第五章SAMA图

1、第五章第五章SAMA图图 “Scientific Apparatus Makers Association ”翻译为中文是美国科学仪器制造协会，英文缩写翻译为中文是美国科学仪器制造协会，英文缩写为为SAMA。 SAMA图是美国科学仪器制造协会颁布的图例，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。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，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，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，它反映控制系统的全部

2、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）。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，按照制过程的要求，按照SAMA图例绘制过程控制系图例绘制过程控制系统的统的SAMA图，然后根据该图，然后根据该SAMA图，再进行图，再进行DCS组态图的设计。组态图的设计。 SAMA图是特别重要的一类工程图。目前虽然有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。本章将讨论我国是有自己的一些特殊图形符

3、号。本章将讨论我国常用的控制系统常用的控制系统SAMA图，并介绍二个热工控制图，并介绍二个热工控制系统系统SAMA图。图。 第一节第一节 SAMA图例图例 SAMA图例的特点是流程比较清楚，特别是对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。复杂回路画起来和读起来都较容易。SAMA图的图的输入输出关系及流程方向与输入输出关系及流程方向与DCS控制组态图比较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各大的仪表公司多采用SAMA图（即使用图（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，图

4、例的组态图取代即使用功能模块图例的组态图，如如ABB的的symphony、艾默生的、艾默生的Ovation和智深和智深 的的EDPF）设计控制工程。）设计控制工程。 虽然各公司的虽然各公司的SAMA图例有些区别，但图例有些区别，但SAMA图的许多符号是通用的。常用的图的许多符号是通用的。常用的SAMA图例有图例有四种，分别表示的含意如下：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。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

5、功能。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表示手动信号处理。一般用来表示在操作站（器）的功能。站（器）的功能。 表示执行机构。一般用来表示安装在现场表示执行机构。一般用来表示安装在现场的电动、气动和液动等执行器。的电动、气动和液动等执行器。 用用SAMA图例表达控制系统工作原理时，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图又清楚地表达了使用多少功能模块。常见块。常见SAMA图例按功能进行分类，如图

6、例按功能进行分类，如表表5-1、5-2、5-3、5-4、5-5、5-6所示。所示。 第二节第二节 SAMA图应用举例图应用举例 一、单冲量控制系统的一、单冲量控制系统的SAMA图图 火电厂中单冲量调节系统有：除氧器水位、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、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

7、、暖工业水箱水位控制、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。污控制和磨热风控制等。 这种单冲量控制系统的这种单冲量控制系统的SAMA图如图图如图5-1所示，所示，现对该图的符号功能解释如下：现对该图的符号功能解释如下： 图图5-1 单回路调节单回路调节系统系统SAMA图图 LTTEFT分别是水位、温度和流量变分别是水位、温度和流量变送器，它们都是模拟输入量。送器，它们都是模拟输入量。 和和H/为偏差报警，即当测量值与给定为偏差报警，即当测量值与给定值之差的绝对值超过某一设定值时，输出值之差的绝对值超过某一设定值时，

8、输出逻辑逻辑1信号，之所以用偏差报警，是因为在信号，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，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待测量值与给定值的差值恢复到正常范围内，再切回自动。内，再切回自动。 这里的六边形这里的六边形1是与逻辑图连接符号，是与逻辑图连接符号，1为为连接编号。连接编号。 菱形菱形A的输出为的输出为PI调节器的给定值。调节器的给定值。 是相减（或偏差）符号；是相减（或偏差）

9、符号；K和和是比例是比例和积分符号；和积分符号； 和和 的是对的是对PI的算法输出的算法输出进行上、下限幅。进行上、下限幅。 TRACK是跟踪。实际的阀位反馈量是是跟踪。实际的阀位反馈量是，但因控制室采用操作员站或手操器，所以但因控制室采用操作员站或手操器，所以引入到引入到DCS现场控制站的阀位反馈量，是现场控制站的阀位反馈量，是由手操器转换后的信号，即图中的外跟踪由手操器转换后的信号，即图中的外跟踪信号信号，这个信号对，这个信号对DCS系统而言相当于系统而言相当于一个模拟输入信号，它是一个一个模拟输入信号，它是一个15V或或420mA的模拟输入量。的模拟输入量。 六边形六边形6是与逻辑图连接

10、的符号，它是一是与逻辑图连接的符号，它是一个外跟踪开关，当它输出为逻辑个外跟踪开关，当它输出为逻辑1时，时，PI模模块处于跟踪状态，块处于跟踪状态，PI模块的输出等于阀位模块的输出等于阀位反馈值反馈值(外跟踪信号外跟踪信号)，而当六边形，而当六边形6输出为输出为逻辑逻辑0时，时，PI模块恢复正常运算，输出就是模块恢复正常运算，输出就是PI运算的结果。运算的结果。 和和H/也为偏差报警，即当也为偏差报警，即当PID算法的输算法的输出与阀位反馈值出与阀位反馈值(实际现场执行器的输出实际现场执行器的输出)相相差过大时，可能是手操器或现场执行机构差过大时，可能是手操器或现场执行机构有故障，这时报警信号

11、送至六边形有故障，这时报警信号送至六边形2，通过，通过逻辑电路将系统从自动切换到手动，输出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。保持不变或接受人为调整。 六边形六边形5是与逻辑图连接的符号，它表示是与逻辑图连接的符号，它表示手操器手操器“手动自动手动自动”状态。当六边形状态。当六边形5的的状态为逻辑状态为逻辑0时，表示手操器为手动状态，时，表示手操器为手动状态，操纵变量有手动控制；当六边形操纵变量有手动控制；当六边形5的状态为的状态为逻辑逻辑1时，表示手操器为自动状态，系统的时，表示手操器为自动状态，系统的输出受输出受PI模块控制。模块控制。 六边形六边形3、4是与逻辑图

12、连接的符号。六是与逻辑图连接的符号。六边形边形3是程控切手动；六边形是程控切手动；六边形4是程控切自是程控切自动。动。 F(x)为执行器，为执行器，ZT为位置变送器，它输为位置变送器，它输出的是实际的阀位反馈信号，可能是出的是实际的阀位反馈信号，可能是420mA的信号，也可能是的信号，也可能是15V的信号，它的信号，它与手操器有关，如果不用手操器，也可直与手操器有关，如果不用手操器，也可直接引入接引入DCS系统作为实际的阀位反馈信号。系统作为实际的阀位反馈信号。 与图与图5-1对应的单回路调节逻辑控制图如图对应的单回路调节逻辑控制图如图5-2所示。在图所示。在图5-2中，左边的六边形和椭中，左

13、边的六边形和椭圆形为开关量输入模块；右边的六边形为圆形为开关量输入模块；右边的六边形为开关量输出模块。开关量输出模块。 控制手操器切手动的信号有控制手操器切手动的信号有3个：由六边形个：由六边形1输出的测量值与给定值差值报警信号；由输出的测量值与给定值差值报警信号；由六边形六边形2输出的算法输出与阀位反馈差值报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。警信号；由椭圆形输出程控切手动信号。三者为三者为“或或”运算，即只要有一个输出为运算，即只要有一个输出为“1”，则手操器切手动。，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控制手操器自动状态的信号为两个信号的“

14、与与”，即除由椭圆形开关量模块输出程控自，即除由椭圆形开关量模块输出程控自动逻辑信号外，另一个信号为由动逻辑信号外，另一个信号为由not输出的切输出的切手动信号，也就是说若有报警信号存在，则在手动信号，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，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能投自动，这样便可防止在有故障存在时误操作手操器。作手操器。 跟踪开关也接受两个信号的与，其分析与手操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

15、信号存在，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，六边形器为手动方式，六边形6（跟踪）输出为（跟踪）输出为1。图图5-2单回路调节逻辑控制框图单回路调节逻辑控制框图 二、凝汽器的水位控制二、凝汽器的水位控制SAMA图图 凝汽器水位控制是通过调节进入凝汽器的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，如图补充水量来实现的，如图5-3所示。凝汽器所示。凝汽器水位由补水泵和补水调节阀共同完成，补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。进入凝汽器的补水流量。 与图与图5-3对应的凝汽器

16、水位控制的对应的凝汽器水位控制的SAMA图图如图如图5-4所示，这也是一个单回路调节系统。所示，这也是一个单回路调节系统。图图5-4凝汽器水位调节的凝汽器水位调节的SAMA图图 图中：图中：LT是凝汽器水位变送器，输出是模拟量信是凝汽器水位变送器，输出是模拟量信号；号；为凝汽器水位信号和凝汽器水位给定值的为凝汽器水位信号和凝汽器水位给定值的差值；差值；K为比例积分调节器（或比例积分调节模为比例积分调节器（或比例积分调节模块），即块），即PI调节器（模块），它接受调节器（模块），它接受输出的差输出的差值信号，并进行值信号，并进行PI运算；运算；T为手动自动切换开关；为手动自动切换开关；左侧的左侧

17、的A为模拟信号发生器，当为模拟信号发生器，当T打到手动时，改打到手动时，改变变A的输出，就可改变阀门开度；右侧的的输出，就可改变阀门开度；右侧的A也为模也为模拟信号发生器，改变拟信号发生器，改变A的输出，可改变凝汽器水的输出，可改变凝汽器水位设定值；位设定值；V 为速率限制器，它对运行人员手为速率限制器，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当水位给定值变化大时，引起凝汽器水位大幅波动；动；f(x)为执行机构，在自动状态时，执行机构接为执行机构，在自动状态时，执行机构接受受PI的调节指令控制补

18、水调节阀的开度。在手动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。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，调节器：当水位低于给定值时，PI调节调节器的调节指令指挥执行机构开大补水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。阀；反之，

19、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，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。操作对凝汽器水位进行控制。 三、除氧器压力控制三、除氧器压力控制SAMA图图 除氧器的主要作用是将锅炉给水中的氧气（包括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、化学补充水级加热器，并担负着汇集各种疏水、化学补充水的

20、任务。除氧器水箱的体积比较大，储存了足以的任务。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，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。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，

21、溶解在水中的气体就会被分解出就会大大减小，溶解在水中的气体就会被分解出来，不断地向外逸出。来，不断地向外逸出。 水的压力不同，其沸腾温度也不同。因此，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，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，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、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，饱和水温度测点难于

22、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，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，从值，就能保证将给水加热到饱和温度，从而达到除氧的目的。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：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定压运行除氧器压力控制系统 PP0, PP0, P 150KPa时，通过时，通过SCS打打开除氧器开除氧器4段抽汽隔离门，此后即进入滑压段抽汽隔离门，此后即进入滑压运行阶段。运行阶段。 在滑压运行阶段当在滑压运行阶段当4段抽汽压力段抽汽压力P 150KPa时，通过时，通过SCS打开除氧器打开除氧器4段抽汽隔离门，段抽汽隔离门，此后即进入滑压运行阶段。而除氧器辅助蒸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。未变而自动关闭。 为了防止汽轮机跳闸时除氧