УТС_2
.PDFМинистерство образования Российской Федерации ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет»
АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК
Методические указания
к выполнению раздела дипломного проекта специальностей 100700 – Промышленная теплоэнергетика и 101600 – Энергообеспечение предприятий для студентов всех форм обучения
Екатеринбург
2004
2
УДК681.51:658.012.011.56
СоставителиЮ.М. Голдобин, Е.Ю. Павлюк Научныйредакторпроф., д-р. техн. наукА.М. Дубинин
Автоматизация теплоэнергетических установок: Методические указания к выполнению раздела дипломного проекта / Ю.М. Голдобин, Е.Ю. Павлюк. Екатеринбург: ГОУВПОУГТУ-УПИ, 2004. 30 с.
В настоящих указаниях изложены основные принципы проектирования систем автоматического управления технологическими процессами. Даются основные сведения по оформлению графической части дипломного проекта автоматики, приводятся основные условные изображения средств автоматизации и условные обозначения функциональных признаков приборов и регуляторов. Изложены рекомендациипооформлениюпояснительнойзапискикпроекту.
Предназначена для студентов специальностей 100700 «Промышленная теплоэнергетика» и 101600 «Энергообеспечение предприятий».
Библиогр.: 5 назв. Табл. 8. Рис. 13. Прил. 2.
Подготовленокафедрой«Промышленнаятеплоэнергетика»
ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет - УПИ», 2004
3
ВВЕДЕНИЕ Проектирование автоматики - одно из наиболее сложных и важных
направлений в инженерной деятельности, поэтому знание основ автоматики, представление об уровне автоматизации в различных технологических процессах, используемых средствах автоматизации и основах проектирования являются необходимыми условиями успешной работы инженеров и технологов.
Задача данной работы - помочь студентам в изучении принципа построения функциональных схем автоматического регулирования, дать комплекс знаний и сведений, необходимых для выполнения раздела «Автоматика» при дипломном проектировании. В этот раздел включается построение функциональной схемы автоматического контроля и регулирования, описание принятого уровня автоматизации и составление спецификации на средства контроля и регулирования (в форме заявочной ведомости).
ПРОЕКТИРОВАНИЕ АВТОМАТИЗАЦИИ
При разработке проектов автоматизации теплоэнергетических установок решаются вопросы объема оснащения технологического оборудования средствами регулирования, управления и контрольно-измерительными приборами, выбора схем автоматического регулирования, сигнализации и защиты.
Выбор количества параметров, подлежащих регулированию, объема информации о ходе процесса и состоянии агрегата диктуется технологической необходимостью и является одним из важных элементов проекта. Следует помнить, что контролю подлежат лишь те величины, которые подвержены изменению по ходу процесса и управляемы.
Для выполнения технического проекта автоматизации необходимо знать:
1)состав проектируемого объекта, работу и основные характеристики технологических установок и агрегатов;
2)требования к структуре управления объектом, пункты управления (центральные щиты управления, диспетчерские щиты управления, агрегатные щиты управления и др.), их расположение и взаимосвязь;
3)перечень контролируемых и регулируемых величин, характеристики измеряемых сред (агрессивная или нет, давление, температура и т. д.), требуемую точность контроля и регулирования (допустимые пределы отклонения регулируемой величины), функциональные признаки приборов (показание, регистрация, сигнализация, суммирование и т. д.);
4)перечень дистанционно управляемого силового оборудования и электроприводов;
5)необходимый минимум защит и сигнализации при работе объекта.
При выполнении дипломного проекта должна быть составлена:
4
1)функциональная схема регулирования и автоматического контроля с указанием сигнализации по отклонению параметров и необходимой защиты объекта;
2)структурная схема управления объектом и взаимосвязь между пунктами контроля и управления (для сложных систем при централизованном управлении);
3)схема расположения щитов и пультов на плане объекта (допускается указывать в пояснительной записке предполагаемые места установки щитов и пультов и прилагать схему);
4)спецификация на приборы контроля и регулирования, указанные на функциональной схеме (прил. 1);
5)пояснительная записка к проекту.
Функциональные схемы автоматического контроля и регулирования выполняют на формате А1 или А2 в зависимости от объема автоматизации. Форматы листов определяются размерами внешней рамки чертежа (выполненной тонкой линией).
На каждом листе чертежа в правом нижнем углу располагаются основные надписи (штамп дипломного проекта).
Рекомендации по толщине линий при выполнении схем следующие:
Назначение линий |
Толщина, мм |
|
Контурные линии агрегатов, установок, технологических аппаратов………………….. |
0,6-1,5 |
|
Коммуникации трубопроводов …………………………………………………………… |
0,6-1,5 |
Условные графические обозначения приборов и средств автоматизации ……………… 0,5-0,6 Прямоугольники, изображающие щиты, пульты, приборы местные и т. д……………... 0,6-1,5
Линии связи …………………………………………………………………………………. 0,2-0,3
Функциональная схема является основным техническим документом, определяющим структуру и характер систем автоматизации технологических процессов, а также оснащение их приборами и средствами автоматизации (в том числе средствами вычислительной техники). Функциональная схема должна учитывать:
−состав и содержание задач по контролю и управлению технологическими процессами;
−взаимосвязь между местными системами управления отдельными объектами и центральной системой управления, если она определена структурой управления.
На функциональной схеме показывают:
5
−упрощенную технологическую схему агрегатов, подлежащих автоматизации, с указанием всех потоков, регулирующих органов и того оборудования, которое необходимо для понимания работы агрегата;
−приборы и средства автоматизации и управления, изображаемые условными обозначениями, которые приняты по ГОСТ 21.404-85, а также линии связи между ними;
−агрегатированные комплексы, машины централизованного контроля, управляющие вычислительные машины, микропроцессорные средства управления и линии связи их с датчиками, преобразователями, исполнительными механизмами и т.п.;
−таблицу условных обозначений, не предусмотренных ГОСТом;
−необходимые пояснения по схеме.
Функциональные схемы являются основанием для составления заказных спецификаций на приборы и средства автоматизации, схемы кабельных и трубных проводок, схемы электропитания щитов КИПиА и т.п.
Основные правила составления функциональных схем автоматизации Прежде чем составлять функциональную схему автоматизации того или
иного агрегата (установки), необходимо уяснить технологические процессы, протекающие в нем, определиться с необходимыми уровнями автоматизации (контроль параметров, необходимые защиты и сигнализация, автоматическое регулирование параметров и т. п.), структурой автоматизации (приборы местные, щит агрегата, пульт управления, машины централизованного контроля и управления и т. п.).
Только после этого приступают к составлению функциональных схем. Порядок составления схем следующий:
–в верхней части листа формата А1 (или А2) изображают упрощенную технологическую схему оборудования с указанием всех потоков, всех регулирующих органов и того вспомогательного оборудования, которое необходимо для понимания работы схемы;
–в нижней части листа формата А1 (или А2) по всей длине формата рисуют прямоугольники, число которых отражает принятую структуру средств автоматизации;
–в прямоугольниках располагают условные изображения приборов контроля и средств автоматизации согласно принятой структуре;
–составляют функциональную схему автоматизации, пользуясь следующими правилами: комплекты измерительных и регулирующих приборов начинают рисовать слева направо и сверху вниз, т. е. на технологической схеме у трубопроводов и оборудования размещают условные изображения первичных преобразователей; промежуточные преобразователи (датчики) размещают в
6
первом (верхнем) прямоугольнике (приборы местные), вторичные измерительные приборы размещают во втором (сверху) прямоугольнике (щит агрегата) и т. д.;
–все приборы, входящие в измерительный или регулирующий комплект, соединяют линиями связи. Если приборов много и получается много пересекающихся линий связи, затеняющих схему, допускается разрыв линий связи. Разрыв производится при подводе линий связи к приборам, расположенным в первом прямоугольнике (приборы местные), и нумеруется арабскими цифрами (1, 2, 3, ...) слева направо (см. примеры построения схем, приведенные в прил. 1);
–после составления функциональной схемы автоматизации все измерительные и регулирующие (управляющие) комплекты и все приборы, входящие в комплект, нумеруются слева направо. Для нумерации приборов чаще используется цифробуквенное обозначение. Цифра обозначает номер комплекта, а буква русского алфавита - номер прибора в комплекте. Обозначение приборов, входящих в комплект, начинается с первичных преобразователей (у оборудования) и заканчивается обозначением вторичного измерительного прибора в измерительных комплектах или исполнительного механизма в регулирующих (управляющих) комплектах (например, 1а, 1б, 1в; 2а, 2б, 2в и т. д.).
–после составления функциональной схемы и нумерации приборов составляют заказную спецификацию на приборы и средства автоматизации.
Изображение технологического оборудования Технологическое оборудование и трубопроводы на функциональной схеме
должны соответствовать технологической схеме, принятой в технологической части проекта, и должны быть изображены упрощенно в такой степени, которая позволяет показать их расположение.
На технологических трубопроводах показывают только те вентили, задвижки, заслонки, клапаны и другие запорные органы, которые участвуют в системе контроля и управления процессами или необходимы для определения относительного расположения отборных устройств и первичных измерительных преобразователей.
На линиях трубопроводов должны сохраняться стрелки, которые показывают направление потока вещества соответственно технологической схеме.
Трубопроводы, которые идут от конечных аппаратов и устройств или подходят к ним и в которых нет приборов и средств автоматизации, на схеме обрываются и заканчиваются стрелкой, которая показывает направление потока, и поясняющей надписью, например, «от фильтра», «к фильтру» и т. д.
7
Изображение приборов и средств автоматизации На функциональной схеме изображаются все приборы, средства
автоматизации и управления, необходимые для оснащения проектируемого объекта.
К приборам и средствам автоматизации относится группа устройств, с помощью которых осуществляется измерение, регулирование, управление и сигнализация технологических процессов различных производств. Приборы и средства автоматизации подразделяют на измерительные и преобразующие приборы, исполнительные механизмы и регулирующие органы. Для понимания и прочтения условных обозначений всех этих устройств необходимо знать их принцип действия и назначение.
Измерительное устройство (комплект измерения какого-либо параметра) в общем случае состоит из первичного, промежуточного преобразователя и измерительного прибора (вторичный измерительный или регулирующий прибор).
Первичный измерительный преобразователь - это элемент измерительного устройства, к которому подведена измеряемая величина (параметр). Он занимает первое место в измерительной цепи (канале измерения). Примерами первичных преобразователей могут служить: сужающее устройство для измерения расхода среды (диафрагма), уравнительный сосуд для измерения уровня жидкости, термоэлектрические преобразователи (термопары, термометры сопротивления) и т. д.
Промежуточный преобразователь (датчик) - это элемент измерительного устройства, состоящий из чувствительного элемента и преобразователя сигнала от чувствительного элемента в сигналы различного вида (электрические, пневматические) для дистанционной передачи показаний на вторичные приборы (измерительные или регулирующие). Примером промежуточного преобразователя могут служить манометры (чувствительный элемент – одновитковая трубчатая пружина, преобразователь дифференциально-трансформаторный), дифманометры (чувствительный элемент - мембранный блок, преобразователь дифференциальнотрансформаторный), передающие сигналы на вторичные измерительные и регулирующие приборы.
Измерительным прибором называют средство измерения, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия персоналом (вторичные измерительные приборы) или для преобразования поступившего сигнала в целях регулирования (регулирующие приборы), защиты и сигнализации.
Вторичные измерительные приборы могут иметь различные функциональные отличия (признаки). Они могут быть показывающими (имеют шкалу и стрелку), регистрирующими (запись на дисковую или ленточную диаграмму), интегрирующими (имеют встроенный счетчик количества протекающей среды), сигнализирующими (имеют встроенные контакты,
8
срабатывающие при достижении измеряемого параметра максимального и минимального значений), регулирующие (используемые при создании систем регулирования различных параметров).
Условные обозначения приборов и преобразующих устройств состоят из основного условного изображения прибора или устройства, куда вписываются буквенные обозначения контролируемых и регулируемых величин, а также функциональных признаков прибора.
Регулирующие органы по конструкции представляют собой устройства, монтируемые непосредственно в технологические линии: различные клапаны, заслонки, шиберы, направляющие аппараты и т. п. В ГОСТ 21.404-85 они обозначаются одним условным изображением.
Исполнительные механизмы предназначены для управления регулирующими органами и представляют собой относительно сложные многоэлементные устройства (двигатель, редуктор, конечные выключатели, датчики перемещения и т. п.). Они отличаются друг от друга принципом действия, техническими и эксплуатационными характеристиками и т.п. По роду используемой энергии используемые механизмы подразделяются на гидравлические, электрические и комбинированные. Несмотря на это, они в ГОСТе обозначаются одними условными изображениями.
В основу условных обозначений по ГОСТ 21.404-85 положены простые условные изображения приборов и буквенные обозначения параметров и функциональных признаков приборов (табл. 1, 2).
Таблица 1 Графические условные изображения приборов и средств автоматизации
Приборы |
Условное |
Размеры, мм |
|
изображение |
|||
|
|
||
Первичный измерительный |
|
|
|
преобразователь (датчик): прибор, |
|
|
|
устанавливаемый по месту (вне щита) на |
|
|
|
технологическом трубопроводе, аппарате, |
|
|
|
стене, колонне, стенде датчиков: |
|
0 |
|
|
|
||
базовое обозначение |
|
1 |
|
|
|
|
15 |
допускаемое обозначение |
10 |
|
9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Окончание табл. 1 |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Приборы |
|
Условное |
Размеры, мм |
||||||||||||||||||||||||||||
|
изображение |
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
Прибор, установленный на щите, пульте |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
управления: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
базовое обозначение |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
допускаемое обозначение |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
15 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Исполнительный механизм (любой) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Регулирующий орган (любой) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
Линии связи |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
основная |
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
линия 1 пт |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Пересечение линий связи без соединения |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
основная |
|
|
|
||||||||||
друг с другом |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
линия 1 пт |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Пересечение линий связи с соединением |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
основная |
|
|
|
||||||||||
друг с другом |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
линия 1 пт |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Для получения полного обозначения прибора или средства автоматизации в его графическое условное изображение в виде круга (или овала) в верхнюю часть вписывают буквенные условные обозначения, которые определяют измеряемый параметр и функциональные признаки (характеристики) прибора.
Для обозначения измеряемого параметра и функциональных признаков прибора приняты печатные прописные буквы латинского алфавита (табл. 3).
Если функциональных признаков приборов много (много букв), то допускается условное изображение прибора в виде овала. При выполнении функциональных схем допускается увеличивать условное изображение приборов (круг или овал) в 1,5-2 раза с целью более четкого буквенного обозначения признаков приборов.
10
Таблица 2 Графические условные изображения электрических устройств, применяемых
в функциональных схемах
Наименование Условное Размеры, мм изображение
Звонок электрический
R4
Сирена электрическая (пневматическая)
90
10 |
Гудок электрический |
|
|
|
|
12 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
16 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Лампа сигнальная (табло) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Электродвигатель |
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
Таблица 3 Основные буквенные условные обозначения измеряемых величин
Буквы |
Основное значение первой буквы |
D |
Плотность |
E |
Любая электрическая величина |
F |
Расход |
G |
Размер, положение, перемещение |
H |
Ручное воздействие |
K |
Время, временная программа |
L |
Уровень |
M |
Влажность |
P |
Давление, вакуум, разрежение |
Q |
Величина, характеризующая качество: состав, концентрацию и т. д. |
R |
Радиоактивность |