控制安装

控制系统的使用寿命和精度可能受到安装因素的影响。本教程讨论基本的重要注意事项，包括设备定位和布线、射频干扰以及环境保护。

温度传感器

传感器位置 传感器的位置非常重要，必须安装在能够感应到具有代表性的压力、温度或液位的位置。 还必须考虑传感器的长度。如果要使用的传感器较大或较长，则必须在安装传感器的管道中为此预留条件。 自作用控制系统的传感器可以有多种不同的形状和尺寸。一般来说，电子和气动控制系统的传感器比自作用控制系统的传感器更小。 下一个要求是将传感器安装在不易受到损坏的位置，必要时可将其安装在保护套管中。 保护套管必须足够长，以使整个传感器能够浸入液体中。如果在图 8.4.1 中，短接管更长，传感器可能无法正确浸入流体中。 传感器保护 如果传感器要安装在储罐中，最好将其安装在靠近角落的位置，该处壁面强度最大，弯曲的可能性较小。 对于某些流体，需要保护传感器以防止其被腐蚀或溶解。 保护套管通常有多种材料可供选择，包括：

• 不锈钢。
• 低碳钢。
• 铜和黄铜，适用于不太严苛的应用。
• 耐热玻璃，对酸和碱等腐蚀性产品具有良好的一般防护效果，但可能易碎。 自作用控制毛细管通常可提供 PVC 涂层，在腐蚀性环境中非常有用。 在可能将传感器穿过储罐侧壁安装的情况下，提供保护套管还允许在不排放储罐内容物的情况下拆卸传感器。 保护套管倾向于增加控制响应溶液温度变化之前的时滞，因此必须做出安排将此影响降至最低。例如，在传感器和保护套管内壁之间会有空气间隙，而空气是绝缘体。 为克服这一问题，可以使用导热膏填充该间隙。

首选的执行器位置取决于所使用的控制系统类型。对于自作用控制阀，执行器通常最好安装在阀门下方。相反，电动或气动执行器通常最好安装在阀门上方，否则阀杆的任何泄漏都可能导致工艺流体（可能是高温或腐蚀性流体）溢出到执行器上。

不建议水平安装，因为随着时间的推移：

• 可能出现阀杆不均匀磨损。
• 阀芯可能无法正确对准阀座。 电动执行器的材料结构必须在防潮外壳等级以及防危险气体和液体方面适合环境。 阀门和执行器将比等长度的管道更重，需要充分的支撑。 在安装前后，检查阀门的流向箭头是否指向正确方向非常重要。 阀门和执行器周围必须留有足够的空间，以便进行维护和将执行器从阀门上提起。

射频干扰 (RFI)

射频干扰是电气噪声，可能导致控制信号失真并影响电子控制器的运行。 RFI 有两种形式：

• 连续型
• 脉冲型（瞬态）。 无线电发射机、计算机、感应加热器和其他类似设备会发射连续的高频射频干扰。 脉冲干扰由电弧产生，电弧可能在开关触点打开时发生，特别是负责切换电感元件（如电机或变压器）的触点。 控制工程师通常最关心脉冲干扰。脉冲具有非常高的强度和非常短的持续时间，可能干扰真实的电气控制信号。 RFI 的传输 射频干扰可以通过两种模式传播：
• 传导。
• 辐射。 传导干扰通过电源线缆传导至控制器。在电源中安装干扰抑制器，尽可能靠近控制器，可以减少其影响。 辐射干扰是一个更大的问题，因为更难以对抗。这种形式的干扰就像广播传输被信号布线自然形成的”天线”接收，然后在控制器箱体内重新辐射到更敏感的区域。 控制器内的电子元件也可以直接接收传输， 特别是在干扰源在 200 mm 范围内时。 RFI 的影响 不同类型的控制器对不同形式的干扰有不同的响应方式。 模拟控制器通常对连续干扰而非瞬态干扰有响应，但在干扰停止后通常会恢复。连续干扰的症状不易识别，因为它们通常影响测量精度。通常很难区分干扰的影响和设备的正常运行。 瞬态干扰更可能影响继电器输出，因为其发生速度快于模拟电路能够响应的速度。 基于微处理器的控制器更容易受到瞬态脉冲干扰的损坏，但对连续干扰具有更高的抗扰度。 干扰发生的第一个迹象通常是显示器锁定、乱码或包含除正常显示之外的无意义符号。 更难检测的症状包括测量不准确或执行器位置不正确，这可能在系统明显失控之前一直未被发现。 限制 RFI 的安装实践 正确选择和安装控制信号布线对于降低对 RFI 的敏感性至关重要。 双绞线比平行布线更不易受干扰（图 8.4.2）。 接地屏蔽电缆比双绞线更不易受干扰，但这不能总是依赖，特别是在大电流电缆附近。

屏蔽电缆（图 8.4.3）应仅在一端接地，见图 8.4.3（‘A’ 和 ‘B’）；在两端接地将导致这种情况恶化。 将信号线与电力线分开（图 8.4.4）可以减少通过信号线的拾取。 BS 6739: 1986 建议，仪表电力布线的间距应至少为 200 mm，其他电力电缆的间距应为 250 mm。

在实践中发现，只要信号线包含在自身的接地屏蔽中，就可以与电力线并行/靠近布线，见图 8.4.5。 由电弧产生的脉冲干扰可以通过在开关触点两端连接适当的抑制器来减少。 通过直接辐射的拾取可以通过将控制器安装在距干扰源（如接触断路器或电源切换继电器）至少 250 mm 的位置来减少。 电缆间距 以下信息转载自英国过程控制系统仪表标准实践规范：安装设计和实践 BS 6739: 1986： 第 10.7.4.2.2 节 - 与电力电缆的间距

• 仪表电缆应架空或地下敷设，与电力电缆（即交流电缆，通常高于 50 Vac，额定 10 A）分开。
• 应避免电缆平行敷设。但是，在不可避免的情况下，应提供足够的物理间距。
• 建议与额定 10 A 及以下的交流电力电缆保持 250 mm 的间距。对于更高的额定值，间距应逐步增加。
• 在信号电缆和电力电缆不可避免地交叉的情况下，电缆应安排以直角交叉，且至少有 250 mm 的正向间距。 第 10.7.4.2.3 节 - 仪表电缆之间的间距

1. 第 1 类和第 2 类间距 200 mm。
2. 第 2 类和第 3 类间距 300 mm。
3. 第 1 类和第 3 类间距 300 mm。 电缆分类如下：
4. 交流电力电缆 - 通常高于 50 Vac，额定 10 安培的电缆。
5. 第 1 类：50 V 以上的仪表电力和控制布线 - 此组包括交流和直流电源以及额定 10 A 以下的控制信号。
6. 第 2 类：高电平信号布线（5 V 至 50 Vdc） - 此组包括数字信号、报警信号、停机信号和高电平模拟信号，例如 4-20 mA。
7. 第 3 类：低电平信号布线（5 Vdc 以下） - 此组包括温度信号和低电平模拟信号。热电偶布线属于此类别。 虽然并非总是可行，但应尽一切努力达到建议的间距。

电气防护标准

电气设备（如电子控制器）必须适合其使用环境。危险环境可能存在于炼油厂、海上平台、医院、化工厂、矿山、制药厂和许多其他场所。防护等级将根据潜在危险而变化，例如火花或热表面点燃可能存在的可燃气体和蒸汽的风险。 保护设备免受潮湿、灰尘、进水和温度剧烈变化的影响同样重要。 存在标准和程序以减少设备诱发故障的可能性，否则可能引发火灾或在相邻设备中引发爆炸。 已制定基本防护标准以适应特定环境。 IP 等级 外壳标示的 IP（国际防护）等级是使用两个数字对外壳提供的防护等级进行分级的方式，如表 8.4.1 和 8.4.2 所示。 第一个数字（见表 8.4.1）是指对外来物体侵入（如杠杆、螺丝刀甚至人手）的防护。该范围由七个数字组成，从 0 开始，表示对物质物体或人为干预无防护；最高到 6，提供对灰尘或极细颗粒进入的精细防护。 第二个数字（见表 8.4.2）表示防水侵入的防护程度。 该范围从 0 开始，表示无防水保护。最高为 8，为设备持续浸入水中提供最佳保护。 示例 8.4.1 具有以下 IP34 等级的电气外壳可定义如下： 本模块无意深入讨论外壳防护的主题。 国际标准中对此主题有更深入的讨论，BS EN 60529:1992 就是其中之一。建议读者在需要特定用途的信息时参考此类标准。 防爆电气设备 已简要介绍了 IP 等级如何涵盖两个重要的防护领域。然而，还有许多其他类型的危险需要应对。这些可能包括腐蚀、振动、火灾和爆炸。当电气设备产生火花、在高温下运行或产生电弧时，可能会发生爆炸，从而点燃化学品、油或气体。 在实践中，很难确定在潜在危险区域或工厂的特定位置是否存在爆炸性气氛。通过将工厂中可能存在可燃气体的区域分配到以下三个危险区域之一，解决了此问题：

• 1 区 - 爆炸性气体持续存在或长时间存在的区域。
• 2 区 - 在正常运行期间爆炸性气体可能出现的区域。
• 3 区 - 在正常运行期间爆炸性气体不太可能出现的区域，即使出现也仅存在很短时间。 已有多次尝试制定国际公认的防护标准。 IEC（国际电工委员会）是第一个在此领域制定国际标准的机构，然而，CENELEC（欧洲电气标准协调委员会）目前在一套标准下联合了所有主要的欧洲制造国。 测量和控制设备采用本质安全防护方法，该方法基于通过限制进入危险区域的电能量来降低爆炸风险，因此原则上不需要特殊外壳。 CENELEC 和 IEC 定义了两类本质安全设备，即 EX ia 和 EX ib。 EX ia 级 此类别将设备分类为在正常操作程序下不会引起点燃，或在发生单一故障或任何两个完全独立的故障时也不会引起点燃。 EX ib 级 此类别将设备分类为在正常操作程序下不会引起点燃，或在发生单一故障时也不会引起点燃。 与 IP 防护一样，本模块无意深入讨论此主题；这是一个复杂的主题，由于设备分组在不同国家可能不同而更加复杂。 建议读者如需进一步了解此主题，应研究相应的相关标准。