1.3.4 檢測(cè)儀表和執(zhí)行器

檢測(cè)儀表和執(zhí)行器是控制系統(tǒng)非常重要的設(shè)備，沒有準(zhǔn)確的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)和執(zhí)行器的準(zhǔn)確動(dòng)作，再好的控制算法都不能實(shí)現(xiàn)高性能控制。工業(yè)控制系統(tǒng)最容易出現(xiàn)故障的部分就是傳感器和執(zhí)行器。可將檢測(cè)儀表和執(zhí)行器看作下位機(jī)系統(tǒng)的一部分，由于它們?cè)赟CADA系統(tǒng)中起重要作用，因此在這里單獨(dú)進(jìn)行介紹。

1.檢測(cè)儀表

SCADA系統(tǒng)中監(jiān)控的參數(shù)按照數(shù)據(jù)類型可以分為模擬量、數(shù)字量和脈沖量等，模擬量包括溫度、壓力、物位、流量等典型過程參數(shù)和其他各種參數(shù)，而數(shù)字量包括設(shè)備的啟/停狀態(tài)等。在不同的應(yīng)用中，參數(shù)的類型相差很大，如在環(huán)境監(jiān)控中，要大量采用各種分析儀表進(jìn)行環(huán)境參數(shù)分析；在電力系統(tǒng)中，則要檢測(cè)電流、電壓、功率等參數(shù)。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)這些參數(shù)的檢測(cè)與監(jiān)控，首先要通過各種檢測(cè)儀表把這些參數(shù)轉(zhuǎn)換為電量信號(hào)，然后把儀表輸出與計(jì)算機(jī)的各種I/O接口連接，最終實(shí)現(xiàn)把模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，并被計(jì)算機(jī)采集。為了簡(jiǎn)化檢測(cè)儀表與各種I/O設(shè)備的連接，通常要求檢測(cè)儀表的輸出是各種標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，如對(duì)于模擬量，采用4～20mA的標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)，這些信號(hào)十分適合遠(yuǎn)距離傳輸。若檢測(cè)儀表輸出的不是標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，則可以通過相應(yīng)的變送器將檢測(cè)儀表輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。相比而言，數(shù)字量的輸入/輸出要簡(jiǎn)單得多，實(shí)現(xiàn)起來較容易。

檢測(cè)儀表在組成上包括檢測(cè)元件（敏感元件或傳感器）和轉(zhuǎn)換電路。檢測(cè)元件直接響應(yīng)工藝變量，并轉(zhuǎn)換為一個(gè)與之成對(duì)應(yīng)關(guān)系的輸出信號(hào)，這些信號(hào)可以是位移、電壓、電流、電阻、電荷、頻率、光量、熱量等。當(dāng)采用熱電偶測(cè)溫時(shí)，檢測(cè)儀表將被測(cè)溫度轉(zhuǎn)換為熱電勢(shì)信號(hào)；當(dāng)采用熱電阻測(cè)溫時(shí)，檢測(cè)儀表將被測(cè)溫度轉(zhuǎn)換為電阻信號(hào)。由于一些檢測(cè)儀表輸出的是非標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，因此，還需要通過變送器把該信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的電流信號(hào)或電壓信號(hào)。當(dāng)然，由于熱電偶與熱電阻在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)被大量使用，一般廠家的下位機(jī)系統(tǒng)有專門的熱電偶與熱電阻模塊，因此也可以配置這類模塊，而不需要進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換。

通常要根據(jù)工藝特點(diǎn)，從測(cè)量精度、量程、儀表價(jià)格、使用環(huán)境、維護(hù)、備件等方面來進(jìn)行儀表選型。隨著技術(shù)的發(fā)展，新型檢測(cè)儀表不斷出現(xiàn)，許多過去難以測(cè)量的變量現(xiàn)在得以有較好的解決方案。由于非接觸式檢測(cè)儀表具有不少突出優(yōu)點(diǎn)，因此目前在儀表選型上會(huì)優(yōu)先考慮選用非接觸式儀表。例如，污水處理廠的進(jìn)水泵房液位檢測(cè)目前已基本用超聲波液位計(jì)代替了傳統(tǒng)的投入式液位計(jì)。

2.執(zhí)行器

執(zhí)行器也稱執(zhí)行設(shè)備。執(zhí)行器接收下位機(jī)（控制器）的輸出，改變操縱變量，使生產(chǎn)過程或設(shè)備按照預(yù)定要求正常運(yùn)行。在不同的行業(yè)中，執(zhí)行器的類別不一樣，如在生產(chǎn)過程監(jiān)控中，出于生產(chǎn)安全方面的考慮，各種氣動(dòng)執(zhí)行器得到廣泛應(yīng)用，典型的就是氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥，還有各種氣動(dòng)開關(guān)閥門。而在制造業(yè)中，各種步進(jìn)電機(jī)、變頻器、伺服電機(jī)等調(diào)速設(shè)備得到廣泛應(yīng)用。執(zhí)行器是控制系統(tǒng)的重要執(zhí)行設(shè)備，要根據(jù)執(zhí)行器的特點(diǎn)、現(xiàn)場(chǎng)使用要求（如使用環(huán)境、工藝介質(zhì)特點(diǎn)、調(diào)節(jié)精度、調(diào)節(jié)速度）等進(jìn)行合理選擇。

氣動(dòng)執(zhí)行器、電動(dòng)執(zhí)行器、液動(dòng)執(zhí)行器的比較如表1.1所示。

表1.1 氣動(dòng)執(zhí)行器、電動(dòng)執(zhí)行器、液動(dòng)執(zhí)行器的比較