Учебник ТАУ. Разраб. и оформл. ФСА_Метод. указания (1). Учебнометодическое пособие к практическим занятиям 1 Назначение функциональных схем автоматизации
 Скачать 4.05 Mb.
|
1 РАЗРАБОТКА И ОФОРМЛЕНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ СХЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ Учебно-методическое пособие к практическим занятиям 1 Назначение функциональных схем автоматизации Функциональная схема автоматизации (ФСА) является основным техническим докумен- том, определяющим функционально-блочную структуру отдельных узлов автоматического контроля, управления и регулирования технологического процесса, оснащение объекта управ- ления приборами и средствами автоматизации, а так же служит для отображения технических решений принимаемых при проектировании систем. Объектом управления в системах автоматизации технологических процессов являются со- вокупность основного и вспомогательного оборудования, запорные и регулирующие органы, а так же энергия, сырье и других материалы, определяемые особенностями используемых техно- логий. При разработке функциональных схем автоматизации технологического процесса необхо- димо решать следующие задачи: - получение первичной информации о состоянии технологического процесса и оборудова- ния; - непосредственное воздействие на технологический процесс для управления им; - стабилизация технологических параметров процесса; - контроль и регистрация технологических параметров, процессов и состояния технологи- ческого оборудования. Для решения поставленных задач, процесс разработки функциональной схемы автомати- зации необходимо начинать с всестороннего анализа объекта управления, в ходе которого уста- навливается назначение, устройство, принцип работы автоматизируемого объекта, определяют- ся его входные, выходные параметры, и возмущающие воздействия. Функциональная схема автоматизации может разрабатываться на уровне частичной или комплексной автоматизации объекта. Для повышения надежности работы системы управления, на этапе проектирования, должны быть предусмотрены варианты ведения технологического процесса в автоматическом или ручном режимах, а так же возможность переключения между указанными режимами. При этом управление объектом должно быть централизованным и осу- ществлять из операторских пунктов на основе щитов, пультов, контроллеров. Местные щиты контроля с контрольно-измерительными и управляющими приборами необходимы в период отладки и запуска технологического процесса. Щиты, пульты, шкафы управления операторских пунктов с установленными контрольно- измерительными приборами и программируемыми логическими контроллерами, используются для непосредственного наблюдения за параметрами технологического процесса, с возможно- стью оперативного вмешательства диспетчера в процесс, посредством дистанционного управ- ления исполнительными механизмами. Таким образом, функциональные задачи автоматизации, как правило, реализуются с по- мощью технологических средств, включающих в себя: - отборные устройства; - средства получения первичной информации; - средства преобразования и переработки информации; - средства представления и выдачи информации обслуживающему персоналу. ФСА должна быть проработана с такой степенью детализации, которая дает не только полное представление о принятых проектных решениях по автоматизации объекта, но и обес- печивает составление заявочных ведомостей на все необходимые приборы и средства автомати- зации. К тому же на основании ФСА выполняются остальные чертежи проекта: структурная схема, электрическая схема подключения, монтажная схема и т.д. В итоге результатом составления функциональных схем является: - выбор метода измерения технологических параметров; 2 - выбор основных технических средств автоматизации, наиболее полно отвечающих предъявленным требованиям и условиям работы автоматизируемого объекта; - определение приводов исполнительных механизмов регулирующих и запорных органов технологического оборудования, управляемых автоматически или дистанционно; - размещение средств автоматизации на щитах и пультах, на технологическом оборудова- нии или по месту; - определение способов представления информации о состоянии технологического про- цесса и оборудовании. 2 Принципы и способы выполнения функциональных схем автоматизации Современное развитие всех отраслей промышленности характеризуется большим разно- образием используемых в них технологических процессов. Практически неограниченны усло- вия их функционирования и требования по управлению и автоматизации. Однако, учитывая опыт проектирования систем автоматизации и управления можно сформулировать некоторые общие принципы, которыми следует руководствоваться при разработке функциональных схем автоматизации: 1) Уровень автоматизации должен определяться не только целесообразностью внедрения определённого комплекса технических средств на основе современных научно-технических разработок, но и перспективой модернизации и развития технологического процесса, с возмож- ностью дальнейшего наращивания функций управления. 2) При разработке функциональных схем и выборе комплекса технических средств долж- ны учитываться следующие условия: - вид и характер технологического процесса; - условия пожаро- и взрывоопасности; - агрессивность и токсичность окружающей среды; - параметры и физико-химические свойства измеряемой среды; - расстояние от мест установки датчиков, вспомогательных устройств, исполнительных механизмов, приводов машин и запорных органов до пунктов управления и контроля; - требуемая точность и быстродействие средств автоматизации. 3) Система автоматизации должна строиться на базе серийно выпускаемых средств авто- матизации и вычислительной техники. При разработке проектов необходимо стремиться к при- менению однотипных средств и унифицированных систем для обеспечения простоты их об- служивания, взаимозаменяемости, ремонтопригодности. Использование однотипной аппарату- ры дает значительные преимущества при монтаже, наладке, эксплуатации, обеспечения запас- ными частями и т.д. 4) В качестве измерительных преобразователей, вторичных приборов, регулирующих и исполнительных устройств, следует использовать приборы и средства автоматизации Государ- ственной системы промышленных приборов (ГСП). 5) Выбор энергии (электрической, пневматической или гидравлической) для систем авто- матизации должен быть определен условиями технологического процесса, его взрыво- и пожа- роопасности, агрессивности окружающей среды, а так же условий быстродействия реакции си- стемы, дальности передачи и, усилиям передвижения исполнительных органов и надежностью срабатывания. 6) Количество приборов, аппаратуры управления и сигнализации, устанавливаемой на оперативных щитах и пультах, должно быть ограничено. Избыток аппаратуры усложняет эксплуатацию, отвлекает внимание обслуживающего пер- сонала от наблюдения за основными приборами, определяющими ход технологического про- цесса, увеличивает стоимость установки и сроки монтажных и наладочных работ. Приборы и средства автоматизации вспомогательного назначения целесообразнее разме- щать на отдельных щитах, располагаемых в производственных помещениях вблизи технологи- ческого оборудования. Перечисленные принципы являются общими, но не исчерпывающими для всех случаев, которые могут встретиться в практике проектирования систем автоматизации технологических 3 процессов. Однако для каждого конкретного случая их следует иметь в виду при реализации технического задания на автоматизацию проектируемого объекта. Согласно ГОСТ 21.208-2013 применяют два способа выполнения ФСА: упрощенный и развернутый. 1) Упрощенный Способ, при котором, на схеме изображают приборы и средства автоматизации, осу- ществляющие сложные функции, например, контроль, регулирование, сигнализацию и выпол- ненные в виде отдельных блоков, одним условным обозначением (без выделения входящих в них отдельных технических средств автоматизации и указания места расположения). Средства автоматизации на таких технологических схемах изображаются вблизи отборных и приемных устройств, без построения прямоугольников, условно изображающих щиты, пульты, пункты контроля и управления. На рис.1 представлен пример упрощенного изображения ФСА. Рис. 1 – Пример выполнения функциональной схемы автоматизации упрощенным способом. Схема программной САР давления в аппарате ТА-1: 1 – исполнительный механизм; 2 – функциональный узел, обеспечивающий показание, регистрацию и регулирование давления; 3 – программный задатчик Упрощенный способ прост, но малоинформативен. Его применяют на начальной стадии разработки системы автоматизации. 2) Развернутый способ При этом способе на схеме изображаются состав и место расположения каждого прибора или блока, входящего в единый измерительный, регулирующий или управляющий комплект средств автоматизации, указанный отдельным условным обозначением, с изображением щитов и пультов управления в виде прямоугольников (как правило, в нижней части чертежа), в кото- рых показываются устанавливаемые на них средства автоматизации (рис.2). Рис. 2 – Развернутая функциональная схема программной САР давления в аппарате ТА-1: 1-1 – измерительный преобразователь давления; 1-2 – вторичный показывающий и регистрирующий прибор; 1-3 – регулятор; 1-4 – усилитель; 1-5 – исполнительный механизм; 1-6 – программный задатчик давления 4 Преимуществом этого способа является большая наглядность, в значительной степени об- легчающая чтение схемы и работу с проектными материалами. Связи между приборами изображают вертикальными и горизонтальными линиями. Для сложенных ФСА используют адресный метод изображения связей между приборами: соедини- тельные линии разрывают и на их концах записывают адрес – одну и ту же арабскую цифру. На линиях связи первичных преобразователей с отборными устройствами (точками отбора) указы- вают предельные значения измеряемых величин. На развернутых ФСА используют при необходимости обозначения дополнительных функциональных признаков приборов, сигналов и операций с сигналами. В проектах автоматизации представляют ФСА, выполненные развернутым способом. Перечень технических средств автоматизации представляется на ФСА в виде таблицы, размещаемой на свободном поле чертежа, либо в пояснительной записке проекта. Выбор технических средств автоматизации осуществляется в два этапа. На первом этапе на основе заданных требований к системе автоматизации составляется перечень всех отече- ственных и зарубежных технических средств автоматизации с краткой их технической характе- ристикой, используя справочники, каталоги отечественных и зарубежных производителей и пе- риодические журналы, Интернет-ресурсы. На втором этапе путем детального анализа стоимостных, метрологических и эксплуатаци- онных характеристик отобранных на первом этапе средств автоматизации выбирают те техни- ческие средства, которые будут использованы в разрабатываемой системе автоматизации. Ре- зультаты выбора технических средств автоматизации представляются в виде табл. 1. Таблица 1 - Спецификация технических средств системы автоматизации Обозначение узла Функции, выпол- няемые узлом Позиционное обозначение элемента на ФСА Наименование, тип элемента. Основные технические дан- ные Место установки элемента FIRC 1 Измерение, реги- страция и регули- рование расхода воды 1-1 Диафрагма ДБ 6-200: Dу = 400; Ру = 0,6 МПа Трубопровод 1-2 Преобразователь САПФИР 22ДД: - перепад давления 0,16 МПа; - класс точности – 1 По месту Понятие «узел» в табл. 1 означает функциональную группу приборов и средств автомати- зации – совокупность элементов, выполняющую определенные функции в системе автоматиза- ции, а понятие «элемент» – конструктивно обособленную часть узла или системы. Ниже изложенные требования по изображению технологического оборудования и комму- никация, линий связи, позиционному обозначению в равной степени применимы для обоих способов выполнения ФСА. 3 Изображение технологического оборудования и коммуникаций Функциональная схема автоматизации должна развёртываться слева направо. Технологическое оборудование и трубопроводы (коммуникации) на функциональной схеме должны соответствовать технологической схеме (схеме цепи аппаратов), принятой в тех- нологическом процессе, но изображаться упрощенно (без второстепенных конструктивных де- талей) в такой степени, которая позволяет показать их взаимное расположение с приборами и средствами автоматизации. Однако, изображенная таким образом технологическая схема, должна давать ясное пред- ставление о принципе ее работы и взаимодействии со средствами автоматизации. Технологические объекты, изображенные упрощенно, по контуру, должны сохранять форму и пропорции отдельных частей соответствующих реальным прототипам. Допускается, но не рекомендуется, изображать объекты управления в виде прямоугольников. 5 Возможно так же графическое обозначение аппаратов и машин, построенных по их функ- циональным признакам и обозначения, отражающие принцип действия машин и аппаратов. Внутри контуров условных обозначений технологического оборудования или рядом с ни- ми (если размеры недостаточны) необходимо приводить поясняющие надписи (наименование оборудования или позиционное обозначение, если таковое имеется на технологической схеме) - рис.3. Рисунок 3 – Условные обозначения технологического оборудования Цифровое или цифро-буквенное обозначение технологических аппаратов, так же может поясняться таблицей с перечнем оборудования (рис.4), которая вычерчивается на поле листа. Рисунок 4 – Таблица с перечнем оборудования 6 Таблица 1 должна заполняться сверху вниз в следующей последовательности: 1) условные обозначения трубопроводов; 2) условные обозначения приборов и средств автоматизации не предусмотренных стан- дартом; 3) сокращения, принятые для условных обозначений отдельных блоков или устройств аг- регатированных комплексов, вычислительных машин, комплексов телемеханики и т.д.; 4) резервные буквы, применяемые для обозначения контролируемых величин или функ- циональных признаков приборов. Применение резервной буквы N для обозначения пусковой аппаратуры допускается в таблицу не включать. Не рекомендуется показывать детали вспомогательного назначения (фильтры, отстойники и т.п.), которые не имеют принципиального значения для осуществления и понимания функци- ональной схемы автоматизируемого объекта. На технологических трубопроводах показываются только те вентили, задвижки, заслонки, клапаны и другая регулирующая и запорная арматура, которая участвует в системе контроля и управления процессами или необходимы для определения относительного расположения от- борных устройств и первичных измерительных преобразователей. Соединение или пересечение технологических трубопроводов изображаются на функцио- нальной схеме условными обозначениями (табл.2) согласно ГОСТ 2.784-96. Таблица 2 - Условно-графическое обозначение деталей трубопроводов Наименование Обозначение Трубопровод - линия всасывания, напора, слива (линия сплошная толстая основная по ГОСТ 2.303-68). Толщина линии должна быть в пределах от 0,5 до 1,4 мм в зависимости от величины и сложности изображения, а так же формата чертежа - линия управления, дренажа, выпуска воздуха, отвода кон- денсата Соединение трубопроводов Пересечение трубопроводов без соединения Трубопровод гибкий, шланг На линиях трубопроводов должны сохраняться стрелки, показывающие направление по- тока вещества (табл.3) соответственно технологической схеме процесса, согласно ГОСТ 2.721- 74. Таблица 3 – Обозначение направления распространения жидкости и газа Наименование Обозначение Поток жидкости: - в одном направлении - в обоих направлениях 7 Поток газа (воздуха): - в одном направлении - в обоих направлениях Трубопроводы, идущие от конечных аппаратов и устройств или подходящие к ним, в ко- торых нет приборов и средств автоматизации, на схеме обрываются и заканчиваются стрелкой, показывающей направление потока с поясняющей надписью, например «от фильтра»; «к де- аэратору» и т.д. (рис.5). Рисунок 5 - Обозначения трубопроводов, идущих от конечных аппаратов и устройств или подходящие к ним, в которых нет приборов и средств автоматизации Таблица 4 – Условно-графическое обозначение арматуры общего назначения Наименование Обозначение Примечание: размер а выбирают из ряда 14,20,28,40,56 мм. Размер h должен быть не менее 1,5 мм. Вентиль (клапан) запорный проходной Вентиль (клапан) запорный угловой Вентиль (клапан) запорный регулирующий Задвижка Затвор поворотный Вентиль (клапан) обратный (невозвратный) Примечание: движение рабочей среды должно быть направлено от белого треугольника к черному Клапан предохранительный (на закрытие) Кран проходной Вентиль (клапан) редукционный Примечание: вершина треугольника должна быть направлена в сторону повышения давления Блок клапанов 8 4 Изображение средств автоматизации 4.1 Графическое обозначение На функциональной схеме автоматизации все приборы, средства автоматизации и управ- ления необходимые для оснащения проектируемого объекта изображаются условными графи- ческими и буквенными обозначениями в соответствии с ГОСТ 21.208-2013 [1], ГОСТ 21.408- 2013 [2]. 4.2 Буквенное обозначение Для более полного обозначения прибора или средства автоматизации в его условное гра- фическое обозначение в виде круга вписывается буквенное обозначение, которое дополнитель- но дает информацию об: измеряемой величине и функциях, выполняемых прибором; о преобра- зовании сигналов и формировании выходных воздействий. Для обозначения измеряемых величин и функциональных признаков приборов приняты прописные буквы латинского алфавита (табл.2 ГОСТ 21.208-2013). При отсутствии необходи- мых буквенных обозначений для этих целей используют резервные буквы (C, D, G, M, N, O). 4.3 Изображение линий связи Линии связи между приборами и контурами контроля и управления, в том числе линии беспроводной связи изображаются на схемах условными графическими обозначениями, приве- денные в таблице 5, согласно требованиям, изложенным в ГОСТ 21.408-2013. К условным обозначениям приборов и средств автоматизации для входных и выходных сигналов линии связи допускается подводить с любой стороны (сверху, сбоку, снизу). Таблица 5 – Условные графические обозначения линий согласно ГОСТ 21.408-2013 Наименование Обозначение Связь с технологическим процессом, импульсная трубная линия Линия передачи электронного или электрического аналогового, цифрового или дискретного сигнала Линия передачи электронного или электрического аналогового, цифрового или дискретного сигнала искробезопасная Линия внутрисистемной связи (Ehernet и др.) Волоконно-оптическая линия связи Беспроводная линия связи или: электромагнитные сигналы, свет, радиация, радио, звук и т.д. Варианты обозначения «а», «б» - по выбору исполнителя а) б) Линии связи должны наноситься на чертежи по кратчайшему расстоянию и проводиться с минимальным числом изгибов и пересечений. При этом допускается пересечение линиями связи изображений технологического обору- дования и коммуникаций. Пересечение линиями связи условных обозначений приборов и средств автоматизации не допускается. При необходимости указания направления передача сигнала на линиях связи допускается наносить стрелки. 4.4 Позиционное обозначение приборов и средств автоматизации Всем приборам и средствам автоматизации, изображенных на функциональных схемах, присваиваются позиционные обозначения. Позиции приборов и средств автоматизации состав- ляют из двух частей: 1) цифрового обозначения (арабскими цифрами), присваиваемого контуру; 9 2) буквенных (цифровых) индексов - прописных букв русского алфавита, присваиваемых отдельным элементам (приборам и средствам автоматизации), входящим в контур (функцио- нальную группу). Позиционные обозначения приборов, средств автоматизации и электроаппаратуры долж- ны проставляться в нижней части условного-графического обозначения (окружности или овала) как показано на рис.6. Рисунок 6 - Варианты позиционного обозначения приборов Позиционные обозначения отдельных приборов и средств автоматизации не входящих в контуры контроля и управления, например, регуляторов прямого действия, показывающих ма- нометров, термометров и др., состоят только из порядкового номера. Во избежание разночтений буквы «З» и «О», имеющие начертания похожие на начертания цифр, применять не допускается. Буквенное обозначение, присваиваемое каждому элементу комплекта в порядке алфавита в зависимости от последовательности прохождения сигнала - от устройства получения инфор- мации к устройствам воздействия на управляемый процесс. Например, датчик - 7а, нормирую- щий преобразователь - 7б, вторичный показывающий прибор -7в, регулятор - 7г, и т.д. Позиционное обозначение присваивают всем элементам функциональных групп, за ис- ключением: - отборных устройств; - приборов и средств автоматизации, поставляемых комплектно с технологическим обо- рудованием. - регулирующих органов и исполнительных механизмов входящих в данную АСР, но устанавливаемых в технологической части проекта. Присвоение позиции контурам, а так же отдельным приборам и средствам автоматизации производится при записи их в спецификации по параметрическим группам в следующей после- довательности: 1) технические средства для измерения и регулирования температуры; 2) технические средства для измерения и регулирования давления и разряжения; 3) технические средства для измерения и регулирования расхода и количества вещества; 4) технические средства для измерения и регулирования уровня; 5) технические средства для измерения и регулирования состава и качества вещества; 6) прочие приборы, регулятора, комплектные устройства. Комплектам, состоящим из нескольких датчиков и одного вторичного прибора, присваи- вают позиции, содержащие общий цифровой индекс и несколько буквенных (цифровых) индек- сов. При этом одинаковым датчикам следует присваивать одинаковые буквенные (цифровые) индексы, разным - разные. Вторичному прибору присваивают последующий буквенный (цифровой) индекс. При присвоении позиций комплектам каждой функциональной группы необходимо руко- водствоваться следующим: если какой-либо прибор или регулятор связан с несколькими датчи- ками или получает дополнительные воздействия по другим параметрам, то все элементы схемы, осуществляющие дополнительные функции необходимо отнести к той функциональной группе, на которую оказывают воздействие. Например, при регулировании соотношения двух потоков регулятор соотношения вносит- ся в состав той функциональной группы, на которую оказывается ведущее воздействие по неза- висимому параметру. 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, приня- 10 тые в принципиальных электрических схемах и составленные из буквенного обозначения и по- рядкового номера, проставляемого после буквенного обозначения. Позиционное обозначение электроаппаратуры образуется применением букв только латинского алфавита. Буквенные позиционные обозначения электроаппаратуры, изображаемой на функцио- нальных схемах, приведены в таблице 6. Таблица 6 - Буквенные позиционные обозначения электроаппаратуры Наименование Обозначение Прибор звуковой сигнализации НА Прибор световой сигнализации HL Контактор, магнитный пускатель КМ Реле времени КТ Двигатель М Устройства коммутационные в цепях управления сигнализации и т.п.: - выключатели (переключатели) SA - выключатели кнопочные SB - путевой выключатель SQ Порядковые номера присваивают, начиная с единицы, в пределах электроаппаратуры од- ного вида, которым на схеме присвоено одинаковое буквенное обозначение, например звонок электрический НА1, НА2, НА3, и т.д., кнопка управления SB1, SB2, и т.д. 5 Примеры выполнения функциональных схем автоматизации Регистрация и сигнализация температуры (TRА) 1- 1 Термоэлектрический преобразователь типа ТХА (применяется для измерения темпера- туры газообразных и жидких химически агрессивных и неагрессивных сред, не разрушающих защитную арматуру). 1- 2 Преобразователь термоЭДС в стандартный (унифицированный) токовый сигнал 0…5 мА. 1- 3 Регистрация (на шкале или индикаторе текущего значения параметра) и сигнализация факта выхода контролируемого параметра (температуры) за допустимые пределы. 11 Регистрация, сигнализация (TRА) и регулирование (ТС) температуры 2-1 Термоэлектрический преобразователь типа ТХА (предназначен для измерения темпе- ратуры во взрывоопасных зонах, в нейтральных и агрессивных средах, не разрушающих защит- ную арматуру), с унифицированным выходным сигналом 4-20 мА. Чувствительный элемент данного первичного преобразователя и встроенный в головку датчика измерительный преобразователь преобразует измеряемую температуру в унифициро- ванный выходной сигнал постоянного тока, что дает возможность построения АСУТП без при- менения дополнительных нормирующих преобразователей. 2- 2 идентичен 1-3. 2- 3 Регулирующий блок (регулятор). 2- 4 Исполнительное устройство (запорно-регулирующий клапан с электрическим испол- нительным механизмом). Регистрация и сигнализация давления газа в трубопроводе (PRА) 3- 1 Первичный передающий преобразователь избыточного давления нейтральных и агрес- сивных сред со стандартным токовым выходом 0…5 мА. 3- 2 идентичен 1-3. 12 Регистрация, сигнализация и регулирование давления (PRKА, PC) 4- 1 Первичный преобразователь давления. 4- 2 идентичен 1-3 с дополнительной функцией управления по временной программе. 4- 3 Регулирующий блок (регулятор). 4- 4 Исполнительное устройство (запорно-регулирующий клапан с электрическим испол- нительным механизмом). Регистрация, сигнализация и регулирование расхода (FRА, FC) 5- 1 Диафрагма (сужающее устройство). 5- 2 Преобразователь. 5- 3 идентичен 1-3. 5- 4 Регулирующий блок (регулятор). 5- 5 Мембранное исполнительное устройство (клапан регулирующий). 13 Регистрация, сигнализация и регулирование уровня (LRА, LC) 7-1 Передающий преобразователь уровня измерительный буйковый. В зависимости от среды, которая может и бывает агрессивной, от необходимой точности измерений выбирают следующие уровнемеры: - буйковые и поплавковые – для измерения уровня неагрессивных сред; - ультразвуковые – для уровня в резервуарах, при отсутствии излишней запыленности и при однородном характере среды, где применение поплавковых и буйковых уровнемеров не- возможно; - радарные – во всех остальных случаях. 7- 2 идентичен 1-3. 7- 3 Регулирующее устройство. 7- 4 Исполнительное устройство. 6 ФСА объекта на базе программируемых контроллеров и персональных компьютеров На схеме в верхней части листа изображают технологическую схему объекта с встроен- ными датчиками и исполнительными механизмами, а в нижней части – прямоугольники: а) Приборы по месту (пусковая аппаратура, измерительные преобразователи, усилители мощности и т. д.); б) Контроллер (ПЛК); в) Компьютер оператора. При этом в прямоугольниках «Контроллер (ПЛК)» и «Компьютер оператора» выделяют субпрямоугольники выполняемых ими функций, связи между элементами схемы изображают непрерывными линиями, а процесс обработки сигналов программным способом – пунктирными горизонтальными линиями. Далее рассматривается пример разработки ФСА для технологического участка (звена) «Насос – Технологический аппарат (ТА)», обеспечивающей решение следующих задач автома- тизации: 1. Индикацию и регистрацию давления хладоносителя (воды) в технологическом аппара- те. 2. Автоматическое регулирование – стабилизацию в ТА давления хладоносителя на за- данном уровне Р = Р ЗАД = const. 3. Автоматическую защиту ТА от чрезмерного повышения давления хладоносителя путем открытия клапана аварийного давления при Р = Р АВ 4. Предупредительную и аварийную сигнализацию по заданным значениям давления хла- доносителя, соответственно, Р = Р ПР и Р = Р АВ 5. Сигнализацию состояния насоса «Включен/Выключен». 14 6. Дистанционное управление насосом по командам оператора «Включить/Выключить». ФСА участка «Насос – ТА», решающая вышеуказанные задачи автоматизации, показана на рис. 7. Спецификация приведена в табл. 7. NS 1-3 NS 2-2 PT 2-1 NS 2-5 Приборы по месту Дискретные выходы (DO) Аналоговые входы (AI) Управление Защита Сигнализация Отображение сигналов Архивирование ( регистрация) Задание параметров ( уставка) Дистанционное управление ПЛ К (1 -2 ) Ком пь ю те р оп ерат ора ( 1 -1 ) ТА Горячий продукт Насос Вода холодная 2-3 2-6 0 ,6 М Па Вкл./Выкл. P ПР P ЗАД P АВ HA 2-4 Регулирование Рисунок 7 - ФСА участка «Насос – ТА»: ТА – технологический аппарат (охладитель горячего продукта); Р ЗАД , Р ПР , Р АВ – уставки, соответственно для регулирования, предупредительной и аварийной сигнализации и защиты ТА по давлению хладоносителя в ТА На схеме вертикальными непрерывными линиями показаны связи между элементами си- стемы, а пунктирными горизонтальными линиями – обработка сигналов в соответствии с алго- ритмами контроля, регулирования и управления, реализуемыми программным обеспечением системы автоматизации (программами работы ПЛК и компьютера). ПЛК выполняет функции локального управляющего устройства. Основное назначение компьютера – создание с помощью SCADA-системы интерфейса «Человек – машина», обеспе- чивающего: а) отображение на экране монитора (на мнемосхеме технологического процесса) значений параметров (здесь давления) цифровыми и световыми сигналами; б) задание уставок регулирования, защиты и сигнализации; в) подачу команд дистанционного управления (Включить/Выключить электродвигатель насоса) и сигнализацию состояния управляемого механизма (здесь насоса); г) регистрацию (архивирование) параметров процесса (здесь давления). 15 Таблица 7 - Спецификация технических средств системы автоматизации (пример для участка «Насос – Технологический аппарат») Обозна- чение узла Функции, выпол- няемые узлом Поз. обо- значение элемента на ФСА Наименование, тип элемента. Основные технические данные Место установ- ки элемента HS 1 Дистанционное управление и сиг- нализация состоя- ния насоса 1-1 Промышленный компьютер PPC- 153 (фирма Advantech, Тайвань). Предназначен для построения интерфейсов «Человек-машина». Процессор Intel Pentium III. Коммуникационные порты RS- 232/485, контроллер Ethernet. Стальной каркас. Температура среды 0–60 °С, влажность до 95 %. ЖК-дисплей Пульт оператора 1-2 Программируемый контроллер ОВЕН ПЛК150. Предназначен для обработки и обмена инфор- мацией, логического управления, ПИД-регулирования. Встроенные интерфейсы: Ethernet, RS- 232/485, USB. 6(4) дискретных и 4(2) аналоговых входов (выхо- дов). Температура от 10 до 70 °С, влажность до 85 % Шкаф управле- ния 1-3 Пускатель магнитный ПМ-12: 380 В, температура среды от +1 до +60 °С По месту PIRCSA 2 Измерение, инди- кация, регистрация, регулирование, за- щита и сигнализа- ция давления в тех- нологическом ап- парате 2-1 Преобразователь избыточного давления ПД 100-ДИ: измеряе- мое давление до 0,1 МПа, по- грешность измерения 1 %, вы- ходной сигнал 4…20 мА, диапа- зон температуры среды – 40…80 ° С, степень защиты IP 65 По месту 2-2 Пускатель бесконтактный ревер- сивный ПБР3: номинальное напряжение 380 В, ток 3 А, напряжение питания цепей управления 24 В По месту 2-3 Механизм электрический одно- оборотный МЭО-630/25: 380 В, токовый датчик положения По месту 2-4 Сирена СИ-1. Предназначена для звуковой аварийной сигнализа- ции. Напряжение +24 В По месту 2-5 Реле электромагнитное HE-4; 220 В Шкаф управле- ния 2-6 Клапан ПР-Э 3,25 с электромаг- нитным приводом. Входной сиг- нал 220 В. Условная пропуск- ная способность 0,2 м3/ч, диа- метр 3 мм, давление 1 МПа По месту 1-2 Контроллер ОВЕН ПЛК150 – 1-1 Компьютер PPC-153 – 16 7 Задания и рекомендации к выполнению расчетно-графической работы После освоения теоретического материала необходимо выполнить расчетно-графическую работу в соответствии с заданным вариантом. При этом должны быть выполнены следующие поставленные задачи: 1) по заданной упрощенной функциональной схеме автоматизации (Приложение 2) по- строить полную схему, реализованную на микроконтроллере (аналогично рис.7), выбрать сред- ства автоматизации с учетом указанных технологических параметров; 2) результаты оформить в виде расчетно-графической работы на листах формата А4, включающей исходные данные, чертеж разработанной функциональной схемы автоматизации, спецификацию (аналогично табл.7) и краткое описание выбранных приборов. Примеры обозначений на функциональных схемах автоматизации приведены в Приложе- нии 1. Варианты заданий представлены в Приложении 2. 17 Приложение 1 Примеры построения условных обозначений приборов и средств автоматизации 18 Продолжение приложения 1 19 Продолжение приложения 1 20 Продолжение приложения 1 21 Окончание приложения 1 22 Приложение 2 Варианты заданий 23 24 25 26 27 28 29 Вариант 25 Dy - диаметр трубопровода для подбора клапанов; Р = (0,1 ± 0,005) Мпа; Р max = 0,12 МПа; Т = (150 ± 5) °C; D y = 5 0 мм. 30 Вариант 26 Dy - диаметр трубопровода для подбора клапанов; Т = (80 ± 5) °C; L = (1,2 ± 0,0 5) м; Т min = 50 °C; D y = 100 мм; Р = 0,6 МПа. Вариант 27 ∆ Р - перепад давления на сужающем устрой- стве; Dy - диаметр трубопровода для подбора кла- панов и диафрагм; Т = (150 ± 2)°С; F = (100 ± 1,0 ) м 3 /ч; Т max = 180 °C; T min = 120 °C; D y = 100 мм; P = 0,6 МПа; ∆ Р = 6,3 кПа. Вариант 28 ∆ Р - перепад давления на сужающем устройстве; Dy - диаметр трубопровода для подбора клапанов и диафрагм; F = (250 ± 10) м 3 /ч; P min = 2 МПа; D y = 100 мм; P = (2,5 ± 0,1) МПа; ∆ Р = 6,3 КПа. Вариант 29 ∆ Р - перепад давления на сужающем устрой- стве ; D y - диаметр трубопровода для подбора кла- панов и диафрагм ; F = (1 2 0 ± 5) м 3 /ч, F max = 1 5 0 м 3 /ч, D y = 100 мм ; Р = (0,1 ± 0,01) МПа ; ∆ Р = 0, 6 М Па. 31 Вариант 30 D y - диаметр трубопровода для подбора кла- панов и диафрагм; Т = (3 0 0 ± 10 ) °C ; L = (1,5 ± 0, 1 ) м ; L min = 5 0 % L ; L max = 8 0 % L ; D y = 5 0 мм ; P = 0,3 МПа. Вариант 31 ∆ Р - перепад давления на сужающем устрой- стве; D y - диаметр трубопровода для подбора кла- панов и диафрагм; Т = ( 3 50 ± 2 5 ) °С; F = 20 0 м 3 /ч; F min = 1 5 0 м 3 /ч; D y = 100 мм; P = 1,0 М П а ; ∆ P = 6,3 кПа Вариант 32 ∆ Р - перепад давления на сужающем устройстве; D y - диаметр трубопровода для подбора клапа- нов и диафрагм; F T = (20 ± 0,8) м 3 /ч; ∆ Р = 0,3 к Па; Р т = 0,1 МПа; D yT = 50 мм; F B = (150 ± 1 , 0 ) м 3 /ч; ∆ Р = 0,3 к Па; D yB = 100 мм; Т = ( 100 0 ± 10) °C; T min = 8 00 °C. 32 Список рекомендуемой литературы 1. ГОСТ 21.208-2013 Система проектной документации для строительства. Автоматиза- ция технологических процессов. Обозначения условные приборов и средств автоматизации в схемах. 2. ГОСТ 21.408-2013 Система проектной документации для строительства. Правила вы- полнения рабочей документации автоматизации технологических процессов. 3. Проектирование систем автоматизации технологических процессов / под ред. А. С. Клюева. – М. : Энергоатомиздат, 1990. – 464 с. 4. Техника чтения схем автоматического управления и технологического контроля / под ред. А. С. Клюева. – М. : Энергоатомиздат, 1991. – 432 с. 5. Веб-сайт Internet по промышленным компьютерам и контроллерам: http://www.ipc2u.ru 6. Веб-сайт Internet по программируемым контроллерам ТЕКОН: http://www.tecon.ru 7. Веб-сайт Internet по программируемым контроллерам ОВЕН: http://www.owen.ru 8. Веб-сайт Internet по контрольно-измерительной технике ПРАКТИК-НЦ: http://www.pnc.ru 9. Веб-сайт Internet по контрольно-измерительным приборам KROHNE: https://ru.krohne.com/ru 10. Веб-сайт Internet по контрольно-измерительным приборам JUMO: http://www.jumo.ru 11. Веб-сайт Internet по регуляторам, пневматическим и электрическим измерительным и регулирующим приборам SASON: http://www.samson.ru 12. Веб-сайт Internet по приборам для измерения и учета расхода жидкостей и газов, уров- ня различных сред ВЗЛЕТ: http://www.vzljot.ru 13. Промышленная группа Метран: https://www.emerson.ru/ru-ru/automation/measurement- instrumentation/metran |