Методические указания по выполнению КП СУХТП. Системы управления химикотехнологическими процессами Методические указания к выполнению курсового проекта для студентов специальностей 240901 Биотехнология 240902 Пищевая биотехнология Москва 2011
 Скачать 4.02 Mb.
|
1.2. Разработка функциональных схем автоматизации.Функциональная схема является основным техническим документом проекта автоматизации технологических процессов мясной и молочной промышленности, определяющим структуру и функциональные связи между аппаратами и агрегатами, а также показывающим оснащенность объекта управления техническими средствами автоматизации: первичными измерительными преобразователями, измерительными приборами и исполнительными механизмами. Функциональная схема определяет взаимодействие элементов контуров управления и направление передачи управляющих сигналов. Функциональную схему выполняют в виде чертежа, на котором согласно нормативно-технической документации (ГОСТ 21.404 – 85), посредством соответствующих обозначений показывают технологическое оборудование, коммуникации, отборные устройства, первичные измерительные преобразователи, измерительные приборы и исполнительные механизмы. Проектирование систем автоматизации технологических процессов может быть представлено в виде алгоритма (рисунок 1).   рис.1 Алгоритм проектирования функциональных схем автоматизации. Общие принципы, которыми руководствуются при разработке функциональных схем, следующие: проектирование функциональных схем автоматизации начинают с изучения объекта автоматизации, которое заключается в определении статических и динамических характеристик объекта автоматизации, требований к качеству регулирования, а также номенклатуры параметров контроля и управления, их номинальных значений, точности измерения параметров; научно-технические решения, реализованные в функциональной схеме автоматизации, должны соответствовать современному уровню развития автоматизации технологических процессов отрасли; при выборе технических средств автоматизации, т. е. первичных измерительных преобразователей, измерительных приборов, регуляторов и т. д., учитывают биохимические и физико-химические особенности технологического процесса, номинальные значения и допустимые отклонения технологических параметров, диапазон измерения параметров, расстояния от мест установки первичных измерительных преобразователей и размещения исполнительных механизмов до щитов (пультов) управления и контроля, закон регулирования и показатели качества регулирования, сведения об условиях эксплуатации (характер рабочей и окружающей среды, в частности пожара и взрывоопасность, агрессивность и токсичность); при выборе комплекта технических средств автоматизации предпочтение отдают серийно выпускаемым средствам автоматизации, например приборам Государственной системы промышленных приборов и средств автоматизации (ГСП); вспомогательную энергию (электрическую, пневматическую и гидравлическую) выбирают из условий пожара и взрывоопасности объекта автоматизации, агрессивности окружающей среды, а также с учетом длины линий связи между местами установки первичных измерительных преобразователей и исполнительных механизмов до щитов и пультов управления; количество приборов, аппаратуры управления, контроля и сигнализации, а также их расположение на щитах и пультах выбираются с учетом положений инженерно-психологического проектирования схем автоматизации; при проектировании систем автоматического управления предусматривают возможность наращивания (в перспективе) комплекта технических средств. Изображение технологического оборудования, коммуникаций, приборов и средств автоматизации на функциональных схемах. Чертеж функциональной схемы автоматизации начинают выполнять с упрощенного изображения технологического оборудования и коммуникаций. Технологическое оборудование вычерчивают без учета масштаба, но в соответствии с формой и пропорциями отдельных частей, а также габаритными размерами аппаратов и агрегатов (рисунок 2).  рис. 2. Технологическая схема сушки обезжиренной кости: 1 – бункер; 2 – диффузер; 3 – транспортер; 4 – сушильный барабан; 5 – циклон; 6 – фильтр; 7 – вентилятор; 8 – нория; 9 – шнековый транспортер; 10 – топка сушильного барабана; 11 – вентилятор. Технологические коммуникации и трубопроводы жидкости, газа и т. д. вычерчивают согласно ГОСТ 3464—93. Если в схеме имеются коммуникации и трубопроводы, не соответствующие ГОСТу, то допускается для обозначения пользоваться другими цифрами или буквами, но с обязательным пояснением новых принятых условных изображений. Направление движения потока в трубопроводе указывают стрелками. Название технологического оборудования вписывают в контур с его условным изображением либо выносят за его пределы. Допускается проставлять позиции на оборудование в соответствии с позициями по технологической схеме (экспликация оборудования). Контуры технологического оборудования, а также трубопроводные коммуникации на функциональных схемах автоматизации выполняют линиями толщиной 0,6—1,5 мм. Изображение приборов и средств автоматизации выполняют по ГОСТ 24.404-85. 1.2.1.Требования к оформлению функциональных схем автоматизации технологических процессов Функциональная схема является основным документом, определяющим структуру и объем автоматизации ТОУ. Функциональная схема автоматизации (ФСА) представляет собой чертеж, на котором условно изображены:
Из чертежа должны быть очевидны связи между технологическим оборудованием и элементами автоматизации, в первую очередь датчиками и исполнительными устройствами. Непосредственно на технологическом оборудовании изображают измерительные преобразователи, исполнительные механизмы и регулирующие органы. В нижней части чертежа размещают прямоугольные зоны, которые предназначены для изображения технических средств автоматизации. В первой зоне (верхней) изображаются технические средства автоматизации (ТСА) расположенные "по месту", т.е. у технологического оборудования (усилители, преобразователи и пр.), следующая зона может быть использована для размещения ТСА, установленных на щитах или пультах управления (измерительные показывающие или регистрирующие приборы, переключатели и т.п.). Нижняя зона - изображение микропроцессорного комплекса. Входные и выходные сигналы для микропроцессорного контроллера (МПК) можно представить по двум принципам (рисунок 3).  а) б) Рис. 3. Изображение МПК на ФСА На рисунке 3а изображены входные сигналы 1-3 с отражением их функционального назначения (1 - сигнализация; 2 - измерение; 3 - регистрация;) и выходной сигнал 4, предназначенный для организации управления или регулирования. На рисунке 3б сигналы дифференцированы на входные (1,2,3) и выходные (4, 5, 6, 7); кроме этого виден характер сигнала - аналоговый (А), дискретный (Д), импульсный (И). На функциональных схемах автоматизации щиты и пульты управления изображают в виде прямоугольников размеров, достаточным для нанесения условных графических обозначений технических средств автоматизации. Отдельные приборы и средства автоматизации, например манометры, кнопки управления, размещенные на технологическом оборудовании, а также вне щитов или пультов управления, изображают в прямоугольнике произвольных размеров, расположенном в нижней части поля схемы с надписью «Приборы местные» или «Приборы по месту». Прямоугольники, изображающие «Приборы местные», щиты и пульты управления, на функциональных схемах выполняют линиями толщиной 0,6—1,5 мм. Прямоугольники щитов и пультов располагаются таким образом, чтобы обеспечивалась простота и ясность схемы и минимум пересечений линий. В прямоугольнике с левой стороны делается надпись «Щит управления» или «Приборы на щите». Щиты и пульты управления предназначены для размещения на них технических средств автоматизации: измерительных приборов, аппаратуры управления, сигнальных устройств, вспомогательной аппаратуры (например, фильтры и редукторы для сжатого воздуха), линий связи между ними (электрическая и трубная коммутация) и т. п. Щиты и пульты устанавливают в производственных цехах (щит управления линией вытопки жиров, щит управления производством творога) или в специальных помещениях (например, центральный диспетчерский пульт управления на Лианозовском экспериментальном заводе детских молочных продуктов). Щиты и пульты управления следует размещать в помещениях с температурой окружающей среды от 10 до 50 °С при относительной влажности воздуха не более 80%. В помещении недопустимо наличие вибрации агрессивных газов и паров. Если щиты и пульты предназначены для эксплуатации в условиях повышенной влажности, высоких температур, а также при наличии агрессивной среды, то при согласовании проектной документации с заводом-изготовителем их изготовляют в специальном исполнении. Щит шкафной — шкаф с установленными на унифицированных монтажных конструкциях, поворотной или стационарной раме электрической аппаратурой и арматурой, а также с электрической и трубной проводками, подготовленными к подключению внешних цепей и приборов, размещаемых на объекте. Кроме шкафных щитов в соответствии с ОСТ 36.13—76 изготовляют щиты панельные с каркасом.    рис.4 Функциональная схема автоматизации рис.5 Изображение разрывов линий связи на функциональной схеме автоматизации Пульт —комплектное устройство, имеющее форму стола с наклонной плоскостью, с аппаратурой управления и проводкой, подготовленной к подключению внешних цепей. В последнее время в отрасли для контроля и управления технологическими параметрами используют управляющие электронные вычислительные машины, которые на функциональных схемах обозначают прямоугольником произвольных размеров с указанием в нем типа вычислительной машины. Связь между первичными измерительными преобразователями (датчиками) и средствами автоматизации, установленными на щитах и пультах, показывают тонкими сплошными линиями (рисунок 4). Для больших и сложных схем автоматизации допускается разрыв линий связи. При этом места разрыва нумеруют одной и той же арабской цифрой. Линии связи нумеруют по горизонтали, причем в нижнем ряду номера (слева направо) записываются в возрастающем порядке, а в верхнем ряду — в произвольном (рисунок 5). При разработке ФСА желательно пользоваться адресным способом выполнения чертежа, при котором линии связи датчиков и исполнительных механизмов (ИМ) с МПК разрывают и нумеруют. Для нижнего ряда номера должны следовать в возрастающем порядке, а на поле чертежа они могут располагаться произвольно.В приложении 6 дан пример построения ФСА линии по производству сухих смесей для детского питания. На линиях связи от отборных устройств и первичных измерительных преобразователей до измерительных приборов, размещенных на щитах и пультах управления, указывают предельные рабочие (максимальные или минимальные) значения измеряемых или регулируемых величин в единицах шкалы выбранного прибора. На линиях связи, идущих от аппаратуры управления, которая установлена на щите, допускается делать надписи, поясняющие функциональный характер сигналов. Приборам и средствам автоматизации присваиваются позиционные обозначения (позиции). Позиционные обозначения проставляются рядом с условными графическими обозначениями приборов и средств автоматизации. Отдельные приборы средств автоматизации нумеруют арабскими цифрами или арабскими цифрами и строчными буквами русского алфавита, когда использован комплект приборов и средств автоматизации, состоящих из отдельных элементов. Например, комплекту присваивается порядковый номер 5, а отдельным элементам и устройствам—первичному измерительному преобразователю 5-1, вторичному измерительному прибору 5-2, исполнительному механизму 5-3 и т. п. Изображение приборов и средств автоматизации. В настоящее время при составлении функциональных схем используют систему условных обозначений в соответствии с отраслевым стандартом ГОСТ 21.404 – 85. «Автоматизация технологических процессов. Обозначения условные приборов и средств автоматизации в схемах» Эта система основана на рекомендациях проекта международного стандарта ISO/DIS 3511/1 и аналогична системам условных обозначений, применяемым во многих странах мира (США, Англия, Япония, Швеция и др.). Стандарт содержит условные обозначения приборов, средств автоматизации и линий связи, используемых в проектах систем автоматизации технологических процессов при выполнении функциональных схем автоматизации. Он устанавливает обозначения измеряемых величин, функциональных признаков приборов, а также способы и методику построения условных графических обозначений. Если в основе обозначения приборов и средств автоматизации в соответствии с ГОСТ 3925—59 лежит принцип обозначения приборов и средств автоматизации по конструктивному признаку, то согласно ГОСТ 21.404 – 85 — по функциональному признаку, выполняемому данным прибором и средством автоматизации. Приборы и средства автоматизации, условные обозначения которых не представляется возможным построить по ГОСТ 21.404 – 85, допускается обозначать произвольными условными символами с расшифровкой их на схемах. Основные условные обозначения приборов и средств автоматизации по ГОСТ 21.404 – 85 приведены в таблице 1. Для отборных устройств всех постоянно подключенных приборов нет специального обозначения, их показывают тонкой сплошной линией, соединяющей технологический трубопровод или аппарат с первичным измерительным преобразователем или прибором. При необходимости указания точного места расположения отборного устройства или точки измерения (внутри контура технологического аппарата) в конце тонкой линии чертят окружность диаметром 2 мм. Подвод линий связи к символу прибора допускается изображать в любой точке окружности (сверху, снизу, сбоку). Если следует показать направление передачи сигнала, то на линии связи наносят стрелки. Буквенные условные обозначения измеряемых величин, а также функции, выполняемые прибором (отображение информации и формирование выходного сигнала) приведены в таблице 2 (ГОСТ 21.404 – 85). Таблица 1. Основные условные обозначения приборов и средств автоматизации по ГОСТ 21.404 – 85
Таблица 2. Буквенные условные обозначения измеряемых величин, а также функции, выполняемые прибором (ГОСТ 21.404 – 85)
Примечание. Буквенные обозначения, отмеченные знаком «+», являются резервными, а отмеченные знаком «-» - не используются. При использовании условных обозначений в соответствии с таблицей 2 следует иметь в виду следующее: букву А применяют для обозначения функции «сигнализация». Для конкретизации измеряемой величины около изображения прибора (справа от него) указывают наименование или символ измеряемой величины, например «ток», рН, 02и т. д. Букву Uможно использовать для обозначения прибора, измеряющего несколько разнородных величин. Подробную расшифровку измеряемых величин проводят около прибора или на поле чертежа. Для обозначения величин, не предусмотренных ГОСТ 21.404-85, могут быть использованы резервные буквы. При этом многократно применяемые величины следует обозначать одной и той же резервной буквой. Резервные обозначения должны быть расшифрованы на схеме. Не допускается в одной и той же документации использовать одну резервную букву для обозначения разных величин. Дополнительные буквенные обозначения, отражающие функциональные признаки прибора, приведены ниже. Первичный измерительный преобразователь (чувствительный элемент) Е Дистанционная передача (промежуточное преобразование) Т Станция управления К Преобразование, вычислительные функции Y Буквой Е обозначают чувствительные элементы, т. е. устройства, выполняющие первичное преобразование. Примерами первичных измерительных преобразователей являются термопреобразователи сопротивления, термоэлектрические преобразователи температуры, сужающие устройства и т. п. Буква Т обозначает промежуточное преобразование — дистанционную передачу сигнала, и ее рекомендуется применять для обозначения приборов с дистанционной передачей показаний, например бесшкальных манометров (дифманометров), манометрических термометров с дистанционной передачей. Буква К применяется для обозначения приборов, имеющих станцию управления,, т. е. переключатель для выбора вида управления (автоматическое — ручное) и устройство для дистанционного управления. Буква Y рекомендуется для построения обозначений преобразователей сигналов и вычислительных устройств. Порядок построения условных обозначений с применением дополнительных букв следующий: на первом месте ставится буква, обозначающая измеряемую величину; на втором месте — одна из дополнительных букв: Е, Т, К или Y. Например, первичные измерительные преобразователи температуры (термоэлектрические преобразователи температуры, термопреобразователи сопротивления и др.) обозначаются ТЕ, первичные измерительные преобразователи расхода (сужающие устройства) — FE. Дополнительные обозначения, применяемые для построения преобразователей сигналов и вычислительных устройств, приведены ниже. Дополнительные буквенные обозначения, отражающие функциональные признаки приборов, приведены в таблице 3. Таблица 3. Дополнительные буквенные обозначения, отражающие функциональные признаки приборов (ГОСТ 21.404 – 85)
Дополнительные буквенные обозначения, применяемые для построения преобразователей сигналов, вычислительных устройств, приведены в таблице 4. Порядок построения условных обозначений с применением дополнительных букв принимают следующим: Таблица 4 Дополнительные буквенные обозначения, применяемые для построения преобразователей сигналов, вычислительных устройств (ГОСТ 21.404 – 85)
При построении условных обозначений преобразователей сигналов и вычислительных устройств подписи, расшифровывающие вид преобразования или операции, выполняемые вычислительным устройством, наносятся справа от графического обозначения прибора. При построении обозначений комплектов средств автоматизации первая буква в обозначении каждого прибора, входящего в комплект, является наименованием измеряемой величины. Например, в комплекте для измерения и регулирования температуры первичный измерительный преобразователь следует обозначать ТЕ, измерительный регистрирующий прибор — TIR, и т. п. Все устройства, выполняемые в виде отдельных блоков и предназначенные для ручных операций, должны иметь на первом месте обозначений букву Ннезависимо от того, в состав какого измерительного комплекта они входят. Например, переключатели электрических цепей измерения (управления), переключатели воздушных линий обозначаются HS, байпасные панели дистанционного управления — НС, кнопки (ключи) для дистанционного управления, задатчики — Н. Примеры построения условных обозначений приборов и средств автоматизации приведены в приложении 5. Способы и методика построения графических условных обозначений по ГОСТ 21.404 – 85. Отраслевой стандарт ГОСТ 21.404 – 85 устанавливает два способа построения условных графических обозначений: упрощенный; развернутый. Упрощенный способ применяют в основном для изображения приборов на технологических схемах. На схемах не показывают первичные измерительные преобразователи и всю вспомогательную аппаратуру. Приборы и средства автоматизации, осуществляющие сложные функции (контроль, регулирование, сигнализацию и т. п.) и выполненные в виде отдельных блоков, изображают одним условным графическим обозначением. Развернутый способ используют при выполнении функциональных схем автоматизации, причем каждый прибор или блок, входящий в единый (измерительный, регулирующий или управляющий) комплект, показывают отдельным условным графическим обозначением. Сложные приборы, выполняющие несколько функций, допускается изображать несколькими окружностями, расположенными рядом друг с другом. Методика построения графических условных обозначений является общей для обоих способов. Так, в верхней части окружности приводят буквенные обозначения измеряемой величины и функционального признака прибора. Порядок расположения буквенных обозначений (слева направо) должен быть следующим: обозначение основной измеряемой величины; обозначение, уточняющее (если это необходимо) основную измеряемую величину; обозначение (обозначения) функционального признака прибора. Пример построения условного обозначения прибора для измерения, регистрации и автоматического регулирования перепада давления приведен на рисунке 5. Порядок буквенных обозначений функциональных признаков (если их несколько в одном приборе) должен быть следующим: IRCSA. В нижней части окружности приводят позиционное обозначение (цифровое или буквенно-цифровое), служащее для нумерации комплекта измерения или регулирования (при упрощен ном способе построения условных обозначений) или отдельных элементов комплекта (при развернутом способе построения условных обозначений). В отдельных случаях, когда позиционное обозначение прибора не помещается в окружности, допускается или указание его вне пределов окружности, или вместо окружности применяют обозначение в виде эллипса. При построении условных обозначений приборов следует указывать не все функциональные признаки прибора, а лишь те, которые используются в данной схеме. Например, при обозначении показывающих и самопишущих приборов (если функция «показание» не используется) следует писать TRвместо TIR, PRвместо PIRи т. п. В случае построения условного обозначения сигнализатора уровня, блок сигнализации которого является бесшкальным прибором, снабженным контактным устройством и встроенными сигнальными лампами, следует писать: LS— если прибор используется только для включения насоса, блокировок и т. Д.; LA— если прибор используется только для сигнализации (местной или дистанционной); LSA— если используется как для включения устройств автоматики, так и для сигнализации; LC — если прибор используется для регулирования уровня. Условные графические обозначения приборов и средств автоматизации, применяемые в функциональных схемах, имеют размеры, которые приведены в таблице 5.  Рис.5 Пример построения условных обозначений прибора для измерения, регистрации и автоматического регулирования перепада давления. Таблица 5. Рекомендуемые размеры условных графических обозначений приборов и средств автоматизации, применяемые в функциональных схемах (ГОСТ 21.404 – 85)
Условные графические обозначения на схемах должны выполняться линиями толщиной 0,5—0,6 мм. Горизонтальная разделительная черта внутри обозначения и линии связи должны выполняться линиями толщиной 0,2— 0,3 мм. При вычерчивании независимых линий связи в месте соединения точку не ставят, а в месте соединения зависимых, соединенных линий связи ставят точку. 2. примерная Тематика курсового проекта - Локальные системы автоматического управления технологическими процессами; - автоматизированные системы управления технологическими процессами; - автоматизированные системы контроля и управления качеством продукции. Образец оформления титульного листа курсового проекта (приложение А), календарный план выполнения курсового проекта (приложения Б). Примерная тематика систем управления технологическими процессами приведена в таблице 6. Таблица 6. Примерная тематика курсового проекта для студентов специальностей 240901 - Биотехнология; 240902 - Пищевая биотехнология
При выполнении курсового проекта следует:
2.2.Техническое задание на проектирование В техническом задании на проектирование системы автоматического управления следует выделить основные функции системы, например: Для эффективного функционирования ТОУ система управления должна обеспечить: Дистанционное управление:
- пара; - конденсата в емкости;
Сигнализацию:
- культуральной жидкости; - уровня конденсата в сборниках; Контроль: - температуры культуральной жидкости Регулирование: - расхода проходящего через рубашку теплообменника пара; | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
