прарпр. Разработка функциональных схем автоматизации при проектировании автоматизированных систем
 Скачать 4.8 Mb.
|
|
Министерство образования Российской Федерации Санкт-Петербургский государственный университет низкотемпературных и пищевых технологий Кафедра автоматики и автоматизации производственных процессов РАЗРАБОТКА ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ СХЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССАМИ ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ Методические указания к практическим занятиям по курсовому проектированию для студентов специальности 210200 Санкт-Петербург 2002 УДК 681.5 ..........................Лаврищев И.Б., Кириков А.Ю. Разработка функциональных схем автоматизации при проектировании автоматизированных систем управ-ления процессами пищевых производств: Метод. указания к практическим занятиям по курсовому проектированию для студентов спец. 210200. – СПб.: СПбГУНиПТ, 2002. – 51 с. В методических указаниях приведены правила построения функциональных схем автоматизации и оформления нормативной документации в технических проектах АСУТП. Рецензент Доцент А.Л. Емельянов Одобрены к изданию советом факультета техники пищевых производств Санкт-Петербургский государственныйуниверситет низкотемпературных и пищевых технологий, 2002 2 ВВЕДЕНИЕ За последнее десятилетие существенно изменились состав и структура технических средств, применяемых в автоматизированных системах управления технологическими процессами (АСУТП). Современные АСУТП создаются на основе локальных вычислительных сетей и нового поколения микропроцессорных контроллеров с широким спектром функциональных возможностей. Основными чертами технического обеспечения современных АСУТП являются: – сохранение результатов измерения технологических парамет- ров за любой период времени и вывод информации в удобном для оператора виде на экран мониторов операторских станций; – мнемосхемы технологических процессов любой степени детализации с указанием текущих значений технологических пара- метров и сигнализацией состояния оборудования, выводимые на экран мониторов операторских станций. Таким образом, исчезает необходимость в разработке и приме- нении громоздких щитов с мнемосхемами, устройствами сигнали- зации состояния оборудования и самописцами; локальные аналого- вые регуляторы активно вытесняются управляющими контрол- лерами, которые могут быть установлены как по месту, так и дистан- ционно в специальных помещениях. Целью настоящих методических указаний является изложение основных правил, которыми руководствуются отечественные проектные фирмы при разработке функциональных схем автоматизации. 1. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СХЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ Назначение функциональных схем автоматизации Функциональная схема автоматизации (ФСА) является одним из основных проектных документов, определяющих функциональную структуру и объем автоматизации технологических установок и отдельных агрегатов промышленного объекта. Она представляет собой чертеж, на котором схематически условными обозначениями изображены: технологическое оборудование; коммуникации; органы 3 управления и средства автоматизации (приборы, регуляторы, вычислительные устройства) с указанием связей между технологическим оборудованием и элементами автоматики, а также связей между отдельными элементами автоматики. Вспомогательные устройства, такие, как редукторы, фильтры для воздуха, источники питания, соединительные коробки и другие монтажные элементы, на ФСА не показывают. Как правило, ФСА выполняют на одном чертеже, на котором изображают аппаратуру всех систем контроля, регулирования, управления и сигнализации, относящуюся к данной технологической установке. На основании ФСА выполняют остальные чертежи проекта и составляют ведомости и заказные спецификации приборов и средств автоматизации. Для однотипных технологических объектов, не связанных между собой и имеющих 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 принципе работы и взаимодействии со средствами автоматизации. На технологических трубопроводах обычно показывают ту регулировочную и запорную арматуру, которая непосредственно участвует в контроле управления процессом, а также запорные и регулирующие органы, необходимые для определения относительного расположения мест отбора импульсов или поясняющие необходимость измерений. Технические аппараты и трубопроводы вспомогательного назначения показывают только в тех случаях, когда они 4 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 соответствующими 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 приборов и средств автоматизации, на схеме обрывают. В месте обрыва ставят стрелку и дают пояснение. Например: “От насоса” или “К упаковочной машине”. Разработка функциональной схемы автоматизации Функции контроля и управления на функциональных схемах автоматизации изображают в соответствии с ГОСТ 21.404–85 [1] и отраслевыми нормативными документами. Графические обозначения приборов, средств автоматизации и линий связи (и их размеры) должны соответствовать обозначениям, приведенным в табл. 1; дополнительных устройств – в табл.2. Отборное устройство для всех постоянно подключенных приборов изображают сплошной тонкой линией, соединяющей технологический трубопровод или аппарат с прибором (рис. 1, а). При необходимости указания конкретного места расположения отборного устройства (внутри контура технологического аппарата) его обозначают кружком диаметром 2 мм (рис. 1, б). а б Рис. 1. Условные обозначения отборного устройства: а – для всех постоянно подключенных приборов; б – с указанием конкретного места расположения 5 6 7 8 Условные графические обозначения на схемах выполняют сплошной толстой основной 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 приборов и средств автоматизации должны соответствовать приведенным в табл. 3. Измеряемые величины и функции, выполняемые приборами и средствами автоматизации, обозначаются прописными буквами латинского алфавита. При отсутствии необходимых буквенных обозначений для этой цели используются приведенные в табл. 3 резервные буквы. Все случаи их применения должны сопровождаться необходимыми пояснениями на схемах. Дополнительные буквенные обозначения, отражающие функциональные признаки средств автоматизации, в том числе измерительных преобразователей, преобразователей 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 сигнализации используются средства, встроенные в сам прибор. Сигнализируемые предельные значения измеряемых величин следует конкретизировать добавлением букв H и L. Эти буквы наносятся вне графического обозначения, слева от него (приложение 1, примеры 29, 30). Букву S применяют для обозначения контактного устройства прибора, используемого для включения, отключения, переключения, блокировки. Предельные значения 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). 9 Таблица 3 Буквенные условные обозначения измеряемых величин и функций автоматизации по ГОСТ 21.404–85 Обозначение Измеряемая величина Функциональный признак прибора Основное обозначение измеряемой величины Дополнительное обозначение, уточняющее измеряемую величину Отображение информации Формирование выходного сигнала Дополнительное значение A + – Сигнализация – – B + – – – – C + – – Автоматическое регулирование, управление – D Плотность Разность, перепад – – – E Электрическая величина – + – – F Расход Соотношение, доля, дробь – – – G Размер, положение, перемещение – + – – H Ручное воздействие – – – Верхний предел измеряемой величины 10 Продолжение табл. 3 Обозначение Измеряемая величина Функциональный признак прибора Основное обозначение измеряемой величины Дополнительное обозначение, уточняющее измеряемую величину Отображение информации Формирование выходного сигнала Дополнительное значение I + – Показание – – J + Автоматическое переключение, обегание – – – K Время, временная программа – – + – L Уровень – – – Нижний предел измеряемой величины M Влажность – – – – N + – – – – O + – – – – P Давление, вакуум – – – – Q Величина, харак- теризующая каче- ство: состав, концентрация и т. п. Интегрирование, суммирование по времени – + – 11 Окончание табл. 3 Обозначение Измеряемая величина Функциональный признак прибора Основное обозначение измеряемой величины Дополнительное обозначение, уточняющее измеряемую величину Отображение информации Формирование выходного сигнала Дополнительное значение R Радиоактивность – Регистрация – – S Скорость, частота – – Включение, отключение переключение, блокировка – T Температура – – + – U Несколько разно- родных измеряемых величин – – – – V Вязкость – + – – W Масса – – – – X Нерекомендуемая резервная буква – – – – Y + – – + – Z + – – + – П р и м е ч а н и е. Буквенные обозначения, отмеченные знаком “+”, являются резервными, а отмеченные знаком “–” не используются. 12 Таблица 4 Дополнительные буквенные обозначения, применяемые для указания дополнительных функциональных признаков приборов по ГОСТ 21.404–85 Наименование Обозначе- ние Назначение Чувствительный элемент Е Устройства, выполняющие первичное преобразование: преобразователи термоэлектрические, термопреобразователи сопротивления, датчики пирометров, сужающие устройства расходомеров и т. д. Дистанционная передача Т Приборы бесшкальные с дистанционной передачей сигнала: манометры, дифманометры, манометрические термометры Станция управления К Приборы, имеющие переключатель вида управления и устройство для дистанционного управления Преобразование, вычисли- тельные функции Y Для построения обозначений преобразователей сигналов и вычислительных устройств Таблица 5 Дополнительные буквенные обозначения, применяемые для построения преобразователей сигналов и вычислительных устройств, по ГОСТ 21.404–85 Назначение Обозначение 1. Род энергии сигнала: электрический Е пневматический Р гидравлический G 2. Виды форм сигнала: аналоговый A дискретный D 3. Связь с вычислительным комплексом: передача сигнала на ЭВМ (контроллер) В i вывод информации с ЭВМ (контроллера) В 0 13 При необходимости конкретизации измеряемой величины справа от графического обозначения прибора допускается указывать наименование или символ этой величины (приложение 1, примеры 34, 35, 36, 39, 40), а также вид радиоактивности – α -, β - или γ -излу- чение (приложение 1, пример 42). Буква U может быть использована для обозначения прибора, измеряющего несколько разнородных величин. Расшифровка измеря- емых величин должна быть приведена около прибора (приложение 1, пример 44 ). Для обозначения величин, не предусмотренных ГОСТ 21.404–85, допускается использовать резервные буквы. Применение резервных букв должно быть расшифровано на схеме. Для обозначения дополнительных функций D, F, Q допускается применение d, f, q. ГОСТ 21.404–85 устанавливает два метода построения условных обозначений: упрощенный 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 автоматизации, осуществляющие сложные функции, например контроль, регулирование и сигнализацию, и выполняемые в виде отдельных блоков, изображают одним условным 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, входящий в единый измерительный, регулировочный или управляющий комплект средств автоматизации, указывают отдельным условным обозначением. Условные обозначения приборов и средств автоматизации, применяемые в функциональных схемах автоматизации, могут быть графическими, буквенными и цифровыми. Методика построения условных обозначений заключается в следующем. В верхней 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 величину; – обозначение (обозначения) функций, выполняемых прибором. 14 Порядок расположения буквенных обозначений функций, выполняемых прибором, должен быть следующим: IRCSA. Пример построения условного обозначения прибора для измерения и автоматического регулирования перепада давления показан на рис. 2. При построении условных обозначений приборов следует указывать не все функциональные 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. Рис. 2. Пример построения условных обозначений приборов и средств автоматизации При построении условного обозначения сигнализатора уровня, блок сигнализации которого является бесшкальным прибором, 15 P D I R C Обозначение функцио- нального признака прибора Дополнительное обозна- чение измеряемой вели- чины Основное обозначение измеряемой величины P (давление) D (перепад давления) I (показание) R (регистрация) C (автоматическое регулирование) Последовательность буквенного обозначения Место для нанесения позиционного обозначения снабженным контактным устройством и встроенными средствами сигнализации, следует писать: а) LS, если прибор используется только для включения, выключения насоса, блокировок и т. д.; б) LA, если прибор используется только для сигнализации (местной или дистанционной); 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 устройств 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 комплекта 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 буквенных 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). При построении буквенных обозначений преобразователей сигналов и вычислительных устройств надписи, расшифровывающие вид преобразователя или вычислительной 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 части графического обозначения наносится позиционное обозначение 16 электроаппаратуры, присваеваемое ей по принципиальным электрическим схемам. Например: – кнопка дистанционного управления – ключ управления, предназначенный для выбора управления, – магнитный пускатель ; и т. п. Приборы и средства автоматизации, встраеваемые в технологическое оборудование и трубопроводы или механизмы, связанные с ними, изображают на схеме в непосредственной близости к технологическому оборудованию. К таким средствам автоматизации относят: термометры расширения; термопары; термометры сопротивления; сужающие измерительные устройства; ротаметры; газовые измерительные счетчики; первичные преобразователи электромагнитных расходомеров; первичные преобразователи уровнемеров, радиоактивности; плотности и др., исполнительные механизмы; регули-рующие и запорные органы. Местом установки отборного устройства является точка пересечения линии связи с обозначением технологического трубопровода или аппарата. Второй конец линии связи в этом случае сопрягается с обозначением первичного измерительного преобразователя или прибора. На рис. 3, а показано обозначение установки преобразователя термоэлектрического (термопары) на технологическом трубопроводе при использовании развернутого метода построения условных обозначений. Первичный измерительный преобразователь измерения расхода (например, диафрагма) устанавливается, как известно, 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). 17 H SB1 HS SA2 NS KM3 а б в Рис. 3. Условные обозначения первичных преобразователей (датчиков): а – термопары на трубопроводе; б – первичного преобразователя расхода (в рассечке трубопровода); в – первичных преобразователей верхнего и нижнего уровней в емкости с продуктом Приборы и средства автоматизации, установленные дистанционно (например, на пультах или щитах управления), при использовании развернутого метода показывают 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 вычислительные 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 непосредственно с технологическим оборудованием и коммуникациями, условно показывают в прямоугольнике “Приборы местные”. Этот прямоугольник располагают над прямоугольником щитов (пультов). При применении управляющих вычислительных машин – УВМ (контроллеров) допускается, кроме наименования всего комплекса, приводить сокращенные наименования или типы отдельных его блоков. При этом прямоугольник, изображающий комплекс УВМ (контроллер), делят горизонтальными линиями на части, число которых соответствует количеству блоков. Условные наименования 18 TE FE LE LE H L или типы блоков наносят с левой стороны прямоугольника рядом с наименованием комплекса. Точки входа и выхода сигналов на прямоугольниках соответствующих блоков показывают кружками диаметром 1,5–2 мм. На рис. 4 показан пример условного обозначения на функциональных схемах автоматизации контроллеров и УВМ с использованием условных обозначений приборов 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 соответствующие 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 исполнительных механизмов (открыто – закрыто) – на модуль входных дискретных сигналов (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 расстоянию с минимальным числом изгибов и пересечений. Пересечение линиями связи изображений технологического оборудования и трубопроводов допускается, а обозначений приборов и средств автоматизации – не допускается. При пересечении, ответвлении и слиянии линий связи в случае функционального взаимодействия приборов (с соединением) в месте пересечения ставится точка. Примером пересечения (ответвления) линий связи с их соединением и без соединения служит линия блокировки (рис. 5). 19 20 21 Точки ставят в местах пересечения линии блокировки с линиями связи параметров, 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 вызывают останова компрессора (приборы – поз. 2, 5), точка не ставится. Для сложных объектов с большим количеством приборов и средств автоматизации, когда изображение непрерывных линий связи затрудняет чтение схемы, допускается их разрывать. В местах разрыва оба конца линии связи нумеруют одной и той же арабской цифрой. Нумерация разрыва линий связи выносится на основные базовые линии (вверх или вниз от технологического оборудования), обеспечивающие минимальное пересечение линиями связи изображения технологического оборудования и коммуникаций. Нумерация разрывов линий связи со стороны приборов дается в порядке возрастания номеров (рис. 6). 22 На участках линий связи со стороны приборов, изображенных в прямоугольниках щитов (пультов) или прямоугольниках “Приборы местные”, слева, непосредственно у подхода их к первому прямоугольнику, допускается указывать предельные рабочие (максимальные или минимальные) значения измеряемых или регулируемых величин. Эти величины указываются в единицах шкалы выбранного прибора или в международной системе СИ. Разрежение (вакуум) обозначается знаком “–”. Для приборов, встраеваемых непосредственно 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). Позиции и позиционные обозначения приборов, средств автоматизации и электроаппаратуры 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 совокупность отдельных функционально связанных элементов, выполняющих определенную задачу Цифровые обозначения присваивают каждому элементу комплекта в порядке возрастания в зависимости от последовательности прохождения сигналов (от устройства получения информации к устройствам воздействия на управляемый процесс). На рис. 6 показан пример комплекта 5, осуществляющего регулирование и регистрацию 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 исполнительный механизм 5–3, который воздействует на регулирующий орган, осуществляющий дросселирование потока. 23 Отдельным приборам, не входящим в комплекты, например показывающим термометрам, манометрам и т. п., присваиваются позиции, состоящие только из порядкового 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 воздействия по другим параметрам, все элементы схемы, осуществляющие дополнительные 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 позиционные 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 электроаппаратуры, изображаемой на функциональных схемах, приведены в табл. 6. Таблица 6 |