第五章SAMA图

• 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。
• 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。
• 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 • P>P0,μ↓ • P<P0,μ↑ • 2.滑压运行除氧器压力控制系统
P P0 △ K∫ μ
• 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5-2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。
• 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：
• 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5-4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。
• 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。
• 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。
• 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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• 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。
图5-1 单回路调节 系统SAMA图
• 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。
• 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
• 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。
• 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。
• 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。 • ⑽F(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。
• 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。 • P>P0,μ↓ • P<P0,μ↑ • 当4段抽汽压力P> 150KPa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P> 150KPa 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。
第五章SAMA图
• “Scientific Apparatus Makers Association ” 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