Разработка функциональной схемы автоматизации

Методические указания к выполнению курсовой работы

для студентов технологических специальностей
пищевой промышленности

Могилев 2014

 

УДК 65.011.66

 

Рассмотрены и рекомендованы к изданию

На заседании кафедры «Автоматизация технологических процессов и производств»

Протокол № от

УМК по химико-технологическому профилю специальностей

Протокол № от

 

 

Составители:

В.И. Никулин, И.Э. Илюшин, Е.А. Колюкович

 

 

Рецензент

кандидат технических наук, доцент МГУП

М.М. Кожевников

 

 

Методические указания предназначены для использования студентами технологических специальностей пищевой промышленности дневной и заочной форм обучения при выполнении курсовой работы по дисциплине «Электротехника, автоматика и технические средства автоматизации».

Подробно изложена методика выполнения курсовой работы, приведены необходимые примеры и справочные материалы, а также дан перечень возможных тем курсовых работ.

 

 

©УО«Могилевский государственный университет продовольствия», 2014

СОДЕРЖАНИЕ

Введение…………………………………………………………………………………..
1. Содержание и объем курсовой работы………………..…………………………….
2. Разработка функциональной схемы автоматизации…..……………………………
3 Выбор приборов и средств автоматизации………………………………………….
4. Выбор электрических элементов цепи управления двигателями………………….
5. Выбор контроллера и модулей ввода/вывода………..……………………………..
Список рекомендуемой литературы……………………………………………………
Приложение А. Условные цифровые обозначения трубопроводов для жидкостей и газов……………………………………………………………………………………….
Приложение Б. Примеры построения условных обозначений приборов и средств автоматизации……………………………………………………………………………
Приложение В. Примеры оформления пояснительного текста и таблиц на функциональных схемах автоматизации……………………………………………….
Приложение Г. Обозначения и классы допуска термопреобразователей……………
Приложение Д.Маркировка взрывозащищенного электрооборудования …………..
Приложение Е. Оформление основных надписей по ГОСТ 21.101-93 и спецификации на приборы и средства автоматизации ………………………………..
Приложение Ж. Возможный перечень тем на курсовую работу……………………..

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Предлагаемые методические указания написаны в соответствии с программой дисциплины «Электротехника, автоматика и технические средства автоматизации» и предназначены для использования студентами технологических специальностей пищевой промышленности дневной и заочной форм обучения при выполнении курсовой работы.

Цель курсовой работы - ознакомить студентов с принципами построения современных систем автоматизации технологических процессов, реализованных на базе промышленных контроллеров и ЭВМ. В настоящее время такие системы широко внедряются на предприятиях пищевой промышленности. В ходе выполнения курсовой работы студентами решаются следующие задачи: 1) ознакомление с методикой разработки функциональных схем автоматизации технологических процессов на базе серийно выпускаемых приборов и промышленных контроллеров; 2) ознакомление с характеристиками современных приборов и средств автоматизации 3) изучение основных подходов к обоснованному выбору приборов и технических средств автоматизации; 4) изучение действующих стандартов и других нормативных документов регламентирующих правила оформления технической документации по автоматизации технологических процессов.

 

 

Содержание и объем курсовой работы

 

В качестве тем курсовой работы могут использоваться типовые темы, приведенные в приложении Ж. Также тема работы может быть сформулирована преподавателем на основе материалов из технической литературы с учетом специфики конкретной специальности (специализации), либо на основе материалов, собранных студентом в ходе производственной практики. Курсовая работа включает в себя следующие разделы.

1.1 Введение. Раздел содержит цель и задачи курсовой работы.

1.2 Исходные данные на проектирование. Исходные данные на проектирование включают в себя описание принципа работы технологической установки, перечень измеряемых и регулируемых переменных, их номинальные и максимальные рабочие значения, требования к точности измерения и некоторые уточняющие детали, например, производительность оборудования, вид дополнительной энергии для питания приборов, вид расходных характеристик регулирующих органов. Эти данные берутся из технологических регламентов или технической литературы либо задаются студентом по согласованию с преподавателем.

Также данный раздел должен содержать расчет диаметров технологических трубопроводов по нижеприведенной методике. Исходными данными для расчета трубопроводов задаются по согласованию с преподавателем. Результаты этого расчета используются при подборе типоразмеров регулирующих органов.

Необходимые диаметры технологических трубопроводов рассчитываются по известному расходу продукта на основе следующего выражения:

, (1.1)

где Q - расход продукта, м³/c; W - скорость продукта (жидкости), м/с; D - внутренний диаметр трубопровода, м.

Оптимальная скорость прохождения жидкости соответствует минимуму эксплуатационных расходов. Поэтому при расчете трубопроводов скорость движения ориентировочно может быть принята в интервалах, приведенных в таблице 1.1.

Таблица 1.1 - Скорости движения жидкости

Движение жидкости при подаче насосом, м/с	1−2,5
Движение самотеком, м/с	0,1−0,5
Для газов, м/с	5−20
Для паров, м/с	15−40

 

По тепловой нагрузке аппарата можно определить расход греющего пара, для этого можно воспользоваться следующим выражением, полученным из уравнения теплового баланса:

, (1.2)

где 1,08 - постоянный коэффициент учитывающий потери тепла в окружающую среду; G _в - расход продукта (жидкости) через теплообменник, кг/с; C - теплоемкость продукта (жидкости), Дж/кг×К; r - удельная теплота парообразования (определяется по таблицам в зависимости от давления); Дж/кг; t _к, t _н - начальная и конечная температуры нагреваемого продукта, ⁰С.

Разделив весовой расход пара G _п на его плотность r (определяется по таблицам в зависимости от давления), получим объемный расход. Зная объемный расход по формуле (1.1) найдем диаметр трубопровода для подачи пара.

В конце данного раздела приводится техническая характеристика технологического оборудования.

1.3 Разработка функциональной схемы автоматизации. Курсовая работа предполагает разработку функциональной схемы автоматизации на базе программируемого контроллера и ЭВМ. Схема автоматизации выполняется в соответствии с методикой, изложенной в разделе 2 данного пособия. Раздел «Разработка функциональной схемы автоматизации» включает в себя подробное описание всех измерительных и регулирующих комплектов приборов, используемых в этой схеме, а также принципы их взаимодействия с технологическим оборудованием.

1.4 Выбор приборов и средств автоматизации. В данном разделе приводится подробное описание выбранных приборов и средств автоматизации и их характеристик.

1.5 Выбор электрических элементов цепи управления электродвигателями. В данном разделе производится расчет мощности электродвигателей, а на основании результат производится обоснованный выбор элементов цепи управления (магнитных пускателей и кнопочных постов управления).

1.6 Выбор контроллера и модулей ввода/вывода. Данный раздел содержит описание общих технических характеристик выбранного программируемого контроллера. В этом разделе должны быть приведены таблицы аналоговых и дискретных сигналов с символической привязкой этих сигналов к датчикам и исполнительным механизмам. На основании полученного необходимого количества аналоговых и дискретных входов и выходов, а также с учетом характеристик их сигналов, далее осуществляют выбор необходимого числа модулей ввода/вывода, указывая их назначение, входные и выходные характеристики.

1.7 Заключение. Содержит перечень основных результатов курсовой работы.

1.8 Список использованных источников. В список вносятся литературные источники, ссылки на которые имеются в пояснительной записке.

1.9 Приложения. В приложения выноситсяспецификация на выбранные средства автоматизации, а также другие вспомогательные (справочные) материалы.

 

 

Пояснительная записка объемом 15−20 страниц оформляется на стандартных листах бумаги формата А4 в соответствии с требованиями СТП СМК 4.2.3-01-2011 регламентирующими оформление текстовых документов в УО МГУП. Спецификация на выбранные средства автоматизации оформляется в соответствии с требованиями ГОСТ 21.408-93 «Правила выполнения рабочей документации по автоматизации технологических процессов» и ГОСТ 21.110-95 «Правила выполнения спецификации оборудования изделий и материалов», а также рекомендациями, изложенными в разделе 3 данных методических указаний. Примеры заполнения основных надписей на спецификации в соответствии с перечисленными стандартами приведены в приложении Е (таблицы Е.2, Е.3 и рисунок Е.3).

Функциональная схема автоматизации оформляется на стандартном листе формата А2 в соответствии с требованиями ГОСТ 21.404-85 «Автоматизация технологических процессов. Обозначения условные приборов и средств автоматизации на схемах», ГОСТ 21. 408-93 «Правила выполнения рабочей документации по автоматизации технологических процессов», ГОСТ 21.101-93 «Основные требования к рабочей документации», а также рекомендациями, изложенными в разделе 2 данного методического пособия. Примеры оформления основных надписей по ГОСТ 21.101-93 для функциональной схемы автоматизации приведены в приложении Е (таблица Е1, рисунки Е1, Е2).

 

 

Разработка функциональной схемы автоматизации

 

Функциональные схемы автоматизации являются основным техническим документом, определяющим функционально-блочную структуру отдельных узлов автоматического контроля, управления и регулирования технологического процесса и оснащение объекта управления приборами и средствами автоматизации (в том числе средствами микропроцессорной техники). Объектом управления в системах автоматизации технологических процессов является совокупность основного и вспомогательного оборудования вместе с встроенными в него запорными и регулирующими органами, а также энергии, сырья и других материалов, определяемых особенностями используемой технологии. При разработке функциональных схем автоматизации технологических процессов необходимо решить следующие задачи: получение первичной информации о состоянии технологического процесса и оборудования; непосредственное воздействие на технологический процесс для управления им; стабилизация технологических параметров процесса; контроль и регистрация технологических параметров процессов и состояния технологического оборудования.

Эти задачи автоматизации, как правило, реализуются с помощью технических средств, включающих в себя: отборные устройства, средства получения первичной информации, средства преобразования и переработки информации, средства представления и выдачи информации обслуживающему персоналу, комбинированные, комплектные и вспомогательные устройства. Результатом составления функциональных схем являются: 1) выбор методов измерения технологических параметров; 2) выбор основных технических средств автоматизации, наиболее полно отвечающих предъявляемым требованиям и условиям работы автоматизируемого объекта; 3) определение приводов исполнительных механизмов регулирующих и запорных органов технологического оборудования, управляемого автоматически или дистанционно; 4) размещение средств автоматизации на щитах, пультах, технологическом оборудовании и трубопроводах и т.п., а также определение способов представления информации о состоянии технологического процесса и оборудования.

Схемы автоматизации выполняются в соответствии с ГОСТ 21.404-85 «Автоматизация технологических процессов» и ГОСТ 21.408-93 «Правила выполнения рабочей документации по автоматизации технологических процессов». На схеме автоматизации изображают технологическое и инженерное оборудование и коммуникации (трубопроводы, газоходы, воздуховоды) автоматизируемого объекта; технические средства автоматизации или контуры контроля, регулирования и управления; линии связи между отдельными техническими средствами автоматизации или контурами.