Функциональных схем автоматизации

РАЗРАБОТКА И ОФОРМЛЕНИЕ

ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ СХЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ

Учебно-методическое пособие

Назначение функциональных схем автоматизации

Функциональная схема автоматизации (ФСА) является основным техническим документом, определяющим функционально-блочную структуру отдельных узлов автоматического контроля, управления и регулирования технологического процесса, оснащение объекта управления приборами и средствами автоматизации, а так же служит для отображения технических решений принимаемых при проектировании систем.

Объектом управления в системах автоматизации технологических процессов являются совокупность основного и вспомогательного оборудования, запорные и регулирующие органы, а так же энергия, сырье и других материалы, определяемые особенностями используемых технологий.

При разработке функциональных схем автоматизации технологического процесса необходимо решать следующие задачи:

- 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.

Для решения поставленных задач, процесс разработки функциональной схемы автоматизации необходимо начинать с всестороннего анализа объекта управления, в ходе которого устанавливается назначение, устройство, принцип работы автоматизируемого объекта, определяются его входные, выходные параметры, и возмущающие воздействия.

Функциональная схема автоматизации может разрабатываться на уровне частичной или комплексной автоматизации объекта. Для повышения надежности работы системы управления, на этапе проектирования, должны быть предусмотрены варианты ведения технологического процесса в автоматическом или ручном режимах, а так же возможность переключения между указанными режимами. При этом управление объектом должно быть централизованным и осуществлять из операторских пунктов на основе щитов, пультов, контроллеров.

Местные щиты контроля с контрольно-измерительными и управляющими приборами необходимы в период отладки и запуска технологического процесса.

Щиты, пульты, шкафы управления операторских пунктов с установленными контрольно-измерительными приборами и программируемыми логическими контроллерами, используются для непосредственного наблюдения за параметрами технологического процесса, с возможностью оперативного вмешательства диспетчера в процесс, посредством дистанционного управления исполнительными механизмами.

Таким образом, функциональные задачи автоматизации, как правило, реализуются с помощью технологических средств, включающих в себя:

- отборные устройства;

- средства получения первичной информации;

- средства преобразования и переработки информации;

- средства представления и выдачи информации обслуживающему персоналу.

ФСА должна быть проработана с такой степенью детализации, которая дает не только полное представление о принятых проектных решениях по автоматизации объекта, но и обеспечивает составление заявочных ведомостей на все необходимые приборы и средства автоматизации. К тому же на основании ФСА выполняются остальные чертежи проекта: структурная схема, электрическая схема подключения, монтажная схема и т.д.

В итоге результатом составления функциональных схем является:

- выбор метода измерения технологических параметров;

- выбор основных технических средств автоматизации, наиболее полно отвечающих предъявленным требованиям и условиям работы автоматизируемого объекта;

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

- размещение средств автоматизации на щитах и пультах, на технологическом оборудовании или по месту;

- определение способов представления информации о состоянии технологического процесса и оборудовании.

 

Упрощенный

Способ, при котором, на схеме изображают приборы и средства автоматизации, осуществляющие сложные функции, например, контроль, регулирование, сигнализацию и выполненные в виде отдельных блоков, одним условным обозначением (без выделения входящих в них отдельных технических средств автоматизации и указания места расположения). Средства автоматизации на таких технологических схемах изображаются вблизи отборных и приемных устройств, без построения прямоугольников, условно изображающих щиты, пульты, пункты контроля и управления. На рис.1 представлен пример упрощенного изображения ФСА.

Рис. 1 – Пример выполнения функциональной схемы автоматизации упрощенным способом.

Схема программной САР давления в аппарате ТА-1:

1 – исполнительный механизм; 2 – функциональный узел, обеспечивающий показание,
регистрацию и регулирование давления; 3 – программный задатчик

 

Упрощенный способ прост, но малоинформативен. Его применяют на начальной стадии разработки системы автоматизации.

 

Развернутый способ

При этом способе на схеме изображаются состав и место расположения каждого прибора или блока, входящего в единый измерительный, регулирующий или управляющий комплект средств автоматизации, указанный отдельным условным обозначением, с изображением щитов и пультов управления в виде прямоугольников (как правило, в нижней части чертежа), в которых показываются устанавливаемые на них средства автоматизации (рис.2).

Рис. 2 – Развернутая функциональная схема программной САР давления в аппарате ТА-1:
1-1 – измерительный преобразователь давления; 1-2 – вторичный показывающий и регистрирующий прибор; 1-3 – регулятор;  1-4 – усилитель; 1-5 – исполнительный механизм;
1-6 – программный задатчик давления

 

Преимуществом этого способа является большая наглядность, в значительной степени облегчающая чтение схемы и работу с проектными материалами.

Связи между приборами изображают вертикальными и горизонтальными линиями. Для сложенных ФСА используют адресный метод изображения связей между приборами: соединительные линии разрывают и на их концах записывают адрес – одну и ту же арабскую цифру. На линиях связи первичных преобразователей с отборными устройствами (точками отбора) указывают предельные значения измеряемых величин.

На развернутых ФСА используют при необходимости обозначения дополнительных функциональных признаков приборов, сигналов и операций с сигналами.

В проектах автоматизации представляют ФСА, выполненные развернутым способом.

Перечень технических средств автоматизации представляется на ФСА в виде таблицы, размещаемой на свободном поле чертежа, либо в пояснительной записке проекта.

Выбор технических средств автоматизации осуществляется в два этапа. На первом этапе на основе заданных требований к системе автоматизации составляется перечень всех отечественных и зарубежных технических средств автоматизации с краткой их технической характеристикой, используя справочники, каталоги отечественных и зарубежных производителей и периодические журналы, Интернет-ресурсы.

На втором этапе путем детального анализа стоимостных, метрологических и эксплуатационных характеристик отобранных на первом этапе средств автоматизации выбирают те технические средства, которые будут использованы в разрабатываемой системе автоматизации. Результаты выбора технических средств автоматизации представляются в виде табл. 6.1.

Таблица 6.1 - Спецификация технических средств системы автоматизации

Обозначение узла	Функции, выполняемые узлом	Позиционное обозначение элемента на ФСА	Наименование, тип элемента. Основные технические данные	Место установки элемента
FIRC 1	Измерение, регистрация и регулирование расхода воды	1-1	Диафрагма ДБ 6-200: Dу = 400; Ру = 0,6 МПа	Трубопровод
		1-2	Преобразователь САПФИР 22ДД: - перепад давления 0,16 МПа; - класс точности – 1	По месту

 

Понятие «узел» в табл.6.1 означает функциональную группу приборов и средств автоматизации – совокупность элементов, выполняющую определенные функции в системе автоматизации, а понятие «элемент» – конструктивно обособленную часть узла или системы.

Ниже изложенные требования по изображению технологического оборудования и коммуникация, линий связи, позиционному обозначению в равной степени применимы для обоих способов выполнения ФСА.

 

Графическое обозначение

На функциональной схеме автоматизации все приборы, средства автоматизации и управления необходимые для оснащения проектируемого объекта изображаются условными графическими и буквенными обозначениями в соответствии с ГОСТ 21.208-2013 [1], ГОСТ 21.408-2013 [2].

Буквенное обозначение

Для более полного обозначения прибора или средства автоматизации в его условное графическое обозначение в виде круга вписывается буквенное обозначение, которое дополнительно дает информацию об: измеряемой величине и функциях, выполняемых прибором; о преобразовании сигналов и формировании выходных воздействий.

Для обозначения измеряемых величин и функциональных признаков приборов приняты прописные буквы латинского алфавита (табл.2 ГОСТ 21.208-2013). При отсутствии необходимых буквенных обозначений для этих целей используют резервные буквы (C, D, G, M, N,O).

Изображение линий связи

Линии связи между приборами и контурами контроля и управления, в том числе линии беспроводной связи изображаются на схемах условными графическими обозначениями, приведенные в таблице 4, согласно требованиям, изложенным в ГОСТ 21.408-2013.

К условным обозначениям приборов и средств автоматизации для входных и выходных сигналов линии связи допускается подводить с любой стороны (сверху, сбоку, снизу).

Таблица 4 – Условные графические обозначения линий согласно ГОСТ 21.408-2013

Наименование	Обозначение
Связь с технологическим процессом, импульсная трубная линия
Линия передачи электронного или электрического аналогового, цифрового или дискретного сигнала
Линия передачи электронного или электрического аналогового, цифрового или дискретного сигнала искробезопасная
Линия внутрисистемной связи (Ehernet и др.)
Волоконно-оптическая линия связи
Беспроводная линия связи или: электромагнитные сигналы, свет, радиация, радио, звук и т.д. Варианты обозначения «а», «б» - по выбору исполнителя	а) б)

 

Линии связи должны наноситься на чертежи по кратчайшему расстоянию и проводиться с минимальным числом изгибов и пересечений.

При этом допускается пересечение линиями связи изображений технологического оборудования и коммуникаций.

Пересечение линиями связи условных обозначений приборов и средств автоматизации не допускается.

При необходимости указания направления передача сигнала на линиях связи допускается наносить стрелки.

 

 

Примеры выполнения функциональных схем автоматизации

 

Регистрация и сигнализация температуры (TRА)

 

1-1 Термоэлектрический преобразователь типа ТХА (применяется для измерения температуры газообразных и жидких химически агрессивных и неагрессивных сред, не разрушающих защитную арматуру).

1-2 Преобразователь термоЭДС в стандартный (унифицированный) токовый сигнал 0…5 мА.

1-3 Регистрация (на шкале или индикаторе текущего значения параметра) и сигнализация факта выхода контролируемого параметра (температуры) за допустимые пределы.

 

Регистрация, сигнализация (TRА) и регулирование (ТС) температуры

2-1 Термоэлектрический преобразователь типа ТХА (предназначен для измерения температуры во взрывоопасных зонах, в нейтральных и агрессивных средах, не разрушающих защитную арматуру), с унифицированным выходным сигналом 4-20 мА.

Чувствительный элемент данного первичного преобразователя и встроенный в головку датчика измерительный преобразователь преобразует измеряемую температуру в унифицированный выходной сигнал постоянного тока, что дает возможность построения АСУТП без применения дополнительных нормирующих преобразователей.

2-2 идентичен 1-3.

2-3 Регулирующий блок (регулятор).

2-4 Исполнительное устройство (запорно-регулирующий клапан с электрическим исполнительным механизмом).

Регистрация и сигнализация давления газа в трубопроводе (PRА)

 

3-1 Первичный передающий преобразователь избыточного давления нейтральных и агрессивных сред со стандартным токовым выходом 0…5 мА.

3-2 идентичен 1-3.

 

Регистрация, сигнализация и регулирование давления (PRKА, PC)

 

4-1 Первичный преобразователь давления.

4-2 идентичен 1-3 с дополнительной функцией управления по временной программе.

4-3 Регулирующий блок (регулятор).

4-4 Исполнительное устройство (запорно-регулирующий клапан с электрическим исполнительным механизмом).

 

Регистрация, сигнализация и регулирование расхода (FRА, FC)

 

5-1 Диафрагма (сужающее устройство).

5-2 Преобразователь.

5-3 идентичен 1-3.

5-4 Регулирующий блок (регулятор).

5-5 Мембранное исполнительное устройство (клапан регулирующий).

Регистрация, сигнализация и регулирование уровня (LRА, LC)

7-1 Передающий преобразователь уровня измерительный буйковый.

В зависимости от среды, которая может и бывает агрессивной, от необходимой точности измерений выбирают следующие уровнемеры:

- буйковые и поплавковые – для измерения уровня неагрессивных сред;

- ультразвуковые – для уровня в резервуарах, при отсутствии излишней запыленности и при однородном характере среды, где применение поплавковых и буйковых уровнемеров невозможно;

- радарные – во всех остальных случаях.

7-2 идентичен 1-3.

7-3 Регулирующее устройство.

7-4 Исполнительное устройство.

 

 

Приложение 1

Примеры построения условных обозначений приборов

И средств автоматизации

 

Продолжение приложения 1

Продолжение приложения 1

Продолжение приложения 1

Окончание приложения 1

 

Список рекомендуемой литературы

 

1. ГОСТ 21.208-2013 Система проектной документации для строительства. Автоматизация технологических процессов. Обозначения условные приборов и средств автоматизации в схемах.

2. ГОСТ 21.408-2013 Система проектной документации для строительства. Правила выполнения рабочей документации автоматизации технологических процессов.

3. Проектирование систем автоматизации технологических процессов / под ред. А. С. Клюева. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 464 с.

4. Техника чтения схем автоматического управления и технологического контроля / под ред. А. С. Клюева. – М.: Энергоатомиздат, 1991. – 432 с.

5. Веб-сайт Internet по промышленным компьютерам и контроллерам:

http://www.ipc2u.ru

6. Веб-сайт Internet по программируемым контроллерам ТЕКОН:

http://www.tecon.ru

7. Веб-сайт Internet по программируемым контроллерам ОВЕН:

http://www.owen.ru

8. Веб-сайт Internet по контрольно-измерительной технике ПРАКТИК-НЦ:

http://www.pnc.ru

9. Веб-сайт Internet по контрольно-измерительным приборам KROHNE:

https://ru.krohne.com/ru 

10. Веб-сайт Internet по контрольно-измерительным приборам JUMO:

http://www.jumo.ru

11. Веб-сайт Internet по регуляторам, пневматическим и электрическим измерительным и регулирующим приборам SASON:

http://www.samson.ru

12. Веб-сайт Internet по приборам для измерения и учета расхода жидкостей и газов, уровня различных сред ВЗЛЕТ:

http://www.vzljot.ru

13. Промышленная группа Метран: https://www.emerson.ru/ru-ru/automation/measurement-instrumentation/metran

РАЗРАБОТКА И ОФОРМЛЕНИЕ

ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ СХЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ

Учебно-методическое пособие