指针式仪表自动读数识别系统设计
指针式仪表自动读数系统设计
摘要
随着模式识别技术、计算机技术等多种技术的不断完善和发展，机器视觉获得了巨大的进步与发展。目前在许多企业中，存在着大量的仪表，仪表的读数都要靠人来完成，工作量很大而且误差率相对来说比较高，基于这个原因，设计了一个工业生产线在线检测数据数字化处理系统。首先通过摄像头采集仪表图像，通过传输装置以无线的方式把图像传输到电脑上，然后在电脑上通过matlab程序设计，处理图像，读取仪表的数据，然后用labview调用matlab程序，并设计一个显示界面，通过界面可以看到实时的数据与仪表图像以及在一段时间内数据的变化情况。最后通过labview访问access数据库，将读取的数据传入数据库中，便于被调用，最终实现检测数据的数字化处理。
关键词：机器视觉图像处理 Matlab Labview
Online testing data of industrial production line digital processing system design
Abstract
With the development of computer technology and pattern recognition technology,machine vision technology makes a great progress and develop- ment.At present,there are a lot of instrument in many enterprises.in- strument reading work need people to complete.So there are a lot of work to do and efficiency is very low,as the same time,error rate is quite high.For this reason,there design a online testing data of industrial production line digital processing system.First of all,there need to take
Picture by camera.next,t hrough transmission device in wireless way to transmit the image to a computer.Then by matlab programming on the compu- ter,d ata processing images, read the meter.And then call matlab by labview and design a display interface.Through the interface can see the real-time data.At last,through labview access access database,and take the data into database.Finally,realize the testing data of the digital processing.
Keywords：Machine vision image processing Matlab Labview
目录
1.前言 (1)
1.1课题背景 (1)
1.2课题研究现状 (1)
1.3设计的目的与意义 (2)
1.4设计需要解决的问题 (3)
2. 工业生产线在线检测数据数字化处理系统总体方案设计 (4)
2.1设计方案 (4)
2.2可行性分析 (4)
3. 工业生产线在线检测数据数字化处理系统设计综述 (5)
3.1图像采集与传输装置设计 (5)
3.1.1图像采集 (5)
3.1.2图像传输系统 (5)
3.1.3图像采集与传输系统的设计 (8)
3.2图像处理与仪表数据的读取 (9)
3.2.1图像预处理 (10)
3.2.1.1图像滤波去噪 (10)
3.2.1.2图像增强 (12)
3.2.1.3二值化处理 (13)
3.2.1.4边缘检测与图像分割 (16)
3.2.2指针识别 (17)
3.2.3读数识别 (18)
3.3数据显示界面的设计 (19)
3.3.1数据显示界面的前面板 (19)
3.3.2数据显示界面的程序框图 (21)
3.4数据库的建立 (21)
4. 结论 (24)
致谢 (25)
附录一 matlab图像处理程序 (25)
附录二 labview程序框图 (35)
参考文献 (36)
1.前言
1.1课题背景
近年来，随着科学技术的进步，许多新兴的技术不断的产生与发展，机器视觉技术也随着图像处理等技术的发展而逐渐产生，而且发展很快。近些年来，世界范围内涌现了许多的专门从事机器视觉技术的公司，有许多的公司得到了很好的利润。现阶段，国内的机器视觉技术虽然刚起步不长的时间，但是，也有几家公司在这方面取得了不错的成绩，并且发展的速度也很快。所谓的机器视觉是以通过处理图像达到类似于人眼的视觉的效果，提高工作效率减轻人的工作负担，为最终目的。相比于人类的视觉，首先机器视觉不会出现疲劳现象，而且机器视觉识别的精度可以比人眼的识别的精度还要高一些。目前，很多领域中都出现了机器视觉技术的影子，这也体现出了机器视觉技术的研究价值。主要应用的领域有:医学领域、工业检测领域、监控管理、航天领域等。当机器视觉技术应用于工业检测领域时，可以实现工业生产线在线检测数据的自动读取，提高读数的准确性，有效减轻人的负担，及时准确的发现问题、解决问题。
进入21世纪后，电子类的仪表应用的越来越多，准确度更高的数字式仪表大有取代传统的指针式仪表的趋势。但是，数字式的仪表在某些情况下不能使用，对环境的适应性比较差，比如，在读数快速变化的时候就不适合使用了，而且，相比于指针式仪表来说，数字仪表价格相对较高，大批量的购买成本会上升很多。指针式仪表则可以适用于很多的场合，环境因素对其约束相对来说不大。除此之外，指针式仪表还有许多其他的优点，比如，抗干扰性强，防尘，防水等，因此我们国家的许多行业中，尤其是那些严禁易燃易爆的场合，比如电力、石油、化工等，指针式仪表仍然是首选，在环境恶劣的场合，根本无法使用数字式的仪表。在一般的工厂中，指针式的仪表数量大、种类多，这些仪表的读数十分的麻烦，而且工作量很大，工作效率很低。传统上人们是检定指针式仪表的方法是人工判读，但是这种判别方法会受到许多人为因素的干扰，比如人的观测仪表角度、疲劳强度以及观测的距离，具有工作强度大，误差率大等缺点，不能实现仪表读数与检测的自动化。每个仪表都需要依靠人来瞄准，每个仪表的操作也需要依靠人来完成，这种方式的工作量大，效率低。
为了缩短检测的时间，有效减轻工作人员工作强度，提高检测工作的自动化水平，设计工业生产线在线检测数据数字化处理系统是很有必要的。利用机器视觉技术，可以实现仪表图像的采集、识别以及仪表数据的读取，而整个设计的关键就在于如何用图像识别的方式识别仪表，读取数据。
1.2课题研究现状
工业生产线在线监测数据的数字化处理系统的设计的核心是使用图像识别
的方法识别仪表,指针式仪表的读数识别研究起步相对来说较晚，1994年，sablatnig等人提出了利用hough变换来检测指针式仪表的读数的方法[1]。1995 年，韩国的Kyong-Ho Kim 等人成功的实现了对核装置数字表的图像分割，采用的方法是区域划分和阈值法，最终采取一系列的措施，建立一个完全自动化仪表识别系统[2]。Correa Alegria等人完成了利用机器视觉技术对指针式仪表的检定，整个过程为，首先使用摄像头采集图像，然后采用减影法处理图像，保存图像，然后利用霍夫变换检测直线，识别指针，并且读出指针的角度然，最后，根据指针角度通过计算，得到指针的读数[3]。孙凤杰等人提出一种新的提取指针的方法，这种新方法适合较差光照条件下使用，从而解决了光照条件对指针分割的约束问题，取得了较好的识别效果[4]。黎明和王厚枢设计了一个飞机座舱仪表读数的识别系统，这个系统首先进行图像二值化，主要运用的小波变换来提取指针及刻度，并且成功的去除了光线以及各种外部噪声对整个读数系统的影响，检测出指针和刻度后，找到仪表圆心，测量出指针的角度，找到指针角度与读数的关系，并成功读取数据，这个系统的识别精度很高，完全高于人眼的识别，而且成功实现了在线测试[5]。周洪和钟明慧成功的实现了指针式的仪表的数据的自动读取。这种读数方法突破了距离的限制，可以远距离的通过读取到仪表的读书，而且读数准确，延迟也很小，可以在线测试，整个系统的安装也很简单，而且成本也很低，对于一些危险场合的仪表读数具有重要的现实意义[6]。2007年，杨晓敏等人设计了一种新的识别方法，这种方法的原理与车牌识别的远离非常相似模，是一种高斯混合模型识别方法[7]。何智杰等人设计了一种新的仪表读数的识别方法，这种新方法特别适合精度很高的指针仪表，这个方法中主要运用了霍夫变换和中心投影分析法，这种方法可以实现刻度的全自动识别，而且还提高了识别的精度和速度[8]。宁志刚等提出一种可应用于高精度指针仪表读数的方法，该方法的原理是利用脊波来提取仪表图像中的直线，可实现自动跟踪判读[9]。
1.3设计的目的与意义
对于大多数的指针式仪表，尤其是准确度比较高的仪表的检验，仍然需要通过人来实现，这其中夹杂了许多的人为因素，不同的人对于同一个仪表可能会读出不同的数据，对于准确度比较高的仪表，会有比较大的误差率，而且人会出现视觉疲劳，增加了数值被读错的可能性，造成人为的误差。所以，设计一种能自动读取指针式仪表读数的系统，就可以大大减少人的工作量，降低工作的强度，提高读数的准确性，提高工作效率。工业设备能耗参数指标体系建立后，通过计算机就可以清楚的了解到各设备的能耗情况以及工作状态及时准确的发现问题，这样可以减少能源的消耗，优化能源结构，提高能源利用率，提高生产效率，具有良好的经济效益和社会效益。
1.4设计需要解决的问题
①对组成工业生产线在线检测数据数字化处理系统的各种软硬件进行综合设计，硬件部分包括摄像头、图像传输设备、图像接受设备的选择;软件部分包括对接收到的图像进行处理的相关程序，读数显示界面的相关程序。
②研究准确读取仪表数据的方法：获得较高质量表盘图像，有效的把指针检测出来，提高读数的准确性。
③.数据显示界面的设计：能够看到此时此刻的仪表图像以及对应的表盘读数，能够看出仪表的读数在一段时间内的变化情况。
2.工业生产线在线检测数据数字化处理系统总体方案设计2.1设计方案
工业生产线在线检测数据数字化处理系统主要由图像采集装置、图像发射与接受装置、图像处理部分以及客户端等部分组成。设计方案如下所示：
目标仪表图像采集发射器接收器计算机
图像滤波去噪
图像增强
图像二值化
数据库客户端边缘检测图像处理
图像分割
指针识别
读数识别
图2-1 总体方案
图像发射与接收装置采用的是无线影音发射器，图像处理部分是由matlab 来完成的，而客户端则是由labview来设计的。
2.2可行性分析
通过摄像头可以采集到清晰的图像，无线影音传输器可实现图像的远距离传输，用matlab程序可以处理图像，读取数据，labview是一种程序开发环境,可以实现显示界面的搭建，所以，该方案可行。
3.工业生产线在线检测数据数字化处理系统设计综述
3.1图像采集与传输装置设计
3.1.1图像采集
表盘图像的采集选择的是探头摄像头，该摄像头的参数如下图所示，该摄像头拥有六颗直径5mm的红外灯，可以实现夜拍的功能，视频线选择铜芯铜网的全铜视频线，保证传输图像不受干扰。
图3-1 摄像头参数
3.1.2图像传输系统
图像传输选取的是无线影音传输器，无线影音传输器是一种可以把图像和声音无线传输到电脑上的无线设备，该装置如下图所示。
图3-2 无线影音传输器
无线影音传输器共有六个部分：发射机、接受机、全向天线、音视频线、12V2A 电源以及12V1A电源。表3-1是发射机的技术参数,表3-2为接收机的参数。
表3-1 发射机参数
发射频率3W
可用频道8—CH
工作频率2370MHz-2510MHz
频率调制方式FM/FSK
视频制式PAL/NTSC
音频输入阻抗1KΩ
视频输入阻抗75Ω
视频输入电平1Vp_p
工作电压12V
工作电流550m-600mA
工作温度-20°C-120°C
工作湿度85%RH
表3-2 接收机参数
接收天线7DBi全向天线
可用频道8—CH
工作频率2370MHz-2510MHz
频率调制方式FM/FSK
接受灵敏度-90dbm
音频输入阻抗1KΩ
视频输入阻抗75Ω
视频输入电平1Vp_p
工作电压12V
工作电流150mA-200mA
工作温度-20°C-120°C
工作湿度85%RH
无线影音传输器的特点如下：
①具有微波抗干扰功能比较好；
②传输和接受的品质好，接收到的图像清晰稳定；
③多种频率定制，适应不同的电磁环境；
④可以在同一地方使用八套，信号不会相互干扰
⑤可以传送的信号包括DVD、VCD、CD、电视、录像等等；
⑥具有广泛的应用范围；
⑦传输距离远；
⑧经济实惠；
⑨维护简单方便，可配合移动电源供电。
该传输器的安装方法为：
①把发射器（2A）和电源适配器连接起来将，然后通电，如果红灯亮了，则说明发射器通电成功。
②将另一电源适配器接于接收器输入端（1A），接上电源，红灯亮，则证明接收机通电成功。
③把摄像头和发射器用音/视频线连接起来，接收器连在显示器上，把发射器和接收器的频道选择开关调到同一位置，通过显示器可以看到摄像头传来的画
面，完成安装。
图3-3 传输器安装示意图
视频采集卡选用的是4路USB视频采集卡，如下图所示，该视频采集卡具有以下功能：
①该采集卡带有4路视频，4路音频，录像D1，回放D1；
②支持电脑操作系统，XP系统，Win7系统；
③支持网络远程监控，自带动态域名，设置简单；
④可以支持多种录像模式，如手动录像，定时录像等；
⑤每路可单独设置工作时间表，支持可编程定时录像，循环录像；
⑥支持画面捕捉、画面保存以及画面备份功能；
⑦支持远程回放功能。
图3-4 视频采集卡
3.1.3图像采集与传输系统的设计
图像采集与传输系统的设计有两种方案，如下图所示。
方案一：摄像头+电源+支架+BNC接头+无线接收器+USB采集卡+电脑+显示器
方案二：摄像头+电源+支架+BNG接头+无线接收器+USB采集卡+硬盘录像
机+硬盘+显示器
在电脑上操作更加灵活方便，而且图像处理也是在电脑上进行的，所以，选择方案一。
图3-5 传输系统设计示意图
经过在工厂的实地测试，该图像采集与传输系统可以实现无线传输的功能，并且具有一定的抗干扰性，下图所示的图片是在工厂中距离仪表大约100米远的楼上所接收到的图片。
图3-6 工厂实地测试接收画面
3.2图像处理与仪表数据的读取
3.2.1图像预处理
在图像采集的过程中，会受到许多的干扰，包括自身的和外界的，例如，外
界光照条件的影响，摄像头像素的高低，仪表表盘的清洁程度以及各种振动及噪声的干扰。受到诸多的干扰后得到的照片可能会是模糊的，可能无法获取我们需要的信息，要想得到有用的信息就必须想办法去掉这些干扰。我们通过摄像头的到的图像都是彩色的，里面蕴含了大量的信息，处理起来相当繁琐，而且计算也非常复杂，容易出现错误，所以为了处理简单，必须要把彩色图片转化为蕴含信息比较少的灰度图片。这些都是要通过图像预处理来实现，图像预处理的目的是去除图像上的噪声，减少图像的信息，简化运算，为图像处理打好基础。图像预处理包括：图像滤波去噪，图像增强，图像二值化，边缘检测与图像检测。
3.2.1.1图像滤波去噪
图像在采集、获取和传输的过程中，几乎所有的图像都会收到不同程度的噪
声污染，这些噪声有的是可见的，有的是不可见的，有的噪声污染在图像上体现的很明显，有的则是难以察觉的。对于不同的地点，信噪比是不同的，信噪比越大，图像的质量则越好，但当信噪比低于一定的数值时，噪声将会变成人眼可见的颗粒状，图片就会变得模糊起来，图片质量也会相应的下降。更重要的是，噪声所产生的颗粒有可能会掩盖我们需要的信息细节，由于在工厂中采集图像的过程中，噪声污染是不可避免的，而且噪声污染体现在视觉上也是比较明显的，所以必须要对图像进行滤波去噪的处理，因为摄像头所采集到的照片是彩色的，数据量很大，计算复杂，处理起来容易出错，而颜色信息对于最终的读数是没有影响的，所以，为了简化运算，使图像的处理变得先对简单，在滤波去噪之前，先要对图像进行灰度化处理，然后再进行滤波，在本设计中采用的是中值滤波，中值滤波[10]起初是用于一维信号的处理，后来很快被应用到二维图像的处理之中。所谓的中值滤波，简单地说，就是所有的像素按照数值大小排列起来，然后取中间值作为整个图像的灰度值。
中值滤波是在很多地方都可以被用到，相对来说，原理也比较简单，是一种非线性的滤波，它采用的是一个包含奇数个点的滑动窗门，最终整个窗口的灰度值是窗口中的灰度值的中间值。它的原理如下，对于一个一维的序列
n f f f ,,,21???选取的滑动窗口的长度为m ，对这个一维的序列进行中值滤波，
从输入的一维序列之中按照顺序取出
m
个元素，
v i v i i i v i f f f f f ++--??????,,,,,1，其中，i
代表滑动窗口的中心位置，
v =)1(-m 2/，将这m 个数按数值由大到小排列起来，找出中间的数作为滤波的
输出数值，数学表达式为：
2/)1(,},,,,,{-=∈??????=+-m v Z i f f f Med g v i i v i i (3-1)
上式中，}{???Med 表示的是取序列的中值。例如，有这么一个一维的序列｛11，20，16，24，29｝，次序列由小到大排列的结果为｛11，16，20，24，29｝，那么，中值滤波输出的结果为20。假如灰度值是29的像素是被噪声污染的像素，那么，经过中值滤波后被噪声污染的像素将被过除掉。按照这个原理，中值滤波同样可以适用于二维的序列，在对二维序列}{ij f 进行中值滤波时，滤波的滑动窗口也将是二维的，把窗口内的像素按由小到大，或者由小到大进行排序，生成数据序列}{ij x ，二维中值滤波的结果如下（3-2）所示
}
{,ij j i x Med g = (3-2)
一般情况下，二维中值滤波的效果更加的明显。不同的滑动窗口可以产生不同的效果，滑动窗口的形状是多种多样的，滑动窗口的选择与所处理的图像和所要达到的目的有关，中值滤波是一种非线性的滤波，涉及到的计算也比较复杂，对于中值是0的正态分布随机噪声，中值滤波的输出噪声方差为：
)12//()2/())(4/(12_
22
-+?=σσσσm m mf i med (3-3)
上式中： 2i σ是输入的噪声功率；
m 是中值滤波器的窗口大小；
_
m 是输入噪声的均值；
)(_
m f 是输入噪声的密度函数。 那么，均值滤波的输出方差为：
m i /22
0σσ= (3-4)
对比上面的的几个公式可以看出，而均值滤波的输出和输入的分布是没有关系的，而中值滤波的输出的输入噪声的密度分布是相关的。中值滤波与均值滤波各有特点，均值滤波对于随机噪声的抑制能力更强，而中值滤波则更适用于脉冲干扰。图3-7为加入盐噪声的图片和进行中值滤波 处理之后的图片，可以看出，
中值滤波的效果还是很明显的。中值滤波的主要程序为：
J= imread('1.jpg');
K = imnoise(J,'salt & pepper',0.02); imshow(J);figure;imshow(K); L =medfilt2(rgb2gray(K));
imshow(K), figure, imshow(L);
图3-7 加入盐噪声的图片与滤波后的图片 3.2.1.2图像增强
图像增强是以改善图像的视觉效果为根本目的的，在采集图像的过程中，特别是在工厂中，光照条件对图片质量的影响十分明显，而拍摄的过程中可能会出现曝光过度或者曝光不足的现象，这样得到的图像将会是模糊的，表盘上的指针刻度区域与背景区域的区分不是很明显，不利于仪表图像的识别。为了使表盘上指针刻度区域与背景区域的界限变得明显，需要对图像进行空间域的图像增强。空间域的的图像增强主要有两种方式，直方图的均衡化处理和灰度变换，本设计中采用的是灰度变换。灰度变换的变换函数有三种，包括线性变换、非线性变换以及分段线性变换，，三种变换函数各有特点，应根据图像的特点已经应用的场合选择相应的函数。本设计中采用的是分段线性变换法进行图像灰度的对比度增强。分段线性变换函数中最常被用到的是三段线性变换，其数学表达式如下: ),()/(j i f a c a j i f <≤),(0
=),(j i g c a j i f
a b c d +---]),()][/()[( b j i f a <≤),( (3-5) d b j i f b M d M f g +---]),()][/()[( f M j i f b ≤≤),( 上式中),(j i f 是原图像的灰度值，),(j i g 是变换后的图像的灰度值，b a ,是确定的分段区域的阈值。图3-8为增强后的图片，图像增强的主要程序为：
j=imread('1.jpg');
x=RGB2gray(j);
subplot(1,2,1);
imshow(x);
title('原图像');
f=double(x);
[m,n]=size(f);
h=fspecial('gaussian',[25,25],80);
q=imfilter(f,h,'same');
s=log(f+0.03)-log(q+0.03);
r=exp(s);
max_r=max(r(:))*0.27;
min_r=min(r(:));
r=(r-min_r)/(max_r-min_r);
index=find(r>1);
r(index)=1;
R=mat2gray(r);
subplot(1,2,2);
imshow(R);
title('处理后的图像');
G=im2bw(R,0.7);
imshow(G);
I=uint8(G);
bw=edge(I,'sobel');
imshow(bw);
图3-8 增强后的图片
3.2.1.3二值化处理
进行完图像增强后的图像是灰度图像，灰度图像的每个像素都可以在0-255之间取值，每个像素都可以有如此多的取值，这样的图像计算和处理起来十分的麻烦，而且容易出错，所以，就要对图像进行二值化处理，使图像的每个像素只
能去0与1两个值，“0”作为目标区域，“1”作为背景区域，反之，亦可以，这样计算将变得相对简单，也不容易出错。用来划分背景区域和目标区域的那个灰度值就称作为阈值，大于阈值的像素值全部设为1，小于阈值的则全部设为0.图像的二值化[11]处理是图像处理中最常用的技术，在图像处理中具有至关重要的地位。主要有三个原因，首先，在彩色图像或者灰度图像的处理过程中，都要先将图像进行二值化处理，然后再进行更深层次的计算。其次，在理论上和方法上图像二值化比灰度图像处理更加系统化，也更加稳定。 第三，当图像处理的对象是文字或者图纸的时候，从本质上来说，背景和图形也是一种二值化的图像。在图像二值化的原理如（3-6）所示
1； 当t j i f ≥),(时
=),(j i f t (3-6)
0； 当t j i f ≤),(时
通常情况下，在二值化图像),(j i f t 中，数值是0的表示背景区域，数值是1的代表目标区域。而阈值t 则是需要求解的，求解阈值t 的方法称为阈值选择，常用的阈值选择方法有以下几种：
①判别分析法。用阈值t 将图像的灰度值直方图中的灰度值的分布分为两组，求出是两组分离达到最好的阈值t ，这就是判别分析法。用判别分析法确定阈值t 的方法如下所示，假设阈值是t ，给定的图像具有L 级灰度值),,2,1(L ???，把大于t 的灰度值的像素和小于t 的像素分成两组，设为1组和2组，设i 组
)2,1(=i ，的像素数为i ω，平均灰度值为i M ，方差为2σ，全体像素的平均值为T M ，则组内方差为
212
2
22112ωωσωσωσ++=W
(3-7)
组间的方差为
2
12
222112)()(ωωωωσ+-+-=T T B
M M M M
2
122121)(ωωωω+-=M M (3-8)
如果设全部像素的灰度值的方差为2
T σ，那么，则有
222B W T σσσ+= (3-9)
因此可以得到判别比为
22222B
T B
W B σσσσσ-= (3-10)
由于全方差T σ是一个常数，与阈值没有关系，由此可以得到，只需让2
B σ最大就可使判别比取得最大值，所以只需使t 的值不断变化并求出2
B σ最大时对应
的t 的值。 ②p-参数法。若要被分离的图像的面积大约等于0S ，其与整个图像的面积S 之比为p=S S /0。在选择阈值时，要使灰度直方图中大于t 的像素对其他所有像素的比值亦为p 为此，因此，要想求出阈值，只需要在图像的灰度直方图中，从灰度值高的一边开始计算，求出累积相对读数分布，当累积相对读数的值达到为p 时的灰度值就是所求的阈值，这种方法也经常被用到。
③状态法。状态法只是用于灰度直方图呈现双峰型分布的条件下，这时，阈值t 就是两个峰间的低谷上的灰度值。在复杂的图像和瘦到很多干扰的图像中，直方图不能呈现明显的双峰型，所以，状态法有时并不适用。 二值化后的图像如图3-9所示，图像二值化的主要程序为：
T=0.5*(double(min(I(:)))+double(max(I(:)))); done=false; while ~done g=I>=T;
Tnext=0.5*(mean(I(g))+mean(I(~g))); done=abs(T-Tnext)<0.5; T=Tnext; end J=I;
K=find(J>=T); J(K)=255; K=find(J 图3-9 二值化图片 3.2.1.4边缘检测与图像分割 对于图像处理来说，边缘检测是必须的。因为从边缘的定义上就可以看出，边缘是图像的重要的基本特征。边缘蕴含着图像的方向、阶跃性质与形状重要的信息，而这些信息十分的重要，它可以应用在在图像分割、特征提取、图像分类、图像配准以及图像识别中。图像边缘可以分为两大类，一类是阶跃状边缘，另一类是屋顶状边缘，其中两边灰度值有明显的变化的是阶跃状边缘;而在灰度减小和增加的交界处的是屋顶状边缘。首先通过利用边缘增强算子，来突出图像中局边缘，然后再定义像素的“边缘强度”，最后通过设置阈值来提取边缘点集是边缘检测的基本的思想。边缘检测方法有Sobel算子法[12]、Robert算子法[13]、PreWltt算子法[14]、LOG算子法、Canny算子法、Zerocross算子法[15]以及二值图像边缘检测法等。这些算法各有特点，适用的条件也不一样。本设计中采用的是Sobel算子法。 图像分割是对图像进行处理、分析的一项基本内容，通过图像分割可以分割出所需要的部分进行分析。图像分割是从图像处理到读数识别的一个转折点，只有分割出图像后才能进行真正意义上的图像分析与图像计算。因此，对于图像分析来说是非常重要的。目前已经有很多的图像分割算法，如门限法、区域生长法、匹配法、分裂-合并法、水线法、边缘检测法、马尔可夫随机场模型法、小波分析法、多尺度法、数学形态法等。这些算法都是针对于一类图像，没有哪一种算法能够适用于所有的图像，但是可以利用这些算法的原理以及算法中的一些思想处理一些其他的图像分割问题，由于在前面已经完成了边缘检测，所以在本设计中采用了基于边缘检测的图像分割。图3-10为边缘检测的结果 《化工仪表与自动化》课程测试试题一 一、填空题（36分） 1、过程控制系统是由_控制器__、_执行器__、__测量变送__和_被控对象_等环节组成。 2、过程控制系统中按被控参数的名称来分有__压力__、_流量___、_温度__、_液位_等控制系统。 3、目前求取过程数学模型的方法有两种。其中一种是根据过程的在机理，通过__物料_和_能量_物料平衡关系，用__机理建模__的方法求取过程的数学模型。 4、控制对象的干扰通道的动态特性对过渡过程的影响是:干扰通道的时间常数愈大,对被控变量的影响___越小____;干扰通道容量滞后愈多,则调节质量__越差 ____;干扰通道的纯滞后对调节质量_有影响，纯滞后越大，质量越差__。 5、选择控制方案时，总是力图使调节通道的放大倍数（增益）大于__干扰通 道的放大倍数（增益）。 6．某调节系统采用比例积分作用调节器，先用纯比例调整到合适的调节输出，再加入积分作用的后，应_减小调节器的放大倍数_,才能使稳定性不变。 7．描述控制系统的品质指标的参数有最大偏差、衰减比和余差等。8．串级调节系统,一般情况下主回路选择___PID______或__PI__调节规律调节器,副回路选用__P_调节规律调节器；如果副回路采用差压法测流量，应采用什么装置_开放器___补偿。 9．仪表自动化标准中，气动仪表标准信号围是0.02~0.1MPa；电Ⅱ型标准信号围是4~20mA；电Ⅲ型标准信号围是0~10mA。 二、综合题（54分） 1、（10分）画出气关式类型执行器的两种简单结构示意简图；在控制系统中如何选择执行器类型？举例说明。 答： 在控制系统中，执行器是按安全原则选择类型的，也就是当控制信号中断时，要保证设备和操作人员的安全。如：加热炉温度控制，当燃料量为操纵变量时，其执行器应选择气开类型，当信号中断时，切断燃料，保证安全。 2、（14分）热电偶为什么要进行冷端温度补偿？有哪些冷端温度补偿方法？原理是什么？ 答：①因为各种显示仪表和热电偶分度表都是在热电偶冷端温度为零的时候做出的。但实际中热电偶冷端温度不等于零，且经常波动，这必然造成输出减少，所以要进行热电偶的冷端温度补偿。 ②热电偶常用的冷端温度补偿方法有：冰浴法、公式计算法、仪表机械零点调整法、电桥补偿法和补偿热电偶 ③ 冰浴法：用冰槽使t0保持零度。 计算法：E AB（t，0）＝E AB（t，t0）＋E AB（t0，0） 仪表零点调整法：将仪表的机械零点调到t0 补偿电桥法：用电桥产生E AB（t0，0）与E AB（t，t0）叠加，即可消除t0变化对测量的影响。 自动化仪表工程主要施工程序 自动化仪表工程施工的原则是：先土建后安装，先地下后地上，先安装设备再配管布线，先两端(控制室，就地盘，现场和就地仪表)后中间(电缆槽，接线盒，保护管，电缆，电线和仪表管道等)。 仪表设备安装应遵循的原则是：先里后外，先高后底，先重后轻。 仪表调校应遵循的原则是：先取证后校验，先单校后联校，先单回路再复杂回路;先单点后网络。 (一) 自动化仪表工程施工程序 施工准备(施工技术，施工现场，施工机具设备，施工人员，标准仪器审查标定)-配合土建制造安装盘柜基础-盘柜，操作台安装-电缆槽，接线箱(盒)安装-取源部件安装，仪表单体校验，调整安装-电缆初验，敷设，导通，绝缘试验，校、接线-测量管、伴热管、气源管、气动信号管安装-综合控制系统试验-回路试验、系统试验-保运-竣工资料编制、-交工验收。 (二) 仪表管道安装 仪表管道有测量管路，气动信号管道，气源管道，液压管道和伴热管道等。 仪表管道安装主要工作内容有：管材管件出库检验;管材及支架的除锈，防腐;阀门压力试验;管路预制，弯制和敷设，固定;测量管道的压力试验;气动信号管道和气源管道的压力试验与吹扫;伴热管道的压力试验;管材及支架的二次防腐。 (三) 仪表设备安装及试验 仪表设备主要有仪表盘，柜，操作台及保护(温)箱，温度检测仪表，压力检测仪表，流量检测仪表，物位检测仪表，机械量检测仪表，成分分析和物性检测仪表及执行器等。 仪表设备安装及试验主要内容有：取源部件安装，仪表单体校验，调整;现场仪表支架预制安装，仪表箱保温箱和保护箱的安装;现场仪表安装(温度检测仪表，压力检测仪表，流量检测仪表，物位检测仪表，机械量检测仪表，成分分析和物性检测仪表等);执行器安装。 (四) 仪表线路安装 仪表线路是仪表电线、电缆、补偿导线、光缆和电缆槽、保护管等附件的总称。其主要工作内容有：型钢的除锈、防腐;各种支架的制作与安装;电缆槽安装(电缆槽按其制造的材质主要为玻璃钢电缆槽架、钢制电缆槽架和铝合金槽架。);现场接线箱安装;保护管安装;电缆，电线敷设;电缆、电线导通、绝缘试验;仪表线路的配线。 (五) 中央控制室内的施工项目 施工项目包括：盘、柜、操作台型钢底座安装;盘、柜、操作台安装;控制室接地系统、控制仪表安装;综合控制系统设备安装;仪表电源设备安装与试验;内部卡件测试;综合控制系统试验;回路试验和系统试验(包括检测回路试验、控制回路试验、报警系统、程序控制系统和联锁系统的试验)。 (六) 工程验收 仪表工程的回路试验和系统试验进行完毕，即可开通系统投入运行;仪表工程连续48h 开通投入运行正常后，即具备交接验收条件;编制并提交仪表工程竣工资料。 化工自动化仪表作业试题一 1、变浮力式液位计主要是沉筒式液位计,在结构上,有位移平衡式、力平衡式和带差动变压器的沉筒液面计三种类型。正确答案：对(物位计) 2、当生产装置出现危险信号时,能够输出正确的信号,阻止危险的发生、阻止事故的扩大化或减轻事故的后果,起这样作用的系统叫()。A（控制系统） A、安全仪表系统 B、计算机控制系统 C、集散控制系统 3、热电偶或补偿导线断路时,电位差计的示值是不动的;而有“断偶”保护的仪表示值为仪表上限。对（温度检测仪表） 4、()适用于大口径、大流量、低压力、不干净三介质。正确答案：C（阀门） A、单座阀 B、套筒阀 C、蝶阀 5、DCS控制站的扫描周期在组态时应设定得越短越好。错（控制系统） 6、按结构形状分类,PLC可分为整体式和分散式两种。错（可编程控制器） 整体式和模块式 7、串级控制系统利用主、副两个控制器串起来在一起来稳定()。A A、主参数 B、副参数 C、主对象 8、当测量脉动压力时,正常操作压力最高不得超过测量上限的1/2。错（检测仪表—压力） 9、导体的电阻率是与材料性质有关的物理量。对（电工学） 10、各种皮带运输机、链条机的传动部位,除安装防护罩外,还应有安全防护绳。对（机械知识） 11、强制对流传热的速率比自然对流传热速率()。正确答案：B（化工原理） A、相同 B、快 C、慢 12、熔断器的主要元件是熔体。对于工作电流稳定的电路(如照明电路),熔体的额定电流应略微小于负载的工作电流。错（电工学） 13、位置变送器是将执行机构输出轴的()转换成4~20毫安反馈信号的装置。正确答案：C（控制仪表） A、位移变化量 B、振动 C、位移 14、在实际应用中,调节阀既与管道串联又与管道并联,其工作特性曲线会发生很大变化。对（）（控制仪表） 15、转子流量计的转子是用不锈钢、铜、铝合金、有机玻璃、聚四氟乙烯、塑料等材质制作的;根据被测介质的物理化学性质和量程大小来选择不同材料及不同形状的转子。对（检测仪表—流量） 16、泵体的温度太高,将会导致输送介质在泵体内发生汽蚀现象。正确答案：对（化工原理） 17、当调节阀与管道串联时,其可调比变大。正确答案：错（控制仪表） 18、电磁流量传感器的直管段要求比大部分其他流量计的直管段要求低。对（检测仪表—流量） 19、浮球液位计的结构是一机械杠杆系统,所以平衡锤在中间时,实际液位在中间。对（检测仪表—物位） 20、浮筒式液位计属于变浮力式液位计,浮球式液位计属于恒浮力式液位计。对 自动化仪表安装概述 自动化仪表要完成其检测或调节任务，其各个部件必须组成一个回路或组成一个系统。仪表安装就是把各个独立的部件即仪表、管线、电缆、附属设备等按设计要求组成回路或系统完成检测或调节任务。也就是说，仪表安装根据设计要求完成仪表与仪表之间、仪表与工艺管道、现场仪表与中央控制室、现场控制室之间的种种连接。这种连接可以用管道连接（如测量管道、气动管道、伴热管道等），也可以是电缆（包括电线和补偿导线）连接。通常是两种连接的组合和并存。 第一节安装术语与符号 一、安装术语 （1）一次点指检测系统或调节系统工程中，直接与工艺介质接触的点。如压力测量系统中的取压点，温度检测系统中的热电偶（电阻体）安装点等等。一次点可以工工艺管道上，也可以在工艺设备上。 （2）一次部件又称取源部件。通常指安装在一次点的仪表加工件。如压力检测系统中的温度计接头（又称凸台）。一次部件可能是仪表元件，如流量检测系统中的节流元件，也可能是仪表本身，如容积式流量计、转子流量计等，更多的可能是仪表加工件。 （3）一次阀门又称要部阀、取压阀。指直接安装在一次部件上的阀门。如与取压短节相连的压力测量系统的阀门，与孔板正、负压室引出管相连的阀门等。 （4）一次仪表现场仪表的一种。是指安装在现场且直接与工艺介质相接触的仪表。如弹簧管压力表、双金属温度计、双波纹管差压计。热电偶与热电阻不称作仪表，而作为感温元件，所以又称一次元件。 （5）一次调校通称单体调校。指仪表安装前后校准。按《工业自动化仪表工程施工及、验收规范》GBJ93-86的要求，原则上每台仪表都要经过一次调校。调校的重点是检测仪表的示值误差、奕差；调节仪表的比例度、积分时间、微分时间的误差，控制点偏差，平衡度等。只有一次调校符合设计或产品说明书要求的仪表，才能安装，以保证二次调校的质量。 （6）二次仪表是仪表示值信号不直接来自工艺介质的各类仪表的总称。二次仪表的仪表示值信号通常由变送器变换成标准信号。二次仪表接受的标准信号一般有三种：①气动信号，0.02～0.10kpa②Ⅱ型电动单元仪表信号0～10mADC。③Ⅲ型电动单元仪表信号受的标准信４～20mADC.也有个别的不用标准信号，一次仪表发出电信呈，二次仪表直接指示，如远传压力表等。二次仪表通常安装在仪表盘上。按安装位臵又可分为盘装仪表和架装仪表。 （7）现场仪表是安装在现场仪表的总称，是相对于控制室而言的。可以认为除安装在控制室的仪表外，其他仪表都是现场仪表。它包括所有一次仪表，也包括安装在现场的二次仪表。 （8）二次调校又称二次联校、系统调校。指仪表现场安装结束，控制室配管配线完成且校验通过后，对整个检测回路或自动调节系统的检验。也是仪表交付正式使用前的一次全面校准。其校验方法通常是在测量外节上上加一干扰信号，然后 第十二章自动化仪表基础知识 第一节测量误差知识 一、测量误差的基本概念 冶金生产过程大多具有规模大、流程长、连续化、自动化的特点，为了有效地进行工艺操作和生产控制，需要用各种类型的仪表去测量生产过程中各种变量的具体量值。虽然进行测量时所用的仪表和测量方法不同，但测量过程的机理是相同的，即都是将被测变量与其同种类单位的量值进行比较的过程。各种测量仪表就是实现这种比较的技术工具。对于在生产装置上使用的各种测量仪表，总是希望它们测量的结果准确无误。但是在实际测量过程中，往往由于测量仪表本身性能、安装使用环境、测量方法及操作人员疏忽等主客观因素的影响，使得测量结果与被测量的真实值之间存在一些偏差，这个偏差就称为测量误差。 二、测量仪表的误差。 误差的分类方法多种多样，如按误差出现的规律来分，可分为系统误差、偶然误差和疏失误差；按仪表使用的条件来分，有基本误差、辅加误差；按被测变量随时间变化的关系来分，有静态误差、动态误差；按与被测变量的关系来分，有定值误差、累计误差。测量仪表常凋的绝对误差、相对误差和引用误差是按照误差的数值表示来分类的。 1、绝对误差 绝对误差是指仪表的测量值与被测变量真实值之差。用公式表示为： △C=Cm-Cr 式（1-1） 试中Cm代表测量值，Cr代表真实值(简称真值)，△C代表绝对误差。事实上，被测变量的真实值并不能确切知道，往往用精确度比较高的标准仪器来测量同一被测变量，其测量结果当作被测变量的真实值。 绝对误差有单位和符号，但不能完整地反映仪表的准确度，只能反应某点的准确程度。我们将各点绝对误差中最大的称为仪表的绝对误差。绝对误差符号相反的值称为修正值。 2、相对误差 相对误差是指测量的绝对误差与被测变量之比。用公式表示为 式（1-2） 式中AC为测量的绝对误差，Cr为被测变量的真实值。 由上式可见，相对误差C0是一个比值，它能够客观地反映测量结果的准确度，通常以百分数表示。 如某化学反应釜中物料实际温度为300℃，仪表的示值为298．5℃。 求得测量的绝对误差 测量的相对误差 3、引用误差(相对折合误差或相对百分误差) 测量仪表的准确性不仅与绝对误差和相对误差有关，而且还与仪表的测量范围有关。工业仪表通常用引用误差来表示仪表的准确程度，即绝对值与测量范围上限或测量表量程的比值，以非分比表示： 不锈钢公司料场改造工程自动化及仪表施工工程 技术规格书 唐山电通科技有限公司 二零一六年九月 目录 1、工程概况 不锈钢公司料场改造工程自动化仪表施工工程，本着自动控制、远程监管、减员增效、节能减排、安全运行目的而进行编制。创新使用先进的工业控制技术、计算机网络技术实现了远程及自动控制现场设备的功能。 技术规格书作为直接指导施工的依据，在保证工程质量、工期、安全生产、成本的前提下，对加强施工管理、有效的调配人员、提高施工效率、节约工程成本、保证施工现场的安全文明有积极作用。 2、工程范围 本工程主要包括以下专业： 1.电气自动化系统工程安装； 2.自动化仪器仪表安装。 3、技术标准 GB3368《工业自动化仪表电源、电压》 GB777《工业自动化仪表用模拟气动信号》 GB3369《工业自动化仪表用模拟直流电流信号》 GB3386《工业过程测量和控制系统用电动和气动模拟记录仪和指示仪性能测定方法》 GB/T13283《工业过程测量和控制用检测仪表和显示仪表精度等级》 GB4830《工业自动化仪表用气源压力范围和质量》 ZBY120《工业自动化仪表工作条件温度和大气压》 ZBY092《工业自动化仪表电磁干扰电流畸变影响试验方法》 GB4439《工业自动化仪表工作条件～振动》 GB7353《工业自动化仪表盘基本尺寸及型式》 JB/T1396《工业自动化仪表盘盘面布置图绘制方法》 ZBN10004《工业自动化仪表公称通径值系列》 ZBN10005《工业自动化仪表工作压力值系列》 GB1314《流量测量仪表基本参数》 《工业自动化仪表通用试验方法-接地影响》 GB/T8566-1995《计算机软件开发规范》 GB/T 12504-1990《计算机软件质量保证计划规范?》 GB/T 12505-1990《计算机软件配置管理计划规范?》 GB/T 15532-1995《计算机软件单元测试》? GB/T 15538-1995《软件工程标准分类法》? GB/T 15853-1995《软件支持环境》? GJB/Z 102-1997《软件可靠性和安全性设计准则》 JGJ46-88《施工现场临时用电安全技术防范》 GB/T 《控制系统功能表图的绘制》 GB 16655-1996《工业自动化系统集成制造系统安全的基本要求》 自动化仪表试题大全【附答案】 一、填空 1、数字电路中三种最基本得逻辑关系为（与）、（或）、（非）。 2、自动调节系统主要由(调节器)、(调节阀)、（调节对象）与（变送器）四大部分组成. 3、自动调节系统按调节器具有得调节规律来分,通常有（比例）、(比例积分）、（比例微分)、（比例积分微分)等调节系统。 4、在测量过程中,由仪表读得得被测值与真实值之间存在一定得差距称为(测量误差）。 5、系统输出得被调量与输入端之间存在着反馈回路得系统为(闭环)系统。 6、调节阀所能控制得最大流量Qmax与最小流量Qｍｉｎ之比,称为调节阀得（可调比),以R表示 7、仪表测量中得五大参数就是（温度）、（压力)、（物位）、（流量)、(在线分析) 8、锅炉汽包液位一般用（给水流量）、(蒸汽流量）、(汽包液位）组成三冲量液位控制系统。 9、反馈分为(正)反馈与(负)反馈. 10、为了实现微机对生产对象得控制，必须把计算结果送给相应得（执行机构)。 １１、执行器所要求得信号分为（连续得控制电压、控制电流信号)与(数字量或开关量信号)。１２、执行机构所要求得连续得控制电压、控制电流信号作用于各种（调节阀）、(显示记录仪）、(伺服机构)等。 13、在自控系统中,仪表位号首位为F代表（流量),Ｄ代表(密度）. 14、数字电路中得基本逻辑关系有（与）（或)（非)三种。 15、自动调节系统常用得参数整定方法有(经验法)、（衰减曲线法)、（临界比例度法)、（反应曲线法）. 16测量一个电路得电流，电流表必须与这个电路（串联）。为了使电流表得接入不影响电路得原始状态，电流表本身得（内阻抗）要尽量小 1７、屏蔽分为(磁场屏蔽）与(电场屏蔽)两种。 18、控制方式一般分为（手动)与(自动)两大类,如果纠正系统得偏差就是由人直接操作,这种回路称为(手动控制系统）；如果系统具有反馈通道组成得闭环回路并能自动纠正偏差,这种系统称为(自动控制系统)。 １９、单位时间内流过管道截面得流体数量，称为(流量）;流量分为（瞬时流量)与(累积流量）又可分为（体积流量）与（质量流量)。 20、过程控制计算机软件分为(系统软件）与（应用软件）。 ２1、按集成块得功能分为（数字集成电路)与（模拟集成电路） 22、在自动化领域中，把被调参数不随时间而变化得（平衡状态）称为系统得静态。 23、动系统中静态就是(暂时得)、（相对得）、（有条件得）。 ２４、为了实现微机对生产对象得控制，必须把计算结果送给相应得（执行机构）。 25、可编程调节器采用国际标准模拟信号,即电压(１～5V），电流（4～20mA）。 26、数字信号得另一个来源就是采用各种数字式仪表测量（温度)、(压力)、（流量)、(速度)等物理量，产生数字或脉冲信号。 27、仪表主要由(传感器)、(变换器）、（显示装置)、（传输通道)四部分,其中（传感器）就是仪表得关键环节。 28、管道内得流体速度，一般情况下，在(管道中心线)处得流速最大,在(管壁)处得流速等于零。 ２9、实际可调比取决于调节阀得(阀芯结构）与（配管状况)。 30、可编程调节器采用国际标准模拟信号，即电压（１～5V），电流（４~20mA）。 二、选择题 自动化仪表安装施工程 序和要求 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN 自动化仪表安装施工程序和要求 一、施工现场准备 1、大中型项目的仪表工程应有材料库房，加工预制厂，仪表库房，仪表调校室及工具。 2、仪表调校室应符合要求：仪表安装前的校准和实验应在室内进行，室温维持10~35℃，空气相对湿度不大于85%。 3、仪表实验的电源电压应稳定：交流电及60V以上的直流电源电压波动不应超过±10%，60V以下的直流电源电压波动不应超过±5%。 4、仪表实验的气源应符合要求：气源清洁、干燥、漏点比最低环境温度低10℃以上。 二、施工机具和标准仪器的准备 1、调校用标准仪器、仪表基本误差的绝对值，不宜超过被校准仪表基本绝对值的1/3. 三、仪表设备及材料的保管要求 1、测量仪表、控制仪表、计算机及其他外部设备等精密设备，宜存放在温度为5~40℃、相对湿度不大于80%的保温库内。 2、仪表设备及材料在安装前的保管期限，不应超过1年； 3、设备由温度低于-5℃的环境移入保温库时，应在库内放置24h后再开箱。 自动化仪表设备安装要求 一、就地仪表的安装位置 1、仪表中心距操作地面的高度为~； 2、显示仪表应安装在便于观察示值的位置； 3、仪表不应安装在有振动、潮湿、易受机械损伤、有强电磁场干扰、高温、温度度变化剧烈和有腐蚀性气体的位置 4、检测元件应安装在能真实反映输入变量的位置 二、压力实验 1、直接安装在管道上的仪表安装完毕后，应随同设备或管道系统进行压力实验，宜在管道吹扫后压力实验前安装，当必须与管道同时安装时，在管道吹扫前应将仪表拆下 三、仪表上接线盒 1、引入口不宜朝上； 2、应采取密封措施。 四、测温元件的安装 1、测温元件安装在易受被测物料强烈冲击的位置，应按设计规定采取防弯曲措施 五、压力检测仪表 1、测量气体介质压力时，变送器安装位置宜高于取压点 2、测量液体或蒸汽压力时，变送器安装位置宜低于取压点 自动化仪表安装 1.自动化仪表安装工程主要内容 仪表、仪表箱及仪表接线箱、仪表及控制柜、电缆保护管、接地极根接地母线。 2.施工准备 根据设计图纸、随机技术文件以及相关的规范、规程标准要求，结合施工现场的具体条件编制专业施工技术方案，进行必要的技术培训和详尽的技术交底。做好设计院设计图纸会审工作，根据随机技术文件提供的各种检测系统的技术要求及参数，对已确定的设计图纸及拟采用的施工方法进行核实，确保满足仪表正常工作的技术要求。 按照各类仪表自身对工作环境、保管存放环境的要求，检查施工现场，安装现场环境应有与仪表运行保管存放环境基本相当的条件，现场仪表安装时，其它安装施工应基本结束，现场环境应清洁，温、湿度应满足要求。 根据各种仪表、材质及技术要求，选择适当的脱脂方法，确定施工中必须的机具，备好仪表单位校验、系统模拟试验所需的各种检验设备、仪器仪表。 3.主要施工程序 线路敷设：现场检测仪表、集中控制设备施工定位→配合土建预埋保护管及基础型钢安装→桥架及明设管路安装→接地安装测试→仪表箱盘柜安装及内部接线检验→线缆敷设→接线检验。 仪表安装：仪表开箱检查→仪表清洗→仪表单体检验→现场检测仪表定位→现场检测仪表安装→导压管路随工艺管道试压→检测回路信号线校接→单回路模拟试验。 材料检查及计量器具要求 施工中所用的材料必须是合格产品，并附有产品合格证、质保书、准用证，各种材料的型号、规格、使用环境、电压等级、精度等级等技术指标必须符合设计要求。 设备开箱检查，必须保证供货商、业主或监理、施工诸方共同参加，并对包 装外观、箱号进行检查，依据装箱单核实箱内设备、零部件、随机工具等，设备型号、规格、数量必须与装箱单相符，箱内随机技术文件应齐全，设备不应有机械外伤、变形、锈蚀等缺陷，并对设备表面质量作出宏观初步评价。 施工中所用的检验工具及仪器必须符合《自动化仪表安装工程质量检验评定标准》（GBJ131-90）附录一要求。 4.施工方法 4.1保护管敷设 安装程序：熟悉图纸→放线定位→材料检查→锉口套丝→配管→质量检查→管内杂物清理→管内穿引线→封闭管口→隐蔽验收。 4.2金属保护管敷设 保护管不应有变形裂缝，内部应清洁无毛刺，管口应光滑，保护管弯曲处不应有凹陷、裂缝和明显的弯扁，弯曲半径；当空铠装电缆或暗敷设时大于10D，当穿无铠装电缆且明敷设时≥6D，保护管直角弯不应小于90度，全长不应超过2个弯，否则应加拉线盒；两端口应装设护线箍。 管子连接一般采用螺纹连接，管端螺纹长度不应小于管接头的1/2，管子连接后应焊跨接地线。 在有爆炸和火灾危险的场所，以及可能有粉尘、液体、蒸汽、腐蚀性或潮湿气体进入管内的地方敷设的保护管，其两端管口应密封。 4.3塑料管敷设 弯管时加热应均匀，管子不应有明显变形与烧焦，用套管加热连接时，管子插入深度宜大于外径的1.5倍，当使用粘合剂连接时，应大于1.1倍。 支架间距：DN25以下≤1m，DN25以上≤1.5m，管端及连接部件的两侧300㎜处应加以固定，管线直线长度大于30m时，应采取热膨胀补偿措施。 与未绝热的高温工艺设备，管道表面间的距离≥500㎜。 4.4保护管安装的其它规定 保护管与检测元件或就地仪表之间，应用金属软管连接，并有防水弯，金属软管应做接地处理，与就地仪表箱、分线箱，接线盒等连接时应密封，并用锁紧螺母将管固定牢固。 化工自动化控制仪表特种作业人员安全生产培训大纲及考核标准1 范围 本标准规定了化工自动化控制仪表特种作业人员培训的要求，培训和再培训的内容及学时安排，以及考核的方法、内容，再培训考核的方法、要求与内容。 本标准适用于化工自动化控制仪表特种作业人员的培训与考核。 2 规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。 《特种作业人员安全技术培训考核管理规定》（国家安全生产监督管理总局30号令）《危险化学品安全管理条例》（中华人民共和国国务院令第344号） 《气体防护急救管理规定》 GB/T 16483 化学品安全技术说明书内容和项目顺序 GB/T 13861-92 生产过程危险和有害因素分类与代码 GB 18218 重大危险源辨识 GB 11651 劳动防护用品选用规则 GB 50093-2002 自动化仪表工程施工及验收规范 ～15 爆炸性气体环境用电气设备 AQ3009-2007 危险场所电气安全防爆规范 AQ3021-2008 化学品生产单位吊装作业安全规范 AQ3022-2008 化学品生产单位动火作业安全规范 AQ3025-2008 化学品生产单位高处作业安全规范 AQ3026-2008 化学品生产单位设备检修作业安全规范 AQ3027-2008 化学品生产单位盲板抽堵作业安全规范 AQ3028-2008 化学品生产单位受限空间作业安全规范 HG/T 20507-2000 自动化仪表选型设计规定 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本标准。 化工自动化控制仪表作业特种作业人员Special operator of chemical industry automation control instrument 指化工自动化控制仪表系统安装、维修、维护的作业人员。 4 基本条件 取得化工自动化控制仪表作业上岗资格证； 无色弱、色盲等禁忌症； 培训前需在相应岗位实习3个月以上。 5 培训大纲 培训要求 GB50093-2013《自动化仪表工程施工及质量验收规范》试题 一、选择题（单选题，每题3分，共30分） 1、自动化仪表工程所采用的设备和材料应符合国家现行有关规定，并就具有（）证明文件。 A、产品质量； B、验收证明； C、合格证明； D、产品合格证； 答案：A (1.0.7) 2、自动化仪表工程施工前，（）应参加施工图设计文件会审。 A、施工单位； B、设计单位； C、监理公司； D、建设单位； 答案：A (3.1.2) 3、单独设置的仪表盘、柜、箱安装，应抽检（），且不得少于1台。 A、30%； B、20%； C、45%； D、35% 答案：B (3.4.4) 4、成排设置的仪表盘、柜、箱安装，应抽检（）。 A、20%； B、25%； C、30%； D、40%； 答案：C (3.4.4) 5、防腐、绝热、伴热工程应按系统抽检（）。 A、40%； B、45%； C、25%； D、30%； 答案：D (3.4.12) 接近管道材料的脆性转变温度。）（试验温度当进行气体压力试验时，、6． A、严禁； B、可以； C、无要求； D、允许； 答案：A (8.7.10) 7、压力试验用的压力表应经检定合格，其准确度不得低于（），刻度满度值为试验压力的（）。 A、1.2级 2.5~3.0倍； B、1.0级 1.5~2.0倍； C、1.6级 1.5~ 2.0倍； D、1.6级 2.5~2.0倍； 答案：C (8.7.11) 8、测量电缆电线的绝缘电阻时，必须将已连接上的（）。 A、无要求； B、仪表设备及部件断开； C、仪表设备及部件可不断开；答案：B (7.1.15) 9、测量和输送易燃易爆、有毒、有害介质的仪表管道，必须进行（）。 A、管道压力试验； B、泄漏性试验； C、无要求； D、管道压力试验和泄漏性试验； 答案：D (8.7.8) 10、仪表控制系统、仪表控制室等应按设计文件的规定采取（）。 A、防雷措施； B、无要求； C防爆措施； D、防水措施； 自控仪表 重点复习题及参考答案 一、填空题 1.成品油管道常用的压力仪表有(压力开关)(压力变送器)(差压变送器)(压力表)(差压表) 2.从大的面来看，成品油管道常有的阀门执行机构有(电动执行机构)(电液执行机构) 3.压力变送器是将压力信号转换为标准(电流信号)或(电压信号)的仪表。 4.压力或差压变送器既具有就地显示功能也有远传功能,从压力传感器将压力转换成电量的途径来看,主要有电容式、电感式、电阻式等。在长输管道中应用较为广泛的是(电容式）压力传感器。 5.压力开关是一种借助弹性元件受压后产生（位移）以驱使微动开关工作的压力控制仪表。 6.双金属温度计是由两种膨胀系数不同的金属薄片焊接在一起制成的（测温元件） 7.热电偶温度计是以热电效应为基础将温度变化转换为（热电势）进行温度测量的测温仪表。 8.热电阻是利用导体在温度变化时本身（电阻）也随着发生相应变化的特性来测量温度的。 9.涡轮式流量计是一种（速度）式流量计。 10.管道凸出物和弯道的局部阻力对液体流动稳定性影响很大，所以，在流量计节流板前后必须留有适当长度（直管段） 11.转子流量计是属于（恒压）降流量计。 12.在使用过程中，当DBB阀门出现过扭矩时作为输油站的操作人员处理的基本法是：(进行排污处理)。 13.开关型球阀在使用时，要么（全开），要么（全关），不能打在（中间位），否则会损坏球面，造成阀体漏。 14.使用压力开关的目的主要是为了进行实现（联锁报警） 15.流量计的种类很多，有容积式流量计、节流式流量计、动压式流量计、变面积式流量计、（叶轮式流量计）、（振动式流量计）、（电磁流量计）、（超声波流量计）、（量热式流量计）、（质量流量计）等。 16.密度计的测量原理多种多样，其中智能化程度较高、测量精度较高、测量式较先进、运行较稳定的密度计主要有：(在线同位素密度计)、(振动式密度计)等。 17.为了保证仪表的安全运行和仪表精度，仪表系统的接地电阻必须小于( 4 )欧姆。 18.在自控系统中，仪表位号首位为F代表(流量)，D代表(密度) 19.磁致伸缩液位计要调试的主要参数有：(量程上线)、(量程下线)、(偏差值)。 20.超声波液位计检测时存在500mm左右的死区，调试超声波液位计时，必须把量程上限设定值比被测罐或池的高度少500 mm，这样才能准确的检测液位。 21.超声波流量计油一对或多对传感器，为了能够准确的测试流量，每一个传感器的发射部位需要加上（偶合剂）。 22.涡轮流量变送器应（水平）安装。 23.超声波流量计的检测精度与介质的（粘度）有关。 24.按照工作原理压力开关可分为（位移式）（力平衡式） 化工自动化仪表作业试题二 501、在单位时间内通过管道(或设备)某一截面流体的数量称为瞬时流量,通常称为流量。正确答案：对 502、正弦交流电的周期与频率的关系是()。正确答案：B A、正比例关系 B、反比例关系 C、互为倒数关系 503、CENTUMCS3000系统的现场控制单元FCU中,V网接口单元上的RCV亮时表示在接受V网来的数据,所以正常时该灯处于常亮。正确答案：错 504、EJA智能变送器零点和量程的调整需由通讯器设置。正确答案：错 505、安全用电的原则是两“不”,即()。C A、不接触低压带电体,不接触高压带电体 B、不靠近低压带电体,不靠近高压带电体 C、不接触低压带电体,不靠近高压带电体 506、阀位控制器可以与各类调节阀配套使用,用来显示调节阀行程的上限和下限。正确答案：对 507、机泵盘不动车的主要原因是泵或电机出现机械故障。正确答案：对 508、结构化编程把过程要求的类似或相关的功能进行分类,并试图提供可以用于几个任务的通用解决方案。向指令块提供有关信息(以参数方式),结构化程序能够重复利用这些通用模块。对 509、笼式阀的可调比大、振动小、不平衡力小、()互换性好,可得到不同的流量特性。B A、阀芯 B、套筒 C、阀体 510、帕斯卡Pa的定义:1()的力均匀而垂直作用在1平方米(㎡)单位面积上所产生的压力就是1帕斯卡(Pa)。正确答案：A A、 1牛顿 B、 1千克/〔厘米〕 C、公斤/〔厘米〕 511、气开阀无信号时,阀处于全开位置,气关阀则处于全关位置。正确答案：错512、选择控制是一种()。正确答案：C A、随动控制 B、联锁保护控制 C、软限安全控制 513、DCS开发的网络结构和OPC技术的应用,可以使DCS系统毫无困难地与工厂管理网络连接,实现信息共享,提高管理质量。正确答案：对 514、不能称为调节阀的辅助装置的是()。正确答案：D A、减压装置 B、阀门定位器和手轮 C、转换器 515、醋酸遇到明火既不会燃烧又不能助燃,也不会发生爆炸。正确答案：错516、控制通道的特性与自动化装置有关而不受对象特性的影响。错 517、能够克服高压差的阀门是()。正确答案：A A、直通双座调节阀 B、直通单座调节阀 C、蝶阀 518、同一温度下,相同规格的四段导线,导线的电阻最小的是()。B A、铜 B、银 C、铝 519、由于积分控制作用变化缓慢,容易使被控变量长时间偏离给定值,因此积分作用很少单独使用。正确答案：对 520、CENTUMCS3000系统中,对控制回路进行操作时,如果操作方式为串级(CAS)模式,则给定值(SV)允许改变。错 521、常用的阀位发信装置主要有阀位传送器、阀位开关两种。对 522、除薄膜式和活塞式执行机构外,还有()执行机构。C A、有弹簧式 B、无弹簧式 C、长行程 自动化仪表安装规则 2012-02-29 11:14:09| 分类：机电工程|举报|字号订阅 一、取源部件的安装 （一）、温度取源部件 1、温度取源部件的安装位置应选在介质温度变化灵敏和具有代表性的地方，不宜选在阀门等阻力部件附近和介质流速成死角处以及振动较大的地方。 2、热电偶取源部件的安装位置，宜远离强磁场。 3、与工艺管理道垂直安装时，取源部件轴线应与工艺管道轴线垂直相交。 4、在工艺管边的拐角处安装时，宜逆着介质流向，取源部件轴线应与工艺管道轴线相重合。 5、与工艺管道倾斜安装时，宜逆着介质流向，取源部件轴线应与工艺管道轴线相交。 （二）、压力取源部件 1、压力取源部件的安装位置应选在介质流速稳定的地方。 2、压力取源部件与温度取源部件在同一管段上时，应安装在温度取源部件的上游侧。 3、测量带有灰尘、固体颗粒或沉淀物等混浊介质的压力时，取源部件应倾斜向上安装。在水平工艺管道上宜顺流束，成锐角安装。 4、当测量温度高于60℃的液体，蒸气和可凝性气体的压力时，取源部件应带有环形或U型冷凝弯。 5、测量气体压力时，取压口在工艺管道的上半部。 6、测量液体压力时，取压口在工艺管道的下半部与工艺管道的水平中心线成0～45度夹角的范围内。 7、测量蒸气压力时，取压口在工艺管道的上半部及下半部与工艺管道水平中心线成0～45度夹角的范围内。 （三）、流量取源部件 1、安装节流件所规定的最小直管段，其内表面应清洁，无凹坑。 2、在节流件的上游侧安装温度计时，温度计与节流件间的直管距离应符合下列规定。 A. 当温度计套管直径小于或等于0.03倍工艺管道内径时，不小于5（或3）倍工艺管道内径。 B．当温度计套管的直径在0.03到0.13倍工艺管道内径之间时，不小于20（或10）倍工艺管道内径。 3、在节流件的下游侧安装温度计时，温度计与节流件间的直管距离不应小于5倍工艺管道内径。 4、孔板采用法兰取压时，应符合下列规则： a. 上、下游侧取压孔的轴线，分别与孔板上、下游侧端面间的距离应等于25.4±0.8毫米。 b. 取压孔的直径宜在6～12毫米之间，上下游侧取压孔的直径应相等。 c. 取压孔的轴线，应与工艺管道轴线相垂直。 5、用均压环取压时，取压孔应在同一截面上均匀设置，且上、下游侧取压孔的数量必须相等。 6、测量蒸气量设置冷气器，两个冷凝器的安装标高必须一致。 （四）、物位取源部件 1、物位取源部件的安装位置，应选在物位变化灵敏，且不使检测元件受到物料冲击的地方。 2、补偿式平衡容器的安装，当固定平衡容器时，应有防止因工艺设备的热膨胀而被损坏的措施。 . 第一节自动化仪表安装方案 一、施工准备 深入现场，深刻领会设计意图，查阅仪表使用说明书等技术文件，认真进行施工图会审，根据实际情况，联系外方专家和业主、设计院，落实自控仪表安装主辅材采购计划，仪表取样点准确位置及安装方式，从技术角度上为施工创造良好的条件。 二、仪表管预埋 1、熟悉整个厂区地下管网分布、道路分布及设备位置，选择合理的预埋管路线，并采取相应的保护措施。 2、预埋管材质及规格应符合设计要求。 3、预埋管应尽量减小弯头个数，尽量加大弯曲角度，弯曲半径应大于1.5倍管外径，弯曲处表面应无裂纹、无凹陷。 4、钢管连接应采用加套管全焊接方式，不允许对焊连接。 5、内外防腐良好，接地可靠。 6、管口应光滑无毛刺，预埋后应立即用木塞或薄钢板封堵管口，以防杂物堵塞管子。 7、作好隐蔽工程检查记录，该质量控制点按AR等级执行。 三、仪表盘、柜、箱安装 1、位置正确，型号、规格应与设计相符。 2、固定牢靠，盘、柜、箱安装垂直度每米允许偏差2.0mm，相邻两盘顶部高 度偏差2.0mm，盘间接缝应小于1.5mm。 专业资料 . 3、接地可靠，应具有单独接地装置，防止强电窜入或雷击造成设备损坏。 4、户外仪表箱的安装应具有防雨、防雷措施。 5、 质量控制点等级 AR 安装位BR垂直度、水平度、平面度、高 AR 接地 四、仪表的存放及保护仪表设备应单独按工号分类，存放在一干燥、清洁房间内，由专人保管，并避免施工该标签上应还有检定后的标记，根据设计图，标贴上正确的安装位号，中错装或未经检定就安装。安装中严禁摔打、碰撞。五、仪表单体调校由于运输过程中可能造成仪表失调，因此安装前应在试验室进行检查和校以使仪表达到规定的精度等级，并进行仪表的始点、终点和非线性等的调整，验，点，校验时，应按刻度“上5仪表校验点应在全刻度范围均匀选取，且不应少于升”和“下降”两个方向进行，成套供应的变送器、流量计等和其显示 自动化仪表设备安装技术交底 (标准版) Establish a safety production responsibility system. Implement specific work safety divisions, clearly distinguish rewards and punishments, and assign responsibilities to individuals. ( 安全管理 ) 单位：______________________ 姓名：______________________ 日期：______________________ 编号：AQ-SN-0509 自动化仪表设备安装技术交底(标准版) 一、工程概况 某装置自控仪表设备约在2500台左右，大部分设备、仪表为露天安装，需要伴热、保温的均采用低压蒸汽热源。安装在爆炸危险区域内的仪表选用隔爆型和本质安全型，因此，本装置仪表设备安装工程量大而复杂，安装难度大，在施工开始前一定要做好前期准备工作。 二、施工准备 1．材料设备要求． (1)对到货仪表首先核对随机装箱单。 (2)按设计规格表和有关资料(说明书、图纸)列出设备、材料汇总明细表。 (3)检查仪表外包装及仪表外观有无损坏、水浸、污染等现象并 做好记录。 (4)检查出厂说明书是否详尽，随带配件是否齐全。 (5)核对被校验仪表铭牌上规格型号是否符合设计要求。 (6)检查出厂合格证及出厂检定证书，确认出厂状态。 (7)详细填写检查结果，对短缺、不符、损坏部分要由供应商签字确认。 2．主要机具 (1)铅笔、皮尺、水平尺、线坠、粉线袋、桶、刷子。 (2)手锤、钢锯、锯条、扁锉、圆锉、半圆锉、套丝板、钻头。 (3)砂轮锯、套管机、揻管器、压力、电焊机、气焊工具。 (4)电烙铁、电炉、锡锅、兆欧表、工具箱、高凳等。 3．作业条件 (1)在配合土建结构施工的同时做好预埋铁件及预留孔洞。 (2)配合土建装修、工艺设备安装、管道安装、电气、防腐、保温、给排水等专业施工的同时进行仪表安装。 三、施工工艺 压力仪表 一、压力检测元件 压力检测的方法很多，按敏感元件和转换原理的特性不同，一般分为四类： （1）液柱压力计。它是根据流体静力学原理，把被测压力或差压转换成液体高度（差），压力计一般采用充有水或水银的玻璃U形管或单管。 （2）弹性式压力仪表。它是根据弹性元件受力变形的原理，将被测压力转换成弹性元件的位移，并通过机械传动机构直接带动指针。常见的弹性式压力计有弹簧管压力仪表、膜盒压力仪表、波纹管压力仪表等。 （3）电远传式压力仪表。这类仪表的敏感元件一般也是弹性元件，通过进一步应用转换元件（或装置）和转换电路将与被测压力成正比的弹性元件的位移转换成电信号输出，实现信号的远距离输送。常见的有力平衡式压力变送器、电容式压力变送器、霍尔式压力传感器等。（4）物性型压力传感器。它是基于在压力作用下，敏感元件的某些物理特性发生变化的原理。常见的物性型压力传感器有应变式压力传感器、压阻式压力传感器、压电式压力传感器等。 二、压力表 1. 压力表的原理与构造 1.1原理：压力表通过表内的敏感元件（波登管、膜盒、波纹管）的弹性形变，再由表内机芯的转换机构将压力形变传导至指针，引起指针转动来显示压力。 1.2 构造： 溢流孔： 若发生波登管爆裂的紧急情况的时候，内部压力将通过溢流孔向外界释放，防止玻璃面板的爆裂。 注：为了保持溢流孔的正常性能，请在表后面留出至少10mm的空间，不要改造或塞住溢流孔。 指针： 除标准指针外，其他指针也是可选的。（零调指针最大值指针或设定指针）请在选型表中列出。 玻璃面板： 除标准玻璃外，其他特殊材质玻璃，如强化玻璃，无反射玻璃也是可选的。 性能分类： 普通型（标准）、蒸汽用普通型（M）、耐热型（H）、耐振型（V）、蒸汽用耐振型（MV）耐热耐振型（HV）。 处理方式： 禁油/禁水处理…在制造时除去残留在接液部的水或油。 弹性敏感元件：波登管、波纹管、隔膜 波登管压力表 波登管敏感元件是弯成圆形，截面积显椭圆形的弹性C形管。测量介质的压力作用在波动管的内侧，这样波登管椭圆截面会趋于圆形截面。由于波登管微小变形，形成一定的环应力。此环应力会使波登管向外延伸。由于弹性波登管头部没有固定，其就会产生小小变形，其变形 题库 一、填空题： 1、温度是表征物体及系统----------------------的物理量。 2、热电偶的测量原理是基于热电偶的热电效应，热电效应包括温差电势和 ---------------两部分。 3、热电偶的分度表是在参比温度为-------------的条件下得到的。 4、补偿导线通常在-----------------范围内其热电特性与热电偶本身几乎完全一样。 5、热电阻是基于金属导体的-------------------随温度的变化而变化的特性来进行温度 测量的。 6、热电阻温度系数愈大，其------------------------变化也愈灵敏。 7、动圈式指示仪表是由测量线路和-------------------两部分组成。 8、动圈式仪表是一种---------------显示仪表。 9、铂热电阻的测温范围一般为-----------------------------------。 10、数字显示仪表的分辨率是指数字仪表------------------------改变一个字时的输入 量值。 11、常用测压方法有三种，即-------------------------、弹性变形法和电测压方法。 12、一般在被测压力较稳定的情况下，正常操作压力值应该为量值的 --------------------。 13、节流式流量计的测量原理是利用流体流经节流装置时所产生的---------------实 现流量测量的。 14、节流装置属于----------------------------、变压差的一种测量方法。 15、转子流量计属于恒压差，----------------------------的一种测量方法。化工仪表及自动化考试试题汇总及答案
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