Навигация:
ГлавнаяВсе категории → Производство железобетонных изделий

Особенности и методика проектирования систем автоматизации


Особенности и методика проектирования систем автоматизации

Важнейшей предпосылкой автоматизации является совершенная технология производства. Главные требования, которые предъявляет автоматизация к технологии, — это обеспечение неразрывности технологической цепи, непрерывность технологического процесса и целесообразное расположение оборудования в соответствии с направлением энергетических и материальных потоков. Чем полнее соответствует технологический процесс этим требованиям, тем выше экономическая эффективность автоматизации.

Все более и более широкий круг специалистов разного профиля в той или иной степени занимается вопросами монтажа, наладкой и эксплуатацией систем контроля и управления различными технологическими процессами, т. е. работает с чертежами и схемами автоматизации производства.

Сложность чтения схем автоматизации объясняется использованием в этих схемах различных средств электро- и пневмоавтоматики, а также специфическими особенностями построения систем автоматизации с учетом взаимосвязей с другими частями проекта (технологической, электротехнической, сантехнической и Др.).

Чтение автоматических схем управления вследствие перечисленных их особенностей практически невозможно без предварительной подготовки специалистов.

При разработке автоматических схем управления применяют различные приборы и средства автоматизации, соединяемые с объектом управления и между собой. В приборах и средствах автоматизации кроме электрической энергии используют энергию жидких сред (масла и воды) и сжатый воздух. В зависимости от конструкций используемых приборов и средств автоматизации, а также линий связи, входящих в эти системы, в проектах автоматизации выполняют различные схемы, которые подразделяют по видам и типам. По видам эти схемы могут быть электрические, пневматические, гидравлические и комбинированные.

Наиболее распространены в практике автоматизации технологических процессов электрические приборы и средства автоматизации, что объясняется гибкостью и легкостью сочетания их в различных схемах. В специфических же условиях (например, в условиях пожаро- и взрывоопасности) в большинстве случаев применяют пневматические приборы и средства автоматизации. Таким образом, система автоматизации современных предприятий железобетонных изделий представляет собой совокупность энергетических и пневматических схем.

Из-за громоздкости гидравлической аппаратуры и трудностей передачи гидравлических командных импульсов на большие расстояния гидравлические схемы автоматизации применяют редко. Кроме комбинированн ых схем в ряде случаев в проектах применяют электропневматические, электропневмогидравлические, пневмогидравлические и электрогидравлические схемы.

По типам различают следующие схемы автоматизации: структурные, функциональные, принципиальные и монтажные.

Классификация по типам схем автоматического управления с учетом их основного назначения приведена ниже.

Структурная схема отражает укрупненную структуру системы управления и взаимосвязи между пунктами контроля и управления объектом.

Функциональная схема раскрывает функциональную тпуктуру узлов автоматического контроля, сигнализации управления и регулирования технологического процесса и определяет оснащение объекта управления приборами и средствами автоматизации.

Принципиальная схема автоматизации определяет полный состав элементов, вспомогательной аппаратуры и связей-между ними, она дает детальное представление о принципе работы узлов. Принципиальные схемы служат основанием для разработки схем щитов и пуЛьтов автоматизации.

Монтажная схема показывает соединение электрических и трубных проводок в пределах щитов, пультов, а также места их присоединения и ввода.

Схемы автоматизации выполняют обычно без соблюдения масштаба. Вместе с тем в монтажных схемах соблюдается действительное пространственное расположение отдельных средств автоматизации и монтажных изделий.

Основным документом проекта автоматизации технологического процесса является функциональная схема автоматизации. На такой схеме с помощью условных изображений согласно ГОСТ 3925—59 показывают все основные элементы автоматического контроля и регулирования. Хотя условные изображения технологического оборудования не регламентированы стандартами, общепринятыми являются контурные изображения, соответствующие по форме и пропорциям отдельным элементам технологической установки.

В некоторых случаях технологическое оборудование функциональной схемы показывают в разрезе, если это необходимо для пояснения взаимосвязи элементов системы автоматизации. Функциональные схемы вычерчивают без масштаба, однако при изображении отдельных технологических элементов весьма желательно соблюдать относительные пропорции.

В тех случаях, когда функциональная схема составлена для разных сред, иными словами, когда автоматизируется технологический процесс, включающий получение либо переработку различных жидкостей и газов, важно четко обозначить среду, транспортируемую трубопроводом. Для этого используют условные шифровые обозначения основных сред, приведенные в табл. 5. При этом если та или иная среда преобладает в данной схеме, линии связи, транспортирующие такое вещество, обозначают сплошной жирной линией.

В практике работы проектных институтов среду нередко указывают на линии связи словами «Вода», «Пар», «Воздух» и т. п. либо вводятся различные символы линий (волнистые, двойные, перечеркнутые и т. д.) с перечнем условных обозначений.

Такие вспомогательные устройства, как редукторы и фильтры Для воздуха, источники питания, реле, автоматы, включатели и предохранители в цепях питания, соединительные коробки и т. п., а также монтажные элементы на функциональных схемах не показывают.

Функциональную схему контроля и управления технологической установки выполняют, как правило, на одном чертеже, на котором изображают аппаратуру всех систем контроля, регулирования, управления и сигнализации, относящуюся к данной технологической установке.

Для сложных технологических процессов с большим объемом автоматизации функциональные схемы можно выполнять раздельно по видам технологического контроля и управления. Например, раздельно выполняют схемы автоматического управления, контроля и сигнализации.

Прочитать функциональную схему — это означает определить по ней:
1) параметры технологического процесса, которые подлежат автоматическому контролю и регулированию;
2) наличие защиты и аварийной сигнализации;
3) организацию пунктов контроля и управления;
4) технические средства, с помощью которых обеспечивается тот или иной функциональный узел контроля, сигнализации, автоматического регулирования и управления.

Примеры условных обозначений в функциональных схемах автоматизации приведены на рис. 1—4. Функциональные схемы могут быть выполнены двумя способами. По первому способу щиты и пульты условно изображают прямоугольниками, в которых с помощью условных изображений показывают устанавливаемые в щитах и пультах приборы и средства автоматизации. От них показывают линии связи к элементам схемы, с которыми они взаимодействуют.

Щиты и пульты управления, изображенные в виде прямоугольников, отображают организацию контроля и управления технологическим процессом и располагаются в нижней части чертежа.

Прямоугольники щитов и пультов управления размещают в такой последовательности, при которой достигаются наибольшая к стоха и ясность схемы. Приборы и средства автоматизации, ко-орые устанавливают вне щитов и пультов условно, показывают в прямоугольнике «Приборы местные». Такие прямоугольники располагают над прямоугольниками щитов и пультов оператора.

При построении сложных функциональных схем во избежание большого количества изломов и пересечений линии связи обрывают и нумеруют. Номера линий связи проставляют в горизонтальных рядах. Для нижнего ряда номера следуют в возрастающем порядке, в верхних рядах их можно писать там, где они лучше видны.

Рис. 1. Функциональные схемы контроля и регулирования температуры:
а — манометрический измеритель; 1 — термобаллон манометрического термометра; 2 — измеритель температуры показывающий, самопишущий; б — радиационный измеритель; 1 — пирометр радиационный; 2 — прибор, измеряющий температуру, самопишущий; и — манометрический измеритель с вторичным прибором; 1 — термобаллон манометрический; 2 — первичный прибор бесшкальный с пневматической передачей; 3 — вторичный прибор, измеряющий температуру, показызающий, самопишущий; г — биметаллический измеритель-сигнализатор, 1 — биметаллический (дилатометрический) термометр; 2 — сигнализатор температуры; 3 — сигнальная лампа; д — регулирование температуры процесса электрическим регулятором; 1 — термопара; 2 — измеритель температуры с преобразующим устройством; 3 — регулятор температуры статический электрический; 4 — электрический исполнительный механизм; 5 — клапан Регулирующий проходной; в—го же, пневматическим регулятором; 1— объект регулирования; 2 —термометр сопротивления; 3 — измеритель температуры бесшкальный с пневматической передачей; 4 — регулятор температуры изодромный пневматический; 5 — мембранный исполнительный механизм; 6 — клапан регулирующий; 7 — линия теплоносителя

На участках линий связи над верхним прямоугольником указывают предельные рабочие значения измеряемых или регулируемых величин.

Каждому элементу схемы присваивают свой номер, который проставляют в спецификациях и других видах схем без изменения.

Рис. 3. Функциональные схемы приборов контроля и регулирования расхода и количества:
а — измерение расхода показывающим прибором: 1 — трубопровод; 2 — сужающее устройство; 3 — прибор, измеряющий расход, показывающий, интегрирующий; б —то же, ротаметром; 1 — расходомер постоянного перепада (ротаметр) с пневмопередачей; 2 — прибор, измеряющий расход, показывающий, самопишущий; в — то же, вторичным прибором; 1 — трубопровод; 2 — сужающее устройство; 3 —прибор первичный, измеряющий расход, бесшкальный с электропередачей; 4 — вторичный прибор, измеряющий расход, показывающий, самопишущий; г — регулирование расхода электрическим регулятором; 1 — сужающее устройство; 2 — измеритель расхода бесшкальный, с электрической системой передачи: 3 — регулятор расхода изодромный; 4— измеритель расхода, показывающий и самопишущий; 5 — указатель положения регулирующего органа; 6 — исполнительный механизм с электродвигателем переменного тока; 7 —клапан регулирующий проходной; 8 — трубопровод; д — то же, пневматическим регулятором; 1 — измеритель расхода пневматический бесшкальный; 2 — регулятор расхода изодромный пневматический; 3— мембранный исполнительный механизм; 4 — заслонка регулирующая

Рис. 4. Функциональные схемы контроля и регулирования уровней жидкости:
а — измерение уровня с помощью поплавкового устройства; 1 — объект измерения; 2— приемное устройство поплавковое; 3 — прибор, измеряющий уровень, показывающий; б — то же, манометрическим прибором; 1 — объект измерения; 2— отборное устройство; 3 — прибор, измеряющий уровень, показывающий; в — то же, радиоактивным; 1 — устройство приемное радиоактивное: 2 — прибор, измеряющий уровень, показывающий; г — регулирование электрическим регулятором; 1 — регулятор уровня позиционный электрический; 2 — электрический моторный исполнительный механизм; 3 — клапан регулирующий проходной

Широко распространена система нумерации аппаратуры. При этом каждому комплекту аппаратуры измерения или регулирования присваивается порядковый номер, а каждой составной части комплекта (приемнику, измерительному или регулирующему прибору и т. д.) —буквенный порядковый индекс. Полный номер каждого элемента комплекта аппаратуры состоит из двух частей.

Рис. 5. Функциональные схемы контроля других технологических параметров:
а — влажности; б — концентрации; в — вязкости; 1 — приемное устройство; 2—измерительный прибор

Присвоение буквенных индексов в комплекте аппаратуры производят в следующем порядке: приемное устройство, измерительный или регулирующий прибор и т. д.

Рис. 6. Пример функциональной схемы с указанием мест установки приборов

Однотипным прибором, относящимся к одному комплекту (например, несколько одинаковых по характеристике термопар, присоединяемых к одному прибору, и т. п.), присваивают одинаковые номера независимо от места их установки. Одинаковые номера можно присваивать и комплектам аппаратуры, состоящим из набора одинаковых элементов (например, комплекты приборов для измерения и регулирования температуры в разных зонах печей и т. п.).

Электроаппаратуре (сигнальным лампам, сиренам, ключам управления, кнопкам, магнитным пускателям и т. п.) присваивают буквенно-цифровые обозначения, применяемые в принципиальных электрических схемах.

Рис. 7. Пример функциональной схемы с обрывом линий связи

При построении функциональных схем вторым способом приборы и средства автоматизации изображают вблизи отборных устройств и первичных измерительных преобразователей. Щиты и пульты в схемах не показывают, чем достигается простота совмещения схемы контроля и управления с технологической схемой и меньшая трудоемкость их составления. Однако чтение функциональных схем, выполненных таким способом, затруднено, так как они дают лишь общее представление о принятых решениях и объеме автоматизации, не отображая организации контроля и управления процессом.

Для примера на рис. 8 приведена функциональная схема автоматического управления, выполненная вторым способом. Регулирующие устройства изображены на схеме технологического процесса вблизи отборных устройств.

Принципиальные электрические схемы. В таких схемах управления и сигнализации взаимную связь между аппаратурой управления и приборами показывают в той последовательности, в кото-пой они должны действовать. Территориальное расположение оборудования и приборов в схемах не показывают.

Принципиальные схемы дают возможность судить об электрической связи между отдельными аппаратами и их элементами, о значении и взаимодействии аппаратов. Такие схемы позволяют правильно эксплуатировать оборудование, быстро устранять его неисправности.

Рис. 8. Пример функциональной схемы без указания мест размещения приборов и регуляторов

На принципиальных схемах все контакты аппаратов показывают в таком положении, при котором отсутствует электрическое или механическое воздействие на отдельные элементы схемы. Главные (силовые) цепи изображают жирными линиями, а цепи управления — тонкими.

Каждый аппарат, изображенный на принципиальной схеме, обозначают одной или несколькими буквами. Первая буква обычно означает название аппарата, а вторая — его назначение (например, буквы РП означают: Р —реле, П — промежуточное). Если в схеме имеется несколько одинаковых аппаратов, то перед буквенным обозначением ставят порядковый номер—1РП, 2РП.

Отдельные контакты одного и того же элемента схемы должны иметь одинаковые буквенные обозначения. Например, при обозначении катушки реле времени РВ все контакты этого реле тоже обозначают буквами РВ, но после буквенного обозначения ставят цифру, определяющую порядковый номер контакта (РВ1, РВ2, РВЗ и т. д.). При обозначении аппарата одной буквой она должна соответствовать его назначению.

Условные обозначения элементов электрических схем выполняют по ГОСТу.

Схема управления асинхронным электродвигателем трехфазного тока показана на рис. 9. Для пуска двигателя включают рубильник Р, чтобы подать напряжение на главную и вспомогательную цепи. Затем нажатием кнопки «Пуск» замыкают цепь питания катушки магнитного пускателя МП, в результате чего его контакты замыкаются, присоединяя двигатель к сети. Одновременно замыкается блок-контакт МП, который шунтирует кнопку «Пуск», чем исключает необходимость держать ее нажатой.

Предохранители ПР защищают двигатель от коротких замыканий. Тепловые реле 1РТ и 2РТ своими контактами защищают двигатель от самопуска после отключения в результате снижения или исчезновения напряжения. В этом случае уменьшается электромагнитное усилие втягивающей катушки, в результате чего отпадает якорь контактора и отключается двигатель. Повторно включить его можно только после нажатия кнопки «Пуск».

Схема управления реверсивным асинхронным электродвигателем. Для работы двигателя в двух направлениях— вперед и назад — применяют реверсивный магнитный пускатель.

Он состоит из двух контакторов В для вращения вперед и двух контакторов Я для вращения назад. Для пуска двигателя включают рубильник Р и после нажатия кнопки KB создают цепь катушки контактора. Контактор В срабатывает и подает питание на статор двигателя через контакты В. Одновременно замыкается блок-контактор В1, шунтируя кнопку КВ.

Для изменения направления вращения двигателя необходимо нажать на кнопку КН. Контактор Я присоединит двигатель к сети через контакты Я. Одновременно включить оба контактора В и Я нельзя, так как контактор В имеет контакт В2 в цепи контактора Я, а контактор Я — такой же контакт Н2 в цепи контактора В.

Схемы одновременного управления несколькими двигателями. Рабочие механизмы автоматизированных установок иногда приводят в действие не один, а несколько двигателей, для чего необходимо пускать и останавливать их в определенной последовательности.

Для защиты технологических установок от поломок применяют специальные схемы блокировки, которые исполняют только верные команды со стороны обслуживающего персонала.

Схема работы двух двигателей только раздельно может осуществляться при включении закрытых контактов первого двигателя в цепь второго, а второго — в цепь первого. Таким образом, двигатель не может быть включен до тех пор, пока двигатель работает, и наоборот.

Если по условиям технологического процесса необходимо включить вначале двигатель, затем двигатель и т. д., то применяют схему, по которой в цепь магнитного пускателя 2К вводят замыкающий контакт 1К от магнитногЬ пускателя двигателя, в цепь третьего двигателя — замыкающий контакт от двигателя и т. д. При этом только после включения двигателя можно включить двигатель 2 и т. д. Никакой другой двигатель включить нельзя, так как блокировочные контакты 1К и 2К будут при этом разомкнуты.

Схемы сигнализации. Для создания систем централизованного контроля и управления и организации службы диспетчерского управления большое значение имеют устройства сигнализации, извещающие обслуживающий персонал о состоянии контролируемых объектов.

Рис. 9. Принципиальная схема управления асинхронным двигателем:
а — нереверсивным; б — реверсивным

Аварийно-предупредительная сигнализация подает сигналы о ненормальной работе установок, переведенных на автоматическое управление.

Сигналы обычно бывают звуковые и световые. Первые привлекают характер дежурных, а вторые в той или иной мере расшифровывают характер неисправности и. указывают на те объекты, где возникла эта неисправность.

Рис. 10. Принципиальная схема включения только одного из двух двигателей

Схемы сигнализации по назначению классифицируют на следующие:
— сигнализация положения, оповещающая о состоянии контролируемых объектов (включены или отключены магнитные пускатели, контакторы, выключатели, открыты или закрыты задвижки, заслонки и т. п.);
— командная сигнализация, предназначенная для передачи заранее определенных команд из одного помещения в другое при помощи различных световых и звуковых сигналов; .
— сигнализация действия и защиты автоматики — информация о работе того или иного вида автоматической защиты или блокировки;
— технологическая сигнализация, оповещающая персонал о нарушении нормального хода технологических процессов (об отклонении от установленного значения температуры, давления, уровня и т. д.).

Технологическая сигнализация может быть двух видов предварительная и аварийная. Появление предупредительных сигналов указывает обслуживающему персоналу на необходимость принятия определенных мер для устранения возникших неисправностей.

Аварийная сигнализация сообщает о недопустимых значениях контролируемых и регулируемых параметров, об аварийном состоянии на отдельных участках технологического процесса или об аварийном отключении контролируемых объектов. Появление аварийных сигналов часто сопровождается действием устройств автоматической защиты и блокировки. Аварийный сигнал требует немедленного вмешательства персонала.

По принципу действия схемы сигнализации разделяют ia три вида: с индивидуальным съемом звукового сигнала, с цент-оальным (общим) съемом его (эти схемы оснащены единым устройством, позволяющим отключать звуковой сигнал, сохраняя индивидуальный световой сигнал) и с центральным съемом звукового сигнала и повторностыо действия. Последняя схема отличается от двух первых способностью повторно подавать звуковой сигнал при срабатывании любого датчика сигнализации независимо от состояния всех остальных датчиков.

Аппаратура схем сигнализации работает на постоянном или переменном токе. В системах автоматизации технологических процессов применяют схемы сигнализации, различающиеся как по структуре, так и по способам построения отдельных их узлов. Некоторые схемы сигнализации рассмотрены ниже.

Сигнализация положения. Наиболее просто указанную схему сигнализации можно выполнить для таких механизмов, которые имеют только два рабочих положения: «отключено — включено» или «открыто—-закрыто». На рис. 2.53 показано несколько вариантов включения ламп, сигнализирующих работу и остановку электродвигателя.

Рис. 11. Принципиальная схема сигнализации положения механизмов:
а — одной лампой; б — двумя лампами

В схеме на рис. 2.54,а сигнализация обеспечивается одной лампой JIB, подключаемой параллельно катушке контактора К. В схеме б, кроме лампы JIB,

подключенной параллельно катушке контактора, имеется лампа ЛО, включаемая размыкающим блок-контактом контактора и сигнализирующая об отключении электродвигателя.

Если электродвигателем управляют не кнопками «Пуск» и «Стоп», а универсальным переключателем типа УП, рукоятка которого может быть в положениях: О — отключено, 00 — операция отключения, В — включено, ОВ — операция включения, то в схему сигнализации положения помимо ламп ЛB и ЛО-вводят лампу аварийного отключения JIAO, работающую по принципу несоответствия между положением ключа управления КУ и состоянием электродвигателя.

Схемы сигнализации, построенные по принципу соответствия и несоответствия между положением ключа управления и состоянием электродвигателя, широко применяют в тех случаях, когда кроме ручного дистанционного управления можно также автоматически включать и выключать электродвигатели.

На рис. 12, б показана схема сигнализации, выполненная на двух лампах Л В и ЛО. В положении соответствия сигнальные лампы горят ровным светом, а в положении несоответствия — мигающим (питание подается от специальной шины ЛЗ с импульсным напряжением).

Схемы технологической сигнализации. На рис. 13 показана схема сигнализации двумя сигналами.

Рис. 13. Принципиальная схема технологической сигнализации

При замыкании контактов одного из датчиков, например 1КД, срабатывает реле 1П. Его контакт 1ПШ, разомкнувшись, отключает сигнальную лампу 1JIC от шинки проверки ламп. Контакт реле 1П2 при замыкании включает сигнальную лампу 1ЛC. Контакт 1ПЗ замыкается и включает сирену; контакт 1П4, замкнувшись, подготовляет цепь питания реле IV. В результате включается сигнальная лампа 1JIC и сирена С. Для получения звукового сигнала следует нажать кнопку гашения звука КГ, включающую промежуточное реле звукового сигнала П.

Реле П при срабатывании своим контактом III замкнет цепь питания реле IV, которое контактом IVI самоблокируется, а контактом 1V2 разорвет цепь сирены С. Сигнальная лампа 1J1C и реле сигнализации IV остаются включенными до восстановления нормального значения контролируемого параметра, т. е. до размыкания контакта датчика 1КД. При замыкании датчика 2КД схема сигнализации срабатывает аналогично.

Кнопка КПЛ предназначена для проверки исправности сигнальных ламп 1ЛС и 2ЛС, а кнопка КС — для проверки исправности сирены С. Лампа ЛКН контролирует наличие напряжения.





Похожие статьи:
Поверка регулирующего клапана с мембранным исполнительным механизмом

Навигация:
ГлавнаяВсе категории → Производство железобетонных изделий

Статьи по теме:





Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум