Функциональные схемы систем автоматизации Основные принципы разработки.

Функциональная схема автоматизации (полный шифр ее А2) является основным техническим документом проекта автоматизации, определяющим структуру системы управления технологическим процессом, а также оснащение его средствами автоматизации.

Основные принципы разработки функциональных схем:

1. Должна сохраняться возможность наращивания функций управления (принцип открытости системы).

2. Система должна строиться на базе ТСА системы ГСП.

3. Система должна строиться на базе унифицированных комплексов, что дает значительные преимущества при монтаже, наладке, эксплуатации и ремонте.

4. ТСА выбирают, исходя из следующих условий:

· производства (пожаро- и взрывобезопасность, запыленность, агрессивность и токсичность среды);    -параметров измеряемой среды;

-расстояний, допускаемых от датчиков и исполнительных механизмов до регулирующих устройств;

-требований к точности и быстродействию работы системы.

Схема должна давать представление и об объекте управления. В связи с этим на функциональной схеме должны быть даны изображения технологических аппаратов (колонн, теплообменников и т. д.), машин (насосов, компрессоров и т.п.), трубопроводов, автоматических устройств и показаны связи между ними.

34. Изображение на функциональных схемах технологических аппаратов, машин, трубопроводов и трубопроводной арматуры.

Технологические аппараты и машины на функциональной схеме изображают упрощенно, но в соответствии со схемой, принятой в технологической части проекта. Контуры графических изображений аппаратов и машин, а также соотношение их габаритных размеров должны, как правило, соответствовать действительным.

Допускается изображение объектов управления в виде прямоугольников.

Возможны также графические обозначения аппаратов и машин, построенные по их функциональным признакам (ГОСТ 2.793-79; ГОСТ 2.782-68), и обозначения, отражающие принцип действия машин и аппаратов (ГОСТ 2.780-68; ГОСТ 2.788-74; ГОСТ 2.792-74; ГОСТ 2.794-79; ГОСТ 2.795-80). Указанные стандарты не устанавливают размеров обозначений, поэтому требуется вычерчивать обозначения в соотношениях, в которых они выполнены в стандартах. Толщина линий обозначений аппаратов и машин должна составлять 0,2-0,5 мм. Если начертание технологического аппарата (или машины) в одной плоскости не дает ясного представления об его устройстве и размещении средств автоматизации, то можно изобразить его в аксонометрии или дать разрез.

Около каждого аппарата и машины должно быть дано наименование или позиционное обозначение (арабскими цифрами). Наименование может быть вписано внутри условного графического изображения аппарата (машины). Разрешается использовать и буквенно-цифровое обозначение аппаратов (машин), например Т-3, Е-5, Н-8, где буква означает название аппарата (Т – теплообменник, Е – емкость, Н – насос), а цифра – порядковый номер аппарата среди ему подобных. При обозначении аппаратов и машин цифрами (или буквами с цифрами) на свободном поле схемы должна быть дана таблица с перечнем оборудования (рисунок 10.1).

Рисунок 10.1 – Таблица с перечнем оборудования

35. Трубопроводы на функциональных схемах

Функциональная схема автоматизации (полный шифр А2) является основным техническим документом проекта автоматизации, определяющим структуру системы управления технологическим процессом, а также оснащение его средствами автоматизации.

Трубопроводы на функциональных схемах изображают, как правило, сплошной линией. Толщина линий берется в пределах от 0,5 до 1,5 мм в зависимости от назначения трубопровода. Так, коллекторный трубопровод может быть изображен линией толщиной 1-1,5 мм. Трубопроводы могут быть изображены и по ГОСТ 3464-63 трубопроводов для жидкостей и газов, применяемые на схемах и чертежах. При этом используют прерывистые линии с цифрами, проставляемыми в разрывах линий, соответствующие тому или иному веществу, проходящему по трубопроводу (приложение Б, таблица Б.1). Расстояние между цифрами на обозначениях трубопровода должно быть не менее 50 мм. Если в этом в стандарте отсутствует обозначение какого-либо вещества, вводят произвольные обозначения цифрами, начиная с 28. Для более детальной характеристики среды цифровое обозначение может быть дополнено буквенным индексом (например, вода горячая – 1г, вода холодная – 1х).

Для облегчения чтения схемы на обозначениях трубопроводов проставляют стрелки, указывающие направление движения вещества в трубопроводе. Соединения и пересечения трубопроводов изображают согласно ГОСТ 2.784-70 (рисунок 10.2). У изображения трубопровода, по которому вещество поступает в данную технологическую схему, а также у изображения трубопровода, по которому вещество уходит из данной схемы, делается соответствующая надпись, например: "Из цеха абсорбции", "От насосов", "В схему полимеризации". На условном изображении технологических трубопроводов показывают в основном только ту арматуру (вентили, задвижки и т. п.), которая участвует в управлении процессом. Некоторые условные изображения трубопроводной арматуры показаны в приложении Б, таблица Б.2 (в соответствии с ГОСТ 2.785-70).

Рисунок 10.2 – Изображение соединений и пересечений технологических трубопроводов в функциональных схемах:

а, б – соединения; в, г – пересечения

36. Изображение на функциональных схемах автоматических устройств и линий связи между ними. На функциональных схемах автоматизации условно показывают все средства, используемые для автоматического управления процессом, кроме вспомогательной аппаратуры (фильтров, редукторов и т. п).

Для изображения автоматических устройств используют отраслевой стандарт ОСТ 36-27-77 "Обозначения условные в схемах автоматизации технологических процессов".

Основные положения ОСТ 36-27-77 – условные графические обозначения средств автоматизации приведены в приложении Б в таблице Б.3. Условные графические обозначения электроаппаратуры, применяемые в функциональных схемах автоматизации, следует изображать в соответствии со стандартами или правилами (приложении Б, таблица Б.4). При отсутствии стандартных условных обозначений каких-либо автоматических устройств следует принять свои обозначения и пояснить их на схеме. Толщина линий этих обозначений должна быть 0,5-0,6 мм, кроме горизонтальной разделительной линии в условном изображении прибора, устанавливаемого на щите, толщина которой 0,2-0,3 мм.

Отборное, устройство для всех постоянно подключенных приборов не имеет специального обозначения, а представляет собой тонкую сплошную линию, соединяющую технологический трубопровод или аппарат с прибором (рисунок 10.3, приборы 2 и 3а). При необходимости указания точного места расположения отборного устройства или точки измерения (внутри графического обозначения технологического аппарата) в конце тонкой линии изображают окружность диаметром 2 мм.

Рисунок 10.3 – Изображение отборных устройств для постоянно подключенных приборов

 

Комплектные устройства (машины централизованного контроля, управляющие машины, полукомплекты телемеханики и т. п.) обозначают прямоугольником произвольных размеров с указанием внутри прямоугольника типа устройства (по документации завода-изготовителя).

 

37. Измеряемые параметры обозначают следующим образом:

Для конкретизации измеряемой величины справа от условно го графического изображения прибора необходимо дать ее наименование или символ, например рН О₂

В случае необходимости около условного графического изображения прибора допустимо указать вид радиоактивности

Подробная расшифровка измеряемых величин должна быть дана около прибора или на свободном поле схемы

Для обозначения ручного воздействия используют букву Н.

Для обозначения измеряемых величин, не предусмотренных стандартом, могут быть использованы резервные буквы: А, В, С, I, J, N, О, X, Y, Z (буква X – не рекомендуется). Использованные резервные буквы должны быть расшифрованы на свободном поле схемы.

Для обозначения уточняющих значений букв D (плотность), F (расход), Q (состав, концентрация и т. п.) допускается применение строчных букв соответственно d, f, q. Букву, служащую для уточнения измеряемой величины, ставят после буквы, обозначающей измеряемую величину, например Dd – разность плотностей.

Функции по отображению информации, выполняемые приборами, обозначают следующим образом:

Сигнализируемые предельные значения измеряемых величин следует конкретизировать добавлением букв Н (верхнее значение) и L (нижнее значение), которые проставляют справа от условного графического изображения прибора (приложение Б, таблица Б.5, пп. 31 и 32)

Функции, выполняемые приборами по формированию выходного сигнала, обозначают следующим образом:

Все перечисленные буквенные обозначения проставляют в верхней части окружности, обозначающей прибор (устройство).

Если для обозначения одного прибора используется несколько букв, то порядок их расположения после первой, обозначающей измеряемую величину, должен быть следующим: I, R, С, S, А.

При обозначении устройств, выполненных в виде отдельных блоков и предназначенных для ручных операций, на первом месте ставят букву Н

 

 

38. Электрическим приборам и аппаратам на функциональной схеме автоматизации можно присваивать обозначения, принятые в электрических схемах управления. В отдельных случаях, когда позиционное обозначение не помещается в окружности, наносят его вне пределов окружности (приложение Б, таблицу Б.5, п. 53).

Отдельным приборам, не входящим в комплекты (стеклянным термометрам расширения, пружинным показывающим манометрам, регуляторам прямого действия и т. п.), присваивается позиция, состоящая только из цифры (1, 2, 3 и т. д.), например, рисунок 10.5, поз. 9.

 

 

39. Графические обозначения элементов автоматических устройств, установленных непосредственно на аппаратах и трубопроводах, наносят на изображения аппаратов, машин и трубопроводов в местах, соответствующих их действительному расположению.

Применяют два способа построения условных графических обозначений автоматических устройств: упрощенный и развернутый.

При упрощенном способе не показывают первичные измерительные преобразователи и всю вспомогательную аппаратуру. Приборы и средства автоматизации, осуществляющие сложные функции (контроль, регулирование, сигнализацию и т. п.) и выполненные в виде отдельных блоков, показывают одним условным графическим обозначением. Такой способ прост и менее трудоемок, но не дает представления о месте размещения автоматических устройств (на щитах, пультах, в шкафах).

 (упрощенный способ построения)

                        

При развернутом способе каждый прибор или блок, входящий, в единый комплект, изображают отдельным графическим обозначением. Сложные приборы, выполняющие несколько функций, разрешается изображать несколькими окружностями, расположенными слитно. Обозначения аппаратуры помещают в нижней части листа.

Развернутый способ построения условных обозначений более полно раскрывает решения по автоматизации, поэтому им пользуются чаще. Для развернутого способа установлены дополнительные буквенные обозначения.

Функциональные признаки приборов при развернутом способе построения условных обозначений изображают следующим образом:

Первичное преобразование (обозначение чувствительных элементов: термоэлектрического преобразователя, термопреобразователя сопротивления, сужающих устройств расходомеров и.т.п.)	Е
Промежуточное преобразование (обозначение дистанционной передачи)	Т
Управление (обозначение станции управления)	К
Преобразование, вычислительная функция	Y

 

Преобразователи сигналов и вычислительные устройства при развернутом способе построения условных обозначений изображают следующим образом:

 

40.Связи между автоматическими устройствами на функциональных схемах изображают сплошными тонкими линиями. При любом числе проводов или труб, связывающих два устройства, проводят одну линию. Толщина линий связи 0,2-0,3 мм. На линиях связи указывают предельные (максимальные или минимальные) значения измеряемых или заданные значения регулируемых параметров (рисунок 10.5). Для приборов, встраиваемых в технологическое оборудование или трубопроводы, эти значения указывают вблизи от их графических обозначений (рисунок 10.5, поз. 9).

Подвод линий связи к условному графическому обозначению прибора допускается изображать сверху, снизу или сбоку. Если необходимо указать направление передачи сигнала, допускается нанесение стрелки на линии связи (рисунок 10.5, сигнал от прибора 3д к прибору 4в). Допускается пересечение соединительными линиями условных обозначений технологических аппаратов. Пересекать же соединительными линиями условные обозначения средств автоматизации не разрешается.

Если схема сложна, рекомендуется применять адресный метод изображения связи между приборами (рисунок 10.5). При этом соединительную линию разрывают и каждому ее концу присваивают одну и ту же арабскую цифру. Целесообразно сначала проставить цифры обрывов линий у прямоугольника, символизирующего щит, слева направо.

Допускается комбинированное изображение линий связи на одной схеме – непрерывными линиями и адресным методом (для тех участков схемы, где нанесение непрерывных линий затруднительно).

Рисунок 10.7 – Пример выполнения функциональной схемы автоматизации в случае однотипных технологических объектов при одинаковых значениях регулируемых параметров и однотипных приборах

Если средства автоматизации поставляются вместе с технологическим оборудованием, то на поле схемы делают пометку, например: "Приборы 1а, 1г, 1в поставляются комплектно с компрессором".

Для однотипных технологических объектов, имеющих один общий щит с приборами, на функциональной схеме рекомендуется показывать лишь один объект; приборы же изображают для всех объектов. Если при этом приборы однотипны, а параметры имеют одинаковые значения, то такие приборы показывают один раз, а около условного обозначения проставляют их число

41. Общие требования

Принципиальные электрические схемы определяют полный состав приборов, аппаратов и устройств, а также связей между ними, действие которых обеспечивает решение задач управления, регулирования, защит, измерения и сигнализации.

Они служат основанием для разработки других документов проекта: монтажных таблиц щитов и пультов, схем внешних соединений и т.п.

Эти схемы служат для изучения принципа действия системы, они необходимы при производстве наладочных работ и в эксплуатации.

Схемы выполняются применительно к определенным самостоятельным элементам, установкам или участкам автоматизированной системы, например: схема управления регулирующим клапаном; схема регулятора уровня; схема сигнализации уровня в резервуаре.

Принципиальная схема представляет собой сочетание элементарных электрических цепей, выполняющих в заданной последовательности ряд стандартных операций:

· передачу командных сигналов от органов управления или измерения к исполнительным органам;

· усиление или размножение командных сигналов, их сравнение;

· блокировку сигналов и т.д.

При разработке принципиальных схем необходимо обеспечить:

1. надежность работы;

2. простоту и экономичность;

3. четкость действия схемы при аварийных режимах;

4. удобство оперативной работы;

5. удобство эксплуатации;

6. четкость оформления.

 

42. Порядок разработки принципиальных схем         

1. На основании функциональной схемы составляют технические требования, предъявляемые к принципиальной схеме.

2. Применительно к этим требованиям устанавливают условия и последовательность действия схемы.

3. Каждое из заданных условий действия схемы изображают в виде элементарных цепей, отвечающих заданному условию действия.

4. Элементарные схемы объединяют в общую схему.

5. Производят выбор аппаратуры и электрический расчет параметров отдельных элементов (сопротивление обмоток реле, нагрузки контактов и т.д.).

6. Корректируют схему в соответствии с возможностями принятой аппаратуры.

7. Проверяют в схеме возможность возникновения ложных или обходных цепей.

Принципиальные электрические схемы выполняют в соответствии с требованиями государственных стандартов.

ГОСТ 2.701-84. Электрические схемы. Основные понятия.

ГОСТ 2.702-75. Правила выполнения электрических схем.

ГОСТ 2.709-72. Система обозначения цепей в электрических схемах.

ГОСТ 2.710-81. Обозначения условные буквенно-цифровые в электрических схемах.

ГОСТ 2.721-74. Обозначения условные графические в схемах. Обозначения общего применения.

ГОСТ 2.725-68. Обозначения условные графические в схемах. Устройства коммутирующие.

ГОСТ 2.728-74. Резисторы и конденсаторы.

ГОСТ 2.730-73. Приборы полупроводниковые.

ГОСТ 2.731-81. Приборы электровакуумные.

ГОСТ 2.743-82. Элементы цифровой техники.

ГОСТ 2.747-68. Размеры условных графических обозначений.

ГОСТ 2.755-87. Устройства коммутационные и контактные соединения.

 Основные принципы построения принципиальных электрических схем

Основные определения:

1. Элемент схемы – составная часть схемы, которая выполняет определенную функцию в изделии и не может быть разделена на части (реле, резистор, диод и т.д.).

2. Устройство – совокупность элементов, представляющая собой единую конструкцию (блок, измерительный прибор и т.д.).

3. Функциональная группа – совокупность элементов, выполняющих в изделии определенную функцию и необъединенных в единую конструкцию.

4. Функциональная цепь – линия, канал, тракт определенного назначения.

5. Линия взаимосвязи – отрезок линии, указывающий на наличие связи между функциональными частями изделия.

 

Схемы выполняются без соблюдения масштаба; действительное пространственное расположение составных частей системы автоматизации, как правило, не учитывается или, при необходимости, учитывается приближенно.

 

43. Графическое обозначение элементов и соединяющие их линии связи необходимо стремиться располагать на схеме таким образом, чтобы обеспечить наилучшее представление о взаимодействии ее составных частей.

Линии связи показываются, как правило, полностью. Однако в случае, когда это затрудняет чтение схем, допускается обрывать линии связи. Место обрыва линии связи заканчивается стрелкой, около которой указывают, куда эта линия подключается и (или) необходимые характеристики цепей, например обозначение цепи, полярность и др.

Если в состав принципиальной схемы входит какое-либо устройство, имеющее самостоятельную принципиальную схему, то оно выделяется (очерчивается) сплошной линией, равной по толщине линии связи. Например, на рисунке 11.2 указанным образом выделено устройство А1, представляющее собой стандартный блок управления электродвигателем, имеющий собственную принципиальную электрическую схему.

Схемы, как правило, выполняют для систем (объектов автоматизации), находящихся в отключенном (нерабочем) состоянии. Однако в случаях, когда возникает необходимость, допускается изображать отдельные элементы схем в каком-либо выбранном рабочем положении, оговаривая это на поле чертежа.

44. Элементы и устройства на принципиальных электрических схемах могут выполняться совмещенным или разнесенным способом. При совмещенном способе составные части элементов, например катушки, контакты и т. п., изображают на схеме в непосредственной близости друг к другу (как в собранном виде)

При разнесенном способе составные части элементов и устройств или отдельные элементы устройств изображают на схеме в разных местах таким образом, чтобы отдельные цепи были изображены наиболее наглядно. В этом случае схема состоит из ряда цепей, расположенных слева направо или сверху вниз, как правило, в порядке последовательности действия отдельных элементов схемы (строчный способ).

Данные об элементах, входящих в состав принципиальной электрической схемы – аппаратах, приборах и т. п., должны быть записаны в перечень элементов, который оформляется в виде таблицы.

Обозначения элементов принципиальных электрических схем соответствуют ГОСТ 2.710-81

Цифровое – обозначение контактов в приборе (1, 2, 3...).

Цифро-буквенное – обозначение контактов разъема (2а1, 2б1, 2с1).

Буквенное – код элемента. Например, пускатель:

· однобуквенный код: К, если в схеме пускателя нет реле;

· двухбуквенный код: КМ, если есть реле.

Перечень основных обозначений:

Таблица 11.2 – Буквенные коды видов элементов по ГОСТ 2.710-81

Одно-буквенный код	Группа видов элементов	Пример вида элемента	Двухбуквен ный код
А	Устройство (общее обозначение)	–	–
В	Преобразователи неэлектриче­ских величин в электрические или наоборот (кроме генераторов и источников питания); аналоговые или многоразрядные преобразо­ватели или датчики, используе­мые для указания или измере­ния	Громкоговоритель Магнитострикционный элемент Детектор ионизирующих излуче­ний	ВА ВВ BD
С	Конденсаторы	–	–
D	Микросхемы интегральные, мик­росборки	Микросхема интегральная анало­говая Микросхема интегральная циф­ровая, логический элемент Устройство хранения информа­ции Устройство задержки	DA DD   DS DT
Е	Элементы разные	Нагревательный элемент Лампа осветительная Пиропатрон	ЕК EL ЕТ
F	Разрядники, предохранители, устройства защитные	Дискретный элемент защиты по току мгновенного действия	FA
G	Генераторы, источники питания	Батарея	GB
Н	Устройства индикационные и сигнальные	Прибор звуковой сигнализации Индикатор символьный Прибор световой сигнализации	НА HG Н
К	Реле, контакторы, пускатели	Реле токовое Реле электротепловое Контактор, магнитный пускатель	КА КК КМ
L	Катушки индуктивности, дрос­сели	Дроссель люминесцентного осве­щения	LL
M	Двигатели	–	–
P	Приборы, измерительное обору­дование Примечание. Сочетание РЕ применять не допускается	Амперметр Счетчик импульсов Частотомер	РА PC PF
Q	Выключатели и разъединители в силовых цепях (энергоснабжение, питание оборудования и т. д.)	Выключатель автоматический Разъединитель Короткозамыкатель	QE QS QK
R	Резисторы	Терморезистор Потенциометр Шунт измерительный	RK RP RS
S	Устройства коммутационные в цепях управления, сигнализации и измерительных.	Выключатель или переключатель Выключатель кнопочный Выключатель автоматический	SA SB SF
T	Трансформаторы, автотрансфор­маторы	Трансформатор тока Трансформатор напряжения Электромагнитный стабилизатор	ТА ТУ TS
U	Устройства связи и преобразо­ватели электрических величин в электрические	Модулятор Демодулятор	UV UR
V	Приборы электровакуумные и полупроводниковые	Диод, стабилитрон Прибор электровакуумный	VD VL
W	Линии и элементы СВЧ	Ответвитель	WR
X	Соединения контактные	Токосъемник, контакт скользящий Штырь	ХА ХР
Y	Устройства механические с элект­ромагнитным приводом	Электромагнит Тормоз с электромагнитным при­водом	YA YB
Z	Устройства оконечные, фильтры, ограничители	Ограничитель Фильтр кварцевый	ZL ZQ

 

 

45. Условные обозначения элементов, размеры которых в стандартах не установлены, изображаются на схемах в размерах, в которых они выполнены в соответствующих стандартах.

Допускается все обозначения пропорционально уменьшать. Увеличивать размер можно только, если необходимо вписывать в них пояснительные знаки.

Поворачивать обозначения без надписей можно на угол кратный 90 градусов. Обозначения, содержащие буквенные или цифровые обозначения, поворачивают только против часовой стрелки на угол 90 или 45 градусов. Выполняются той же толщиной, что и линии связи (0,2...1) мм. Рекомендуется толщина (0,3...0,4) мм.

Обозначение участков цепей служит для их опознания и отражает их функциональное назначение. Последовательность обозначений должна быть от ввода источника питания к потребителю, а разветвляющиеся участки цепи обозначают сверху вниз в направлении слева направо.

При разработке принципиальных электрических схем следует придерживаться следующего порядка обозначения отдельных участков цепей:

1) цепи переменного тока обозначают: L1, L2, L3... с добавлением последовательных чисел. Допускается, если это не вызывает ошибочного подключения, обозначать фазы цепей переменного тока буквами А, В, С

2) силовые цепи постоянного тока обозначают: нечетными числами – участки цепей положительной полярности, четными – участки цепей отрицательной полярности; входные и выходные участки цепи: плюс «L+» и минус «L-». Допускается применять только знаки «+» или «-».Средний проводник обозначают буквой М. Допускается также обозначать силовые цепи постоянного тока последовательными числами;

3) цепи управления, защиты, сигнализации, автоматики, измерения обозначают последовательными числами в пределах изделия или установки.

Чтение принципиальных электрических схем и особенно эксплуатация электрических установок значительно упрощается, если при разработке схем производить обозначение цепей по функциональному признаку в зависимости от их назначения.

Таблица 11.1 – Обозначение квалифицирующего символа

Тип условного обозначения	Квалифицирующий символ	Наименование применяемого знака
Высший уровень Функциональная группа Конструктивное расположение Позиционное Электрический контакт Адресное	= ¹ + – : ()	Равно Не равно Плюс Минус Двоеточие Круглые скобки

Рекомендации обозначений:

цепи управления, регулирования, измерения 1 - 399;

цепи сигнализации 400 - 799;

цепи питания 800 - 999;

цепи постоянного тока:

нечетные – положительная полярность,

четные – отрицательная полярность;

цепи переменного тока:

нечетные – фаза,

четные – нейтраль.