Кафедра автоматизации процессов химической промышленности

Кафедра автоматизации процессов химической промышленности

 

А. Ю. Рыченкова, И.В. Рудакова, О.А. Ремизова

 

 

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ ХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ

Методические указания

По курсовому проектированию

 

Санкт-Петербург

 

 

УДК 66.012

 

Рыченкова А. Ю., Рудакова И.В., Ремизова О.А., Проектирование систем автоматизации химических производств: Метод. указания. СПб., СпбГТИ(ТУ), 2001. - 24 с.

В методических указаниях представлена методика выполнения курсового проектирования по разработке функциональных схем автоматизации, подбору приборов и средств автоматизации, заполнения заказной спецификации оборудования.

Методические указания предназначены для студентов химико-технологических специальностей, выполняющих разделы по автоматизации технологических процессов и производств могут быть использованы студентами при выполнении дипломного проектирования и курсовых проектов по дисциплинам “Проектирование, монтаж и эксплуатация систем автоматизации» и “Автоматика и автоматизация производственных процессов”, “Управление химико-технологическими процессами”.

 

Ил. 10, табл. 7, библиогр. 8 назв.

 

 

Рецензент:

 

Утверждено на заседании учебно-методической комиссии факультета информатики и управления дата.

 

Рекомендовано к изданию РИСо СПбГТИ(ТУ).

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение------------------------------------------------------------------------------------------------ 4

1. Рекомендации к разработке функциональной схемы автоматизации технологического процесса--------------------------------------------------------------------------------------------------------- 4

2. Оформления чертежа ФСА------------------------------------------------------------------------ 6

2.1. Правила изображения технологического оборудования и коммуникаций на технологических схемах------------------------------------------------------------------------------------------------- 6

2.2. Правила изображения технических средств автоматизации---------------------------- 8

2.3. Методика оформления и графического выполнения ФСА----------------------------- 12

3. Методика заполнения заказной спецификации
на приборы и средства автоматизации--------------------------------------------------------- 14

4. Состав пояснительной записки------------------------------------------------------------------ 17

Литература-------------------------------------------------------------------------------------------- 20

Приложение 1----------------------------------------------------------------------------------------- 22

Приложение 2----------------------------------------------------------------------------------------- 22

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

В химической промышленности комплексной механизации и автоматизации уделяется большое внимание. Это объясняется сложностью и высокой скоростью протекания технологических процессов, а также их чувствительностью к нарушению режима, вредностью условий работы, взрыво- и пожароопасностью перерабатываемых веществ и т.д.

При создании системы автоматизации технологического процесса одним из основных проектных документов является функциональная схема автоматизации (ФСА). Выполнение ФСА требует знакомства с рядом ГОСТов и руководящих материалов. Разработка студентами при выполнении курсового проекта ФСА носит своей целью практическое ознакомление с принципами составления ФСА, а также знакомство с современным комплексом технических средств.

Состав курсового проекта: чертеж ФСА, выполненный на формате А1 или А2, пояснительная записка и заказная спецификация на используемые средства автоматизации.

 

 

Рекомендации к разработке функциональной схемы автоматизации технологического процесса

ФСА является техническим документом, который определяет функционально-блочную структуру отдельных узлов автоматического контроля, регулирования, управления и оснащения объекта управления приборами, средствами автоматизации и вычислительной техники. Создание ФСА предопределяет необходимость глубокого изучения технологического процесса.

Проектирование ФСА базируется на ряде принципов.

Ø Уровень автоматизации технологических процессов должен определяется не только целесообразностью внедрения определенных комплексов технических средств, но и перспективами модернизации и дальнейшего развития, как технологии, так и технических средств автоматизации.

На сегодняшний момент наблюдается тенденция к переходу от аппаратных регуляторов, агрегатных и модульных комплексов (АКЭСР, «СТАРТ») к промышленным программируемым микропроцессорным контроллерам, а также от представления информации с помощью показывающих, регистрирующих приборов к промышленным ЭВМ со SCADA пакетами, выполняющим дополнительно задачи диагностики, оперативного управления и т.п.

Ø При разработке схем автоматизации в процессе выбора элементов комплекса технических средств должны учитываться:

а) особенности технологического процесса и его свойства как технологического объекта управления;

б) условия пожаро- и взрывоопасности, агрессивность и токсичность перерабатываемых продуктов, их параметры и области допустимых изменений;

в) расстояния от мест установки преобразователей и вспомогательных устройств, исполнительных механизмов, приводов машин и запорных органов до пунктов управления и контроля;

г) требуемая точность и быстродействие средств автоматизации;

д) массивы перерабатываемой информации и число сигналов управления.

 

 

Ø Схемы автоматизации технологических процессов должны строится на базе серийно выпускаемых технических средств. При этом необходимо стремиться к применению однотипных и предпочтительно унифицированных блочно-модульных систем или программно-технических комплексов. В случае отсутствия требуемого прибора в составе серийно выпускаемой аппаратуры составляется техническое задание на разработку нового технического средства автоматизации. При этом в спецификации вместо марки (типа) прибора указывается - «спецразработка».

Ø Выбор технических средств, для автоматической системы регулирования производится в соответствии со структурной схемой, представленной на рис. 1.

Рис.1.

Структурная схема автоматической системы регулирования.

На рис. 1 приведены следующие обозначения функциональных блоков:

ПП - первичный преобразователь; В.П. - промежуточный (вторичный преобразователь) преобразователь; И.П. - измерительный прибор; Зд - задатчик (X_З - задание на регулятор); И.М. - исполнительный механизм (μ - управляющее воздействие, подаваемое с выхода регулятора); Р.О. - регулирующий орган(λ - возмущающее воздействие, действующее на объект и компенсируемое управляющим).

При выборе технических средств конкретной марки необходимо учитывать, что некоторые технические средства могут сочетать в своем комплекте несколько функциональных блоков.

Ø Выбор рода энергии измерительных и управляющих сигналов и соответствующих технических средств производится на основе анализа условий пожаро- и взрывоопасности технологического объекта управления, агрессивности среды, требований к быстродействию, дальности передачи сигналов информации и управления. Взаимосвязь средств измерения, регистрации, регулирования обеспечивается за счет согласования входов и выходов приборов, что наиболее целесообразно реализовать, если приборы имеют унифицированные входные/выходные сигналы, параметры которых приведены в табл. 1.

Ø Количество приборов, аппаратуры управления и сигнализации, устанавливаемых на щитах и рабочих станциях, должно быть по возможности минимально, например, посредством использования многоканальных промежуточных преобразователей, многофункциональных приборов и т.д.

Результатом составления ФСА является:

1) выбор методов измерения технологических параметров;

2) выбор основных технологических средств, наиболее полно отвечающих предъявленным требованиям и условиям работы объекта;

3) определение энергии приводов исполнительных механизмов, регулирующих и запорных органов технологического оборудования, управляемого автоматически или дистанционно;

 

Таблица 1

Унифицированные сигналы Государственной системы приборов (ГСП)

ГОСТ 13034-67

 

Характеристики	Ветви ГСП
Электрическая	Пневматическая
Пределы изменения сигналов:
- аналоговые	пост. ток: 0-5, 4-20, 0-20, 0-100 мА напряжение пост. тока: 0-10, 0-100 мВ напряжение пер. тока: (-1)-0-1, 0-2 В (50 Гц, 400 Гц) взаимная индуктивность: 0-10, 10-0-10 МГн частота: 4-8 кГц	давление сжатого воздуха: 20 – 100 кПа
- дискретные	кодированный по ГОСТ 13052-74
Максимальная длина канал связи:
- до 300 м	любой унифицированный сигнал
- до 10 км	пост. ток и частота	-
- более 10 км	кодированный сигнал	-
Быстродействие		- запаздывание в передачи сигнала; - время срабатывания – 0,01с < 0,1 с
Условия применения	- невзрыво- и пожароопасные процессы (иначе взрывобезопасное исполнение приборов); - большие расстояния от объекта до операторского помещения (до 20 км); - код: помехоустойчивость	- пожаро- и взрывобезопасность; - высокие температуры; - при магнитных и радиационных помехах; - относительная дешевизна; - простота обслуживания

 

4) размещение средств автоматизации на щитах управления, технологических объектах и трубопроводах, и определение способа представления информации о состоянии технологического оборудования.

Функциональная схема представляет собой чертеж, выполненный в соответствии с ГОСТ 21.404-85, на котором с помощью условных обозначений изображаются основное технологическое оборудование, коммуникации, исполнительные устройства и средства контроля и управления. На основании ФСА выполняются остальные чертежи проекта и составляются заказные ведомости и заказные спецификации приборов и средств автоматизации.

 

Оформления чертежа ФСА

 

Согласно ГОСТ 21.404-85

 

Наименование	Обозначение
Первичные измерительные преобразователи, приборы, устанавливаемые по месту
Приборы, устанавливаемые на щите (дистанционно)
Исполнительный механизм
Регулирующий орган
Лампа накаливания

 

Овал применяется вместо окружности в случаях, когда условное буквенное обозначение превышает 5 знаков или при большом числе знаков позиционного обозначения.

Ø Графические уловные обозначения электроаппаратуры (гудки, сирены, электродвигатели и т.д.), а также буквенное обозначение элементов выполняются в соответствии с действующими стандартами ЕСКД [7].

Ø Вспомогательные элементы и дополнительные устройства (источники питания, предохранители, стабилизаторы и т.п.) не влияющие на сущность действия системы автоматизации на схемах не показываются.

Ø Правила изображения линий связи между средствами автоматизации:

1) Линии изображаются однолинейными толщиной 0,2 – 0,3 мм.

2) Наносятся линии по возможно кратчайшему расстоянию с наименьшим количеством изгибов и пересечений. Допускается пересекать только линии связи технологической аппаратуры и коммуникаций. Расстояния между параллельными линиями связи – не менее 3 мм.

3) Подвод линий связи к символам средств автоматизации допускается сверху, сбоку, снизу. При необходимости указания направления передачи сигнала на линиях связи наносят стрелки.

4) Слияние линий связи отмечается точкой и допускается только в случае функционального воздействия сигналов на соответствующие элементы цепи контроля, управления, блокировки.

5) В целях облегчения чтения схемы, линии связи, идущие от приборов, расположенных на схеме у оборудования, к другим приборам, расположенным по месту или на щите управления, разрывают. Обрывы желательно располагать на одном уровне, под изображением технологического оборудования. Маркировка обрывов осуществляется адресным способом строго по порядку со стороны прямоугольников "ПМ" и "ЩУ" слева направо, см. рис. 5.

6) Предельные рабочие (максимальное и минимальное) значения измеряемых или регулируемых величин в единицах Международной системы СИ указываются вдоль линий связи, идущих от прямоугольников к отборным устройствам и преобразователям, см. рис. 5.

Ø Отборные устройства для всех постоянно подключенных средств измерения специального обозначения не имеют, а изображаются линией связи, соединяющей технологическое оборудование или трубопровод с условным изображением первичного измерительного преобразователя. Для указания точного места расположения отборного устройства или точки измерения, в конце линии связи в точке отбора импульса изображается окружность диаметром 2 мм.

Ø Принципы построения буквенного условного обозначения функций автоматизации.

1) Буквенное условное обозначение размещается в верхней половине окружности или овала, см. рис. 5.

 

 

Рис. 5.

Пример построения условного обозначения прибора

Буквы D, F, Q на втором месте (при уточнении измеряемой величины) можно записывать как строчные: d, f, q.

 

2) Для обозначения приняты буквы латинского алфавита, расшифровка содержания которых приведена в табл. 4. Позиции отмеченные * могут быть использованы в качестве резервных; при этом на ФСА должна быть приведена расшифровка содержания принятого обозначения.

 

Таблица 4

Таблица 5

Таблица 7

Пояснения

1. Условные обозначения приборов и средств автоматизации - согласно ГОСТ...

2. Условные обозначения трубопроводов - в соответствии с ГОСТ...

3. Резервная буква... использована для обозначения...

 

ЛИТЕРАТУРА

 

1. Голубятников В.А., Шувалов В.В. Автоматизация производственных процессов в химической промышленности: Учеб. для техникумов. – М.: Химия, 1985. – 352 с.

2. Емельянов А. И., Капник О.В. Проектирование систем автоматизации технологических процессов: Справочное пособие по содержанию и оформлению проектов. – М.: Энергоатомиздат, 1983. - 400 с.

3. Шувалов В.В., Огаджанов Г.А., Голубятников В.А.. Автоматизация производственных процессов в химической промышленности. – М.: Химия, 1991. – 480 с.

4. Проектирование систем автоматизации технологических процессов: Справочное пособие/ А.С. Клюев, Б.В.Глазов, А.Х.Дубровский, А.А. Клюев; Под ред. А. С. Клюева. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 464 с.

5. Промышленные приборы и средства автоматизации: Справочник/ Под ред. В.В. Черенкова. – Л.: 1987. - с.

6. Аналоговые и цифровые регуляторы и исполнительные механизмы в системах автоматизации технологических процессов: Метод. Указания / Под ред.: Харазова В.Г. ЛТИ им. Ленсовета. – Л., 1992. – 60 с.

7. Проектирование систем автоматизации химических производств. Структурные схемы и схемы автоматизации: Метод. Указания / Под ред.: Беляева Д.В. ЛТИ им. Ленсовета. – Л., 1989. – 44 с.

8. Приборы и средства автоматизации технологических процессов: Метод. Указания / Под ред.: Харазова В.Г. ЛТИ им. Ленсовета. – Л., 1990. – 56 с.

 

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Пример заполнения заказной спецификации (первый лист)

Поз.

Наименование и техническая характеристика оборудования и материалов, завод изготовитель

Тип, марка оборудова-ния

Ед. изм.

Цена, руб.

Кол. шт.

Приборы и средства автоматизации

Измерение и регулирование температуры

1-1

Термопреобразователь сопротивления. НСХ 10П. Длина монтаж-

ТСП-1293

шт.

ной части - 500 мм. НИИтеплоприбор, г. Москва.

1-2

Преобразователь нормирующий. НСХ 10П. Диапазон измерения

НП-02-21-

шт.

–50 - + 500°С. Выходной сигнал 4-20 мА. Основная допустимая

10П

погрешность 0,5%. НИИтеплоприбор, г. Москва.

1-3

Прибор самопишущий. Входной сигнал 4-20 мА. Выходной

Диск-250-

шт.

сигнал 4-20мА. Шкала 0-100%. НИИтеплоприбор, г. Москва.

1121,УХЛ4.2

1-4

Блок регулирующий аналоговый с импульсным выходным сигна-

Р27

шт.

лом. Входной сигнал 4-20мА. Выходной сигнал – импульсный

24 В постоянного тока. МЗТА, г. Москва.

Подп. и дата

1-5

Ручной задатчик. Выходной сигнал 4-20мА. Шкала 0-100%.

РЗД-22

шт.

ПО «Электроприбор» г. Чебоксары.

1-6

Блок ручного управления. Входной и выходной сигнал импуль-

БРУ-32

шт.

ный – 24 В постоянного тока. ПО «Электроприбор» г. Чебоксары.

Инв. № дубл

1-7

Пускатель бесконтактный реверсивный. Входной сигнал импульс-

ПБР-2М

шт.

ный– 24 В постоянного тока. ПО «Электроприбор» г. Чебоксары.

1-8

Механизм электрический однооборотный. Напряжение питания

МЭО16/10-

шт.

Взам. инв. №

220 В, 50 Гц. ПО «Промприбор» г. Чебоксары.

Регулирующий клапан. Ду – 40 мм. Температура рабочей среды

15с920нж1

шт.

- 40 - + 200 °С. Конотопский арматурный завод.

Подп. и дата

КП. “Дисциплина”. “№ группы”. “№ варианта”.

Инв. № подл

Изм

№ докум.

Подп.

Дата

Заказная спецификация оборудования

Стадия

Лист

Листов

Разраб.

ТП

N

Прав.

СПбГТИ (ТУ) Гр.

Н.конт.

Утв.

 

Приложение 2

 

Образец оформления титульного листа к курсовому проекту

 

 

Санкт-Петербургский государственный Технологический институт

(технический университет)

 

 

Кафедра автоматизации	Факультет
процессов химической	Курс
промышленности	Группа

 

 

Дисциплина:

 

 

Пояснительная записка к курсовому проекту

“Наименование технологического процесса или стадии”

 

Студент

Руководитель

 

Санкт-Петербург, год

 

 

Кафедра автоматизации процессов химической промышленности

 

Методическое указание

 

Кафедра автоматизации процессов химической промышленности