Проектирование систем автоматизации

На рис.12, б показаны обозначения приборов для измерения уровня с контактным устройством, включенным либо в схему сигнализации (SA) -- реле уровня, либо в схему регулятора -- сигнализатора уровня с контактным устройством (CS), установленных по месту. Буква Н вне обозначения, справа вверху, показывает, что приборы должны быть отрегулированы на срабатывание по верхнему уровню.

Сравним обозначения на рис. 12, б и в. Если на рис. 12,6 дано обозначение прибора, установленного по Месту, например, реле уровня, то на рис. 12, а -- обозначение вторичного прибора, показывающего и сигнализирующего предельные (Н, L) значения уровня, поэтому сочетание букв I и А на рис. 12, в означает показание и сигнализацию, a S и А на рис. 12,6--контактное устройство, работающее в схеме сигнализации.

На рис. 13 приведены обозначения большой группы приборов технологического контроля и управления. Первая буква D (плотность) в сочетании со второй буквой Т (дистанционная передача) обозначает, что это датчик плотномера с электро- или пневмопередачей (буква Е пли Р), т. е. прибор для измерения плотности раствора бесшкальный (отсутствие буквы I) с дистанционной передачей, установленный по месту (рис.13, а).

Обозначение прибора, измеряющего размеры (G), показывающего, например прибора, измеряющего толщину стальной ленты, установленного по месту, изображено на рис.13, б.

Существует большая группа приборов для измерения различных электрических величин (буква Е), например вольтметры, ваттметры, частотомеры и др. Обозначение любого из таких приборов приведено на рис. 13, а слева. Справа это же обозначение дано с поясняющей надписью «напряжение», показывающей, какую из электрических величин измеряет прибор.

Из табл. 8 видно, что буква Q--величина, характеризующая качество: состав, концентрацию и т. п. Значит, на рис. 13, г изображены приборы измерения качества продукта. Буква Е в первом обозначении показывает, что это чувствительный элемент, а буквы R и С во втором -- что прибор регистрирующий и регулирующий. Знаки вне изображения конкретизируют, что именно измеряет этот прибор. Таким образом, в первом случае это может быть датчик рH-метра, а во втором -- вторичный самопишущий прибор регулятора концентрации серной кислоты в растворе.

На рис. 13, д приведено обозначение прибора для показания (I) и сигнализации (А) радиоактивности (R), в частности предельно допустимых (верхний предел) значений а и Р -лучей.

3. Обозначения вторичных приборов

Обозначение вторичного прибора тахогенератора--прибора для измерения и регистрации (R) скорости (первая буква S) привода, установленного на щите, показано на рис. 13, е. Следует обратить внимание на то, какое важное значение имеет не только сама буква, но и ее место в обозначении. Во всех предыдущих случаях буква S, занимая второе или третье место, показывала наличие у прибора контактного устройства. В рассматриваемом случае, занимая первое место, буква S обозначает скорость. Последней в нижнем обозначении записана буква п -- частота вращения [4,9].

На рис. 13, ж показано обозначение большой группы приборов для измерения нескольких разнородных величин (первая буква U). Конкретизация измеряемой величины дана функцией U==f(F, Р). В обозначении указано что измеряемая величина является функцией расхода и давления. При этом расход записан первым. Значит, это может быть, к примеру, дифманометр-расходомер (F) самопишущий (R) с дополнительной записью давления (Р).

Обозначение любого преобразователя (вторая буква Y) сигнала приведено на рис. 13. з, где показан преобразователь термо-ЭДС термоэлектрического преобразователя (первая буква Т).

Чтобы знать вид входного и выходного сигналов, рядом с обозначением записывают соответствующие буквы, например Е/Е. Это значит, что входной и выходной сигналы в данном случае электрические. На рис. 13, и показано обозначение преобразователя (вторая буква Y) пневматического сигнала в электрический (буквы Р/Е обозначения преобразователя) от датчика давления (первая буква Р).

Существует ряд средств систем автоматики, которые, как правило, имеются почти во всех схемах автоматизации технологических процессов. Обозначения наиболее типичных из них показаны на рис. 14. На рис. 14, а показано обозначение коммутирующего устройства управления. Из его графического изображения следует, что это устройство установлено на щите (горизонтальная линия окружности). Первая буква (Н) означает ручное воздействие, т. е. ручное управление устройством. Вторая буква (S) показывает, что устройство контактное, обеспечивающее включение, отключение, переключение. Другими словами, это ручное контактное устройство: ключ управления, кнопка, переключатель и т. п.

Средства автоматизации

Второй вариант обозначения ручного щитового органа управления, например байпасной панели дистанционного управления, показан на рис. 14,6. Буква Н означает ручное, а С--управление. На рис. 14, б дано обозначение пускового аппарата--магнитного пускателя, контактора и т.п.--для управления электроприводом (включение, выключение двигателя насоса; открытие, закрытие задвижки и т. п.).

На этом рисунке дан пример применения резервной буквы N, что должно быть оговорено на поле чертежа. Буква S означает контактное устройство.

4. Назначение функциональных схем, методика и общие принципы их выполнения

Функциональные схемы являются основным техническим документом, определяющим функционально-блочную структуру отдельных узлов автоматического контроля, управления и регулирования технологического процесса и оснащение объекта управления приборами и средствами автоматизации (в том числе средствами телемеханики и вычислительной техники).

Объектом управления в системах автоматизации технологических процессов является совокупность основного и вспомогательного оборудования вместе с встроенными в нею запорными и регулирующими органами, а также энергии, сырья и других материалов, определяемых особенностями используемой технологии.

Задачи автоматизации решаются наиболее эффективно тогда, когда они прорабатываются в процессе разработки технологического процесса.

В этот период нередко выявляется необходимость изменения технологических схем с целью приспособления их к требованиям автоматизации, установленным на основании технико-экономического анализа.

Создание эффективных систем автоматизации предопределяет необходимость глубокого изучения технологического процесса не только проектировщиками, но и специалистами монтажных, наладочных и эксплуатационных организаций.

При разработке функциональных схем автоматизации технологических процессов необходимо решить следующее:

- получение первичной информации о состоянии технологического процесса и оборудования;

- непосредственное воздействие на технологический процесс для управления им;

- стабилизация технологических параметров процесса;

- контроль и регистрация технологических параметров процессов и состояния технологического оборудования;

Указанные задачи решаются на основании анализа условий работы технологического оборудования, выявленных законов и критериев управления объектом, а также требований, предъявляемых к точности стабилизации, контроля и регистрации технологических параметров, к качеству регулирования и надежности.

Функциональные задачи автоматизации, как правило, реализуются с помощью технических средств, включающих в себя: отборные устройства, средства получения первичной информации, средства преобразования и переработки информации, средства представления и выдачи информации обслуживающему персоналу, комбинированные, комплектные и вспомогательные устройства. Результатом составления функциональных схем являются:

выбор методов измерения технологических параметров;

выбор основных технических средствавтоматизации, наиболее полно отвечающих предъявляемым требованиям и условиям работы автоматизируемого объекта;

определение приводов исполнительных механизмов регулирующих и запорных органов технологического оборудования, управляемого автоматически или дистанционно;

размещение средств автоматизации на щитах, пультах, технологическом оборудовании и трубопроводах и т. п. и определение способов представления информации о со стоянии технологического процесса и оборудования.

Современное развитие всех отраслей промышленности характеризуется большим разнообразием используемых в них технологических процессов.

5. Изображение технологического оборудования и коммуникаций

Технологическое оборудование и коммуникации при разработке функциональных схем должны изображаться, как правило, упрощенно, без указания отдельных технологических аппаратов и трубопроводов вспомогательного назначения. Однако изображенная таким образом технологическая схема должна давать ясное представление о принципе ее работы и взаимодействии со средствами автоматизации.

На технологических трубопроводах обычно показывают ту регулирующую и запорную арматуру, которая непосредственно участвует в контроле и управлении процессом, а также запорные и регулирующие органы, необходимые для определения относительного расположения мест отбора импульсов или поясняющие необходимость измерений.

Технологические аппараты и трубопроводы вспомогательного назначения показывают только в случаях, когда они механически соединяются или взаимодействуют со средствами автоматизации. В отдельных случаях некоторые элементы технологического оборудования допускается изображать на функциональных схемах в виде прямоугольников с указанием наименования этих элементов или не показывать вообще.

Около датчиков, отборных, приемных и других подобных по назначению устройств следует указывать наименование того технологического оборудования, к которому они относятся.

Технологические коммуникации и трубопроводы жидкости и газа изображают условными обозначениями в соответствии с ГОСТ 2.784 -- 70, приведенными в табл. 1.

Таблица 1. Условные цифровые обозначения трубопроводов для жидкостей и газов по ГОСТ 2.784-70

Для более детального указания характера среды к цифровому обозначению может добавляться буквенный индекс, например вода чистая -- 1ч, пар перегретый -- 2п, пар насыщенный -- 2н и т. п. Условные числовые обозначения трубопроводов следует проставлять через расстояния не менее 50 мм.

Детали трубопроводов, арматура, теплотехнические и санитарно-технические устройства и аппаратура показываются условными обозначениями по ГОСТ 2.785 -- 70 и стандартам СПДС.

Для жидкостей и газов, не предусмотренных табл. 1, допускается использовать для обозначения другие цифры, но обязательно с необходимыми пояснениями новых условных обозначений.

Если обозначения трубопроводов на технологических чертежах не стандартизированы, то на функциональных схемах автоматизации следует применять условные обозначения, принятые в технологических схемах.

У изображения технологического оборудования, отдельных его элементов и трубопроводов следует давать соответствующие поясняющие надписи (наименование технологического оборудования, его номер, если таковой имеется, и др.), а также указывать стрелками направление потоков. Отдельные агрегаты и установки технологического оборудования можно изображать оторванно друг от друга с соответствующими указаниями на их взаимосвязь.

На трубопроводах, на которых предусматривается установка отборных устройств и регулирующих органов, указывают диаметры условных проходов.

6. Изображение средств измерения и автоматизации

Приборы, средства автоматизации, электрические устройства и элементы вычислительной техники на функциональных схемах автоматизации показываются в соответствии с ГОСТ 21.404 -- 85 и отраслевыми нормативными документами.

При отсутствии в стандартах необходимых изображений разрешается применять нестандартные изображения, которые следует выполнять на основании характерных признаков изображаемых устройств.

ГОСТ 21.404 -- 85 предусматривает систему построения графических и буквенных условных обозначений по функциональным признакам, выполняемым приборами (табл. 2).

Таблица 2. Основные условные обозначения приборов и средств автоматизации по ГОСТ 21.404-85

В стандарте установлены два способа построения условных обозначений: упрощенный и развернутый.

Для упрощенного способа построения достаточно основных условных обозначений, приведенных в табл. 2, и буквенных обозначений, приведенных в табл. 3.

Развернутый способ построения условных графических обозначений может быть выполнен путем комбинированного применения основных (табл. 2 и 3) и дополнительных обозначений, приведенных в табл. 4 и 5.

Таблица 3. Буквенные условные обозначения по ГОСТ 21.404 -- 85

Таблица 4. Дополнительные буквенные обозначения, отражающие функциональные признаки приборов по ГОСТ 21.404-85

Таблица 5. Дополнительные обозначения, отражающие функциональные

Сложные приборы, выполняющие несколько функций, допускается изображать несколькими окружностями, примыкающими друг к другу.

Методика построения графических условных обозначений для упрощенного и развернутого способов является общей.

В верхней части окружности наносятся буквенные обозначения измеряемой величины и функционального признака прибора.

Таблица 6. Размеры графических условных обозначений приборов и средств автоматизации по ГОСТ 21.404-85

В нижней части окружности наносится позиционное обозначение (цифровое или буквенно-цифровое), служащее для нумерации комплекта измерения или регулирования (при упрощенном способе построения условных обозначений) или отдельных элементов комплекта (при развернутом способе построения условных обозначений).

Порядок расположения буквенных обозначений в верхней части (слева направо) должен быть следующим: обозначение основной измеряемой величины; обозначение, уточняющее (если необходимо) основную измеряемую величину; обозначение функционального признака прибора.

Функциональные признаки (если их несколько в одном приборе) также располагаются в определенном порядке.

Пример построения условного обозначения прибора для измерения, регистрации и автоматического регулирования перепада давления приведен на рис. 1.

При построении условных обозначений приборов следует указывать не все функциональные признаки прибора, а лишь те, которые используются в данной схеме. Так, при обозначении показывающих и самопишущих приборов (если функция «показание» не используется) следует писать TR вместо TIR, PR вместо PIR и т. п.

Пример построения условного обозначения прибора для измерения, регистрации и автоматического регулирования перепада давления

При построении условного обозначения сигнализатора уровня, блок сигнализации которого является бесшкальным прибором и снабжен контактным устройством и встроенными сигнальными лампами, следует писать:

a) LS -- если прибор используется только для дистанционной сигнализации отклонения уровня, включения, выключения насоса, блокировок и т. д.;

б) LA -- если используются только сигнальные лампочки самого прибора;

в) LSA -- если используются обе функции в соответствии с а) и б);

г) LC -- если прибор используется для позиционного регулирования уровня.

Размеры графических условных обозначений по ГОСТ 21.404 -- 85 приведены в табл. 6.

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.

В обоснованных случаях (например, при позиционных обозначениях, состоящих из большого числа знаков) для обозначения первичных преобразователей и приборов допускается вместо окружности применять обозначения в виде эллипса.

Примеры построения условных обозначений, устанавливаемых ГОСТ 21.404 -- 85, приведены в табл. 7.

Таблица 7. Примеры построения условных обозначений по ГОСТ 21.404 -- 85

При использовании условных обозначений по ГОСТ 21.404 -- 85 необходимо руководствоваться следующими правилами:

1) буква А (см. табл. 3) применяется для обозначения функции сигнализации при упрощенном способе построения условных обозначений, а также при развернутом способе, когда для сигнализации используются лампы, встроенные в сам прибор. Во всех остальных случаях для обозначения контактного устройства прибора применяется буква S и при необходимости символ ламп, гудка, звонка.

Сигнализируемые предельные значения измеряемых величин следует конкретизировать добавлением букв Н и L. Эти буквы наносятся вне графического обозначения, справа от него (см. табл. 7, пп. 31, 32).

Букву S не следует применять для обозначения функции регулирования (в том числе позиционного);

2) для конкретизации измеряемой величины около изображения прибора (справа от него) необходимо указывать наименование или символ измеряемой величины, например «напряжение», «ток», рН, О2 и т. д. (см. табл. 7, пп. 41-43);

3) в случаях необходимости около изображения прибора допускается указывать вид

радиоактивности, например алфа-, бета- или гамма-излучение (см. табл. 7, п. 44);

4) буква U может быть использована для обозначения прибора, измеряющего несколько разнородных величин. Подробная расшифровка измеряемых величин должна быть приведена около прибора или на поле чертежа (см. табл. 7, п. 46);

5) для обозначения величин, не предусмотренных данным стандартом, могут быть использованы резервные буквы. Многократно применяемые величины следует обозначать одной и той же резервной буквой.

Для одноразового или редкого применения может быть использована буква X. При необходимости применения резервных буквенных обозначений они должны быть расшифрованы на схеме. Не допускается в одной и той же документации применение одной резервной буквы для обозначения различных величин;

6) для обозначения дополнительных значений прописные буквы D, F, Q допускается заменять строчными d, f, q;

7) в отдельных случаях, когда позиционное обозначение прибора не помещается в окружность, допускается нанесение его вне окружности;

8) буква Е (см. табл. 7) применяется для обозначения чувствительных элементов, т. е. устройств, выполняющих первичное преобразование. Примерами первичных преобразователей являются термометры термоэлектрические (термопары), термометры сопротивления, датчики пирометров, сужающие устройства расходомеров, датчики индукционных расходомеров и т. п.;

9) буква Т означает промежуточное преобразование -- дистанционную передачу сигнала. Ее рекомендуется применять для обозначения приборов с дистанционной передачей показаний, например бесшкальных манометров (дифманометров), манометрических термометров с дистанционной передачей и т. п.

7. Позиционные обозначения приборов и средств автоматизации

Всем приборам и средствам автоматизации, изображенным на функциональных схемах, присваиваются позиционные обозначения (позиции), сохраняющиеся во всех материалах проекта.

На стадии проекта позиционные обозначения выполняют арабскими цифрами в соответствии с нумерацией и заявочной ведомостью приборов, средств автоматизации и электроаппаратуры.

На стадии рабочей документации при одностадийном проектировании позиционные обозначения приборов и средств автоматизации образуются из двух частей: обозначение арабскими цифрами номера функциональной группы и строчными буквами русского алфавита номеров приборов и средств автоматизации в данной функциональной группе.

Буквенные обозначения присваиваются каждому элементу функциональной группы в порядке алфавита в зависимости от последовательности прохождения сигнала -- от устройств получения информации к устройствам воздействия на управляемый процесс (например, приемное устройство -- датчик, вторичный преобразователь -- задатчик -- регулятор -- указатель положения -- исполнительный механизм, регулирующий орган).

Позиционные обозначения отдельных приборов и средств автоматизации, таких как регулятор прямого действия, манометр, термометр и др., состоят только из порядкового номера.

Позиционные обозначения должны присваиваться всем элементам функциональных групп, за исключением:

а) отборных устройств;

б) приборов из средств автоматизации, поставляемых комплектно с технологическим оборудованием;

в) регулирующих органов и исполнительных механизмов, входящих в данную систему автоматического управления, но заказываемых и устанавливаемых в технологических частях проекта.

8. Требования к оформлению и примеры выполнения функциональных схем

Функциональная схема выполняется в виде чертежа, на котором схематически условными изображениями показывают: технологическое оборудование, коммуникации, органы управления и средства автоматизации с указанием связей между технологическим оборудованием и средствами автоматизации, а также связей между отдельными функциональными блоками и элементами автоматики.

Функциональные схемы автоматизации могут разрабатываться с большей или меньшей степенью детализации. Однако объем информации, представленный на схеме, должен обеспечить полное представление о принятых основных решениях по автоматизации данного технологического процесса и возможность составления на стадии проекта заявочных ведомостей приборов и средств автоматизации, трубопроводной арматуры, щитов и пультов, основных монтажных материалов и изделий, а на стадии рабочего проекта -- всего комплекса проектных материалов, предусмотренных в составе проекта.

Функциональную схему автоматизации выполняют, как правило, на одном листе, на котором изображают средства автоматизации и аппаратуру всех систем контроля, регулирования, управления и сигнализации, относящуюся к данной технологической установке. Вспомогательные устройства, такие как редукторы и фильтры для воздуха, источники питания, реле, автоматы, выключатели и предохранители в цепях питания, соединительные коробки и другие устройства и монтажные элементы, на функциональных схемах не показывают.

Сложные технологические схемы рекомендуется расчленять на отдельные технологические узлы и выполнять функциональные схемы этих узлов в виде отдельных чертежей на нескольких листах или на одном.

Для технологических процессов с большим объемом автоматизации функциональные схемы могут быть выполнены раздельно по видам технологического контроля и управления. Например, отдельно выполняются схемы автоматического управления, контроля и сигнализации и т. п.

Функциональные схемы автоматизации могут быть выполнены двумя способами: с условным изображением щитов и пультов управления в виде прямоугольников (как правило, в нижней части чертежа), в которых показываются устанавливаемые на них средства автоматизации; с изображением средств автоматизации на технологических схемах вблизи отборных и приемных устройств, без построения прямоугольников, условно изображающих щиты, пульты, пункты контроля и управления.

Размещено на Allbest.ru