控制裝置與儀表的分類及發(fā)展

一、控制裝置與儀表的分類 

控制裝置與儀表功能品種繁多，其分類方法也很多，根據(jù)不同原則可以進(jìn)行不同的分 類。例如，按儀表所使用的能源分類，可以分為氣動儀表、電動儀表和液動儀表（應(yīng)用較 少）；按儀表組合形式，可以分為基地式儀表、單元組合儀表和綜合控制裝置；按儀表安裝 形式，可以分為現(xiàn)場儀表、盤裝儀表和架裝儀表；隨著微處理器的發(fā)展，根據(jù)儀表有否引入 微處理器又可以分為智能儀表與非智能儀表；根據(jù)儀表信號的形式可以分為模擬儀表和數(shù)字 儀表。 

1.按照儀表使用功能分類 

根據(jù)儀表在信息傳遞過程中的作用不同，可以分為以下五大類: 

(1) 檢測儀表 

檢測儀表的主要作用是獲取現(xiàn)場信息，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換。在生產(chǎn)過程中，檢測儀表是 測量某一些工藝參數(shù)，如溫度、壓力、流量、物位以及物料的成分等，并將其轉(zhuǎn)換成電信號 (電壓、電流、頻率等）。 

(2) 顯示儀表 

顯示儀表的作用是將由檢測儀表獲得的信息顯示出來，包括各種模擬量、數(shù)字量的電 動、氣動指示儀、記錄儀和積算器，以及工業(yè)電視、圖像顯示器等。 

(3) 集中控制裝置 

包括各種巡回檢測儀、巡回控制儀、數(shù)據(jù)處理機(jī)、電子計算機(jī)以及儀表控制盤和操作臺等。 

(4) 控制儀表 

控制儀表可以根據(jù)需要對輸入的信號進(jìn)行各種運算，例如比例、積分、微分等。控制儀表包括各種電動、氣動的控制器以及數(shù)字控制儀表。 

(5)執(zhí)行器 

執(zhí)行器可以接受控制儀表的輸出信號或直接指令，對生產(chǎn)過程進(jìn)行操作或控制。執(zhí)行器 包括各種氣動、電動、液動執(zhí)行機(jī)為或控制閥。 

2. 按照儀表工作能源分類 

按使用的能源，儀表可以分為氣動儀表、電動儀表和液動儀表。目前，常用的是前面兩種。 

(1) 氣動儀表 

這種類型的儀表以空氣作為能源，結(jié)構(gòu)簡單，工作比較可靠，對于溫度、濕度、電磁 場、放射性等環(huán)境的抗*力較強(qiáng)，能防火、防爆。 

(2) 電動儀表 

這種儀表以電作為能源，信號之間比較方便，適于遠(yuǎn)距離傳輸和控制，便于與計算 機(jī)連接。電動儀表在防火、防爆方面取得了較大進(jìn)展，更有利于電動儀表的安全使用。 

3. 按照儀表結(jié)構(gòu)形式分類 

按照儀表的結(jié)構(gòu)形式可以分為基地式控制儀表、單元組合式控制儀表、組件組裝式控制 儀表、集散/分散式儀表等。 

(1) 基地式控制儀表 

基地式控制儀表以指示、記錄儀表為主體，附加某些控制機(jī)構(gòu)，即將檢測、控制、顯示 功能設(shè)計在一個整體內(nèi)。該類儀表一般結(jié)構(gòu)比較簡單，價格便宜。它不僅能對某些工藝變量 進(jìn)行指示或記錄，而且還具有控制功能，因此它安裝簡單、使用方便，但一般通用性差，只 適用于小規(guī)模、簡單控制系統(tǒng)。目前常使用的XCT系列動圈式控制儀表和TA系列簡易式調(diào)節(jié)器均屬此類儀表。 

(2) 單元組合式控制儀表 

單元組合式控制儀表是將整套儀表劃分為能獨立實現(xiàn)一定功能的若干單元，各單元之間 采用統(tǒng)一信號進(jìn)行。使用時可根據(jù)控制系統(tǒng)的需要，對個單元進(jìn)行選擇和組合，從而構(gòu) 成多種多樣的、復(fù)雜程度各異的自動檢測和控制系統(tǒng)。其特點是使用靈活，通用性強(qiáng)，使 用、維護(hù)工作也很方便。它適用于各種企業(yè)的自動控制。廣泛使用的單元組合式控制儀表有電動單元組合儀表（DDZ型）和氣動單元組合儀表 ((2型）。 

單元的種類有變送單元、執(zhí)行單元、控制單元、轉(zhuǎn)換單元、運算單元、顯示單元、給定 單元和輔助單元等。 

1) 變送單元。它能將各種被測參數(shù)，如溫度、壓力、流量、液位等物理量變換成相應(yīng) 的標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一信號（4~20mA，0?10mA或20~100kPa)傳送到接收儀表或裝置，以供指示、 記錄或控制。變送單元包括溫度變送器、壓力變送器、差壓變送器、流量變送器、液位變送器等。 

2) 轉(zhuǎn)換單元。轉(zhuǎn)換單元將電壓、頻率等電信號轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一信號，或者進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng) 一信號之間的轉(zhuǎn)換，以使不同信號可以在同一控制系統(tǒng)中使用。轉(zhuǎn)換單元包括：直流毫伏轉(zhuǎn)換器、頻率轉(zhuǎn)換器、電/氣轉(zhuǎn)換器、氣/電轉(zhuǎn)換器等。 

3) 控制單元。控制單元是將來自變送單元的測量信號與給定信號進(jìn)行比較，按照偏差給出控制信號，去控制執(zhí)行器的動作。控制單元包括：比例積分微分控制器、比例積分控制器、微分控制器以及具有特種功能 的控制器等。 

4) 運算單元。運算單元是將!TL個標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一信號進(jìn)行加、減、乘、除、開方、平方等運 算，適用于多種參數(shù)綜合控制、比值控制、流量信號的溫度壓力補(bǔ)償計算等。運算單元包括：加法器、乘除器和開方器等。 

5) 顯示單元。顯示單元是對各種被測參數(shù)進(jìn)行指示、記錄、報警和積算，供操作人員 監(jiān)控系統(tǒng)工況使用。顯示單元包括：指示儀、記錄儀、比例積算器、報警器等。 

6) 給定單元。它將輸出標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一信號，作為被控變量的給定值送到控制單元，實現(xiàn)定 制控制。給定單元包括：恒流給定器、定制器、比值給定器和時間程序給定器等。 

7) 執(zhí)行單元。執(zhí)行單元是按照控制單元輸出的控制信號去改變控制量大小。執(zhí)行單元包括：角行程電動執(zhí)行器、直行程電動執(zhí)行器和氣動薄膜調(diào)節(jié)閥等。 

8) 輔助單元。輔助單元是為了滿足自動控制系統(tǒng)某些要求而增設(shè)的儀表，如發(fā)信、切 換、遙控等。輔助單元包括：操作器、阻尼器、限幅器、安全柵等。 

(3) 組件組裝式控制儀表 

組件組裝式控制儀表是一種功能分離、結(jié)構(gòu)組件化的成套儀表（或裝置）。它以模擬器 件為主，兼用模擬技術(shù)和數(shù)字技術(shù)。整套儀表（或裝置）在結(jié)構(gòu)上由控制柜和操作臺組成， 控制柜內(nèi)安裝的是具有各種功能的組件板，采用高密度安裝，結(jié)構(gòu)緊湊。這種控制儀表 (或裝置）特別適用于要求組成各種復(fù)雜控制和集中顯示操作的大、中型企業(yè)的自動控制系統(tǒng)。國產(chǎn)的TF型、MZ-m型以及SPEC200等組裝儀表均屬此類控制儀表。 

(4) 集散/分散式儀表 

集散/分散式儀表以計算機(jī)或微處理器為其核心部件，經(jīng)歷了集中型計算機(jī)控制、集散 型計算機(jī)控制和基于現(xiàn)場總線的分布式計算機(jī)控制等三個發(fā)展階段。在前兩個階段中，測量 變送與執(zhí)行單元仍采用模擬式儀表，只是調(diào)節(jié)單元采用數(shù)字式儀表，即數(shù)字調(diào)節(jié)器、可編程 序控制器或工業(yè)控制機(jī)，因而屬于模擬、數(shù)字混合式儀表。而在基于現(xiàn)場總線的分布式計算 機(jī)過程控制中，由于采用了全數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)，數(shù)字通信一直延 伸到現(xiàn)場，其通信協(xié)議按規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化和公開化進(jìn)行設(shè)計，使各種控制系統(tǒng)通過現(xiàn)場總線 不但實現(xiàn)了互聯(lián)、互換、互操作等，而且能方便地實現(xiàn)集中管理和信息集成。 

4.按照使用場合分類 

按照儀表的使用場合，大致可分為室內(nèi)儀表和室外儀表。在使用的過程中，根據(jù)生產(chǎn)過 程的特點，一般情況下會涉及儀表的防護(hù)、防火、防爆、防雷和防腐等問題。比如防爆的問 題，就是要選擇正確的防爆措施，即采用本質(zhì)安全型（Intrinsic Safety,簡稱本安）還是隔 爆型等。顯示儀表可分為記錄儀表和指示儀表、模擬儀表和數(shù)顯儀表，其中記錄儀表又可分為單 點記錄和多點記錄（指示也可以有單點和多點）。調(diào)節(jié)儀表可以分為基地式調(diào)節(jié)儀表和單元組合式調(diào)節(jié)儀表。由于微處理器引人，又有可 編程調(diào)節(jié)器與固定程序調(diào)節(jié)器之分。執(zhí)行器由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)閥兩部分組成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)按能源劃分有氣動執(zhí)行器、電動執(zhí)行 器和液動執(zhí)行器。 

二、控制裝置與儀表的發(fā)展 

早在機(jī)械化時代，人們用機(jī)械代替體力勞動，就開始有了自動化儀表，當(dāng)時發(fā)明的鍋爐 水位調(diào)節(jié)器和蒸汽機(jī)離心式調(diào)速器曾促進(jìn)和推動了*次工業(yè)革命。隨后，人們?yōu)榱藴p輕體 力勞動，逐步研制出了各種檢測控制儀表作為“耳目"與“手足"，幫助人們觀察和操縱生 產(chǎn)設(shè)備，使生產(chǎn)過程逐步實現(xiàn)自動化，從而進(jìn)入了自動化時代。隨著電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù) 的迅速發(fā)展，人們又研制出能夠模仿“頭腦"并具有記憶和分析判斷能力的“智能"儀表， 這樣不僅延伸和擴(kuò)展了 “耳目"和“手足"的功能，還減輕并代替了人的部分腦力勞動， 從而進(jìn)入智能化時代。 

控制裝置與儀表在實際的工業(yè)生產(chǎn)過程應(yīng)用中，經(jīng)歷了氣動儀表、電動儀表以及數(shù)字式 儀表等發(fā)展階段。控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)則經(jīng)歷了模擬電氣動組合儀表控制、直接數(shù)字控制、數(shù)字 調(diào)節(jié)器控制、分散控制系統(tǒng)、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)的操作形式由zui初的基地式現(xiàn)場 操作到*控制室的儀表盤操作，進(jìn)而發(fā)展到圖形化集中式操作。 

隨著自動化程度的不斷提高，人們對自動化儀表的功能也提出了更高的要求。因此對于 自動化儀表的發(fā)展而言，數(shù)字化、智能化、系統(tǒng)化是其今后的主要發(fā)展方向。具體表現(xiàn)在以 下幾個方面： 

1) 儀表和系統(tǒng)的信號從模擬方式向數(shù)字方式轉(zhuǎn)變。 

2) 儀表設(shè)計采取功能組件方式，結(jié)構(gòu)趨向模塊化，便于儀表控制系統(tǒng)的組合和發(fā)展多 樣化產(chǎn)品。 

3) 積極應(yīng)用電子技術(shù)和微計算機(jī)技術(shù)，代替儀表中的傳統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)和操作控制，發(fā)展 性能優(yōu)異的智能化新型儀表。 

4) 采用新材料和新型傳感元件，研制新一代物性型傳感器、數(shù)字式傳感器和智能式變 送器。 

5) 改進(jìn)各類執(zhí)行器的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計，提高調(diào)節(jié)閥性能，實現(xiàn)小型輕量化。研制多功 能、適合特殊場合使用的調(diào)節(jié)閥和閥門定位器及轉(zhuǎn)換器，發(fā)展數(shù)字式執(zhí)行器。 

6) 研制綜合控制管理系統(tǒng)，即研制由過程控制、電氣控制、監(jiān)督控制、優(yōu)化決策和生 產(chǎn)管理集成化的綜合控制管理系統(tǒng)。