1. Основные понятия и определения теории автоматического управле ния
 Скачать 4.71 Mb.
|
|
2. ОБЩИЕ ПРАВИЛА ОФОРМЛЕНИЯ СХЕМ Схемы выполняются на листах любого стандартного формата: А4 (210*297); А3 (297*420), А2 (420*594), А1 (594*840). Выбранный формат должен обеспечивать компактное, наглядное и удобное для пользователя выполнение схемы. Формы за- полнения штампов приведены в приложении 2. Линии на схемах выполняются в соответствии с правилами, установленными ГОСТ 2.701–84 [2] и ГОСТ 2.721–74 [3]. Толщину линий выбирают в зависимости от формата схемы и размеров условных графических обозначений. На одной схеме рекомендуется применять не более трех типоразмеров линий по толщине: тонкую b, утолщенную 2b и толстую 3b–4b, где b – толщина линии, которая выбирается в зависимости от размеров схемы. Толщину линии выбирают в пределах от 0,2 до 1 мм и выдерживают постоянной во всем комплекте схем. Графические обозначения элементов и линий связи вы- полняют линиями одинаковой толщины. 40 Рекомендуется использовать линии следующей толщины: – контуры оборудования (технологические схемы) – 0,2–0,5 мм; – трубопроводные коммуникации – 0,5–1,5 мм; – графические обозначения приборов и средств автоматизации – 0,5–0,6 мм; – соединительные линии и горизонтальная черта внутри обозначения прибора (ок- ружности) – 0,2–0,3 мм; – линии выносок – 0,2–0,3 мм. Для надписей и цифр рекомендуется использовать следующие размеры стандарт- ного шрифта: для позиционных обозначений – буквы и цифры – 3,5 мм; для до- полнительного текста и надписей – 3,5–5,0 мм. В надписях и текстах применяют только общепринятые сокращения слов. В тексте не допускается сокращенное обозначение единиц физических величин, если они употребляются без цифр. 3. ПРИМЕРЫ ВЫПОЛНЕНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ СХЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ Ранее, при рассмотрении правил построения графических и буквенных обозначе- ний приборов и средств автоматизации, указывалось, что ГОСТ 21.404–85 преду- сматривает два способа построения условных обозначений технических средств – упрощенный и развернутый. Соответственно изображения комплектов приборов и средств автоматизации на функциональных схемах также могут выполняться уп- рощенным или развернутым способом. П р и у п р о щ е н н о м с п о с о б е на схемах не показывают первичные измери- тельные преобразователи и вспомогательную аппаратуру. На схеме отражают только основные функции контроля и управления, как правило, с помощью одного условного графического обозначения (окружности или овала), которое располага- ют на поле чертежа вблизи места измерения технологического параметра, или нанесения управляющего воздействия, а техни- ческую структуру системы раскрывают в принципиальных схемах или другой технической документации. П р и р а з в е р н у т о м с п о с о б е построения условных обозначений каждое средство автоматизации на функциональной схеме показывают отдельно с указа- нием места реализации функций. Рассмотрим примеры выполнения функциональных схем обоими способами, хотя в последние годы в практике проектных организаций преимущественно использу- ется упрощенный способ. Пример 1. На рис. 7 изображен участок технологического трубопровода, на кото- ром упрощенным и развернутыми способами показан функциональный узел авто- матического регулирования расхода сырья. 41 При упрощенном способе первичный измерительный преобразователь (диафрагма или сопло) не показан. Место установки первичного преобразователя обозначено пересечением линий технологического трубопровода с линией, связывающей этот преобразователь с условным обозначением прибора, осуществляющего сложные функции. Исполнительный механизм обозначения не имеет. При развернутом способе показаны: первичный измерительный преобразователь (поз. 3–1), установленный по месту; прибор для измерения расхода – безшкаль- ный, с дистанционной передачей, показывающий, установленный по месту (поз. 3–2), например бесшкальный дифманометр; прибор для измерения расхода – реги- стрирующий, регулирующий (поз. 3–3). Исполнительный механизм имеет обозначение 3–4. Пример 2. На рис. 8 изображена функциональная схема автоматизации технологи- ческого процесса, предусматривающего тепловую обработку продукта с одновре- менным его перемешиванием, выполненная развернутым способом. 42 Контроль предельно допустимого уровня в резервуаре осуществляет вторичный прибор (поз. 1–2), установленный на щите и имеющий пневматический выходной сигнал. При достижении продуктом в реакторе предельно допустимого уровня сигнал с первичного преобразователя (поз. 1–1), установленного по месту, поступает на вторичный прибор (поз. 1–2), который инициирует срабатывание световой преду- предительной сигнализации (на щите включается лампа HL1). Нагрев продукта в резервуаре производится паром. При этом температура продук- та на выходе из резервуара контролируется датчиком температуры (поз. 2–1), сиг- 43 нал с которого поступает на измеритель-регулятор температуры (поз. 2–2). Если температура продукта не равна заданной, то измеритель-регулятор температуры сформирует команду управления на исполнительный механизм (поз. 2–3) для уменьшения или увеличения подачи пара. Управление двигателем мешалки М1 производится с помощью кнопок ручного управления SB4 и SB5, установленных на щите. По месту в данном случае уста- новлен магнитный пускатель двигателя мешалки KM1 и кнопки аварийного от- ключения мешалки SB3. При работающем двигателе мешалки M1 на щите вклю- чается сигнальная лампа HL2. Положение ключа управления SA1 определяет режим управления: ”A” – автомати- ческий, “D” – дистанционный (ручной). При автоматическом режиме управление исполнительным механизмом подачи па- ра (поз. 2–3) производится измерителем-регулятором температуры (поз. 2–2), а при дистанционном – оператором, с помощью кнопок управления SB1 и SB2 (“Меньше”, “Больше”). Пример 3. На рис. 9 изображена функциональная схема автоматизации паровароч- ной камеры, выполненная развернутым способом. С помощью ключа управления SA1 можно вести термическую обработку колбасных изделий либо в автоматиче- ском, либо в операторном (ручном) режиме управления. Обогрев камеры произво- дится острым паром. 44 В схеме предусмотрена блокировка от концевого выключателя (поз. 3), которая не дает возможности включения системы автоматики и подачи пара при открытых дверях пароварочной камеры. Лампой HL1 сигнализируется открытое положение дверей камеры. При необходимости блокировка может быть отключена кнопкой SB1. Термосопротивление (поз. 1–1, 3–1) обеспечивает измерение температуры паровоздушной среды в камере. Для работы камеры в автоматическом режиме необходимо ключ управления SA1 установить в положение “А”. При этом на электромагнитный клапан (поз. 2–3) по- дается управляющее воздействие, клапан срабатывает, открывая подачу пара в ка- меру. Включается сигнальная лампа HL2 – “Камера работает”. Измеренное текущее зна- чение температуры в камере (поз. 1–1) сравнивается с его заданным на приборе (поз. 1–2) значением, в результате чего управляющее воздействие поступает на исполнительный механизм (поз. 1–3), который через регулирующий орган воздей- ствует на подачу пара в камеру. Положение регулирующего органа контролирует- 45 ся по указателю положения (поз. 4). Система позволяет поддерживать температу- ру паровоздушной среды в камере в диапазоне 75–85 °С. Температура в центре колбасного батона контролируется с помощью комплекта приборов, состоящего из игольчатой тер- мопары (поз. 2–1), которая после загрузки камеры рамами с колбасными изделия- ми помещается в один из батонов, и вторичного прибора (поз. 2–2). Окончание цикла термической обработки определяется заданным значением температуры в толще батона. Достижение заданной температуры в батоне приводит к срабатыва- нию звуковой сигнализации (HA1) и автоматической блокировке подачи пара в камеру путем выдачи управляющего сигнала на элек- тромагнитный клапан (поз. 2–3). Одновременно с закрытием клапана (поз. 2–3) гаснет сигнальная лампа HL2 – “Камера работает” и включается сигнальная лампа HL3 – “Камера не работает”. Для выключения сигнала звуковой сигнализации предусмотрена кнопка SB4. При работе системы в режиме ручного управления ключ управления SA1 устанав- ливается в положение “P”. При этом командные сигналы на исполнительные ме- ханизмы (поз. 1–3, 2–3) подаются оператором посредством кнопок управления SB2, SB3 (“Меньше”, ”Больше”) и SB5, SB6 (“Открыть”, ”Закрыть”). Визуальное наблюдение за температурой паровоздушной среды в камере и в центре батона осуществляется по показаниям измерителя температуры (поз. 3–2), связанного с датчиком температуры (поз 3– 1), и вторичного прибора (поз. 2–2). Упрощенный способ применяется в основном для изображения приборов и средств автоматизации на технологичесих системах. При построении схем по это- му способу, хотя он и дает только общее представление о принятых решениях по автоматизации объекта, достигается сокращение объемов документации. Чтение схем автоматизации, выполненных таким образом, несколько затруднено, так как они не отображают организацию пунктов контроля и управления объектом. При упрощенном способе выполнения функциональных схем автоматизации позиционные обозначения элементов схемы в каждом контуре регулирования и контроля выполняют арабскими цифрами, ис- полнительные механизмы обозначений не имеют. Пример 4. На рис. 10 изображена функциональная схема автоматизации реактора (см. пример 2), выполненная упрощенным способом. 46 При достижении уровнем продукта в резервуаре предельного значения (поз. LA–1) срабатывает предупредительная сигнализация. Температура продукта автоматически регулируется измерителем-регулятором температуры (поз. TIC–2). В случае несоответствия измеренного значения темпе- ратуры ее заданному значению формируется команда управления электрическим исполнительным механизмом, который через регулирующий орган воздействует на подачу пара. Предусмотрена возможность и дистанционного (ручного) управ- ления электрическим исполнительным механизмом, этому соответствует обозна- чение HS около него. Управление электроприводом мешалки производится в дис- танционном (ручном) режиме, предусмотрена сигнализация рабочего состояния мешалки – обозначение HSA. Надпись BiB0 около обозначения контура контроля и регулирования означает, что в качестве измерителя-регулятора температуры используется микропроцессорное устройство, например контроллер. Пример 5. На рис. 11 изображена функциональная схема автоматизации процесса приготовления варочной кислоты в производстве сульфатной целлюлозы, выпол- ненная упрощенным способом [4]. В процессе варки целлюлозы сдувочные газы из варочных котлов направляются в систему регенерации SO2 для укрепления сырой сульфитной кислоты. Сдувочные газы поступают через эдукторы 1 в цистерны высокого и низкого давления. Сырая сульфитная кислота насосом подается в цистерну низкого давления, из которой затем транспортируется в цистерну высокого давления. Варочная кислота из цистерны высокого давления подается в варочный цех. Ук- репление кислоты осуществляется путем циркуляции ее через эдукторы во время поступления сдувочных газов. Подача сырой кислоты в цистерну низкого давле- 47 ния или подкачка кислоты в цистерну высокого давления происходит лишь при падении уровня в цистернах до минимума. Контроль давления в линиях сдувочных газов (поз. РI–9 и РI–19) и контроль дав- ления в линиях подачи кислоты к эдукторам (поз. РI–15 и РI–26) осуществляются манометрами по месту. Регулирование расхода непоглощенных газов из цистерны высокого давления в цистерну низкого давления отражено на поз. PRC–18, а расход баки – на поз. PRC–1. Рабочее давление в парогазовой фазе цистерны низкого давления составляет 1,5 кгс/см2 (поз. PRA–11). При достижении давления в цистерне 5,0 кгс/cм2 срабаты- вает световая и звуковая сигнализация. Если не будут приняты меры по снижению давления в цистерне и оно достигнет 6 кгс/см2, электроконтактный манометр (поз. PSIA–10) закроет клапан (поз. HSA–10) на подаче сдувок в цистерну. Рабочее давление в парогазовой фазе цистерны высокого давления составляет 3,0 кгс/см2 (поз. PRA–21). При достижении давления в цистерне 5,5 кгс/см2 срабаты- вает световая и звуковая сигнализация. В случае превышения верхнего (предела 10 кгс/см2) электроконтактный манометр (поз. PISA–20) закроет клапан поз. HSA– 20 на подаче сдувок в цистерну. При понижении уровня в цистерне низкого давления до минимального (поз. LRSA–13) открывается задвижка поз. HSA–8.1 и закрывается задвижка HSA–8.2. Происходит подпитка цистерны, и на пульте оператора включается лампочка “Подкачка кислоты в цистерну низкого давления”. При повышении уровня в цис- терне до максимального задвижка поз. HSA–8.1 закрывается, а задвижка на трубо- проводе кислоты из цистерны открывается (поз. HSA–8.2). Лампочка “Подкачка кислоты в цистерну низкого давления” гаснет. При понижении уровня в цистерне высокого давления до минимального (поз. LRSA–24) открывается задвижка поз. HSA–17 и закрывается задвижка поз. HSA– 27. Происходит подпитка цистерны. На пульте оператора включается лампочка ”Подкачка кислоты в цистерну высоко- го давления”. При повышении уровня в цистерне до максимального задвижка поз. HSA–17 закрывается, а задвижка на трубопроводе кислоты из цистерны открыва- ется (поз. HSA–27). Лампа “Подкачка кислоты в цистерну высокого давления” гаснет. Предусмотрена возможность дистанционного управления клапанами с пульта оператора, этому соответствует обозначение HSA у всех клапанов. 48 2. Практическая часть Задание 1 1. Разработать схему автоматизации с применением программно-логического контроллера, составить спецификацию на приборы и средства автоматиза- ции. 49 Технологическая схема крашения ткани. Т = 40 0 С 2 0 С; L=400 10 мм; F — контроль расхода. Предусмотреть: регулирование температуры в красильной ванне; регулирование уровня; расход пара — контроль и суммирование. 2. Разработать схему автоматизации с применением электрических приборов с дистанционной передачей показаний, составить спецификацию на приборы и средства автоматизации. Технологическая схема автоклава (периодический процесс). Т = 150 0 С 2 0 С; L = 4м 10 мм; Р = 2,5 МПа. пар конденсат исходная смесь раствор конденсат пар 50 Предусмотреть: измерение давления в аппарате; регулирование температуры в ав- токлаве; измерение уровня и автоматическую отсечку подачи исходного раствора; дистанционное управление на загрузку и выгрузку автоклава. 3. Разработать схему автоматизации с применением программно-логического контроллера, составить спецификацию на приборы и средства автоматиза- ции. Технологическая схема сушильного агрегата. Соотношение газ-воздух 1:3. Тем- пература в печи 1000 0 С. Разрежение 50 кПа. Температура в сушилке 400 0 С. Предусмотреть: измерение расхода газа на горелку; регулирования соотношения газ-воздух 1:3; регулирование температуры в топке. 4. Разработать схему автоматизации с применением электрических приборов с дистанционной передачей показаний, составить спецификацию на приборы и средства автоматизации. Технологическая схема верха ректификационной колонны. Перепад давления колонны 5 кПа. Температура после конденсатора 20 0 С. Расход флегмы 0,3 л/мин. Уровень дистиллята 1м. Газ Возду х Сушилка Топк а 51 Предусмотреть: регулирование температуры после конденсатора; регулирование уровня в приемнике дистиллята; контроль расхода флегмы на колонну. Таблица 1 – Коэффициенты характеристического уравнения. № вари- анта а 0 а 1 а 2 а 3 а 4 1 8 18 26 12 14 2 13 7 16 2 14 3 2 18 6 12 3 4 2 6 8 2 14 5 3 8 16 2 14 6 1 18 16 2 28 7 3 5 6 12 8 8 0 4 17 12 8 9 8 9 16 2 5 10 3 15 6 2 18 11 13 9 6 2 4 12 2 7 16 4 5 13 13 9 16 2 5 14 2 8 6 2 13 15 0 14 7 3 18 охлаждающая вода флегма приемник дистиллята колонна конденсатор 52 16 9 23 15 12 6 17 3 18 16 3 14 18 12 7 8 14 5 19 0 18 16 2 3 20 13 28 16 20 14 21 8 1 8 2 6 1 4 1 2 22 13 7 1 6 1 4 2 23 2 1 8 6 3 1 2 24 2 6 8 1 4 2 25 3 8 1 6 1 4 2 № вари- анта а 0 а 1 а 2 а 3 а 4 26 1 1 8 1 6 2 8 2 27 3 5 6 8 1 2 28 5 4 1 7 8 1 2 29 8 9 1 6 5 2 30 3 1 5 6 1 8 2 31 13 9 6 4 2 32 2 7 1 6 5 4 53 33 13 9 1 6 5 2 34 2 8 6 1 3 2 35 8 1 4 7 1 8 3 36 9 2 3 1 5 6 1 2 37 3 1 8 1 6 1 4 3 38 12 7 8 5 1 4 39 2 1 8 1 6 3 2 40 13 2 8 1 6 1 4 2 0 41 3 8 1 6 1 4 2 42 1 1 8 1 6 2 8 2 43 3 5 6 8 1 2 44 5 4 1 7 8 1 2 45 8 9 1 6 5 2 46 3 1 6 1 2 54 5 8 47 13 9 6 4 2 48 2 7 1 6 5 4 49 13 9 1 6 5 2 50 2 8 6 1 3 2 |