SAMA图教程

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。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DCSSAMA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：⑴○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。⑵表示自动信号处理。一般用来表示控制站（柜）中仪表（或⑶◇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。表5-1测量变送器类标准功能图例图例名称图例名称图例名称图例名称图例名称流量测量元件温度变送器压力变送器流量变送器继电器线圈位置变送器速率变送器液位变送器成分分析变送器信号来源表5-2信号转换类标准功能图例图例名称图例名称图例名称图例名称电流-电压转换器电阻-电流转换器气压-电流转换器电压-电流转换器频率-电压转换器脉冲-脉冲转换器脉冲-电压转换器电流-气压转换器电阻-电压转换器热电势-电压转换器电压-气压转换器数字-逻辑转换器TATLTSTZTFTPTTTFEVI/VR/IP/IV/IF/VI/PR/VmV/VV/PD/L电压-电压转换器气压-电压转换器逻辑-数字转换器触点-逻辑转换器模-数转换器数-模转换器表5-3报警限幅和选择类标准功能图例图例名称图例名称图例名称图例名称高限限制器低限限制器高限监视器低限监视器高高限监视器低低限监视器高、低限限制器高、低限监视器速率限制器高值信号选择低值信号选择中值信号选择表5-4运算类标准功能图例图例名称图例名称图例名称图例名称积分控制器加法器积算器乘法器除法器偏置器，加或减比较器或偏差微分器时间函数发生器折线函数比例控制器斜波信号发生器均值器开方器非线性控制器表5-5显示操作类标准功能图例图例名称图例名称图例名称图例名称指示灯记录仪指示器自动手动切换器L/DTIR¤√∑/nURGKF(x)F(t)d/dt△±÷×∑/t∑∫≯≮H//LHH//LL≮≯H/LV≯＞＜＜＞V/VP/VA/DD/AC/L手操信号发生器继电器常开触点继电器常闭触点气源自动/手动切换开关转换或跳闸继电器时间继电器电磁线圈驱动器模拟信号发生器跟踪表5-6执行器类标准功能图例图例名称图例名称图例名称图例名称电动执行器液动执行器气动执行器未注明执行器直行程阀旋转球阀三通阀角行程阀表5-7连接及信号线符号图例名称图例名称图例名称图例名称图例名称本图内连接符号本册图内连接符号与逻辑图连接符号模拟信号线逻辑电平信号线第二节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TR1AAF(x)HOMOSTIMA/MT1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：⑴LT／TE／FT分别是水位、温度和流量变送器，它们都是模拟输入量。⑵△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。⑶菱形A的输出为PI调节器的给定值。⑷△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。⑸TRACK是跟踪。实际的阀位反馈量是⑽，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⑸，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1～5V或4～20mA的模拟输入量。⑹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。⑺△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。⑻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。⑼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。⑽为实际的阀位反馈信号，可能是4～20mA的信号，也可能是1～5V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。图中：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模块输出的切手动信号，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，即由六边形5输出的“手动／自动”状态信号和not模块输出信号的与，其分析与手操器投自动类似。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大、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，除氧器压力骤降使给水泵汽化，在汽轮机跳闸瞬间，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。INC表示增加，DEC表示减少，说明调节器为反作用。习题与思考题5-1SAMA组合符号如图5-6所示，试说明组合符号的名称，并解释各组成符号的含义。5-2SAMA组合符号如图5-7所示，试说明组合符号的名称。5-3流量控制回路如图5-8所示，试标出SAMA符号，并说明手操时的跟踪过程及意义。5-4试画出火电厂串级过热蒸汽温度控制系统的SAMA图。SAMA图例为美国科学仪器制造协会（scientificapparatusmaker`sassociation）图例，这套图例易于理解，能清楚地表示控制系统功能和原理，它广泛应用于电厂热控系统工程设计中。SAMA功能图例外形分四类，每一种形状都有明确的含义Ａ．代表测量或显示功能Ｂ．代表信号自动处理功能Ｃ．手动信号处理功能Ｄ．执行机构（1）输入转换Ａ．气—电转换将气压信号转换成直流电压信号SAMA符号：Ｂ．脉冲—电压转换将脉冲频率信号转换成直流电压信号SAMA符号：Ｃ．电流—电压转换将直流电流信号转换成直流电压信号SAMA符号：Ｄ．热电阻—电压转换将热电阻值信号转换成直流电压信号SAMA符号：E．热电偶—电压转换将热电偶毫伏信号转换成直流电压信号SAMA符号：（２）输出转换Ａ．电压—电流转换将直流电压信号转换成直流电流信号SAMA符号：Ｂ．电压—触点转换将逻辑电平的高低电压信号转换成诸如继电器触点等的开关信号SAMA符号：（３）信号处理Ａ．绝对值高报警当输入信号超过高限值，发出报警逻辑信号SAMA符号：Ｂ．绝对值低报警当输入信号低于低限值，发出报警逻辑信号SAMA符号：Ｃ．偏差值报警偏差