На основании функциональной схемы автоматизации (ФСА) разрабатывается заказная спецификация на приборы и средства автоматизации (СА), форма и размеры которой приводятся в [1, с. 395]. Рекомендации по оформлению ФСА изложены в литературе [1], [3]. Форма спецификации ФСА приведена в таблице 1.
Таблица 1 - Форма спецификации к функциональной схеме автоматизации
| Поз. | Параметры среды, измеряемые параметры | Наименование и техническая характеристика | Марка | Габаритные размеры | Кол-во | Приме-чание |
Приборы в спецификации могут быть сгруппированы по позициям на схеме или по маркам
4 РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ
В схемах автоматического регулирования с помощью условных графических обозначений изображают все элементы систем автоматизации, с помощью которых осуществляется автоматическое регулирование параметров: датчики и первичные приборы (по ГОСТ 21. 404-85), преобразующие измеряемый параметр в электрический (или пневматический) сигнал, регулирующие приборы, задатчики, усилители, преобразователи, модули, осуществляющие логические операции; аппаратура управления и сигнализации (ГОСТ 2.755-87; 2.756-76; 2.732-68; 2.741-68).
Аппаратуру для ручного управления, исполнительные механизмы и линии связи между ними показывают в многолинейном изображении.
Сложные комбинированные приборы и регулирующие устройства изображают в виде прямоугольников с пронумерованными в соответствии с заводской маркировкой внешними зажимами (штуцерами). Иногда для пояснения принципа действия схемы внутри прямоугольников изображает только выходные контакты приборов и регуляторов и упрощенные принципиальные электрические схемы отдельных блоков. Обычно в прямоугольниках показывают только колодки зажимов, штепсельные разъемы и обозначают тип средств автоматизации.
Электрические схемы исполнительных механизмов изображают в развернутом или упрощенном виде, а кинематические – в упрощенном.
Пример выполнения принципиальной электрической схемы показан на
рис. 4.
Для пояснения работы переключателя управления и ключа управления необходимо показать диаграмму включений переключателя управления и ключа управления (рис. 5 и 6) а также таблицу работы цепей схемы (рис. 4).
5 РАЗРАБОТКА ЧЕРТЕЙ ОБЩЕГО ВИДА ЩИТА (ПУЛЬТА)
Перед разработкой необходимо проработать разделы по [1]: щиты и пульты (конструкция щитов и пультов, монтажные зоны, расположение приборов и аппаратуры на фасадных панелях щитов и пультов) и проектную документацию на щиты и пульты.
Типы и основные размеры щитов и пультов определены ОСТ 36.13-90. По конструктивному оформлению щиты делятся на шкафные полногабаритные, панельные полногабаритные и малогабаритные, пульты — приставные и отдельностоящие. Щиты шкафные и панельные полногабаритные имеют высоту 2200 мм, а ширина их различна: 600, 800, 1000, 1200 мм. Щиты малогабаритные панельные имеют следующие размеры: 1000×800, 1000×600, 600×400, 400×300.
Приборы и аппаратуру на фасадных сторонах панелей щитов рекомендуется устанавливать в пределах следующих расстояний по высоте от основания щита (мм):
- показывающие приборы и сигнальная аппаратура 800— 1900;
- самопишущие и регулирующие приборы 900—1800;
- вспомогательная аппаратура контроля и управления (переключатели,
- ключи, кнопки) 800—1600;
- мнемосхемы 1000—1900.
Компоновку приборов на фасадных сторонах панелей щитов, а также выбор расстояний между осями приборов по высоте и по ширине щита следует производить с учетом свободного открывания крышек приборов и для возможности прокладки и присоединения электрических и трубных проводок, а также исключения возможности взаимного повреждения приборов.
Щиты и пульты систем автоматизации предназначены для размещения на них контрольно-измерительных приборов, регуляторов, сигнальных устройств, аппаратуры управления, защиты, блокировки, линий связи между ними.
ВНИМАНИЕ! щиты и пульты систем автоматизации выбирать только по ОСТ 36.13-90 (дата введения с 1 июля 1991 г.) и ОСТ 36.ЭД1-13-90.
При разработке должны быть решены следующие вопросы:
- выбраны типы и размеры шкафов, панелей с каркасом, корпусов пультов, стоек;
- определены монтажные зоны щитов шкафных, панельных с каркасом и малогабаритных стативов, пультов. Размеры монтажных зон приведены на рисунках [1];
- компоновка приборов и аппаратуры на фасаде щитов шкафных, панельных с каркасом и малогабаритных, стативов, пультов. Компоновка приборов и аппаратуры на фасадных панелях выполняется с учетом размеров и конфигурации монтажных зон.
Чертежи общих видов щитов, стативов, пультов разрабатывают на единичные и составные щиты.
Под единичным щитом понимается щит, пульт, статив по номенклатуре, предусмотренной ОСТ 36.13-90.
Под составным понимается щит, образующийся в результате сборки при монтаже из единичных щитов и вспомогательных.
Чертеж общего вида должен содержать: вид спереди; таблицу надписей; перечень составных частей.
ВИД СПЕРЕДИ. На виде спереди единичного щита показывают приборы, средства автоматизации, элементы мнемосхем, изделия для нанесения надписей о назначении того или иного прибора. На виде спереди проставляют габаритные размеры щита, размеры символов мнемосхем (технологического оборудования, линий, стрелок) и размеры, координирующие установку на нем всех приборов, средств автоматизации, аппаратуры управления и сигнализации, символов мнемосхем.
Размеры проставляют от следующих базовых линий:
- размеры по вертикали – от нижнего края фасадной панели щита, столешницы пульта или двери малогабаритного щита;
- по горизонтали – от вертикальной оси симметрии фасадной панели, столешницы пульта или двери малогабаритного щита (рис. 5).
На виде спереди для приборов, аппаратов и вводов под полкой линии- выноски, на которой проставлен номер позиции, указывают обозначение установочного чертежа (типового или разрабатываемого в проекте).
ТАБЛИЦА НАДПИСЕЙ. Таблицу надписей, наносимых на изделиях
для надписей (табло, рамках), выполняют на отдельных листах. В курсовом
проекте можно выполнить на свободном поле чертежа. Таблица должна иметь тематический заголовок по типу "Надписи на табло в рамках". Каждой надписи на чертеже присваивают номер, начиная с единицы, указывая его внутри контура изделия для надписей. Надписям присваивают номера слева направо, сверху вниз (сначала надписям на табло, а затем – в рамках).
В таблицу сначала включают надписи на табло в порядке возрастания
номеров, а затем надписи в рамках. Текст надписей должен быть кратким.
Форма таблицы и пример ее заполнения приведены в [1] табл. 1.
СПЕЦИФИКАЦИЯ. В этот раздел включают все приборы, аппараты (в
том числе стандартные) и монтажные изделия группами и в последовательности:
1) приборы и средства автоматизации в порядке их расположения на чертеже слева направо, сверху вниз: сначала — по виду спереди, затем — по виду с внутренней стороны;
2) электроаппаратура по функциональным признакам: пусковая и защитная аппаратура (кнопки, переключатели, выключатели, пускатели, рубильники, предохранители, щитки электропитания); сигнальная аппаратура (арматура сигнальных ламп, табло, звонки, сирены); преобразователи и источники электропитания (трансформаторы, стабилизаторы, выпрямители, прерыватели); реле; резисторы, конденсаторы, диоды;
3) трубопроводная арматура (вентили, краны, блоки вентилей запорных);
4) монтажные изделия: для электромонтажа (блоки зажимов, зажимы наборные, колодки маркировочные, упоры, перемычки); для монтажа трубных проводок (соединители переходные, переборочные, тройниковые, для подключения к приборам и т. п.); для нанесения надписей.
Примечание: для курсового проекта только по виду спереди. Пример
спецификации приведен в табл. 2.
6 РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ ПИТАНИЯ
В зависимости от выбранных приборов и средств автоматизации по роду используемой энергии, разрабатывается электрические или пневматические схемы питания.
Перед разработкой электрической схемы питания необходимо проработать по [1] разделы: принципиальные электрические схемы (общие требования, правила выполнения схем, условные графические обозначения, позиционные обозначения), принципиальные электрические схемы питания (назначение и общие требования; выбор напряжения, схемы электропитания и резервирования: выбор аппаратуры управления и защиты, сечений проводов и жил кабелей).
В этой части курсового проекта необходимо;
1) выбрать аппараты управления и защиты;
2) вы6рать сечения жил проводов и кабелей;
3) изобразить на чертеже питающую и распределительную сети;
4) составить перечень (спецификацию) элементов.
ВЫБОР аппаратов управления и защиты производится [1]:
а) по номинальному напряжению сети;
б) по длительному расчетному (номинальному) току цепи.
ВЫБОР сечений проводов и жил кабелей производится по условиям нагрева электрическим током и механической прочности по таблицам [1].
ЧЕРТЕЖИ питающей и распределительной сетей.
В схемах электропитания систем автоматизации различают два основных звена:
1) питающую сеть – сеть от источников питания до щитов и сборок питания;
2 распределительную сеть – сеть от щитов и сборок питания до электроприемников.
Схемы питающей и распределительной сетей рекомендуется изображать на отдельных листах (в курсовом проекте можно на одном).
Схема питающей сети выполняется в однолинейном изображении. На схеме показывают аппараты управления и защиты, устанавливаемые как со стороны источника питания, так и со стороны щитов питания.
Схема распределительной сети выполняется в многолинейном изображении. На схеме показывают: аппараты управления (рубильники, выключатели, переключатели, тумблеры); аппараты защиты (автоматы, предохранители); преобразователи (выпрямители, трансформаторы, стабилизаторы); лампы освещения, штепсельные розетки, схемы автоматического резерва.
На схемах, у изображения аппаратов управления и защиты должны быть указаны позиционные обозначения. Все участки цепей должны иметь маркировку в соответствии с ГОСТ 2.709-89.
ПЕРЕЧЕНЬ элементов оформляется в виде таблицы. Элементы (аппараты управления и защиты) в перечень записывают группами в алфавитном порядке буквенных позиционных обозначений. В пределах каждой группы, имеющей одинаковые позиционные обозначения, элементы располагают по возрастанию порядковых номеров.
ПРИМЕЧАНИЕ. Если источником энергии для приборов и средств автоматизации является сжатый воздух, то разрабатываются пневматические схемы питания. В этом случае необходимо по [1] проработать разделы: принципиальные пневматические схемы; принципиальные пневматические схемы питания (требование к качеству сжатого воздуха, выбор схемы пневмопитания, методика оформления и пример выполнения принципиальных пневматических схем питания).
7 РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ СРЕДСТВ АВТОМАТИЗАЦИИ (ИЛИ АСУ) ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
Описание функций АСУ
К АСУТП в целом предъявляются следующие основные требования. Она должна:
- осуществлять управление ТОУ в целом в темпе протекания технологического процесса и в выработке и реализации решений по управлению должны участвовать средства вычислительной техники и человек-оператор;
- обеспечивать управление ТОУ в соответствии с принятыми критериями эффективности функционирования АТК (критериями управления АСУТП);
- выполнять все возложенные на нее функции с заданными характеристиками и показателями качества управления;
- обладать требуемым уровнем надежности;
- обеспечивать возможность взаимосвязанного функционирования с системами управления смежных уровней иерархии и другими АСУТП;
- отвечать эргономическим требованиям, предъявляемым к системам, в частности к способам и форме. Представления информации оператору, к размещению технических средств и т. д.;
- обладать требуемыми метрологическими характеристиками измерительных каналов;
- допускать возможность модернизации и развития в пределах, предусмотренных техническим заданием (ТЗ) на создание АСУТП;
- нормально функционировать в условиях, указанных в ТЗ на систему;
- обеспечивать заданный средний срок службы с учетом проведения восстановительных работ, указанных в технической документации на основные составные части АСУТП.
Автоматизированная система управления технологическим процессом - человеко-машинная система управления, обеспечивающая автоматизи-рованный сбор и обработку информации, необходимой для оптимизации управления технологическим объектом в соответствии с принятым критерием.
При создании АСУТП должны быть определены конкретные цели функционирования системы и ее назначение в общей структуре управления предприятием. Такими целями, например, могут быть:
- экономия топлива, сырья, материалов и других производственных ресурсов;
- обеспечение безопасности функционирования объекта;
- повышение качества выходного продукта (изделия) или обеспечение заданных значений параметров выходных продуктов (изделий);
- снижение затрат живого труда; достижение оптимальной загрузки (использования) оборудования;
- оптимизация режимов работы технологического оборудования (в том числе, маршрутов обработки в дискретных производствах) и т. д.
Функция АСУТП — это совокупность действий системы, направленных на достижение частной цели управления.
Совокупность действий системы представляет собой определенную и описанную в эксплуатационной документации последовательность
операций и процедур, выполняемых частями системы. Следует отличать функции АСУТП в целом от функций, выполняемых всем комплексом технических средств системы или его отдельными устройствами.
Функции АСУТП подразделяются на управляющие, информационные и вспомогательные.
Управляющая функция АСУТП — это функция, результатом которой являются выработка и реализация управляющих воздействий на технологический объект управления.
К управляющим функциям АСУТП относятся:
· регулирование (стабилизация) отдельных технологических переменных;
· однотактное логическое управление операциями или аппаратами;
· программное логическое управление группой оборудования;
· оптимальное управление установившимися или переходными
· технологическими режимами или отдельными участками процесса;
· адаптивное управление объектом в целом (например, самонастраивающимся комплексно-автоматизированным участком станков с числовым программным управлением).
Информационная функция АСУТП — это функция системы, содержанием которой являются сбор, обработка и представление информация о состоянии АТК оперативному персоналу или передача этой информации для последующей обработки.
К информационным функциям АСУТП относятся:
- централизованный контроль и измерение технологических параметров;
- косвенное измерение (вычисление) параметров процесса (технико-экономических показателей, внутренних переменных);
- формирование и выдача данных оперативному персоналу АСУТП или (АТК);
- подготовка и передача информации в смежные системы управления;
- обобщенная оценка и прогноз состояния АТК и его оборудования.
Отличительная особенность управляющих и информационных функций АСУТП их направленность на конкретного потребителя (объект управления, оперативный персонал, смежные системы управления).
Вспомогательные функции АСУТП - это функции, обеспечивающие решение внутрисистемных задач.
Вспомогательные функции не имеют потребителя вне системы и обеспечивают функционирование АСУТП (функционирование
технических средств системы, контроль за их состоянием, хранением информации и т. п.).
В зависимости от степени участия людей в выполнении функций системы различаются два режима реализации функций: автоматизированный и автоматический.
Автоматизированный режим реализации управляющих функций характеризуется участием человека в выработке (принятии) решений и (или) их реализации. При этом возможны следующие варианты:
- ручной режим, при котором комплекс технических средств представляет оперативному персоналу контрольно- измерительную информацию о состоянии ТОУ, а выбор и осуществление управляющих воздействий производит человек-оператор;
- режим советчика, при котором комплекс технических средств вырабатывает рекомендации по управлению, а решение об их использовании принимается и реализуется оперативным персоналом;
- диалоговый режим, при котором оперативный персонал имеет возможность корректировать постановку и условия задачи, решаемой комплексом технических средств системы при выработке рекомендаций по управлению объектом.
Автоматический режим реализации управляющих функций предусматривает автоматическую выработку и реализацию управляющих воздействий. При этом различаются:
- режим косвенного управления, когда средства вычислительной техники автоматически изменяют уставки и (или) параметры настройки локальных систем автоматического управления (регулирования);
- режим прямого (непосредственного) цифрового (или аналого-цифрового) управления, когда управляющее вычислительное устройство формирует воздействие на исполнительные механизмы.
Автоматизированный режим реализации АСУТП информационных функций АСУТП предусматривает участие людей в операциях по получению и обработке информации.
В автоматическом режиме все необходимые процедуры обработки информации реализуются без участия человека.
Описание структуры АСУ
Для выполнения функций АСУТП необходимо взаимодействие
следующих ее составных частей:
· технического обеспечения (ТО);
· программного обеспечения (ПО);
· информационного обеспечения (ИО);
· организационного обеспечения (ОО);
· оперативного персонала (ОП).
Техническое обеспечение АСУТП представляет собой полную совокупность технических средств, достаточную для функционирования АСУТП и реализации системой всех ее функций.
В состав комплекса технических средств (КТС АСУТП) входят вычислительные и управляющие устройства; средства получения (датчики), преобразования, хранения, отображения и регистрации информации (сигналов); устройства передачи сигналов и исполнительные устройства.
Программное обеспечение АСУТП — совокупность программ, необходимая для реализации функций АСУТП, заданного функционирования комплекса технических средств АСУТП и предполагаемого развития системы.
Программное обеспечение АСУТП подразделяется на общее ПО и специальное программное обеспечение.
Общее программное обеспечение АСУТП поставляется в комплекте со средствами вычислительной техники. К общему программному обеспечению АСУТП относятся необходимые в процессе функционирования и развития системы программы, программы для автоматизации разработки программ, компоновки программного обеспечения, организации функционирования вычислительного комплекса и другие служебные и стандартные программы (организующие программы, транслирующие программы, библиотеки стандартных программ и др.).
Специальное программное обеспечение АСУТП разрабатывается или заимствуется из соответствующих фондов при создании конкретной системы и включает программы реализации основных (управляющих и информационных) и вспомогательных (обеспечение заданного функционирования КТС системы, проверка правильности ввода информации, контроль за работой КТС системы и т. п.) функций АСУТП.
Специальное программное обеспечение АСУТП разрабатывается на базе и с использованием программ общего программного обеспечения.
Программы специального программного обеспечения, имеющие перспективу многократного использования, после промышленной проверки могут передаваться в соответствующие фонды или заводам-изготовителям вычислительной техники для включения их в состав общего программного обеспечения.
Информационное обеспечение АСУТП включает:
· информацию, характеризующую состояние автоматизированного технологического комплекса;
· системы классификации и кодирования технологической и технико-экономической информации;
· массивы данных и документов, необходимых для выполнения всех функций АСУТП, в том числе нормативно-справочную информацию.
Организационное обеспечение АСУТП представляет собой совокупность описаний функциональной, технической и организационной структур, инструкций и регламентов для оперативного персонала АСУТП, обеспечивающее заданное функционирование оперативного персонала в составе АТК.
Создание АСУТП допускается осуществлять по подсистемам.
Подсистема АСУТП — это часть системы, выделенная по функциональному или структурному признаку.
Функциональный признак позволяет делить систему, например, на управляющую и информационную подсистемы или ряд подсистем в соответствии с целями.
Структурный признак позволяет делить АСУТП на подсистемы, обеспечивающие управление частью объекта или соответствующие самостоятельным частям комплекса технических средств и т. д.
Любую автоматическую систему управления технологическим процессом (АСУ ТП) можно в конечном итоге разделить на 3 основных уровня иерархии:
 |
Самым нижним уровнем является уровень датчиков и исполнительных механизмов, которые устанавливаются непосредственно на технологических объектах. Их деятельность заключается в получении параметров процесса, преобразовании их в соответствующий вид для дальнейшей передачи на более высокую ступень (функции датчиков), а также в приеме управляющих сигналов и в выполнении соответствующих действий (функции исполнительных механизмов).
Средний уровень - уровень производственного участка. Его функции:
- сбор информации, поступающей с нижнего уровня, ее обработка и хранение;
- выработка управляющих сигналов на основе анализа информации;
- передача информации о производственном участке на более высокий уровень.
Верхний уровень в системе автоматизации занимает т.н. уровень управления. На этом уровне осуществляется контроль за производством продукции. Этот процесс включает в себя сбор поступающих с производственных участков данных, их накопление, обработку и выдачу руководящих директив нижним ступеням. Атрибутом этого уровня является центр управления производством, который может состоять из трех взаимопроникающих частей:
1) операторской части,
2) системы подготовки отчетов,
3) системы анализа тенденций.
Операторская часть отвечает за связь между оператором и процессом на уровне управления. Она выдает информацию о процессе и позволяет в случае необходимости вмешательство ход автоматического управления. Обеспечивает диалог между системой и операторами.
Система подготовки отчетов выводит на экраны, принтеры, в архивы и т.д. информацию о технологических параметрах с указанием точного времени измерения, выдает данные о материальном и энергетическом балансе и др.
Система анализа тенденций дает оператору возможность наблюдения за технологическим параметрами и делать соответствующие выводы.
На верхнем уровне АСУ ТП размещены мощные компьютеры, выполняющие функции серверов баз данных и рабочих станций и обеспечивающие анализ и хранение всей поступившей информации за любой заданный интервал времени. а также визуализацию информации и взаимодействие с оператором. Основой программного обеспечения вырхнего уровня являются пакеты SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition - системы управления и доступа к данным).
