Принципы и способы выполнения функциональных схем автоматизации

Современное развитие всех отраслей промышленности характеризуется большим разнообразием используемых в них технологических процессов. Практически неограниченны условия их функционирования и требования по управлению и автоматизации. Однако, учитывая опыт проектирования систем автоматизации и управления можно сформулировать некоторые общие принципы, которыми следует руководствоваться при разработке функциональных схем автоматизации:

1) Уровень автоматизации должен определяться не только целесообразностью внедрения определённого комплекса технических средств на основе современных научно-технических разработок, но и перспективой модернизации и развития технологического процесса, с возможностью дальнейшего наращивания функций управления.

2) При разработке функциональных схем и выборе комплекса технических средств должны учитываться следующие условия:

- вид и характер технологического процесса;

- условия пожаро- и взрывоопасности;

- агрессивность и токсичность окружающей среды;

-параметры и физико-химические свойства измеряемой среды;

-расстояние от мест установки датчиков, вспомогательных устройств, исполнительных механизмов, приводов машин и запорных органов до пунктов управления и контроля;

- требуемая точность и быстродействие средств автоматизации.

3) Система автоматизации должна строиться на базе серийно выпускаемых средств автоматизации и вычислительной техники. При разработке проектов необходимо стремиться к применению однотипных средств и унифицированных систем для обеспечения простоты их обслуживания, взаимозаменяемости, ремонтопригодности. Использование однотипной аппаратуры дает значительные преимущества при монтаже, наладке, эксплуатации, обеспечения запасными частями и т.д.

4) В качестве измерительных преобразователей, вторичных приборов, регулирующих и исполнительных устройств, следует использовать приборы и средства автоматизации Государственной системы промышленных приборов (ГСП).

5) Выбор энергии (электрической, пневматической или гидравлической) для систем автоматизации должен быть определен условиями технологического процесса, его взрыво- и пожароопасности, агрессивности окружающей среды, а так же условий быстродействия реакции системы, дальности передачи и, усилиям передвижения исполнительных органов и надежностью срабатывания.

6) Количество приборов, аппаратуры управления и сигнализации, устанавливаемой на оперативных щитах и пультах, должно быть ограничено.

Избыток аппаратуры усложняет эксплуатацию, отвлекает внимание обслуживающего персонала от наблюдения за основными приборами, определяющими ход технологического процесса, увеличивает стоимость установки и сроки монтажных и наладочных работ.

Приборы и средства автоматизации вспомогательного назначения целесообразнее размещать на отдельных щитах, располагаемых в производственных помещениях вблизи технологического оборудования.

Перечисленные принципы являются общими, но не исчерпывающими для всех случаев, которые могут встретиться в практике проектирования систем автоматизации технологических процессов. Однако для каждого конкретного случая их следует иметь в виду при реализации технического задания на автоматизацию проектируемого объекта.

Согласно ГОСТ 21.208-2013 применяют два способа выполнения ФСА: упрощенный и развернутый.

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.