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.