Теоретичні відомості

Функціональні схеми є основним технічним документом, що визначає функціонально-блокову структуру окремих вузлів автоматичного контролю, керування і регулювання технологічного процесу й оснащення об'єкта керування приладами і засобами автоматизації (у тому числі засобами телемеханіки й обчислювальної техніки).

Об'єктом керування в системах автоматизації технологічних процесів є сукупність основного і допоміжного устаткування разом з вбудованими в нього запірними і регулювальними органами, а також енергії, сировини й інших матеріалів, обумовлених особливостями використовуваної технології.

Технологічне устаткування і комунікації при розробці функціональних схем повинні зображуватися, як правило, спрощено, без вказівки окремих технологічних апаратів і трубопроводів допоміжного призначення. Однак зображена в такий спосіб технологічна схема повинна давати ясне представлення про принцип її роботи і взаємодії з засобами автоматизації.

На технологічних трубопроводах звичайно показують ту регулюючу і запірну арматуру, що безпосередньо бере участь у контролі і керуванні процесом, а також запірні і регулювальні органи, необхідні для визначення відносного розташування місць відбору імпульсів чи пояснюючі необхідність вимірювань.

Технологічні апарати і трубопроводи допоміжного призначення показують тільки у випадках, коли вони механічно з'єднуються чи взаємодіють із засобами автоматизації. В окремих випадках деякі елементи технологічного устаткування допускається зображувати на функціональних схемах у виді прямокутників із вказівкою найменування цих елементів або не показувати взагалі.

Біля датчиків, відбірних, прийомних і інших подібних по призначенню пристроїв варто вказувати найменування того технологічного устаткування, до якого вони відносяться.

Технологічні комунікації і трубопроводи рідини і газу зображують умовними позначками відповідно до ДСТ 2.784-70, приведеними в табл. 3.1.

Для більш детальної вказівки характеру середовища до цифрового позначення може додаватися буквений індекс, наприклад вода чиста - 1ч, пара перегріта - 2п, пара насичена - 2н и т. п. Умовні числові позначення трубопроводів варто проставляти через відстані не менш 50 мм.

Деталі трубопроводів, арматура, теплотехнічні і санітарно-технічні пристрої й апаратура показуються умовними позначками за ДСТ 2.785—70 і стандартам СПДС.

Таблиця 1. Умовні цифрові позначення трубопроводів для рідин і газів за ДСТ 2.784-70

Для рідин і газів, не передбачених табл. 1, допускається використовувати для позначення інші цифри, але обов'язково з необхідними поясненнями нових умовних позначок.

Якщо позначення трубопроводів на технологічних кресленнях не стандартизовані, то на функціональних схемах автоматизації варто застосовувати умовні позначки, прийняті в технологічних схемах.

У зображення технологічного устаткування, окремих його елементів і трубопроводів варто давати відповідні написи, що пояснюють, (найменування технологічного устаткування, його номер, якщо такий мається, і ін.), а також вказувати стрілками напрямок потоків. Окремі агрегати й установки технологічного устаткування можна зображувати відірваними один від одного з відповідними вказівками на їхній взаємозв'язок.

На трубопроводах, на яких передбачається установка відбірних пристроїв і регулювальних органів, вказують діаметри умовних проходів.

Вимоги до оформлення і приклади виконання функціональних схем. Функціональна схема виконується у виді креслення, на якому схематично умовними зображеннями показують: технологічне устаткування, комунікації, органи керування і засоби автоматизації з вказівкою зв'язків між технологічним устаткуванням і засобами автоматизації, а також зв'язків між окремими функціональними блоками й елементами автоматики.

Функціональні схеми автоматизації можуть розроблятися з більшим чи меншим ступенем деталізації. Однак обсяг інформації, представлений на схемі, повинний забезпечити повне представлення про прийняті основні рішення по автоматизації даного технологічного процесу і можливість складання на стадії проекту заявочних відомостей приладів і засобів автоматизації, трубопровідної арматури, щитів і пультів, основних монтажних матеріалів і виробів, а на стадії робочого проекту — всього комплексу проектних матеріалів, передбачених у складі проекту.

Функціональну схему автоматизації виконують, як правило, на одному листі, на якому зображують засоби автоматизації й апаратуру всіх систем контролю, регулювання, керування і сигналізації, що відноситься до даної технологічної установки. Допоміжні пристрої, такі як редуктори і фільтри для повітря, джерела живлення, реле, автомати, вимикачі і запобіжники в ланцюгах живлення, сполучні коробки й інші пристрої і монтажні елементи, на функціональних схемах не показують.

Складні технологічні схеми рекомендується розділяти на окремі технологічні вузли і виконувати функціональні схеми цих вузлів у виді окремих креслень на декількох аркушах чи на одному.

Не передбачені стандартами умовні позначення прийняті у даній функціональній схемі, розташовують у вигляді таблиці над основним написом, по його ширині зверху вниз, на першому листі креслення, при необхідності ці таблиці можна виконувати на окремих аркушах.

Пояснювальний текст розташовують звичайно над таблицею умовних позначок (чи над основним написом) чи в іншім вільному місці.

Контури технологічного устаткування на функціональних схемах рекомендується виконувати лініями товщиною 0,6—1,5 мм, трубопровідні комунікації 0,6—1,5 мм, прилади і засоби автоматизації 0,5—0,6 мм, лінії зв'язку 0,2—0,3 мм, прямокутники, що зображують щити і пульти, 0,6-1,5 мм.

При виконанні функціональних схем обома способами з зображенням приладів за ДСТ 21 404—85 відібраний пристрій для всіх постійно підключених приладів не має спеціального позначення, а являє собою тонку суцільну лінію, що з'єднує технологічний трубопровід чи апарат з первинним вимірювальним перетворювачем чи приладом.

При необхідності вказівки точного місця розташування відібраного пристрою чи точки виміру (всередині контуру технологічного апарата) наприкінці тонкої лінії зображується окружність діаметром 2 мм.

Допускається запірну і регулюючу арматуру (наприклад, засувки, заслінки, шибери, що направляють апарати і т.п.), що бере участь у системах автоматизації і замовленій по технологічній частині проекту, зображувати на функціональних схемах відповідно до діючого стандарту.

Підведення ліній зв'язку до символу приладу допускається зображувати в будь-якій точці кола (зверху, знизу, збоку).

При необхідності вказівки напрямку передачі сигналу на лініях зв'язку допускається наносити стрілки.

Зображення засобів вимірювання і автоматизації Прилади, засоби автоматизації, електричні пристрої й елементи обчислювальної техніки на функціональних схемах автоматизації показуються відповідно до ДСТ 21.404—85 і галузевими нормативними документами.

При відсутності в стандартах необхідних зображень дозволяється застосовувати нестандартні зображення, які варто виконувати на підставі характерних ознак зображуваних пристроїв. ДСТ 21.404—85 передбачає систему побудови графічних і буквених умовних позначок по функціональних ознаках (табл. 2).

У стандарті встановлені два способи побудови умовних позначок: спрощений і розгорнутий.

Розгорнутий спосіб побудови умовних графічних позначень може бути виконаний шляхом комбінованого застосування основних і додаткових позначень.

Складні прилади, що виконують кілька функцій, допускається зображати декількома колами, що примикають одне до одного. Методика побудови графічних умовних позначень для спрощеного і розгорнутого способів є загальної.

У верхній частині кола наносяться літерні позначення вимірюваної величини і функціональної ознаки приладу.

У нижній частині кола наноситься позиційне позначення (цифрове чи буквено-цифрове), що служить для нумерації комплекту вимірювання чи регулювання (при спрощеному способі побудови умовних позначень) чи окремих елементів комплекту (при розгорнутому способі побудови умовних позначок).

Порядок розташування літерних позначень у верхній частині (зліва на право) наступний:

• позначення основної вимірюваної величини;

• позначення, що уточнює (якщо необхідно) основну вимірювану величину; позначення функціональної ознаки приладу.

Функціональні ознаки (якщо їх декілька в одному приладі) також розташовуються у визначеному порядку.

Приклад побудови умовного позначення приладу для виміру, реєстрації й автоматичного регулювання перепаду тиску приведений на рис. 1.

При побудові умовних позначень приладів варто вказувати не всі функціональні ознаки приладу, а лише ті, котрі використовуються в даній схемі. Так, при позначенні показуючих і самописних приладів (якщо функція «покази» не використовується) варто писати TR замість TIR, PR замість PIR і т.п.

При побудові умовного позначення сигналізатора рівня, блок сигналізації якого є безшкальним приладом і має контактний пристрій з вбудованими сигнальними лампами, варто писати:

Рис. 1. Приклад побудови умовного позначення приладу для вимірювання, реєстрації і автоматичного регулювання перепаду тиску

а) LS — якщо прилад використовується тільки для дистанційної сигналізації відхилення рівня, вмикання, вимикання насоса, блокувань і т.д.;

б) LA — якщо використовуються тільки сигнальні лампочки самого приладу;

в) LSA — якщо використовуються обидві функції відповідно до а) і б);

г) LC — якщо прилад використовується для позиційного регулювання рівня.

Умовні графічні позначення на схемах повинні виконуватися лініями товщиною 0,5—0,6 мм. Горизонтальна розділювальна лінія всередині позначення і лінії зв'язку повинні виконуватися лініями товщиною 0,2—0,3 мм.

В обґрунтованих випадках (наприклад, при позиційних позначеннях, що складаються з великого числа знаків) для позначення первинних перетворювачів і приладів допускається замість кола застосовувати позначення у виді еліпса.

При використанні умовних позначень за ДСТ 21.404—85 необхідно керуватися наступними правилами:

1) буква А застосовується для позначення функції сигналізації при спрощеному способі побудови умовних позначень, а також при розгорнутому способі, коли для сигналізації використовуються лампи, вбудовані в сам прилад. У всіх інших випадках для позначення контактного пристрою приладу застосовується буква S і при необхідності символ ламп, гудка, дзвоника.

Сигналізуючі граничні значення вимірюваних величин варто конкретизувати додаванням букв Н і L. Ці букви наносяться поза графічним позначенням, праворуч від нього.

Букву S не слід застосовувати для позначення функції регулювання (в тому числі позиційного);

2) для конкретизації вимірюваної величини біля зображення приладу (праворуч від нього) необхідно вказувати найменування чи символ вимірюваної величини, наприклад «напруга», «струм», рН, О₂ і т.д.;

3) при необхідності біля зображення приладу допускається вказувати вид радіоактивності, наприклад -, - чи -випромінювання;

4) буква U може бути використана для позначення приладу, вимірюючого кілька різнорідних величин. Докладна розшифровка вимірюваних величин повинна бути приведена біля приладу чи на полі креслення;

5) для позначення величин, не передбачених даним стандартом, можуть бути використані резервні букви.

Багаторазове застосовувані величини варто позначати однієї і тією же резервною буквою.

Для одноразового чи рідкого застосування може бути використана буква Х. При необхідності застосування резервних літерних позначень вони повинні бути розшифровані на схемі. Не допускається в одній і тій же документації застосування однієї резервної букви для позначення різних величин,

6) для позначення додаткових значень прописні букви D, F, Q допускається заміняти рядковими d, f, q;

7) в окремих випадках, коли позиційне позначення приладу не вміщається в колі, допускається нанесення його поза колом;

8) буква Е застосовується для позначення чутливих елементів, тобто пристроїв, що виконують первинне перетворення. Прикладами первинних перетворювачів є термометри термоелектричні (термопари), термометри опору, датчики пірометрів, звужуючі пристрою витратомірів, датчики індукційних витратомірів і т п.;

9) буква Т означає проміжне перетворення — дистанційну передачу сигналу, її рекомендується застосовувати для позначення приладів з дистанційною передачею показів, наприклад безшкальних манометрів (дифманометрів), манометричних термометрів з дистанційною передачею і т п.

10) буква К застосовується для позначення приладів, що мають станцію керування, тобто перемикач вибору виду керування (автоматичне, ручне);

11) буква Y рекомендується для побудови позначень перетворювачів сигналів і обчислювальних пристроїв;

12) порядок побудови умовних позначень із застосуванням додаткових букв наступний: на першому місці ставиться буква, що позначає вимірювану величину, на другому — одна з додаткових букв Е, Т, К чи Y.

Наприклад, первинні вимірювальні перетворювачі температури (термометри термоелектричні, термометри опору й ін.) позначаються ТЕ первинні вимірювальні перетворювачі витрати (звужуючі пристрої витратомірів, датчики індукційних витратомірів та ін.) — FE; безшкальні манометри з дистанційною передачею показів — РТ; безшкальні витратоміри з дистанційною передачею — FT і т.д.,

13) при застосуванні позначень, що розшифровують вид чи перетворення операції, виконувані обчислювальним пристроєм, наносяться праворуч від графічного зображення приладу;

14) в обґрунтованих випадках щоб уникнути неправильного розуміння схеми допускається замість умовних позначень приводити повне найменування перетворених сигналів. Також рекомендується позначати деякі рідко застосовувані чи специфічні сигнали, наприклад кодовий, часо-імпульсний, число-імпульсний і т.д.;

15) при побудові позначень комплектів засобів автоматизації перша буква в позначенні кожного приладу, що входить у комплект, є найменуванням вимірюваної комплектом величини. Наприклад, у комплекті для вимірювання регулювання температури первинний вимірювальний перетворювач варто позначати ТЕ, вторинний реєструючий прилад - TR, регулюючий блок - ТС і т.п.

Виключення з правил при використанні умовних позначень за ДСТ 21.404—85:

1) всі пристрої, виконані у вигляді окремих блоків і призначені для ручних операцій, повинні мати на першому місці в позначенні букву Н незалежно від того, до складу якого вимірювального комплекту вони входять, наприклад, перемикачі електричних ланцюгів вимірювань (керування), перемикачі газових (повітряних) ліній позначаються HS, байпасні панелі дистанційного керування — НС, кнопки (ключі) для дистанційного керування, задатчики — Н и т. п.;

2) при позначенні комплекту, призначеного для вимірювання декількох різнорідних величин, первинні вимірювальні перетворювачі (датчики) варто позначати у відповідності із вимірюваною величиною, вторинний прилад — UP;

3) в окремих випадках при побудові позначень комплектів, призначених для вимірювання якості непрямим методом, перша буква в позначенні датчика може відрізнятися від першої букви в позначенні вторинного приладу (наприклад, для вимірювання якості продукту користуються методом температурної депресії). Датчиками температури при цьому є термометри опору, вторинним приладом — автоматичний міст. Позначення такого комплекту при розгорнутому способі будуть наступним: датчики — ТЕ, вторинний прилад - QR.

Щити, штативи, пульти керування на функціональних схемах зображуються умовно у вигляді прямокутників довільних розмірів, достатніх для нанесення графічних умовних позначень встановлюваних на них приладів, засобів автоматизації, апаратури керування і сигналізації за ДСТ 21.404-85.

Комплектні пристрої (машини централізованого контролю, керуючі машини, напівкомплекти телемеханіки й ін.) позначаються на функціональних схемах також у вигляді прямокутників.

Функціональні зв'язки між технологічним устаткуванням і встановленими на ньому первинними перетворювачами, а також із засобами автоматизації, встановленими на щитах і пультах, на схемах показуються тонкими суцільними лініями. Кожен зв'язок позначається однією лінією незалежно від фактичного числа проводів чи труб, що здійснюють цей зв'язок. До умовних позначень приладів і засобів автоматизації для вхідних і вихідних сигналів лінії зв'язку допускається підводити з будь-якої сторони, у тому числі збоку і під кутом. Лінії зв'язку повинні наноситися на креслення по найкоротшій відстані і проводитися з мінімальним числом перетинань.

Допускається перетинання лініями звязку зображень технологічного устаткування і комунікацій. Перетинання лініями звязку умовних позначень приладів і засобів автоматизації не допускається.

Позиційні позначення приладів і засобів автоматизації. Всім приладам і засобам автоматизації, зображеним на функціональних схемах, привласнюються позиційні позначення (позиції), що зберігаються у всіх матеріалах проекту.

На стадії проекту позиційні позначення виконують арабськими цифрами відповідно до нумерації і заявочної відомості приладів, засобів автоматизації й електроапаратури.

На стадії робочої документації при одностадійному проектуванні позиційні позначення приладів і засобів автоматизації утворяться з двох частин: позначення арабськими цифрами номера функціональної групи і малих літер російського алфавіту номерів приладів і засобів автоматизації в даній функціональній групі.

Літерні позначення привласнюються кожному елементу функціональної групи в порядку алфавіту в залежності від послідовності проходження сигналу — від пристроїв одержання інформації до пристроїв впливу на керований процес (наприклад, прийомний пристрій — датчик, вторинний перетворювач — задатчик — регулятор — покажчик положення — виконавчий механізм, регулювальний орган).

Позиційні позначення окремих приладів і засобів автоматизації, таких як регулятор прямої дії, манометр, термометр і ін., складаються тільки з порядкового номера.

Позиційні позначення повинні привласнюватися всім елементам функціональних груп, за винятком:

а) відбіркових пристроїв;

б) приладів із засобів автоматизації, що поставляються комплектно з технологічним устаткуванням;

в) регулювальних органів і виконавчих механізмів, що входять у дану систему автоматичного керування, але які замовляються і встановлюваних у технологічних частинах проекту.

Позначення на функціональних схемах електроапаратури на стадії робочої документації чи при одностадійному проектуванні повинні відповідати позначенням, прийнятим у принципових електричних схемах.

При визначенні границь кожної функціональної групи варто враховувати наступну обставину: якщо який-небудь прилад чи регулятор зв'язаний з декількома датчиками чи одержує додаткові впливи під іншим параметром (наприклад, коректуючий сигнал), то всі елементи схеми, що здійснюють додаткові функції, відносяться до тієї функціональної групи, на яку вони здійснюють вплив.

Регулятор співвідношення, зокрема, входить до складу тієї функціональної групи, на яку виявляється основний вплив по незалежному параметру. Те ж відноситься і до прямого цифрового керування, де вхідним ланцюгам контуру регулювання привласнюється та сама позиція.

У системах централізованого контролю з застосуванням обчислювальної техніки, у схемах телевимірювання, у складних схемах автоматичного керування з загальними для різних функціональних груп пристроями всі загальні елементи виносяться в самостійні функціональні групи.

Позиційні позначення у функціональних схемах проставляють поруч з умовними графічними позначеннями приладів і засобів автоматизації (по можливості з правої сторони чи над ними).

Програма роботи

1. По заданій викладачем згідно варіанту принциповій схемі технологічного процесу створити функціональну схему автоматизації за першим та за другим способом розміщення тегнологічних засобів.

2. Описати принцип роботи та склад системи автоматизації.

Порядок виконання роботи

1. Вибрати згідно варіанту з Додатку 1 принципову схему технологічного процесу (варіант схеми вибирається згідно порядкового номера студента у журналі викладача).

2. Створити функціональну схему автоматизації технологічного процесу за першим способом, розмістивши всі засоби автоматизації на щитах і пультах, накресливши її згідно вимог Держстандарту з використовуючи стандартні бібліотеки засобів автоматизації системи “КОМПАС”.

3. Вивести назву та призначення всіх елементів схеми у вигляді специфікації (див. Додаток 3).

4. Створити функціональну схему автоматизації технологічного процесу за другим способом, розмістивши всі засоби автоматизації безпосередньо по місцю встановлення, накресливши її згідно вимог Держстандарту з використовуючи стандартні бібліотеки засобів автоматизації системи “КОМПАС”.

5. Вивести назву та призначення всіх елементів схеми у вигляді специфікації (див. Додаток 3).

6. Результати проектування оформити у вигляді звіту на стандартних аркушах формату А4.

Контрольні запитання

1. Що таке функціональна схема автоматизації.

2. Як зображають технологічне устаткування і комунікації при розробці функціональних.

3. Якими умовними позначками зображують технологічні комунікації і трубопроводи рідини і газу. Наведіть приклад.

4. Вкажіть основні вимоги до оформлення функціональних схем.

5. Назвіть два способи виконання ФСА.

6. Вкажіть основні параметри за якими зображаються на ФСА лінії з’єднань, пристрої автоматизації, щити та пульти та ін.

7. Назвіть основні правила зображення засобів вимірювання і автоматизації на ФСА.

8. Наведіть приклад побудови умовного позначення приладу для вимірювання, реєстрації і автоматичного регулювання перепаду тиску.

9. Якими правилами необхідно керуватися при використанні умовних позначень за ДСТ 21.404—85.

10. Назвіть основні вимоги позиційного позначення приладів і засобів автоматизації.

11. Які існують винятки при позиційному позначенні елементів функціональних груп.

12. Які обставини потрібно враховувати при визначенні границь кожної функціональної групи.