О техническом обеспечении систем промышленной автоматизации. Технические средства для измерений и контроля
Одним из основных элементов АСУ ТП является техническое обеспечение или комплекс технических средств (КТС) промышленных систем управления, обеспечивающих выполнение всех функций АСУ ТП и объединяющих в своем составе совокупность вычислительных и управляющих устройств, устройств передачи данных, приборов, датчиков и исполнительных устройств.
В состав КТС АСУ ТП входят устройства получения информации о режиме технологического процесса промышленных систем управления, оборудования; датчики сигналов физических величин; устройства ручного ввода сигналов; устройства формирования сигналов и обслуживания каналов передачи информации (преобразователи вида, формы и уровня сигналов; коммутаторы сигналов — мультиплексоры и др.); устройства локальной автоматики (регуляторы) командоаппараты; интерполяторы; усилители-преобразователи командных сигналов; исполнительные устройства и др.); технические средства вычислительной техники (устройства переработки информации - цифровые и аналоговые вычислительные машины в решающие устройства; специализированные счетные и решающие устройства; устройства ввода и вывода программ и информации; устройства передачи данных — организации каналов сопряжения вычислительных средств; запоминающие устройства и др.); устройства связи с объектом (УСО) (преобразователи сигналов контроля и управления; коммутаторы сигналов; адаптеры различного назначения; телемеханические устройства и др.), устройства связи с оперативным персоналом; индикаторы; сигнализаторы, регистраторы; щиты комплексного контроля (мнемосхемы); пульты управления и другие технические средства, сведенные в агрегируемые технические средства автоматики и вычислительной техники.
Приборы и преобразователи измерения температуры систем промышленной автоматизации. Температура — один из основных технологических параметров промышленных систем управления, подлежащих непрерывному или дискретному измерению либо контролю в составе современных АСУ ТП контактными или бесконтактными методами.
Контактные методы измерения реализуются в термометрах расширения (жидкостных и твердотельных), манометрических, термоэлектрических, электрического сопротивления; бесконтактные — в пирометрах яркостных, радиационных и фотоэлектрических.
Пирометрические преобразователи, вторичные измерительные преобразователи и вспомогательные устройства, объединенные в унифицированные параметрические ряды пирометрических преобразователей ГСП, представляют собой агрегатный комплекс стационарных пирометрических преобразователей и пирометров излучения АПИР-С промышленных систем управления.
Приборы для измерения уровня систем промышленной автоматизации. Технические средства контроля, измерения и регулирования уровня широко используются в составе АСУ ТП практически всех промышленных производств для оперативного определения положения уровня контролируемых сред с различными физико-химическими свойствами и состояниями (обычные, взрывоопасные, химически агрессивные ядовитые, высоко- и низкотемпературные, жидкие, сыпучие, кусковые, борботирующие и др.).
Из изготовляемых промышленностью уровнемеров, сигнализаторов и регуляторов уровня около 50 % составляют поплавковые и буйковые приборы, более 35 % основано на электрических методах преобразования параметра и преимущественно емкостных и около 15 % — на радиоизотопных, ультразвуковых, высокочастотных, электромагнитных, индуктивных, комплексно кондуктометрических и других методах.
Наиболее представительной группой технических средств указанного направления являются технические средства измерения, контроля, сигнализации и регулирования уровня, входящие в состав технических средств ГСП.
Приборы для измерения давления, перепада давления и разрежения систем промышленной автоматизации. К ним относятся манометры, напоромеры, вакуумметры и тягомеры, а также дифференциальные манометры. По принципу действия приборы для измерения избыточного и вакуумного давления разделяют на жидкостные — давление уравновешивается высотой столба жидкости; пружинные — давление уравновешивается силой упругой деформации чувствительного элемента (мембраны, пружины, сильфона и т. п.); поршневые — давление уравновешивается силой (грузом), действующей на поршень; комбинированные (кольцевые и колокольные) — принцип действия носит смешанный характер; электрические — используются изменения ионизации газа, явление электрического разряда, изменение ЭДС термопары.
Дифференциальные манометры промышленных систем управления делят на две основные группы — жидкостные и пружинные. К жидкостным относятся диафанометры с видимым мениском — поплавковые, кольцевые и колокольные, к пружинным — сильфонные и мембранные.
Приборы для измерения расхода систем промышленной автоматизации. При автоматизации технологических процессов к числу основных технологических параметров относится расход жидких и газообразных сред, измеряемый скоростными и объемными счетчиками и расходомерами, а также расходомерами, реализующими методы измерения таких параметров, как давление потока на тело обтекания; изменение [электродвижущей силы в потоке, протекающем в магнитном поле; перепад Сдавления с изменением величины расхода через стандартные сужающие устройства, переменный уровень и др.).
Плотномеры жидких продуктов реализуют различные методы измерения: пьезометрический (зависимость изменения давления воздуха, продуваемого через слой жидкости, от плотности); массовые (взвешивание в измеряемой жидкости поплавка эталонной массы); радиоизотопный (зависимость интенсивности пучка ядерного излучения от плотности слоя измеряемого жидкого (поглотителя); резонансные (зависимость резонансной частоты в трубопроводе с жидким продуктом) и др.
Вискозиметры промышленных систем управления. В состав приборных технических средств систем автоматизации входят также капиллярные, вибрационные, шариковые и другие общепромышленные вискозиметры.
Измерители влажности газов промышленных систем управления реализуют такие методы измерения как психрометрический, точки росы и поглотительный. В приборах, реализующих первый метод, используется зависимость степени охлаждения увлажненного тела от влажности газа, в атмосфере которого происходит испарение с поверхности тела. Второй метод реализуется в приборах, определяющих температуру насыщения водяного пара, содержащегося в газе. Третий метод связан с контролем изменения физических свойств тела, контактирующего с газом, влажность которого измеряется.
Автоматические приборы непрерывного анализа газа систем промышленной автоматизации. В перечень основных технологических параметров современных промышленных систем автоматики все чаще входит содержание одного из газовых компонентов в контролируемой газовой среде. Среди измеряемых газовых компонентов чаще других встречаются кислород, водород, аргон, гелий, азот, хлор, двуокись серы, аммиак, угарный газ, углекислый газ и многие другие.
В приборах непрерывного анализа технологических газов промышленных систем управления реализуются различные методы измерения. Наиболее распространенные из них магнитные, основанные на измерении магнитной восприимчивости газовой смеси, равной сумме парциальных магнитных восприимчивостей, входящих в нее компонентов. Наибольшей магнитной восприимчивостью обладает парамагнитный газ—кислород. В газоанализаторах реализуются и явления термомагнитной конвекции, наблюдаемой вокруг нагретого тела в среде парамагнитного газа, помещенного в неравномерное магнитное поле, электрохимической реакции с появлением электролитического тока за счет взаимодействия кислорода с электродом.
Измерение теплопроводности газовой смеси промышленных систем управления положено в основу термокондуктометрических газоанализаторов, поглощение инфракрасных лучей определенной длины волны используется в оптико-акустических газоанализаторах, поглощение в видимой области спектра используется в фотоколориметрических газоанализаторах с использованием цветной избирательной химической реакции индикаторного раствора с измеряемым газом, используются кулонополярографические, каталитические, искровые газоанализаторы, хроматографы; масс-спектрометры.
Анализаторы состава жидкостей систем промышленной автоматизации. В анализаторах состава жидкостей реализуются электрохимические потенциометрические, иономерные методы, заключающиеся в измерении pH; NaH; pS; еН с помощью специальных электродов, контактирующих с измеряемой средой; электрохимические кондуктометрические методы, основанные на зависимости удельной электропроводности от концентрации и природы содержащихся в растворе веществ} диэлькометрические методы, основанные на зависимости абсолютной диэлектрической проницаемости от свойств контролируемой среды, химического состава и наличия примесей; рефрактометрические, нефелометрические, турбидиметрические и др.
Электрические датчики-реле температуры, давления, разности давлений, уровня, расхода и других твердых, жидких и газообразных сред систем промышленной автоматизации представляют собой распространенную группу устройств, выполняющих функции автоматического контроля, регулирования, управления и сигнализации технологических процессов включением или выключением электрических контактов. Принцип работы их основан на реализации различных физических методов.
Исполнительные механизмы систем промышленной автоматизации
Электрические исполнительные механизмы промышленных систем управления применяют для перемещения регулирующих органов, входящих в состав АСУ ТП (задвижки, заслонки, шиберы, краны и др.), и состоят из исполнительного электродвигателя, понижающего редуктора, входного механического сочленяющего устройства, вспомогательных устройств для концевых остановок механизма, самоторможения электродвигателя при отключении, ручного привода, устройств обратной связи для САР, дистанционного указания и сигнализации. Электрические исполнительные устройства промышленных систем управления осуществляют линейное или угловое одно- и многооборотное перемещение регулирующего органа.