第五章SAMA图_精品文档.ppt
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第五章SAMA图,“ScientificApparatusMakersAssociation”翻译为中文是美国科学仪器制造协会,英文缩写为SAMA。
SAMA图是美国科学仪器制造协会颁布的图例,是目前世界上广泛使用的控制工程图例之一。
SAMA图是包括所有控制仪表的控制系统结构图,SAMA图例易于理解,能清楚地表示系统功能,它反映控制系统的全部控制功能和信号处理功能,也反应设计者的设计思想(控制策略)。
在设计火电厂的热工控制系统时,首先要根据控制过程的要求,按照SAMA图例绘制过程控制系统的SAMA图,然后根据该SAMA图,再进行DCS组态图的设计。
SAMA图是特别重要的一类工程图。
目前虽然有一定的标准图例,但各仪表公司在工程设计中还是有自己的一些特殊图形符号。
本章将讨论我国常用的控制系统SAMA图,并介绍二个热工控制系统SAMA图。
第一节SAMA图例SAMA图例的特点是流程比较清楚,特别是对复杂回路画起来和读起来都较容易。
SAMA图的输入输出关系及流程方向与DCS控制组态图比较接近,各控制算法都有比较明确的标志,国际上各大的仪表公司多采用SAMA图(即使用SAMA图例的组态图取代即使用功能模块图例的组态图,如ABB的symphony、艾默生的Ovation和智深的EDPF)设计控制工程。
虽然各公司的SAMA图例有些区别,但SAMA图的许多符号是通用的。
常用的SAMA图例有四种,分别表示的含意如下:
表示测量或信号读出功能。
一般用来表示从现场传感器或变送器读出信息。
表示自动信号处理。
一般用来表示控制站(柜)中仪表(或算法模块)的功能。
表示手动信号处理。
一般用来表示在操作站(器)的功能。
表示执行机构。
一般用来表示安装在现场的电动、气动和液动等执行器。
用SAMA图例表达控制系统工作原理时,常将一些符号画在一起,表示一个具体的模块(仪表)具有哪些功能,这样在SAMA图又清楚地表达了使用多少功能模块。
常见SAMA图例按功能进行分类,如表5-1、5-2、5-3、5-4、5-5、5-6所示。
第二节SAMA图应用举例一、单冲量控制系统的SAMA图火电厂中单冲量调节系统有:
除氧器水位、凝汽器水位、轴封压力控制、二抽母管压力控制、冷凝器压力控制、高加水位控制、轴封漏汽压力控制、低加水位控制、汽封水位控制、稳压箱水位控制、连排扩容水位控制、工业水箱水位控制、吹灰给水控制控制、暖风器水位控制、暖风供汽压力控制、连续排污控制和磨热风控制等。
这种单冲量控制系统的SAMA图如图5-1所示,现对该图的符号功能解释如下:
图5-1单回路调节系统SAMA图,LTTEFT分别是水位、温度和流量变送器,它们都是模拟输入量。
和H/为偏差报警,即当测量值与给定值之差的绝对值超过某一设定值时,输出逻辑1信号,之所以用偏差报警,是因为在实际调节过程中被控量与给定值相差过大时,可能调节系统已经有问题了,这时要切掉自动,让输出保持自动时的最后数值,待测量值与给定值的差值恢复到正常范围内,再切回自动。
这里的六边形1是与逻辑图连接符号,1为连接编号。
菱形A的输出为PI调节器的给定值。
是相减(或偏差)符号;K和是比例和积分符号;和的是对PI的算法输出进行上、下限幅。
TRACK是跟踪。
实际的阀位反馈量是,但因控制室采用操作员站或手操器,所以引入到DCS现场控制站的阀位反馈量,是由手操器转换后的信号,即图中的外跟踪信号,这个信号对DCS系统而言相当于一个模拟输入信号,它是一个15V或420mA的模拟输入量。
六边形6是与逻辑图连接的符号,它是一个外跟踪开关,当它输出为逻辑1时,PI模块处于跟踪状态,PI模块的输出等于阀位反馈值(外跟踪信号),而当六边形6输出为逻辑0时,PI模块恢复正常运算,输出就是PI运算的结果。
和H/也为偏差报警,即当PID算法的输出与阀位反馈值(实际现场执行器的输出)相差过大时,可能是手操器或现场执行机构有故障,这时报警信号送至六边形2,通过逻辑电路将系统从自动切换到手动,输出保持不变或接受人为调整。
六边形5是与逻辑图连接的符号,它表示手操器“手动自动”状态。
当六边形5的状态为逻辑0时,表示手操器为手动状态,操纵变量有手动控制;当六边形5的状态为逻辑1时,表示手操器为自动状态,系统的输出受PI模块控制。
六边形3、4是与逻辑图连接的符号。
六边形3是程控切手动;六边形4是程控切自动。
F(x)为执行器,ZT为位置变送器,它输出的是实际的阀位反馈信号,可能是420mA的信号,也可能是15V的信号,它与手操器有关,如果不用手操器,也可直接引入DCS系统作为实际的阀位反馈信号。
与图5-1对应的单回路调节逻辑控制图如图5-2所示。
在图5-2中,左边的六边形和椭圆形为开关量输入模块;右边的六边形为开关量输出模块。
控制手操器切手动的信号有3个:
由六边形1输出的测量值与给定值差值报警信号;由六边形2输出的算法输出与阀位反馈差值报警信号;由椭圆形输出程控切手动信号。
三者为“或”运算,即只要有一个输出为“1”,则手操器切手动。
控制手操器自动状态的信号为两个信号的“与”,即除由椭圆形开关量模块输出程控自动逻辑信号外,另一个信号为由not输出的切手动信号,也就是说若有报警信号存在,则在操作员站上置手操器自动的命令将不起作用,只有报警解除后手操器不为手动时,手操器才能投自动,这样便可防止在有故障存在时误操作手操器。
跟踪开关也接受两个信号的与,其分析与手操器投自动类似。
(即若有报警信号存在,手操器为手动方式,六边形6(跟踪)输出为1。
图5-2单回路调节逻辑控制框图,二、凝汽器的水位控制SAMA图凝汽器水位控制是通过调节进入凝汽器的补充水量来实现的,如图5-3所示。
凝汽器水位由补水泵和补水调节阀共同完成,补水泵提供补水压头,补水调节阀负责控制进入凝汽器的补水流量。
与图5-3对应的凝汽器水位控制的SAMA图如图5-4所示,这也是一个单回路调节系统。
图5-4凝汽器水位调节的SAMA图,图中:
LT是凝汽器水位变送器,输出是模拟量信号;为凝汽器水位信号和凝汽器水位给定值的差值;K为比例积分调节器(或比例积分调节模块),即PI调节器(模块),它接受输出的差值信号,并进行PI运算;T为手动自动切换开关;左侧的A为模拟信号发生器,当T打到手动时,改变A的输出,就可改变阀门开度;右侧的A也为模拟信号发生器,改变A的输出,可改变凝汽器水位设定值;V为速率限制器,它对运行人员手动设定的凝汽器水位给定值进行速率限制,防止当水位给定值变化大时,引起凝汽器水位大幅波动;f(x)为执行机构,在自动状态时,执行机构接受PI的调节指令控制补水调节阀的开度。
在手动状态时,执行机构接受运行人员的手动操作指令以改变补水调节阀的开度。
凝汽器水位调节的工作原理可简述为:
在投入自动时,水位信号与经过速率限制器限制的水位给定值信号相比较,差值送入PI调节器:
当水位低于给定值时,PI调节器的调节指令指挥执行机构开大补水调节阀;反之,使执行机构关小补水调节阀。
当出现凝汽器水位测量信号故障等情况时,通过手动自动控制站的判断,将自动方式切换为手动方式,由运行人员通过手动操作对凝汽器水位进行控制。
三、除氧器压力控制SAMA图除氧器的主要作用是将锅炉给水中的氧气(包括其他气体)除掉。
它还是汽轮机汽水系统中的一级加热器,并担负着汇集各种疏水、化学补充水的任务。
除氧器水箱的体积比较大,储存了足以保证向锅炉提供所需的给水量。
锅炉给水中如果含有氧气,就会使管道及锅炉受热面遭受氧化腐蚀;如果含有其他气体,还会妨碍传热。
为此,必须将给水中的氧气及其他气体除掉。
在一定的压力下,水的温度越高,气体的溶解度就越小。
如果将水加热至沸腾温度,气体在水中的溶解度就会大大减小,溶解在水中的气体就会被分解出来,不断地向外逸出。
水的压力不同,其沸腾温度也不同。
因此,只要将给水加热到该压力下的沸腾温度,就能将给水中的氧气及其他气体排除。
除氧器通常利用汽轮机的某级抽气作为热源,将给水加热到沸腾温度。
如果采用控制温度的方法除氧,则存在着温度测量迟延打、测点难于选择等问题。
然而,饱和水温度和饱和压力值具有一一对应关系,所以,只要控制除氧器内蒸汽空间的压力为饱和值,就能保证将给水加热到饱和温度,从而达到除氧的目的。
除氧器有定压和滑压两种运行方式,相应的压力控制系统也有两种形式:
1.定压运行除氧器压力控制系统PP0,PP0,2.滑压运行除氧器压力控制系统,K,P,P0,为减小定压运行时抽汽压力损失,提高机组的运行效率,目前大型机组除氧器均采用滑压运行方式。
该方式是将除氧器加热蒸汽阀开足,除氧器压力接近抽汽压力(只差管路压力损失),这样除氧器压力就随负荷变化而变化,负荷大时,压力高;负荷小时,压力低。
一般情况下,不对压力进行调节,压力只靠汽轮机抽汽来自然保持,但是当汽轮机负荷低于一定值时,要将辅助汽源的蒸汽送入除氧器以维持最低的允许压力。
图5-5是某300MW机组除氧器压力控制SAMA图。
在低负荷阶段,4段抽汽压力低于150KPa时,除氧器压力由辅助蒸汽联箱的蒸汽来保证。
除氧器压力定值由运行人员设置,除氧器压力偏差经调节器运算,通过除氧器辅助蒸汽调节阀进行控制。
PP0,P150KPa时,通过SCS打开除氧器4段抽汽隔离门,此后即进入滑压运行阶段。
在滑压运行阶段当4段抽汽压力P150KPa时,通过SCS打开除氧器4段抽汽隔离门,此后即进入滑压运行阶段。
而除氧器辅助蒸汽调节阀则由于除氧器压力升高,压力定值未变而自动关闭。
为了防止汽轮机跳闸时除氧器压力骤降而使给水泵汽化,发生跳闸时,在跳闸瞬间除氧器压力定值跟踪另一较高压力定值,由于此时除氧器压力下降,除氧器辅助蒸汽调节阀自动打开,除氧器压力调节重新恢复定压方式。
运行人员可手操改变压力定值,使除氧器压力逐步下降。
当除氧器压力或4段抽汽压力信号故障时,将除氧器辅助蒸汽调节阀切为手动方式。
除氧器压力控制SAMA图如图5-5所示。
为了防止汽轮机跳闸时除氧器压力骤降而使给水泵汽化,发生汽轮机跳闸时,在跳闸瞬间除氧器压力设定值跟踪菱形A输出的设定值X%,此压力设定值恒定,防止了除氧器压力的骤降。
在正常情况下,除氧器压力设定值由操作员根据当前的运行情况,进行手动设定,它是通过菱形手操器输出的改变实现的。
除氧器压力的自动控制是以除氧器内蒸汽空间压力作为被控量,并通过改变加热蒸汽量作为控制手段,即通过改变除氧器进汽阀的开度来维持除氧器压力在规定值的。
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