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上海电力学院
测控仪表设计制作课程设计
课 程： 测控仪表设计制作 院 系： 自动化工程学院 专 业： 测控技术与仪器 组员姓名： 指导教师：
时 间： 2015/1/12----2015/1/16
老师签名：
教研室主任（系主任）签名：
一、 设计目的
使学生在理解已学的有关检测仪表及过程控制仪表的基本概念、组成结构、工作原理、测控系统设计原则及设计方法的基础上，结合实验室现有设备，联系实际的课程设计题目,使学生熟悉和掌握测控系统的设计和调试方法，学会对单回路调节器、电动执行机构、手操器等相关仪表的设置及使用，进一步增强解决实际工程问题的能力。
二、 设计内容
（一）以实验室的“电动执行器”为执行器和被控对象，以单回路调节器为控制装置，构成一个单回路控制系统。
本课程设计将完成该系统的下列一系列工程性设计： (1) 被控对象特性组态设计： 被控对象：执行器本身。
工作过程：改变调节器的设定值，手工模拟系统干扰，使得系统处于扰动状态。
工作方式：控制器接受偏差信号后，按一定的运算规律（这里用的是比例积分） 输出控制信号，作用于被控对象，以消除扰动对被控对象的影响，从而使被控变量回到给定值上。
1. 按实验接线图，图2接线
图2 实验接线图
2.调节器参数设置
1）系统选择：系统选择密码0028，系统编号C0：0000，调节反馈。 2）比例参数（密码0008）：K0（P0）为调节器P，K1（P1）为设定值sp（可不设，在自动状态用定制增减键设置）。其他参数参考值见表1。
3）时间参数设置（密码0009）：T0：积分时间。其他参数参考值见表2.
4）显示量程参数设置（密码0010） 表3 显示量程参数表
3.手工模拟系统干扰
记录在不同K1和T0值时，系统在受干扰后，再次恢复稳定所需时间，实验数据见下表。 当T0不变，并设置T0为20时，
(2) 控制系统一次仪表选型设计；
将单回路调节器与电动执行机构组成一个系统，分析端子连线方法，分析该系统的输入输出特性。
（二）热水锅炉过程控制的测控仪表系统设计
按照可以实现锅炉水位自动控制的要求配套水位传感器和水流调节阀以及相应的控制器。要求画出连线图以及选型说明。
三、 设计内容
基于漏磁检测技术的油气管道检漏
摘要：管道运输是输送石油、天然气和成品油最经济、最安全有效的方式之一。 管道运输业是一个庞大的工业体系，在石油天然气工业乃至世界经济当中发挥着越来越重要的作用。油田中抽油泵采油的油井中油管的失效率很高,这主要是由于油管在使用过程中由于腐蚀而产生的腐蚀坑和孔洞摩擦产生的偏磨以及承载产生的裂纹等缺陷所致。现役油管因缺陷而产生泄漏甚至断裂的现象时有发生,给油田带来了巨大的经济损失。
关键词：漏磁检测；安全输送；油气管道；检测仪表
1 引言：
管道线路工程是用管子、管件、阀门等连接管道起点站、中间站和终点站，构成管道运输线路的工程，是输送石油、天然气和成品油最经济、最安全有效的方式之一，也是管道工程的主体部分。到目前为止，我国油气管网格局初步形成，总里程达10.62 万公里。我国经济增长将保持较高速度，工业化进程进一步加快，油气需求还将继续呈高速增长态势。我国石油资源分布不均衡，客观上形成了西油东运、北油南下的基本配置格局。同时，我国油气资源的低丰度也决定了进口石油是国家基本的能源战略措施之一。
油田中抽油泵采油的油井中油管的失效率很高,这主要是由于油管在使用过程中由于腐蚀而产生的腐蚀坑和孔洞摩擦产生的偏磨以及承载产生的裂纹等缺陷所致。现役油管因缺陷而产生泄漏甚至断裂的现象时有发生,给油田带来了巨大的经济损失。
2 现有油气管道检漏技术
我国从80年代开始进行管道检测器的研制开发工作,取得了一些成果,同时,也陆续从国外引进了一些先进的检测设备,对几条原油管道成功地实施了内检测,取得了令人满意的检测结果。尽管如此,和世界先进水平相比还有较大差距。由于各方面原因,某些管道经营管理者对管道检测的重要性认识。
现有油气管道检测技术主要包括漏磁检测技术、超声波检测技术、涡流检测技术、射线检测技术、热像显示检测技术等。而利用漏磁检测技术制成的漏磁检测仪现主要用于我国的西气东输管道检漏，有很重要的地位，本文也将围绕漏磁检测展开。2006年我国第一套高清晰度漏磁检测器研制成功。填补了我国油气管道高清晰检测技术领域的空白，标志着我国管道检测技术跨入了国际先进行列。
3 漏磁检漏技术基本原理
漏磁检测方法通常与涡流、微波、金属磁记忆一起被列为电磁(EMElectromagnetic)无损检测方法。该方法主要应用于诸如输油气管、储油罐底板、钢丝绳、钢板、钢管、钢棒、链条、钢结构件、焊缝、埋地管道等铁磁性材料表面和近表面的腐蚀、裂纹、气孔、凹坑、夹杂等缺陷的检测,也可用于铁磁性材料的测厚。漏磁无损检测技术在钢铁、石油、石化等领域应用较广泛。
漏磁检测是指铁磁材料被磁化后，因试件表面或近表面的缺陷而在其表面形成漏磁场，人们可以通过检测漏磁场的变化进而发现缺陷。利用漏磁检测原理对油管表面及内部的裂纹、孔洞、腐蚀坑及磨损等缺陷进行计算机化无损检测,其最大特点就是实现了自动化，检测效率高，避免了因人为因素而造成的漏检，节省了人力，提高了检测的准确性。
漏磁场就是，当材料存在切割磁力线的缺陷时，材料表面的缺陷或组织状态变化会使磁导率发生变化，由于缺陷的磁导率很小，磁阻很大，使磁路中的磁通发生畸变，磁感应线流向会发生变化，除了部分磁通会直接通过缺陷或材料内部来绕过缺陷，还有部分磁通会泄漏到材料表面上空，通过空气绕过缺陷再进入材料，于是就在材料表面形成了漏磁场。
如图，将被测铁磁材料磁化后，若材料内部材质连续、均匀，材料中的磁感应线会被约束在材料中，磁通平行于材料表面，被检材料表面几乎没有磁场；如果被磁化材料有缺陷，其磁导率很小、磁阻很大，使磁路中的磁通发生畸变，其感应线会发生变化，部分磁通直接通过缺陷或从材料内部绕过缺陷，还有部分磁通会泄露到材料表面的空间中，从而在材料表面缺陷处形成漏磁场。利用磁感应传感器（如霍尔传感器）获取漏磁场信号，然后送入计算机进行信号处理，对漏磁场磁通密度分量进行分析能进一步了解相应缺陷特征比如宽度、深度。
4漏磁捡漏技术的应用
目前,由美国、英国、德国生产的产品几乎垄断着整个国际市场。近几年,我国油田和无缝钢管生产企业主要从美国和德国引进一些大型的机电一体化检测设备,如无缝管、抽油杆在线漏磁探伤,智能管道爬行器等。国内生产的漏磁检测设备相对较少,大部分国内工矿企业主要采用进口的检测设备进行检测。
漏磁检测是用磁传感器检测缺陷，相对于渗透、磁粉等方法，有以下几个优点：
1）容易实现自动化。由传感器接收信号，软件判断有无缺陷，适合于组成自动检测系统。
2）有较高的可靠性。从传感器到计算机处理，降低了人为因素影响引起的误差，具有较高的检测可靠性。
3）可以实现缺陷的初步量化。这个量化不仅可实现缺陷的有无判断，还可以对缺陷的危害程度进行初步评估。
4）对于壁厚30mm以内的管道能同时检测内外壁缺陷。
5）因其易于自动化，可获得很高的检测效率且无污染。
漏磁检测技术也不是万能的，有其局限性：
1）只适用于铁磁材料。因为漏磁检测的第一步就是磁化，非铁磁材料的磁导率接近1，缺陷周围的磁场不会因为磁导率不同出现分布变化，不会产生漏磁场。
2）严格上说，漏磁检测不能检测铁磁材料内部的缺陷。若缺陷离表面距离很大，缺陷周围的磁场畸变主要出现在缺陷周围，而工件表面可能不会出现漏磁场。
3）漏磁检测不适用于检测表面有涂层或覆盖层的试件。
4）漏磁检测不适用于形状复杂的试件。磁漏检测采用传感器采集漏磁通信号，试件形状稍复杂就不利于检测。
5）磁漏检测不适合检测开裂很窄的裂纹，尤其是闭合性裂纹。
5结论【测控仪表】
随着现代科学、社会的进步,漏磁检测技术有着愈来愈大的发展和应用空间,尤其是处于飞速发展的我国工业应用领域,随着市场需求的进一步扩大和全民安全意识的提高,给漏磁检测技术的发展及无损检测工作者提供了一次难得的机遇和挑战。
目前,漏磁检测技术理论需要进一步研究开展的工作有:漏磁场信号与缺陷特征之间的对应关系;不同类型的缺陷漏磁场理论模型,复合材料的漏磁场形成机理研究等。
参考文献
康勇. 油气管道工程[J]. 中国石化出版社.2008
何仁洋等.《油气管道检测与评价》[M]. 中国石化出版社.2010
王凯奇，赵亚韦，等. 《泄漏检测》[M]. 机械工业出版社.2005
中国仪器仪表行业协会. 仪器仪表产品、测量与控制设备选用指南[M]. 中国水利水电出版社.2004
【5】 任吉林 ．电磁无损检测 ．北京 ：科学出版社 ，2008 ：290-291 【1】 【2】 【3】 【4】
测控仪表
测控仪表可以直接取代常规电力变送器及测量仪表。作为一种先进的智能化、数字化的前端采集元件，该电力仪表已广泛应用于各种控制系统、SCADA系统和能源管理系统中。仪表采用交流采样技术，能分别测量电网中的电流、电压、功率、功率因数和电能等参数，可通过面板薄膜开关设置倍率，带RS485通讯、报警输出、开关量输入/输出等功能。
此系列仪表是针对电力系统、工矿企业、公用设施、智能大厦的电力监控需求而设计的电压、电流、功率、功率因数和电能等仪表。
电力监控仪表知名品牌主要有上海安科瑞PZ80L-E4、PZ80L-AI3、PZ48-AI，北京爱博精电EV100等等。
上海安科瑞电力监控仪表PZ80L-E4
适用环境
工作温度：LCD显示：-10℃~+45℃；LED显示：-10℃~+55℃ 储存温度：-20℃~+70℃等
相对湿度：≤93%RH，不结露，无腐蚀性气体场所
海拔高度：≤2500m
电磁兼容
静电抗干扰实验 Ⅲ级(IEC61000-4-2)
辐射抗干扰试验 Ⅲ级(IEC61000-4-3)
电快速瞬变脉冲群干扰试验 Ⅳ级(IEC61000-4-4)
浪涌抗干扰试验 Ⅳ级(IEC61000-4-5)
射频传导干扰试验 Ⅲ级(IEC61000-4-6)
电磁场抗干扰试验 Ⅲ级(IEC61000-4-8)
技术参数
电流输入
电流：1A、5A
持续1.2倍，瞬时10倍/秒
功耗＜0.5VA
电压输入
电压：100V、220V、380V
持续1.2倍，瞬时2倍/秒
功耗＜0.5VA
精度等级
电流、电压：0.5级
频率：0.05Hz
有功功率、有功电能：0.5级
无功功率、无功电能：1.0级
绝缘电阻
≥100MΩ
工频耐压
电源/输入/输出之间2kV/1min
平均无故障工作时间
≥50000h
电能
2路集电极开路的光耦脉冲
工作电源
工作范围 AC80~270V或DC100-350V，45Hz~65Hz；
功耗＜1.2VA
模拟量输出
4-20mA、0-20mA、0-5V等
通讯
RS485接口 MODBUS-RTU协议
报警
1路无源常开触点：1A/30VDC、2A/250VAC，高、低、不平衡报警均可设置
开关量输入
无源干接点输入方式：内置电源，光耦隔离【测控仪表】
开关量输出
继电器常开触点输出：1A/30VDC、2A/250VAC
选配功能
C — 带RS485通讯接口，采用Modbus协议
K — 带开关量输入／输出
M — 模拟量输出
J — 继电器报警输出
显示方式
带背光的液晶显示（附加L代号），数码管显示（无附加代号）
仪表外形及安装尺寸 单位mm
PZ48-AI方形 — 面框尺寸为仪表面框尺寸为48mm*48mm，开孔尺寸为
44.5mm*44.5mm，安装深度为82mm
PＺ80L-E4方形 — 面框尺寸为仪表面框尺寸为80mm*80mm，开孔尺寸
为76mm*76mm，安装深度为91mm
PZ72-AI方形 — 面框尺寸为仪表面框尺寸为72mm*72mm，开孔尺寸为
67mm*67mm，安装深度为91mm
PZ96-AI方形 — 面框尺寸为仪表面框尺寸为96mm*96mm，开孔尺寸为
88mm*88mm，安装深度为85mm
PZ42-AI3方形 — 面框尺寸为仪表面框尺寸为120mm*120mm，开孔尺
寸为108mm*108mm，安装深度为85mm
范例
型 号： PZ42-AI/M
输 入： 100A/5A
模拟量输出：4~20mA
辅助电源： AC220V/50HZ
型 号： PZ80L-E4／ＫＣ
输 入： 380V 400A／５Ａ
开关量输入／输出：2ＤＩ／2ＤＯ
通 讯：ＲＳ48５ Ｍodbus协议
电 网：三相四线
辅助电源： AC220V/50HZ
多功能网络测控仪表
多功能网络测控仪表是针对电力系统、工矿企业、公共设施、智能大厦的电力监控需求而设计的。它能测量所有的常用电力参数，如三相电流、电压，有功、无功功率，电度、谐波等。由于该电力仪表还具备完善的通信联网功能，所以我们称之为网络电力仪表。它非常适合于实时电力监控系统。
该表具有很高的性能价格比，可以直接取代常规电力变送器及测量仪表。作为一种先进的智能化、数字化的前端采集元件，该系列网络仪表已广泛应用于各种控制系统、SCADA系统和能源管理系统中。
多功能网络仪表国外知名品牌有美国电气控制QP系列、法国施耐德PM系列，国内知名品牌有上海安科瑞ACR系列、江苏斯菲尔PD系列、珠海派诺PMAC等。
下面以上海安科瑞智能电力仪表ACR220EL为例,阐述多功能网络测控仪表的功能及技术参数。
多功能网络测控仪表
LCD显示、全电参量测量（U、I、P、Q、PF、F）；四象限电能计量、复费率电能统计、最大需量统计；4DI+2DO；RS485通讯接口、Modbus协议，适用于低压联络柜、出线柜中。
适用环境
工作温度：-10℃~+45℃
储存温度：-25℃~+70℃
相对湿度：≤95%不结露
海拔高度：≤2500m
电磁兼容
静电抗干扰实验 Ⅲ级(IEC61000-4-2)
辐射抗干扰试验 Ⅲ级(IEC61000-4-3)
电快速瞬变脉冲群干扰试验 Ⅳ级(IEC61000-4-4)
浪涌抗干扰试验 Ⅳ级(IEC61000-4-5)
射频传导干扰试验 Ⅲ级(IEC61000-4-6)
电磁场抗干扰试验 Ⅲ级(IEC61000-4-8)
功能
可直接从电流、电压互感器接入信号；
可任意设定PT/CT变比；
仪表显示可滚动设置；
I/O开关量，继电器报警输出，4~20mA模拟量等功能模块化设计； 多块仪表可设置不同地址；【测控仪表】
可通讯接入SCADA、PLC系统中；可与业界多种软件通讯（Intouch, Fix,
Citec，组态网等）；
LED或蓝屏背光LCD显示，可视度高；
方便安装，接线简单，工程量小；
仪表采用专用失电保护电路，在失电情况下，数据保存不丢失，恢复电源
后，仪表继续运行；
四象限电能计量，分时计费，最大需量纪录及12个月电能统计。
应用领域
能源管理系统
变电站自动化
配电网自动化
小区电力监控
工业自动化
智能建筑
智能型配电盘、开关柜
技术参数
网络
单相、三相三线、三相四线
精度等级
电流、电压：0.2级，
功率、有功电能：0.5级，
频率：0.05Hz，
无功电能：1级
输入电流
额定值：AC1A、5A
过负荷： 1.2倍持续，瞬时10倍/10秒
功耗：＜0.2VA
阻抗：＜0.1Ω
输入电压
额定值：AC100V、400V
过负荷： 1.2倍持续，瞬时2倍/1秒
功耗：＜0.2VA
阻抗：＞200kΩ
工作电源
工作范围 AC85-270V
频率 50±5Hz，60±5Hz
功耗 ＜1W
工频耐压
2kV/1min交流有效值
开关量输入
2、4或8路路干接点输入，内置+5V电源
开关量输出
输出方式：2或4路继电器常开触点输出
触点容量：AC 250V/3A、DC 30V/3A
脉冲输出
输出方式:集电极开路的光耦脉冲，2路输出
脉冲常数: 10000、40000、160000 imp/kWh
通讯
RS485接口
MODBUS-RTU协议
波特率38400、19200、9600、4800可设定
外形及安装尺寸(mm)
ACR120EL的面框尺寸为80mm*80mm,开孔尺寸为76mm*76mm, 安装深度为91mm。安装方式为嵌入式，固定方式为挤压式。LCD显示。
ACR220EL的面框尺寸为96mm*96mm,开孔尺寸为88mm*88mm, 安装深度为85mm。安装方式为嵌入式，固定方式为挤压式。LCD显示。
ACR320EL的面框尺寸为120mm*120mm,开孔尺寸为108mm*108mm, 安装深度为85mm。安装方式为嵌入式，固定方式为挤压式。LCD显示。
范例
型 号：ACR220EL
辅助电源：AC/DC220V
输入信号：380V 600A/5A
电 网：三相四线
通 讯：RS485/Modbus-RTU
型 号：ACR320EL
辅助电源：AC/DC220V
输入信号：380V 750A/5A
电 网：三相四线
通 讯：RS485/Modbus-RTU
公司：上海安科瑞电气股份有限公司
地址：上海嘉定马东工业园区育绿路253号
联系人：夏丽平
手机：13585877341
邮箱：ACRELXLP@163.com
邮编：201801
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