Основным техническим документом определяющим, структуру и характер автоматизации технологического объекта является функциональная схема контроля, регулирования и дистанционного управления. Функциональные схемы выполняются в виде чертежей. Установки и агрегаты на них изображают в условных обозначениях, принятых в технологической части проекта или в соответствии с их натуральным видом без соблюдения масштаба. У изображения технологического оборудования, отдельных его элементов и трубопроводов приводятся соответствующие поясняющие надписи (наименование технологического оборудования, его номер, если таковой имеется, и д.р.), а также указываются стрелками направления потоков. Отдельные агрегаты и установки технологического оборудования могут быть изображены оторвано друг от друга, но при этом всегда приводятся необходимые указания на их взаимосвязь.
Технологические трубопроводы обозначают так же, как на технологических схемах. Элементы автоматизации (отборные устройства, первичные и вторичные приборы, регулирующие устройства, исполнительные механизмы и регулирующие органы) обозначают по ГОСТ 21.404-85 «Обозначения условные приборов и средств автоматизации в схемах».
В функциональных схемах должно быть определено место установки аппаратуры:
В технологических коммуникациях или непосредственно около них изображают отборные устройства, термопары, термометры сопротивления, диафрагмы, чувствительные устройства расходомеров, встраиваемые в трубопроводы, регулирующие органы и связанные с ними исполнительные механизмы;
Аппаратура, монтируемая вне щитов и пультов управления, изображается в прямоугольнике с надписью «Приборы местные»;
Аппаратура, размещаемая на щитах агрегатов, отделений, установок, цехов выделяется в отдельные прямоугольники с соответствующими надписями, например «Центральный щит управления», «Приборы на щите».
Изображение комплектов приборов и средств автоматизации на функциональных схемах может быть выполнено упрощённым или развёрнутым способом.
Упрощённый способ применяется для изображения приборов на технологических схемах. При упрощённом способе на схемах не показывают первичные измерительные преобразователи и всю вспомогательную аппаратуру. Приборы и средства автоматизации, осуществляющие сложные функции (контроль, регулирование, сигнализацию) и выполняемые в виде отдельных блоков, показываются одним условным графическим обозначением.
На вертикальных линиях к приборам указывают рабочие значения контролируемых и регулируемых параметров сред. На схеме показывают все средства автоматизации (кроме вспомогательной аппаратуры: реле, источники питания, фильтры, редукторы и т.д.).
В сложных схемах допускается разрывать соединительные линии, нумеруя их со стороны отборного устройства и со стороны аппаратуры. Номера линий связи располагают в горизонтальных рядах. Номера линий связи нижнего ряда располагают в возрастающем порядке, а верхних – в любом.
Все линии связи между средствами автоматизации вычерчиваются однолинейными независимо от фактического числа импульсных труб и электропроводов, осуществляющих эту связь в действительности.
Основными требованиями к изображению соединений линий связи является необходимость чёткого и наглядного изображения функциональных связей элементов и приборов автоматики от начала прохождения сигнала до конечного места его приложения.
Позиционная нумерация элементов и приборов автоматики осуществляется арабскими цифрами с буквенной индексацией всех элементов последовательно от приёмных устройств до регулирующего органа.
Нумерация позиций должна быть сквозной для всех функциональных схем. Бобышкам, карманам для установки термоприёмников и другим приспособлениям, входящим в комплект технологического оборудования, трубопроводов или монтажных установочных приспособлений, которые изготовляются в процессе монтажа, позиционные обозначения не присваивают.
Расстояние между линиями связи должно быть не менее 3 мм. Толщины линий чертежа должны соответствовать ГОСТ 2.303-68. В частности для изображения агрегатов, технологического оборудования рекомендуемые толщины контурных линий 0,6-1,5 мм, трубопроводов 0,6-1,5 мм, изображение средств автоматизации – 0,5-0,6 мм, линии связи – 0,2-0,3 мм, прямоугольников, изображающих щиты, пульты и приборы местные - 0,6-1,5 мм, выносок – 0,2-0,5 мм.
Условные графические обозначения приборов и средств автоматизации на схемах выполняются сплошной толстой основной линией, а горизонтальную разделительную черту внутри графического обозначения и линий связи - сплошной тонкой линией по ГОСТ 2.303-68.
Шрифт буквенных обозначений принимают по ГОСТ 2.304-81 равным 2,5 мм.
Условные обозначения по ГОСТ 21.404-85
приборов:
а) основное обозначение
б) допускаемое обозначение
исполнительных механизмов:
регулирующих органов:
Согласно функциональной схеме автоматизации технологических процессов составляется заказная спецификация приборов и средств автоматизации по установленной ЕСКД форме.
Схема является основным документом, поясняющим принцип действия и взаимодействия различных элементов, устройств или в целом систем автоматического управления. Наиболее часто используют принципиальные, функциональные структурные (функциональные) и алгоритмические структурные (структурные) типы схем. Кроме них при проектировании, монтаже, наладке и эксплуатации САУ применяют схемы соединения и подключения (монтажные).
ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ, ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ И СТРУКТУРНЫЕ СХЕМЫ
На принципиальной схеме все элементы системы изображают в соответствии с условными обозначениями во взаимосвязи между собой. Из принципиальной схемы должен быть ясен принцип ее действия и физическая природа происходящих в ней процессов. Принципиальные схемы могут быть электрическими, гидравлическими, пневматическими, кинематическими и комбинированными. На рисунке 1.19 в качестве примера представлены фрагменты принципиальной электрической и принципиальной гидравлической схем.
Элементы автоматики на принципиальных схемах следует обозначать в соответствии со стандартом. Изображение элементов должно соответствовать выключенному состоянию (обесточенному, при отсутствии избыточного давления и т.д.) всех цепей схемы и отсутствию внешних воздействий. Схема должна быть логи-
Рис. 1.19.
а - электрической, б - гидравлической
чески последовательной и читаться слева направо или сверху вниз. Каждому элементу принципиальной схемы присваивают буквенно-цифровое позиционное обозначение. Буквенное обозначение обычно представляет собой сокращенное наименование элемента, а цифровое в порядке возрастания и в определенной последовательности условно показывает нумерацию элемента, считая слева направо или сверху вниз. Для сложных схем, как правило, расшифровывают сокращенные буквенные и цифровые обозначения.
Функциональные структурные схемы отражают взаимодействие устройств, блоков, узлов и элементов автоматики в процессе их работы. Графически отдельные устройства автоматики изображают прямоугольниками, соответствующими направлению прохождения сигнала. Внутреннее содержание каждого блока не конкретизируют. Функциональное назначение блоков обозначают буквенными символами. На рисунке 1.20 в качестве примера представлена функциональная схема САУ температурой воздуха в парнике, где ОУ- объект управления (парник), ВЭ - воспринимающий элемент (датчик температуры), ПЭ - преобразующий
Рис. 1.20. Функциональная схема САУ температурой воздуха в парнике элемент (усилитель с реле на выходе), РО- регулирующий орган (электронагреватель), у -управляемая величина (температура), g-задающее воздействие (требуемая температура);/-возмущающее воздействие (влияние внешних факторов на температуру воздуха в парнике).
Алгоритмические структурные схемы показывают взаимосвязь составных частей автоматической системы и характеризуют их динамические свойства. Эти схемы разрабатывают на основе функциональных или принципиальных схем автоматики. Алгоритмическая структурная схема - наиболее удобная графическая форма представления САУ в процессе исследования ее динамических свойств. В этой схеме не учитывают физическую природу воздействий и особенности конкретной аппаратуры, но отображают лишь математическую модель процесса управления.
На структурной схеме, как и на функциональной, элементы УУ и ОУ изображают в виде прямоугольников. При этом какое-либо устройство может быть представлено несколькими звеньями (прямоугольниками) и, наоборот, несколько однотипных устройств могут быть изображены как одно звено.
Разделение САУ на элементарные звенья направленного действия выполняют в зависимости от вида математического уравнения, связывающего выходную величину с входной для каждого звена. Внутри звена (прямоугольника) указывают математическую зависимость между входной и выходной величинами. Эта зависимость может быть представлена либо формулой, либо графиком, либо таблицей. Аналогично функциональной схеме связи между звеньями изображают в виде стрелок, указывающих направление и точки приложения воздействующих величин.
Структурная схема САУ температурой воздуха в парнике представлена на рисунке 1.21. Общий вид этой схемы совпадает с функциональной схемой (см. рис. 1.20), однако внутри прямоугольников содержатся функции или графики, связывающие выходные величины каждого элемента с входными.
В качестве примера рассмотрим принцип действия принципиальной электрической схемы САУ температурой теплоносителя в
Рис. 1.21.
Рис. 1.22.
/-заслонка; 2- ИМ; 3 ~усилитель
шахтной зерносушилке (рис. 1.22) и составим для нее функциональную схему. Требуемая температура теплоносителя в зерносушилке поддерживается при помощи заслонки 7, которая, поворачиваясь, изменяет соотношение притоков горячего воздуха Q r , поступающего из топки, и холодного Q x , забираемого из атмосферы. Температуру внутри зерносушилки измеряет термодатчик R, включенный в одно их плеч измерительного моста. Заданное значение управляемой величины g (температуры) устанавливают, перемещая движок резистора - задатчика R1. Поскольку сигнал выхода с измерительного моста малой мощности, то для управления реверсивным электродвигателем 2 (ИМ) используют усилитель 3.
Когда температура теплоносителя внутри зерносушилки отклоняется от заданной, на выходе моста появляется сигнал разбаланса, который через усилитель 3 и реле К1 или К2 поступает в электродвигатель 2, включая его. От двигателя приводится в действие заслонка 7, перемещающаяся в ту или иную сторону в зависимости от знака сигнала.
Вследствие инерционности термодатчика R, и его удаленности от заслонки 7 процесс управления может продолжаться бесконечно, т. е. новый равновесный режим в системе не установится. Действительно, когда заслонка займет новое равновесное положение, температура термодатчика еще некоторое время остается прежней, вследствие чего исполнительный механизм продолжит перемещать заслонку. Далее температура в месте установки термодатчика сначала сравняется с заданной, а затем отклонится от нее в противоположную сторону, т. е. примет значение с обратным знаком. Иными словами, в системе возникнут периодические колебания, называемые автоколебаниями. Автоколебания управляемой величины (температуры) в данной системе возникают вследствие того, что двигатель останавливается не в момент достижения заслонкой требуемого положения, а с некоторым запаздыванием.
Для устранения автоколебаний или уменьшения их амплитуды применяют обратную связь (ОС), которая позволяет остановить двигатель до того, как температура теплоносителя достигнет заданного значения, поскольку после прекращения перемещения заслонки температура объекта и термодатчика приближается к заданному значению.
Обратная связь осуществляется с помощью переменного резистора Ло. с, ползунок которого механически связан с ротором электродвигателя 2 и перемещается одновременно с ним. Очевидно, что равновесие в системе наступит в тот момент, когда приращение сопротивления Л ос, возникающее вследствие передвижения ползунка, и приращение сопротивления R„ вызванное изменением температуры теплоносителя, станут равны между собой (АД, с = ДЛ,). Таким образом, электродвигатель 2 в данной системе останавливается и переходный процесс полностью прекращается в тот момент, когда отклонение температуры станет меньше зоны нечувствительности регулятора.
На функциональной схеме (рис. 1.23) зерносушилка представляет собой объект управления (030, термодатчик - воспринимающий орган (50), измерительный мост - сравнивающий элемент (СО), усилитель - усилительный элемент (УЭ ), электродвигатель - исполнительный механизм (ИМ), заслонка - регулирующий орган (РО), между валом ИМ и ползунком потенциометра - обратная связь (ОС). Здесь же/- возмущающее воздействие (температура наружного воздуха, влажность и начальная температура зерна), g- задающее воздействие (требуемая температура сушки), у - управляемая величина (фактическая температура теплоносителя), и - управляющее воздействие (теплота, поступающая в зерносушилку с теплоносителем).
Рис. 1.23.
СХЕМЫ СОЕДИНЕНИЙ ЩИТОВ, ПУЛЬТОВ УПРАВЛЕНИЯ, ВНЕШНИХ СОЕДИНЕНИЙ И ПОДКЛЮЧЕНИЙ
Схемы соединений - это схемы, на которых изображают соединения составных частей устройства или внешние соединения между отдельными устройствами. Схемы для приборов, устанавливаемых в щитах или пультах управления, разрабатывают на основе функциональных схем, принципиальных электрических схем, схем питания, а также общих видов щитов и пультов.
Общие правила выполнения схем соединений следующие:
схемы соединений разрабатывают на один щит, пульт, станцию управления;
все типы аппаратов, приборов и арматуры, предусмотренные принципиальной электрической схемой, должны быть полностью отражены на схеме соединений;
позиционное обозначение приборов и средств автоматизации и маркировку участков цепей, принятые на принципиальной электрической схеме, необходимо сохранять в схеме соединений.
Применяют три способа составления схем соединений: графический, адресный и табличный. Для адресного и табличного способа, кроме перечисленных правил, следует соблюдать еще несколько:
приборы и аппараты на схемах соединений изображают упрощенно без соблюдения масштаба в виде прямоугольников, над которыми помещают окружность, разделенную горизонтальной чертой. Цифры над чертой указывают порядковый номер устройства (рис. 1.24, цифра 8); номера присваивают попанельно слева направо и сверху вниз), а под чертой - позиционное обозначение этого изделия (например, КТЗ)
при необходимости показывают внутреннюю схему аппаратов (рис. 1.24);
Рис. 1.24.
для нескольких реле, расположенных в одном ряду, внутреннюю схему показывают только один раз, если она у них одинаковая;
выводные зажимы приборов условно изображают окружностями, внутри которых указывают их заводскую маркировку (например, 1...8 на рис. 1.24). Если у выводных зажимов аппаратов заводской маркировки нет, то их маркируют условно арабскими цифрами и указывают это в поясняющей записи;
платам, на которых размещены диоды, триоды, резисторы и т. п., присваивают только порядковый номер (его проставляют в окружности под чертой);
позиционное обозначение элементов помещают в непосредственной близости от их условного графического изображения (рис. 1.25);
Рис. 1.2
если приборы и средства автоматизации располагаются на нескольких элементах конструкции щита или пульта (крышке, задней панели, дверце), то необходимо выполнить развертку этих конструкций в одну плоскость, соблюдая взаимное размещение приборов и средств автоматизации.
Графический способ заключается в том, что на чертеже условными линиями показывают все соединения между элементами аппаратов (рис. 1.26). Этот способ применяют только для щитов и пультов, относительно мало насыщенных аппаратурой. Схемы трубных проводок выполняют только графическим способом. Если на одном щите или пульте прокладывают трубы из разного материала (стальные, медные, пластмассовые), то и условные обозначения используют различные: сплошные линии, штриховые, штриховые-пунктирные с двумя точками и т. д.
Адресный («встречный») способ состоит в том, что линии связи между отдельными элементами аппаратов, установленных на щите или пульте, не изображают. Вместо этого у места присоединения провода на каждом аппарате или элементе проставляют цифровой или буквенно-цифровой адрес того аппарата или элемента, с которым он должен быть электрически связан (позиционное обозначение соответствует принципиальной электрической схеме или порядковому номеру изделия). При таком изображении
Рис. 1.26.
Рис. 1.27.
схемы чертеж не загромождается линиями связи и легко читается (рис. 1.27). Адресный способ выполнения схем соединений - основной и наиболее распространенный.
Табличный способ применяют в двух вариантах. Для первого составляют монтажную таблицу, где указывают номера каждой электрической цепи. В свою очередь, для каждой цепи последовательно перечисляют условные буквенно-цифровые обозначения всех приборов, аппаратов и их контактов, посредством которых эти цепи соединены (табл. 1.1). Так, для цепи 7запись обозначает, что зажим 6 прибора КМ1 соединяется с зажимом 4 прибора КМ2 , который, в свою очередь, должен быть соединен с зажимом 3 устройства КТ4.
1.1. Пример таблицы соединений
|
Номер цепи |
Соединение |
|
КМ 1 КМ2 КТ 4 6 4 3 |
|
|
КМ 4 XT 1 2 293 |
|
|
XTI HL1 КН2 XT 2 328 1 12 307 |
Второй вариант заполнения таблицы соединений отличается от первого тем, что в таблицу вписывают проводники по возрастанию номеров маркировки цепей принудительных электрических схем (табл. 1.2). Направление прокладки проводов, как и для первого варианта, записывают в виде дроби. Для более четкого распознавания проводников принято использовать дополнительные обозначения. Например, перемычку, выполняемую в аппарате, обозначают буквой «п».
1.2. Пример таблицы соединения проводов
Схемы подключений служат рабочими чертежами, по которым выполняют монтаж аппаратуры автоматики, поэтому их еще называют монтажными. Схемы, показывающие внешнее подключение аппаратов, установок, щитов, пультов и т. п., выполняют на основе функциональных и принципиальных схем питания, спецификации приборов и оборудования, а также чертежей производственных помещений с расположением технологического оборудования и трубопроводов.
Схемы подключений используют при монтаже проводов, при помощи которых установку, прибор, аппарат подключают к источникам питания, щитам, пультам и т. п.
На практике применяют два способа составления схем подключений: графический и табличный. Наиболее распространен графический.
На схемах подключений при помощи условных графических обозначений показывают: отборные устройства и первичные преобразователи; щиты, пульты и местные пункты управления, контроля, сигнализации и измерения; внещитовые приборы и средства автоматизации; соединительные, протяжные и свободные коробки; электропровода и кабели, проложенные вне щитов; узлы присоединения электропроводов к приборам, аппаратам, коробкам; запорную аппаратуру и элементы для соединений и ответвлений; коммутационные зажимы, расположенные вне щитов, защитное заземление. Шкафы, пульты, отдельные приборы и аппараты условно изображают в виде прямоугольников или кружков, внутри которых помещают соответствующие подписи.
Связи одного назначения на схемах подключений показывают сплошной линией и лишь в местах присоединения к приборам, исполнительным механизмам и другим аппаратам провода разделяют с целью маркировки. На линиях связи, обозначающих провода или кабели, указывают номер провода (подключение), марку, сечение и длину проводов и кабелей (если проводка выполнена в трубе, то необходимо также привести характеристику трубы). Провода подключений и кабели изображают линиями толщиной 0,4.. .1 мм.
Схемы подключений выполняют без соблюдения масштаба в виде, удобном для пользователя. Иногда схемы подключений представляют в виде таблиц, которые выполняют отдельно на каждую секцию (или панель) щита управления (табл. 1.3).
1.3. Пример таблицы подключений
|
Кабель, провод |
Направление проводки |
|||||||||
В общем виде структурная схема одноконтурной системы автоматического управления представлена на рисунке 1.1. Система автоматического управления состоит из объекта автоматизации и системы управления этим объектом. Благодаря определенному взаимодействию между объектом автоматизации и схемой управления система автоматизации в целом обеспечивает требуемый результат функционирования объекта, характеризующий его выходными параметрами и характеристиками.
Всякий технологический процесс характеризуется определенными физическими величинами (параметрами). Для рационального хода технологического процесса некоторые его параметры требуется поддерживать постоянными, а некоторые изменять по определенному закону. При работе объекта, управляемого системой автоматизации, в основном ставится задача поддержания рациональных условий протекания технологического процесса.
Рассмотрим основные принципы построения структур локальных автоматических систем регулирования. При автоматическом регулировании решаются, как правило, задачи трех типов.
К первому типу задач относится поддержание на заданном уровне одного или нескольких технологических параметров. Автоматические системы регулирования, решающие задачи такого типа, называют системами стабилизации. Примерами систем стабилизации могут служить системы регулирования температуры и влажности воздуха в установках кондиционирования воздуха, давления и температуры перегретого пара в котлоагрегатах, числа оборотов в паровых и газовых турбинах, электродвигателях и т.п..
Ко второму типу задач относится поддержание соответствия между двумя зависимыми или одной зависимой и другими независимыми величинами. Системы, регулирующие соотношения, получили название следящих автоматических систем, например автоматические системы регулирования соотношения «топливо - воздух» в процессе сжигания топлива или соотношения «расход пара – расход воды» при питании котлов водой и др.
К третьему типу задач относится изменение регулируемой величины во времени по определенному закону. Системы, решающие этот тип задач, называют системами программного регулирования. Характерным примером такого типа систем является система управления температурным режимом при термической обработке металла.
В последние годы широко применяют экстремальные (поисковые) автоматические системы, обеспечивающие максимальный положительный эффект функционирования технологического объекта при минимальных затратах сырья, энергии и т.п.
Совокупность технических средств, с помощью которых одну или несколько регулируемых величин без участия человека-оператора приводят в соответствие с их постоянными или изменяющимися по определенному закону заданными значениями путем выработки воздействия на регулируемые величины в результате сравнения их действительных значений с заданными, называют автоматической системой регулирования (АСР) или автоматической системой управления. Из определения следует, что в общем случае в состав простейшей АСР должны входить следующие элементы:
объект управления (ОУ), характеризующийся регулируемой величиной х n . x(t);
измерительное устройство (ИУ), измеряющее регулируемую величину и преобразующее ее в форму, удобную для дальнейшего преобразования либо для дистанционной передачи;
задающее устройство (ЗУ), в котором устанавливается сигнал уставки, определяющий заданное значение или закон изменения регулируемой величины;
сравнивающее устройство (СУ), в котором действительное значение регулируемой величины х сравнивается предписанным значением g(t) и,
выявляется отклонение (g(t)- x(t));
регулирующее устройство (РУ), вырабатывающее при поступлении на его вход отклонения (ε) регулирующее воздействие, которое необходимо подать на объект регулирования, чтобы устранить имеющееся отклонение регулируемой величины х от предписанного значения g(t);
исполнительный механизм (ИМ). На выходе РУ регулирующее воздействие имеет небольшую мощность и, выдается в форме, не пригодной в общем случае для непосредственного воздействия на объект регулирования. Требуется либо усиление регулирующего воздействия, либо преобразования в удобную форму х р. Для этого применяют специальные исполнительные механизмы, являющиеся исполнительными выходными устройствами регулирующего элемента;
регулирующий орган (РО). Исполнительные механизмы не могут непосредственно воздействовать на регулируемую величину. Поэтому объекты регулирования снабжают специальными регулирующими органами РО, через которые ИМ воздействует на регулируемую величину;
линии связи, через которые сигналы передаются от элемента к элементу в автоматической системе.
В качестве примера рассмотрим укрупненную структурную схему автоматического управления (рисунок 1.1). На схеме выходные параметры -результат работы управляемого объекта, обозначены х 1 , х 2 , ………х n . Кроме этих основных параметров, работа объектов автоматизации характеризуется рядом вспомогательными параметрами (у 1 , у 2 ,…….у n), которые должны контролироваться и регулироваться, например, поддерживаться постоянными.
Рисунок 1.1. Структурная схема автоматического управления
В процессе работы на объект управления поступают возмущающие воздействия f1 …. fn, вызывающие отклонения параметров х1…….хn от их рациональных значений. Информация о текущих значениях х тек и у тек поступает в систему управления и сравнивается с их предписанными значениями (уставками) g1…… gn, в результате чего система управления оказывает управляющие воздействия Е1…..Еn на объект, направленные на компенсацию отклонений текущих выходных параметров от заданных значений.
По структуре системы автоматического управления объектом автоматизации могут быть в частных случаях одноуровневыми централизованными, одноуровневыми децентрализованными и многоуровневыми. При этом одноуровневыми системами управления называют системы, в которых управление объектом осуществляется из одного пункта управления или из нескольких самостоятельных. Одноуровневые системы, в которых управление осуществляется из одного пункта управления, называют централизованными. Одноуровневые системы, в которых отдельные части сложного объекта управляются из самостоятельных пунктов управления, называют децентрализованными.
2.2 Функционально – технологические схемы автоматического управления
Функционально-технологическая схема – основной технический документ, определяющий функционально-блочную структуру приборов узлов и элементов системы автоматического управления, регулирования технологического процесса (операций) и контроля его параметров, а также оснащение объекта управления приборами и средствами автоматизации. Также схемы часто называют просто схемами автоматизации. Состав и правила выполнения диктуются требованиями стандартов (см. гл.1).
Функционально-технологическую схему автоматизации выполняют на одном чертеже, на котором условными обозначениями изображены технологическое оборудование, транспортные линии и трубопроводы, контрольно-измерительные приборы и средства автоматизации с указанием связей между ними. Вспомогательные устройства (источники питания, реле, автоматы, выключатели, предохранители и т.п.) на схемах не показывают.
Функциональные схемы автоматизации связаны с технологией производства и технологическим оборудованием, поэтому на схеме показывают размещение технологического оборудования упрощенно, без соблюдения масштаба, но с учетом действительной конфигурации.
Кроме технологического оборудования на функциональных схемах автоматизации в соответствии со стандартами упрощенно (двухлинейное) и условно (однолинейное) изображают транспортные линии различного назначения.
Как построение так и изучение схем технической документации надо вести в определенной последовательности.
Параметры технологического процесса, которые подлежат автоматическому контролю и регулированию;
Функциональную структуру управления;
Контуры регулирования;
Наличие защиты и аварийной сигнализации и принятую блокировку механизмов;
Организацию пунктов контроля и управления;
Технические средства автоматизации, с помощью которых решаются функции контроля, сигнализации, автоматического регулирования и управления.
Для этого, необходимо знать принципы построения систем автоматического управления технологического контроля и условные изображения технологического оборудования, трубопроводов, приборов и средств автоматизации, функциональных связей между отдельными приборами и средствами автоматизации и иметь представление о характере технологического процесса и взаимодействии отдельных установок и агрегатов технологического оборудования.
На функциональной схеме линии коммуникации и трубопроводы чаще показывают в однолинейном изображении. Обозначение транспортируемой среды может быть как цифровым, так и буквенно-цифровым. (Например: 1.1 или В1). Первая цифра или буква указывает вид транспортируемой среды, а последующая цифра – ее назначение. Цифровые или буквенно-цифровые обозначения представляют на полках линий-выносок или над транспортной линией (трубопровода), а в необходимых случаях – в разрывах транспортной линий (при этом принятые обозначения поясняют на чертежах или в текстовых документах (см.таблицу 1.1.). На технологических объектах показывают ту регулирующую и запорную арматуру, технологические аппараты, которые непосредственно участвуют в контроле и управлении процессом, а также отборные (датчики), запорные и регулирующие органы, необходимые для определения относительного расположения мест отбора (мест установки датчиков), также измерения или контроля параметров (см. табл.1.2).
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).
В отдельных случаях некоторые элементы технологического оборудования также изображают на схемах в виде прямоугольников с указанием наименования этих элементов. При этом около датчиков, отборных, приемных и других, подобных по назначению устройств указывают наименование того технологического оборудования, к которому они относятся.
Таблица 1.1. Обозначение транспортных линий трубопроводов по ГОСТ 14.202 – 69
| Содержимое транспортных линий (трубопроводов) | Условное Цифровое и буквенное обозначение | Обозначение в цвете |
| Жидкость или газ (общее) | - | Красный, желтый |
| Вода Пар Воздух Кислород | - 1.1 - 1.0 - - 2.1 - 2.0 - - 3.1 - 3.6 - - 3 - 7 - | Зеленый Розовый Голубой Синий |
| Инертные газы | - 5.1-5.0 - | Фиолетовый |
| Аммиак Кислота (окислитель) Щелочь Масло Жидкое горючее | - 11 - 11 - - 3 - 7 - - 7.1-7.0 - -8.4 – 14 – - 8.6 - | Серый Оливковый Серо – коричневый Коричневый Желтый |
| Горючие и взрывоопасные газы | -16 – 16 - | Оранжевый |
| Водопровод | ВО – В9 | - |
| Противопожарный трубопровод | В2 | Светло - серый |
| Канализация | КО – К12 | - |
| Теплопровод | ТО – Т8 | - |
Таблица 1.2. Условные обозначения технологической арматуры
| Наименование | Обозначение по ГОСТ 14.202 - 69 |
| Вентиль запорный проходной (задвижка) |  |
| Вентиль с электрическим приводом |  |
| Вентиль трехходовой |  |
| Клапан предохранительный |  |
| Затвор поворотный (заслонка, шибер) |  |
| Привод исполнительный мембранный |  |
| Таблица 1.3. Выходные электрические коммутирующие элементы | |
| Наименование | Обозначение по ГОСТ 2.755 - 87 |
| Контакт для коммутации сильноточной цепи (контакт контактора) |  |
| Контакт замыкающий |  |
| Контакт размыкающий |  |
Для облегчения чтения схем на трубопроводах и других транспортных линиях проставляют стрелки, указывающие направление движения вещества.
В функционально-технологической схеме, а также у изображения трубопровода, по которому вещество уходит из данной системы, делается соответствующая надпись, например: «Из цеха абсорбции», «От насосов», «В схему полимеризации».
Рисунок 1.2. Изображение датчиков и отборных устройств (фрагмент)
Условные графические обозначения средств автоматизации приведены в таблицах 1.2., 1.3., 1.4.. Условные графические обозначения электроаппаратуры, применяемые в функциональных схемах автоматизации, следует изображать в соответствии со стандартами (табл. 1.3.). При отсутствии стандартных условных обозначений каких – либо автоматических устройств следует принять свои обозначения и пояснить их надписью 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 (рис. 1.2. приборы 2 и 3а). При необходимости указания точного места расположения отборного устройства или точки измерения (внутри графического обозначения технологического аппарата) в конце жирно изображают окружность диаметром 2 мм (рис. 1.2 приборы 1 и 4а).
Таблица 2.4. Условные графические обозначения средств автоматизации и приборов
| Наименование | Условное обозначение по ГОСТ 21.404 - 85 |
| Первичный измерительный преобразователь (датчик) или прибор, устанавливаемый по месту (на технологической линии, аппарате, стене, полу, колонне, металлоконструкции). Базовое Допускаемое | |
| Прибор, устанавливаемый на щите, пульте Базовое Допускаемое | |
| Отборное устройство без постоянного подключения прибора | |
| Исполнительный механизм | |
| Выключатель путевой | |
| Звонок электрический, сирена, гудок |  |
| Электронагреватель: а) сопротивления, в) индукционный |  |
| Прибор регистрирующий | |
| Лампа накаливания, газоразрядная (сигнальная) | |
| Машина электрическая трехфазная (М – двигатель, G - генератор) |  |
| Машина электрическая постоянного тока (двигатель М, генератор G) |  |
Для получения полного (свободно читаемого) обозначения прибора или другого средства автоматизации в его условно-графическое изображение в виде круга или овала вписывают буквенное условное обозначение, которое и определяет назначение, выполняемые функции, характеристики и параметры работы. При этом месторасположение буквы определяет ее значение. Таким образом, буквы, приведенные в таблице 1.5 – это основные параметры и функции, а буквы, приведенные в таблице 1.6 - уточняют функцию, параметр.
Таблица 1.5. Обозначение основных измеряемых параметров в схемах автоматизации
| Измеряемый параметр | Обозначение |
| Плотность | D |
| Любая электрическая величина. Для конкретизации измеряемой электрической величины справа от условного графического изображения прибора необходимо дать ее наименование, например, напряжение, сила тока, мощность и т.п. | E U, I, P |
| Расход | F |
| Размер, положение, перемещение | G |
| Время, временная программа | K |
| Уровень | L |
| Влажность | M |
| Давление, вакуум | P |
| Состав, концентрация и т.п. | Q |
| Скорость, частота | S |
| Температура | T |
| Вязкость | V |
| Масса | W |
| Несколько разнородных измеряемых величин | U |
Для обозначения ручного управления используют букву H. Для обозначения величин, не предусмотренных стандартом, могут быть использованы резервные буквы: A, B, C, I, N, O, Y, Z (буква X - не рекомендуется). Использованные резервные буквы должны быть расшифрованы надписью на свободном поле схемы.
Ниже приведены обозначения уточняющих значений измеряемых величин.
Таблица 1.6. Дополнительные буквенные обозначения
Букву, служащую для уточнения измеряемой величины, ставят после буквы, обозначающей измеряемую величину, например P,D, - разность (перепад) давлений.
Функции, выполняемые приборами по отображению информации, обозначают латинскими буквами (см. таблицу 2.7).
Таблица 1.7. Буквенные обозначение функции
Дополнительно могут быть использованы обозначения буквами E, G, V.
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, например: TIR – прибор измерения и регистрации температуры, PR – прибор для регистрации давления.
При обозначении устройств, выполненных в виде отдельных блоков и предназначенных для ручных операции, на первом месте ставят букву H.
Для примера на рис. 1.2 приведена схема автоматизации с использованием регистрирующих приборов для температуры и перепада давлений, где для формирования условного обозначения прибора (комплекта), в верхней части окружности указывают функциональное назначение, а в нижней части окружности располагают позиционное обозначение его (буквенно – цифровое или цифровое – 1, 2, 4а, 4б, 3а, 3б). Таким образом, все элементы одного комплекта, т.е. одной функциональной группы приборов (первичный, промежуточный и передающий измерительные преобразователи, измерительный прибор, регулирующий прибор, исполнительный механизм, регулирующий орган), обозначают одной и той же цифрой. При этом цифру 1 присваивают первому (слева) комплекту, цифру 2 - второму и т.д.
Чтобы различить элементы одного комплекта, рядом с цифрой помещают буквенный индекс (буквы З и О, начертание которых похоже на начертание цифр, применять не рекомендуется): у первичного преобразователя (чувствительного элемента) – индекс «а», у передающего преобразователя – «б», у измерительного прибора – «в», и т.д. Таким образом, для одного комплекта полное обозначение первичного измерительного преобразователя будет 1а, передающего измерительного преобразователя 1б, измерительного (вторичного) прибора 1в, и т.д. при этом высота цифры равна 3,5 мм, высота буквы 2,5 мм.
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, о С, МПа, м 3 /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.
Похожая информация.
Принципиальные электрические схемы (ПЭС) определяют полный документированный состав приборов, аппаратов и устройств, а также связей между ними, которые обеспечивают решение задач управления, регулирования, защиты, измерения и сигнализации. Они служат для изучения принципа действия системы и необходимы как при выполнении наладочных работ, так и в эксплуатации. Кроме того, на основании принципиальных схем разрабатываются другие документы проекта: монтажные схемы щитов и пультов, схемы внешних соединений и т. п.
На принципиальных электрических схемах все аппараты (реле, пускатели, переключатели) изображают в отключенном состоянии. При необходимости изображения какого-нибудь аппарата во включенном состоянии это оговаривается на поле чертежа.
Электрические схемы выполняют в соответствии со стандартами ГОСТ 2.701-84 и ГОСТ 2.702-85 на отдельные установки и участки автоматизированной системы (например, схема управления насоса, схемы регулирования температуры реактора и др.). В эти схемы включают: элементы схемы, устройства и взаимосвязи между ними.
Элемент схемы - составная часть схемы, которая выполняет определенную функцию в изделии и не может быть разделена на части (реле, трансформатор, резистор, диод и т. д.).
Устройство - совокупность элементов, выполняющая определенную функцию и представляющая собой единую конструкцию (блок, прибор, плата и т. д.). Линия взаимосвязи - отрезок линии, указывающий на наличие связи между элементами и устройствами.
Условные графические обозначения элементов электрических схем регламентируются рядом стандартов и обычно совпадают с условными обозначениями, принятыми в мировой практике. Однако иногда, особенно в электросхемах на импортное оборудование, встречаются графические изображения, отличные от российских стандартов. Устройства (за исключением исполнительных механизмов) показывают упрощенно в виде прямоугольников. При этом в кружках, располагаемых по контуру прямоугольника, показывают обозначения входных и выходных линий связи и питания. Допускается не приводить на принципиальных схемах обозначения выводов электроаппаратов, если они приведены в технической документации на щиты пульты. Буквенно-цифровые обозначения элементов и устройств на электрических схемах регламентированы ГОСТ 2.710-81.
Все технические средства, отображенные на принципиальной схеме, должны быть однозначно определены и записаны в перечень элементов и устройств по форме в соответствии с ГОСТ 2.702-75.
Перечень может быть выполнен либо на поле чертеже, либо отдельным документом. Часто элементы записывают группами, соответственно местам их установки.
Чтение схемы обычно начинают с основной надписи, располагаемой в нижнем правом углу листа. Здесь указывается наименование объекта,
название изделия, дата выпуска чертежа и др. Затем необходимо ознакомиться с таблицей перечня элементов, отраженных на схеме, с различными пояснениями и примечаниями. Все это позволяет установить вид и тип данной схемы, ее построение и связь с другими документами.
В принципиальных электрических схемах элементы могут изображаться двумя способами: совмещенным и разнесенным.
При совмещенном способе составные части элементов или устройств изображают на схеме в непосредственной близости друг к другу.
При разнесенном способе составные части элементов и устройств или отдельные элементы устройств изображают на схеме в разных местах таким образом, чтобы отдельные цепи изделия были изображены наиболее наглядно.
При совмещенном способе все части каждого прибора, технические средства автоматизации и электрического аппарата располагают в непосредственной близости и заключают в прямоугольный, квадратный или круглый контур, выполненный сплошной тонкой линией.
Разнесенный способ изображения является преимущественным при выполнении схем автоматизации, т.к. при этом способе отчетливо видны все электрические цепи, что облегчает чтение схем. В этом случае составные части приборов, аппаратов, технические средства автоматизации располагают в разных местах таким образом, чтобы отдельные цепи были изображены наиболее наглядно. Принадлежность изображаемых контактов, обмоток и других частей к одному и тому же аппарату устанавливается по позиционным обозначениям, проставленным вблизи изображений всех частей одного и того же аппарата.
Для облегчения чтения принципиальных электрических схем используются следующие приемы:
а) нумеруются все возможные цепи;
б) под обозначением реле помещается табличка с указанием мест
расположения контактов;
в) вблизи позиционных обозначений у изображения контакта указывается
номер цепи, в которую включена соответствующая обмотка.
На схеме (рис.50), выполненной разнесенным способом, приведены три таблички, которые размещены под обозначением реле КК1, КК2, КМ. В табличках под КК1 и КК2 нет столбцов Г (главные) и З (замыкающие), т.к. ни главных, ни замыкающих контактов тепловые реле не имеют, а в столбцах Р (размыкающие) указано 6 и 7, т.к. контакты КК1 и КК2 введены в цепь 6 и 7 соответственно. В табличке под обмоткой КМ в столбце Г имеются цифры 2, 3 и 4. Это говорит о том, что магнитный пускатель своими главными контактами разрывает силовые цепи 2,
Рис. 51 Схема релейной автоматики
3 и 4. В столбце З два адреса: 8 и 9, в столбце Р – адрес 10 и одна свободная клетка. Это означает, что пускатель имеет два замыкающих и два размыкающих контакта, причем один размыкающий контакт свободен. Схемы релейной автоматики рекомендуется выполнять строчным способом: условные графические обозначения устройств и их составных частей, входящих в одну цепь, изображают последовательно друг за другом по прямой, а отдельные цепи – рядом, в виде параллельных горизонтальных или вертикальных строк. Строки нумеруют арабскими цифрами (рис. 51).
Иногда на ПЭС показывают такие устройства, как приборы, регуляторы и т.п., имеющие собственные принципиальные схемы. В этом случае на ПЭС
эти устройства изображаются упрощенно, т.е. показываются только входные и выходные цепи и цепи подачи питающего напряжения.
В ПЭС условные графические обозначения составных частей электрических аппаратов, приборов и ТСА, входящих в одну цепь, изображают последовательно друг за другом по прямой, а отдельные цепи – либо одну под другой (при этом образуются параллельные строки), либо вертикально одну за другой.
Линии связи между аппаратами показывают полностью, но в некоторых случаях они могут быть оборваны; обрывы линий в этом случае заканчиваются стрелками.
Автоматизация большинства объектов неразрывно связана с управлением технологическими механизмами с электроприводами. Такими механизмами являются насосы, вентиляторы, задвижки, клапаны и т.п., а в качестве электроприводов используются в основном реверсивные и нереверсивные асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором. Схемы управления таких устройств обычно строятся на базе релейно-контактных элементов.
Как правило, схема управления технологическим оборудованием (электроприводом исполнительного устройства) предусматривает местное, дистанционное и автоматическое управление.
Местное управление осуществляется оператором с помощью органов управления, например, кнопочных постов, расположенных в непосредственной близости от механизма. Дистанционное управление осуществляется со щитов и пультов объекта автоматизации. При этом технологические механизмы находятся вне поля зрения оператора и их положение контролируется по сигналам “Включено” – “Отключено”, “Закрыто”– “Открыто”. Автоматическое управление обеспечивается с помощью регуляторов, а также различных программных устройств, предусматривающих автоматическое управление электроприводом с соблюдением заданных функциональных зависимостей (одновременности или определенной последовательности включения).
Вид управления (ручной или дистанционный) электроприводом выбирается с помощью переключателя цепей управления (переключателя вида управления).
Для получения начальных навыков по проектированию принципиальных схем выберем типовую принципиальную схему (рис. 52) управления электродвигателем насоса и перечень элементов к ней. Все элементы рассматриваемой схемы имеют одно- или двухбуквенные коды. Например, двигатель М, контактор КМ1, переключатель 1SA1, сигнальная лампочка 1HL1 и т. д.
Соединительные провода обозначены арабскими цифрами, при этом номера проводов, имеющие общую точку, одинаковы. Так, кнопка 1SB1 соединена с 1SB2 и замыкающим дополнительным контактом КМ 1.1 контактора КМ1 проводами, обозначенными числом 102. При этом
собственные маркировки аппаратов не обозначены, что необходимо в последующем учесть при составлении монтажных схем.
Анализируя выбранную схему управления двигателем насоса, можно сделать заключение, что катушка магнитного пускателя КМ1 будет замыкать рабочие контакты, а, следовательно, и подавать напряжение на двигатель М при нажатии кнопок 1SB2. Причем это можно осуществить только в ручном режиме, когда переключатель 1SA1 находится в положении Р. При этом контактор КМ1 через свой собственный контакт КМ 1.1 заблокируются. Выключается двигатель М в этом режиме при нажатии на кнопку 1SB1.
В положении А переключателя 1SA1 (автоматизированный режим
управления) электрический двигатель насоса будет включаться
автоматически с помощью контакта ЩА, который управляется
контроллером и показан в другом месте принципиальной схемы. На это указывает пунктирная линия вокруг контактов и ссылка на определенный номер листа принципиальной схемы (ЩА).
При перегрузке двигателя вентилятора срабатывает тепловое реле КК1, размыкающий контакт которого прекращает подачу напряжения на катушку контактора КМ1.
Связь принципиальной схемы с перечнем элементов осуществляется через позиционные обозначения. При этом в таблице «Перечень элементов и устройств» в графе «Наименование», кроме названия типа и марки, приводятся основные технические характеристики элемента или устройства. Например, для двигателя М указывается номинальные мощность, частота вращения, напряжение и ток. В отдельных случаях допускается все сведения об элементах помещать около условных графических обозначений (например, параметры реле, резисторов).
Схемы внешней проводки
Схема соединений внешних проводок (ГОСТ 21.409-93, РМ 4-6-92) это комбинированная схема, на которой изображаются электрические и трубные связи между приборами и средствами автоматизации, установленными на технологическом, инженерном оборудовании и коммуникациях (трубопроводах, воздуховодах и т.п.), вне щитов и на щитах, а также связи между щитами, пультами, комплексами или отдельными устройствами комплексов. Эта схема показывает соединения составных частей изделия (установки) и определяет провода, жгуты, кабели или трубопроводы, которыми осуществляются эти соединения, а также места их присоединений и ввода (разъемы, платы, зажимы и т.п.). Схемами соединений (монтажными) пользуются при разработке других конструкторских документов, в первую очередь, чертежей, определяющих прокладку и способы крепления проводов,
жгутов, кабелей или трубопроводов в изделии (установке), а также для осуществления присоединений и при контроле, эксплуатации и ремонте изделий (установок).
В отличие от чертежей общих видов схемы соединений щитов и пультов выполняют без соблюдения масштабов. На схеме соединений изображают все элементы и устройства, входящие в состав щита или пульта. При этом их расположение должно примерно соответствовать действительному размещению в изделии. Устройства изображают в виде прямоугольников или условных графических обозначений с отображением всех выводов (контактов) для подключения проводников. На схеме указывается: для проводов - марка, сечение и, при необходимости, расцветка; для кабелей - марка, количество и сечение жил. Схемы соединений выполняют различными способами, но во всех случаях должны быть обозначены все контактные элементы, через которые осуществляются электрические соединения, и отходящие от них проводники. На простых схемах полностью показывают все проводники, которыми соединяются аппараты, приборы и другие элементы, и чтение таких схем не вызывает трудностей.
В случае сложных устройств для упрощения выполнения и чтения схем соединений рядом с обозначением каждого аппарата или прибора в пределах схемы проставляют его порядковый номер (в числителе), начиная с первого, и позиционное обозначение (в знаменателе), соответствующее принципиальной схеме. Концы проводников маркируют, то есть наносят адресное обозначение второго конца провода: первое число -порядковый номер аппарата; второе - номер его вывода, к которому подключен его конец. Кроме того, для лучшего понимания схемы и ее связи с принципиальной схемой рядом с проводником ставят обозначение цепи.
Технические средства, для которых на схемах приводят подключения электропроводок, изображают упрощенно внешними очертаниями или в виде прямоугольников. Входные и выходные элементы (контакты) устройств показывают в виде кружков (для круглых штепсельных разъемов) или прямоугольников (например, для сборок колодок зажимов, рейки с набором зажимов).
Схемы соединений в общем случае должны содержать:
1) первичные приборы;
2) внещитовые приборы, групповые установки приборов;
3) щиты (распределительная колодка, DIN –рейка в шкафу), комплексы;
4) внешние электрические и трубные проводки;
5) защитное заземление и зануление систем автоматизации;
6) технические требования (указания);
7) перечень элементов.
Внешние электрические проводки выполняют отдельными сплошными толстыми линиями. При этом проводки, проложенные в коробах, изображают двумя параллельными тонкими линиями на расстоянии 3-4 мм друг от друга. Для каждой проводки над изображающей ее линией указывают техническую
характеристику (тип, марка кабеля, провода, трубы и т. д.) и длину проводки. Кабелям и жгутам проводов присваивают порядковые номера. Порядковые номера кабелей в коробах присваивают с добавлением буквы «К».
Маркировку жил кабелей и проводов на схемах соединений и подключения проставляют в соответствии с принципиальными электрическими схемами и указаниями руководящего материала PM4-106.
Для каждой внешней электрической проводки приводят ее техническую характеристику и длину: для проводов - марку, сечение и, при необходимости, расцветку, а также длину . Длину указывают один раз на линии проводки, отходящей непосредственно от первичного прибора, при этом указывают полную длину провода или жгута до места его подключения к зажимам щитов, коробок, приборов. При прокладке в одной защитной трубе нескольких проводов перед маркой проставляют их количество, например 4ПТВ 2х2,5М; для кабелей - марку, количество и сечение жил и, при необходимости, количество занятых жил, которые указывают в прямоугольнике, помещаемом справа от обозначения данных кабеля, а также длину кабелей, для трубы - диаметр и длину.
Около графических обозначений соединительных, протяжных коробок над полкой линии-выноски указывают их обозначения и порядковый номер, например: КСК-8 №1. Под полкой линии-выноски соединительных коробок указывают обозначения чертежей их установки.
Провода и их соединения, расположенные снаружи должны быть уложены
в короба (например, трубы, каналы, лотки) за исключением надежным
способом защищенных кабелей, которые могут прокладываться без
защитного короба с использованием или без использования открытых
кабельных трасс или опорных конструкций.
Короба должны обеспечивать минимальную степень защиты IP33 (ГОСТ 14254).
Номера проводок указывают в окружностях, помещаемых в разрыве линий. Пример схемы подключения внешних проводок управления электроприводом, приведенным на рис. 33, показан на рис. 37. Здесь подвод питания осуществляется от электросети кабелем №1 марки ВВГ, пятижильным, сечением 1,5 мм2, проложенным в пластмассовой трубе длиной 5 м. Электродвигатель М1 связан со щитом местного управления ЩМУ1 трассами 2К и 3К, каждая из которых выполнена 4 медными проводами марки ПВ сечением 1,5 мм, уложенными в пласмассовом коробе длиной 4м. Дистанционное управление двигателями от центрального щита управления ША осуществляется с помощью 4-жильного контрольного кабеля КВВГ сечением 1,0 мм, проложенного в пласмассовой трубе длиной 7м.
Схемы соединений следует выполнять, отдельными документами для каждого блока автоматизируемого объекта, монтаж которого может быть осуществлен независимо от других блоков. При этом в наименовании документа дополнительно указывают наименование блока.
Схемы соединений и подключения внешних проводок выполняется на основании следующих материалов:
Схем автоматизации технологических процессов;
Принципиальных электрических, пневматических, гидравлических схем;
Технических описаний и инструкций по эксплуатации на приборы и средства автоматизации, примененные в проекте;
Таблиц соединений и подключения проводок щитов и пультов, выполняемых в соответствии с указаниями по PM4-107;
Чертежей расположения технологического, сантехнического, энергетического и т.п. оборудования и коммуникаций с отборными и приемными устройствами, а также строительных чертежей со всеми необходимыми для прокладки внешних проводок закладными и приварными конструкциями, эстакадами, туннелями, каналами, проемами и т.д.
Обязательным предварительным этапом работы по выполнению схем соединений и подключения должны быть: проверка наличия на чертежах технологии производств и инженерных систем всех закладных и отборных устройств, необходимых для установки первичных измерительных преобразователей на коммуникациях и оборудовании.
Схемы соединений и подключения выполняется без соблюдения масштаба на одном или нескольких листах формата не более A1 (594x841) по ГОСТ 2.301.
Действительное пространственное расположение устройств и элементов схем либо не учитывается вообще, либо учитывается приближенно.
Толщина линий, изображающих устройства и элементы схем, в том числе кабели, провода, трубы, должна быть от 0,4 до 1 мм по ГОСТ 2.303.
На схемах должно быть наименьшее количество изломов и пересечений проводок.
Расстояние между соседними параллельными проводками, а также между соседними изображениями приборов и средств автоматизации, должно быть не менее 3-х мм.
На схемах соединений в верхней ее части, а при большой насыщенности схемы приборами в верхней и нижней частях, в зеркальном изображении, размещают таблицу с поясняющими надписями в соответствии с рис.53.
Размеры строк таблицы следует принимать исходя из размещаемых в этих графах текстов надписей.
В строку "Позиция" вносятся позиции приборов по схеме автоматизации и позиционные обозначения электроаппаратуры, присвоенные ей по принципиальным электрическим схемам. Для элементов систем автоматизации, не имеющих самостоятельной позиции (отборные устройства и т.п.), указывают позицию прибора, к которому они относятся, с предлогом "к". Пример: к 1а.
Под таблицей изображают приборы и средства автоматизации, устанавливаемые непосредственно на технологическом оборудовании и коммуникациях (первичные приборы, исполнительные механизмы).
Для приборов, не имеющих номеров электрических внешних выводов (например, соединительные коробки) на схеме соединений изображают упрощенно в виде прямоугольника, без сборок зажимов и без сальников в соответствии.
В лотках для прокладки кабеля, соединительных и ответвительных коробках могут допускаться отверстия диаметром 6 мм для удаления воды, если предполагается ее скопление в этих кабельных конструкциях.
Открытые короба и лотки для прокладки кабеля должны жестко закрепляться на достаточном удалении от подвижных частей технологического оборудования, чтобы уменьшить опасность повреждения или износа. В местах, где необходим проход людей, открытые короба и лотки должны монтироваться на высоте как минимум 2 м над рабочей площадкой.
Кабельные короба должны использоваться только в качестве механической защиты.
Ввиду того, что кабельные подводы (лотки), которые защищены лишь частично, не рассматриваются в качестве коробов или кабельных несущих систем, то используемые кабели должны быть пригодны для установки на кабельных лотках.
Жесткие металлические каналы и арматура должны быть изготовлены из гальванизированной стали или материала, устойчивого к коррозии, и приспособлены к условиям эксплуатации. Не рекомендуется использовать различные материалы, которые при контакте могут являться источником гальванической коррозии.
В промышленных машинах предполагаются следующие классические способы проводки между кожухами и отдельными элементами (используемые обозначения соответствуют МЭК 60364-5-523; рисунок 54):
Рис. 54 Методы укладки кабелей и проводов
Здесь показаны:
B1 - короба и кабель-несущие каналы для поддержки и защиты проводов (одножильные кабели);
В2 - то же, что В1, но с многожильными кабелями;
С - кабели, прокладываемые на стенах без коробов и каналов;
Е - кабели, прокладываемые в открытых горизонтальных или вертикальных трассах (шинопроводах)
Для преобразователей термоэлектрических, термопреобразователей сопротивления), а также для пневматических исполнительных механизмов применяют графические условные обозначения, принятые для этих приборов на схемах автоматизации (ГОСТ 21.404). В нижней части формата располагают внещитовые приборы, щиты и др. технические средства. В случае принятых проектных решений на щите показывается DIN- рейка с контактной группой (рис. 55).
Рис.55 Фрагмент схемы внешних проводок
При расположении таблиц с поясняющими надписями в верхней и нижней частях поля чертежа шкафы местного управления изображают в виде прямоугольников в средней части чертежа. При расположении таблицы только сверху шкафы изображают в нижней части поля чертежа. Внутри прямоугольника указывается наименование шкафа. На части схемы подключения шкафа приводят и наносят:
Изображения устройств, к которым подключают проводки (например,
DIN- рейку, колодки щитовых приборов);
Подключение к ним жил кабелей, проводов и труб и их обозначения;
Отрезки кабелей, труб в соответствии со схемой соединений.
Отрезки кабелей и труб, противоположные подключению, заканчивают фигурной скобкой со ссылкой на обозначение и/или номер листа основного комплекта, на котором приведена схема соединений.
Монтажные чертежи и схемы соединений показывают взаимное расположение приборов и устройств на щитах и пультах и их взаимосвязь. В АС различают схемы шкафа управления оборудованием полевого уровня (рис. 40) и внешней проводки коммуникационного шкафа (рис.56).
Здесь на рис 56 показана внешняя проводка для схемы управления двигателем для примера, рассмотренного лекции 16 (рис.52). На рис. 57 показана связь между релейной контактной группой дистанционного управления этим же двигателем и устройством дискретного вывода.
Рис. 57 Пример схемы подключения внешних проводок устройства ввода вывода SCADA Шкафы и схемы расположения
Конструкция шкафов, а также места установок и расположения на них устройств изображаются на чертежах общих видов. Чертежи общих видов должны выполняться в строгом соответствии со стандартом ЕСКД. В зависимости от функционального назначения щита и его конструктивных особенностей эскизный чертеж шкафа содержит:
Спецификацию, в которую кроме технических средств автоматизации входят изделия для установки и монтажа, кабели и провода;
Вид спереди;
Вид на внутренние плоскости;
Таблицу надписей.
В отличие от чертежей общих видов схемы соединений шкафов и пультов выполняют без соблюдения масштабов. На схеме соединений изображают все элементы и устройства, входящие в состав шкафа или пульта. При этом их расположение должно примерно соответствовать действительному размещению в изделии. Устройства изображают в виде прямоугольников или условных графических обозначений с отображением всех выводов (контактов) для подключения проводников. На схеме указывается: для проводов - марка, сечение и, при необходимости, расцветка; для кабелей - марка, количество и сечение жил. Схемы соединений выполняют различными способами, но во всех случаях должны быть обозначены все контактные элементы, через которые осуществляются
электрические соединения, и отходящие от них проводники. На простых схемах полностью показывают все проводники, которыми соединяются аппараты, приборы и другие элементы, и чтение таких схем не вызывает трудностей.
В случае сложных устройств для упрощения выполнения и чтения схем соединений рядом с обозначением каждого аппарата или прибора в пределах схемы проставляют его порядковый номер (в числителе), начиная с первого, и позиционное обозначение (в знаменателе), соответствующее принципиальной схеме. Концы проводников маркируют, то есть наносят адресное обозначение второго конца провода: первое число - порядковый номер аппарата; второе - номер его вывода, к которому подключен его конец. Кроме того, для лучшего понимания схемы и ее связи с принципиальной схемой рядом с проводником ставят обозначение цепи.
Для выбранной принципиальной схемы управления двигателем насоса (пример лекции 16, рис.52) возможный вариант эскизной монтажной схемы пульта
управления местного уровня (ЩМУ1) показан на рис.58. Расположение аппаратуры на схеме примерно соответствует фактическому размещению в конструкции шкафа. Рядом с каждым аппаратом проставлен порядковый номер и позиционное обозначение. Так, возле клеммной колодки - 1/ХТ1, вводного автоматического выключателя - 2/QF и т. д. Внутри каждого
элемента проставлена нумерация выводов, соответствующая заводской маркировке. Монтаж силовых цепей показан прямым соединением проводников между аппаратами. Соединения цепей управления выполнены адресным методом. Так, электрическая цепь 104 (пример лекции 16, рис. 33) выполнена следующим образом.
Выводы 2 и 4 переключателя 1SA1 (аппарат 9) перемкнуты между собой, а с вывода 2 выходит провод 11-1 (аппарат 11, вывод 1). Второй конец этого провода на лампочке 1HL1 (аппарат 11) имеет маркировку 9-2 (аппарат 9, вывод 2). Кроме того, с вывода 1 аппарата 11 отходит провод 1-12 (на клеммник ХТ1), который на втором конце имеет маркировку 11-1. Провод, соединяющий клеммник 12 ХТ1 с контактом теплового реле КК1, имеет маркировку 5-95 и 1-12 соответственно со стороны клеммника и реле. На поле чертежа схемы указано, какие провода каким проводом монтировать, а для защитного нулевого провода - и его цвет. На поле чертежа могут быть также указаны способы ведения монтажа. Например: «Монтаж выполнить с использованием перфорированных коробов 25x25 мм с их установкой по месту»; «Клеммные колодки устанавливать на рейки DIN», «Провода, соединяющие клеммник ХТ1 с аппаратурой на двери шкафа, выполнить в виде жгута в спиральной трубке диаметром 10 мм», и т. п. Если по техническим условиям на аппаратуру прокладка проводов в жгутах недопустима (например, компенсационные провода), или необходимо применение экранированного провода, то такие проводки на схеме изображают пунктиром. При этом концы экранов должны быть соединены с нулевым защитным проводником РЕ.
Правильное взаимодействие всех элементов автоматики и нормальная работа всей системы возможна только при соединении их в соответствии со схемами подключения внешних проводок.
Схема расположения определяет относительное расположение составных частей АС, а при необходимости также жгутов, проводов, кабелей, трубопроводов и т.п. Схемами расположения пользуются при разработке других конструкторских документов, а также при эксплуатации и ремонте АС.
На рис. 59 показан схема расположения и проводок подключения электроприводов. Питание щита местного управления 5 осуществляется проводной линией 1, проложенной в трубе вводного щитка 8. Проводные линии 2 и 3 проложенные в закрытых коробах соединяют ЩМУ1 с двигателями 6 и 7. Проводная линия 4 обеспечивает через ЩМУ1 автоматическое дистанционное управление двигателями от щита автоматики 9, расположенного в операторном помещении.
Похожая информация.
