控制仪表用于冶金工业论文

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1控制仪表的分类及发展

20世纪60年代开始大量使用的单元组合式控制仪表是根据控制系统中各个组成环节的不同功能和使用要求，分成能独立实现某种功能的八大单元，各单元之间用统一的标准信号联系，应用灵活、通用性强，可以构成多种复杂的自动检测和控制系统，便于仪表的生产、维护及备品库存等。我国生产的电动(DDZ)、气动(QDZ)单元组合仪表经历了Ⅰ型(1958年研制，1964年投产)、Ⅱ型(1965年研制，1970年统一规范)、Ⅲ型(1975年前后研制)三个发展阶段，DDZ－Ⅲ型采用了国际通用的4－20mA信号制，以集成电路作为放大元件，并具备了安全防爆功能。20世纪70年代又推出了组装式控制装置，它可根据用户要求，以成套装置形式提供给用户，使自控系统的施工、安装以及调试工作量大大减小，维护、检修等工作得到简化。1975年，美国霍尼韦尔(Honeywell)公司推出世界上第一套集散控制系统(DCS)。20世纪80年代，我国开始引进和生产以微处理器为核心、控制功能分散、显示操作集中的集散控制系统，将控制仪表及装置推向高级阶段，同时出现了以微处理器为核心的单回路可编程调节器，并进一步发展成智能式单元组合仪表，如DDZ－S型系列仪表。进入90年代，北京和利时、浙大中控、上海新华等相继推出自己的DCS系统。目前国产DCS系统已到达成熟期，由于国产DCS的价格低，能满足基本技术要求，且因开发较晚，某些技术较国外产品先进，其应用业绩不仅在国内市场占有一席之地，而且已经走出了国门。20世纪90年代出现了新一代工业控制系统—现场总线控制系统(FCS)，它是计算机网络技术、通信技术、控制技术和现代仪器仪表技术的最新发展成果。现场总线的出现改变了传统控制系统的结构，将具有数字通信能力的现场智能仪表连接成工厂底层网络系统，并同上一层监控级、管理级通过网络连接构成全分布式的新型控制网络。FCS具有网络化，全分散性，系统开放性，对环境的适应性，现场总线仪表的互换性、互操作性和功能自治性等特点，其性能和功能均比传统控制系统优越。FCS将越来越多地应用于工业自动化系统中，与传统DCS相结合，构成技术更先进的混合型分布式控制系统。DCS和FCS的发展推动了采用模拟数字混合技术的DDZ－S型系列仪表和智能仪表的发展，智能仪表以微处理器为核心，采用先进传感器与电子技术，具有检测、控制、显示、报警、存储、诊断、通信等功能，其精度、稳定性与可靠性均比模拟式仪表优越，可以传输模拟、数字混合信号或全数字信号，可以通过现场总线通信网络与上位计算机连接，能满足集散控制系统和现场总线控制系统的应用要求。按信号形式控制仪表装置可分为模拟式、模拟数字混合式、全数字式三大类。计算机网络技术的迅速发展，使数字通信一直延伸到现场，传统的4～20mA直流模拟信号制将逐步被双向数字通信的现场总线所取代，目前生产中多采用模拟数字混合式仪表和全数字式仪表，随着DCS和FCS发展，无线仪表和短程无线网络开始应用于工业现场，无线网络与有线网络的有机结合，将进一步完善系统功能，提高工业自动化水平。

2冶金工业控制仪表的应用

目前，冶金工业现场已经很少使用模拟式控制仪表，取而代之是模拟数字混合式的智能控制仪表，其传输信号是4～20mADC和HART或(Foundationfieldbus、Profibus)等，近年全数字式的现场总线控制仪表也得到了应用。要实现生产过程自动控制，必须由变送器、控制器和执行器等三种核心仪表，再附加某些辅助仪表构成过程控制系统。下面根据对十几家企业的调查，主要介绍冶金工业生产过程中控制仪表的应用情况。

2．1变送器类控制仪表

冶金工业应用变送器检测的物理参数主要是温度、压力、流量、物位等四大热工参数。一般来说，压力类变送器可以实现压力、差压、液位、流量等参数的检测。目前，冶金企业采用的压力类变送器多数是横河川仪、威尔泰、西仪、北京远东、德国E+H、Honey-well、ROSEMOUNT、YOKOGAWA等仪表生产厂家生产的智能压力/差压变送器，这类仪表一般输出4～20mADC模拟信号，同时采用HART协议以数字信号输出现场仪表信息，可以通过支持HART协议的手持终端或现场通信器与变速器进行数字通信，实现远程设定零点和量程等组态操作。有些仪表除了支持HART协议，还支持其他通信协议，如横河川仪的EJA系列差压变送器还支持BRAIN协议、FF和PROFIBUS协议，可以通过BRAIN手操器或CENTUMCS/μXL或HART275手操器相互通讯，通过它们进行设定和监控等;Honeywell的ST3000/900系列全智能在线式压力变送器还支持FF、DE协议，可与霍尼韦尔的ExperionPKSTM集散控制系统和智能现场通讯器(SFC)实现双向数字通讯，消除了模拟信号传输误差，方便了变送器的调试、校验和故障诊断。鉴于生产过程对流量精确测量的要求，有些企业选用多参数流量变送器，在测量流量的同时实现对流量的压力和温度补偿，如中冶京诚(营口)装备技术有限公司使用的加拿大SAILSORS的智能压力变送器是V10F多参数质量流量变送器，传输信号是4～20mADC和HART，采用实时全参数动态数字补偿技术(实现温度补偿功能)和满量程静压补偿技术，实现更高精度和宽量程比。企业使用的温度变送器主要是一体化温度变送器、普通温度变送器和变送器模块。重庆迪洋的DAD系列变送器、深圳万讯的温度变送器都属于普通温度变送器。SBWR/Z系列一体化的热电偶/热电阻温度变送器，它是DDZ－S系列仪表中的现场安装式温度变送单元，它采用二线制传送方式，输出与被测温度成线性的4－20mA电流信号。变送器可以安装于热电偶、热电阻的接线盒内形成一体化结构，也可单独安装于仪表盘内作转换单元。南京菲尼克斯电气有限公司的MCR－SL－PT100－UI，是可组态的3端隔离温度测量变送器，适用于根据IEC60751，采用2，3和4线连接技术连接Pt100热电阻，可输出4种模拟电压和模拟电流信号。西仪集团等仪表生产厂家生产了多种类型的智能温度变送器，具有HART协议和FF通信功能，便于连接现场通信装置和组成DCS系统，具有较好的应用前景。

2．2控制器类控制仪表

目前，多数企业主要使用DCS和PLC实施控制，常用的控制器有SIEMENS的S7－300、400系列PLC，AB公司的PLC，Honeywell的PKS、TCS型DCS，YOKOGAWA的DCS，浙大中控的SUPCON，和利时的DCS等。有些企业还使用国产的智能调节器及普通的显示调节仪等，如，中冶京诚(营口)装备技术有限公司使用上海岛电自动化控制系统工程有限公司PID调节器、江阴众和电力仪表有限公司的智能温度调节仪，天津市中环温度仪表有限公司的XMTW4000系列智能显示调节仪，百特XMB52U6P智能温度调节仪等。

2．3执行器类控制仪表

各企业使用的执行器比较繁杂，某炼铁厂目前使用的DKJ型电动执行器约占44%，奥托克的IKM系列执行器(德国技术)约占18%，其他国内不同厂家如鞍山热工仪表调节阀有限公司、鞍山拜尔自控有限公司、大连新科执行器厂等生产的不同型号的执行器占38%。目前，电动执行器的生产厂家较多，产品的质量标准良莠不齐，特别是存在仿冒产品，企业在选用执行器时，往往选择有规模、有资质、知名度高的企业产品。有些企业最近设计选用的执行器主要有英国Rotork、德国四门子公司SIPOS、重庆川仪等厂家的电动执行机构和气动执行机构。当用户对阀门控制精度要求高，或者工作环境复杂、以及需要实现远程控制，一般都选择智能型阀门电动执行器。

2．4辅助控制仪表

要构成过程控制系统，除了变送器、控制器和执行器等核心仪表外，还需要配置显示记录仪表和其他辅助控制仪表，辅助控制仪表主要有电源箱、配电器、隔离器、操作器、安全栅、阀门定位器等。目前，企业使用的各类辅助仪表主要是国产的DDZ－Ⅲ/S型仪表，有些企业选用了智能操作器和HART安全栅，如包钢集团使用国产DFP配电器约占47%，现场评价很好。有些企业选用国外的安全栅和阀门定位器，如本钢炼铁使用P+F公司Z787H齐纳安全栅和SIMMENS的6DR50系列电气阀门定位器，包钢集团使用日本koso的EPA/EPB系列电气阀门定位器和SIMMENS的Ps2、6DR50系列电气阀门定位器，现场评价很好。

3结语

冶金工业控制仪表的应用和发展极大地推动了冶金工业的发展，是实现冶金生产自动化的关键所在。围绕工厂整体自动化的总目标，冶金工业正在大量采用DCS、FCS系统，智能控制仪表特别是现场总线控制仪表的市场占有量的逐年增加是控制仪表应用发展的必然趋势。

作者：方景林 李红 才勇智 单位：辽宁科技学院电气与信息工程学院