Главная
Коллекция "Otherreferats"
Производство и технологии
Составные и функциональные схемы систем автоматизации
Составные и функциональные схемы систем автоматизации
Основные стадии проектирования и состав технологических процессов проектов автоматизации. Проектирование систем автоматики по блочно-иерархическому методу. Техника чтения условных обозначений. Изображение технологического оборудования и коммуникаций.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | курс лекций |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 18.11.2016 |
| Размер файла | 1,3 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
План
Лекция 1. Стадии проектирования и состав технологических процессов проектов автоматизации
1.1 Задание на проектирование, исходные данные и материалы
1.2 Стадии проектирования и состав проектной документации
1.3 Задания на выполнение работ, связанных с автоматизацией технологических процессов
Контрольные вопросы
Лекция 2. Составные схемы систем автоматизации
2.1 Структура систем управления
2.2 Структурные схемы измерения и управления
2.3 Проектирования систем автоматики по блочно-иерархическому методу
2.4 Преимущества и недостатки блочно-иерархического подхода
2.5 Примеры блочно-иерархического подхода к проектированию
Контрольные вопросы
Лекция 3. Функциональные схемы систем автоматизации
3.1 Техника чтения условных обозначений
3.2 Сравнение обозначений первичных измерительных преобразователей
3.3 Обозначения вторичных приборов
3.4 Назначение функциональных схем, методика и общие принципы их выполнения
3.5 Изображение технологического оборудования и коммуникаций
3.6 Изображение средств измерения и автоматизации
3.7 Позиционные обозначения приборов и средств автоматизации
3.8 Требования к оформлению и примеры выполнения функциональных схем
Контрольные вопросы
Лекция 1. Стадии проектирования и состав технологических процессов проектов автоматизации
1.1 Задание на проектирование, исходные данные и материалы
Задание на проектирование систем автоматизации технологических процессов составляется генеральным проектировщиком или заказчиком с участием специализированной организации, которой поручается разработка проекта.
Задание на проектирование должно содержать следующие данные:
а)наименование предприятия и задачу проекта;
б)основание для проектирования;
в)перечень производств, цехов, агрегатов, установок, охватываемых проектом систем автоматизации, с указанием для каждого особых условий при их наличии (например, класс взрыво- и пожароопасности помещений, наличие агрессивной, влажной, сырой, запыленной окружающей среды и т. д.);
г)стадийность проектирования;
д)требования к разработке вариантов технического проекта;
е)планируемый уровень капитальных затрат на автоматизацию и примерных затрат на научно-исследовательские работы, опытно-конструкторские работы и проектирование с указанием источников финансирования;
ж)сроки строительства и очередности ввода в действие производственных подразделений предприятия;
з)наименование организаций -- участников разработки проекта предприятия (объекта) и систем автоматизации: генпроектировщика, головного научно-исследовательского института по системам автоматизации, организаций-исполнителей смежных (строительной, сантехнической и пр.) частей проекта и др.;
и) предложения по централизации управления технологическими процессами и структуре управления объектом, по объему и уровню автоматизации;
к) предложения по размещению центральных и местных пунктов управления, щитов и пультов (диспетчерских, цеховых, агрегатных и др.);
л) особые условия проектирования.
Для выполнения проектов систем автоматизации должны представляться следующие исходные данные и материалы:
а) технологические схемы с характеристиками оборудования, с трубопроводными коммуникациями и указанием действительных внутренних диаметров, толщин стенок и материалов труб;
б)перечни контролируемых и регулируемых параметров с необходимыми требованиями и характеристиками;
в)чертежи производственных помещений с расположением технологического оборудования и трубопроводных коммуникаций с указанием рекомендуемых мест расположения щитов и пультов (планы и разрезы)
г)чертежи технологического оборудования, на котором предусматривается установка приборов и средств автоматизации перечень и характеристика поставляемых комплектно с оборудованием приборов средств автоматизации и систем управления чертежи комплектно поставляемых щитов пультов и т. д.
д)строительные чертежи помещений для установки и размещения технических средств систем автоматизации;
е)схемы управления электродвигателями, типы пусковой аппаратуры и станций управления для использования при проектировании автоматизации;
ж)схемы водоснабжения с указанием диаметров труб, расхода, давления и температуры воды;
з)схемы воздухоснабжения с указание давления, температуры, влажности и запыленности воздуха, наличия устройств очистки и осушки воздуха;
и) данные, необходимые для расчета регулирующих органов, сужающих устройств и заполнения опросных листов;
к) требования к надежности систем автоматизации ;
л) результаты научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, содержащие рекомендации по проектированию систем и средств автоматизации; результаты научно-исследовательских работ должны содержать математическое описание динамических свойств объекта управления. Если эти математические зависимости неизвестны, то в задании на проектирование должны приводиться экспериментальные временные или частотные характеристики, снятые на опытных или аналогичных действующих установках, графически отражающие динамические свойства объекта по каждому из каналов управления (см. § 18.1).
Для АСУ ТП в составе технического задания на проектирование должны приводиться данные предпроектных разработок, определяющих основные принципы построения АСУ ТП: иерархию АСУ, ее структуру и функции, алгоритмы и т. п.;
м) техническая документация по типовым проектам и проектным решениям;
н) дополнительные данные и материалы, которые могут потребоваться исполнителю в процессе проектирования.
1.2 Стадии проектирования и состав проектной документации
В соответствии со СНиП 1.02.01-85 проектирование систем автоматизации технологических процессов выполняют в две стадии: проект и рабочая документация или в одну стадию: рабочий проект.
В проекте разрабатывается следующая документация:
структурная схема управления и контроля (для сложных систем управления);
структурная схема комплекса технических средств (КТС);
структурные схемы комплексов средств автоматизации;
функциональные схемы автоматизации технологических процессов.
Для объектов с несложным технологическим процессом и простыми системами автоматизации допускается вместо функциональных схем автоматизации составлять перечни параметров контроля, регулирования, управления и сигнализации;
планы расположения щитов, пультов, средств вычислительной техники и т. д.;
заявочные ведомости приборов и средств автоматизации, средств вычислительной техники, электроаппаратуры, трубопроводной арматуры, щитов и пультов, основных монтажных материалов и изделий, нестандартизированного оборудования;
технические требования на разработку нестандартизированного оборудования;
локальная смета на монтажные работы, приобретение и монтаж технических средств систем автоматизации, составленные в порядке, установленном СНиП 1.02.01-85;
9) пояснительная записка;
10) задания генпроектировщику (смежным организациям или заказчику) на разработки, связанные с автоматизацией объекта:
а) на обеспечение средств автоматизации электроэнергией, сжатым воздухом, гидравлической энергией, теплоносителями, хладо-агентами (требуемых параметров); на теплоизоляцию трубных проводок и устройств;
б)на проектирование помещений систем автоматизации (для установки щитов, пультов, средств вычислительной техники, датчиков и т. д.), а также помещений для работы оперативного персонала, кабельных сооружений (туннелей, каналов, эстакад и т. д.), проемов и закладных устройств в строительных конструкциях;
в)на обеспечение средствами производственной связи;
г)на размещение и установку на технологическом оборудовании и трубопроводах закладных устройств, первичных приборов, регулирующих и запорных органов и т. п.;
д)на устройства пожаротушения и пожарной сигнализации.
Перечисленные задания к проекту не прикладываются, а передаются генпроекти-ровщику (заказчику) в процессе проектирования для согласования и исполнения. Копии заданий хранятся в деле проекта.
На стадии рабочей документации разрабатываются :
структурная схема управления и контроля;
структурная схема комплекса технических средств;
структурные схемы комплексов средств автоматизации;
функциональные схемы автоматизации технологических процессов.
При двухстадийном проектировании структурные и функциональные схемы на стадии рабочей документации разрабатываются с учетом изменений технологической части или решений по автоматизации, принятых при утверждении проекта. В случае отсутствия такие изменение упомянутые чертежи включаются в состав рабочей документации без переработки;
принципиальные электрические, гидравлические и пневматические схемы контроля, автоматического регулирования, управления, сигнализации и питания;
общие виды щитов и пультов;
монтажные схемы щитов и пультов или таблицы для монтажа электрических и трубных проводок в щитах и пультах, выполненные по РМЗ-182 - 83 (при изготовлении щитов промышленными предприятиями Минмонтажспецстроя УЗБЕКИСТАН);
схемы внешних электрических и трубных проводок; при необходимости рекомендуется разрабатывать таблицы соединений и таблицы подключения в соответствии с РМ4-6-81, ч. 3;
кроссовые ведомости (таблицы подключения) .
Допускается выполнять вместо кроссовых ведомостей монтажные схемы (схемы подключения) кроссовых шкафов для вычислительных (управляющих) комплексов, машин централизованного контроля и других технических средств;
планы расположения средств автоматизации, электрических и трубных проводок;
нетиповые чертежи установки средств автоматизации;
общие виды нестандартизированного оборудования [кроме сложного оборудования, по которому в составе проекта приведены задания генпроектировщику (технические требования) на его разработку] в объеме, необходимом для выполнения работ при реализации проекта;
пояснительная записка;
расчеты регулирующих дроссельных органов.
В рабочей документации даются таблицы исходных данных и результаты расчетов в виде приложений к пояснительной записке.
Тексты расчетов в состав проекта не включаются, а хранятся у исполнителя проекта и выдаются заказчику по его требованию.
В рабочей документации целесообразно также давать расчеты по выбору регуляторов и определения примерных значений их параметров настройки при различных технологических режимах работы оборудования. В составе расчетных материалов необходимо приводить данные из задания на проектирование по результатам научно-исследовательских работ, знание которых полезно при производстве наладочных работ смонтированного объекта;
заказные спецификации приборов и средств автоматизации, средств вычислительной техники, электроаппаратуры, щитов и пультов, трубопроводной арматуры, кабелей и проводов, основных монтажных материалов и изделий (трубы, металлы, монтажные изделия), нестандартизированного оборудования;
перечень типовых чертежей на установку средств автоматизации (типовые чертежи к проекту не прикладываются);
уточненные задания генпроектировщику (смежным организациям или заказчику) на разработки, связанные с автоматизацией объекта; при отсутствии изменений и уточнений подтверждаются задания, выданные на стадии проекта.
В состав рабочего проекта при одностадийном проектировании входят:
а)техническая документация, разрабатываемая в составе рабочей документации при двухстадийном проектировании;
б)локальная смета на оборудование и монтаж;
в)задания генпроектировщику (смежным организациям или заказчику) на работы, связанные с автоматизацией объекта.
В тех случаях, когда часть приборов и средств автоматизации, проводок между ними, локальных систем автоматизации поставляется комплектно с технологическим оборудованием, проектные материалы на них находят свое отражение в чертежах рабочей документации и заказных спецификациях в указанном выше объеме с соответствующей оговоркой об их комплектной поставке. Документация заводов-поставщиков должна быть переработана в соответствии с требованиями по проектированию систем автоматизации, ее оформлению и комплектации.
Допускается функциональные схемы автоматизации совмещать с технологическими (монтажно-технологическими) схемами, разрабатываемыми в основных комплектах технологического проекта объекта. При этом такая совмещенная схема должна быть приложена к основному комплекту проекта автоматизации.
Принципиальные электрические, пневматические и гидравлические схемы контуров контроля и регулирования допускается не включать в состав основного комплекта рабочих чертежей, если взаимные связи приборов и аппаратуры, входящие в состав этих контуров, просты или однозначны и могут быть с достаточной полнотой отображены в других схемах. Например: цепи измерения электрические и пневматические на стандартных приборах без включения в них дополнительных неприборных устройств (резисторов, делителей, емкостей, катушек индуктивности и т. д.); термоэлектрический термометр -- милливольтметр; термометр сопротивления -- многоточечный мост; датчик ГСП -- вторичный прибор; одноконтурные пневматические системы автоматического регулирования.
Вид документа для отображения направления и подключения электрических и трубных проводок (схема или таблицы) принимают, исходя из следующих рекомендаций:
для трубных проводок предпочтительным документом является схема, для электрических -- самостоятельные таблицы соединений и подключения;
для сложных электрических соединений (например, для АСУ ТП), кроме таблиц соединений, необходимо выполнять упрощенную схему соединений, в которой отображается структура электрических связей. Сведения, содержащиеся в таблице соединений (марки и длины кабелей, тип и номер вводного устройства и т. п.), на схеме соединений не приводят.
Техническая документация комплектных технических средств автоматизации разрабатывается с учетом специфики примененных в рабочей документации конкретных комплектов. Состав этой документации определяется отраслевыми нормативными документами.
Так, для щитов и пультов систем автоматизации, изготавливаемых по ОСТ 36.13 -- 86 как продукция индивидуального изготовления, в состав документации включают:
общие виды составных и единичных щитов и пультов;
таблицы соединений и подключения единичных щитов и пультов;
спецификацию щитов и пультов.
Для комплектов технических средств операторских и диспетчерских помещений, в которые кроме щитов и пультов включаются защитовые конструкции (стойки, стативы, щиты зажимов и т. п.), а также электрические и трубные проводки (штатные кабели и трубы, несущие и опорные конструкции), в состав документации дополнительно включают:
план расположения технических средств в операторском помещении;
схемы (таблицы) соединений и подключения проводок операторского помещения;
спецификацию комплекта.
При применении в рабочей документации комплексов технических средств локальных информационно-управляющих систем (КТС ЛИУС), агрегатных пневматических комплексов («Режим» и др.), комплексов вычислительных средств в состав рабочей документации включают общие виды тех стоек и пультов, в которых набор конкретных составляющих элементов (блоков, модулей, мнемосхем) определяется характером управляемого технологического процесса или оборудования.
Для аппаратурных стоек общий вид может содержать только схему расположения блоков или модулей в стойке.
Чертежи конструкций и деталей, предназначенных для установки приборов и средств автоматизации, могут не разрабатываться, если эти детали приведены в типовых чертежах установки технических средств автоматизации.
1.3 Задания на выполнение работ, связанных с автоматизацией технологических процессов
Задание на размещение элементов систем автоматизации на технологическом оборудовании и трубопроводах. Задание выдается организации, проектирующей технологическую часть проекта, в качестве исходного материала для учета закладных устройств средств автоматизации (первичных приборов, регулирующих и запорных органов и т. п.), встраиваемых в технологические трубопроводы и оборудование, в проектно-сметной документации технологической части проекта.
Задание содержит:
чертеж размещения элементов систем автоматизации на технологическом оборудовании и трубопроводах, выполняемых на утвержденной технологической схеме стандартными условными обозначениями;
таблицу с перечнем устанавливаемых приборов, средств автоматизации и данными по их установке (наименование технологического оборудования или трубопровода, в который встраиваются приборы, средства автоматизации или устройства, и требования к их установке; характеристика и номера чертежей закладных устройств; номера чертежей установки приборов, средств автоматизации, отборных устройств и другие необходимые сведения);
указания:
а)о необходимости размещения закладных устройств систем автоматизации в местах, удобных для обслуживания средств автоматизации и снятия показаний приборов (например, с основных технологических или специально предусмотренных в технологической части проекта площадок);
б)о необходимости отражения на чертежах технологической части проекта размещения и координации закладных устройств, первичных приборов, регулирующих и запорных органов и т. д.;
в)об установке закладных устройств (бобышек, штуцеров, гильз, карманов, расширителей, фланцевых соединений, ответных фланцев, переходных патрубков и т. д.) на технологическом оборудовании и трубопроводах организациями, изготавливающими и монтирующими это оборудование и трубопроводы.
Заказ ответных фланцев, фланцевых соединений, расширителей, бобышек, штуцеров, гильз, карманов, переходных патрубков и других закладных устройств, устанавливаемых на технологическом оборудовании и трубопроводах, их монтаж и составление сметы предусматриваются в проектно-сметной документации технологической части проекта.
Клапаны (в том числе регулирующие клапаны и клапаны безопасности), заслонки, задвижки (в том числе с дистанционным приводом) и запорная арматура заказываются и устанавливаются также по проектно-сметной документации технологической части проекта.
Монтаж объемных и скоростных счетчиков, ротаметров, сужающих устройств и других приборов, устанавливаемых на технологических трубопроводах, предусматривается проектно-сметной документацией технологической части проекта и осуществляется организацией, монтирующей технологическое оборудование и трубопроводы.
При установке единичных приборов, средств автоматизации или устройств допускается выполнять задание только в виде чертежа или таблицы с указанием всех необходимых сведений.
Чертежи размещения элементов систем автоматизации допускается в задании выполнять на промежуточных чертежах компоновки оборудования и коммуникаций.
Нормали и чертежи типовых конструкций закладных или присоединительных устройств для установки приборов и средств автоматизации к заданию не прикладываются.
Задание на проектирование помещений систем автоматизации. Задание содержит исходные данные и требования к проектированию помещений, предусматриваемых проектом автоматизации в строительной, сантехнической и электротехнической частях проектов с учетом условий работы технических средств и особенностей деятельности оперативного персонала.
Задание в части противопожарных мероприятий содержит требования по устройству автоматического (при необходимости) или другого вида пожаротушения и пожарной сигнализации.
Строительная часть задания содержит:
а)схему планировки помещений с указанием назначения каждого помещения и изложением условий расположения отдельных помещений систем автоматизации в производственном здании;
б)планы помещений, в которых должны быть предусмотрены фундаменты или строительные конструкции для установки управляющих вычислительных машин, щитов и пультов с нанесением и координацией каналов для проемов и закладных частей;
в)данные о необходимых площадях, высоте помещений, размерах дверных проемов и проходов к помещениям, о монтажных проемах (при необходимости), о нагрузках на перекрытие, освещенности;
г)требования к строительным конструкциям по звуко- и виброизоляции, защите от влияния магнитных полей производственных электроустановок и электрооборудования (при необходимости), тепло- или гидроизоляции и др.;
д)рекомендации по оформлению помещений, выбору отделочных материалов с учетом назначения помещений и устанавливаемого в нем оборудования и мебели.
В сантехнической части задания указываются параметры воздушной среды, требования к отоплению, вентиляции, оговаривается необходимость выполнения (для некоторых помещений) систем кондиционирования воздуха.
В задании в части проектирования систем освещения указывается отдельно для каждого помещения требуемое значение освещенности (рабочее и аварийное), плоскости нормирования и качество освещения (отсутствие резких контрастов, бликов и т. д.), напряжение сети, расположение розеток, вид проводки (открытая, скрытая).
Задание на комплектные операторские пункты н помещения датчиков. Комплектные операторские пункты (КОП) и комплектные помещения датчиков (КПД) должны изготавливаться на заводах легких металлоконструкций из облегченных профилей металлопроката, профилированного настила и стенных панелей с утеплителем. Задание должно содержать:
а)наименование и тип помещения;
б)место установки помещения на объекте автоматизации;
в)планы помещений, на которых должны быть предусмотрены опорные рамы для установки щитов, пультов и стагивов с приборами с нанесением и координацией каналов, проемов и закладных частей.
Задание на проемы и закладные устройства. Задание на проемы и закладные устройства в строительных конструкциях выдается генпроектировщику для учета указанных устройств в строительной части проекта. В задании должны быть показаны и закоор-динированы:
а) проемы для прохода электрических и трубных проводок через стены, перекрытия и другие конструкции зданий;
б) монтажные проемы и проходы;
в)ниши, штробы (борозды) и желоба;
г)закладные трубы для скрытых проводок;
д)закладные устройства для установкищитов, пультов, средств вычислительной техники, местных приборов, электрических и трубных проводок.
Задания на проемы и закладные части (устройства), предусматриваемые в помещениях систем автоматизации, включаются в состав заданий на помещения.
Задания на проемы и закладные части, предусматриваемые в производственных помещениях, выдаются в виде отдельных чертежей.
Проемы и закладные части должны иметь все необходимые размеры. Чертежи закладных устройств прилагаются к заданию.
Для оборудования и конструкций, которые по размерам, массе и расположению допускают крепление при помощи дюбелей или деталей, пристреливаемых строительно-монтажным пистолетом, закладные устройства не предусматриваются.
Задание на проектирование кабельных сооружений. В задание включаются строительные, сантехнические, противопожарные и другие требования к кабельным сооружениям.
Строительная часть задания содержит:
а)эскизы кабельных сооружений (туннелей, каналов, шахт, эстакад и т. п.), чертежи привязки кабельных сооружений;
б)требования по соблюдению противопожарных норм и правил проектирования (выполнение из несгораемых материалов дверей и перегородок, отделяющих кабельные сооружения от примыкающих к ним помещений и контрольные кабели от силовых, и др.); по предотвращению попадания в кабельные сооружения технологических и почвенных вод; по перекрытию кабельных каналов съемными плитами с указанием материалов плит, по защите кабелей на эстакадах от прямых солнечных лучей.
При применении типовых туннелей и каналов на чертежах объекта показывается их монтажная схема с координацией и указанием типов туннелей, каналов и углов поворота (без выполнения эскизов).
Сантехническая часть задания содержит требования по обеспечению всех кабельных сооружений (за исключением каналов) естественной или искусственной вентиляцией.
Задание в части противопожарных мероприятий содержит требования по устройству в кабельных сооружениях (за исключением каналов) автоматического пожаротушения и установок, сигнализирующих появление дыма. В задании на проектирование освещения кабельных сооружений оговаривается, что их освещение должно отвечать требованиям «Правил устройства электроустановок».
Задание на обеспечение средств автоматизации электроэнергией. Задание содержит: чертежи с размещением потребителей электроэнергии (на планах объекта); данные по мощности, напряжению, роду тока, подводимого к каждому приемнику; требования к качеству электроэнергии (допустимые отклонения напряжения, частоты и т. д. от номинальных значений).
При необходимости в задании указываются особые требования, например, к схеме питающей сети: радиальная с одно- или двусторонним питанием, радиально-магистральная, магистральная с одно- или двусторонним питанием (от одного источника или двух независимых); к способам прокладки кабелей питания и выбору их марок.
Координация электроприемников может уточняться на стадии рабочей документации по согласованию с разработчиком раздела проекта «Электроснабжение и электрооборудование».
Выбор кабелей питания, проводников магистралей заземления и их прокладка, при отсутствии особых требований в задании, предусматривается в разделе проекта «Электроснабжение и электрооборудование».
Задание на обеспечение средств автоматизации сжатым воздухом. Задание содержит:
а)чертеж размещения вводных распределительных коллекторов для подвода воздуха в помещение систем автоматизации или к местным щитам;
б)значения параметров сжатого воздуха (давление, расход, температура, точка росы);
в)требования к качеству сжатого воздуха, материалу воздухопроводов, способу их прокладки и температуре окружающей среды;
г)при необходимости график потребления воздуха в течение месяца, года.
Координация вводных коллекторов может уточняться на стадии рабочей документации по согласованию с исполнителем проекта снабжения сжатым воздухом.
При отсутствии исходных материалов (строительных чертежей) для выполнения чертежей размещения распределительных коллекторов на стадии проекта их размещение допускается оговаривать в текстовой части задания.
Задание на обеспечение средств автоматизации гидравлической энергией. Задание содержит ;
а)чертеж размещения вводных распределительных коллекторов;
б)наименование и параметры рабочей жидкости (давление, расход, температура);
в)указания о расположении низшей точки системы, о возможности слива отработанной жидкости;
г)при необходимости желательное направление прокладки питающей сети и материал трубопроводов.
Координация вводных коллекторов может уточняться на стадии рабочей документации по согласованию с исполнителем проекта энергоснабжения предприятия.
При отсутствии исходных материалов (строительных чертежей) для выполнения чертежей размещения распределительных коллекторов на стадии проекта их размещение допускается оговаривать в текстовой части задания.
Контрольные вопросы
1. Задание на проектирование, исходные данные и материалы
2. Стадии проектирования и состав проектной документации
3. Задания на выполнение работ, связанных с автоматизацией технологических процессов
Лекция 2. Составные схемы систем автоматизации
2.1 Структура систем управления
При разработке проекта автоматизации в первую очередь необходимо решить, с каких мест те или иные участки объекта будут управляться, где будут размешаться пункты управления, операторские помещения, какова должна быть взаимосвязь между ними, т. е. необходимо решить вопросы выбора структуры управления. Под структурой управления понимается совокупность частей автоматической системы, на которые она может быть разделена по определенному признаку, а также пути передачи воздействий между ними. Графическое изображение структуры управления называется структурной схемой. Хотя исходные данные для выбора структуры управления и ее иерархии с той или иной степенью детализации оговариваются заказчиком при выдаче задания на проектирование, полная структура управления должна разрабатываться проектной организацией.
Выбор структуры управления объектом автоматизации оказывает существенное влияние на эффективность его работы, снижение относительной стоимости системы управления, ее надежности, ремонтоспособности и т.д.
В самом общем виде структурная схема системы автоматизации представлена на рис.1. Система автоматизации состоит из объекта автоматизации и системы управления этим объектом. Благодаря определенному взаимодействию между объектом автоматизации и системой управления система автоматизации в целом обеспечивает требуемый результат функционирования объекта, характеризующийся параметрами х1, х2, ..., хn.
автоматика блочный оборудование коммуникация
Рис. 1. Структурная схема системы автоматизации
К этим параметрам можно отнести, например, величины, характеризующие целесообразный конечный продукт технологического процесса, отдельные параметры, определяющие ход технологического процесса, его экономичность, обеспечение безаварийного режима и т. д.
Кроме этих основных параметров, работа комплексного объекта автоматизации характеризуется рядом вспомогательных параметров y1, у2,..., yj, которые также должны контролироваться и регулироваться (например, поддерживаться постоянными). К такого рода параметрам можно отнести, например, величины, характеризующие работу установок подготовки технологического пара, насосных станций оборотного водоснабжения и т. д.
От этих установок требуется только подача на вход технологической установки сырья и энергоносителей с заданными параметрами. При этом необходимая дозировка подачи сырья и энергоносителей осуществляется средствами управления, относящимися к технологической установке.
В процессе работы на объект поступают возмущающие воздействия f1, f2, ...,fi), вызывающие отклонения параметров х1, х2, ..., хn от их требуемых значений. Информация о текущих значениях х1 х2, ..., хn, у1, у2, ..., yj поступает в систему управления и сравнивается с предписанными им значениями g1, g2, ..., gk, в результате чего система управления вырабатывает управляющие воздействия е1, е2, ..., еm для компенсации отклонений выходных параметров.
Таким образом, объект автоматизации в общем случае состоит из нескольких в большей или меньшей степени связанных друг с другом участков управления. Участки управления физически могут представляться в виде отдельных установок, агрегатов и т. д. или в виде локальных каналов управления отдельными параметрами одних и тех же установок, агрегатов и т. д.
В свою очередь, система управления в зависимости от важности регулируемых параметров, круга работников эксплуатационного персонала, которым необходимо знать их значения для осуществления оптимального управления объектом, в общем случае должна обеспечивать разные уровни управления объектом автоматизации, т. е. должна состоять из нескольких пунктов управления, в той или иной степени взаимосвязанных друг с другом.
С учетом изложенного структуры управления объектом автоматизации могут быть в частных случаях одноуровневыми централизованными, одноуровневыми децентрализованными и многоуровневыми. Одноуровневые системы управления, в которых управление объектом осуществляется с одного пункта управления, называются централизованными. Одноуровневые системы, в которых отдельные части сложного объекта управляются из самостоятельных пунктов управления, называются децентрализованными.
Структурные схемы одноуровневых централизованных и децентрализованных систем приведены на рис. 2, на котором стрелками показаны только основные потоки передачи информации от объекта управления к системе управления и управляющие воздействия системы на объект управления. На рис. 2 отдельные части сложного объекта управления, управляемые соответственно с пунктов ПУ1 -- ПУ3, разделены штриховыми линиями.
Одноуровневые централизованные системы применяются в основном для управления относительно несложными объектами или объектами, расположенными на небольшой территории. Большинство промышленных объектов в настоящее время представляет собой сложные комплексы, отдельные части которых расположены на значительном расстоянии друг от друга. Кроме основных технологических установок, объекты имеют большое число вспомогательных установок-подобьектов (промышленные котельные, компрессорные, насосные станции оборотного водоснабжения, котлы-утилизаторы, очистные сооружения и т. п.), которые необходимы для обеспечения технологических установок всеми видами энергии, а также для утилизации и нейтрализации остаточных продуктов технологического процесса.
Если управление такого комплексного объекта построить по одноуровневой централизованной системе, то намного усложнятся коммуникации системы управления, резко возрастут затраты на ее сооружения и эксплуатацию, центральный пункт управления получится громоздким. Переработка информации, большая часть которой является ненужной для непосредственного ведения технологического процесса, представляет большие затруднения. Удаленность пункта управления от того или иного вспомогательного подобъекта затрудняет принятие оперативных мер по устранению тех или иных неполадок. В этом случае более приемлемой становится одноуровневая децентрализованная система управления.
Однако с помощью одноуровневых систем не всегда представляется возможным оптимально решить вопросы управления технологическими процессами. Это в первую очередь относится к сложным технологическим процессам. Тогда целесообразно переходить к многоуровневым системам управления. В качестве примера на рис. 3 представлена трехуровневая система управления сложным объектом с разветвленными технологическими связями между установками. Отдельные технологические установки управляются децентрализованно с пунктов управления 1 -- 7. Это первый уровень управления. С пунктов 1 -- 7 соответственно управляются объекты, имеющие существенную технологическую взаимосвязь. В связи с этим наиболее ответственные регулируемые параметры установок передаются на пункты управления 8 -- 10 второго уровня управления. Основные параметры, определяющие технологический процесс объекта в целом, могут управляться и контролироваться с пункта управления 11 третьего уровня.
Рис. 2. Примеры одноуровневых систем управления: а -- централизованная система; б -- децентрализованная система
Рис. 3. Пример трехуровневой системы. управления: I--Ill -- уровни управления
2.2 Структурные схемы измерения и управления
Структурные схемы управления и контроля в проектах автоматизации рекомендуется разрабатывать в соответствии с руководящим техническим материалом «Автоматизированные системы управления технологическими процессами. Структурные схемы управления и контроля. Методика оформления» (РТМ 252.40-76 Минприбора).
На структурной схеме отображаются в общем виде основные решения проекта по функциональной, организационной и технической структурам автоматизированной системы управления технологическими процессами (АСУ ТП) с соблюдением иерархии системы и взаимосвязей между пунктами контроля и управления, оперативным персоналом и технологическим объектом управления. Принятые при выполнении структурной схемы принципы организации оперативного управления технологическим объектом, состав и обозначения отдельных элементов структурной схемы должны сохраняться во всех проектных документах на АСУ ТП, в которых они конкретизируются и детализируются:
функциональных схемах автоматизации, структурной схеме комплекса технических средств (КТС) системы, принципиальных схемах контроля и управления, а также в проектных документах, касающихся организации оперативной связи и организационного обеспечения АСУ ТП.
Исходными материалами для разработки структурных схем являются:
а)задание на проектирование АСУ ТП;
б)принципиальные технологические схемы основного и вспомогательного производств технологического объекта;
в)задание на проектирование оперативной связи подразделений автоматизируемого технологического объекта;
г)генплан и титульный список технологического объекта.
Структурная схема разрабатывается на. стадиях «проект» и «рабочий проект». На стадии «рабочая документация» при двухстадийном проектировании структурная схема разрабатывается только в случае изменений технологической части проекта или решений по АСУ ТП, принятых при утверждении проекта автоматизации.
В качестве примера на рис. 4 приведена структурная схема управления сернокислотным производством.
На структурной схеме показывают:
а) технологические подразделения автоматизируемого объекта (отделения, участки, цехи, производства);
б)пункты контроля и управления (местные щиты, операторские и диспетчерские пункты и т. п.), в том числе не входящие в состав разрабатываемого проекта, но имеющие связь с проектируемыми системами контроля и управления;
в)технологический (эксплуатационный) персонал и специализированные службы, обеспечивающие оперативное управление и нормальное функционирование технологического объекта;
г)основные функции и технические средства (устройства), обеспечивающие их реализацию в каждом пункте контроля и управления;
д) взаимосвязь подразделений технологического объекта, пунктов контроля и управления и технологического персонала между собой и с вышестоящей системой управления (АСУ).
Элементы структурной схемы изображаются, как правило, в виде прямоугольников. Отдельные функциональные службы [отдел главного энергетика (ОГЭ), отдел главного механика (ОГМ), отдел технического контроля (ОТК) и т. п.] и должностные лица (директор, главный инженер, начальник цеха, начальник смены, мастер и т. п.) допускается изображать на структурной схеме в виде кружков.
Внутри прямоугольников, изображающих участки (подразделения) автоматизируемого объекта, раскрывается их производственная структура. При этом выделяются цехи, участки, технологические линии либо группы агрегатов для выполнения законченного этапа технологического процесса, которые являются существенными для раскрытия в документах проекта всех взаимосвязей между управляемой (технологическим объектом управления) и управляющей системами.
2.3 Проектирования систем автоматики по блочно-иерархическому методу
Инженерная деятельность человека связана прежде всего с разработкой технических объектов -- с их проектированием. Проектирование -- это комплекс работ по изысканиям, исследованиям, расчетам и конструированию, имеющих целью получение всей необходимой документации для создания новых изделий или реализации новых процессов, удовлетворяющих заданным требованиям. Введение ЭВМ в любую область человеческой деятельности требует пересмотра многих сложившихся представлений в сторону большей формализации, большей строгости определения понятий, однозначности толкования терминов, четкости классификаций. В этом отношении не может быть исключением и область проектирования систем автоматики [2,4].
Прогресс науки и техники неизбежно приводит к появлению все более сложных технических объектов-сложных систем (систем автоматики), состоящих состоящие из большого количества взаимодействующих элементов. Разработка этих объектов занимает несколько лет и требует привлечения значительного числа специалистов. Такие сроки проектирования часто неприемлемы, так как оказываются соизмеримыми с временем морального износа.
Поэтому две противоречивые тенденции -- усложнение систем и сокращение сроков проектирования -- делают автоматизацию проектирования систем автоматики насущной необходимостью.
При применении систем автоматизированного проектирования (САПР), как и в рамках традиционных методов, сохраняется целесообразность использования блочно-иерархического подхода к проектированию систем автоматики.
При блочно-иерархическом подходе процесс проектирования и представления о самом объекте расчленяется на уровни. На высшем уровне используется наименее детализированное представление, отражающее только самые общие черты и особенности проектируемой системы. На каждом новом последовательном уровне разработки степень подробности рассмотрения возрастает, при этом система рассматривается не в целгш, а отдельными блоками. Такой подход позволяет на каждом уровне формулировать и решать задачи приемлемой сложности, поддающиеся уяснению и пониманию человеком и решению с помощью имеющихся средств проектирования. Разбиение на блоки должно быть таким, чтобы документация на блок любого уровня была обозрима и воспринимаема одним человеком.
2.4 Преимущества и недостатки блочно-иерархического подхода
Преимущества блочно-иерархического подхода состоят в том, что сложная задача большой размерности разбивается на последовательно решаемые задачи малой размерности.
Недостатки блочно-иерархического подхода вытекают из того обстоятельства, что на каждом уровне работа ведется с не до конца определенными объектами. Действительно, в качестве элементов на k-м уровне используются достаточно сложные объекты, которые будут рассматриваться как системы на следующем (k +1)-м уровне. На k-м уровне эти элементы еще не определены, так как структура А-го уровня сложной системы формируется до того, как будут спроектированы элементы. Следовательно, решения принимаются в обстановке неполной информации, т. е. без строгого обоснования. Оптимальность может быть достигнута только на отдельных уровнях при ограничивающих условиях, вытекающих из природы блочно-иерархического подхода, т. е. не являющихся принципиально необходимыми. Однако в целом какой-либо удачной альтернативы блочно-иерархическому подходу нет, и приходится соглашаться на возможные отклонения от оптимальных вариантов.
В условиях блочно-иерархического проектирования на каждом уровне имеются свои представления о системе и элементах. То, что на более высоком к-м уровне называлось элементом, становится системой на следующем (k+1)-м уровне. Часто элементы самого низшего из уровней, на которых ведется рассмотрение, называют базовыми элементами или компонентами. Большинство инженеров, участвующих в проектировании, имеют дело с системами и элементами некоторого уровня, проектируемые „ ими объекты непосредственно не всегда являются сложными системами, хотя в конечном счете многие из этих объектов входят в состав сложных систем.
Деление на иерархические уровни сложных систем в различных областях техники. Существующее по ЕСКД деление схем на принципиальные, функциональные, структурные отражает принципы блочно-иерархического проектирования.
Принципиальные схемы определяют полный набор базовых элементов и связей между ними и обычно дают детальнее представление принципах работы изделия.
Функциональные схемы разъясняют протекание определенны: процессов в изделии или его частях, т. е. дают представление с функционирование объекта с учетом только существенных факторов г функциональных частей.
Структурные схемы дают наиболее общее и наименек детализированное представление об объекте, определяя основнън функциональные части изделия, их назначение и взаимосвязи.
2.5 Примеры блочно-иерархического подхода к проектированию
При проектировании цифровой вычислительной аппаратуръ существует деление на иерархические уровни (рис 5, где ЛЭ - логических элемент, ФУ - функциональный узел, ФУС -функционально( устройство, ФК - функциональный комплекс).
На низшем уровне проектируются принципиальные схемы, в которы: элементами являются ЛЭ, на следующем уровне -- функционалънъи схемы, иногда называемые регистровыми схемами при рассмотрении Ф5 в качестве элементов, далее -- структурные схемы с ФУС в качествь элементов. Часто можно встретить разбиение аппаратуры и процессе ее проектирования на большее число уровней. Так, при разработт цифровой аппаратуры уровень функциональных схем разбивается не подуровни проектирования логических и регистровых схем, прг проектировании структурных схем можно выделить подуровнг проектирования структурных схем отдельных вычислительных машин ъ структурных схем вычислительных систем и сетей.
Конструкторская иерархия не всегда совпадает с функциональной например в конструкциях вычислительных машин различают следующие иерархические уровни:
1) объект конструирования -- стойка, состоящая из рам и дополнительных устройств типа блоков питания и систел охлаждения;
2) конструирование рамы, состоящей из панелей;
3) конструирование панели, состоящей из типовых элементов замены (ТЭ1 ов);
4) конструирование ТЭЗ а (элементами этого уровня оказываются модули) [24].
В качестве следующего примера блочно-иерархического подхода ь проектированию можуо привести структуру АСТхПП-производства. В некоторых случаях проектирование технологических процессов тесно связано с конструкторским проектированием, поэтому иерархия проектирования технологических процессов аналогична конструкторской иерархия. Однако чаще АСТхПП достаточно самостоятельны, при этом в проектировании технологических процессов различают следующие основные иерархические уровни:
1) маршрутная технология;
2) операционная технология;
3) инструмент и оснастка.
По ЕСКД установлена иерархия изделий машиностроения, включающая уровни:
1) детали;
2) сборочные единицы;
3) комплексы;
4) комплекты (например, зубчатое колесо, вал, шпонка--детали, входящие в редуктор; редуктор -- сборочная единица, которая в свою очередь является элементом станка; станок -- сборочная единица более высокого иерархического уровня, станок может оказаться элементом комплекса станков -- поточной линии).
При проектировании оптических систем можно выделить по крайней мере три иерархических уровня разработки. На высшем уровне -- уровне А -- устанавливается структурная,схема, т. е. определяется количество узлов системы, их взаимное расположение, ориентировочные размеры и фокусные расстояния (этот уровень принято называть габаритным расчетом). На среднем уровне Б осуществляется конструирование узлов; на. низшем уровне В проектируются элементы узлов--линзы, зеркала и т.п.
Иерархия рассмотрения и разработки существует и при проектировании вычислительных процессов. Здесь выделяют следующие уровни:
1) разработка состава модулей, информационных связей между ними, структуры информационных массивов, т. е. разработка укрупненной блок-схемы программного комплекса;
2) разработка структурных схем отдельных модулей;
3) запись каждого блока на выбранном языке программирования
Рис. 5. Иерархические уровни проектирования цифровой аппаратуры
Блочно-иерархическое представление об объекте проектирования можно назвать расчленением на горизонтальные уровни. Так, на рис.5 горизонтальными уровнями являются уровень ЛЭ, уровень ФУ и т. д. В свою очередь на горизонтальных уровнях можно выделить задачи проектирования схем, конструкций, технологии. Совокупность задач проектирования схем часто называют функциональным уровнем проектирования, совокупность задач конструирования -- конструкторским уровнем проектирования и совокупность технологических задач -- технологическим уровнем проектирования. Каждый из этих уровней охватывает соответствующие задачи со всех или большинства горизонтальных уровней и естественно их называть вертикальными уровнями.
Рис. 6. Схема процесса проектирования на очередном иерархическом уровне
Контрольные вопросы
1. Блочно-иерархический подход к проектированию систем автоматики. [Л2, 10-13].
2. Расскажите о преимуществах и недостатков блочно-иерархического подхода. [Л2, 10-11].
3. На каких уровнях может быть достигнута оптимальность при бл очно-иерархическом подход? [Л2, 10-11].
4. Какие тенденции делают автоматизацию проектирования систем автоматически насущной необходимостью? [Л2, 10-11].
5. Какое отличие имеется при применении САПР от традиционных методов? [Л2, 10-12].
6. Какова деления на иерархические уровни систем автоматики? [Л2, 10-13].
7. Приведите примерй блочно-иерархического подхода к проектированию сложных систем. [Л2, 10-13].
8. Расскажите о горизонтальных и вертикальных уровней блочно-иерархическом представление об объекте проектирования. [Л2, 10-13].
Лекция 3. Функциональные схемы систем автоматизации
3.1 Техника чтения условных обозначений
Рассмотрим технику чтения условных обозначений наиболее часто встречающихся приборов и средств автоматики, устанавливаемых по месту и на щитах [4,9].
На рис. 2.1 приведены условные обозначения приборов для измерения и регулирования температуры. Как их прочитать? О том, что на рис. 2.1 а изображен первичный из мерительный преобразователь (чувствительный элемент) для измерения температуры, установленный по месту, например термоэлектрический преобразователь (термопара), термопреобразователь сопротивления (термометр сопротивления), термобаллон манометрического термометра и т. п, указывает: во-первых, окружность без горизонтальной линии внутри (первичный измерительный преобразователь или прибор, установленный по месту согласно табл. 7); во-вторых, первая буква Т, обозначающая, что измеряемый параметр -- температура, и вторая буква Е, обозначающая, что это чувствительный элемент. Таким образом, это условное обозначение передает необходимый объем информации в общем виде.
Рис.2.1. Приборы для измерения и регулирования температуры
Буква I в обозначении прибора для измерения температуры (рис. 9, б) говорит о том, что изображен показывающий прибор. Обозначения приборов, приведенных на рис. 9, в, расшифровывается так: оба прибора установлены на щите (горизонтальная черта внутри окружности), оба регистрируют R температуру Т, а второй прибор еще и регулирует С.
Регулятор температуры бесшкальный, установленный по месту, изображен на рис. 9, г слева. Вторая буква С обозначает, что это регулятор.
Правое обозначение свидетельствует, что это измерительный комплект температуры Т, регистрирующий R, регулирующий С, со станцией управления К.. Это может быть, например, вторичный прибор и регулирующий блок системы «Старт». Температурное реле изображено на рис. 9, д: Т--температура; S--контактное устройство (включение, отключение, переключение).
Подобные документы
Построение современных систем автоматизации технологических процессов. Перечень контролируемых и регулируемых параметров установки приготовления сиропа. Разработка функциональной схемы автоматизации. Технические характеристики объекта автоматизации.
курсовая работа [836,2 K], добавлен 23.09.2014Разработка технологического процесса изготовления детали. Выбор метода получения заготовки и режимов резания. Проектирование автоматической линии. Синтез принципиальной схемы бесконтактного логического управляющего устройства промышленной автоматики.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 17.06.2011Понятие автоматизации, ее основные цели и задачи, преимущества и недостатки. Основа автоматизации технологических процессов. Составные части автоматизированной системы управления технологическим процессом. Виды автоматизированной системы управления.
реферат [16,9 K], добавлен 06.06.2011Порядок поверки, калибровки и аттестации приборов. Прикладные функции управления технологическим процессом. Схема автоматического регулирования соотношения дутьё-газ доменной печи. Контроль качества и анализ характеристик надежности систем автоматизации.
отчет по практике [317,5 K], добавлен 21.04.2016Основные определения процесса проектирования, его системы, стадии и этапы. Системы автоматизации подготовки производства, управления производством, технической подготовки производства, оценка их практической эффективности. Структура и разновидности САПР.
курсовая работа [109,4 K], добавлен 21.12.2010Краткое описание технологического процесса. Описание схемы автоматизации с обоснованием выбора приборов и технических средств. Сводная спецификация на выбранные приборы. Системы регулирования отдельных технологических параметров и процессов.
реферат [309,8 K], добавлен 09.02.2005Проектирование систем и изображение средств автоматизации энергетической установки на функциональных схемах. Параметры, регулируемые в холодильных установках. Построение схем автоматизации и регулирования. Предельные рабочие значения регулируемых величин.
реферат [532,0 K], добавлен 21.02.2010Схемы технологических процессов, обеспечивающих контроль и регулирование температуры жидкости и газа. Определение поведения объекта регулирования. Зависимость технологического параметра автоматизации от времени при действии на объект заданного возмущения.
контрольная работа [391,0 K], добавлен 18.11.2015Краткая характеристика объекта автоматизации, основные технические решения, схемы технологических процессов. Структурная схема системы регулирования. Выбор параметров сигнализации. Регулирование расхода мононитронафталина в линии подачи его в нитратор.
контрольная работа [39,5 K], добавлен 22.09.2012Автоматизация процессов тепловой обработки. Схемы автоматизации трубчатых печей. Схема стабилизации технологических величин выпарной установки. Тепловой баланс процесса выпаривания. Автоматизация массообменных процессов. Управление процессом абсорбции.
реферат [80,8 K], добавлен 26.01.2009
