第六章电动单元组合仪表第一节概述一、单元组合仪表的概念和分类单元组合仪表是在石油、化工等工业部门中使用比较广泛的一种自动控制仪表，它通常分为电动单元组合仪表和气动单元组合仪表。

单元组合仪表是根据自动检测和自动调节系统中各环节的不同要求将整套仪表划分成若干个具有不同独立作用的功能单元，各单元之间采用统一的标准信号进行联系的仪表系列。

将这些有限的、具有不同功能的仪表单元有机的组合起来，可以灵活地构成各种所需要的自动检测和调节系统。

因此，单元组合仪表又有“积木式”仪表之称。

二、电动单元组合仪表的发展历程电动单元组合仪表是以电能驱动的单元组合仪表，它不仅具有单元组合仪表的共同特点，还具有电动仪表所特有的优点。

我国电动单元组合仪表的发展经历了三个阶段，相应产生了DDZ-Ⅰ型、DDZ-Ⅱ型和DDZ-Ⅲ型三大仪表系列。

DDZ-Ⅰ型：由于整套仪表用磁放大器和电子管作为主要放大元件，所以又称电子管型仪表。

该套仪表体积大，需专用供电设备，且仪表工作在较高的电压和较大的电流的状态下，难以有效防爆，使用也不方便，不久便趋淘汰。

DDZ-Ⅱ型：以晶体管为主要放大元件，所以称之为晶体管型仪表。

DDZ-Ⅱ型仪表由于采用了半导体器件，因而使仪表的体积缩小，重量减轻、性能改善、可靠性能和防爆性能也有较大提高。

DDZ-Ⅲ：Ⅲ型仪表由于采用集成电路作为主要放大器件，又被称为集成电路式仪表。

Ⅲ型仪表是适应工业现代化对电动调节仪表的更高要求，在新型电子器件和新工艺、新材料不断涌现的形式下诞生。

DDZ-Ⅲ型仪表不仅在仪表性能如稳定性、可靠性以及进一步与工业计算机配套的可行性等方面比以前的各类仪表有很大提高外，更重要的是Ⅲ型仪表解决了电动仪表长期以来未能彻底解决的防爆问题，其安全火花型仪表使用于石油、化工等工业部门的任何一种危险场所时，均不会产生足以使周围易燃易爆性气体引燃的电火花。

因此，Ⅲ型仪表的性能更为优越，适应范围更为广泛。

作业题：1、单元组合仪表的概念和分类？2、我国电动单元组合仪表的发展历程？第二节DDZ-Ⅲ型仪表的特点一、采用国际标准信号制DDZ-Ⅲ型仪表在信号制上采用了IEC推荐的信号标准，控制室与现场之间的传输信号为4~20mA DC ；控制室仪表接受信号为1~5VDC ；来自现场的4 ~20 mA DC 传输信号到控制室后经250Ω的精密电阻转换为1~5VDC ，电压作为控制室内仪表的联络信号，如下图所示。

这种信号制的优点有两方面。

1、可实现两线制 ：因为传输信号起始点不是零，为变送单元实现两线制提供了必要条件。

所谓两线制即电源、负载串联在一起，有一公共点，如上图所示。

也就是变送器和控制室仪表之间的信号联系与供电仅用两根导线。

因为信号起始点为4 mA ，那么，变送器的电源、负载串联在一起时，电源供给线路的静态工作电流可以包含在信号起始电流中，即小于4mA DC 。

实现两线制还便于使用安全栅，有利于安全防爆。

2、采用并联制信号传输方式：同一个控制系统所属仪表之间有公共端，便于用计算机、巡回检测装置等配套使用。

另外，这种并联传输方式还有利于构成各种复杂的调节系统，当一台变送器需带很多负载时（例如变送器的输出信号要送给调节、指示、报警、选择等等单元），为了减少相互干扰，提高精度，除在接受仪表输入级选用输入阻抗较高的集成组件外，还可以在某些单元中加一些运算放大器作同相输入，以提高接受仪表的输入阻抗，起信号跟踪和隔离作用。

一、采用线性集成电路在DDZ-Ⅲ型仪表中采用了线性集成运算放大器作为基本电路元件。

它实质上是一个差动输入直接耦合的多级直流放大器。

集成运算放大器中元件是制作在单一硅片上，元件彼此靠得近，又是通过同一工艺过程制作出来，所以具有良好得对称性，使温度漂移大大减少，仪表得到提高， 在Ⅲ型仪表中所用运算放大器大部分是高增益得，所以开环放大倍数很高，这使仪表得精度得到提高；由于在集成电路中，元件、线路、材料集成一体，所以焊点少，强度高，大大地提高了仪表地可靠性；由于采用集成电路，可以方便地实现小信号直接放大，无需进行信号调制。

集成电路具有机动灵活地特点。

所以也使调节器的功能得到扩大。

二、采用了集中供电方式在DDZ-Ⅲ型仪表中采用了24VDC 集中供电并与备用蓄电池配合构成无停电装置，其优点：1、由于不直接用工频电源供电，在仪表供电回路没有高于28VDC 的电压存在，各单元省掉了现场变送器 4~20mADDZ-电源变压器。

没有工频电源进入单元仪表，即解决了仪表发热问题，又有利于防爆设施的实现2、集中供电的电源箱除将交流220V转换成稳定的直流24V功能之外，还具有过电流、过电压、低电压、短路保护、报警等功能。

当电源箱出故障时或工频电源停电的情况下，备用电源自动投入，使整套仪表正常工作形成无断电系统，从而大大加强了DDZ-Ⅲ型仪表系统的可靠性。

三、结构合理、功能多样DDZ-Ⅲ型仪表把仪表长期运行可靠性、稳定性放在首位，力求做到使用可靠、经济合理、技术先进。

在单元结构上力求减少品种，做到“一机多能，以少胜少”为系统设计提供极为方便条件，它不仅能构成简单的调节系统和各种复杂的调节系统。

而且能与计算机联用进行最佳的生产过程控制。

此外，还积极采用了新元件、新材料、新工艺、新技术等，使直型电动仪表具有一定的先进性。

简略介绍如下：1、差压变送器电路设计方面，在低频位移检测放大器中采用连续振荡使线路简单，工作可靠而无负特性；在机械结构方面采用了矢量机构，稳定性和抗震性好，且装配调整方便。

2、温度变送器采用低漂移运算放大器，因此，简化了线路，提高了整机的恩度性能，稳定性好，灵敏度高。

在电路设计方面增加了线性化电路使温度信号与仪表输出之间呈线性关系，即满足了某些控制系统的需要，同时又便于直接指示。

3、调节单元在电路设计上，为调节器具有良好的保持特性提供了必要的条件。

在品种设计方面以基型调节器为基本单元，针对不同调节系统的需求，可在基型调节器中增加不同的附加单元（附加单元有：输入报警、偏差报警、输出限幅、输出跟踪、PI-P切换，抗积分饱和等等单元用以扩大调节器功能）就可以构成各类特种调节器，以满足各种简单或者复杂调节系统的需求，而且能实现与计算机配合进行生产过程的最佳控制。

四、可组成安全火花型防爆系统Ⅲ型电动仪表的现场仪表在设计与制造工艺方面都按国家防爆规程进行的，而且增加了安全单元——安全栅，实现了控制室与危险场所的能量限制隔离，从而解决了电动仪表在易燃、易爆等危险场所中使用的难题。

作业题：1、DDZ-Ⅲ型电动仪表采用国际标准信号的优点？2、DDZ-Ⅲ型电动仪表供电方式的特点？第三节DDZ-Ⅲ型电动仪表的分类一、品种分类1、按使用场所可分为现场安装仪表和控制室安装仪表两大部分。

2、按安装方式可分为现场安装、盘面安装和盘后架装三类仪表。

3、按仪表在系统中的作用和特点可分为变送单元、调节单元、给定单元、转换单元、计算单元、显示单元、辅助单元、执行单元等。

各单元包含的仪表举例如下：变送单元：温度变送器、差压变送器、液位变送器、压力变送器等调节单元：基型调节器、特种调节器等。

给定单元：恒流给定器、比值给定器、报警给定器等。

转换单元：气电转换器、电流转换器等。

计算单元：加减器、乘除器、开方器等。

显示单元：积算器、单双针指示仪、单双针记录仪、色带指示仪等。

辅助单元：安全栅、配电器、操作器、电源箱、信号选择器、信号限幅器等。

执行单元：电气阀门定位器、电动执行器等。

二、系统构成及简要说明主要单元及系统构成如下图所示1、场传输信号为4 ~20 mA DC，控制室联络信号为1~5VDC；2、电源箱由工频220VAC供电，其它单元均由电源箱供电，电压为24VDC；3、现场变送器供电通过输入端安全栅或分电盘供电。

4、系统构成方面：一般系统的构成需加分电盘；隔爆系统的构成也需加分电盘；安全火花防爆系统的构成需加输入、输出安全栅。

作业题：1、DDZ-Ⅲ型电动仪表按在系统中的作用和特点可分为哪些单元？第四节 PMK可编程调节器一．概述1．硬件结构简述PMK调节器硬件结构主要包括CPU单元、OPU单元（设定单元），FNT单元（面板单元）等。

（1）面板单元（FNT）调节器的面板部分设有本机给定按键、软手操输出按键；控制方式切换手柄；给定值、测量值、输出值的显示器；控制方式显示灯、报警灯、通讯指示灯等。

（2）设定单元（OPC）包括数据显示器和40个键。

通过键操作可以显示和改变控制参数、内部常数；显示输入输出信号、报警状态和自诊断结果，并能设定和改变控制功能等。

（3）开关单元（PGE）开关单元由确定调节器动作条件的开关和电写入存储器（EAROM）组成。

用户通过设定单元的键盘操作，可将编写的程序写入EAROM。

当电源中断时，存储器内的信息不会消失。

PMK调节器可通过本身的设定单元编制用户程序，而不需专门的编程器。

（4）AIO单元AIO单元包括A/D、D/A转换电路，与数字输入输出连接的接口电路及调节器内各组电源的DC/DC 转换电路等。

此单元的主要功能是对信号进行A/D和D/A转换处理。

（5）CPU单元CPU单元是调节器的核心。

它包括处理器（CPU）、系统存储器（PROM）、随机存储器（RAM）、监控时钟（WDT）及与输入输出单元、开关单元连接的借口电路等。

在PROM中存放供电用户调用的各种子程序（功能模块）和系统软件。

微处理器CPU通过总线与其他部分相连，并在系统软件管理指挥下，使调节器的各部分协调动作，一步步地执行用户程序，以完成数据传递、输入输出、运算处理及自诊断等各种复杂功能。

PMK的RAM主要用来暂存运算数据、显示数据及通讯数据等。

同时还具有电源中断处理功能，即使突然停电，其中数据仍能保持2分钟。

因此停电在2分钟以内，仍可按停电瞬间前的参数运行。

若超过2分钟，则以固化在子程序中的初始数据运行。

（6）HM单元该单元包括产生4~20mA.DC输出电流的电路，自动切换电路等。

（7）底板AIO单元、CPU单元、PGE单元等均通过连接器连到底板上。

2．编程语言PMK调节器采用空栏式语言FIB（Fill in the blanks）或FIF（Fill in the torms）。

它将各种子程序模块化，并形象地规定每个模块有“输入端”和带序号的“输出端”，而且赋予它固定的（模块图）编写用户程序就是指所调用的模块“输出端”与“输入端”之间的正确连接。

只要将一模块的“输出端”序号“填入”与其相連的另一模块或自身的相应“输入端”即可。

例如：模拟输入(AI1)经开方后，由模拟输出(AO1)，其原理如下图所示(这也就是开方运算的用户程序)AI1 AO1√开方运算模块为保证模块之间有正确的连接顺序，应当对被调用的模块根据控制要求所决定的执行（或调用）次序进行编号（如下图所示模块右上角的数字）。