книги из ГПНТБ / Кондрашкова Г.А. Технологические измерения и приборы целлюлозно-бумажной промышленности учеб. пособие

государственного и ведомственного надзора за измерительной тех­

никой (и стандартами) [19].

Большинство рабочих приборов на крупных предприятиях проходят поверку в лабораториях и цехах контрольно-измери­ тельных приборов, оснащенных соответствующим поверочным оборудованием. Оборудование обслуживается специальными ли­ цами, подготовленными органами Госнадзора. Исключение со­ ставляет поверка оперативно-учетных приборов для определения количества и расхода вещества и энергии. Эти приборы в обяза­ тельном порядке проходят поверку в государственных метроло­ гических службах.

Следует отметить, что разработка поверочной метрологической аппаратуры является сложной научно-технической задачей, ре­ шаемой в настоящее время приборостроительными НИИ. Слож­ ностью задачи объясняется тот факт, что для измерения боль­ шинства специфических технологических параметров ЦБП до настоящего времени нет метрологического поверочного оборудо­ вания.

§7. ГОСУДАРСТВЕННАЯ СИСТЕМА ПРИБОРОВ

ИСРЕДСТВ АВТОМАТИЗАЦИИ

Развитие приборостроения и средств автоматизации, повы­ шение технического уровня, увеличение надежности и долговеч­ ности измерительных и автоматических устройств и систем мо­ жет осуществляться только на базе государственной стандарти­ зации основных требований на проектирование, производство и эксплуатацию готовых и комплектующих изделий, а также на базе стандартизации технических характеристик сырья, промыш­ ленных изделий, стандартизации средств автоматизации и изме­ рений.

В основу развития приборостроения и средств автоматизации в нашей стране положена единая стандартизированная государ­ ственная система приборов и средств автоматизации (ГСП).

Государственная система приборов и средств автоматизации представляет собой совокупность изделий, предназначенных для получения, обработки и использования информации и обеспечи­ вающих информационное (метрологическое и функциональное), энергетическое и конструктивное сопряжение изделий в автома­ тизированных системах, а также их экономически целесообраз­ ную точность, надежность и долговечность.

Изделия ГСП строятся на основе базовых конструкций с уни­ фицированными структурами, сигналами, источниками питания

иконструктивными параметрами, обеспечивающими унификацию

иобщую технологическую базу для производства, а также взаимокомплектуемость и взаимозаменяемость изделий при использо­ вании.

Приборы и средства автоматизации ГСП предназначены для автоматизированных и автоматических систем управления техно-

50

логическими процессами, систем планирования и управления предприятиями и отраслями промышленности.

По функциональному признаку изделия ГСП подразделяются на устройства:

а) для получения информации о состоянии процесса; это из­ мерительные преобразователи и датчики с унифицированными выходными сигналами;

б) для приема и выдачи информации в каналы связи; сюда относятся: устройства для приема нормированной информации, формирования и выдачи ее в каналы связи, устройства для приема из каналов связи информации и ее преобразования в нор* мированную форму, т. е. устройства дистанционной и телемеха­ нической передачи сигналов;

в) для преобразования, хранения и обработки информации; к ним относятся: промежуточные преобразователи; различные преобразователи кодов, запоминающие устройства и пр.; регули­ рующие устройства; вычислительные, функциональные и логиче­ ские блоки;

г) для использования информации; это устройства для приема нормированной информации и преобразования ее в целях воздей­ ствия на процесс (например, исполнительные механизмы) и уст­ ройства для приема нормированной информации и преобразова­ ние ее к виду, предназначенному для восприятия и анализа опе­ ратором (например, вторичные показывающие и регистрирующие приборы, панели с представлением информации, цифровые печа­ тающие устройства);

д) изделия, выполняющие в любых возможных сочетаниях функции, перечисленные в пп. «а», «б», «в», «г».

Структурно ГСП построена по ветвям в зависимости от вида используемой энергии носителей сигналов. В систему входят: электрическая, пневматическая, гидравлическая ветви, а также ветвь приборов и устройств, работающих без использования вспо­ могательной энергии.

Электрическая ветвь ГСП в свою очередь разделяется на две подветви:

1) электрическую а н а л о г о в у ю , в которой передача ин­ формации производится непрерывным сигналом, либо в виде по­ стоянного напряжения или тока, либо в виде напряжения, тока, частоты или фазы переменного тока;

2) электрическую д и с к р е т н у ю , в которой передача ин­ формации производится дискретными сигналами в виде релейных сигналов, импульсных сигналов с различным способом их моду­ ляции (по амплитуде, длительности импульса или паузы) и циф­ ровых кодов.

Развитие технических средств измерения и автоматизации вы­ зывает необходимость разделения на аналоговые и дискретные подветви пневматической и гидравлической ветвей ГСП.

Для автоматизации производственных процессов во многих случаях оказывается целесообразнымили необходимым созда­

вать комбинированные системы, использующие различные виды энергии. В таких случаях для получения, передачи и обработки информации могут быть применены электрические приборы и уст­ ройства, а для использования информации при воздействии на процесс — пневматические (или гидравлические). Возможны и другие варианты, когда, например, в одной системе сочетаются пневматические устройства с гидравлическими и т. п.

ских, пневматических, гидравлических и др.; стандартизацией присоединительных, габаритных и монтаж­

ных размеров приборов и устройств; стандартизацией элементов, блоков, модулей для построения

приборов и устройств ГСП.

Эта стандартизация обеспечивается целой системой ГОСТ

(например, ГОСТ 12997 — 67, 13033 — 67, 13034 — 67, 13053 — 67, 13216 — 67, 13418 — 67 и др.).

Унифицированные стандартные информационные сигналы и

Разработанные давно и вне рамок и требований ГСП системы приборов для автоматического регулирования и управления, к ко­ торым относятся система ВТИ-МЗТА, ферродинамическая си­ стема автоматического контроля и регулирования СКВ САУ (Харьков), а также электрическая агрегатная унифицированная система (ЭАУС), в значительной мере приведены в настоящее время к требованиям ГСП и используются как переходные си­ стемы.

В настоящее время стандартизованы (см. таблицу 2-3) элек­ трическая и пневматическая ветви ГСП. Они наилучшим образом обеспечены всей гаммой функциональных устройств перечислен­

унифицированной системы с электрическими токовыми выход­ ными сигналами 0—5 и 0—20 мА, производство которых освоено на заводах «Манометр» (Москва); «Теплоприбор» (Рязань) и «Теплоконтроль» (Казань). Указанные датчики позволяют изме­ рять более 10 основных теплоэнергетических параметров, таких как избыточное и вакуумметрическое давление, расход, уровень, температура, тяга, напор, плотность и т. д. с широким охватом по пределам измерения и с техническими характеристиками в со­ ответствии с действующими государственными стандартами.

Для преобразования естественной выходной величины в уни­ фицированный сигнал, а также для связи устройств с разными

52

53

г

по роду энергии сигналами при создании комбинированных си­ стем автоматизации производственных процессов заводами МЭИП (Чебоксары), «Энергоприбор» (Москва), «Мукачевприбор» (Му-

самопишущими, различного функционального назначения (со встроенными регулирующими, сигнализирующими, унифицирован­ ными устройствами) одно- и многоточечными, миниатюрного и нормального габаритного исполнения.

В настоящее время в соответствии с ГОСТ 15182 — 70 разра­ ботан и освоен в производстве ленинградским заводом «Вибра­ тор» совместно с заводом ЗИП (Краснодар) и «Электроточприбор» (Омск) унифицированный комплекс узкопрофильных прибо­ ров со световым указателем, получивший условное наименование АСК (аналоговый, сигнализирующие, контактные).

Выпускается широкая номенклатура регулирующих и испол­ нительных устройств этой подветви ГСП [27].

Разработка электрической аналоговой подветви ГСП ведется рядом ведущих организаций отрасли: НИИТеплоприбором (го­ ловная организация) МЗТА, СКВ СПА (Чебоксары), ГСКБ СКА (Ленинград), НИИ «Автоматика» (Кировакан) и др.

Дальнейшее развитие электрической аналоговой подветви связано с совершенствованием основного комплекса приборов (разработкой новых модулей, использованием новых достижений миниатюризации, расширением номенклатуры и пр.) и созданием дополнительных комплексов приборов для автоматизации различ­ ных отраслей промышленности. Имеются ввиду в первую очередь объекты химической, нефтяной, газовой, целлюлозно-бумажной промышленности, требующие применения электрических прибо­ ров, предназначенных для работы во взрывоопасных условиях, так как в ряде случаев применяемые здесь пневматические си­ стемы не справляются с задачей автоматизации в связи с их от­ носительно низкой инерционностью.

Э л е к т р и ч е с к а я д и с к р е т н а я п о д в е т в ь ГСП. Эта подветвь развита менее других, но перспективы ее применения не­ сомненно широки.

Наиболее широкая унификация при резком сокращении типов элементов достигается именно в цифровой технике, которая обе­ спечивает более высокую, чем аналоговая (непрерывная), точ­ ность выполнения операций.

При всем этом предусматривается совместная работа соответ­ ствующих блоков и устройств дискретной ветви с блоками

электрической аналоговой, пневматической и гидравлической ветвей.

54

За последние годы в нашей стране все большее внимание уде­ ляется прямому цифровому контролю и регулированию. Вводятся в эксплуатацию отдельные схемы прямого цифрового регулиро­ вания (например, система «Комплекс» ЦНИИКА), а также одно­ канальные цифровые регуляторы.

Разработана предварительная номенклатура и технические задания на изделия дискретной ветви ГСП, используемые в си­ стемах прямого цифрового регулирования (цифровые указатели шаговые двигатели, преобразователи кодов, цифровые программ­ ные устройства, аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобра­ зователи) .

Всесоюзным НИИ электроизмерительных приборов (ВНИИЭП, Ленинград) разработаны и внедряются в производство на ряде заводов три серии аналого-цифровых и цифро-аналоговых преоб­ разователей электрических величин, рассчитанных на унифициро­ ванные выходные и управляющие сигналы, а также уницифированные коды. Параметры преобразователей (классы точности 0,1; 0,2 и 0,5, быстродействие до 1000 и 10000 измерений в секунду) позволяют использовать их в системах автоматизации производ­ ственных процессов и в системах сбора и обработки измеритель­ ной информации.

Из средств предоставления информации разрабатываются уни­ фицированные цифровые индикаторные устройства для приборов и панелей ГСП, рассчитанные также на унифицированные вход­ ные сигналы и коды. Широко поставлены разработка и производ­

ройства ГСП предназначены для измерения, автоматического контроля, управления и регулирования параметрами промышлен­ ных, технологических процессов: избыточного, вакуумметрического и абсолютного давления, разности давлений, расхода, уровня, температуры, состава и свойств веществ.

Особенно ценными качествами пневматических устройств яв­ ляются: простота схем и аппаратуры и надежность их работы, а также взрыво- и пожаробезопасность. Эти качества являются решающими факторами при автоматизации производств целлю­ лозно-бумажной, химической, нефтяной, газовой, металлургиче­ ской, пищевой и других отраслей промышленности.

Выявились основные тенденции развития современной пнев­ моавтоматики, к которым, в частности, можно отнести:

внедрение элементно-блочного построения на основе унифика­ ции рабочих сигналов, габаритных и присоединительных разме­ ров, основных функциональных свойств и конструкций элементов; создание для целей комплексной автоматизации пневматиче­ ских систем централизованного контроля, в том числе устройств, обеспечивающих связь электронных управляющих машин с пнев­

матическими системами регулирования;

55

f

создание самонастраивающихся устройств и др.

В течение ряда лет широко внедрялась в целлюлозно-бумаж­ ной, химической, нефтеперерабатывающей, газовой, пищевой и других отраслях промышленности агрегатная унифицированная система приборов (АУС), подробно описанная в отечественной литературе.

В последние годы систему АУС заменила система «Старт», построенная из унифицированных элементов УСЭППА (унифици­ рованная система элементов пневмоавтоматики), имеющая луч­ шие метрологические и технические характеристики. Выпускаемая серийно система элементов УСЭППА состоит из пневматических усилителей, реле, сопротивлений, емкостей и других аналогов электрических элементов. Все элементы выполняют простейшие функции и не содержат внутренних коммутаций, поэтому они имеют простую конструкцию и легко отлаживаются. Приборы и устройства системы «Старт» входят в центральную часть пнев­ матической ветви ГСП. Дополнение УСЭППА малогабаритными быстродействующими логическими элементами с незакреплен­ ными мембранами, разработанными НИИ теплоприбор, позволяет расширить ее возможности. Кроме того, для пневматической ветви ГСП выпускается система унифицированных датчиков ГСП, разработанная НИИ теплоприбор совместно с Московским заво­ дом «Манометр» и освоенная последним. Датчики имеют высокую точность измерений (классы точности 0,6 и 1,0), высокую чувстви­ тельность и многопредельность. К этим устройствам относятся: напоромеры, тягомеры, тягонапоромеры, манометры, вакумметры, манометры абсолютного давления, дифманометры-перепадомеры и дифманометры-расходомеры.

Для дальнейшего развития унифицированных датчиков пнев­ матической ветви ГСП разрабатывается система унифицирован­ ных малогабаритных пневматических датчиков основных тепло­ энергетических параметров, класса точности 0,6 и 1,0, которая позволяет уменьшить объем и вес датчиков (по сравнению с су­ ществующими приборами), повысить унификацию, надежность и точность измерения путем применения новых малогабаритных чувствительных элементов, а также новых устройств обратной связи и схем усиления.

Значительное количество модификаций имеют вторичные при­

Для обеспечения развития всего комплекса устройств ГСП разрабатываются и выпускаются пневматические исполнительные механизмы: поршневые, мембранные, пружинные и беспружинные исполнительные устройства; пневматические исполнительные уст­ ройства, управляемые электрическими сигналами; исполнительные

56

устройства, осуществляющие нелинейную зависимость между командным сигналом и ходом выходного звена. Применение мо­ дульного принципа построения позволит обеспечить все разнооб­ разие исполнительных устройств при помощи ограниченного числа унифицированных модулей [27].

Переход от устройств пневматической ветви к приборам и устройствам электрической аналоговой подветви ГСП обеспечи­ вается выпускаемыми заводом «Энергоприбор» электропневмати: ческими преобразователями типа ЭПП-63, ЭП-56В и ЭП-56М[27].

Гидравлическая ветвь ГСП. Эта ветвь получила меньшее раз­ витие, чем описанные выше ветви.

Разработку и выпуск унифицированных гидравлических средств автоматизации с использованием в качестве рабочей жид­ кости масла проводит харьковский завод «Теплоавтомат» и его ОКБ. Созданы и выпускаются электрогидравлические преоб­ разователи, гидравлические усилители, исполнительные меха­ низмы и ряд вспомогательных устройств.

Разработку и освоение выпуска комплекса унифицированных гидравлических средств автоматизации с использованием воды в качестве рабочей жидкости проводит Московский завод теп­ ловой автоматики (МЗТА).

Широкое применение в промышленности получают регуляторы

Под регулятором, работающим без использования посторон­ него источника энергии, понимается регулятор, у которого для перестановки регулирующего органа используется энергия регу­ лируемой или регулирующей среды. У регулятора прямого дей­ ствия для перестановки регулирующего органа используется

няется использующий энергию регулируемой среды привод, уп­ равление которым производится с помощью специального преоб­ разователя-усилителя.

В СССР серийно выпускается около 30 типов унифицирован­ ных, рассчитанных на узкие области применения регуляторов температуры, давления, уровня и перепада давления.

Необходимо подчеркнуть, что в ряде отраслей промышлен­ ности многие практические задачи автоматического регулирова­ ния температуры, давления, уровня и расхода весьма успешно решаются применением регуляторов без использования вспомога­ тельной энергии. В различных печах, аппаратах, резервуарах, трубопроводах целлюлозно-бумажной, нефтяной, химической, пи­ щевой промышленности, в торговле и ряде других производств с успехом могут применяться именно эти регуляторы. Указанные регуляторы отличаются простотой конструкции и обслуживания, достаточной надежностью, а также невысокой стоимостью.

Все изделия ГСП по защищенности от воздействия окружаю­ щей среды подразделяются па изделия, имеющие исполнение:

57

обыкновенное, пылезащищенное, взрывозащищенное, брызгоза­ щищенное, герметическое, водозащищенное.

По устойчивости к механическим воздействиям изделия ГСП подразделяются на обыкновенное и виброустойчивое исполнения.

Изделия ГСП по устойчивости к воздействию температуры и влажности окружающего воздуха делятся на группы, указанные в табл. 2-4.

Изделия ГСП для измерительных или автоматических систем могут применяться в сочетании различных исполнений.

Все изделия ГСП подвергаются испытаниям, среди которых различают:

государственные (на вновь разрабатываемые изделия), прово­ димые в соответствии с порядком, установленным Комитетом стандартов при Совете Министров СССР;

типовые (на соответствие ранее утвержденному типу), прово­ димые предприятием-изготовителем;

периодические, проводимые предприятием-изготовителем не реже 1 раза в год для подтверждения соответствия выпускаемых изделий установленным на них техническим требованиям;

приемо-сдаточные, проводимые на предприятии-изготовителе при выпуске изделий ГСП из производства.

Методы испытаний приведены как в основном ГОСТ на общие требования к изделиям ГСП (12997 — 67), так и в ГОСТ на от­ дельные группы и виды изделий приборостроения.

Кроме общих стандартов на изделия ГСП, перечисленных выше, большое значение имеют ГОСТ 8032 — 56 «Предпочтитель­ ные числа и ряды предпочтительных чисел», который лежит в ос­ нове выбора унифицированных значений параметров, разрядов, классов точности и т. д.; и новые государственные стандарты на единую систему конструкторской документации (ЕСКД).

В нашей стране большое внимание уделяется вопросу повы­ шения надежности и качества продукции, особенно приборострои-

58

тельной. Проводимые мероприятия в системе управления каче­ ством позволяют практически применять количественные харак­ теристики, нормативы и методы испытаний качества и надеж­ ности устройств автоматики и измерительной техники. Особое значение в связи с этим имеет ввод в действие в 1968 г. ГОСТ 13216 — 67 «Государственная система промышленных приборов и средств автоматизации. Надежность. Общие технические требо­ вания и методы испытаний» и ряда новейших ГОСТ.

Проблема стандартизации получения, передачи, обработки, преобразования, хранения и использования количественной ин­ формации, получаемой в процессе научных исследований или при производстве каких-либо продуктов и изделий требует создания еще одной важной составляющей ГСП, связанной с измеритель­ ной техникой и метрологией.

Показано (§ 2 глава 6), каким важным делом является обес­ печение единства мер и достоверности измерений, осуществляемое при помощи метрологических служб Комитета стандартов, мини­ стерств и ведомств. Для лучшего и более полного выполнения этой задачи предполагается создать 600 межотраслевых стандар­ тов, которые вошли бы в устанавливаемую Комитетом стандартов

СССР государственную систему обеспечения единства мер и из­ мерений (ГСП), представляющую собой совокупность взаимо­ связанных нормативных документов (положений, стандартов, ин­ струкций и других руководящих материалов), определяющих еди­ ную научно-техническую и экономическую политику и общую организацию работ в области разработки, производства и эксплу­ атации средств измерений независимо от ведомственной подчи­ ненности организаций и предприятий, занимающихся созданием, производством и использованием измерительной техники.

Развитие ГСП должно обеспечивать полное удовлетворение потребностей науки, техники, промышленности и других отраслей народного хозяйства: в эталонах, образцовых веществах, прибо­ рах и установках высокой точности; в средствах научных иссле­ дований, испытаний и проверки измерительных приборов; в ме­ тодах и средствах автоматизации измерений и применении кибер­ нетических методов и устройств в измерительной технике; в выпуске как образцовых, так и рабочих измерительных прибо­ ров с унифицированными и стандартизированными сигналами, размерами, элементами, блоками и модулями.

ГСИ должна также обеспечить организацию высокоэффектив­ ного надзора за состоянием и использованием измерительной тех­ ники в народном хозяйстве.

Эта система непрерывно совершенствуется, обновляется в со­ ответствии с требованиями потребителей измерительной техники и на основе достижений науки и техники. Так, в настоящее время выпускается около 2000 отраслевых стандартов в год на средства измерений и комплектующие детали к ним вместо прежних 300— 400 стандартов в год. Создаваемые в системе нормодокументы, эталоны, образцовые приборы и установки высокой точности

59