第五章SAMA圖

1、第五章第五章SAMA圖圖 “Scientific Apparatus Makers Association ”翻譯為中文是美國科學(xué)儀器制造協(xié)會，英文縮寫翻譯為中文是美國科學(xué)儀器制造協(xié)會，英文縮寫為為SAMA。 SAMA圖是美國科學(xué)儀器制造協(xié)會頒布的圖例，圖是美國科學(xué)儀器制造協(xié)會頒布的圖例，是目前世界上廣泛使用的控制工程圖例之一。是目前世界上廣泛使用的控制工程圖例之一。 SAMA圖是包括所有控制儀表的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，圖是包括所有控制儀表的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，SAMA圖例易于理解，能清楚地表示系統(tǒng)功能，圖例易于理解，能清楚地表示系統(tǒng)功能，它反映控制系統(tǒng)的全部控制功能和信號處理功能，它反映控制系統(tǒng)的全部

2、控制功能和信號處理功能，也反應(yīng)設(shè)計者的設(shè)計思想（控制策略）。也反應(yīng)設(shè)計者的設(shè)計思想（控制策略）。 在設(shè)計火電廠的熱工控制系統(tǒng)時，首先要根據(jù)控在設(shè)計火電廠的熱工控制系統(tǒng)時，首先要根據(jù)控制過程的要求，按照制過程的要求，按照SAMA圖例繪制過程控制系圖例繪制過程控制系統(tǒng)的統(tǒng)的SAMA圖，然后根據(jù)該圖，然后根據(jù)該SAMA圖，再進(jìn)行圖，再進(jìn)行DCS組態(tài)圖的設(shè)計。組態(tài)圖的設(shè)計。 SAMA圖是特別重要的一類工程圖。目前雖然有圖是特別重要的一類工程圖。目前雖然有一定的標(biāo)準(zhǔn)圖例，但各儀表公司在工程設(shè)計中還一定的標(biāo)準(zhǔn)圖例，但各儀表公司在工程設(shè)計中還是有自己的一些特殊圖形符號。本章將討論我國是有自己的一些特殊圖形符

3、號。本章將討論我國常用的控制系統(tǒng)常用的控制系統(tǒng)SAMA圖，并介紹二個熱工控制圖，并介紹二個熱工控制系統(tǒng)系統(tǒng)SAMA圖。圖。 第一節(jié)第一節(jié) SAMA圖例圖例 SAMA圖例的特點是流程比較清楚，特別是對圖例的特點是流程比較清楚，特別是對復(fù)雜回路畫起來和讀起來都較容易。復(fù)雜回路畫起來和讀起來都較容易。SAMA圖的圖的輸入輸出關(guān)系及流程方向與輸入輸出關(guān)系及流程方向與DCS控制組態(tài)圖比較控制組態(tài)圖比較接近，各控制算法都有比較明確的標(biāo)志，國際上接近，各控制算法都有比較明確的標(biāo)志，國際上各大的儀表公司多采用各大的儀表公司多采用SAMA圖（即使用圖（即使用SAMA圖例的組態(tài)圖取代即使用功能模塊圖例的組態(tài)圖，圖

4、例的組態(tài)圖取代即使用功能模塊圖例的組態(tài)圖，如如ABB的的symphony、艾默生的、艾默生的Ovation和智深和智深 的的EDPF）設(shè)計控制工程。）設(shè)計控制工程。 雖然各公司的雖然各公司的SAMA圖例有些區(qū)別，但圖例有些區(qū)別，但SAMA圖的許多符號是通用的。常用的圖的許多符號是通用的。常用的SAMA圖例有圖例有四種，分別表示的含意如下：四種，分別表示的含意如下： 表示測量或信號讀出功能。一般用來表示表示測量或信號讀出功能。一般用來表示從現(xiàn)場傳感器或變送器讀出信息。從現(xiàn)場傳感器或變送器讀出信息。 表示自動信號處理。一般用來表示控制表示自動信號處理。一般用來表示控制站（柜）中儀表（或算法模塊）的

5、功能。站（柜）中儀表（或算法模塊）的功能。 表示手動信號處理。一般用來表示在操作表示手動信號處理。一般用來表示在操作站（器）的功能。站（器）的功能。 表示執(zhí)行機構(gòu)。一般用來表示安裝在現(xiàn)場表示執(zhí)行機構(gòu)。一般用來表示安裝在現(xiàn)場的電動、氣動和液動等執(zhí)行器。的電動、氣動和液動等執(zhí)行器。 用用SAMA圖例表達(dá)控制系統(tǒng)工作原理時，圖例表達(dá)控制系統(tǒng)工作原理時，常將一些符號畫在一起，表示一個具體的常將一些符號畫在一起，表示一個具體的模塊（儀表）具有哪些功能，這樣在模塊（儀表）具有哪些功能，這樣在SAMA圖又清楚地表達(dá)了使用多少功能模圖又清楚地表達(dá)了使用多少功能模塊。常見塊。常見SAMA圖例按功能進(jìn)行分類，如圖

6、例按功能進(jìn)行分類，如表表5-1、5-2、5-3、5-4、5-5、5-6所示。所示。 第二節(jié)第二節(jié) SAMA圖應(yīng)用舉例圖應(yīng)用舉例 一、單沖量控制系統(tǒng)的一、單沖量控制系統(tǒng)的SAMA圖圖 火電廠中單沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)有：除氧器水位、火電廠中單沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)有：除氧器水位、凝汽器水位、軸封壓力控制、二抽母管壓力凝汽器水位、軸封壓力控制、二抽母管壓力控制、冷凝器壓力控制、高加水位控制、軸控制、冷凝器壓力控制、高加水位控制、軸封漏汽壓力控制、低加水位控制、汽封水位封漏汽壓力控制、低加水位控制、汽封水位控制、穩(wěn)壓箱水位控制、連排擴容水位控制、控制、穩(wěn)壓箱水位控制、連排擴容水位控制、工業(yè)水箱水位控制、吹灰給水控制控制

7、、暖工業(yè)水箱水位控制、吹灰給水控制控制、暖風(fēng)器水位控制、暖風(fēng)供汽壓力控制、連續(xù)排風(fēng)器水位控制、暖風(fēng)供汽壓力控制、連續(xù)排污控制和磨熱風(fēng)控制等。污控制和磨熱風(fēng)控制等。 這種單沖量控制系統(tǒng)的這種單沖量控制系統(tǒng)的SAMA圖如圖圖如圖5-1所示，所示，現(xiàn)對該圖的符號功能解釋如下：現(xiàn)對該圖的符號功能解釋如下： 圖圖5-1 單回路調(diào)節(jié)單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)系統(tǒng)SAMA圖圖 LTTEFT分別是水位、溫度和流量變分別是水位、溫度和流量變送器，它們都是模擬輸入量。送器，它們都是模擬輸入量。 和和H/為偏差報警，即當(dāng)測量值與給定為偏差報警，即當(dāng)測量值與給定值之差的絕對值超過某一設(shè)定值時，輸出值之差的絕對值超過某一設(shè)定值時，

8、輸出邏輯邏輯1信號，之所以用偏差報警，是因為在信號，之所以用偏差報警，是因為在實際調(diào)節(jié)過程中被控量與給定值相差過大實際調(diào)節(jié)過程中被控量與給定值相差過大時，可能調(diào)節(jié)系統(tǒng)已經(jīng)有問題了，這時要時，可能調(diào)節(jié)系統(tǒng)已經(jīng)有問題了，這時要切掉自動，讓輸出保持自動時的最后數(shù)值，切掉自動，讓輸出保持自動時的最后數(shù)值，待測量值與給定值的差值恢復(fù)到正常范圍待測量值與給定值的差值恢復(fù)到正常范圍內(nèi)，再切回自動。內(nèi)，再切回自動。 這里的六邊形這里的六邊形1是與邏輯圖連接符號，是與邏輯圖連接符號，1為為連接編號。連接編號。 菱形菱形A的輸出為的輸出為PI調(diào)節(jié)器的給定值。調(diào)節(jié)器的給定值。 是相減（或偏差）符號；是相減（或偏差）

9、符號；K和和是比例是比例和積分符號；和積分符號； 和和 的是對的是對PI的算法輸出的算法輸出進(jìn)行上、下限幅。進(jìn)行上、下限幅。 TRACK是跟蹤。實際的閥位反饋量是是跟蹤。實際的閥位反饋量是，但因控制室采用操作員站或手操器，所以但因控制室采用操作員站或手操器，所以引入到引入到DCS現(xiàn)場控制站的閥位反饋量，是現(xiàn)場控制站的閥位反饋量，是由手操器轉(zhuǎn)換后的信號，即圖中的外跟蹤由手操器轉(zhuǎn)換后的信號，即圖中的外跟蹤信號信號，這個信號對，這個信號對DCS系統(tǒng)而言相當(dāng)于系統(tǒng)而言相當(dāng)于一個模擬輸入信號，它是一個一個模擬輸入信號，它是一個15V或或420mA的模擬輸入量。的模擬輸入量。 六邊形六邊形6是與邏輯圖連接

10、的符號，它是一是與邏輯圖連接的符號，它是一個外跟蹤開關(guān)，當(dāng)它輸出為邏輯個外跟蹤開關(guān)，當(dāng)它輸出為邏輯1時，時，PI模模塊處于跟蹤狀態(tài)，塊處于跟蹤狀態(tài)，PI模塊的輸出等于閥位模塊的輸出等于閥位反饋值反饋值(外跟蹤信號外跟蹤信號)，而當(dāng)六邊形，而當(dāng)六邊形6輸出為輸出為邏輯邏輯0時，時，PI模塊恢復(fù)正常運算，輸出就是模塊恢復(fù)正常運算，輸出就是PI運算的結(jié)果。運算的結(jié)果。 和和H/也為偏差報警，即當(dāng)也為偏差報警，即當(dāng)PID算法的輸算法的輸出與閥位反饋值出與閥位反饋值(實際現(xiàn)場執(zhí)行器的輸出實際現(xiàn)場執(zhí)行器的輸出)相相差過大時，可能是手操器或現(xiàn)場執(zhí)行機構(gòu)差過大時，可能是手操器或現(xiàn)場執(zhí)行機構(gòu)有故障，這時報警信號

11、送至六邊形有故障，這時報警信號送至六邊形2，通過，通過邏輯電路將系統(tǒng)從自動切換到手動，輸出邏輯電路將系統(tǒng)從自動切換到手動，輸出保持不變或接受人為調(diào)整。保持不變或接受人為調(diào)整。 六邊形六邊形5是與邏輯圖連接的符號，它表示是與邏輯圖連接的符號，它表示手操器手操器“手動自動手動自動”狀態(tài)。當(dāng)六邊形狀態(tài)。當(dāng)六邊形5的的狀態(tài)為邏輯狀態(tài)為邏輯0時，表示手操器為手動狀態(tài)，時，表示手操器為手動狀態(tài)，操縱變量有手動控制；當(dāng)六邊形操縱變量有手動控制；當(dāng)六邊形5的狀態(tài)為的狀態(tài)為邏輯邏輯1時，表示手操器為自動狀態(tài)，系統(tǒng)的時，表示手操器為自動狀態(tài)，系統(tǒng)的輸出受輸出受PI模塊控制。模塊控制。 六邊形六邊形3、4是與邏輯圖

12、連接的符號。六是與邏輯圖連接的符號。六邊形邊形3是程控切手動；六邊形是程控切手動；六邊形4是程控切自是程控切自動。動。 F(x)為執(zhí)行器，為執(zhí)行器，ZT為位置變送器，它輸為位置變送器，它輸出的是實際的閥位反饋信號，可能是出的是實際的閥位反饋信號，可能是420mA的信號，也可能是的信號，也可能是15V的信號，它的信號，它與手操器有關(guān)，如果不用手操器，也可直與手操器有關(guān)，如果不用手操器，也可直接引入接引入DCS系統(tǒng)作為實際的閥位反饋信號。系統(tǒng)作為實際的閥位反饋信號。 與圖與圖5-1對應(yīng)的單回路調(diào)節(jié)邏輯控制圖如圖對應(yīng)的單回路調(diào)節(jié)邏輯控制圖如圖5-2所示。在圖所示。在圖5-2中，左邊的六邊形和橢中，左

13、邊的六邊形和橢圓形為開關(guān)量輸入模塊；右邊的六邊形為圓形為開關(guān)量輸入模塊；右邊的六邊形為開關(guān)量輸出模塊。開關(guān)量輸出模塊。 控制手操器切手動的信號有控制手操器切手動的信號有3個：由六邊形個：由六邊形1輸出的測量值與給定值差值報警信號；由輸出的測量值與給定值差值報警信號；由六邊形六邊形2輸出的算法輸出與閥位反饋差值報輸出的算法輸出與閥位反饋差值報警信號；由橢圓形輸出程控切手動信號。警信號；由橢圓形輸出程控切手動信號。三者為三者為“或或”運算，即只要有一個輸出為運算，即只要有一個輸出為“1”，則手操器切手動。，則手操器切手動。 控制手操器自動狀態(tài)的信號為兩個信號的控制手操器自動狀態(tài)的信號為兩個信號的“

14、與與”，即除由橢圓形開關(guān)量模塊輸出程控自，即除由橢圓形開關(guān)量模塊輸出程控自動邏輯信號外，另一個信號為由動邏輯信號外，另一個信號為由not輸出的切輸出的切手動信號，也就是說若有報警信號存在，則在手動信號，也就是說若有報警信號存在，則在操作員站上置手操器自動的命令將不起作用，操作員站上置手操器自動的命令將不起作用，只有報警解除后手操器不為手動時，手操器才只有報警解除后手操器不為手動時，手操器才能投自動，這樣便可防止在有故障存在時誤操能投自動，這樣便可防止在有故障存在時誤操作手操器。作手操器。 跟蹤開關(guān)也接受兩個信號的與，其分析與手操跟蹤開關(guān)也接受兩個信號的與，其分析與手操器投自動類似。（即若有報警

15、信號存在，手操器投自動類似。（即若有報警信號存在，手操器為手動方式，六邊形器為手動方式，六邊形6（跟蹤）輸出為（跟蹤）輸出為1。圖圖5-2單回路調(diào)節(jié)邏輯控制框圖單回路調(diào)節(jié)邏輯控制框圖 二、凝汽器的水位控制二、凝汽器的水位控制SAMA圖圖 凝汽器水位控制是通過調(diào)節(jié)進(jìn)入凝汽器的凝汽器水位控制是通過調(diào)節(jié)進(jìn)入凝汽器的補充水量來實現(xiàn)的，如圖補充水量來實現(xiàn)的，如圖5-3所示。凝汽器所示。凝汽器水位由補水泵和補水調(diào)節(jié)閥共同完成，補水位由補水泵和補水調(diào)節(jié)閥共同完成，補水泵提供補水壓頭，補水調(diào)節(jié)閥負(fù)責(zé)控制水泵提供補水壓頭，補水調(diào)節(jié)閥負(fù)責(zé)控制進(jìn)入凝汽器的補水流量。進(jìn)入凝汽器的補水流量。 與圖與圖5-3對應(yīng)的凝汽器

16、水位控制的對應(yīng)的凝汽器水位控制的SAMA圖圖如圖如圖5-4所示，這也是一個單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)。所示，這也是一個單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)。圖圖5-4凝汽器水位調(diào)節(jié)的凝汽器水位調(diào)節(jié)的SAMA圖圖 圖中：圖中：LT是凝汽器水位變送器，輸出是模擬量信是凝汽器水位變送器，輸出是模擬量信號；號；為凝汽器水位信號和凝汽器水位給定值的為凝汽器水位信號和凝汽器水位給定值的差值；差值；K為比例積分調(diào)節(jié)器（或比例積分調(diào)節(jié)模為比例積分調(diào)節(jié)器（或比例積分調(diào)節(jié)模塊），即塊），即PI調(diào)節(jié)器（模塊），它接受調(diào)節(jié)器（模塊），它接受輸出的差輸出的差值信號，并進(jìn)行值信號，并進(jìn)行PI運算；運算；T為手動自動切換開關(guān)；為手動自動切換開關(guān)；左側(cè)的左側(cè)

17、的A為模擬信號發(fā)生器，當(dāng)為模擬信號發(fā)生器，當(dāng)T打到手動時，改打到手動時，改變變A的輸出，就可改變閥門開度；右側(cè)的的輸出，就可改變閥門開度；右側(cè)的A也為模也為模擬信號發(fā)生器，改變擬信號發(fā)生器，改變A的輸出，可改變凝汽器水的輸出，可改變凝汽器水位設(shè)定值；位設(shè)定值；V 為速率限制器，它對運行人員手為速率限制器，它對運行人員手動設(shè)定的凝汽器水位給定值進(jìn)行速率限制，防止動設(shè)定的凝汽器水位給定值進(jìn)行速率限制，防止當(dāng)水位給定值變化大時，引起凝汽器水位大幅波當(dāng)水位給定值變化大時，引起凝汽器水位大幅波動；動；f(x)為執(zhí)行機構(gòu)，在自動狀態(tài)時，執(zhí)行機構(gòu)接為執(zhí)行機構(gòu)，在自動狀態(tài)時，執(zhí)行機構(gòu)接受受PI的調(diào)節(jié)指令控制補

18、水調(diào)節(jié)閥的開度。在手動的調(diào)節(jié)指令控制補水調(diào)節(jié)閥的開度。在手動狀態(tài)時，執(zhí)行機構(gòu)接受運行人員的手動操作指令狀態(tài)時，執(zhí)行機構(gòu)接受運行人員的手動操作指令以改變補水調(diào)節(jié)閥的開度。以改變補水調(diào)節(jié)閥的開度。 凝汽器水位調(diào)節(jié)的工作原理可簡述為：在凝汽器水位調(diào)節(jié)的工作原理可簡述為：在投入自動時，水位信號與經(jīng)過速率限制器投入自動時，水位信號與經(jīng)過速率限制器限制的水位給定值信號相比較，差值送入限制的水位給定值信號相比較，差值送入PI調(diào)節(jié)器：當(dāng)水位低于給定值時，調(diào)節(jié)器：當(dāng)水位低于給定值時，PI調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)指令指揮執(zhí)行機構(gòu)開大補水調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)指令指揮執(zhí)行機構(gòu)開大補水調(diào)節(jié)閥；反之，使執(zhí)行機構(gòu)關(guān)小補水調(diào)節(jié)閥。閥；反之，

19、使執(zhí)行機構(gòu)關(guān)小補水調(diào)節(jié)閥。當(dāng)出現(xiàn)凝汽器水位測量信號故障等情況時，當(dāng)出現(xiàn)凝汽器水位測量信號故障等情況時，通過手動自動控制站的判斷，將自動方通過手動自動控制站的判斷，將自動方式切換為手動方式，由運行人員通過手動式切換為手動方式，由運行人員通過手動操作對凝汽器水位進(jìn)行控制。操作對凝汽器水位進(jìn)行控制。 三、除氧器壓力控制三、除氧器壓力控制SAMA圖圖 除氧器的主要作用是將鍋爐給水中的氧氣（包括除氧器的主要作用是將鍋爐給水中的氧氣（包括其他氣體）除掉。它還是汽輪機汽水系統(tǒng)中的一其他氣體）除掉。它還是汽輪機汽水系統(tǒng)中的一級加熱器，并擔(dān)負(fù)著匯集各種疏水、化學(xué)補充水級加熱器，并擔(dān)負(fù)著匯集各種疏水、化學(xué)補充水的

20、任務(wù)。除氧器水箱的體積比較大，儲存了足以的任務(wù)。除氧器水箱的體積比較大，儲存了足以保證向鍋爐提供所需的給水量。鍋爐給水中如果保證向鍋爐提供所需的給水量。鍋爐給水中如果含有氧氣，就會使管道及鍋爐受熱面遭受氧化腐含有氧氣，就會使管道及鍋爐受熱面遭受氧化腐蝕；如果含有其他氣體，還會妨礙傳熱。為此，蝕；如果含有其他氣體，還會妨礙傳熱。為此，必須將給水中的氧氣及其他氣體除掉。在一定的必須將給水中的氧氣及其他氣體除掉。在一定的壓力下，水的溫度越高，氣體的溶解度就越小。壓力下，水的溫度越高，氣體的溶解度就越小。如果將水加熱至沸騰溫度，氣體在水中的溶解度如果將水加熱至沸騰溫度，氣體在水中的溶解度就會大大減小，

21、溶解在水中的氣體就會被分解出就會大大減小，溶解在水中的氣體就會被分解出來，不斷地向外逸出。來，不斷地向外逸出。 水的壓力不同，其沸騰溫度也不同。因此，水的壓力不同，其沸騰溫度也不同。因此，只要將給水加熱到該壓力下的沸騰溫度，只要將給水加熱到該壓力下的沸騰溫度，就能將給水中的氧氣及其他氣體排除。除就能將給水中的氧氣及其他氣體排除。除氧器通常利用汽輪機的某級抽氣作為熱源，氧器通常利用汽輪機的某級抽氣作為熱源，將給水加熱到沸騰溫度。如果采用控制溫將給水加熱到沸騰溫度。如果采用控制溫度的方法除氧，則存在著溫度測量遲延打、度的方法除氧，則存在著溫度測量遲延打、測點難于選擇等問題。然而，飽和水溫度測點難于

22、選擇等問題。然而，飽和水溫度和飽和壓力值具有一一對應(yīng)關(guān)系，所以，和飽和壓力值具有一一對應(yīng)關(guān)系，所以，只要控制除氧器內(nèi)蒸汽空間的壓力為飽和只要控制除氧器內(nèi)蒸汽空間的壓力為飽和值，就能保證將給水加熱到飽和溫度，從值，就能保證將給水加熱到飽和溫度，從而達(dá)到除氧的目的。而達(dá)到除氧的目的。 除氧器有定壓和滑壓兩種運行方式，相應(yīng)除氧器有定壓和滑壓兩種運行方式，相應(yīng)的壓力控制系統(tǒng)也有兩種形式：的壓力控制系統(tǒng)也有兩種形式： 1.定壓運行除氧器壓力控制系統(tǒng)定壓運行除氧器壓力控制系統(tǒng) PP0, PP0, P 150KPa時，通過時，通過SCS打打開除氧器開除氧器4段抽汽隔離門，此后即進(jìn)入滑壓段抽汽隔離門，此后即進(jìn)入滑壓運行階段。運行階段。 在滑壓運行階段當(dāng)在滑壓運行階段當(dāng)4段抽汽壓力段抽汽壓力P 150KPa時，通過時，通過SCS打開除氧器打開除氧器4段抽汽隔離門，段抽汽隔離門，此后即進(jìn)入滑壓運行階段。而除氧器輔助蒸此后即進(jìn)入滑壓運行階段。而除氧器輔助蒸汽調(diào)節(jié)閥則由于除氧器壓力升高，壓力定值汽調(diào)節(jié)閥則由于除氧器壓力升高，壓力定值未變而自動關(guān)閉。未變而自動關(guān)閉。 為了防止汽輪機跳閘時除氧