Автоматика и автоматизация производственных процессов

.

Содержание дипломного проекта по разделу КИП и А определяется курсом "Автоматика и автоматизация производственных процессов", в результате изучения которого студенты должны знать методы и средства автоматизации технологических процессов соответствующих производств и уметь обоснованно осуществлять их выбор в соответствии с требованиями задания.

Темой дипломного проекта по разделу КИП и А является разработка функциональной схемы автоматизации какого-либо технологического процесса в соответствии со специальностью студента.

В методических указаниях рассмотрены основные положения по выполнению раздела КИП и А дипломного проекта.

1. ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Основные сведения о функциональных схемах автоматизации (ФСА)

ФСА является основным техническим документом проекта автоматизации, определяющим структуру системы управления технологическим процессом, а также оснащение его средствами автоматизации. ФСА представляет собой чертеж, на котором схематически условными обозначениями изображены технологические аппараты(колонны, теплообменники и т.д.), машины(насосы, компрессоры и т.п.), трубопроводы, средства автоматизации (приборы, регуляторы, клапаны, вычислительные устройства, элементы телемеханики) и показаны связи между ними.

Вспомогательные устройства на ФСА не показываются.

Результатами 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, трубопроводах и т.п. и определение способов представлении информации о состоянии технологического процесса и оборудования(экономических показателей работы цеха, подстройки регуляторов и т.п.), сигнализация и т.д. Для выбранных параметров определяется требуемая точность измерения и регулирования, указывается диапазон их возможного измерения.

5.Выбор средств автоматизации.

Средства автоматизации, используемые для управления технологическим процессом, должны быть выбраны технически грамотно и экономически обоснованно.

Указания по выбору средств автоматизации приведены в разделе 3.

2. СОДЕРЖАНИЕ РАЗДЕЛА КИП и А ДИПЛОМНОГО ПРОЕКТА

В пояснительную записку должны входить следующие разделы:

1.Введение.

Рассматривают общие задачи автоматизации данной отрасли промышленности. Обосновывают целесообразность автоматизации рекомендованного в здании технологического процесса. Излагают основные решенные задачи, приводят технико-экономические показатели для автоматизированного технологического процесса.

2.Характеристика объекта автоматизации.

Кратко описывают технологический процесс и аппараты, в которых он

осуществляется. Таблицей задают перечень индексированных входных, режимных и выходных параметров (Т1, Т2, Р1, Р2 и т.д.), намеченного для автоматизации технологического объекта, указываются их номинальные значения.

3.Выбор контролируемых и регулируемых параметров технологического процесса.

На основе анализа технологического процесса выявляют показатель эффективности (ПЭ), в качестве которого выбирают один или несколько входных параметров объекта автоматизации (температуры, количества, качество, себестоимость продукта и т.д.).

Чтобы обеспечить заданное значение ПЭ, необходимо стабилизировать или изменять по определенному закону режимные параметры объекта.

Так как стабилизация всех режимных параметров, как правило, не удается, то в качестве регулируемой величины берут ПЭ. Далее для объекта составляют уравнение материального или энергетического баланса, которое решают относительно регулируемой величины. Анализируя решения и учитывая статические и динамические характеристики объекта, из числа входных параметров выбирают параметр, принимаемый за регулирующую величину.

При нескольких регулируемых величинах, характеризующих ПЭ, сложных технологических объектов, например, ректификационных колонн, для устранения взаимного влияния нескольких контуров регулирования необходимо в качестве регулируемых величин выбирать такие параметры, которые не связаны (или слабо связаны) между собой.

После выбора регулируемых и регулирующих параметров выбирают параметры, подлежащие измерению (параметры, входящие в уравнение материального или энергетического баланса), регистрации (параметры, необходимые для расчета технико-экономических показателей работы цеха, подстройки регуляторов и т.п.), сигнализации и так далее.

Для выбранных параметров определяют требуемую точность измерения и регулирования, указывают диапазон их возможного изменения.

4. Выбор средств автоматизации.

Средства автоматизации, используемые для управления технологическим процессом, должны быть выбраны технически грамотно и экономически обоснованно.

Указания по выбору средств автоматизации приведены в разделе 3.

5. Спецификация на средства автоматизации.

Указания по заполнению спецификации приведены в разделе 5.

6. Заключение.

Оценивают социальный и экономической эффект от внедрения автоматизации.

Прогнозируют дальнейшее развитие автоматизации, рассмотренного в проекте технологического процесса, его перспективный уровень.

7. Список литературы

Ориентировочный объем раздела КИП и А в дипломном проекте - 10...15 страниц рукописного текста.

Графическая часть состоит из одного чертежа - функциональной схемы автоматизации заданного технологического процесса. Подробные указания по выполнению функциональной схемы приведены в разделе 4.

3. УКАЗАНИЯ ПО ВЫБОРУ СРЕДСТВ АВТОМАТИЗАЦИИ

Конкретные типы средств автоматизации выбирают с учетом особенностей технологического процесса и его параметров.

В первую очередь принимают во внимание такие факторы, как пожарои взрывоопасность, агрессивность и токсичность среды, число параметров, участвующих в управлении, и их физико-химические свойства, дальность передачи сигналов информации и управления, требуемые точность и быстродействие. Эти факторы определяют выбор методов измерения технологических параметров, требуемые функциональные возможности регуляторов и приборов (законы регулирования, показание, запись и т.д.), диапазоны измерения, классы точности, вид дистанционной передачи и т.д.

Конкретные приборы и средства автоматизации следует подбирать по справочной литературе (9, 12, 15, 16), исходя из следующих соображений:

- для контроля и регулирования одинаковых параметров технологического процесса необходимо применять однотипные средства автоматизации, выпускаемые серийно. При этом нужно отдавать предпочтение приборам и средствам автоматизации Государственной системы промышленных приборов (ГСП);

- при большом числе одинаковых параметров рекомендуется применять многоточечные приборы;

- при автоматизации сложных технологических процессов необходимо использовать вычислительные и управляющие машины;

- класс точности приборов должен соответствовать технологическим требованиям;

- для автоматизации технологических аппаратов с агрессивными средами необходимо предусматривать установку специальных приборов, а в случае применения приборов в нормальном исполнении нужно защищать их.

Наиболее распространенные типы промышленных вторичных приборов, входящих в ГСП, представлены ниже:

Приборы ПВ являются вторичными приборами пневматической системы "Старт" и применяются для измерения любых технологических параметров, предварительно преобразованных в давление сжатого воздуха (унифицированный пневматический сигнал). В частности, прибор ПВ 10.1Э предназначен для работы с одним из регуляторов системы "Старт". Он записывает на ленточную диаграмму величину регулируемого параметра, показывает значение сигнала задания и управляющего воздействия* в прибор входит станция управления регулятором.

Автоматические потенциометры КСП уравновешенные мосты КСМ, миллиамперметры КСУ применяют для измерения, записи и регулирования (при

наличии регулирующего устройства) температуры и других параметров, изменение которых может быть преобразовано в изменение напряжения постоянного тока, активного сопротивления, силы тока постоянного тока.

Потенциометры КСП-4 в зависимости от модификации могут работать или в комплекте с одной или несколькими (если прибор многоточечный) термопарами стандартных градуировок, или с одним или несколькими источниками постоянного напряжения.

Уравновешенные мосты КСМ-4 работают в комплекте с одним или несколькими термометрами сопротивления стандартных градуировок, а миллиамперметры КСУ-4 - в комплекте с одним или несколькими источниками сигналов постоянного тока.

Вторичные дифтрансформаторные приборы КСД работают в комплекте с первичными измерительными приборами, снабженными взаимозаменяемыми дифтрансформаторными датчиками с комплексной индуктивностью 0-10 мГн, 10-0-10 мГн. С помощью этих приборов измеряют и записывают значения расхода жидкости, пара, газа, разряжения и избыточного давления, уровня жидкости и разности давлений.

Каждый тип приборов, указанных выше, выпускается в различных модификациях, отличающихся размерами, диапазонами измерения, количеством входных сигналов, наличием вспомогательных устройств и т.д.

Выбирая тот или иной прибор по функциональному признаку, необходимо простоту и дешевизну аппаратуры сочетать с требованиями контроля и регулирования данного параметра. Наиболее важные параметры следует контролировать самопишущими приборами, более сложными и дорогими, чем показывающие приборы. Регулируемые параметры технологического процесса необходимо, как правило также контролировать самопишущими приборами, что имеет значение для корректировки настройки регуляторов.

При выборе вторичных приборов для совместной работы с однотипными датчиками одной градуировки и с одинаковыми пределами измерения следует учитывать, приборы КСП, КСМ, КСД выпускаются с числом точек 3,6,12.В многоточечных приборах имеется переключатель, автоматически и поочередно подключающий датчик к измерительной схеме. Печатающее устройство, расположенное на каретке, отпечатывает на диаграмме точки с порядковым номером датчика. Запись производится многоцветная.

При выборе вида унифицированного сигнала канала связи от датчика до вторичного прибора принимается во внимание длина канала связи. При длине 300 м можно применять любой унифицированный сигнал, если автоматизируемый технологический процесс не является пожаро- и взрывоопасным. При пожаро- и взрывоопасности и расстоянии не более 300 м целесообразно использовать пневматические средства автоматизации, например регуляторы и приборы системы "Старт", применение которых к тому же обходится примерно на 30% дешевле, чем электрических. При расстоянии, превышающем 300 м, целесообразнее использовать электрические средства автоматизации в соответствующем исполнении. Они характеризуются гораздо меньшим запаздыванием и превосходят пневматические средства по точности измерения (класс точности большинства пневматических приборов - 1,0, электрических - 0,5).Кроме того, применение электрических средств упрощает внедрение вычислительных машин.

Выбирая датчики и вторичные приборы для совместной работы, следует обращать внимание на согласование выходного сигнала датчика и входного сигнала вторичного прибора.

Например, при токовом выходном сигнале датчика входной сигнал вторичного прибора тоже должен быть токовым, причем род тока и диапазон его изменения у датчика и вторичного прибора должны быть одинаковыми. Если это условие не выполняется, то следует воспользоваться имеющимися в ГСП промежуточными преобразователями одного унифицированного сигнала в другой (табл.3.1).

Таблица 3.1

Наиболее распространенные промежуточные преобразователи ГСП

Промежуточный преобразователь НП-П3 используется в качестве нормирующего для преобразования выходного сигнала дифференциально-транс-форматорного преобразователя в унифицированный токовый сигнал.

Преобразователи ЭПП-63 и ПЭ-55М осуществляют переход соответственно с электрической ветви ГСП на пневматическую и с пневматической ветви ГСП на электрическую.

При выборе датчиков и приборов следует обращать внимание не только на класс точности, но и на диапазон измерения. Следует помнить, что номинальные значения параметра должны находиться в последней трети диапазона измерения датчика или прибора. При невыполнении этого условия относительная погрешность измерения параметра значительно превысит относительную приведенную погрешность датчика или прибора. Таким образом, не следует выбирать диапазон измерения с большим запасом (достаточно иметь верхний предел измерения, не более чем на 25% превышающий номинальное значение параметра).

Если измеряемая среда химически активна по отношению к материалу датчика или прибора (например, пружинного манометра, гидростатического уровнемера, дифманометра для измерения расхода по методу переменного перепада давлений),то его защиту осуществляют с помощью разделительных сосудов или мембранных разделителей. Разделительные устройства должны быть изображены на функциональной схеме автоматизации.

При автоматизации химико-технологических процессов для изменения расхода жидких сред обычно используют пневматические регулирующие клапаны, включающие исполнительный механизм с пневмоприводом и регулирующий орган.

4. УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ СХЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ

4.1. Изображение технологического оборудования

Технологическое оборудование (аппараты и машины) и трубопроводы на фунциональной схеме изображают упрощенно по сравнению с технологической схемой, но так, чтобы были понятны связь и взаимодействие технологического оборудования со средствами автоматизации. Контуры графических изображений аппаратов и машин, а также соотношение их габаритных размеров должны, как правило, соответствовать действительным.

Допускается изображение автоматизируемых объектов в виде прямоугольников, а также по ГОСТам 2.793-79 (элементы и устройства машин и аппаратов химических производств); 2.782-68; 2.780-68; 2.788-74; 2.792-74; 2.794-79 (устройства питающие и дозирующие); 2.795-80, устанавливающим графические обозначения аппаратов и машин по их функциональным признакам и по принципу действия.

Около или внутри графического обозначения каждого аппарата и машины должно быть указано наименование или позиционное обозначение (арабскими цифрами). Разрешается использовать и буквенно-цифровое обозначение, например, Т-3, Е-5 и т.д., где буква обозначает наименование аппарата (Т- теплообменник, Е-емкость), а цифра - порядковый номер аппарата среди ему подобных.

При обозначении аппаратов и машин буквами с цифрами или только одними цифрами на свободном поле схемы должна быть приведена таблица с перечнем оборудования.

Технологические трубопроводы изображают на функциональных схемах сплошными линиями толщиной от 0,5 до 1,5 мм (табл.4.10).

В соответствии с ГОСТ 14202-69 трубопроводы можно показывать прерывистыми линиями с простановкой в местах разрыва двойных цифр (от 0.0 до 9.9), обозначающих вид жидкости или газа, движущихся по трубопроводу. Согласно ГОСТ цифра 1 обозначает воду, 2-пар,3-воздух и т.д. Если в ГОСТе отсутствует обозначение какого-либо вещества, то вводят из резерва. На свободном поле схемы в этом случае нужно дать расшифровку нестандартных цифровых обозначений.

На технологических трубопроводах показывают в основном только те вентили, задвижки, заслонки, клапаны и другие запорные и регулирующие органы, которые участвуют в контроле и управлении процессом.

На линиях, обозначающих трубопроводы, проставляют стрелки, указывающие направление движения вещества в трубопроводе. У изображений трубопроводов, по которым вещество поступает и уходит из данной технологической схемы, делаются надписи: "Из цеха абсорбции", "От насосов", "В схему полимеризации".

4.2. Изображение приборов и средств автоматизации

Приборы и средства автоматизации на функциональных схемах показываются в виде условных обозначений по ГОСТ 21.404-85 или по ОСТ 36.27-77 (см. подраздел 4.2.1). Одновременное применение условных обозначений по обоим стандартам не допускается.

4.2.1.Обозначение приборов и средств автоматизации по ГОСТ 21.404-85

Условные графические обозначения трубопроводной арматуры по ГОСТ 21.404-85 приведены в табл.4.1, а приборов и средств автоматизации – в табл.4.2.

Толщина линий этих обозначений - 0,5-0,6 мм(кроме горизонтальной разделительной линии толщиной 0,2-0,3 мм в условном изображении прибора, установленного на щите).

В верхней части окружности, обозначающей прибор, проставляются буквы латинского алфавита, обозначающие:

а) измеряемые величины согласно табл.4.3;

б) уточняющие значения измеряемых параметров согласно табл.4.4;

в) функции, выполняемые приборами, по отображению информации (табл.4.5);

г) функции, выполняемые приборами, по формированию выходного сигнала (табл.4.6).

В нижней части окружности наносится позиционное обозначение (см. подраздел 4.2.5).

Все перечисленные в пп. а-г буквенные обозначения проставляют в следующем порядке: на первом месте ставят букву, обозначающую измеряемый параметр, далее следуют необходимые буквы в последовательности IRCSA.

Например (рис.4.1), прибор для измерения, регистрации и автоматического регулирования перепада давления имеет обозначение PDIRC (P-давление, D- перепад, I- показание, R- регистрация, С- автоматическое регулирование).

Если обозначение состоит из большого числа элементов, допускается вместо окружности применять обозначение в виде эллипса.

При развернутом способе построения условных графических обозначений, когда каждый прибор или блок, входящий в комплект, обозначают на функциональной схеме отдельно, используются дополнительные буквенные обозначения функциональных признаков приборов(табл. 4.7 и условные обозначения для преобразователей сигналов и вычислительных устройств (табл. 4.8), которые проставляются в виде надписи справа от графического обозначения преобразователя или вычислительного устройства. Примеры построения условных обозначений средств автоматизации по ГОСТ 21.404-85 показаны в табл. 4.9. В табл. 4.10 приведены графические условные обозначения электроаппаратуры (звонок, сирена, гудок, сигнальная лампа, электродвигатель, путевой выключатель), часто применяемой в функциональных схемах автоматизации.

4.2.2. Расположение обозначений средств автоматизации

Средства автоматизации, встраиваемые в технологическое оборудование и коммуникации или механически связанные с ними, изображают на функциональной схеме в непосредственной близости к технологическому оборудованию. К таким средствам относятся: термометры расширения, термометры термоэлектрические, термометры сопротивления, датчики пирометров, сужающие измерительные устройства, ротаметры, датчики уровнемеров, регулирующие и запорные органы. Приборы и средства автоматизации, расположенные на щитах, показывают в прямоугольниках, изображающих щиты и пульты.

Прямоугольники располагают в нижней части поля схемы в одном или нескольких горизонтальных рядах и в такой последовательности, при которой достигается наибольшая простота и ясность схемы. В каждом прямоугольнике с левой стороны указывают соответствующее наименование, например: "Щит оператора", "Шкаф управления".

Средства автоматизации, расположенные вне щитов и конструктивно не связанные с технологическим оборудованием и коммуникациями, условно показывают в прямоугольнике "Приборы местные". Этот прямоугольник располагают над прямоугольниками щитов.

4.2.3. Изображение средств автоматизации в однотипных

технологических объектах

Если в состав технологического оборудования входят однотипные технологические аппараты, управляемые с общего щита или пульта, то на функциональной схеме автоматизации рекомендуется изображать только технологический аппарат.

Средства автоматизации, устанавливаемые на щите, показывают полностью для всех аппаратов.

Исключение составляет случай, когда приборы, применяемые для контроля (регулирования), являются однотипными, а контролируемые (регулируемые) параметры имеют одинаковые значения.

В этом случае повторяющиеся приборы показывают на щите один раз, а около их обозначения проставляют количество приборов в штуках(рис.4.2).

При использовании многоточечного прибора для контроля какого-либо параметра в нескольких однотипных аппаратах на схеме показывают только один технологический аппарат и один датчик, а около прибора отмечают линии связи от остальных датчиков (рис.4.3).

4.2.4.Развернутый способ изображения средств автоматизации

Средства автоматизации могут быть изображены на функциональной схеме тремя способами: развернутым (с детализацией по отдельным элементам), упрощенным (укрупненными узлами) или комбинированным.

При дипломном проектировании рекомендуется пользоваться наиболее наглядным развернутым способом изображения средств автоматизации, дающим полное представление о всех используемых средствах автоматизации[1,3,4].

Примеры применения развернутого способа изображения представлены на рис. 4.4-4.5.

4.2.5.Позиционное обозначение средств автоматизации

Всем средствам автоматизации, изображенным на функциональной схеме, присваивается позиционное обозначение (буквенно-цифровое или цифровое), которое проставляется в нижней части окружности условного обозначения каждого прибора и сохраняется в спецификации.

Позиционное обозначение, или позиция любого средства автоматизации, состоит из двух частей: номера комплекта (функциональной группы средств автоматизации, например, для измерения температуры, регулирования расхода и т.д.) и буквенных индексов- строчных


29-04-2015, 03:59