Войти
Приборы - это собирательный термин для измерительных приборов, которые используются для индикации, измерения и записи физических величин. Термин берет свое начало в искусстве и науке научного приборостроения.
Приборы могут относиться к таким простым устройствам, как прямые считывающие термометры, или столь же сложным, как многосенсорные компоненты промышленные системы управления. Сегодня приборы можно найти в лабораториях, нефтеперерабатывающих заводах, на заводах и в транспортных средствах, а также в повседневном бытовом использовании (например, детекторы дыма и термостаты )
Локальная приборная панель на паровой турбине Историю КИП можно разделить на несколько этапов.
Элементы промышленного приборы имеют долгую историю. Весы для сравнения веса и простые указатели для указания положения - это древние технологии. Некоторые из самых ранних измерений относились к времени. Одни из самых старых водяных часов были найдены в гробнице древнеегипетского фараона Аменхотепа I, захороненного около 1500 г. до н.э. В часы были внесены улучшения. К 270 г. до н.э. у них уже были зачатки устройства автоматической системы управления.
В 1663 г. Кристофер Рен представил Королевскому обществу проект «погодных часов». На рисунке показаны метеорологические датчики, перемещающие ручки по бумаге, приводимые в движение часовым механизмом. Такие устройства не стали стандартом в метеорологии за два столетия. Концепция осталась практически неизменной, о чем свидетельствуют пневматические самописцы, в которых сильфон под давлением вытесняет ручку. Интеграция датчиков, дисплеев, регистраторов и элементов управления была редкостью до промышленной революции, ограничиваясь как необходимостью, так и практичностью.
Эволюция аналоговой сигнализации контура управления от пневматической эры до электронной эры В ранних системах использовались прямые технологические соединения с местными панелями управления для управления и индикации, что с начала 1930-х гг. внедрение пневматических датчиков и автоматических 3-х элементных (PID) регуляторов.
Диапазон пневматических преобразователей определялся необходимостью управления клапанами и приводами в полевых условиях. Обычно сигнал составлял от 3 до 15 фунтов на квадратный дюйм (от 20 до 100 кПа или от 0,2 до 1,0 кг / см2) в качестве стандарта, был стандартизован с использованием 6–30 фунтов на квадратный дюйм, иногда используемого для больших клапанов. Транзисторная электроника позволила заменить проводку на трубах, первоначально с диапазоном от 20 до 100 мА при напряжении до 90 В для устройств с питанием от контура, а в более современных системах - до 4–20 мА при напряжении 12–24 В. Передатчик - это устройство, которое выдает выходной сигнал, часто в форме сигнала 4–20 мА электрического тока, хотя многие другие варианты используют напряжение, частота, давление или ethernet. транзистор был коммерциализирован к середине 1950-х годов.
Инструменты, подключенные к системе управления, обеспечивали сигналы, используемые для управления соленоидами, клапанами, регуляторы, выключатели, реле и другие устройства. Такие устройства могут управлять желаемой выходной переменной и обеспечивать возможности удаленного или автоматического управления.
Каждая приборная компания представила свой собственный стандартный измерительный сигнал, вызывая путаницу до тех пор, пока диапазон 4–20 мА не стал использоваться в качестве стандартного электронного измерительного сигнала для датчиков и клапанов. Этот сигнал был в конечном итоге стандартизирован как ANSI / ISA S50, «Совместимость аналоговых сигналов для электронных промышленных технологических инструментов», в 1970-х годах. Преобразование измерительных приборов с механических пневматических преобразователей, контроллеров и клапанов в электронные инструменты снизило затраты на техническое обслуживание, поскольку электронные инструменты были более надежны, чем механические инструменты. Это также повысило эффективность и производительность за счет повышения их точности. Пневматика обладает некоторыми преимуществами, предпочитаемыми в агрессивных и взрывоопасных средах.
Пример единого промышленного управления контур, показывающий непрерывно модулированное управление технологическим потоком В первые годы управления технологическим процессом индикаторы процесса и элементы управления, такие как клапаны, контролировались оператором, который обходил установку, регулируя клапаны, чтобы получить требуемые температуры, давление и потоки. По мере развития технологий были изобретены пневматические регуляторы и установлен на месте, которое контролировало процесс и управляло клапанами. Это сократило время, необходимое операторам технологического процесса для наблюдения за процессом. В последующие годы фактические контроллеры были перемещены в центральную комнату, и сигналы были отправлены в диспетчерскую для контроля процесса, а выходные сигналы были отправлены на конечный элемент управления, такой как клапан, для регулировки процесса по мере необходимости. Эти контроллеры и индикаторы крепились на стене, называемой платой управления. Операторы стояли перед этой доской, ходя взад и вперед, наблюдая за показателями процесса. Это снова уменьшило количество и время, необходимое операторам технологического процесса для обхода блоков. Самый стандартный уровень пневматического сигнала, использовавшийся в те годы, составлял 3–15 фунтов на квадратный дюйм.
Пневматический «трехчленный» пневматический ПИД-регулятор, широко использовавшийся до появления электроники стал надежным, дешевым и безопасным для использования во взрывоопасных зонах (пример Siemens Telepneu) 
Центральная диспетчерская до эпохи DCS / SCADA. Хотя средства управления централизованы в одном месте, они по-прежнему дискретны и не интегрированы в одну систему. 
Диспетчерская DCS, где информация о предприятии и средства управления отображаются на экранах компьютерной графики. Операторы сидят и могут просматривать и контролировать любую часть процесса со своих экранов, сохраняя при этом обзор предприятия. Управление технологическим процессом на крупных промышленных предприятиях прошло много этапов. Первоначально управление будет осуществляться с локальных панелей технологического предприятия. Однако это потребовало значительных людских ресурсов для работы с этими рассредоточенными группами, и не было общего обзора процесса. Следующим логическим событием стала передача всех измерений станции в центральную диспетчерскую, где постоянно находился персонал. По сути, это была централизация всех локализованных панелей с преимуществами более низкого уровня персонала и более легкого обзора процесса. Часто контроллеры находились за панелями диспетчерской, и все автоматические и ручные управляющие сигналы передавались обратно на завод.
Однако, обеспечивая централизованное управление, эта компоновка была негибкой, поскольку каждый контур управления имел собственное аппаратное обеспечение контроллера, и для просмотра различных частей процесса требовалось постоянное перемещение оператора в диспетчерской. С появлением электронных процессоров и графических дисплеев стало возможным заменить эти дискретные контроллеры компьютерными алгоритмами, размещенными в сети стоек ввода / вывода с собственными процессорами управления. Они могут быть распределены по предприятию и сообщаться с графическим дисплеем в диспетчерской или комнатах. Так родилась концепция распределенного управления.
Внедрение DCS и SCADA позволило легко соединить и перенастроить средства управления производством, такие как каскадные петли и блокировки, а также легкое взаимодействие с другими производственными компьютерными системами. Он обеспечил сложную обработку аварийных сигналов, ввел автоматическую регистрацию событий, устранил необходимость в физических записях, таких как регистраторы диаграмм, позволил объединить стойки управления в сеть и, таким образом, локально расположить их на заводе, чтобы сократить количество прокладок кабелей, и обеспечил высокоуровневые обзоры состояния завода и производства. уровни.
В некоторых случаях датчик является очень второстепенным элементом механизма. Цифровые камеры и наручные часы могут технически соответствовать свободному определению инструментов, поскольку они записывают и / или отображают воспринимаемую информацию. В большинстве случаев ни то, ни другое не называлось бы инструментами, но когда они использовались для измерения прошедшего времени гонки и документирования победителя на финише, то и то, и другое можно было бы назвать инструментами.
Очень простой пример контрольно-измерительной системы - это механический термостат, используемый для управления домашней печью и, таким образом, для регулирования температуры в помещении. Типичный прибор измеряет температуру с помощью биметаллической ленты . Показывает температуру иглой на свободном конце полоски. Он включает печь с помощью ртутного выключателя. Когда переключатель поворачивается полоской, ртуть создает физический (и, следовательно, электрический) контакт между электродами.
Другим примером контрольно-измерительной системы является система домашней безопасности. Такая система состоит из датчиков (обнаружение движения, переключатели для обнаружения открывания дверей), простых алгоритмов обнаружения вторжения, местного управления (постановка / снятие с охраны) и удаленного мониторинга системы, чтобы можно было вызвать полицию. Коммуникация - неотъемлемая часть дизайна.
Кухонная техника использует датчики для контроля.
Современные автомобили имеют сложное оборудование. Помимо отображения скорости вращения двигателя и линейной скорости автомобиля, здесь также отображаются напряжение и ток аккумуляторной батареи, уровни жидкости, температура жидкости, пройденное расстояние и обратная связь различных органов управления (поворотники, стояночный тормоз, фары, положение трансмиссии). Предупреждения могут отображаться для особых проблем (низкий уровень топлива, проверка двигателя, низкое давление в шинах, приоткрытая дверь, отстегнутый ремень безопасности). Проблемы регистрируются, поэтому о них можно сообщить на диагностическое оборудование. Системы навигации могут предоставлять голосовые команды для достижения пункта назначения. Автомобильные приборы должны быть дешевыми и надежными в течение длительного времени в суровых условиях. Могут существовать независимые системы подушек безопасности , которые содержат датчики, логические схемы и исполнительные механизмы. Противоскользящие тормозные системы используют датчики для управления тормозами, а круиз-контроль влияет на положение дроссельной заслонки. Широкий спектр услуг может быть предоставлен через каналы связи, как в системе OnStar. Демонстрировались автономные автомобили (с экзотической аппаратурой).
Ранний самолет имел несколько датчиков. «Датчики пара» преобразовывали давление воздуха в отклонения стрелки, которые можно интерпретировать как высоту и скорость полета. Магнитный компас давал чувство направления. Дисплеи пилоту были так же важны, как и измерения.
Современный самолет имеет гораздо более сложный набор датчиков и дисплеев, которые встроены в системы авионики. Самолет может содержать инерциальные навигационные системы, системы глобального позиционирования, метеорологический радар, автопилоты и системы стабилизации самолета. Для надежности используются резервные датчики. Подмножество информации может быть передано в регистратор аварий, чтобы помочь в расследовании аварий. Современные пилотные дисплеи теперь включают компьютерные дисплеи, в том числе проекционные дисплеи.
РЛС управления воздушным движением - это распределенная система приборов. Заземленная часть передает электромагнитный импульс и принимает эхо (как минимум). Самолеты имеют транспондеры, передающие коды при приеме импульса. Система отображает местоположение самолета на карте, идентификатор и, при необходимости, высоту. Местоположение на карте основано на измеренном направлении антенны и измеренной временной задержке. Другая информация заложена в передачу транспондера.
Среди возможных применений этого термина - набор лабораторного испытательного оборудования, управляемого компьютером через шину IEEE-488 (также известную как GPIB для General Purpose Instrument Bus или HPIB для Hewlitt Packard Instrument Bus). Имеется лабораторное оборудование для измерения многих электрических и химических величин. Такой набор оборудования можно использовать для автоматизации проверки питьевой воды на наличие загрязняющих веществ.
Приборы используются для измерения многих параметров (физических величин). К этим параметрам относятся:
|
|
.
Регулирующий клапан 
Контрольно-измерительная часть схемы трубопроводов и КИП будет разработана КИП инженер. Приборостроение - это инженерная специализация, сфокусированная на принципе и работе измерительных приборов, которые используются при проектировании и настройке автоматизированных систем в таких областях, как электрические и пневматические области, а также контроле измеряемых величин. Обычно они работают в отраслях с автоматизированными процессами, такими как химические или производственные заводы, с целью повышения производительности системы , надежности, безопасность, оптимизация и стабильность. Для управления параметрами в процессе или в конкретной системе используются такие устройства, как микропроцессоры, микроконтроллеры или ПЛК, но их конечной целью является управление параметрами системы.
КИП определяется вольно, потому что требуемые задачи сильно зависят от предметной области. Специалист по биомедицинскому оборудованию лабораторных крыс озабочен совсем другими проблемами, чем эксперт по ракетному оборудованию. Общей проблемой для обоих является выбор подходящих датчиков на основе размера, веса, стоимости, надежности, точности, долговечности, устойчивости к окружающей среде и частотной характеристики. Некоторые сенсоры буквально стреляют артиллерийскими снарядами. Другие чувствуют термоядерные взрывы, пока не будут уничтожены. Данные датчиков обязательно должны записываться, передаваться или отображаться. Скорость записи и емкость сильно различаются. Передача может быть простой или тайной, зашифрованной и маломощной при наличии помех. Дисплеи могут быть банально простыми или могут потребовать консультации со специалистами по человеческому фактору. Дизайн систем управления варьируется от банального до отдельной специальности.
Инженеры по КИП отвечают за интеграцию датчиков с регистраторами, преобразователями, дисплеями или системами управления и за создание схемы трубопроводов и КИП для процесса. Они могут спроектировать или указать установку, проводку и формирование сигнала. Они могут нести ответственность за калибровку, тестирование и обслуживание системы.
В исследовательской среде специалисты в предметной области обычно обладают значительными знаниями в области инструментальных систем. Астроном знает структуру Вселенной и многое о телескопах - оптике, наведении и камерах (или других чувствительных элементах). Это часто включает в себя с трудом приобретенные знания операционных процедур, которые обеспечивают наилучшие результаты. Например, астроном часто знаком с методами сведения к минимуму температурных градиентов, вызывающих турбулентность воздуха внутри телескопа.
Технологи, техники и механики по КИП специализируются на поиске и устранении неисправностей, ремонте и техническом обслуживании приборов и контрольно-измерительных систем.
Ральф Мюллер (1940) заявил: «История физической науки - это в основном история приборов и их интеллектуального Использование широко известно. Широкие обобщения и теории, возникавшие время от времени, основывались или опускались на основе точных измерений, и в некоторых случаях для этой цели приходилось изобретать новые инструменты. Мало свидетельств того, что разум современного человека превосходит разум древних. Его инструменты несравнимо лучше ".
Дэвис Бэрд утверждал, что главное изменение, связанное с идентификацией Флориса Коэна с" четвертая большая научная революция "после Второй мировой войны - это разработка научных приборов не только в химии, но и во всех других науках. В химии появление нового оборудования в 1940-х годах было «не чем иным, как научно-технической революцией», в ходе которой были отброшены классические мокрые и сухие методы структурной органической химии и открылись новые области исследований.
Еще в 1954 году У. А. Уайлдхак обсуждал как продуктивный, так и разрушительный потенциал, присущий управлению процессами. Возможность проводить точные, проверяемые и воспроизводимые измерения природного мира на уровнях, которые ранее не наблюдались, с использованием научных инструментов, «обеспечила другую структуру мира». Эта революция в области оборудования коренным образом меняет человеческие способности контролировать и реагировать, как показано в примерах мониторинга ДДТ и использования УФ-спектрофотометрии и газовой хроматографии для мониторинга загрязнители воды.
 | Викискладе есть медиафайлы, связанные с Инструментарий. |
 | Найдите инструмент в Викисловаре, бесплатный словарь. |
