Какие виды инструментов автоматизации?

Многие новички в области контрольно-измерительных приборов чувствуют себя подавленными, когда впервые видят множество приборов на объекте.

С такими названиями, как манометры, термометры, расходомеры, уровнемеры, регулирующие клапаны, датчики, ПЛК, РСУ, сигнализации и анализаторы, легко запутаться в том, как их категоризировать.

На самом деле, автоматизация контрольно-измерительных приборов не так сложна. С точки зрения объекта, она в основном вращается вокруг одной цели: измерения параметров процесса, их передачи, отображения и управления ими, а также предоставления сигнализации и защиты оборудования при необходимости.

По функциональному назначению приборы автоматизации можно разделить на шесть основных категорий:

Полевые измерительные приборы, полевые регулирующие приборы, полевые исполнительные механизмы, приборы отображения и регистрации, регулирующие/управляющие приборы и специализированные измерительные приборы.

I. Что делают приборы автоматизации?

Приборы автоматизации — это не просто устройства для "считывания показаний".

В полном контуре управления измерительные приборы собирают полевые параметры, контроллер выполняет анализ и расчеты, исполнительный механизм выполняет действия, а приборы отображения/регистрации представляют данные операторам и сохраняют их для системы.

Возьмем, к примеру, контур регулирования температуры: термопара или термометр сопротивления измеряют температуру; датчик температуры передает сигнал на ПЛК или РСУ; контроллер рассчитывает необходимый отклик и выдает сигнал; и, наконец, регулирующий клапан регулирует поток пара, горячей воды или охлаждающей воды.

Следовательно, приборы не существуют изолированно. При устранении неисправностей на объекте нельзя просто сосредоточиться на одном манометре; прибор должен анализироваться в контексте всего контура управления.

II. Полевые измерительные приборы

Полевые измерительные приборы служат источником данных для систем автоматизации. Если измерения неточны, последующие функции отображения, регистрации и управления будут нарушены.

К распространенным полевым измерительным приборам относятся приборы для измерения уровня жидкости, давления, температуры и расхода, а также приборы для анализа газов и жидкостей.

Уровнемеры используются для измерения уровня жидкости, уровня материала или положения границы раздела в резервуарах, колоннах, реакторах и силосах. К распространенным типам относятся магнитные поплавковые уровнемеры, поплавковые уровнемеры, радарные уровнемеры, ультразвуковые уровнемеры, емкостные уровнемеры, уровнемеры с дифференциальным давлением и датчики уровня.

Приборы давления используются для измерения давления, дифференциального давления или вакуума в трубопроводах, сосудах и оборудовании. К распространенным типам относятся манометры, датчики давления, датчики дифференциального давления, датчики давления и реле давления. Манометры в основном используются для считывания показаний на месте, датчики давления — для передачи сигналов на расстояние, а реле давления — для сигнализации и блокировки.

Температурные приборы измеряют температуру среды или поверхности оборудования. К распространенным типам относятся биметаллические термометры, стеклянные термометры, термопары, термометры сопротивления (RTD), датчики температуры, реле температуры и инфракрасные термометры. Термопары подходят для высокотемпературных применений, в то время как RTD лучше подходят для измерений при низких и средних температурах.

Расходомеры измеряют расход газов, жидкостей или пара. К распространенным типам относятся электромагнитные, вихревые, турбинные, ультразвуковые, массовые, с диафрагмой и переменным сечением (ротаметры). Выбор требует тщательной проверки среды, диапазона расхода, давления и температуры, вязкости, проводимости и требований к прямому участку трубопровода.

Газоанализаторы определяют состав и концентрацию газов. К распространенным типам на рынке относятся анализаторы кислорода, детекторы горючих газов, детекторы токсичных газов, инфракрасные газоанализаторы, газоанализаторы с теплопроводностью, лазерные газоанализаторы и газовые хроматографы.

Жидкостные анализаторы измеряют такие параметры, как pH, проводимость, мутность, концентрация, плотность, вязкость, растворенный кислород, ХПК и аммонийный азот. Эти приборы требуют относительно высокого обслуживания; чистка, калибровка и проверка линий отбора проб являются важными задачами.

III. Полевые регулирующие приборы

Полевые регулирующие приборы отвечают за обработку сигналов на месте, преобразование сигналов и местное управление.

К распространенным типам относятся пневматические, электрические и гидравлические регулирующие приборы.

Пневматические регулирующие приборы используют сжатый воздух в качестве источника энергии; они имеют относительно простую конструкцию и остаются ценными во взрывозащищенных применениях. Электрические регулирующие приборы используют электрические сигналы, что облегчает их интеграцию с ПЛК, РСУ и управляющими компьютерами. Гидравлические регулирующие приборы обеспечивают высокую выходную силу и обычно используются в применениях с большой нагрузкой или высоким усилием.

Ключевыми факторами при выборе этих приборов являются входные/выходные сигналы, точность управления, скорость отклика, условия электропитания, взрывозащищенность, условия эксплуатации на объекте и системные интерфейсы.

IV. Полевые исполнительные механизмы

Полевые исполнительные механизмы — это компоненты контура управления, которые фактически выполняют физическое действие.

После того как система управления выдает команду, исполнительный механизм выполняет ее, регулируя клапаны, заслонки, шиберные затворы или другие механические конструкции для изменения условий процесса, таких как расход, давление, уровень жидкости или температура. К распространенным исполнительным устройствам относятся пневматические, электрические и гидравлические регулирующие клапаны; запорные клапаны; дисковые затворы; шаровые краны; задвижки; приводы; позиционеры клапанов и интеллектуальные позиционеры клапанов.

При полевом обслуживании необходимо смотреть не только на то, может ли исполнительный механизм просто открываться и закрываться. Также необходимо проверять плавность работы, точность позиционирования, нормальные сигналы обратной связи, соответствующие времена отклика и соответствует ли безопасное положение требованиям процесса.

Многие колебания управления вызваны не настройками параметров контроллера, а проблемами, такими как заедание клапана, неточные позиционеры, нестабильное давление воздуха в системе или медленный отклик исполнительного механизма.

V. Приборы отображения и регистрации

Приборы отображения и регистрации показывают полевые параметры, состояние оборудования и информацию о тревогах, а также сохраняют критически важные данные.

К распространенным примерам относятся цифровые дисплеи, аналоговые дисплеи, дисплеи-контроллеры, многоточечные сканеры, бумажные регистраторы, безбумажные регистраторы, сенсорные HMI, терминалы операторских станций и звуковые/визуальные устройства сигнализации.

Цифровые дисплеи подходят для мониторинга одноточечных параметров. Дисплеи-контроллеры могут включать функции сигнализации и базового управления. Безбумажные регистраторы идеально подходят для отслеживания тенденций таких параметров, как температура, давление, расход и уровень. HMI и операторские станции используются для визуальных интерфейсов, настройки параметров, мониторинга сигнализации и эксплуатации оборудования.

Ключевые критерии выбора включают входные сигналы, методы отображения, интервалы записи, емкость хранения, коммуникационные интерфейсы, выходы сигнализации и защиту от потери питания.

VI. Регулирующие и управляющие приборы

Регулирующие и управляющие приборы служат "мозгом" системы автоматизации, выполняя автоматическое регулирование, логическое управление, последовательное управление и защиту безопасности.

К распространенным полевым устройствам относятся ПИД-регуляторы, одноконтурные и многоконтурные регуляторы, ПЛК, РСУ, ФСУ, ССЗ, ССБ и промышленные компьютеры.

ПИД-регуляторы обычно используются для регулирования непрерывных параметров, таких как температура, давление, расход и уровень. ПЛК обычно используются для операций пуска/останова оборудования, последовательного управления, блокировки и обработки дискретных (вкл/выкл) сигналов. РСУ подходят для централизованного мониторинга и распределенного управления крупномасштабными непрерывными производственными установками. ССБ и ССЗ в основном используются для блокировки безопасности и аварийного останова; их не следует рассматривать просто как стандартные системы управления.

Факторы выбора включают управляемый процесс, количество входов/выходов, стратегию управления, протоколы связи, требования к резервированию, уровни полноты безопасности (SIL), управление сигнализацией и возможности долгосрочного обслуживания.

VII. Специализированные измерительные приборы

Специализированные измерительные приборы в основном используются для обнаружения уникальных параметров, мониторинга состояния оборудования и проведения полевой калибровки. К распространенным примерам относятся мониторы вибрации вала, мониторы смещения вала, тахометры, весоизмерительные приборы, толщиномеры, калибраторы сигналов, датчики пламени, онлайн-анализаторы влажности, онлайн-плотномеры и приборы мониторинга состояния оборудования.

Приборы для измерения вибрации вала, смещения вала и скорости вращения обычно используются на вращающемся оборудовании, таком как компрессоры, паровые турбины, вентиляторы и насосы. Весоизмерительные приборы используются в силосах, на ленточных весах и в системах дозирования или упаковки. Толщиномеры используются для измерения толщины плит, труб и стенок сосудов, а также толщины покрытий. Датчики пламени обычно используются для защиты от возгорания в котлах, нагревательных печах и инсинераторах.

Выбор этих приборов требует учета таких факторов, как тип оборудования, измеряемый параметр, место установки, скорость отклика, выходные сигналы и требования к защите.

VIII. Ключевые моменты для выбора и использования на объекте

При выборе приборов автоматизации не следует сосредотачиваться только на номере модели и цене.

Сначала определите измеряемый параметр; затем определите диапазон измерения, точность, материалы конструкции, метод установки, источник питания и выходной сигнал.

Если среда коррозионная, контактирующие части должны быть изготовлены из соответствующего материала. Для сред с высокой температурой учитывайте теплоотвод, конденсацию, изоляцию и термокарманы. Если среда склонна к кристаллизации или засорению, или содержит примеси, рассмотрите возможность использования диафрагм, продувки, промывки или предварительной обработки образца. В зонах со значительной вибрацией учитывайте монтаж на кронштейне и место установки.

После ввода прибора в эксплуатацию регулярно проверяйте нулевую точку, диапазон, проводку, источник питания, заземление, связь, выходы сигнализации и состояние блокировки.

При устранении неисправностей на объекте следуйте этой последовательности: проверьте источник питания, затем сигнал, затем проводку, затем настройки параметров и, наконец, чувствительный элемент и условия процесса.

Резюме

Классификацию приборов автоматизации запомнить несложно, поскольку каждый тип выполняет определенную функцию.

Например, измерительные приборы собирают данные; регулирующие приборы обрабатывают сигналы; исполнительные механизмы выполняют физические действия на объекте; приборы отображения и регистрации показывают и сохраняют данные; регулирующие и управляющие приборы управляют управлением и блокировками; а специализированные измерительные приборы обнаруживают уникальные параметры.

Находясь на объекте, не рассматривайте прибор как изолированное устройство. Рассматривайте его в контексте всего контура управления, и многие проблемы станут легче диагностировать.