Автоматизация
технологических установок

Составление функциональных и структурных схем автоматизации технологических установок
Методика составления функциональных и структурных схем автоматизации технологических установок по их описанию, представленная на данной странице состоит из правил выполнения и примеров построения функциональных схем, порядка выполнения работы, исходных данных по вариантам.
Цель работы: Научиться составлять функциональные и структурные схемы автоматизации технологических установок по описанию принципа их работы.

Правила выполнения функциональных схем

Взято из источника: Схемы автоматизации систем водоснабжения и водоотведения: методические указания по выполнению курсового и дипломного проектирования / сост. В.К.Кивран; Самарск. гос. арх.-строит ун-т– Самара, 2009.― 72 с.
Функциональные схемы составляются в соответствии с требованиями ГОСТ 21.404-85 «Автоматизация технологических процессов. Обозначения условные приборов и средств автоматизации в схемах». Этим стандартом устанавливаются графические и буквенные обозначения приборов и средств автоматизации в функциональных схемах. Все графические обозначения согласно данному ГОСТу приведены в табл. 1.
Графические обозначения приборов вычерчиваются сплошной основ-ной линией, а линии связи между приборами, а также между прибором и отборным устройством вычерчиваются тонкой линией. Кроме того, тонкой линией вычерчивается горизонтальная разделительная линия внутри графического обозначения.

Порядок составления функциональных схем рекомендуется следующий. На верхней части листа условными знаками в соответствии с действующими стандартами на технологические схемы или общепринятыми нормами изображаются технологическое оборудование, коммуникации, линии потоков. При этом чтобы не затемнять схему, целесообразно излишне не детализировать оборудование Условные графические обозначения некоторых элементов технологического оборудования, непосредственно примыкающих к функциональным схемам, приведены в табл. 2. Затем на схему наносятся по месту их расположения, но на свободных местах, графические обозначения датчиков и чувствительных элементов, а также исполнительных механизмов. Допускается уточнять место расположения датчиков выносными линиями, оканчивающимися окружностью диаметром 2 мм.

Таблица 1 – Обозначения условные графические в функциональных схемах
Для указания места расположения остальных приборов и средств автоматизации рекомендуется под технологической схемой обозначать поля, обрамленные сплошными основными линиями прямоугольников, условно изображающих щиты, пульты, пункты управления, а также поле, условно показывающее установку приборов по месту, то есть на самом технологическом оборудовании. Количество полей произвольное, подписываются они слева или справа. Затем на этих полях затем вычерчиваются условные графические обозначения остальных элементов функциональных схем в соответствии с местом их расположения.

Для небольших по объёму и насыщенности функциональных схем допускается совмещенное выполнение функциональных и технологических схем.

Таблица 2 – Обозначения условные графические приборов технологического оборудования, примыкающего к функциональным схемам
Но при этом графическое обозначение приборов необходимо располагать на листе в местах, свободных от начертания элементов технологических схем.

Комплект разного назначения приборов, объединенных одним корпусом, можно обозначать как отдельными, но соприкасающимися графическими обозначениями.

Затем все приборы соединяются линиями, обозначающими соответствующие функциональные связи. На линиях связи с датчиками, чувствительными элементами и исполнительными механизмами указываются диапазоны измеряемых или регулируемых величин в стандартных единицах измерения. Расстояние между линиями связи, а также между контурами графических обозначений всех несмежных элементов схемы не должно быть менее 3 мм. Разрешается разрывать линии связи с обозначением номера разрыва линии на обоих концах их разрыва. Расположение этих разрывов на схеме должны быть каким-либо способом систематизировано.

Буквенные обозначения функциональных признаков измерительных и регулирующих приборов также регламентирует ГОСТ 21.404-85. В этих обозначениях принят позиционный принцип, согласно которому значение букв зависит от позиции (места их расположения). Позиции читаются слева направо. Все буквы латинские заглазные.

На первой позиции (крайняя слева) указывается буква, соответствующая измеряемому или регулируемому технологическому параметру:
D - плотность;
Е - электрическая величина;
F - расход,
G - размер, положение, перемещение;
Н - ручное воздействие;
К - время, временная переменная, временная программа;
L - уровень;
М - влажность,
Р - давление, вакуум,
Q величина качества, состав, концентрация;
R - радиоактивность;
S - скорость, частота,
Т - температура;
U - несколько разнородных измеряемых величин;
V - вязкость;
W – масса.

Рекомендуется буквам Q и U давать пояснения в виде примечания. Буквы А, В, С, I, J, N, О являются резервными для величин, не охваченных настоящим стандартом. Применение резервных букв также должно быть расшифровано на схеме в примечаниях.

На второй позиции ставится буква дополнения к основному обозначению, уточняющая измеряемую или регулируемую величину:
D - разность, перепад;
F - соотношение, доля, дробь;
J - автоматическое переключение, обегание;
Q - интегрирование, суммирование по времени.
Кроме того, на второй позиции может быть поставлена буква, обозначающая дополнительные функциональные признаки. Рекомендованы ГОСТом следующие буквы:
Е - чувствительный элемент, датчик;
Т- дистанционная передача, телемеханика;
К - станция управления;
Y - преобразование, вычислительные функции.

Резервных букв настоящим ГОСТом не предусмотрено. На второй позиции может стоять одна или несколько букв, а может быть и ни одной (позиция не обязательная). При использовании буквы К другие буквы, в том числе и буквы первой позиции, могут не использоваться.

На третьей позиции указываются буквы, соответствующие основным функциональным признакам:
I - показание;
R - регисзрация,
С - автоматическое регулирование и управление;
S- включение, отключение, переключение, блокировка;
А - сигнализация.

Буквы Е, G, К, Q, T, V являются резервными, и их применение также должно быть расшифровано на схеме в примечаниях. На третьей позиции также может не стоять ни одной буквы, но если их несколько, то порядок их расположения должен соответствовать вышеуказанному.

На дополнительной позиции используются только две буквы:
Н - верхний предел измеряемой или регулируемой величины;
L - нижний предел измеряемой или регулируемой величины.

Они выносятся за поле графического обозначении прибора и ставятся: первая - справа сверху, вторая - справа снизу.
Для облегчения разработки реальных функциональных схем автоматизации в табл. 3 приведены выдержки из ГОСТа наиболее часто встречающиеся обозначения аппаратуры дистанционного позиционного управления электрическими приборами.

После этого внутри верхней части графического обозначения каждого прибора, исключая исполнительные

Таблица 2 – Обозначения условные графические приборов технологического оборудования, примыкающего к функциональным схемам
механизмы и сигнальные устройства, вписываются буквенные обозначения функциональных признаков. Последним этапом является присвоение каждому элементу функциональной схемы позиционного номера, состоящего из комбинации заглавных букв латинского алфавита и цифр арабского начертания. Порядок следования символов позиционного номера, кроме сигнальных устройств, не регламентируется, но рекомендуется этот порядок каким-либо образом систематизировать. Индексация нумерации не допускается. Эти номера ставятся внутри нижней части графического обозначения измерительных или регулирующих приборов. Для исполнительных механизмов, сигнальных устройств, а также для остальных приборов, если позиционный номер их не помещается внутри нижней части графического обозначения, позиционный номер проставляется преимущественно сверху, или справа, или слева. Для световых сигнальных устройств нумерация должна начинаться с символов HL, для звуковых сигнальных устройств - НА, для символьных сигнальных устройств - HG, далее порядковый номер. На схеме позиционные номера разных приборов не должны повторяться.

Буквенные обозначения и позиционные номера выполняются чертежным шрифтом с высотой прописных букв 2,5 мм.

Примеры построения функциональных схем

Взято из источника: Схемы автоматизации систем водоснабжения и водоотведения: методические указания по выполнению курсового и дипломного проектирования / сост. В.К.Кивран; Самарск. гос. арх.-строит ун-т– Самара, 2009.― 72 с.
Схема автоматизации насосной станции с релейным управлением
Фрагмент функциональной схемы автоматизации канализационной насосной станции невысокой производительности приведён на рисунке 1. Схема составлена для случая, когда насосные агрегаты располагаются выше верхнего края приямки и перед пуском требуют операции залива. Для контроля окончания залива используется специальное реле залива.
Для контролированияуровня воды в приёмном резервуаре применяются электродные реле уровня 1A, сигнал которого поступает на регулятор уровня 1B. Переключатели1C определяют порядок ввода насосных агрегатов в зависимости от уровня стоков в приёмном резервуаре. Пуск насосных агрегатов осуществляется на закрытую задвижку. В схеме предусмотрено автоматическое и ручное включение привода насосного агрегата. Для переключения режимов включения насосного агрегата и управления напорной задвижки предусмотрены переключатели режимов 2D и 2G соответственно. А управление ими осуществляется кнопочными станциями 2B и 2H.

При автоматическом управлении сигнал включения от регулятора уровня вначале через переключатель2D подаётся на электромагнитный вентиль залива 3A. Контроль залива производится электроконтактным реле залива. Его сигнал подаётся на электромагнитный пускатель привода насосного агрегата 2D, а уже с пускателя через переключатель режима 2G на пускатель 3B для открывания напорной задвижки. По окончании открывания задвижки концевой выключатель 2F отключает двигатель задвижки от сети.

Пуск насосного агрегата контролирует сигнализатор напорного давления 2E. При незавершённом пуске этот сигнализатор отключает магнитный пускатель привода насосного агрегата.

Рисунок 1 − Функциональная схема автоматизации насосной станции с релейным управлением
Схема автоматизации насосной станции с релейным управлением
Фрагмент функциональной схемы автоматизации насосной станции невысокой производительности приведён на рисунке 1. Схема составлена для случая, когда насосные агрегаты располагаются выше верхнего края приямка и перед пуском требуют операции залива. Для контроля окончания залива используется специальное реле залива.
Для контролирования уровня воды в приёмном резервуаре применяются электродные реле уровня 1A, сигнал которого поступает на регулятор уровня 1B. Переключатели 1C определяют порядок ввода насосных агрегатов в зависимости от уровня стоков в приёмном резервуаре. Пуск насосных агрегатов осуществляется на закрытую задвижку. В схеме предусмотрено автоматическое и ручное включение привода насосного агрегата. Для переключения режимов включения насосного агрегата и управления напорной задвижки предусмотрены переключатели режимов 2D и 2G соответственно. А управление ими осуществляется кнопочными станциями 2B и 2H.

При автоматическом управлении сигнал включения от регулятора уровня вначале через переключатель 2D подаётся на электромагнитный вентиль залива 3A. Контроль залива производится электроконтактным реле залива. Его сигнал подаётся на электромагнитный пускатель привода насосного агрегата 2D, а уже с пускателя через переключатель режима 2G на пускатель 3B для открывания напорной задвижки. По окончании открывания задвижки концевой выключатель 2F отключает двигатель задвижки от сети.

Пуск насосного агрегата контролирует сигнализатор напорного давления 2E. При незавершённом пуске этот сигнализатор отключает магнитный пускатель привода насосного агрегата.

Рисунок 1 − Функциональная схема автоматизации насосной станции с релейным управлением
На рисунке 1 показана схема автоматизации только одного насосного агрегата. Схемы автоматизации остальных насосных агрегатов идентичны.

В насосных станциях высокой производительности, когда насосные агрегаты расположены ниже верхнего края приёмного резервуара, исключается необходимость специального залива насосных агрегатов. В этом случае на схеме автоматизации отсутствует трубопровод залива вместе с электромагнитным вентилем 3A залива и реле залива 2A.
Схема автоматизации насосной станции под управлением программируемого контроллера
Если в современных насосных станциях для их управления применяются программируемые контроллеры, функциональные схемы автоматизации их несколько видоизменяются. Фрагмент данной схемы приведён на рисунке 2.
В этих схемах основным управляющим элементом является программируемый контроллер 1B. Он позволяет управлять работой насосной станции как в автоматическом режиме, так и в режиме ручного управления с помощью кнопочной станции 1E. Но ручное управление производится всё равно под управлением программируемого контроллера, только ему этот режим задаётся переключателем 1D. В данном случае контроллер следит за соблюдением всех режимов пуска и останова насосных агрегатов, и при нарушении этих режимов он отменяет действия оператора.

В режиме автоматического регулирования контроллер 1B на основании данных измерителя уровня 1A производит управление пусковой аппаратуры 2C насосных агрегатов, напорных задвижек 3B их и электромагнитным вентилем 3A. При этом все необходимые временные интервалы и ответные действия на сигналы концевого выключателя 2F задвижки, датчиков-измерителей напорного давления 2Eи реле залива 2A необходимо заложить уже в саму рабочую программу контроллера. Одновременно контроллер должен следить за величиной тока и напряжения электропривода. Если эти данные не предусмотрены в пусковой аппаратуре привода, нужно включить в схему специальные датчики 1C тока и напряжения.

Рисунок 2 − Функциональная схема автоматизации насосной станции с применением программируемого контроллера
Если насосные агрегаты не требуют залива, схема автоматизации остаётся практически неизменной, в ней исключаются только те элементы, которые относятся к процессу залива: трубопровод залива, электромагнитный вентиль 3A залива и реле залива 2A.
Схема автоматизации фильтровальных станций с релейным управлением
На рисунке 3 приведена функциональная схема автоматического управления скоростью фильтрации в режиме фильтроцикла и промывки фильтра.
Управление скоростью фильтрации производится с помощью регулирующего клапана с электромоторным исполнительным механизмом и регулятором 4F, который сравнивает действительный расход, получаемый с выхода датчика расхода , с требуемым расходом. Автоматическое управление дублируется ручным с помощью кнопочной станции и переключателя режимов .

Конечный выключатель 4D ограничивает рабочий диапазон регулирующего клапана и одновременно подает сигнал в общеагрегатную схему о том, что фильтр требует промывки.

Автоматическая промывка фильтра сводится к последовательному открыванию и закрыванию технологических задвижек с электромоторными приводами , ,, и программным временным командоаппаратом по сигналу разрешения из общеагрегатной схемы управления. Сам командоаппарат выполнен на электромагнитных реле, образующих линейку реле, включенных по схеме последовательной блокировки. Он работает под контролирующим воздействием конечных выключателей 1D, 2D, 3D, 5D и 6D соответственно. С помощью переключателя программный регулятор переводится в режим ручного управления, осуществляемого кнопочной станцией . Автоматическое управление каждой задвижки дублируется ручным с помощью кнопочных станций , , , и .

Рисунок 3 − Функциональная схема автоматизации фильтра
Схема автоматизации фильтровальных станций под управлением программируемого контроллера
При использовании программируемых контроллеров вместо релейно-контактных схем функциональная схема автоматизации тоже выглядит значительно проще. Эта схема приведена на рисунке 4.
Здесь управление обоими режимами работы фильтра производится программируемым контроллером со своим местным пультом управления и сигнализации HL1. В режиме фильтрации контроллер с помощью измерителя расхода производит непрерывное измерение расхода фильтрата, сравнивает его с заданным значением, поступающим из контроллера второго уровня, и по заданному закону регулирования производит управление исполнительным механизмом регулирующей заслонки или задвижки.

В режиме промывки контроллер по разрешению контроллера второго уровня по заданной временной программе производит с помощью электромоторных исполнительных механизмов управление технологическими задвижками фильтра. Эти исполнительные механизмы включаются и выключаются с помощью бесконтактных элементов, непосредственно сигналами блоков вывода дискретных величин. Для получения и использования дополнительной информации при управлении промывки фильтров, а также для проведения технической диагностики задвижек производится непрерывное измерение потребляемого электрического тока измерителем тока 4D. При этом используется информация, поступающая с концевых выключателей 1D – 6D.

Рисунок 4 − ФунФункциональная схема автоматизации фильтра
на основе программируемого контроллера
В качестве альтернатив могут рассматриваться схемы, где вместо регулирующей заслонки используется задвижка отвода фильтрата, или водно-воздушный режим промывки, для которого применяют либо дополнительную задвижку, либо электромагнитный клапан.

Порядок выполнения работы

По заданным вариантом индивидуальным темам требуется:
1) разобраться в принципе регулирования параметров;
2) выделить объект управления, его выходные, управляющие и возмущающие координаты (см. конспект лекций);
3) выполнить функциональную схему автоматизации по ранее описанном правилам и по ранее приведенным примерам;
4) Построить структурную схему процесса регулирования или управления соответствующим агрегатом (см. конспект лекций).

Исходные данные по вариантам

Вариант задания выбирается студентом исходя из номера по списку группы.

1. Регулирование давления пара и нагрузки котла (стр.31-32 [1])
2. Регулирование давления пара в котле одноимпульсным П – регулятором (стр.17-18 [2])
3. Автоматическое регулирование экономичности процесса горения (стр.32-33 [1])
4. Регулирование давления пара в котле двухимпульсным регулятором (стр.18-20 [2])
5. Автоматическое регулирование разрежения котла (стр.33 [1])
6. Схема ограничительного регулятора частоты вращения вала турбины (стр.23-24 [2])
7.Автоматическое регулирование питания водой барабанных котлов высокого давления большой производительности (стр.33-34 [1])
8. Схема регулирования температуры забортной воды (стр.34-35 [2])
9. Автоматическое регулирование температуры перегрева пара (стр.34-35 [1])
10. Схема регулирования охлаждающей воды ДВС (стр.35-36 [2])
11. Схема регулирования температуры масла (стр.42-43 [2])

Ссылки на литературу для выполнения задания
1. https://dl.libcats.org/genesis/373000/4ef0967af4e04cd3ea789c1dfd4689f9/_as/[Blinov_E.A.]_Avtomatizaciya_yenergeticheskih_usta(libcats.org).pdf
2. https://lib.kgmtu.ru/wp-content/uploads/no-category/5245.pdf
Made on
Tilda