1. Основные понятия и определения теории автоматического управле ния
 Скачать 4.71 Mb.
|
|
Раздел 5. Проектирование систем автоматизации Tема: Разработка функциональных схем автоматизации при проектировании автоматизированных систем управления процессами пищевых производств 22 Цель занятия: изучить условные обозначения средств автоматизации и методы построения функциональных схем автоматизации технологических процессов. Привить практические навыки чтения чертежей по производственной автоматике. 1. Теоретическая часть 1. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СХЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ Назначение функциональных схем автоматизации Функциональная схема автоматизации (ФСА) является одним из основных про- ектных документов, определяющих функциональную структуру и объем автома- тизации технологических установок и отдельных агрегатов промышленного объ- екта. Она представляет собой чертеж, на котором схематически условными обо- значениями изображены: технологическое оборудование; коммуникации; органы управления и средства автоматизации (приборы, регуляторы, вычислительные устройства) с указанием связей между технологическим оборудованием и элемен- тами автоматики, а также связей между отдельными элементами автоматики. Вспомогательные устройства, такие, как редукторы, фильтры для воздуха, источ- ники питания, соединительные коробки и другие монтажные элементы, на ФСА не показывают. Как правило, ФСА выполняют на одном чертеже, на котором изображают аппара- туру всех систем контроля, регулирования, управления и сигнализации, относя- щуюся к данной технологической установке. На основании ФСА выполняют ос- тальные чертежи проекта и составляют ведомости и заказные спецификации при- боров и средств автоматизации. Для однотипных технологических объектов, не связанных между собой и имею- щих одинаковое оснащение приборами и средствами автоматизации, выполнение ФСА допускается лишь для одного из них. На схеме даются пояснения. Например: ”Схема разработана для агрегата 1, для агрегатов 2–5 схемы аналогичны”. Изображение технологического оборудования и коммуникаций Технологическое оборудование и коммуникации на ФСА изображают упрощенно (в сокращенном виде), без указания технологических аппаратов и трубопроводов вспомогательного назначения. Масштаб при этом не соблюдается. Изображенная таким образом технологическая схема должна давать ясное представление о прин- ципе работы и взаимодействии со средствами автоматизации. На технологических трубопроводах обычно показывают ту регулировочную и за- порную арматуру, которая непосредственно участвует в контроле управления процессом, а также запорные и регулирующие органы, необходимые для опреде- ления относительного расположения мест отбора импульсов или поясняющие не- обходимость измерений. 23 Технические аппараты и трубопроводы вспомогательного назначения показывают только в тех случаях, когда они механически соединяются или взаимодействуют со средствами автоматизации. Оборудование и коммуникации изображают тонкими линиями, технологические потоки выделяют более жирными линиями. Допускается изображать элементы объекта в виде прямоугольников, которые должны быть снабжены соответствую- щими наименованиями. Соединения технологических трубопроводов обозначают точкой в узле условных линий. Направление движения потоков указывают стрелками: жидкость , пар (газ) Трубопроводы, идущие к конечным аппаратам и устройствам, в которых нет при- боров и средств автоматизации, на схеме обрывают. В месте обрыва ставят стрел- ку и дают пояснение. Например: “От насоса” или “К упаковочной машине”. Разработка функциональной схемы автоматизации Функции контроля и управления на функциональных схемах автоматизации изо- бражают в соответствии с ГОСТ 21.404–93 [1] и отраслевыми нормативными до- кументами. Графические обозначения приборов, средств автоматизации и линий связи (и их размеры) должны соответствовать обозначениям, приведенным в табл. 1; допол- нительных устройств – в табл.2. Отборное устройство для всех постоянно подключенных приборов изображают сплошной тонкой линией, соединяющей технологический трубопровод или аппа- рат с прибором (рис. 1, а). При необходимости указания конкретного места распо- ложения отборного устройства (внутри контура технологического аппарата) его обозначают кружком диаметром 2 мм (рис. 1, б). 24 25 26 27 Условные графические обозначения на схемах выполняют сплошной толстой ос- новной линией, а горизонтальную разделительную черту внутри графического обозначения и линии связи – сплошной тонкой по ГОСТ 2.303–68. Буквенные обозначения измеряемых величин и функциональных признаков при- боров и средств автоматизации должны соответствовать приведенным в табл. 3. Измеряемые величины и функции, выполняемые приборами и средствами автома- тизации, обозначаются прописными буквами латинского алфавита. При отсутст- вии необходимых буквенных обозначений для этой цели используются приведен- ные в табл. 3 резервные буквы. Все случаи их применения должны сопровождать- ся необходимыми пояснениями на схемах. Дополнительные буквенные обозначения, отражающие функциональные признаки средств автоматизации, в том числе измерительных преобразователей, преобразо- вателей рода энергии сигналов и вычислительных устройств, приведены в табл. 4, 5. Букву А применяют для обозначения функции ”сигнализация” независимо от того, вынесена ли сигнальная аппаратура на какой-либо щит или пульт или для сигна- лизации используются средства, встроенные в сам прибор. Сигнализируемые предельные значения измеряемых величин следует конкретизи- ровать добавлением букв H и L. Эти буквы наносятся вне графического обозначе- ния, слева от него (приложение 1, примеры 29, 30). Букву S применяют для обозначения контактного устройства прибора, используе- мого для включения, отключения, переключения, блокировки. Предельные значе- ния величин, по которым осуществляются включение, отключение, блокировка и т. п., могут быть конкретизированы добавлением букв H и L. При применении контактного устройства прибора для включения, отключения и одновременно для сигнализации в обозначении прибора используют обе буквы – S и A (приложение 1, пример 27). 28 29 30 При необходимости конкретизации измеряемой величины справа от графического обозначения прибора допускается указывать наименование или символ этой вели- чины (приложение 1, примеры 34, 35, 36, 39, 40), а также вид радиоактивности – a- , b- или g-излучение (приложение 1, пример 42). 31 Буква U может быть использована для обозначения прибора, измеряющего не- сколько разнородных величин. Расшифровка измеряемых величин должна быть приведена около прибора (приложение 1, пример 44 ). Для обозначения величин, не предусмотренных ГОСТ 21.404–85, допускается ис- пользовать резервные буквы. Применение резервных букв должно быть расшиф- ровано на схеме. Для обозначения дополнительных функций D, F, Q допускается применение d, f, q. ГОСТ 21.404–85 устанавливает два метода построения условных обозначений: уп- рощенный и развернутый. П р и у п р о щ е н н о м м е т о д е построения приборы и средства автоматиза- ции, осуществляющие сложные функции, например контроль, регулирование и сигнализацию, и выполняемые в виде отдельных блоков, изображают одним ус- ловным обозначением. При этом первичные измерительные преобразователи и всю вспомогательную аппаратуру не изображают. П р и р а з в е р н у т о м м е т о д е построения каждый прибор или блок, входя- щий в единый измерительный, регулировочный или управляющий комплект средств автоматизации, указывают отдельным условным обозначением. Условные обозначения приборов и средств автоматизации, применяемые в функ- циональных схемах автоматизации, могут быть графическими, буквенными и цифровыми. Методика построения условных обозначений заключается в следующем. В верх- ней части графического обозначения (окружности, овала) наносятся обозначения измеряемой величины и функций, выполняемых прибором. При этом порядок их расположения (слева направо) должен быть следующим: – обозначение измеряемой величины; – обозначение, уточняющее (если это необходимо) основную измеряемую величи- ну; – обозначение (обозначения) функций, выполняемых прибором. Порядок расположения буквенных обозначений функций, выполняемых прибо- ром, должен быть следующим: IRCSA. Пример построения условного обозначения прибора для измерения и автоматиче- ского регулирования перепада давления показан на рис. 2. При построении условных обозначений приборов следует указывать не все функ- циональные признаки приборов, а лишь те, которые используются в данной схеме. Например, при обозначении показывающих и самопишущих приборов (если функция ”показание” не используется) следует писать TR вместо TIR, PR вместо PIR и т. п. 32 Рис. 2. Пример построения условных обозначений приборов и средств автомати- зации При построении условного обозначения сигнализатора уровня, блок сигнализации которого является бесшкальным прибором, снабженным контактным устройством и встроенными средствами сигнализации, следует писать: а) LS, если прибор используется только для включения, выключения насоса, бло- кировок и т. д.; б) LA, если прибор используется только для сигнализации (местной или дистанци- онной); в) LSA, если используются обе функции по п. “a” и “б”; г) LC, если прибор используется для регулирования уровня. При построении обозначений комплектов средств автоматизации первая буква в обозначении каждого входящего в комплект прибора или устройства (кроме уст- ройств ручного управления) является наименованием измеряемой величины. Буквенные обозначения устройств, выполненных в виде отдельных блоков и предназначенных для ручных операций, независимо от того, в состав какого ком- плекта они входят, должны начинаться с буквы H. Например, переключатели электрических цепей измерения (управления) обозначаются HS, кнопки (ключи) для дистанционного управления, ручные задатчики – H и т. п. Порядок построения условных обозначений с применением дополнительных бук- венных обозначений следующий: на первое место ставится буква, обозначающая измеряемую величину; на второе место – одна из дополнительных букв: E, T, K или Y (см. табл. 4). 33 При построении буквенных обозначений преобразователей сигналов и вычисли- тельных устройств надписи, расшифровывающие вид преобразователя или вычис- лительной операции, наносятся справа от условного изображения (см. приложение 1, примеры 48, 49, 50, 51).В нижней части графического обозначения (окружности, овала) наносится позиционное обозначение комплекта измерения (регулирования) или отдельных элементов комплекта. Если обозначение технического средства не помещается в окружности или овале, допускается расположение обозначения справа или над условным изображением. При изображении на функциональной схеме электроаппаратуры, участвующей в схемах автоматического регулирования, управления, сигнализации, в нижней час- ти графического обозначения наносится позиционное обозначение электроаппара- туры, присваеваемое ей по принципиальным электрическим схемам. Например: Приборы и средства автоматизации, встраеваемые в технологическое оборудова- ние и трубопроводы или механизмы, связанные с ними, изображают на схеме в непосредственной близости к технологическому оборудованию. К таким средст- вам автоматизации относят: термометры расширения; термопары; термометры со- противления; сужающие измерительные устройства; ротаметры; газовые измери- тельные счетчики; первичные преобразователи электромагнитных расходомеров; первичные преобразователи уровнемеров, радиоактивности; плотности и др., исполнительные механизмы; регулирующие и запорные органы. Местом установки отборного устройства является точка пересечения линии связи с обозначением технологического трубопровода или аппарата. Второй конец ли- нии связи в этом случае сопрягается с обозначением первичного измерительного преобразователя или прибора. На рис. 3, а показано обозначение установки преобразователя термоэлектрическо- го (термопары) на технологическом трубопроводе при использовании развернуто- го метода построения условных обозначений. Первичный измерительный преоб- разователь измерения расхода (например, диафрагма) устанавливается, как из- вестно, в рассечку трубопровода, что показывается в условном обозначении (рис. 3, б). На рис. 3, в показано обозначение установки первичных преобразователей уровнемеров (датчиков верхнего и нижнего уровней). 34 Рис. 3. Условные обозначения первичных преобразователей (датчиков): а – термопары на трубопроводе; б – первичного преобразователя расхода (в рас- сечке трубопровода); в – первичных преобразователей верхнего и нижнего уров- ней в емкости с продуктом Приборы и средства автоматизации, установленные дистанционно (например, на пультах или щитах управления), при использовании развернутого метода показы- вают в прямоугольниках, изображающих щиты и пульты произвольных размеров, достаточных для нанесения графических условных обозначений устанавливаемых на них приборов, средств автоматизации, аппаратуры управления и сигнализации. С помощью прямоугольников произвольных размеров изображают также управляющие вы- числительные машины с указанием внутри прямоугольника типа устройства по документации фирмы-изготовителя. Прямоугольники располагают в нижней части поля схемы в одном или нескольких горизонтальных рядах и в такой последовательности, при которой достигаются наибольшая простота и ясность схемы. В каждом прямоугольнике с левой стороны указывают соответствующее наименование. Приборы и средства автоматизации, которые расположены вне щитов (пультов) и конструктивно не связаны непосред- ственно с технологическим оборудованием и коммуникациями, условно показывают в прямоугольнике “При- боры местные”. Этот прямоугольник располагают над прямоугольником щитов (пультов). При применении управляющих вычислительных машин – УВМ (кон- троллеров) допускается, кроме наименования всего комплекса, приводить сокращенные наименования или типы отдельных его блоков. При этом прямоугольник, изображающий комплекс УВМ (контроллер), делят горизонталь- ными линиями на части, число которых соответствует количеству блоков. Услов- ные наименования TE FE LE LE H L 35 или типы блоков наносят с левой стороны прямоугольника рядом с наименовани- ем комплекса. Точки входа и выхода сигналов на прямоугольниках соответст- вующих блоков показывают кружками диаметром 1,5–2 мм. На рис. 4 показан пример условного обозначения на функциональных схемах ав- томатизации контроллеров и УВМ с использованием условных обозначений при- боров в соответствии с ГОСТ 21.404–85. Например, контроллер GE Fanuc 90–30 рассчитан на ввод информации только в виде унифицированных сигналов 0–5 мА, 0–10 В постоянного тока и 24 VDC (24 В постоянного тока). Поэтому необходимо преобразование сигналов от датчиков или первичных преобразователей. С этой целью в схеме предусмотрены соответ- ствующие местные приборы – преобразователи. При этом сигналы от первичных преобразователей, измеряющих температуру, давление и расход, поступают на модуль аналоговых входных сигналов (AI), а от датчиков положения исполни- тельных механизмов (открыто – закрыто) – на модуль входных дискретных сигна- лов (DI). П р и м е ч а н и е. Модуль вывода аналоговых сигналов (AO) и модуль вывода дискретных сигналов (DO) на схеме не показаны. Изображение линий связи Cвязь между приборами и средствами автоматизации на функциональной схеме изображают однолинейно тонкими сплошными линиями. Подвод линий связи к символу прибора изображается в любой точке окружности (сверху, снизу, сбоку). Линии связи выполняются по возможно кратчайшему рас- стоянию с минимальным числом изгибов и пересечений. Пересечение линиями связи изображений технологического оборудования и трубопроводов допускается, а обозначений приборов и средств автоматизации – не допускается. При пересече- нии, ответвлении и слиянии линий связи в случае функционального взаимодейст- вия приборов (с соединением) в месте пересечения ставится точка. Примером пе- ресечения (ответвления) линий связи с их соединением и без соединения служит линия блокировки (рис. 5). 36 37 Точки ставят в местах пересечения линии блокировки с линиями связи парамет- ров, вызывающих останов или запрет пуска компрессора (приборы – поз. 1, 3 и 4), и линией управления электродвигателем компрессора (магнитный пускатель КМ1 и кнопки ручного управления SB1 и SB2). В местах пересечения линии блокировки с линиями связи параметров, которые подлежат только сигнализации и не вызы- вают останова компрессора (приборы – поз. 2, 5), точка не ставится. Для сложных объектов с большим количеством приборов и средств автоматиза- ции, когда изображение непрерывных линий связи затрудняет чтение схемы, до- пускается их разрывать. В местах разрыва оба конца линии связи нумеруют одной и той же арабской цифрой. Нумерация разрыва линий связи выносится на основ- ные базовые линии (вверх или вниз от технологического оборудования), обеспе- чивающие минимальное пересечение линиями связи изображения технологиче- ского оборудования и коммуникаций. Нумерация разрывов линий связи со стороны приборов дается в порядке возраста- ния номеров (рис. 6). На участках линий связи со стороны приборов, изображенных в прямоугольниках щитов (пультов) или прямоугольниках “Приборы местные”, слева, непосредствен- но у подхода их к первому прямоугольнику, допускается указывать предельные рабочие (максимальные или минимальные) значения измеряемых или регулируе- мых величин. Эти величины указываются в единицах шкалы выбранного прибора или в международной системе СИ. Разрежение (вакуум) обозначается знаком “–”. Для приборов, встраеваемых непо- средственно в технологическое оборудование или трубопроводы и не имеющих линий связи с другими приборами, предельные значения можно указывать возле обозначения прибора (пример – поз. 2 на рис. 6). 38 Позиции и позиционные обозначения приборов,средств автоматизации и элек- троаппаратуры Всем приборам и средствам автоматизации, изображенным на функциональной схеме автоматизации, присваивается позиционное обозначение (позиция) во всех материалах проекта. Позиции приборов и средств автоматизации, изображенных на функциональной схеме, состоят из двух частей: цифрового обозначения, присвоенного комплекту (функциональной группе), и цифровых обозначений, присвоенных отдельным элементам, входящим в комплект (группу). П р и м е ч а н и е: комплектом (функциональной группой) называется совокуп- ность отдельных функционально связанных элементов, выполняющих опреде- ленную задачу. Цифровые обозначения присваивают каждому элементу комплекта в порядке воз- растания в зависимости от последовательности прохождения сигналов (от устрой- ства получения информации к устройствам воздействия на управляемый процесс). На рис. 6 показан пример комплекта 5, осуществляющего регулирование и регист- рацию расхода жидкости. Сигнал от датчика расхода 5–1 поступает на регулятор расхода 5–2, где происходит сравнение измеряемой величины с заданной. Если измеренная величина расхода отличается от заданной, регулятор 5–2 выдает управляющее воздействие на ис- полнительный механизм 5–3, который воздействует на регулирующий орган, осу- ществляющий дросселирование потока. Отдельным приборам, не входящим в комплекты, например показывающим тер- мометрам, манометрам и т. п., присваиваются позиции, состоящие только из по- рядкового номера (прибор – поз. 2 на рис. 6). В схемах каскадного или связанного регулирования, если какой-либо прибор или регулятор связан с несколькими датчиками или получает дополнительные воздей- ствия по другим параметрам, все элементы схемы, осуществляющие дополнитель- ные функции, относятся к той функциональной группе, на которую оказывают воздействие. Электроаппаратура (электроизмерительные приборы, сигнальные лампы, табло, гудки, звонки, сирены, ключи управления, кнопки, магнитные пускатели и т. п.), изображаемые на функциональной схеме, должны иметь буквенно-цифровые по- зиционные обозначения, принятые в принципиальных электрических схемах и составленные из буквенного обозначения и порядкового номера, проставляемого после буквенного обозначения. Позиционное обозначение электроаппаратуры образуется применением букв только латинского алфавита. Буквенные позиционные обозначения электроаппа- ратуры, изображаемой на функциональных схемах, приведены в табл. 6. 39 Порядковые номера присваивают, начиная с единицы, в пределах электроаппара- туры одного вида, которым на схеме присвоено одинаковое буквенное обозначе- ние, например звонок электрический HA1, HA2, HA3… и т. д., кнопка управления SB1, SB2 … и т. д. Позиции приборов и средств автоматизации, присвоенные им по спецификации, а также обозначения электроаппаратуры сохраняются во всех остальных документах проекта. Позиции приборов и средств автоматизации и по- зиционные обозначения электроаппаратуры проставляют в нижней части окружности. Если позиция или позиционное обозначение не помещается в окружности, допус- кается нанесение его вне пределов окружности с правой стороны условного обо- значения или над ним (приложение 1, пример 55). |