Функциональные схемы автоматизации

Функциональная схема автоматического контроля и управления

предназначена для отображения основных технических решений,

принимаемых при проектировании систем автоматизации технологических

процессов. Объектом управления в системах автоматизации технологических

процессов является совокупность основного и вспомогательного

оборудования вместе с встроенными в него запорными и регулирующими

органами.

Функциональная схема является техническим документом, определяющим

функционально-блочную структуру отдельных узлов автоматического

контроля, управления и регулирования технологического процесса и

оснащения объекта управления приборами и средствами автоматизации. На

функциональной схеме изображаются системы автоматического контроля,

регулирования, дистанционного управления, сигнализации, защиты и

блокировок.

Все элементы систем управления показываются в виде условных
изображений и объединяются в единую систему линиями функциональной
связи. Функциональная схема автоматического контроля и управления
содержит упрощенное изображение технологической схемы

автоматизируемого процесса. Оборудование на схеме показывается в виде условных изображений.

В соответствии с ГОСТ 36-27-77 «Приборы и средства автоматизации. Обозначения условные в схемах автоматизации технологических процессов» устанавливаются обозначения измеряемых величин, функциональные признаки приборов, линии связи, а также способы и методика построения условных графических обозначений приборов и средств автоматизации.

При разработке функциональной схемы автоматизации технологического процесса необходимо решить следующие задачи:

• задачу получения первичной информации о состоянии технологического процесса и оборудования;

• задачу непосредственного воздействия на ТП для управления им и стабилизации технологических параметров процесса;

• задачу контроля и регистрации технологических параметров процессов и состояния технологического оборудования.

При разработке функциональной схемы определяют:

1) целесообразный уровень автоматизации технологического процесса;

2) принципы организации контроля и управления технологическим
процессом;

3) технологическое оборудование, управляемое автоматически,
дистанционно или в обоих режимах по заданию оператора;

4) перечень и значения контролируемых и регулируемых параметров;

5) методы контроля, законы регулирования и управления;

6) объем автоматических защит и блокировок автономных схем управления технологическими агрегатами;

7) комплект технических средств автоматизации, вид энергии для передачи информации;

8) места размещения аппаратуры на технологическом оборудовании, на щитах и пультах управления.

 

Схема автоматизации должна быть составлена таким образом, чтобы из нее легко можно было определить:

1) параметры технологического процесса, которые подлежат автоматическому контролю и регулированию;

2) наличие защиты и аварийной сигнализации;

3) принятую блокировку механизмов;

4) организацию пунктов контроля и управления;

5) функциональную структуру каждого узла контроля, сигнализации, автоматического регулирования и управления;

6) технические средства, с помощью которых реализуется тот или иной функциональный узел контроля, сигнализации, автоматического регулирования и управления.

В соответствии с рекомендациями ГОСТ 2.702-75 «Правила выполнения электрических схем» графическое построение схемы должно давать наглядное представление о последовательности взаимодействия функциональных частей в системе. На функциональной схеме должны изображаться функциональные части изделия (элементы, устройства и функциональные группы), участвующие в процессе, иллюстрируемой схемой, и связи между этими частями.

Общепринятым являются два варианта представления функциональной схемы:

по ГОСТ 21.404-85 «Автоматизация технологических процессов. Обозначения условные приборов и средств автоматизации в схемах» и ГОСТ 21.408-93 «Система проектной документации для строительства. Правила выполнения рабочей документации автоматизации технологических процессов»;

по Стандарту американского общества приборостроителей ANSI/ISA S5.1. «Instrumetation Symbols and Identification».

Примером применения ГОСТ является схема КИПиА, приведенная в приложении ГОСТа 21.408-93 (рис.6). На этой схеме показаны:

• канал преобразования информации чувствительного элемента 7а в унифицированный сигнал 7б;

• канал преобразования управляющего сигнала 7в в управляющее воздействие на исполнительный орган (клапан) 7и с возможностью управления им с панели дистанционного управления 7е, индикацией положения ключа и использованием ручного ключа управления 7г;

• канал сигнализации 7д со световыми сигналами HL1/2.

В шкафу блоков (например, в шкафу релейной автоматики) осуществляется преобразование сигнала измерения для дистанционной передачи. На операторском щите осуществляется наблюдение и ручное (контроллерное) управление. Контур управления замыкается исполнительным устройством.

 

На экранах диспетчерского уровня осуществляется мониторинг, управление и конфигурирование АС (нижняя часть схемы).

Важно для сигналов на схеме указать размерность и пределы измерений физических параметров: мм, ^оС, МПа, м³/час и др.

Рис.6 Пример функциональной схемы автоматизации по ГОСТ

Функциональные части и связи между ними на схеме изображаются в виде условных графических обозначений, установленных в стандартах Единой Системы Конструкторской Документации. Особую роль при этом занимает семантика абревиатуры КИПиА. Рекомендуемым способом построения системы наименования КИПиА, установленным в ГОСТ, является формирование многобуквенного имени, на первой позиции которого может стоять любая из 20 букв латинского алфавита, на второй - любая из 5 букв, на третьей - любая из 7 и т.д. (например, LIR, где L- уровень; I- показания; R-регистрация).

Примером применения ANSI стандарта является схема КИПиА приведенная на рис. 7.

На этом рисунке можно выделить 4 уровня АС: нижний уровень- это двигатель насоса, уровень щитовых приборов - YSLH и YS, уровень логики блокировок и управления и верхний уровень- сигнализация состояния исполнительных и командных элементов системы автоматизации.

Блок защиты и управления электродвигателем ESD обеспечивает:

• мягкий пуск двигателя;

• реверс двигателя;

• торможение с заданным током в течение заданного времени;

• ограничение токов при пуске, движении и торможении;

• управление по дискретным сигналам, по последовательному интерфейсу, с местного поста управления;

• отключение нагрузки при коротком замыкании;

• отключение по таймеру;

• проверка наличия фаз электродвигателя через заданные промежутки времени и выдача предупреждений в остановленном состоянии;

• определение изменения чередования фаз при включении блока и выдача предупреждений;

• определение провала одной из фаз сети ниже установленного уровня и выдача предупреждения;

• регулирование угла открытия тиристоров с помощью сигнала аналогового входа.

Состояние насоса показывается щитовым прибором YSLH. По этому сигналу формируется логика блокировок YSL, которая отражается затем предупредительной сигнализацией останова YAL и сигнализацией работа YLH.

По состоянию щитового ключа YS формируется логика релейного управления двигателем, которая отражается сигнализацией YL.

По состоянию ключа YS включается дистанционно формирователь напряжения ESD, что подтверждается индикацией «Блокировка сработала» LA. Связь с первичным и вторичными приборами показывается прерывистой линий.

В системах технологического контроля и управления часто используются комбинированные и комплексные устройства, такие как

Рис.8 Пример щитовой части разнесенного варианта функциональной схемы

комбинированные измерительные и регулирующие приборы,

микропроцессоры, компьютеры, полукомплекты телемеханики и т.п. Такие устройства обозначают прямоугольником произвольных размеров с указанием внутри прямоугольника (рис.8) типа устройства (U- несколько разнородных измеряемых величин; Y- преобразования и вычислительные функции; I- показания; R- регистрация; C- управление; S- включение, отключение, переключение, блокировка; A- сигнализация).

Всем КИПиА, изображенным на функциональной схеме автоматизации, присваиваются позиционные обозначения, состоящие из двух частей: арабских цифр – номера функциональной группы и строчных букв русского алфавита – номера КИПиА в данной функциональной группе (например, 5а, 3б и т.п.).

Буквенные обозначения присваивают каждому элементу функциональной группы в порядке алфавита в зависимости от последовательности прохождения сигнала – от устройств получения информации к устройствам воздействия на управляемый процесс (например, первичный измерительный прибор, вторичный преобразователь, задатчик, регулятор, указатель положения, исполнительный механизм, регулирующий орган).

Допускается вместо букв русского алфавита использовать арабские цифры (например, 5-1, 3-2 и т.д.).

Позиционные обозначения отдельных приборов и средств автоматизации, таких как регулятор прямого действия, манометр, термометр, и т.п., состоят только из порядковых номеров.

При определении границ каждой функциональной группы необходимо учитывать следующее обстоятельство: если какой-либо прибор или регулятор связан с несколькими датчиками или получает дополнительные воздействия по другим параметрам (например, корректирующий сигнал), то все элементы схемы, осуществляющие дополнительные функции, относятся к той функциональной группе, на которую оказывается воздействие. В частности, регулятор соотношения входит в состав той функциональной группы, на которую оказывается ведущее воздействие по независимому параметру.

В системах централизованного контроля с применением вычислительной техники, в системах телеизмерения, а также в сложных схемах автоматического управления с общими для разных функциональных групп устройствами все общие элементы выносятся в самостоятельные функциональные группы.

Позиционные обозначения проставляют, как правило, в нижней части окружности, обозначающей прибор, или рядом с ней с правой стороны, или над ней.