)的其他設(shè)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(dǎo)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(shè)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(shè)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(yù)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(shè)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(shù)，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(yīng)不小于50MΩ。
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消除線間電容避免誤動作
電纜的各導(dǎo)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(yīng)該有的輸入沒有，而不應(yīng)該有的卻有，即PLC輸入互相干擾。為解決這一問題
應(yīng)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(shè)備相連的電纜引入PLC的。除了接地措施外，在電纜的設(shè)計選擇和敷設(shè)施工中，應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)不經(jīng)過接線端子直接與設(shè)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(yīng)與信號電纜分開敷設(shè)。
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(shè)；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(fù)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(yīng)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(shè)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(shè)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(yīng)用反查法或稱反推法，即根據(jù)輸入輸出對應(yīng)表，從故障點找到對應(yīng)PLC的輸出繼電器，開始反查滿足其動作的邏輯關(guān)系。經(jīng)驗表明，查到一處問題，故障基本可以排除，因為設(shè)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(wù)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(diào)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(dǎo)致相應(yīng)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(yīng)使用外部開關(guān)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(yīng)獨立接地，不與其它設(shè)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(shè)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(yīng)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(jié)構(gòu)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(zhì)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(jié)構(gòu)、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(diào)節(jié)儀表、執(zhí)行器。
按功能 | 按被測變量 | 按工作原理或結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)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(diào)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(gòu) | 薄膜工、活塞、長行程、其它 | 電、氣、液 | |
閥 | 直通、套筒、蝶閥、偏心旋轉(zhuǎn)、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(zhì)的某些特性值與溫度之間的函數(shù)關(guān)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(guān)的。
工業(yè)上測溫的基本原理有：
應(yīng)用熱膨脹原理測溫
應(yīng)用壓力隨溫度變化的原理測溫
應(yīng)用熱阻效應(yīng)測溫
應(yīng)用熱電效應(yīng)測溫
應(yīng)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(yīng)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(dǎo)體或半導(dǎo)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(yīng)。圖中閉合回路稱之為熱電偶。導(dǎo)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(gòu)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(guān)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(dǎo)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(dǎo)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(shè)，對于貴金屬熱電偶也很不經(jīng)濟，因此，采用一種專用導(dǎo)線將熱電偶的冷端延伸出來，而這種導(dǎo)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(dǎo)線稱為補償導(dǎo)線。
注意：無論是補償型還是延伸型，補償導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)線與熱偶極性接反 | 糾正接線 | |
補償導(dǎo)線與熱偶極不配套 | 更換相配套的補償導(dǎo)線 | |
冷端補償不符要求 | 調(diào)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(dǎo)線與熱偶極不配套 | 更換相配套的補償導(dǎo)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(fù)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(zhì) | 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(dǎo)體或半導(dǎo)體電阻值與溫度成一定函數(shù)關(guān)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(guān)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(yīng)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(zhì) | 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(zhì)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(yīng)用壓力作用于物體后所產(chǎn)生的各種物理效應(yīng)來實現(xiàn)壓力。
例：電阻式：它是由金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體制成的電阻體，其阻值隨壓力的變化而變化。
壓電效應(yīng)：當晶體受壓力作用發(fā)生機械變形時，在其相對的兩個側(cè)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(zhuǎn)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(jié)構(gòu)簡單、使用可靠、讀數(shù)清晰、價格低廉，在工業(yè)上廣泛應(yīng)用。
電氣式壓力計
通過機械和電氣元件將被測壓力轉(zhuǎn)換成電量（如電壓、電流、頻率等）。
結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)換成電容量的變化。變送環(huán)節(jié)則將電容變化量轉(zhuǎn)換成標準電流信號4~20mADC輸出。
測壓點的選擇：被測介質(zhì)直管段。
測量流動介質(zhì)：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(zhì)壓力波動大 | 關(guān)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(dǎo)壓管堵 | 透通導(dǎo)壓管 |
導(dǎo)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(shè)置不一致 | 重新設(shè)置量程 |
檢測元件損壞 | 更換壓力計 | |
零點量程調(diào)跑了 | 重新調(diào)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(zhì)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(zhì)量流量：流體量以質(zhì)量表示時稱為質(zhì)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(zhuǎn)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(zhì)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(zhuǎn)換，但參加轉(zhuǎn)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(yīng)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(zhuǎn)子流量計
轉(zhuǎn)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(chǔ)的一種流量測量儀表。其特點是可以測量多種介質(zhì)的流量，壓力損失小而且穩(wěn)定，反應(yīng)靈敏，量程較寬，結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，使用維護方便。但轉(zhuǎn)子流量計的精度受測量介質(zhì)的溫度、密度和粘度的影響，而且儀表必須垂直安裝。
原理：轉(zhuǎn)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(zhì)密度，且能隨被測介質(zhì)流量大小上下浮動的轉(zhuǎn)子組成的。當液體自下而上流過時，轉(zhuǎn)子因受到液體沖擊而向上運動。隨著轉(zhuǎn)子的上移，轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子上向上的推力與轉(zhuǎn)子在流體中的重力相平衡。此時，轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子所處的位置更高；反之則相反。因此，根據(jù)轉(zhuǎn)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(dǎo)壓管堵 | 打開切斷閥，透通導(dǎo)壓管 |
平衡閥關(guān)不嚴 | 關(guān)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(dǎo)壓管堵 | 打開切斷閥，透通導(dǎo)壓管 |
導(dǎo)壓管內(nèi)隔離液被介質(zhì)置換 | 重新加注隔離液，使兩導(dǎo)壓管內(nèi)充滿隔離液 | |
顯示跳動 | 被測介質(zhì)壓力波動大 | 關(guān)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(dǎo)壓管堵 | 透通導(dǎo)壓管 |
導(dǎo)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(shè)置不一致 | 重新設(shè)置量程 |
檢測元件損壞 | 更換壓力計 | |
零點量程調(diào)跑了 | 重新調(diào)校壓力計 | |
沒有開方運算 | 設(shè)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(zhì)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(zhuǎn)角彈性變形，由心軸4傳出，經(jīng)推板5傳到霍爾片6，轉(zhuǎn)換成霍爾電勢，經(jīng)功率放大后轉(zhuǎn)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(yīng)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(zhì)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(zhì)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(dǎo)磁的薄鐵皮制成。垂直排列，并各自能繞框架上的小軸翻轉(zhuǎn)（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(gòu)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(zhuǎn)，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(fù)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(shè)置不一致 | 重新設(shè)置量程 |
檢測元件損壞 | 更換壓力計 | |
零點量程調(diào)跑了 | 重新調(diào)校壓力計 |
執(zhí)行器
1、概念：執(zhí)行器常稱為調(diào)節(jié)閥，它由執(zhí)行機構(gòu)和調(diào)節(jié)機構(gòu)兩部分組成。其中執(zhí)行機構(gòu)是調(diào)節(jié)閥的推動部分，它按控制信號的大小產(chǎn)生相應(yīng)的推力，通過閥桿使調(diào)節(jié)閥閥蕊產(chǎn)生相應(yīng)的位移。調(diào)節(jié)機構(gòu)是調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)部分，它與調(diào)節(jié)介質(zhì)直接接觸，在執(zhí)行機構(gòu)的推動下，改變閥蕊與閥座間的流通面積，從而達到調(diào)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(gòu)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(gòu)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(gòu)
氣動薄膜執(zhí)行機構(gòu)是應(yīng)用最廣泛的執(zhí)行機構(gòu)，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(gòu)。信號壓力增加時推桿向上移動的叫反作用執(zhí)行機構(gòu)。
氣動薄膜（有彈簧）的薄膜的有效面積越大，執(zhí)行機構(gòu)的推力和位移也越大。
氣動活塞式（無彈簧）執(zhí)行機構(gòu)隨氣缸兩側(cè)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(diào)節(jié)機構(gòu)
調(diào)節(jié)機構(gòu)又稱閥。種類很多，根據(jù)結(jié)構(gòu)、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(zhuǎn)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(zhuǎn)的角度不同，使閥的流通面積不同，從而調(diào)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(zhuǎn)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(zhuǎn)軸4用鍵滑配，轉(zhuǎn)軸帶動球面閥蕊旋轉(zhuǎn)改變流體流量。工作時轉(zhuǎn)軸的運動是由氣動執(zhí)行機構(gòu)驅(qū)動的，推桿的運動通過曲柄傳給轉(zhuǎn)軸。其主要優(yōu)點是流路阻力小，可調(diào)比大，適用大壓差、嚴密封的場合和粘度大及有顆粒介質(zhì)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(dǎo)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(diào)節(jié)。由于套筒閥采用了平衡閥蕊結(jié)構(gòu)，閥蕊上、下受壓相同，不平衡力小，并且閥蕊利用套筒側(cè)面導(dǎo)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(zhì)的場合。
5、調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)
氣動執(zhí)行器的氣開式與氣關(guān)式兩種形式。
氣開式：有壓力信號時閥開、無壓力信號時閥關(guān)；氣關(guān)式反之。
氣開、氣關(guān)選擇依據(jù)：工藝生產(chǎn)安全、節(jié)約能源以及從介質(zhì)特性等。
6、閥門定位器
閥門定位器是調(diào)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(zhuǎn)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(diào)節(jié)器輸出的控制信號，去驅(qū)動調(diào)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(diào)介質(zhì)在閥上產(chǎn)生的不平衡力的影響，從而使閥位對應(yīng)于調(diào)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(shù)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(shè)備或機器等。
被控變量：被控對象內(nèi)要求保持設(shè)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(shè)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(shè)定值：被控變量的預(yù)定值。
偏差：被控變量的設(shè)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(diào)節(jié)器，對系統(tǒng)起控制作用，整個系統(tǒng)構(gòu)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(diào)節(jié)器一個調(diào)節(jié)閥所組成的單回路閉合控制系統(tǒng)。
4、調(diào)節(jié)器
調(diào)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(diào)節(jié)規(guī)律進行運算，并將運算的結(jié)果以統(tǒng)一的信號輸出，去控制執(zhí)行器動作。調(diào)節(jié)器最基本的調(diào)節(jié)規(guī)律有：
比例調(diào)節(jié)規(guī)律、積分調(diào)節(jié)規(guī)律、微分調(diào)節(jié)規(guī)律、比例積分調(diào)節(jié)規(guī)律、比例微分調(diào)節(jié)規(guī)律、比例積分微分調(diào)節(jié)規(guī)律。
（1）比例調(diào)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(guān)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(shè)定值之間的差值。余差的值隨著調(diào)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(diào)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(diào)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(chǔ)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?，但微分作用不能加得過分，否則反應(yīng)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(diào)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(guān)，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(zhì)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(guān)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(fù)雜控制系統(tǒng)
1、基本概念
通常復(fù)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(diào)節(jié)系統(tǒng)
前饋控制系統(tǒng)
自動選擇性調(diào)節(jié)系統(tǒng)
3、串級控制系統(tǒng)
串級控制系統(tǒng)是兩個調(diào)節(jié)器相串連，主調(diào)節(jié)器的輸出作為副調(diào)節(jié)器的設(shè)定，副調(diào)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(diào)、粗調(diào)、快調(diào)的特點；主回路具的后調(diào)、細調(diào)、慢調(diào)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(zhì)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?。r，如果由工藝分析得出，為使主、副變量減小（或增加），要求控制閥的動作方向是一致的時候，主控制器應(yīng)選“反”作用；反之，則應(yīng)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(diào)節(jié)器均設(shè)置為手動，。副調(diào)節(jié)器“內(nèi)、外”給定置外給定，主調(diào)節(jié)器的“內(nèi)、外”給定置內(nèi)給定。
（2）用副調(diào)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(diào)節(jié)器由手動切換到自動。
（3）當主調(diào)節(jié)器偏差為零時，主調(diào)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(shù)、控制技術(shù)、通訊技術(shù)和CRT技術(shù)為一體的綜合性高技術(shù)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(guān)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。
