Конспект лекций для студентов специальности 220301 «Автоматизация технологических процессов и производств (в теплоэнергетике)» 8 семестр

Вид материала

Конспект

Содержание Содержание функциональных схем систем автоматизации Система графического изображения элементов функциональных схем Изображение датчиков, измерительных приборов и средств автоматизации Изображение линий связей на функциональных схемах Особенности выполнения функциональных схем систем автоматизации Чтение функциональных схем Последовательность чтения функциональных схем систем автоматизации Проектирование принципиальных Последовательность проектирования принципиальных электрических схем Основные правила выполнения принципиальных электрических схем

Подобный материал:

• Методические указания по выполнению дипломных проектов для студентов специальности, 294.98kb.
• Рабочая программа Наименование дисциплины «Прикладная механика» По специальности 220301., 152.82kb.
• Рабочая программа дисциплины «Теория автоматического управления» для студентов специальности, 126.16kb.
• Методические указания по выполнению курсовой работы для студентов специальности 220301, 189.64kb.
• Автоматизация технологических процессов и производств (в теплоэнергетике), 15.79kb.
• Рабочий учебный план специальности 220301 Автоматизация технологических процессов, 263.36kb.
• Рабочая программа По дисциплине «Оборудование и технология печатных процессов» По специальности, 546.72kb.
• Рабочая программа по дисциплине «Основы проектирования машин» для студентов специальности, 283.06kb.
• Задание должно содержать следующие данные, 280.23kb.
• Методические указания для студентов специальности 210200 «Автоматизация технологических, 273.81kb.

б) условия пожаро- и взрывоопасности производства;

в) агрессивность и токсичность окружающей и технологических сред;

г) параметры и физико-химические свойства технологических сред;

д) расстояния от мест установки датчиков, вспомогательных устройств,

исполнительных механизмов, приводов машин и запорных органов

до постов контроля и управления;

е) требуемая точность и быстродействие системы автоматизации.

4. Система автоматизации должна строиться на базе серийно выпускаемых технических

средств автоматизации. Предпочтение должно отдаваться однотипным средствам

автоматизации и унифицированным системам. Достоинства таких систем –

простота сочетания отдельных элементов друг с другом, взаимозаменяемость,

удобство компоновки на щитах, пультах управления и рабочих местах оперативного

персонала в бесщитовых постах управления. Использование однотипной аппаратуры

дает значительные преимущества при монтаже, наладке, обеспечении запасными

частями и эксплуатации системы.

5. В качестве датчиков, измерительных приборов, регулирующих устройств
   

и исполнительных механизмов следует использовать средства ГСП. В качестве технических средств централизованного сбора, передачи, обработки информации и выработки управляющих воздействий необходимо использовать информационно-вычислительные комплексы или информационно-управляющие вычислительные комплексы.

При невозможности реализации функциональных задач на базе серийной аппаратуры следует разрабатывать технические задания на создание новых средств автоматизации.

5. Выбор средств автоматизации, использующих вспомогательную энергию
   

(пневматическую, гидравлическую, электрическую) определяется условиями

пожаро- и взрывоопасности производства, требованиями к быстродействию,

требованиями к дальности передачи информации.

5. Количество измерительных приборов, аппаратуры управления и сигнализации
   

на оперативных щитах и пультах должно быть ограничено, исходя из требований

оптимальности представления информации о значениях технологических параметров.

5. При разработке функциональных схем автоматизированных систем управления решаются следующие основные задачи:
   

а) выбираются методы измерения технологических параметров;

б) выбираются основные технические средства автоматизации, отвечающие

поставленным требованиям и условиям работы объекта автоматизации;

в) решаются вопросы размещения средств автоматизации по месту, на щитах, пультах,

технологическом оборудовании и трубопроводах;

г) определяются способы представления информации о состоянии технологического

процесса и технологического оборудования.

5. Для сложных технологических объектов, например, паровых котлов большой
   

паропроизводительности, функциональные схемы составляются раздельно

для систем теплотехнического контроля и технологической сигнализации и систем

автоматического регулирования. Устройства автоматического управления и

технологической защиты изображаются на одной из этих схем или на отдельных

функциональных схемах.


Содержание функциональных схем систем автоматизации

На функциональных схемах автоматизированных систем управления изображают:

а) технологическую схему объекта управления или упрощенное изображение агрегатов,

подлежащих автоматизации;

б) измерительные приборы, технические средства автоматизации и управления,

а также линии связей;

в) щиты и пульты систем контроля и управления;

в) машины централизованного контроля, информационно-управляющие

вычислительные комплексы, агрегатные комплексы, линии связи названных

средств автоматизации с датчиками, преобразователями, исполнительными

механизмами;

г) таблицу условных обозначений, не предусмотренных действующими стандартами;

д) пояснения и примечания к схеме;

е) основную надпись.

Параллельно с проектированием функциональных схем производят выбор технических средств для реализации систем автоматизации и оформление заказных спецификаций приборов и средств автоматизации.

На практике используют два способа построения функциональных схем:

1. упрощенный способ;
   
2. развернутый способ.
   

При использовании упрощенного способа на функциональной схеме не изображают первичные измерительные преобразователи, всю вспомогательную аппаратуру. Приборы и технические средства автоматизации, выполняющие сложные функции, изображают одним условным обозначением. Выполняют функциональные схемы упрощенным способом на стадии «Технический проект».

При использовании развернутого способа каждый прибор или блок единого комплекта изображают отдельным условным обозначением. Таким же образом изображают отдельные функции приборов и технических средств автоматизации. Выполняют функциональные схемы развернутым способом на стадии «Рабочая документация».

Система графического изображения элементов функциональных схем


Изображение технологического оборудования и технологических коммуникаций


Технологическое оборудование на функциональных схемах изображают упрощенно, таким образом, чтобы можно было показать его взаимное расположение с приборами и средствами автоматизации. На технологических трубопроводах изображают запорную арматуру (вентили, задвижки, клапаны, заслонки), которая задействована в системах контроля и автоматического регулирования технологических параметров. Около изображений технологического оборудования должны быть поясняющие надписи или позиционные обозначения, принятые на технологических схемах, например, «Теплообменник 1», «Конденсатный насос 4».

Упрощенно некоторые элементы технологической схемы можно изображать в виде прямоугольников с указанием наименований этих элементов. Масштаб при изображении технологического оборудования не соблюдается.

Технологическая схема изображается на верхней половине листа схемы. Технологическое оборудование и коммуникации изображают тонкими линиями, технологические потоки – толстыми линиями. На линиях трубопроводов изображают стрелки, показывающие направление движения технологической среды. Такие же стрелки должны быть и у обрывов технологических линий. Изображают либо контур стрелки (для газов и пара), или заштрихованную стрелку (для жидкостей). Соединения трубопроводов обозначают точками. Направления потоков энергии, жидкостей или газов обозначают стрелками. Рабочие среды обозначают цветом линий, цифрами или цифрами и буквами в разрывах линий условных обозначений трубопроводов или текстовыми надписями, соответствующими рабочим средам.


Изображение датчиков, измерительных приборов и средств автоматизации


Датчики, измерительные приборы и средства автоматизации изображают на функциональных схемах по ГОСТ 21.405-93. Если с помощью этого документа невозможно построить условное обозначение датчика, измерительного прибора или средства автоматизации, их обозначают произвольным образом.

Для обозначения измеряемых технологических параметров и параметров технологического оборудования, а также функциональных признаков датчиков, измерительных приборов и технических средств автоматизации используют прописные буквы латинского алфавита. При отсутствии установленных нормативными документами буквенных обозначений используют резервные буквы.

Основные буквенные условные обозначения предназначены для упрощенного способа изображений функциональных схем систем контроля и автоматизации. При использовании развернутого способа изображения функциональных схем, кроме основных буквенных обозначений приняты дополнительные буквенные обозначения, отражающие функциональные признаки датчиков, приборов, преобразователей и информационно-управляющих вычислительных комплексов.

Датчики, измерительные приборы, технические средства автоматизации, встраиваемые в технологическое оборудование и технологические трубопроводы (ротаметры, датчики уровнемеров, регулирующие органы, запорные органы), или механически связанные с ними (исполнительные механизмы), изображают на функциональных схемах в непосредственной близости от изображений этого оборудования и трубопроводов.

В нижней части функциональных схем изображают прямоугольники, условно показывающие сверху вниз:

1) датчики и измерительные приборы, установленные по месту,

2) местные щиты управления,

3) агрегатные щиты управления,

4) блочные щиты управления

5) информационно-вычислительные и управляющие комплексы,

6) центральный щит управления,

7) диспетчерский щит управления.

Если измерительные приборы расположены вне щитов и пультов, их изображения приводят в прямоугольнике «Приборы местные». Прямоугольник, изображающий информационно-вычислительный или управляющий комплекс, делится горизонтальными линиями на количество прямоугольников, которое определяется количеством функций комплекса. В каждом прямоугольнике приводится наименование выполняемой комплексом функции. В правой стороне прямоугольника, соответствующего какой либо функции комплекса, указывается общее количество каналов, в которых выполняется данная функция. Выполнение той или иной функции в канале указывают изображением в разрыве линии связи, соответствующей каналу, окружностей диаметром 1,5-2 мм, расположенных в прямоугольниках, соответствующих выполняемым функциям. Справа от окружностей указывают:

а) цифрами – количество каналов, в которых выполняется соответствующая функция;

б) строчными буквами – условное обозначение соответствующего канала.


Изображение линий связей на функциональных схемах

Линии связей на функциональных схемах изображают отрезками тонких линий, которые могут пересекать контуры изображений технологического оборудования и коммуникаций. Пересечение изображениями линий связей изображений датчиков, измерительных приборов и технических средств автоматизации не допускается. Рекомендуется проводить изображения линий связей преимущественно по вертикали и по горизонтали. Подвод изображений линий связей к изображениям датчиков, измерительных приборов и технических средств автоматизации производят к любым точкам изображений. Соединения линий связей обозначают точками. Допускается на изображениях линий связей в любых точках изображать стрелки, указывающие направления передачи сигналов. Допускается разрывать изображения линий связей. Разрывы изображений одной и той же линии связи обозначают одной и той же цифрой. Присвоение порядковых номеров измерительным каналам и каналам управления производят слева направо относительно вводов изображений линий связей в изображения прямоугольников, соответствующих щитам, пультам и др. Около вводов в прямоугольники указывают предельные рабочие значения измеряемых или регулируемых параметров. Предельные рабочие значения параметров указывают также рядом с изображениями измерительных приборов, встраиваемых в технологическое оборудование и коммуникации.


Особенности выполнения функциональных схем систем автоматизации

Для однотипных технологических объектов, имеющих общие шиты и пульты систем автоматизации, рекомендуется технологическое оборудование и коммуникации изображать только для одного объекта, а измерительные преобразователи, приборы и технические средства автоматизации рекомендуется изображать в прямоугольниках для всех технологических объектов. В этом случае возможен один из двух вариантов.

1. Измерительные преобразователи и приборы, технические средства автоматизации одного типа, имеющие одинаковые предельные рабочие значения параметров, показывают один раз и около изображения указывают общее количество преобразователей, приборов или технических средств автоматизации.
   
2. Если величины предельных рабочих значений параметров различны, необходимо показывать все преобразователи, приборы и технические средства автоматизации.
   

Можно выполнять функциональные схемы без изображений технологического оборудования и коммуникаций. В этом случае в верхней части схемы приводят таблицу, в которой указывают для каждого измерительного канала и канала управления наименования технологического оборудования и коммуникаций, наименования рабочих сред, измеряемых и регулируемых параметров, местоположение точек отбора измерительной информации и точек ввода управляющих воздействий.

Чтение функциональных схем

Термин «прочитать функциональную схему системы автоматизации» означает необходимость на основании графических условных обозначений и буквенно-цифровых обозначений функциональной схемы определить следующие факторы.

1. Параметры технологического процесса, которые подлежат автоматическому контролю и регулированию.
   
2. Наличие в системе автоматизации технологических защит и аварийной сигнализации.
   
3. Имеющиеся в системе автоматизации блокировки различных механизмов.
   
4. Организацию постов контроля и управления.
   
5. Функциональную структуру каждого канала контроля, сигнализации, автоматического регулирования и управления.
   
6. Технические средства, с помощью которых реализован узел или канал контроля, сигнализации, автоматического регулирования и управления.
   

Последовательность чтения функциональных схем систем автоматизации

Функциональные схемы рекомендуется читать в следующей последовательности.

1. Прочитать надписи на функциональной схеме, в первую очередь – основную надпись.
   
2. Изучить технологический процесс и взаимодействие всех участвующих в нем технологических агрегатов и установок, начиная с ознакомления с пояснительными записками к проекту системы автоматизации и технологической части объекта управления.
   
3. Определить организацию постов контроля и управления технологическим процессом.
   
4. Установить перечень каналов контроля, сигнализации, автоматического регулирования и управления электроприводами.
   

В процессе чтения функциональных схем используют заказные спецификации на измерительные преобразователи, приборы и технические средства автоматизации.


ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРИНЦИПИАЛЬНЫХ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СХЕМ АСУ ТП


Принципиальные схемы автоматизации, определяющие полный состав элементов системы автоматизации и взаимосвязи между этими элементами, а также дающие детальное представление о принципах работы системы автоматизации, играют существенную роль в процессе проектирования, монтажа, наладки и эксплуатации автоматизированных систем управления теплоэнергетическими объектами. Как составная часть схемной документации проекта системы автоматизации принципиальные электрические схемы служат основой при разработке монтажных схем и составлении сметной документации.

Принципиальные электрические схемы проектируют в соответствии с техническим заданием на создание автоматизированной системы управления и на основании решений, принятых при проектировании функциональных схем автоматизации.

Классификация принципиальных схем производится на основании одного из двух признаков:

- вида вспомогательной энергии (принципиальные электрические, гидравлические

или пневматические схемы);

- назначения схемы (принципиальные схемы питания, технологического контроля,

сигнализации, технологической защиты, автоматического регулирования, управления).

Проектирование принципиальных электрических схем автоматизированных систем управления теплоэнергетических объектов осуществляют в соответствии с требованиями, изложенными в нормативных документах. Принципиальные электрические схемы автоматизации дают с помощью условных графических изображений и условных буквенно-цифровых обозначений элементов представление о последовательности срабатывания элементов, электроаппаратуры и технических средств автоматизации с целью решения определенных функциональных задач.


Последовательность проектирования принципиальных электрических схем

Принципиальные электрические схемы проектируют в несколько этапов, основными из которых являются следующие этапы.

1. Составление технических требований.
   
2. Установление условий и последовательности действий элементов схемы.
   
3. Изображение каждого из условий действия схемы в виде элементарной цепи,
   

отвечающей заданному условию.

4. Объединение элементарных цепей в общую схему.
   
5. Расчет электрических параметров схемы, а также выбор элементов, аппаратуры
   

и технических средств автоматизации для реализации схемы.

6. Проверка схемы на возникновение «ложных» цепей.
   
7. Анализ вариантов проектных решений и выбор наилучшего варианта.
   

Принципиальная электрическая схема должна содержать обязательные элементы:

1. схемы питания, управления, автоматического регулирования, измерения, сигнализации, защитно-блокировочных зависимостей;
   
2. линии связи между элементами, аппаратурой, приборами, техническими средствами автоматизации и устройствами, а также их составными частями;
   
3. перечень элементов;
   
4. основную надпись;
   
5. дополнительные части, наличие которых определяется необходимостью:
   

а) диаграммы и таблицы включений контактов ключей, переключателей, контактных

устройств, конечных и путевых выключателей, программных устройств; циклограммы

работы аппаратуры;

б) контакты ключей, приборов и аппаратуры схемы, занятые в других схемах,

такие же контакты из других схем;

в) поясняющая технологическая схема, циклограммы работы технологического

оборудования, схемы блокировочных зависимостей;

г) таблицы применимости;

д) пояснения и примечания.

Совокупность графического и текстового материала принципиальной электрической схемы должна представлять собой такую проектную документацию, на основании которой можно определить принцип действия, режим и последовательность действия узла, устройства или всей системы автоматизации в целом.


Основные правила выполнения принципиальных электрических схем

Расположение графического и текстового материала на принципиальной электрической схемы должно быть таким, чтобы облегчалось чтение схемы и ее использование. С этой целью рекомендуется в левой части листа схемы размещать основную часть схемы, затем поясняющую схему и дополнительный графический материал (диаграммы, циклограммы и др.), а в правой части – текстовый материал.

Текстовый материал на принципиальных электрических схем приводится кратким, четко сформулированным, исключающим возможность различных толкований. В тех случаях, когда схема не может быть прочитана без поясняющего текста в связи со сложностью принципа ее действия, допускается приводить краткое пояснение работы соответствующего узла системы автоматизации.

На одном листе могут изображаться несколько принципиальных электрических схем, гальванически не связанных друг с другом. Обычно такие схемы объединяют на одном листе по технологическим признакам, например, могут быть объединены схема управления насосом и схема сигнализации уровня жидкости в емкости, связанной с этим насосом.

Линии связи необходимо изображать на принципиальных электрических схемах с помощью отрезков прямых линий, расположенных горизонтально или вертикально. Расположение линий связи в схеме рекомендуется производить в соответствии с последовательностью срабатывания элементов схемы, с которыми линии связи соединены. Принципиальные схемы необходимо выполнять в виде развернутых (элементных) схем, изображая все задействованные элементы, например, контакты реле, в тех частях схем, где они используются. В развернутых (элементных) схемах следует изображать всю электроаппаратуру и электрооборудование, а также все линии электрической связи, которые необходимы для выполнения функций устройства или системы автоматизации в целом.

Перечень элементов располагают над штампом и оформляют в виде таблицы, заполняемой сверху вниз. Перечень элементов является исходным материалом для составления заказной спецификации на оборудование. В него вносят все элементы, аппаратуру, приборы и технические средства автоматизации, изображенные на схеме. Элементы, аппаратуру, технические средства автоматизации одного типа записывают в перечень в одну строку.

Принципиальные электрические схемы проектируют и вычерчивают с применением условных графических изображений, большая часть которых представлена в справочных изданиях. Размеры всех условных графических изображений элементов схемы можно пропорционально увеличивать или уменьшать, при этом минимальное расстояние между соседними линиями должно быть не менее 0,8 мм. Условные графические изображения элементов схем допускается поворачивать на угол 90⁰ или 180⁰. Контакты технических средств автоматизации (приборов, устройств, реле и др.), а также коммутирующих устройств показывают на принципиальных электрических схемах в нормальном положении. Нормальным считают такое положение, при котором отсутствуют ток во всех цепях схемы и внешнее механическое воздействие на подвижные контакты.

Если коммутирующие устройства имеют два исходных положения, например, двухпозиционное реле, эти устройства изображают на схеме в одном из двух произвольно выбранных положений, что оговаривается в примечаниях. Многопозиционные устройства, например, ключи, переключатели, имеющие сложную коммутацию, можно изображать одним из нескольких способов. Контакты приборов, измеряющих контролируемые или регулируемые параметры, показывают в соответствии с их положением при оптимальном значении этих параметров. Если в принципиальных электрических схемах используют контакты часто встречающихся приборов для измерения неэлектрических величин (температуры, давления, расхода и т.д.), или устройств, имеющих блоки питания электроэнергией (измерительные системы, электронные усилители, двигатели и др.), схемы этих приборов можно не показывать, а изображать в виде прямоугольников, внутри которых помещают изображения колодок зажимов для подключения линий питания и контактов приборов.

Цепи управления и блокировочно-защитные цепи располагаются слева направо, сверху вниз в порядке очередности срабатывания элементов и аппаратуры.

Допускается вместо условных изображений сложных аппаратов выполнять их монтажные схемы. Если прибор или другая аппаратура часто встречается в схеме, монтажная схема обводится сплошной линией, если редко, изображается принципиальная схема прибора и обводится пунктирной линией.

Токоприемники (чаще всего – обмотки реле) – выполняют на одной линии либо по горизонтали, либо по вертикали.

Контакты реле изображают на вертикальных линиях – от одной до трех.

Против каждой цепи управления с правой стороны или внизу располагают поясняющие надписи (рис. 1). Принципиальные схемы с блокировочными зависимостями вычерчивают там, где эти блокировки действуют.