9 Принципы разработки схем автоматизации технологических процессов

Состав схем автоматизации процессов. Правила выполнения схем. Принципы построения условных обозначений элементов автоматики. ГОСТ на буквенные и графические обозначения приборов и их функциональных признаков.

Общие положения

Автоматизацию технологического процесса следует внедрять поэтапно, начиная с разработки схем автоматизации процессов.

Автоматический контроль и управление технологическими процессами должны улучшать их технико-экономические показатели. Эффективность автоматизации в каждом отдельном случае определяется конкретно расчетами с учетом индивидуальных особенностей автоматизируемого процесса, но существует ряд общих требований, которым должна удовлетворять любая система автоматизации и которые следует учитывать при разработке схем автоматизации. К этим требованиям следует отнести:

• максимальная простота, т.е. минимальное в пределах технической и экономической целесообразности количество функций, выполняемых системой, и минимальное количество машин, приборов, устройств и соединительных проводов, входящих в систему;

• гибкость, т.е. простой и быстрый переход от автоматического управления к ручному и наоборот, возможность управления из нескольких мест;

• четкость действия, как при нормальных, так и аварийных режимах, любое повреждение в системе не должно сопровождаться дальнейшим развитием аварии;

• использование типовых средств сбора, передачи и переработки информации, типовых регуляторов, выпускаемых в достаточно широком ассортименте приборостроительной промышленностью.

Кроме того, исходя из требований работоспособности и качества регулирования, автоматические системы регулирования , входящие в схемы автоматизации, должны:

• обладать устойчивостью, т.е. способностью возвращаться в положение равновесия после прекращения действия причин, выведших систему из этого состояния;

• иметь ошибки воспроизведения управляющих воздействий или отклонение регулируемых величин из-за действия возмущений не больше допустимых значений;

• не иметь большую ошибку по регулируемой величине, когда это связано требованиями технологического процесса;

• иметь оптимальный переходный процесс в течение времени регулирования;

• обладать наибольшим отклонением регулируемой величины от заданной в ходе процесса не более некоторой допустимой, зависящей от технологических особенностей процесса.

Если переходный процесс в системе имеет колебательный характер, то могут предъявляться требования по ограничению амплитуды или частоты колебаний.

Схемы автоматизации технологических процессов являются основными техническими документами, определяющими структуру и объем автоматизации промышленных объектов и являющимися исходными данными для проектирования систем управления.

.Схемы автоматизации включают технологическую схему, содержащую основные технологические аппараты и машины, изображенную в упрощенном варианте и расположенную в верхней части листа, и средства автоматизации, входящие в состав систем контроля, регулирования, которые обозначаются с помощью условных графических обозначений и линий связи.

Проектируемые схемы автоматизации должны учитывать требования технологии и ее особенности, поэтому в разработке их обязательно должны принимать участие технологи-обогатители. Это подчеркивает важность данного раздела для студентов-обогатителей.

Правила выполнения и чтение схем автоматизации

При автоматизации технологических процессов используется большая группа приборов и средств автоматизации, с помощью которых осуществляют измерение, регулирование, управление и сигнализацию. При разработке схем автоматизации целесообразно обозначать элементы автоматики символически.

Ранее для изображения схем автоматизации технологических процессов (их называли функциональными схемами автоматизации) использовали ОСТ 36-27-77. В настоящее время применяют обозначения, установленные ГОСТ 21.404- 85 "Обозначения условные приборов и средств автоматизации в схемах", основные обозначения приведены в табл. 9.1.

Для всех постоянно подключенных приборов отборное устройство изображают сплошной тонкой линией, соединяющей технологический трубопровод или аппарат с прибором (рис. 9.1, а). Когда требуется указать конкретное место расположения отборного устройства (внутри контура технологического аппарата), его обозначают кружком диаметром 2 мм (рис. 9.1, б).

Часто возникает необходимость на схемах автоматизации вводить условные графические обозначения электроаппаратуры (сигнальные лампы, звонки, сирены, гудки, электродвигатели и т.д.), которые должны соответствовать стандартам ЕСКД.

Для полного обозначения прибора или средства автоматизации на схемах в его условное графическое обозначение в виде круга или овала вписывают условное буквенное обозначение, определяющее назначение, выполняемые функции и особенности работы средств автоматизации.

Функции, выполняемые прибором, обозначают с помощью букв (табл .9.2).

В стандарте предусмотрены дополнительные буквенные обозначения, применяемые для указания функциональных дополнительных признаков приборов, преобразователей и вычислительных устройств (табл. 9.3).

Табл. 9.1 Условные графические обозначения приборов и средств автоматизации

В таблице 9.4 приведены основные буквенные обозначения измеряемых величин. Эти буквы в условном обозначении приборов и средств автоматизации стоят первыми.

Общий принцип построения условного обозначения прибора автоматики показан на рис. 9.2.

В соответствии с ГОСТ 21 404-85, построение условных обозначений приборов и средств автоматизации можно выполнить двумя способами: упрощенным и развернутым.

Табл. 9.2 Буквенные условные обозначения функций, выполняемые прибором

Табл. 9.3 Дополнительные буквенные обозначения функциональных признаков приборов

Упрощенный способ построения изображений приборов и средств автоматизации, осуществляющих сложные функций (измерение, регулирование, сигнализация) и выполненных в виде отдельных блоков, заключается в изображении таких приборов одним условным обозначением. При этом первичные измерительные преобразователи и вспомогательную аппаратуру не изображают.

Табл. 9.4 Основные буквенные обозначения измеряемых величин

При развернутом методе построения условных изображений каждый прибор, блок, входящий, регулирующий или управляющий комплект средств автоматизации, изображают отдельным условным обозначением.

Пример фрагмента схемы автоматизации при различных методах построения показан на рис. 9.3.

На схеме "а" все элементы системы контроля и регулирования уровня условно собраны в единый элемент (LIRC), на схеме "б" показаны чувствительный элемент первичного датчика уровня с преобразователем и дистанционной передачей показаний (LEТ), регистрирующий вторичный прибор (LIR), регулятор уровня (LC) и задатчик (H). Здесь первичный датчик уровня (LET) располагается по месту (на объекте), а нижние приборы – на пульте (на приборах показан горизонтальный диаметр).

Подвод линии связи к прибору осуществляют в любой точке графического обозначения (сверху, снизу, сбоку). Если необходимо указать направление передачи сигнала, то на линии связи наносят стрелки.

Таким образом, условные обозначения приборов и средств автоматизации, применяемые в схемах автоматизации, включают графические, буквенные и цифровые обозначения (на рис. 8.3 цифровые обозначения позиции приборов не показаны). При этом в верхнюю часть графического изображения (круг, овал) вписывают буквенное обозначение измеряемой величины и функционального признака прибора, определяющего его значение, а в нижнюю часть вписывают позиционное обозначение прибора или комплекта средств автоматизации.

В условном буквенном обозначении принят следующий порядок расположения букв: основное обозначение измеряемой величины; обоз­начение функциональных признаков прибора.

В системах автоматического контроля, регулирования и управления широко используют устройства ручного управления: ключи управления для выбора рода работы системы (автоматическое, ручное, выключено), кнопки ("Больше", "Меньше"), переключатели, задатчики и т.п. Буквенные обозначения таких устройств, выполненных в виде блоков и предназначенных для ручных операций, независимо от того, в состав какого компонента они входят, должны начинаться с буквы Н. В табл. 9.5 приведены примеры условных обозначений таких устройств.

В табл. 9.6 показаны примеры построения и чтения условных обозначений приборов для контроля различных технологических параметров.

Табл. 9.5 Условные обозначения устройств ручного управления

Табл. 9.6 Примеры обозначений приборов контроля параметров

Особенности выполнения и чтения схем автоматизации

В верхней части поля чертежа изображают технологическое оборудование и коммуникации в упрощенном виде, без указания технологических аппаратов и трубопроводов вспомогательного назначения. На технологических трубопроводах показывают ту регулирующую и запорную арматуру, которая непосредственно участвует в контроле и управлении процессом. Технологические аппараты и трубопроводы на схеме автоматизации изображают в соответствии с требованиями стандартов.

Если автоматизируемый узел содержит несколько однотипных машин, то на схеме показывается одна машина.

Приборы, средства автоматизации на схемах автоматизации технологических процессов показывают по ГОСТ 21.404-85.

Щиты и пульты систем контроля и регулирования технологических процессов изображают на схемах в нижней части поля чертежа в виде прямоугольников, размеры которых определяются местом, необходимым для изображения в них условных графических обозначений приборов и средств автоматизации, устанавливаемых на них.

Управляющие машины и машины централизованного контроля (при их наличии) изображают также в виде прямоугольников и располагают на поле чертежа ниже изображения щитов.

Рекомендуется следующая последовательность разработки схемы автоматизации:

1. Тщательно изучается технологическая схема автоматизируемого узла.

2. Определяются основные объекты контроля и регулирования.

3. В каждом объекте выделяются технологические факторы, которые необходимо только контролировать.

4. Выбрать способы контроля технологических факторов (непрерывный, дискретный, с сигнализацией верхнего или нижнего значения, способ сигнализации пр.).

5. Определяются факторы, которые необходимо регулировать (стабилизировать).

6. Для каждого регулируемого фактора выбрать входной канал управления, т.е. определить, варьирование какого параметра наиболее эффективно приведет к изменению регулируемого фактора.

Контрольные вопросы

1. Сформулируйте общие требования к системам автоматизации.

2. Приведите состав схемы автоматизации процессов и основные правила ее выполнения.

3. Разработайте схему автоматизации объекта, где выходными параметрами являются уровень и плотность суспензии.

4. Разработайте упрощенную схему автоматизации теплотех-нического объекта (выходные параметры – температура и разряжение в обїекте).

Литература к теме: [2], [3], [4]