Автоматизация процесса сушки в барабанной сушилке

Методичка АТПП.pdf

ВОПРОСЫ РАЗРАБОТКИ СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И ПРОИЗВОДСТВ
Методические указания к СРС по дисциплине
«Автоматизация технологических процессов и производств»
СОДЕРЖАНИЕ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ
В процессе изучения дисциплины «Автоматизация технологических процессов и производств» студенты выполняют курсовую работу.
Содержанием курсовой работы является проектирование автоматизированной системы (системы управления технологической системы или
автоматизированной системы иного назначения). Курсовая работа состоит из чертежей и пояснительной записки. Трудоемкость курсовой
работы составляет 30 час.
Целью выполнения курсовой работы является:
привитие студентам навыков по выбору и обоснованию конструкторских решений при проектировании автоматизированных систем управления и средств автоматизации;
получение навыков в выполнении конструкторских и технологических расчётов в процессе проектирования;
получение навыков библиографических и патентных исследований с анализом полученных данных и оформлением результатов;
закрепление знаний полученных при изучении дисциплины и
умение их использовать при решении задач автоматизации производства и технологических процессов.
Общие требования к курсовой работе следующие.
Курсовая работа выполняется в соответствие с темой утвержденной заведующим кафедрой до начала проектирования. Для утверждения темы каждый студент должен согласовать её с куратором курсового проектирования (ведущий лектор по дисциплине).
Тема курсовой работы может быть предложена студентом самостоятельно или выдана руководителем работы.
При формулировании темы работы заполняется бланк задания
на курсовую работу. Форма задания приведена в приложении. Задание
должно быть подписано студентом и руководителем работы. Подписанный бланк задания предъявляется куратору курсового проектирования и
утверждается заведующим кафедрой или лицом ответственным за курсовое проектирование (куратором курсового проектирования).
Руководство курсовой работой может быть как индивидуальным так и групповым. Индивидуальное руководство предусмотрено
для работ выполняемых по индивидуальным темам совпадающим с
темами будущих дипломных проектов. Групповое руководство осу3
ществляется курсовыми работами выполняемыми по типовым учебным
темам. Руководит курсовой работой студента преподаватель кафедры.
Студент может выбрать руководителя при условии предварительной договоренности с ним или руководитель назначается студенту заведующим кафедрой.
В процессе курсового проектирования студент обязан соблюдать график проектирования который утверждается до начала проектирования и своевременно представлять результаты выполненной работы
на проверку руководителю проекта и куратору проектирования.
Законченная курсовая работа подписанная руководителем работы защищается студентом перед комиссией кафедры в установленные сроки. По результатам защиты студенту ставится оценка.
Типовая тематика курсовых работ
Автоматизированные системы управления технологическими
химикотехнологические процессы технологические процессы нефтехимического производства технологические процессы нефте- и газодобычи
технологические процессы легкой и пищевой промышленности и др.
Автоматизированные системы управления непроизводственными объектами: автоматизированные охранные и противопожарные системы автоматизированные системы климатизации зданий различного
назначения автоматизированные системы коммунального хозяйства
автоматизированные распределенные системы контроля и учета
(например для расхода энергетических ресурсов).
Автоматизация технологических или производственных процессов: автоматизированный технологический участок автоматическая
линия гибкий производственный модуль гибкая производственная система автоматизированная складская система автоматизированная
транспортная система и др.
Разработка средств автоматизации управления: программируемые контроллеры нестандартного исполнения процессорные регуляторы логические контроллеры нестандартные модули сопряжения с объектом и др.
Разработка автоматизированных рабочих мест для технологов
операторов автоматизированных систем управления разработчиков систем.
Разработки для учебного процесса: учебно-лабораторные стенды методическое и программное обеспечение лабораторных работ и
практических занятий электронные учебники компьютерные тестовые
системы справочники-эмуляторы и т.п.
Исследования средств и объектов автоматизации: проведение и
оформление результатов экспериментальных исследований имитационное моделирование разработка математического и программного
обеспечения для автоматизации научных исследований (АСНИ).
Состав курсовой работы
Курсовая работа включает графическую часть и пояснительную
записку. Объем графической части работы составляет 3 чертежа формата А2. Чертежи могут выполняться с использованием САПР (КОМПАС
T-FLEX и др.) или ручным способом. Чертежи должны соответствовать
Пояснительная записка представляется в печатном или рукописном виде на листах формата А4. Объем пояснительной записки 50 – 80
страниц. Записка должна отвечать требованиям ЕСКД к текстовым конструкторским документам. Однако выполнять рамки и штампы на листах записки не следует.
Графическая часть работы
Типовое содержание графической части курсовой работы связанной с проектированием автоматизированной системы управления технологическим процессом предусматривает следующие чертежи:
Функциональная схема автоматизации заданного объекта (технологического процесса производственного участка и др.).
Структурная схема автоматизированной системы управления
объектом автоматизации.
Схема алгоритма управления объектом автоматизации.
В общем случае при проектировании различных автоматизированных производственных систем в графической части работы на чертежах
и плакатах могут быть представлены:
Обзор средств и способов решения задачи поставленной в задании на курсовую работу.
Принципиальная функциональная кинематическая пневматическая или гидравлическая схема объекта проектирования.
Электрические схемы подключений и соединений.
Конструкции устройств механизмов и технологического оборудования выполненные в виде сборочных чертежей и общих видов.
Результаты расчета контуров автоматического регулирования
выходных величин объекта: структурная схема САУ частотные характеристики переходные процессы модели MATLAB и др.
Результаты расчета систем логико-программного управления:
конечный автомат граф функционирования и др.
Результаты расчета цикловых систем управления с жестким
циклом: циклограмма линейный граф матрицы Карно и др.
Принципиальные схемы чертежи общих видов сборочные чертежи для нестандартного оборудования и устройств разработанных в
Элементы математического и программного обеспечения АСУ
разработанные в проекте: структура программного обеспечения примеры управляющих программ элементы графического интерфейса оператора и др.
Чертежи курсовой работы должны быть детально проработаны на
уровне требований к техническому проекту и давать полное представление об объекте проектирования достаточное для последующей разработки рабочей документации. К чертежам должны разрабатываться необходимые спецификации и перечни элементов предусмотренные требованиями ЕСКД для конструкторской документации. Эти документы
включаются в приложение к пояснительной записке.
Расчетно-пояснительная записка
В расчетно-пояснительной записке приводятся описания выполненных разработок расчёты и обоснования использованных схемнотехнических решений. Технические решения проекта должны соответствовать современному уровню науки и техники что должно быть отражено в расчетно-пояснительной записке.
Работоспособность предлагаемых в проекте технических решений
должна подтверждаться соответствующими расчетами исследованиями аналогиями и другими возможными средствами. Обязательны расчеты систем управления: расчет настроек и качества контуров автоматического регулирования; расчет конечного автомата и графа функционирования для систем логико-программного управления; расчет циклограммы и минимизация логических функций для циклового управления.
Расчетно-пояснительная записка имеет следующую структуру:
Подписанное и утвержденное задание на работу.
Обзор и анализ состояния вопроса.
Разработка функциональной схемы автоматизации.
Выбор средств управления и разработка структурной схемы
Расчёты системы управления.
Разработка алгоритмов управления.
Заключение содержащее техническую характеристику проекта и оценку его соответствия техническому заданию.
Библиографический список.
Приложение (Техническое задание спецификации перечни
элементов и другие документы при необходимости).
Аннотация. Краткая характеристика содержания курсовой работы дающая представления о выполненном объеме работы и полученных результатах. Объём аннотации не более одной страницы.
Оглавление. Перечень глав разделов и параграфов пояснительной
записки с указанием номера страницы на которой помещен соответствующий заголовок. Оглавление отражает рубрикацию записки которая осуществляется по следующей схеме:
Главы разделы и параграфы снабжаются содержательными (тематическими) заголовками. Допускается усложнение структуры записки
например за счёт введения подразделов. Заголовки АННОТАЦИЯ
ОГЛАВЛЕНИЕ. ВВЕДЕНИЕ. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК. ПРИЛОЖЕНИЕ не нумеруются.
Введение. Введение должно быть конкретным и непосредственно
связанным с выполняемой работой. Во введение дается обоснование актуальности разработки темы проекта указываются цели и задачи проектирования а также выбираются пути решения поставленных задач.
Обзор и анализ состояния вопроса. Поскольку любая техническая разработка базируется на имеющемся инженерном опыте подобных разработок то начинать проектирование следует с изучения и
обобщения этого опыта. Работа эта выполняется в виде библиографических и патентных исследований. Основные результаты этих исследований приводятся в записке. Необходим анализ результатов обзора с целью выделения наиболее эффективных и перспективных технических
решений поставленной задачи а также с целью определения возможности использования тех или иных решений в разрабатываемом проекте.
Основная часть пояснительной записки. В главах разделах и
параграфах этой части записки приводится описание обоснование и необходимые расчёты для всех разработок выполненных в курсовой работе. Здесь должны быть подробно описаны все чертежи курсовой работы со ссылкой на шифры чертежей. При описании чертежа необходимо ссылаться на позиции элементов обозначенных на чертеже. По
ходу изложения материала записки приводятся необходимые рисунки и
таблицы. Содержание рисунков и таблиц должно восполнять недостающую информацию и служить лучшему пониманию излагаемого материала. Не следует приводить иллюстрации и таблицы не содержащие
новой информации для читателя записки.
Заключение. В заключении приводится краткая характеристика
результатов курсовой работы. Необходимо привести развернутую техническую характеристику спроектированного объекта и оценить соответствие этой характеристики техническому заданию на проектирование. Разработку можно считать успешной в том случае когда все требования технического задания выполнены.
Библиографический список. В библиографический список включается литература и другие библиографические и патентные источники
которые были использованы при выполнении работы и на которые есть
ссылки в тексте записки. Библиографический список составляется по
стандартной форме предусмотренной требованиями ЕСКД к библиографическим спискам текстовых документов.
Приложение. В приложение к записке в обязательном порядке
включается техническое задание (ТЗ) на проектирование а также перечни элементов и спецификации к чертежам. Кроме того по мере
надобности в приложение могут включаться: разработанные в ходе проектирования программы; экспериментальные и статистические данные;
документы САПР и АСНИ созданные в ходе работы (например
Mathcad-документы использованные при выполнении расчётов) и другие документы.
Пояснительная записка оформляется в соответствие с требованиями ЕСКД к текстовым конструкторским документам ГОСТ 2.105-95 Общие требования к текстовым документам а также в соответствие с
требованиями к учебной документации студентов [1] (СТП-ОмПИ-0182. Учебная документация студентов. Требования и рекомендации по
УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВОЙ РАБОТЫ
Разработка технического задания
После того как студент получил утверждённое задание на курсовую работу он должен уяснить поставленную задачу и разработать техническое задание на курсовую работу. Это задание согласовывается с
руководителем курсового проектирования студента и утверждается им.
Техническое задание является основным документом в соответствии с
которым оценивается выполненная студентом работа.
Для составления технического задания прежде всего необходимо
собрать все имеющиеся материалы по теме курсовой работы изучить
современное состояние проблемы и наметить пути решения поставленной задачи. В процессе разработки ТЗ выполняются библиографические
и патентные исследования. Содержанием патентных исследований выполняемых при курсовом проектировании является исследование технического уровня объектов хозяйственной деятельности выявление
тенденций обоснование прогноза их развития
Основные требования к техническому заданию определяются
стандартом ГОСТ 15.001-88. Система разработки и постановки продукции на производство. Продукция производственно-технического назначения. В соответствии с этим стандартом:
Техническое задание является основным исходным документом
для разработки продукции. Оно должно содержать техникоэкономические требования к продукции определяющие ее потребительские свойства и эффективность применения; перечень документов
требующих совместного рассмотрения; порядок сдачи и приемки результатов разработки. При необходимости техническое задание может
содержать также требования к подготовке и освоению производства.
Конкретное содержание технического задания определяют заказчик и разработчик а при инициативной разработке - разработчик.
Не допускается включать в техническое задание требования которые противоречат требованиям стандартов и нормативных документов органов осуществляющих надзор за безопасностью охраной здоровья и природы.
В качестве технического задания допускается также использовать любой документ (контракт протокол эскиз и др.) содержащий необходимые и достаточные требования для разработки и признанный заказчиком и разработчиком а также образец продукции предназначенный для воспроизведения.
При согласии заказчика и разработчика в техническое задание
могут быть внесены изменения и дополнения.
Техническое задание составляется в соответствии с методическими указаниями [2] (Федотов А.В. Составление технического задания.
Методические указания к курсовому и дипломному проектированию.
Омск: Изд-во ОмГТУ 1999. – 23 с.). Те пункты ТЗ которые в конкретном случае не оговариваются могут опускаться. Техническое задание
оформляют в соответствии с общими требованиями к текстовым конструкторским документам по ГОСТ 2.105-95 на листах формата А4 без
рамки основной надписи и дополнительных граф к ней.
Обзор и анализ состояния вопроса
Для оценки научно-технического уровня в предметной области
связанной с темой курсовой работы проводятся библиографические и
патентные исследования. В процессе проведения этих исследований
изучается литература и иные источники информации а также патентная
информация. Наиболее свежие сведения следует искать в периодической литературе (научно-технических журналах).
Профессионально значимые журналы рекомендуемые к использованию при выполнении курсовой работы:
Известия вузов. Машиностроение;
Станки и инструмент (СТИН);
Вестник машиностроения;
Автоматика и телемеханика;
Автоматизация и управление в машиностроении;
Современные технологии автоматизации (СТА);
IEEE Control Systems.
Патентные исследования выполняются на основе патентных фондов ОмГТУ и публичных или корпоративных библиотек.
При выполнении исследований решаются следующие задачи:
отбор аналогов объекта проектирования в курсовой работе;
выделение наиболее эффективных и перспективных технических
решений поставленной задачи;
оценка возможности использования имеющихся разработок в
разрабатываемом проекте;
общая оценка научно-технического уровня в рассматриваемой
предметной области и оценка перспективности выполняемой в курсовой
Разработка функциональной схемы автоматизации
Функциональная схема автоматизации разрабатывается для конкретного технического объекта. Объектом автоматизации чаще всего
является технологический процесс или производственный участок.
Функциональные схемы являются основным техническим документом
определяющим функционально-блочную структуру отдельных узлов
автоматического контроля управления и регулирования технологического процесса и оснащение объекта управления приборами и средствами автоматизации.
Объектом управления в системах автоматизации технологических
процессов является совокупность основного и вспомогательного оборудования оснащенного встроенными в него запорными и регулирующими органами а также потоки энергии сырья и других материалов определяемых особенностями используемой технологии. Создание эффективных систем автоматизации предопределяет необходимость глубокого изучения технологического процесса.
При разработке функциональных схем автоматизации технологических процессов необходимо решить следующие вопросы:
получение первичной информации о состоянии технологического процесса и оборудования;
обеспечение непосредственных воздействий на технологический
процесс для управления им;
регулирование технологических параметров процесса;
контроль и регистрация технологических параметров процессов
и состояния технологического оборудования.
Указанные задачи решаются на основании анализа условий работы
технологического оборудования выявленных законов и критериев
управления объектом а также требований предъявляемых к точности
управления контроля и регистрации технологических параметров к качеству регулирования и надежности.
Функциональные задачи автоматизации как правило реализуются
с помощью технических средств включающих в себя: отборные
устройства средства получения первичной информации средства преобразования и переработки информации средства представления и выдачи информации обслуживающему персоналу комбинированные комплектные и вспомогательные устройства. Результатом составления
функциональных схем являются:
) выбор методов и средств измерения и контроля технологических параметров;
) выбор основных технических средств автоматизации наиболее
полно отвечающих предъявляемым требованиям и условиям работы автоматизируемого объекта;
) выбор приводов исполнительных механизмов регулирующих
и запорных органов технологического оборудования;
) размещение средств автоматизации на технологическом оборудовании и трубопроводах щитах пультах в пунктах управления и т. п.
Определение способов представления информации о состоянии технологического процесса и оборудования.
) Определение функций автоматизированной системы управления технологическим процессом (АСУ ТП) и распределение этих функций по уровням управления.
) Определение требований к входам-выходам системы управления технологическим процессом.
) Формирование перечня средств автоматизации необходимых
для реализации проекта.
Разработка функциональной схемы автоматизации ответственный
этап проектирования и от принятых на этом этапе решений во многом
зависит конечный результат автоматизации процесса. На основе накопленного опыта разработки систем автоматизации можно сформулировать некоторые общие принципы которыми следует руководствоваться
при разработке функциональных схем автоматизации:
) Уровень автоматизации технологического процесса в каждый
период времени должен определяться не только целесообразностью
внедрения определенного комплекса технических средств и достигнутым уровнем научно-технических разработок но и перспективой модернизации и развития технологических процессов. Должна сохраняться возможность наращивания функций управления.
) При разработке функциональных и других видов схем автоматизации и выборе технических средств должны учитываться: вид и характер технологического процесса условия пожаро- и взрывоопасности
агрессивность и токсичность окружающей среды и т. д.; параметры и
физико-химические свойства измеряемой среды; расстояние от мест
установки датчиков вспомогательных устройств исполнительных механизмов приводов машин и запорных органов до пунктов управления
и контроля; требуемая точность и быстродействие средств автоматизации.
) Система автоматизации технологических процессов должна строиться как правило
средств автоматизации и управления. Необходимо стремиться к
применению однотипных средств автоматизации и унифицированных систем характеризуемых совместимостью взаимозаменяемостью
и удобством компоновки. Использование однотипной аппаратуры дает
значительные преимущества при монтаже наладке эксплуатации обеспечении запасными частями и т. п.
) В качестве локальных средств сбора и накопления первичной
информации (измерительных устройств и датчиков) вторичных приборов регулирующих и исполнительных устройств следует использовать
преимущественно приборы и средства автоматизации Государственной системы промышленных приборов (ГСП).
) В случаях когда функциональные схемы автоматизации не могут быть построены на базе только серийной аппаратуры в процессе
проектирования выдаются соответствующие технические задания на
разработку новых средств автоматизации.
) Выбор средств автоматизации
использующих вспомогательную энергию (электрическую пневматическую или гидравлическую) определяется условиями пожаро- и взрывоопасности автоматизируемого объекта агрессивностью окружающей среды требованиями к быстродействию дальности передачи сигналов информации и
) Количество приборов средств управления и сигнализации
устанавливаемой на оперативных щитах и пультах должно быть
ограничено. Избыток аппаратуры усложняет эксплуатацию отвлекает внимание обслуживающего персонала от наблюдения за основными приборами определяющими ход технологического процесса увеличивает стоимость установки и сроки монтажных и наладочных работ.
) Основным средством управления техническими объектами в
современных условиях являются специализированные средства вычислительной техники (промышленные компьютеры программируемые
контроллеры и др.). Именно на эти средства следует ориентироваться
при разработке системы автоматизации.
) При построении современных сложных централизованнораспределённых систем управления используется принцип локальных
вычислительных сетей что позволяет оптимизировать информационные
линии связи и процессы обмена информацией в системе управления.
Перечисленные принципы являются общими но не исчерпывающими для всех случаев которые могут встретиться в практике проектирования систем автоматизации технологических процессов. Однако для
каждого конкретного случая их следует иметь в виду при реализации
технического задания на автоматизацию проектируемого объекта.
На чертеже функциональной схемы автоматизации объекта прежде всего упрощенно отображается сам объект (технологический процесс производственный участок и др.). Изображение объекта автоматизации занимает основное пространство чертежа. Объект автоматизации
может изображаться в виде технологической схемы в виде планировки
кинематической схемы комбинированной схемы и др. При изображении объекта автоматизации следует использовать условные обозначения предусмотренные стандартами ЕСКД.
Схема объекта автоматизации должна давать ясное представление
о его устройстве и работе и о взаимодействии средств автоматизации с
На схеме объекта автоматизации условными символами показываются контролируемые величины и места установки измерительных
устройств и исполнительных механизмов используемых для автоматизации объекта и управления им. Передача измерительных и управляющих сигналов изображается в виде линий связи соединяющих датчики
и исполнительные устройства с системой управления.
На функциональной схеме автоматизации определяются уровни и
функции системы управления автоматизируемым объектом. Эта информация дается в виде таблицы которая помещается в нижней части
чертежа под схемой объекта автоматизации. Каждая строка таблицы
привязана к определённому местоположению средства управления и к
уровню системы управления: средства на оборудовании (приборы по
месту); средства на щитах управления; программируемые контроллеры;
автоматизированное рабочее место (АРМ) технолога и пр.
В строке таблицы с помощью графических символов и буквенных
обозначений описывается каждая функция системы управления выполняемая на определённом уровне управления. Входом функции управления является измерительная информация от средств измерения а выходом – сигнал управления на исполнительный механизм. Отдельные
функции могут не требовать входной информации или не создавать
сигналы управления (например функция регистрации измеряемой величины не предусматривает сигнал управления).
Функция может выполняться отдельным устройством управления.
В том случае она привязана к этому устройству управления (например
сигнальное табло обеспечивающее функцию сигнализации). В большинстве случаев для управления применяется программируемый контроллер или компьютер которые являются многофункциональными
устройствами и позволяют реализовать сотни и тысячи функций управления. Для многофункциональных средств каждая функция изображается отдельно.
Рассмотрим пример автоматизации технологического процесса
ректификации жидкого продукта. Для осуществления процесса используется ректификационная колонна через которую прокачивается подогретый продукт. Для стабилизации технологического процесса и
Рис. 1. Автоматизация процесса ректификации продукта
обеспечения необходимого качества продукта требуется поддерживать
постоянную температуру продукта и его уровень в колонне.
Функциональная схема автоматизации технологического процесса
ректификации показана на рис. 1. В ректификационной колонне с помощью датчиков 1-1 и 2-1 контролируются температура и уровень продукта. Для изменения температуры изменяется подача горячего пара в
теплообменник с помощью регулируемой заслонки с исполнительным
механизмом 1-4. Для изменения уровня используется заслонка на подающем трубопроводе продукта снабжённая исполнительным механизмом 2-4. Для подачи продукта в колонну используется насос с электроприводом. Электродвигатель насоса имеет электромагнитный пускатель
с дистанционным управлением.
Функции системы управления показаны в таблице. Каждая функция обозначена кружком внутри которого помещается условное буквенное обозначение функции. Система управления процессом ректифи15
кации двухуровневая. Непосредственное управление оборудованием
процесса осуществляется от программируемого контроллера который
выполняет функции автоматического регулирования температуры и
уровня продукта в ректификационной колонне а также управление
включением и выключением насоса в нужные моменты времени.
На верхнем уровне управления используется ЭВМ входящая в состав автоматизированного рабочего места (АРМ) оператора. ЭВМ выполняет функции индикации и регистрации параметров процесса а
также ручного управления исполнительными механизмами технологического оборудования.
Функциональная схема автоматизации оформляется в соответствие с требованиями стандарта ГОСТ 21.404-85 - Обозначения условные приборов и средств автоматизации в схемах. Рекомендации по разработке и оформлению схем автоматизации приведены в [3].Требования
к чертежам функциональных схем автоматизации и рекомендации по их
оформлению приведены в приложении.
Для функциональной схемы автоматизации составляется перечень
средств автоматизации необходимых при реализации системы.
Разработка структуры системы управления
Исходные требования для автоматизированной системы управления определяются на основе функциональной схемы автоматизации.
Прежде всего определяется потребное число входов-выходов системы
управления и их характеристики. Для решения этой задачи целесообразно составить таблицы входных и выходных сигналов используя
функциональную схему автоматизации.
В таблицах указываются все информационные (входные) сигналы
от датчиков и средств измерений и все управляющие (выходные) сигналы от устройств управления. Сигналы следует разделить по виду (аналоговые дискретные) по типу (сигналы постоянного тока переменного
тока) по уровню (0 – 10 В 24 В 220 В 0 – 20 мА и т.д.). На основе этих
таблиц определяется потребное количество входов и выходов системы
управления и требования к характеристикам этих входов-выходов.
При определении числа входов-выходов следует предусматривать
резерв для последующего расширения системы управления и для коррекции её функций в случае обнаружения ошибок в процессе внедрения
системы. Сказанное относится в первую очередь к компьютерным
средствам управления которые реализуют большое число функций
Для оценки требований к вычислительным возможностям компьютерного устройства управления по функциональной схеме автоматизации следует определить общее число функций управления требующих реализации системой управления. Следует также учитывать сложность этих функций.
После оценки основных требований к важнейшим характеристикам системы управления формулируются прочие требования: требования к условиям эксплуатации требования к точности требования к
надёжности стоимостные требования и др.
На основе сформулированных требований осуществляется выбор
средств управления с использованием которых будет построена система управления. В современных условиях этот выбор сводится к выбору
программируемых контроллеров и компьютеров. Следует использовать
однотипные контроллеры и компьютеры совместимость которых гарантируется.
Выбор средств управления происходит в определённой последовательности:
Выбор фирмы-производителя средств управления.
Выбор модели и комплектации программируемых контроллеров.
Выбор вспомогательных средств и средств связи с оперативным
персоналом (средства передачи и преобразования данных панели оператора и др.).
Выбор компьютеров для верхнего уровня управления.
Определение состава необходимого программного обеспечения
и источников его поставки.
При выборе фирмы-производителя следует руководствоваться
следующими соображениями:
соответствие номенклатуры средств управления поставляемых
фирмой и их технических характеристик требованиям предъявляемым
к проектируемой системе управления;
уровень сервисного обслуживания предлагаемого фирмой в вашем регионе (сроки гарантии; возможность замены и ремонта средств;
сопровождение фирмой своей продукции например модернизация программного обеспечения; возможность консультаций фирмы при возникновении сложностей при внедрении системы и её отладке и пр.)
гарантированная надёжность средств управления;
простота модернизации и расширения системы управления построенной на средствах конкретной фирмы;
наличие программного обеспечения для компьютерных средств
управления и возможности его модернизации;
сложившиеся предпочтения у заказчика системы управления и
накопленный им опыт эксплуатации средств управления.
После выбора фирмы производителя по каталогам фирмы осуществляется выбор моделей и комплектация программируемых контроллеров (а при необходимости и промышленных компьютеров). Основные задачи оперативного управления в современной АСУ ТП решают программируемые контроллеры. Поэтому их выбор является ответственным этапом проектирования системы управления.
Программируемые контроллеры бывают трех видов:
Фиксированные контроллеры имеющие законченную конфигурацию с определенным и ограниченным числом входов-выходов (обычно не более 30).
Модульные контроллеры с объединенными в единый блок модулями число и характеристики входов-выходов которых определяются
потребителем в процессе конфигурации контроллера (число входоввыходов может превышать 1000).
Модульные контроллеры с распределённым вводом-выводом
состоящие из центрального блока и отдельных модулей ввода-вывода
устанавливаемых по месту.
Наиболее простыми и дешёвыми являются фиксированные контроллеры. Однако возможности управления таких контроллеров существенно ограничены и применяют их для управления простыми объектами. Наиболее дороги модульные контроллеры с распределённым вводом выводом. Применение таких контроллеров позволяет оптимизировать информационные связи в системе управления сократить расходы
на линии связи и повысить надежность системы управления.
Структура системы управления разрабатывается на основе выбранной комплектации средств управления. Современные АСУ ТП являются иерархическими системами имеющими как минимум два уровня. На нижнем уровне используются программируемые контроллеры и
другие локальные средства управления.
При разработке нижнего уровня управления решаются следующие
связывание входов-выходов контролеров и локальных средств
управления с источниками (датчики и измерительные устройства) и
приёмниками (исполнительные механизмы) информации объекта
резервирование средств управления (при необходимости);
определение непосредственных связей между средствами управления нижнего уровня (при необходимости таких связей).
На верхнем уровне управления используются промышленные
компьютеры персональные компьютеры панели оператора. Для связи
верхнего уровня с нижним используется либо соединения «точка-точка»
(P&P) либо локальная вычислительная сеть (ЛВС).
Соединения «точка-точка» применяются в простых случаях
например для соединения одного программируемого контроллера с
компьютером. При использовании такого соединения необходимы соответствующие порты у контроллера и компьютера. Следует определить
стандартный интерфейс используемый для связи.
Основным способом связи в современных системах управления
является организация локальных вычислительных сетей (ЛВС) из
средств управления. В системах управления используются промышленные стандарты локальных вычислительных сетей. ЛВС позволяет объединить все средства управления и организовать многосторонний обмен
При проектировании системы управления необходимо выбрать
конкретный стандарт ЛВС и дополнительное оборудование для её реализации (сетевые адаптеры концентраторы связи коммуникационные
Результат перечисленных действий оформляется в виде чертежа
структурной схемы системы управления. Структурная схема должна
иерархию системы управления
связи средств управления с объектом управления и между собой
связи средств управления с оперативным персоналом
аппаратный состав системы управления.
К структурной схеме системы управления разрабатывается перечень элементов в который включаются все компоненты комплекса технических средств (КТС) системы управления.
схемы системы управления
технологическим процессом
ректификации продукта показан на рис. 2. Этот процесс
рассматривался в предыдущем
примере (см. рис. 1). Система
управления процессом ректификации
Непосредственное управление
оборудованием процесса осуществляется от программируемого контроллера который
выполняет функции автоматического регулирования температуры и уровня продукта в
ректификационной колонне а
также управление включением
и выключением насоса в нужные моменты времени.
Рис. 2. Структура системы управления
ректификационной колонной
ЭВМ входящая в состав автоматизированного рабочего места (АРМ) оператора. ЭВМ выполняет
функции индикации и регистрации параметров процесса а также ручного управления исполнительными механизмами технологического оборудования.
В нижней части чертежа прямоугольниками показаны источники и
приёмники сигналов установленные на объекте управления. Для их
идентификации используются позиционные обозначения функциональной схемы автоматизации (см. рис. 1). Кроме этого дается дополнительное описание источника-приёмника для повышения информативности
Выше в виде бока изображен программируемый контроллер образующий первый (нижний) уровень управления. Программируемый контроллер использован фиксированного типа с аналоговыми и дискретными входами и выходами. Все входы-выходы контроллера обозначены. Показаны соединения входов-выходов с источниками-приемниками
информации объекта управления.
Контроллер имеет также последовательный порт стандартного последовательного интерфейса RS-232 который используется для связи с
ЭВМ. Связь осуществляется по схеме "точка-точка".
ЭВМ верхнего уровня изображена выше контроллера. Она образует второй (верхний) уровень системы управления и для связи с оператором имеет дисплей. В составе ЭВМ предусмотрено также устройство
для работы с CD дисками на которых поставляется необходимое программное и методическое обеспечение а также техническая документация для системы управления.
В дополнительных средствах связи с программируемым контроллером ЭВМ не нуждается поскольку последовательные порт стандартного интерфейса RS-232 входит в обычную комплектацию ЭВМ.
Контроллер на структурной схеме системы управления может
быть изображен в виде блока как это показано на рис.2. Такое изображение удобно для фиксированных контроллеров. Если контроллер модульный то его конфигурация определяется при проектировании и её
необходимо отобразить на структурной схеме. В этом случае целесообразно показывать структуру контроллера.
Пример изображения контроллера с указанием его структуры показан на рис. 3. Модульный
контроллер в своем составе
имеет модуль М1 центрального
процессора ЦП модуль М2
блока питания БП модуль М3
коммуникационного процессора
Рис. 3. Структура ПК
КП модуль М4 ввода-вывода
дискретных сигналов МВВД и модуль М5 ввода-вывода аналоговых
сигналов МВВА. Связь между модулями осуществляется по системной
магистрали СМ формируемой центральным процессором ЦП и конструктивно оформленной в виде системных разъёмов.
При программировании компьютерных средств системы необходимо разработать управляющую программу для контроллера программу диспетчерского управления процессом для ЭВМ и интерфейс оператора. Интерфейс оператора позволяет ему отслеживать технологический
процесс при необходимости изменять уставки регулирования и
настройки регуляторов осуществлять ручное управление а также работать с архивными данными о ходе управляемого процесса.
Разработка алгоритмов управления
Для того чтобы спроектированная система управления работала и
осуществляла бы требуемое управление объектом необходимо программное обеспечение для использованных в системе компьютерных
средств. Программное обеспечение разрабатывается на основе алгоритмов управления которые создаются в ходе проектирования системы
управления. Разработка алгоритмов управления непременная составляющая процесса проектирования системы управления.
Вопросы разработки алгоритмов управления для автоматизированной системы управления рассматриваются в [5]. В курсовой работе
алгоритмы управления изображаются на чертеже в виде схем алгоритмов. На одном чертеже может быть изображено несколько схем алгоритмов. Для всех изображенных алгоритмов используется общая рамка
чертежа и один штамп.
На чертеже прежде всего необходимо изобразить общий алгоритм работы системы управления объясняющий взаимодействие всех
уровней управления с объектом управления и между собой. При этом
необходимо отобразить и взаимодействие системы управления с оперативным персоналом.
Общий алгоритм работы системы управления составляется укрупнено. Отдельные режимы работы всей системы могут показываться в
виде предопределённых процессов. Одновременная работа отдельных
средств управления отображается параллельными процессами. При разработке общего алгоритма целесообразно предварительно составить
укрупнённый граф функционирования системы управления с выделением характерных режимов работы и состояний системы управления.
Общий алгоритм управления дополняется частными алгоритмами
для отдельных задач управления. Эти алгоритмы могут относиться как к
нижнему так и к верхнему уровню управления. Наиболее важным при
этом является алгоритм управления объектом от контроллера. Этот алгоритм также может быть разбит на отдельные задачи с последующей
детализацией в виде алгоритмов решения отдельных задач управления.
При вычерчивании схем алгоритмов в курсовой работе следует
руководствоваться следующими правилами:
Размер графических символов выбирается с учетом учебного
назначения чертежа и его последующей публичной защиты поэтому
ширина символов должна составлять около 50 мм.
Блоки алгоритма располагаются сверху вниз. Продолжающаяся
часть алгоритма изображается в параллельной колонке. Для связи частей алгоритма используется символ соединителя.
Начало и конец алгоритма обозначаются символом терминатора. Этим же символом обозначается останов алгоритма например для
ожидания команды оператора.
На чертеж следует выносить достаточно сложные алгоритмы
содержащие более 30 символов. Простые алгоритмы нужно помещать в
пояснительную записку.
Алгоритм следует снабжать комментариями. Комментарий
должен содержать дополнительную информацию к символам алгоритма а не повторять содержание надписей имеющихся внутри символа.
Схема алгоритма не должна содержать «висящих» блоков т.е.
блоков имеющих входную линию потока и не имеющих выходной.
Наличие таких блоков вызывает «зависание» алгоритма и прекращение
Блоки алгоритма последовательно нумеруются для их идентификации при описании алгоритма.
При разработке алгоритма следует принимать меры для повышения отказоустойчивости управления. Например следует ограничивать время ожидания сигнала от опрашиваемого датчика для предотвращения «зависания» алгоритма при отказе датчика.
Повторяющиеся многократно операции следует оформлять в
Если алгоритм не помещается на листе чертежа то его продолжают на другом листе. Для указания связи между частями алгоритма
используется символ соединителя.
Если на чертеже изображено несколько алгоритмов то каждый
алгоритм должен иметь название. Название помещается над схемой алгоритма. Краткое название можно помещать в символе терминатора соответствующего началу алгоритма.
Процессы управления осуществляющиеся в режиме прерываний и реализуемые в виде подпрограмм обработки прерываний изображаются в схеме алгоритма как параллельные процессы.
Представленный на чертеже алгоритм (алгоритмы) должен быть
описан в пояснительной записке. При описании алгоритма следует привести такие сведения:
назначение алгоритма и выполняемые им функции управления;
из каких частей состоит алгоритм с указанием номеров блоков и
назначения каждой части;
особенности алгоритма например меры по повышению отказоустойчивости алгоритма.
Схемы алгоритмов оформляются в соответствии со стандартом
ГОСТ 19.701-90 (ИСО 5807-85) - Схемы алгоритмов программ данных
и систем. Условные обозначения и правила выполнения. Общие правила
оформления схем алгоритмов рассмотрены в приложении.
Библиографический список
СТП-ОмПИ-01-82. Учебная документация студентов. Требования и рекомендации по оформлению.
ГОСТ 2.105-95 - Общие требования к текстовым документам.
Федотов А.В. Составление технического задания. Методические указания к курсовому и дипломному проектированию. Омск: Издво ОмГТУ 1999. – 23 с.
Проектирование систем автоматизации технологических процессов: Справочное пособие А.С. Клюев Б.В. Глазов А.Х. Дубровский А.А. Клюев; Под ред. А.С. Клюева. – М.: Энергоатомиздат 1990.
Федотов А.В. Сборник заданий для практических занятий и самостоятельной работы по дисциплине «Автоматизация технологических
процессов и производств». Омск: Изд-во ОмГТУ 2007. – 33 с.
ГОСТ 19.701-90 (ИСО 5807-85) - Схемы алгоритмов программ
данных и систем. Условные обозначения и правила выполнения.
ГОСТ 21.404-85 - Обозначения условные приборов и средств
автоматизации в схемах.
ОФОРМЛЕНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ
Условные изображения оборудования и коммуникаций
На функциональные схемы автоматизации распространяется действие стандарта ГОСТ 21.404-85 - Обозначения условные приборов и
средств автоматизации в схемах а также ряда других стандартов ЕСКД
оговаривающих условные графические изображения различных объектов на схемах.
Технологическое оборудование и коммуникации при разработке
функциональных схем должны изображаться как правило упрощенно
без указания отдельных технологических аппаратов и трубопроводов
вспомогательного назначения. Однако изображенная таким образом
технологическая схема должна давать ясное представление о принципе
ее работы и взаимодействии со средствами автоматизации.
На технологических трубопроводах обычно показывают ту регулирующую и запорную арматуру которая непосредственно участвует в
контроле и управлении процессом а также запорные и регулирующие
органы необходимые для определения относительного расположения
мест отбора импульсов или поясняющие необходимость измерений.
Технологические аппараты и трубопроводы вспомогательного
назначения показывают только в случаях когда они механически соединяются или взаимодействуют со средствами автоматизации. В отдельных случаях некоторые элементы технологического оборудования
допускается изображать на функциональных схемах в виде прямоугольников с указанием наименования этих элементов или не показывать вообще.
Около изображений датчиков отборных приемных и других подобных по назначению устройств следует указывать наименование того
технологического оборудования к которому они относятся.
Технологические коммуникации и трубопроводы жидкости и газа
изображают в соответствии с ГОСТ 2.784 — 70 (табл. 1). Для детального указания характера транспортируемой среды к цифровому обозначению может добавляться буквенный индекс например вода чистая — 1ч
пар перегретый — 2п пар насыщенный — 2н и т. п. Условные числовые
обозначения трубопроводов следует проставлять через расстояния не
Детали трубопроводов
арматура теплотехнические и
санитарно-технические
Наименование среды трансОбозначение устройства и аппаратура попортируемой трубопроводом
казываются условными обоВода
-1-1значениями по ГОСТ 2.785 —
-2-270 и стандартам СПДС.
-3-3Для жидкостей и газов
-4-4не указанных в табл. 1 допусКислород
-5-5кается использовать для обоИнертные газы:
значения другие цифры но
-6-6обязательно с необходимыми
-7-7пояснениями новых условных
-9-9Если обозначения труксенон
-11-11нологических чертежах не
стандартизированы то на
Кислота (окислитель)
-12-12функциональных схемах авЩелочь
-13-13томатизации следует примеМасло
-14-14нять условные обозначения
-15-15принятые в технологических
Горючие и взрывоопасные
У изображения техноловодород
-16-16гического оборудования отацетилен
-17-17дельных его элементов и труфреон
-18-18бопроводов следует давать
-19-19соответствующие поясняюэтан
-20-20щие надписи (наименование
-21-21технологического оборудовапропан
-22-22ния его номер если таковой
имеется и др.) а также укапропилен
-23-23зывать стрелками направлебутан
-25-25Отдельные агрегаты и
Противопожарный трубо- -26-26установки технологического
оборудования можно изобраВакуум
-27-27жать оторвано друг от друга с
соответствующими указаниями на их взаимосвязь.
Таблица 1. Условные цифровые обозначения трубопроводов для жидкостей и газов
На трубопроводах на которых предусматривается установка отборных устройств и регулирующих органов указывают диаметры
Изображение средств измерения и автоматизации
Приборы средства автоматизации электрические устройства и
средства вычислительной техники на функциональных схемах автоматизации показываются в соответствии с ГОСТ 21.404 — 85 и отраслевыми нормативными документами.
При отсутствии в стандартах необходимых изображений разрешается применять нестандартные изображения которые следует выполнять на основании характерных признаков изображаемых устройств.
ГОСТ 21.404 — 85 предусматривает систему построения графических и
буквенных условных обозначений по функциональным признакам выполняемым приборами (табл. 2).
Таблица 2. Основные условные обозначения приборов и средств автоматизации по ГОСТ 21.404-85
Первичный измерительный преобразователь (датчик)
прибор устанавливаемый по месту
Прибор устанавливаемый на щите пульте
Исполнительный механизм. Общее обозначение. (Положение регулирующего органа при прекращении подачи энергии или управляющего сигнала не регламентируется)
Исполнительный механизм открывающий регулирующий орган при прекращении подачи энергии или управляющего сигнала
Исполнительный механизм закрывающий регулирующий орган при прекращении подачи энергии или управляющего сигнала
Исполнительный механизм который при прекращении
подачи энергии или управляющего сигнала оставляет
регулирующий орган в неизменном положении
Исполнительный механизм с дополнительным ручным
приводом (обозначение может применяться в сочетании
с любым из дополнительных знаков характеризующих
положение регулирующего органа при прекращении
подачи энергии или управляющего сигнала)
Пересечение линий связи без соединения друг с другом
с соединением между со-
В стандарте установлены два способа построения условных обозначений: упрощенный и развернутый. Для упрощенного способа построения достаточно основных условных обозначений приведенных в
табл. 2 и буквенных обозначений приведенных в табл. 3.
Развернутый способ построения условных графических обозначений может быть выполнен путем комбинированного применения основных (табл. 2 и 3) и дополнительных обозначений приведенных в табл. 4
и 5. Сложные приборы выполняющие несколько функций допускается
изображать несколькими окружностями примыкающими друг к другу.
Методика построения условных графических обозначений для
упрощенного и развернутого способов является общей. В верхней части
окружности наносятся буквенные обозначения измеряемой величины и
функционального признака прибора.
В нижней части окружности наносится позиционное обозначение
(цифровое или буквенно-цифровое) служащее для нумерации комплекта измерения или регулирования (при упрощенном способе построения
условных обозначений) или отдельных элементов комплекта (при развернутом способе построения условных обозначений).
Порядок расположения буквенных обозначений в верхней части
(слева направо) должен быть следующим: обозначение основной измеряемой величины; обозначение уточняющее (если необходимо) основную измеряемую величину; обозначение функционального признака
Таблица 3. Буквенные условные обозначения по ГОСТ 21.404-85
Любая электрическая величина
Дополнительное назначение
Размер положение перемещение
Верхний предел измерения
Формирование выходного сигнала
Регулирование управление
Функция выполняемая прибором
Автоматическое переключение обегание
Время временная программа
Величина характеризующая качество
состав концентрацию и
Нижний предел измерения
Интегрирование суммирование по времени
Набор разнородных измеряемых величин
Нерекомендуемая резервная буква
Функциональные признаки (если их несколько в одном приборе)
также располагаются в определенном порядке.
прибора для измерения регистрации и автоматического регулирования перепада давления приведен на
функций приборов следует
указывать не все функциональные признаки прибора
а лишь те которые используются в данной схеме.
Так при обозначении показывающих и самопишущих
приборов (если функция
«показание» не используется) следует писать TR
вместо TIR PR вместо PIR
Рис. 4. Построение условного
обозначения функции прибора
сигнализатора уровня блок
сигнализации которого является бесшкальным прибором и снабжен
контактным устройством и встроенными сигнальными лампами следует писать:
a) LS — если прибор используется только для дистанционной сигнализации отклонения уровня и включениявыключения насоса;
б) LA — если используются только сигнальные лампочки самого
в) LSA — если используются обе функции в соответствии с примерами а) и б);
г) LC — если прибор используется для позиционного регулирования уровня.
Таблица 4. Дополнительные буквенные обозначения функциональных
Чувствительный элемент (первичное преобразование)
Дистанционная передача (промежуточное преобразование)
Преобразование вычислительные функции
Размеры графических условных обозначений по ГОСТ 21.404 —
приведены в табл. 6. Условные графические обозначения на схемах
должны выполняться линиями толщиной 05 — 06 мм. Горизонтальная
разделительная черта внутри обозначения и линии связи должны выполняться линиями толщиной 02 — 03 мм.
В обоснованных случаях (например при позиционных обозначениях состоящих из большого числа знаков) для обозначения первичных
преобразователей и приборов допускается вместо окружности применять обозначения в виде эллипса.
Примеры построения условных обозначений устанавливаемых
ГОСТ 21.404 — 85 приведены в табл. 7.
При использовании условных обозначений по ГОСТ 21.404 — 85
необходимо руководствоваться следующими правилами:
) буква А (см. табл. 3) применяется для обозначения функции
сигнализации при упрощенном способе построения условных обозначений а также при развернутом способе когда для сигнализации используются лампы встроенные в сам прибор. Во всех остальных случаях для
обозначения контактного устройства прибора применяется буква S и
при необходимости символ ламп гудка звонка.
Сигнализируемые предельные значения измеряемых величин следует конкретизировать добавлением букв Н и L. Эти буквы наносятся
вне графического обозначения справа от него (см. табл. 7 пп. 31 32).
Букву S не следует применять для обозначения функции регулирования (в том числе позиционного);
Таблица 5. Дополнительные обозна2) для конкретизации изчения функциональных признаков
Обознач. изображения прибора (справа от
него) необходимо указывать
наименование или символ измепневматический
ряемой величины например
«напряжение» «ток» рН О2 и
т. д. (см. табл. 7 пп. 41-43);
) в случаях необходимодискретный
сти около изображения прибора
Вычислительные операдопускается указывать вид рации:
диоактивности например - суммирование
или -излучение (см. табл. 7 п.
умножение на коэффиK
) буква U может быть исперемножение сигна
пользована для обозначения
прибора измеряющего нескольделение сигналов
ко разнородных величин. Повозведение сигнала f в
дробная расшифровка измеряестепень n
мых величин должна быть приизвлечение из сигнала f
ведена около прибора или на
поле чертежа (см. табл.7 п. 46);
) для обозначения велидифференцирование
чин не предусмотренных данинтегрирование
ным стандартом могут быть
изменение знака сигна(-1)
использованы резервные буквы.
Многократно применяемые веограничение сигнала
личины следует обозначать
одной и той же резервной букограничение сигнала
Для одноразового или
Связь с вычислительным
редкого применения может
быть использована буква X. При
необходимости применения реЭВМ
зервных буквенных обозначеBo
ний они должны быть расшифрованы на схеме. Не допускается в одной и той же документации применение одной резервной буквы для обозначения различных величин;
) для обозначения дополнительных значений прописные буквы D
F Q допускается заменять строчными d f q;
) если позиционное обозначение прибора не помещается в
окружность допускается нанесение его вне окружности;
) буква Е (см. табл. 7) применяется для обозначения чувствительных элементов т. е. устройств выполняющих первичное преобразование. Примерами первичных преобразователей являются термометры
термоэлектрические (термопары) термометры сопротивления датчики
пирометров сужающие устройства расходомеров датчики индукционных расходомеров и т. п.;
) буква Т означает промежуточное преобразование — дистанционную передачу сигнала. Ее рекомендуется применять для обозначения
приборов с дистанционной передачей показаний например бесшкальных манометров (дифманометров) манометрических термометров с
дистанционной передачей и т. п.
) буква К применяется для обозначения приборов имеющих
станцию управления т. е. переключатель выбора вида управления (автоматическое ручное);
) буква Y рекомендуется для обозначения преобразователей сигналов и вычислительных устройств;
) порядок построения условных обозначений с применением
дополнительных букв следующий: на первом месте ставится буква обозначающая измеряемую величину на втором — одна из дополнительных букв Е Т К или Y.
Например первичные измерительные преобразователи температуры (термометры термоэлектрические термометры сопротивления и др.)
обозначаются ТЕ первичные измерительные преобразователи расхода
(сужающие устройства расходомеров датчики индукционных расходомеров и др.) — бесшкальные манометры с дистанционной передачей показаний — РТ; бесшкальные расходомеры с дистанционной передачей — FT и т. д.;
) при применении обозначений из табл. 5 надписи расшифровывающие вид преобразования или операции выполняемые вычислительным устройством наносятся справа от графического изображения прибора;
) в обоснованных случаях во избежание неправильного понимания схемы допускается вместо условных обозначений приводить полное наименование преобразуемых сигналов. Также рекомендуется
обозначать некоторые редко применяемые или специфические сигналы
например кодовый времяимпульсный числоимпульсный и т. д.;
) при построении обозначений комплектов средств автоматизации первая буква в обозначении каждого прибора входящего в ком33
плект является наименованием измеряемой комплектом величины.
Например в комплекте для измерения
регулирования температуры
первичный измерительный преобразователь следует обозначать ТЕ
вторичный регистрирующий прибор — TR и т. п.
Таблица 6. Размеры символов
При построении условных
обозначений по ГОСТ 21.404 —
предусматриваются следуюОсновное обознащие исключения:
) все устройства выполПрибор функция.
ненные в виде отдельных блоков
Допускаемое обои предназначенные для ручных
операций должны иметь на перИсполнительный
вом месте в обозначении букву Н
независимо от того в состав какого измерительного комплекта
они входят например переключатели электрических цепей измерения (управления) переключатели
газовых (воздушных) линий обозначаются HS байпасные панели дистанционного управления — НС кнопки (ключи) для дистанционного
управления задатчики — H и т. п.;
) при обозначении комплекта предназначенного для измерения
нескольких разнородных величин первичные измерительные преобразователи (датчики) следует обозначать в соответствии с измеряемой
величиной вторичный прибор —
) в отдельных случаях при построении обозначений комплектов
предназначенных для измерения качества косвенным методом первая
буква в обозначении датчика может отличаться от первой буквы в обозначении вторичного прибора (например для измерения качества продукта пользуются методом температурной депрессии). Датчиками температуры при этом являются термометры сопротивления вторичным
прибором — автоматический мост. Обозначение такого комплекта при
развернутом способе будет следующим: датчики — ТЕ вторичный
прибор - QR (см. табл.7 п. 43).
Щиты стативы пульты управления на функциональных схемах
изображаются условно в виде прямоугольных произвольных размеров
достаточных для нанесения графических условных обозначений устанавливаемых на них приборов средств автоматизации аппаратуры
управления и сигнализации по ГОСТ 21.404-85.
Комплектные устройства (машины централизованного контроля
управляющие машины полукомплекты телемеханики и др.) обозначаются на функциональных схемах также в виде прямоугольников.
Функциональные связи между технологическим оборудованием и
установленными на нем первичными преобразователями а также со
средствами автоматизации установленными на щитах и пультах на
схемах показываются тонкими сплошными линиями. Каждая связь обозначается одной линией независимо от фактического числа проводов
или труб осуществляющих эту связь. К условным обозначениям приборов и средств автоматизации для входных и выходных сигналов линии
связи допускается подводить с любой стороны в том числе сбоку и под
углом. Линии связи должны наноситься на чертежи по кратчайшему
расстоянию и проводиться с минимальным числом пересечений.
Допускается пересечение линиями связи изображений технологического оборудования и коммуникаций. Пересечение линиями связи
условных обозначений приборов и средств автоматизации не допускается.
Позиционные обозначения приборов и средств автоматизации
Всем приборам и средствам автоматизации изображенным на
функциональных схемах присваиваются позиционные обозначения (позиции) сохраняющиеся во всех материалах проекта.
На стадии проекта позиционные обозначения выполняют арабскими цифрами в соответствии с нумерацией и заявочной ведомостью
приборов средств автоматизации и электроаппаратуры.
На стадии рабочей документации при одностадийном проектировании позиционные обозначения приборов и средств автоматизации образуются из двух частей: обозначение арабскими цифрами номера
функциональной группы и строчными буквами русского алфавита номеров приборов и средств автоматизации в данной функциональной
Буквенные обозначения присваиваются каждому элементу функциональной группы в порядке алфавита в зависимости от последовательности прохождения сигнала — от устройств получения информации
к устройствам воздействия на управляемый процесс (например приемное устройство — датчик вторичный преобразователь — задатчик —
регулятор — указатель положения — исполнительный механизм регулирующий орган).
Позиционные обозначения отдельных приборов и средств автоматизации таких как регулятор прямого действия манометр термометр и
др. состоят только из порядкового номера.
Таблица 7. Примеры построения условных обозначений
Позиционные обозначения должны присваиваться всем элементам
функциональных групп за исключением:
а) отборных устройств;
б) приборов из средств автоматизации поставляемых комплектно
с технологическим оборудованием;
в) регулирующих органов и исполнительных механизмов
входящих в данную систему автоматического управления но заказываемых и устанавливаемых в технологических частях проекта.
Обозначения на функциональных схемах электроаппаратуры на
стадии рабочей документации или при одностадийном проектировании
должны соответствовать обозначениям принятым в принципиальных
электрических схемах.
При определении границ каждой функциональной группы следует
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 они оказывают воздействие.
Регулятор соотношения в частности входит в состав той функциональной группы на которую оказывается ведущее воздействие по независимому параметру. То же относится и к прямому цифровому управлению где входным цепям контура регулирования присваивается одна
В системах централизованного контроля с применением вычислительной техники в схемах телеизмерения в сложных схемах автоматического управления с общими для разных функциональных групп
устройствами все общие элементы выносятся в самостоятельные функциональные группы.
Позиционные обозначения в функциональных схемах проставляют рядом с условными графическими обозначениями приборов и
средств автоматизации (по возможности с правой стороны или сверху).
Требования к оформлению и примеры выполнения функциональных схем
Функциональная схема выполняется в виде чертежа на котором
схематически условными изображениями показывают: технологическое
оборудование коммуникации органы управления и средства автоматизации с указанием связей между технологическим оборудованием и
средствами автоматизации а также связей между отдельными функциональными блоками и элементами автоматики.
Функциональные схемы автоматизации могут разрабатываться с
большей или меньшей степенью детализации. Однако объем информации представленный на схеме должен обеспечить полное представление о принятых основных решениях по автоматизации данного технологического процесса и возможность составления на стадии проекта заявочных ведомостей приборов и средств автоматизации трубопроводной арматуры щитов и пультов основных монтажных материалов и изделий а на стадии рабочего проекта — всего комплекса проектных материалов предусмотренных в составе проекта.
Функциональную схему автоматизации выполняют как правило
на одном листе на котором изображают средства автоматизации и аппаратуру всех систем контроля регулирования управления и сигнализации относящуюся к данной технологической установке. Вспомогательные устройства такие как редукторы и фильтры для воздуха источники питания реле автоматы выключатели и предохранители в цепях питания соединительные коробки и другие устройства и монтажные элементы на функциональных схемах не показывают.
Сложные технологические схемы рекомендуется расчленять на
отдельные технологические узлы и выполнять функциональные схемы
этих узлов в виде отдельных чертежей на нескольких листах или на одном.
Для технологических процессов с большим объемом автоматизации функциональные схемы могут быть выполнены раздельно по видам
технологического контроля и управления. Например отдельно выполняются схемы автоматического управления контроля и сигнализации и
Функциональные схемы автоматизации могут быть выполнены
двумя способами: с условным изображением щитов и пультов управления в виде прямоугольников (как правило в нижней части чертежа) в
которых показываются устанавливаемые на них средства автоматизации; с изображением средств автоматизации на технологических схемах
вблизи отборных и приемных устройств без построения прямоугольников условно изображающих щиты пульты пункты контроля и управления.
При выполнении схем по первому способу на них показываются
все приборы и средства автоматизации входящие в состав функционального блока или группы и место их установки. Преимуществом этого способа является большая наглядность в значительной степени облегчающая чтение схемы и работу с проектными материалами.
Пример выполнения функциональных схем по первому способу
При построении схем по второму способу хотя он и дает только
общее представление о принятых решениях по автоматизации объекта
достигается сокращение объема документации. Чтение функциональных схем выполненных таким образом затруднено не отображают организацию пунктов контроля и управления объектом.
Примеры выполнения функциональных схем по второму способу
Как уже указывалось приборы и средства автоматизации при выполнении функциональных схем как первым так и вторым способом
могут быть изображены развернуто упрощенно или комбинированно.
При развернутом изображении на схемах показывают: отборные
устройства датчики преобразователи вторичные приборы исполнительные механизмы регулирующие и запорные органы аппаратуру
управления и сигнализации комплектные устройства (машины централизованного контроля телемеханические устройства) и т. д.
При упрощенном изображении на схемах показывают: отборные
устройства измерительные и регулирующие приборы исполнительные
механизмы и регулирующие органы. Для изображения промежуточных
устройств (вторичных приборов преобразователей аппаратуры управления и сигнализации и т. п.) используются общие обозначения в соответствии с действующими стандартами на условные обозначения в схемах автоматизации.
Рис. 5. Функциональная схема автоматизации выполненная
средств автоматизации в основном развернуто однако некоторые узлы изображают упрощенно.
Приборы и средства автоматизации
встраиваемые в технологическое оборудование и коммуникации или механически связанные с ними
изображают на чертеже в непосредственной близости от
них. К таким средствам автоматизации
Рис. 6. Схема автоматизации выполненная
уровня состава вещества датчики воспринимающие воздействие измеряемых и регулирующих величин (измерительные сужающие устройства ротаметры счетчики термометры расширения и т. п.) исполнительные механизмы регулирующие и запорные органы.
Для датчиков и приборов указывающих положение регулирующих органов исполнительных механизмов и т. п. необходимо показывать существующую механическую связь (см. табл. 2).
Прямоугольники щитов и пультов следует располагать в такой последовательности чтобы при размещении в них обозначений приборов
и средств автоматизации обеспечивалась наибольшая простота и ясность схемы и минимум пересечений линий связи.
В прямоугольниках можно указывать номера чертежей общих видов щитов и пультов. В каждом прямоугольнике с левой стороны указывают его наименование.
Приборы и средства автоматизации которые расположены вне
щитов и не связаны непосредственно с технологическим оборудованием
и трубопроводами условно показывают в прямоугольнике «Приборы
При вычерчивании функциональной схемы следует избегать дублирования одинаковых ее частей относящихся как к технологическому
оборудованию так и к средствам автоматизации.
На чертежах функциональных схем должны быть приведены пояснения на основании каких документов они разработаны. Допускается
также на свободном поле схемы давать краткую техническую характеристику автоматизируемого объекта поясняющие таблицы диаграммы
Для облегчения понимания сущности автоматизируемого объекта
возможности выбора диапазонов измерения и шкал приборов уставок
регуляторов на функциональных схемах указывают предельные рабочие
(максимальные или минимальные) значения измеряемых или регулируемых технологических параметров при установившихся режимах работы (см. рис. 5).
Эти значения в единицах шкалы выбираемого прибора или в международной системе единиц без буквенных обозначений указываются
на линиях связи от отборных устройств датчиков до приборов. Для приборов встраиваемых непосредственно в технологическое оборудование
или трубопроводы (термометры расширения расходомеры постоянного
перепада и т. п.) и располагаемых вне прямоугольников предельные
значения величин указывают под позиционными обозначениями приборов или вблизи обозначений.
Над основной надписью по ее ширине сверху вниз на первом листе чертежа располагают таблицу не предусмотренных стандартами
условных обозначений принятых в данной функциональной схеме; при
необходимости эти таблицы можно выполнять на отдельных листах.
Пояснительный текст располагают обычно над таблицей условных
обозначений (или над основной надписью) или в другом свободном месте.
Контуры технологического оборудования на функциональных
схемах рекомендуется выполнять линиями толщиной 06—15 мм; трубопроводные коммуникации 06—15 мм; приборы и средства автоматизации 05 — 06 мм линии связи 02 — 03 мм; прямоугольники изображающие щиты и пульты 06— 15 мм.
При выполнении функциональных схем обоими способами с изображением приборов по ГОСТ 21.404 — 85 отборное устройство для всех
постоянно подключенных приборов не имеет специального обозначения а представляет собой тонкую сплошную линию соединяющую
технологический трубопровод или аппарат с первичным измерительным
преобразователем или прибором (см. рис. 5).
При необходимости указания точного места расположения отборного устройства или точки измерения (внутри контура технологического аппарата) в конце тонкой линии изображается окружность диаметром
мм (см. прибор 8-1 на рис. 5).
Допускается запорную и регулирующую арматуру (например задвижки заслонки шиберы направляющие аппараты и т. п.) участвующую в системах автоматизации и заказываемую по технологической части проекта изображать на функциональных схемах в соответствии с
действующими стандартами.
Подвод линий связи к символу прибора допускается изображать в
любой точке окружности (сверху снизу сбоку).
При необходимости указания направления передачи сигнала на
линиях связи допускается наносить стрелки (см. линии связи между
приборами 10 1 и 7 на рис. 6).
Отображение функций средств вычислительной техники
Стандарт ГОСТ 21.404 — 85 специально не оговаривает способы
отображения на функциональной схеме функций управления осуществляемых средствами вычислительной техники (программируемые
контроллеры промышленные компьютеры АРМ и др.). Поскольку такие средства многофункциональны то при обычном способе изображения приборов управления возникают определенные сложности при
назначении позиционных обозначений устройствам управления.
Для отображения на схеме функций управления и контроля осуществляемых средствами вычислительной техники в настоящее время
часто используются установившиеся «де-факто» отраслевые нормы и
стандарты. Распространенным способом отображения функций программируемого контроллера (или компьютера) является табличный способ при котором входы-выходы контроллера и его функции обозначаются отдельными строками таблицы.
На рис. 7 изображен пример обозначения функций программируемого контроллера и промышленного компьютера (ПК) при управлении
объектом. Отдельно показано устройство сопряжения с объектом
(УСО) обеспечивающее ввод-вывод аналоговых сигналов (АС) и дискретных сигналов (ДС).
Линия 1 соответствует входному аналоговому сигналу подаваемому на аналоговый вход УСО и поступающему в контроллер. Контроллер осуществляет контроль величины соответствующий этому
сигналу и передает информацию о величине компьютеру ПК. ПК обеспечивает регистрацию величины и её индикацию на мнемосхеме управляемого
объекта (в SCADA-системе).
Сигнал 2 является дискретным и
поступает на дискретный вход УСО.
Контроллер использует этот сигнал
для программно-логического управления (ПЛУ). Информация о сигнале передается контроллером в ПК. На основании этого сигнала ПК выполняет
Выходной сигнал управления
формируется контроллером при решении задачи ПЛУ с учетом блокирующего сигнала от ПК. Сформированный
сигнал управления выводится на соответствующий исполнительный мехаРис. 7. Обозначение ПК
низм с дискретного выхода УСО (линия 3 является выходом управляющего сигнала).
Недостатком такого изображения функций управления является
то что в обозначении функции отсутствует информация об управляемой величине и ограниченные возможности с точки зрения числа одновременно отображаемых функций.
ОФОРМЛЕНИЕ СХЕМ АЛГОРИТМОВ
Символы схем алгоритмов
Схемы алгоритмов оформляются в соответствие с ГОСТ
701-90 (ИСО 5807-85) - Схемы алгоритмов программ данных и систем. Условные обозначения и правила выполнения. Перечень наименование обозначение и размеры обязательных символов и отображаемые ими функции в алгоритме и программе обработки данных
приведены в табл. 8.
НаименоваОбозначение и
Символ отображает функцию обработки данных любого вида (выполнение определенной операции или
группы операций приводящее к изменению значения формы или размещения информации или к определению по которому из нескольких
направлений потока следует двигаться).
Символ отображает решение или
функцию переключательного типа
имеющую один вход и ряд альтернативных выходов один и только один
из которых может быть активизирован после вычисления условий
определенных внутри этого символа.
Соответствующие результаты вычисления могут быть записаны по
соседству с линиями отображающими эти пути.
Символ отображает модификацию
команды или группы команд с целью
воздействия на некоторую последующую функцию (установка переключателя модификация индексного
регистра или инициализация программы).
Символ отображает предопределенный процесс состоящий из одной
или нескольких операций или шагов
программы которые определены в
другом месте (в подпрограмме модуле).
Символ отображает любой процесс
выполняемый человеком.
Символ отображает данные вводимые вручную во время обработки с
устройств любого типа (клавиатура
переключатели кнопки световое перо полоски со штриховым кодом).
Символ изображает данные носитель данных не определен.
Символ отображает хранимые данные в виде пригодном для обработки носитель данных не определен.
Оперативное запоминающее
Символ отображает данные хранящиеся в оперативном запоминающем устройстве.
Символ отображает данные представленные на носителе в удобочитаемой форме (машинограмма документ для оптического или магнитного считывания микрофильм рулон
ленты с итоговыми данными бланки
Символ отображает данные представленные на носителе в виде карты
(перфокарты магнитные карты карты со считываемыми метками карты
с отрывным ярлыком карты со сканируемыми метками).
Символ отображает данные представленные на носителе в виде бумажной ленты.
последовательным доступом
Символ отображает данные хранящиеся в запоминающем устройстве с последовательным доступом
(магнитная лента кассета с магнитной лентой магнитофонная кассета).
Символ отображает данные представленные в человекочитаемой
форме на носителе в виде отображающего устройства (экран для визуального наблюдения индикаторы
Символ отображает передачу данных
Символ отображает данные хранящиеся в запоминающем устройстве с
прямым доступом (магнитный диск
магнитный барабан гибкий магнитный диск).
Символ отображает поток данных
Символ отображает синхронизацию
двух или более параллельных операций.
Символ отображает выход в часть
схемы и вход из другой части этой
схемы и используется для обрыва
линии и продолжения ее в другом
месте. Соответствующие символысоединители должны содержать одно
и то же уникальное обозначение.
Символ отображает выход во внешнюю среду и вход из внешней среды
(начало или конец схемы программы
внешнее использование и источник
или пункт назначения данных).
Символ используют для добавления описательных комментариев или
пояснительных записей в целях объяснения или примечаний. Пунктирные линии в символе комментария
связаны с соответствующим символом или могут обводить группу символов. Текст комментариев или примечаний должен быть помещен около ограничивающей фигуры.
Символ состоящий из двух частей
отображает начало и конец цикла.
Обе части символа имеют один и тот
же идентификатор. Условия для
инициализации приращения завершения и т.д. помещаются внутри
символа в начале или в конце в зависимости от расположения операции
проверяющей условие.
Правила оформления схем алгоритмов
С помощью описанных выше символов изображаются схемы данных схемы программы схемы работы систем схемы взаимодействия
программ схемы ресурсов систем.
Схемы данных отображают путь данных при решении задач и
определяют этапы обработки а также различные применяемые носители данных. Схемы программ отображают последовательность операций
в программе. Схемы работы системы отображают управление операциями и поток данных в системе.
Схемы взаимодействия программ отображают путь активаций
программ и взаимодействий с соответствующими данными. Каждая
программа в схеме взаимодействия программ показывается только один
раз (в схеме работы системы программа может изображаться более чем
в одном потоке управления).
Схемы ресурсов системы отображают ту конфигурацию блоков
данных и обрабатывающих блоков которая требуется для решения задачи или набора задач.
Схема алгоритма составляется из графических символов соединенных линиями связи и снабжается дополнительными описаниями.
Символ предназначен для графической идентификации функции
которую он отображает независимо от текста внутри этого символа.
Символы в схеме должны быть расположены равномерно. Следует
придерживаться разумной длины соединений и минимального числа
длинных линий. Большинство символов задумано так чтобы дать возможность включения текста внутри символа.
Формы символов установленные стандартом должны служить
руководством для фактически используемых символов. Не должны изменяться углы и другие параметры влияющие на соответствующую
форму символов. Символы должны быть по возможности одного размера.
Символы могут быть вычерчены в любой ориентации но по возможности предпочтительной является горизонтальная ориентация. Зеркальное изображение формы символа обозначает одну и ту же функцию но не является предпочтительным.
Минимальное количество текста необходимого для понимания функции данного символа следует помещать внутри данного символа. Текст для чтения должен записываться слева направо и сверху вниз независимо от
Если объем текста помещаемого внутри символа превышает его
размеры следует использовать символ комментария. Если использование символов комментария может запутать или разрушить ход схемы
текст следует помещать на отдельном листе и давать перекрестную
В схемах может использоваться идентификатор символов. Это связанный с данным символом идентификатор который определяет символ
для использования в справочных целях в других
элементах документации (например в листинге программы). Идентификатор символа должен располагаться слева над символом.
В схемах может использоваться описание
символов - любая другая информация например для отображения специального применения символа с перекрестной ссылкой или для
улучшения понимания функции как части схемы. Описание символа
должно быть расположено справа над символом.
В схемах работы системы символы отображающие носители данных во многих случаях
представляют способы ввода-вывода. Для использования в качестве ссылки на документацию
текст на схеме для символов отображающих способы вывода должен
размещаться справа над символом а текст для символов отображающих способы ввода - справа под символом.
При выборе размеров символов можно руководствоваться следующими рекомендациями. Размер a выбирается из ряда 10 15 20 мм.
Размер a можно увеличивать на число кратное 5 мм. Размер b принимается 15a. При ручном выполнении схем алгоритмов и программ допускается устанавливать b равным 2a. Эти рекомендации были даны в
предыдущей редакции стандарта. В действующей редакции стандарта
размеры символов не оговорены.
Потоки данных или потоки управления в схемах показываются
линиями. Направление потока слева направо и сверху вниз считается
В случаях когда необходимо внести большую ясность в схему
(например при соединениях) на линиях используются стрелки. Если
поток имеет направление отличное от стандартного стрелки должны
указывать это направление.
В схемах следует избегать пересечения линий. Пересекающиеся линии не имеют логической связи между собой
поэтому изменения направления в точках пересечения не допускаются.
Две или более входящие линии могут объединяться в
одну исходящую линию. Если две или более линии объединяются в одну линию место объединения смещается.
Линии в схемах должны подходить к символу либо слева
либо сверху а исходить либо справа либо снизу. Линии должны быть
направлены к центру символа.
При необходимости линии в схемах следует разрывать для устранения излишних пересечений или слишком длинных линий а также если схема состоит из нескольких страниц. Соединитель в начале разрыва
называется внешним соединителем а соединитель в конце разрыва внутренним соединителем.
Несколько выходов из символа можно
показывать либо несколькими линиями от данного символа к другим символам; либо одной
линией от данного символа которая затем разветвляется в соответствующее число линий.
Каждый выход из символа должен сопровождаться соответствующими значениями
условий чтобы показать логический путь который он представляет с тем чтобы эти условия и соответствующие ссылки были идентифицированы.
При изображении схемы может возникнуть
необходимость в повторяющемся представление когда необходимо изобразить группу некоторых объектов. В этом случае вместо одного символа с соответствующим текстом могут быть использованы несколько символов с перекрытием изображения каждый из которых содержит описательный текст (использование или формирование нескольких носителей данных или файлов производство множества копий печатных отчетов или форматов перфокарт).
Когда несколько символов представляют упорядоченное множество это упорядочение должно
располагаться от переднего (первого) к заднему (последнему).
Линии могут входить или исходить из любой
точки перекрытых символов однако требования к их изображению
должны соблюдаться. Приоритет или последовательный порядок не57
скольких символов не изменяется посредством точки в которой линия
входит или из которой исходит.
Пример использование в схеме
описания параллельных действий.
Процессы С D и Е не могут начаться до тех пор пока не завершится
процесс А; аналогично процесс F
должен ожидать завершения процессов B C и D однако процесс С
может начаться и (или) завершиться
прежде чем соответственно начнется и (или) завершится процесс D.
Пример оформления цикла. Цикл
начинается с символа «начало цикла» и
завершается символом «конец цикла».
Между этими символами помещается
«тело цикла» т.е. все символы описывающие действия повторяемые в цикле.
Условие завершения цикла записывается в одном из символов граница цикла в зависимости от того когда оно проверяется: в начале или в конце цикла.
Если один из ряда альтернативных выходов используют в качестве
входа в процесс либо когда выход используется в качестве входа в альтернативные процессы эти символы соединяют пунктирными линиями.
Выход используемый в качестве входа в следующий процесс может быть соединен с этим входом с помощью пунктирной линии.
Хорошим стилем составления схем алгоритмов является использование комментариев к символам алгоритма и выполняемым действиям. Комментарии могут относиться как к отдельным символам так и к
группам символов. Комментарии располагаются на поле чертежа вблизи
от комментируемых символов.
Комментарий соединяется с символом пунктирной линией. В том
случае когда комментарий относится к группе символов их следует обводить пунктирной рамкой.
Примеры выполнения схем
Схема взаимодействия программ
Схема работы системы

Структурная схема САУ.cdw

Функциональная схема САУ.cdw

Функциональная схема САУ
Воздух на разбавление

Схема алгоритма управления САУ.cdw

Влажность высушенного
Соотношение газвоздух
Подача материала кгсек

Спецификация.cdw

Записка.pdf

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Южно-Уральский государственный университет»
(национальный исследовательский университет)
Филиал ФГБОУ ВПО «ЮУрГУ» (НИУ) в г. Сатке
Кафедра «Технология строительных материалов»
Дисциплина: «Автоматизация производственных процессов в
Тема: Автоматизация процесса сушки в барабанной сушилке
Барабанная сушильная установка 5
Автоматизация барабанной сушильной установки 7
Выбор измерительных преобразователей общепромышленных и
специальных параметров 9
1 Измерение температуры 10
2 Измерение давления 11
3 Измерение уровня 11
4 Измерение расхода жидких сред 12
5Измерение влажности материалов 12
Выбор исполнительного устройства 13
Выбор контролера ПТК 16
1 Требования к ПТК 16
2 Выбор промышленного контроллера 16
Передаточные функции объектов управления 20
Выбор способа управления 21
Разработка функциональной схемы и технической структуры
Спецификация на технические средства автоматизации 23
Библиографический список. 29
Удаление влаги из твердых сыпучих кусковых зернистых и сыпучих
материалов придает им нужные свойства. Влагу можно удалять механическим
способом: отжим центрифугирование отстаивание. Однако этими способами
влага удаляется частично более тщательное удаление влаги осуществляется
путём тепловой сушки: испарение влаги удаление паров.
Процесс тепловой сушки может быть естественным и искусственным.
Естественная сушка применяется редко. По физической сущности сушка
является сложным диффузионным процессом. Его скорость определяется
скоростью диффузии влаги из глубинных частей материала к поверхности а
затем в окружающую среду. Удаление влаги при сушке включает не только
теплообменным и массообменным процессами. Для полного высушивания
материала используют автоматизированную систему.
Автоматизация – одна из ведущих отраслей науки и техники
развивается очень быстро она проникает во все сферы человеческой
Автоматизация технологических процессов является одним из решающих
факторов повышения производительности и улучшений условий труда.
Современными проектами производств в нефтепереработки химии и
нефтехимии объектах производства минеральных удобрений энергетики и
В ходе автоматизации производственных процессов сокращается
тяжелый труд увеличивается производительность труда: наступает новый
этап машинного труда – автоматизация - когда человек освобождается от
непосредственного участия в производстве. Функции контроля и управления
технологическими процессами предаются автоматическим установкам. Это
приводит к улучшению основных показателей качества эффективности
производства и снижению себестоимости продукции.
Барабанная сушильная установка
Барабанные сушильные установки широко применяются для сушки
горнодобывающей металлургической
сушки топлива на электростанциях.
собой (рис.1) установленный
наклонно вращающийся барабан 1 на который надеты два бандажа 2 и
зубчатый венец привода 4. Бандажами барабан опирается на четыре ролика
установленные на рамах. Два опорных ролика 5 ограничивают осевое
смещение корпуса барабана. На обоих концах барабана имеются камеры в
одной из которых предусмотрен
продукта 10 и отработавшего
сушильного агента 9. Вследствие установки барабана под небольшим углом
до 60. высушиваемый материал постепенно перемещается к разгрузочной
камере. Влажный материал из бункеров с помощью питателей подается во
вращающийся сушильный барабан. Параллельно материалу в сушилку
подается сушильный агент образующийся от сгорания топлива в топке и
смешения топочных газов с воздухом в смесительной камере. Воздух в топку
и смесительную камеру подается вентиляторами высокого давления. Внутри
свойств высушиваемого
устанавливаются различные насадки. При вращении барабана лопасти
насадки подхватывают материал поднимают его и сбрасывают при
этом поверхность его соприкосновения с газами увеличивается. Падая
материал омывается сушильным агентом и высушивается. Высушенный
материал с противоположного конца сушильного барабана поступает в
промежуточный бункер а
транспортирующее устройство.
Отработанный сушильный агент перед выбросом в атмосферу очищается от
пыли в батарейном циклоне. Установка находится под небольшим
разрежением что исключает утечку сушильного агента через неплотности
Автоматизация барабанной сушильной установки
Система автоматизации установки включает следующие САУ и АСК
САУ соотношением топливо - воздух САУ температурой газов в
смесительной камере САУ разрежением в верхней
температурой в средней зоне барабанной сушилки САУ
высушенного материала САУ давлением топлива перед подачей в топку
АСК расхода вторичного воздуха и температуры отработанного сушильного
агента (отходящих газов).
САУ влажностью выдает задание САУ температурой в средней
Функциональная схема автоматизации барабанной сушилки: ПКМ
ОКМ прямой и обратный коллекторы мазута. ЦБ батарейный циклон. НАДС
направляющий аппарат дымососа ДС дымосос.
специальных параметров
Измерительные преобразователи (ИП) для систем автоматизации
выбираются по следующим показателям.
Требуемая точность измерения параметра.
Характеристики измеряемой среды.
Допускаемые инерционность измерения для ИП температуры и
временная дискретность выдачи результатов измерения для экспресс анализаторов.
Область применения и рекомендации производителя.
Основной принцип выбора ИП заключается в следующем: точность
измерительного средства должна быть достаточно высокой по сравнению с
требуемой точностью измерения параметра а трудоемкость измерения и
стоимость ИП должны быть возможно более низкими. Необходимо все
измеряемые параметры внести в нижеследующую таблицу 1.
Таблица 1. Параметры контроля и управления
Выбираем ИП по диапазону измерения. Рабочее значение параметра
или возможный диапазон изменения параметра (x max -x min ) должны
находиться в третьей четверти или во второй трети диапазона измерения
ИП поскольку в этих диапазонах измерения характеристика ИП близка к
линейной. Итак диапазон измерения ИП – х N . Если дана требуемая
абсолютная погрешность измерения то определяем относительную
приведенную погрешность для выбранного диапазона измерения ИП.
у которого максимальная относительная
приведенная погрешность (класс точности) не превышает рассчитанную по
выражению (1). Если дана требуемая относительная погрешность измерения
то ИП выбираем следующим образом. Известно что
где Х – измеренное значение параметра. Согласно таблице 1 параметр
может изменяться от x min до x max . Поэтому для обеспечения более
высокой точности измерения по сравнению с требуемой определяем из
выражения (2) абсолютную погрешность полагая х= x min
Подставив выражение (3) в выражение (1) получаем значение
относительной приведенной
В этом случае также выбираем ИП с диапазоном измерения X N и
с максимальной относительной приведенной погрешностью (классом
точности) не превышающей γ (4).
Наиболее распространенные классы
точности ИП – 05; 025. Выбор измерительных преобразователей по другим
показателям для различных параметров охарактеризуем ниже.
1 Измерение температуры
термопреобразователи
сопротивления медные с выходным аналоговым
сигналом 4-20 мА и цифровым выходом RS-485. Тепловая
-30с. Для температуры от 0-5000С рекомендуются термопреобразователи
сопротивления платиновые с выходами 4-20мА и RS-485. Тепловая
термоэлектрические преобразователи хромель-алюмелевые с аналоговыми
сигналами. Тепловая инерционность 8 20 30 40 с.
температуры в диапазоне 500-20000С рекомендуются оптические
пирометры а температуры в диапазоне
одноцветные оптоволоконные пирометры.
2 Измерение давления
Для избыточного давления от 004 кПа до 100 МПа разрежения
от 004 до 630 кПа применяются интеллектуальные пьезорезистивные ИП с
выходными сигналами 4-20 мА и интерфейсом RS-485.
Для измерения уровня (в пересчете на гидростатическое давление от
до 250 кПа) рекомендуются ИП гидростатического давления на
пьезорезистивном эффекте.
Для измерения уровня с учетом характеристики среды применяют
ультразвуковые для диапазона 025-8 м температура среды
взрывоопасные агрессивные жидкости сыпучий и кусковой материал;
- радарные для диапазона 06-30 м температура среды
среда – пенообразные аэрированные вязкие взвеси клеи смолы пасты
полимеры сыпучие материалы;
- емкостные для диапазона 03-25 м температура среды 40- +2000С
среда – жидкости пульпы сыпучие и вязкие вещества в условиях
образования конденсата и высокой запыленности.
4 Измерение расхода жидких сред
Рекомендуются следующие ИП:
- электромагнитные для электролитов давление среды до 25 МПа
температура среды 50 - 1500 С скорость движения среды в трубопроводе
5-12 мс условный диаметр трубопровода Dу =32-200 мм среда невзрывоопасная в том числе пульпы с мелкодисперными твердыми
частицами (волокнистые суспензии);
- ультразвуковые в трубопроводе Dу =10-4200 мм температура среды
0 - +1800 С давление среды до 25 МПа среда – нефть нефтепродукты
- пьезорезистивные ИП перепада давлений в комплекте с диафрагмами
Dу =50-1200 мм давление среды 06-4 МПа среда – насыщенный и
5Измерение влажности материалов
- микроволновые для диапазона 4-12 % с коррекцией по температуре
окружающего воздуха и массе 1 м2 среда – бумажное и картонное полотно;
- инфракрасные для диапазона 0-50 % среда – бумажное картонное
целлюлозное полотно непрозрачные пленки сыпучий материал.
Выбор исполнительного устройства
Регулирующий орган (клапан) и привод исполнительного устройства
учитывающих особенности технологического процесса.
требуется учитывать его коэффициент
пропускной способности с учетом особенностей среды вида расходной
характеристики уровня кавитации конструктивных особенностей клапана
и вида движения его затвора.
Для расчета коэффициента пропускной способности клапана могут
быть использованы различные методы как традиционные так и специальные
компания Metso (Финляндия) при выборе клапанов применяет программный
Необходимо ясно представлять что правильный выбор клапана в
значительной степени будет определять качество процесса регулирования в
разрабатываемой САУ. Кроме того важно правильно выбрать рабочий
коэффициента передачи клапана в процессе работы САУ. Это в свою
процесса регулирования
технологического параметра.
выборе исполнительного механизма
(ИМ) исполнительного
устройства необходимо учитывать следующие факторы:
вид «ветви» ГСП (электрическая пневматическая или гидравлическая);
вид движения затвора регулирующего органа;
величину движущего момента или усилия на перемещение затвора
регулирующего органа;
конструктивные особенности регулирующего органа;
закон регулирования в САУ.
Основные рекомендации при выборе
использовать непосредственные связи
для соединения выходного
элемента ИМ (штока или вала) с затвором регулирующего клапана;
величина движущего момента или усилия привода ИМ должна
обеспечивать необходимую скорость ускорение и величину перемещения
затвора регулирующего клапана;
при выборе преобразователя в САУ учитывать вид выходного сигнала
с контроллера и закон регулирования в системе управления.
В качестве примера рассмотрим вариант
электрическим ИМ типа МЭО. Отечественная промышленность выпускает
МЭО двух видов: рычажные и фланцевые. В первом случае в САУ
необходимо использовать специальные тяги (кинематические соединения)
для сочленения МЭО с регулирующим органом. Такие САУ не могут
обеспечить как правило высокой точности регулирования из-за возможных
Во втором случае в САУ используется непосредственное
соединение МЭО с регулирующим органом. Эти системы обеспечивают
лучшую точность а также удобнее в эксплуатации. Электрические
МЭО применяются с тиристорными
усилителями трехпозиционного типа ФЦ или пускателями бесконтактными
реверсивными типа ПБР.
В качестве другого примера рассмотрим САУ с электрическим
прямоходным ИМ типа МЭП. В этом случае в системе необходимо
использовать регулирующий орган с прямоходным движением например
односедельчатый или двухседельчатый. Электрические исполнительные
механизмы типа МЭП также применяются с тиристорными усилителями
трехпозиционного типа ФЦ или пускателями бесконтактными реверсивными
Рассмотрим пример САУ с пневматическим ИМ. В зависимости от
вида регулирующего органа (поворотный или
непосредственное соединение
электропневматические
преобразователи или электропневматические позиционеры. Если к САУ
предъявляются повышенные требования к точности регулирования тогда
рекомендуется использовать
электропневматические позиционеры. В
последнее время в САУ находят все большее применение цифровые
(SMART) позиционеры фирмы Metso.
Выбор контролера ПТК
При разработке требований к ПТК необходимо учитывать концепцию
создания АСУ ТП связанную с особенностями разработки новой или
модернизации существующей АСУТП. В курсовом проекте по АТПиП при
требуется учитывать существующие на практике два
основных подхода при создании АСУ ТП: ПЛК (PLC- Programmable Logic
Controller)+ SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition) - система или
РСУ (DCS – Distributed Control System) - распределенная система
2 Выбор промышленного контроллера
В связи с тем что курсовой проект по АТПиП посвящен автоматизации
технологического процесса с разработкой конкретной САУ то в этом
разделе требуется выбрать только промышленный контроллер входящий в
модульные (проектно-компонуемые) а также PC-base или PC-совместимые
контроллеры СПЕКОН СК предназначенные для автоматизированного
теплоэнергетике имеющие объектно-ориентированное
программное обеспечение
табло и функциональную
можно создавать децентрализованные
производством распределением и потреблением тепловой энергии.
Имеется большое разнообразие моноблочных контроллеров для
автоматизации небольших объектов в различных отраслях промышленности
среди которых можно выделить Simatic S7-200 («Siemens») Simatic S7300C
ПТК КОНТАР («МЗТА») применяется для автоматизированного
кондиционирования воздуха
небольшими котельными и другими объектами в различных отраслях
промышленности и строительства. В состав ПТК КОНТАР входит
одноплатный контроллер типа МС или MR модули расширения и модули
для связи с сетями Lon и BacNet. В ПТК КОНТАР имеется большое
количество «готовых» запрограммированных контроллеров.
контроллеры вместе с SCADA- системами.
контроллер предназначенный для построения АСУ
низкой и средней сложности. Контроллер SIMATIC S7-300 широко
применяется в различных отраслях промышленности благодаря наличию в
своем составе: нескольких типов
модулей ввода-вывода
аналоговых и дискретных сигналов функциональных модулей способных
коммуникационных процессоров.
Программируемый контроллер SIMATIC S7-400. Это модульный
программируемый контроллер предназначенный для построения АСУ
и высокой сложности. Контроллер SIMATIC S7-400 находит
применение в различных отраслях промышленности благодаря
наличию в своем составе: нескольких модулей
центрального процессора
оснащенных встроенным
интерфейсом PROFIBUS-DP различных модулей ввода-вывода аналоговых
и дискретных сигналов функциональных
интерфейсных модулей (FM) и коммуникационных процессоров (СP) для
организации последовательной передачи данных по PtP интерфейсу а
также сетевого обмена данными.
Модульная конструкция контроллера Siemens SIMATIC S7-400 ( гибкие возможности расширения мощные коммуникационные возможности
практически любой сложности.
В промышленности также находят применение контроллеры CJ1 и
САУ котлоагрегатами и
другими технологическими объектами.
Одним из перспективных направлений является создание АСУ на
характеризуются следующим:
имеют классическую открытую структуру IBM
работают под управлением тех же операционных систем которые
используются в PC например Windows Uni
используются для разработки ПО для PC.
PC-base или PC-совместимые контроллеры по сравнению с остальными
обладают большей производительностью легче стыкуются с различными
SCADA MES ERP системами системами управления базами данных
открыты для большинства стандартов
области коммуникации
программирования они в среднем дешевле и проще в обслуживании. PCbase или PC-совместимые контроллеры могут использовать программное
обеспечение различных производителей имеют больший объем памяти
чем традиционные ПЛК возможности расширения модернизации а также
лучшего диагностирования. Однако эти контроллеры в целом
универсальности возможностью зависания с длительным временем рестарта
пониженной надежностью за счет множества компонентов (приложений) на
В промышленности находят применения наряду с зарубежными
контроллерами например ADAM 4500 ADAM 55105511 ADAM -6500
компании «Advantech» (Тайвань) Direct Logic 470 компании «Koyo
контроллер КРОСС- 500 (ОАО «АВС ЗЭ и М Автоматизация»).
(многофункциональные
контроллеры МФК МФК 3000 МФК 1500 ТКМ 52 ТКМ 410) охватывает
практически все возможные задачи от автоматизации отдельных агрегатов и
установок до создания АСУ ТЭС и ТЭЦ.
построение недорогих и надежных АСУ
технологическими процессами
различных классов (простые и сложные медленные и быстрые) в различных
отраслях промышленности. Контроллер КРОСС-500 является проектно
компонуемым изделием состав которого определяет пользователь в
зависимости от решаемых задач.
При выборе контроллера для АСУ необходимо учитывать что PCнесовместимые
промышленным системам управления. Они в целом более надежны. В них
шире используются возможности связи с различными полевыми шинами. В
этой связи они находят более широкое применение в АСУ технологическими
процессами и производствами.
Передаточные функции объектов управления
Барабанная сушильная установка Передаточная функция по каналу:
расход мазута – температура в топке
Передаточная функция по каналу расход мазута – влажность сухого
концентрата на выходе сушильной установки
Передаточная функция по каналу: расход сырого концентрата влажность сухого концентрата на выходе сушильной установки
Выбор способа управления
следующими способами.
Изменением скорости вращения сушильного барабана.
газов(теплоносителя)
ступающих в сушильный барабан. Температурой теплоносителя можно
управлять расходом мазута в топку или расходом воздуха в камеру
разбавления после топки.
Изменением скорости движения топочных газов в сушильном
барабане. Это возможно в свою очередь с помощью изменения разрежения
в топке то есть расхода уходящих газов.
Управление влажностью изменением скорости вращения сушильного
барабана нецелесообразно вследствие большой длины барабана и возможного увеличения нагрузки на электропривод сушильного барабана.
Управление влажностью изменением скорости движения топочных
газов также неэффективно так как например при уменьшении скорости
движения увеличивается отложение материала на стенках дымовой трубы и
ухудшается процесс управления разрежением в верхней части топки.
Наиболее целесообразным и эффективным является управление
изменением температуры топочных газов поступающих в сушильный
барабан за счет изменения расхода мазута.
Этот способ управления следует реализовать по каскадной схеме.
Внутренний стабилизирующий контур – САУ температурой газов в
Внешний задающий контур – САУ влажностью высушенного
Рис. 3. Функциональная схема предлагаемой САУ влажностью
материала после барабанной сушилки.
В связи с тем что ранее была выбрана каскадная САУ влажностью
материала разрабатываем новую функциональную схему САУ (рис. 3).
производится его обработка и выдается управляющий
сигнал в виде задания внутреннему контуру – САУ температурой в топке.
Спецификация на технические средства автоматизации
Измерительный блок ММ710 обеспечивает получение калиброванных
результатов измерения влажности. Интерфейс Gaude Port обеспечивает связь
прибора с внешними устройствами (токовые и цифровой выходы) и удобное
питание измерительного блока напряжением 24В постоянного тока. Кроме
обычных аналоговых и цифрового выхода Gaude Port обеспечивает
подключение к сети Fieldbus и релейные выходные сигналы.
Выносной индикатор SDU устанавливается рядом с измерительным
блоком и позволяет вести наблюдение за результатами измерений.
Кроме функции индикации SDU имеет
специальную клавиатуру
используемую в качестве средства управления при взятии проб в период
Техническая структура (рис.4) отражает реализацию управления на
аппаратном уровне и показывает общую взаимосвязь уровней управления.
На технологическом уровне находятся первичные преобразователи
измерительные преобразователи и исполнительные механизмы.
Аналоговые и дискретные сигналы поступают в УСО которые
преобразуют эти сигналы в цифровой формат и передают их по локальной
шине в центральное процессорное устройство (ЦПУ) контроллера. Роль
устройства управления выполняет GE Fanuc 90-30 с установленным
УСО являются безынициативными устройствами работающими под
посредством ШИМ (широтно-импульсной модуляции).
На цеховом уровне находится непосредственно программируемый
подключенных входных устройств и производит выдачу управляющих
сигналов на ИМ через промежуточное реле и усилители ПБР-2М.
Контроллер используется также для связи с диспетчерским уровнем.
Модули входоввыходов устанавливаются непосредственно на панели ЦПУ.
Здесь также реализована система резервирования АРМ с помощью установки
панели оператора ОР-27.
На диспетчерском уровне располагаются станции в виде IBM PCсовместимых компьютеров которые
обеспечивают диспетчеризацию
автоматики. Роль индустриальной шины играет HUB связывающий все
устройства диспетчерского уровня.
HUB (концентратор) обладает следующими характеристиками:
соответствие спецификации IEEE 802.3 и 10 BASE-T стандарту;
обеспечение 12 независимых входных портов;
«ширина полосы» до 10 МГ
обеспечение фильтрации и пересылки функций для каждого порта
0 % фильтрация пересылка пакетов со скоростью 14800 пакс;
Визуальное отображение состояния использования портов.
Рисунок 4 Структурная схема САУ влажностью материала барабанной
Панель оператора подключена непосредственно к контроллеру через
интерфейс RS-232 и в случае отказа HUB позволит оператору производить
управление до устранения неисправности.
Компьютер с установленным на нем SCADA-пакетом является АРМ
оператора. С данного компьютера оператор осуществляет контроль и
управление объектом.
Сервер данных является промежуточным звеном в цепи оператор –
контроллер. В нем архивируются данные с контроллера. Инженерная станция
предназначена для специалистов группы АСУТП. Посредством данной
станции можно производить мониторинг и программировать контроллер в
Отдельная информационная линия предназначена для вывода текущей
информации в локальную сеть группы АСУТП. Для усиления сигналов здесь
устанавливается сетевой модем.
Внедрение автоматической системы управления технологическим
материальные энергетические и трудовые затраты на проведение процесса
улучшаются и другие показатели.
Библиографический список.
В.А. Голубятников В.В. Шувалов «Автоматизация производственных
химической промышленности» М.: Химия 1985 г. 342с.
Ю.К. Мелюшев «Основы автоматизации химических производств и
вычислений» М.: Химия1982 г.378с.
Е.Ф. Шкатов В.В. Шувалов «Основы автоматизация ТП в ХП» М.:
В.В. Шувалов Г.А. Огаджанов В.А. Голубятников «Автоматизация
производственных процессов химической промышленности» М.: Химия

Содержание типового КП.doc

Содержание типового курсового проекта
Разработка технологического процесса изготовления детали
Анализ конструкции детали
Выбор метода получения заготовки
Разработка технологического процесса
Технологический процесс завода краткая характеристика аппаратного
Задачи автоматизации
Технология работы линии
Характеристика технологического оборудования
Описание технологического процесса
Характеристика применяемых в процессе материалов
Структура системы управления
Устройство и принцип работы системы управления
Обоснование выбора контролируемых и сигнализируемых величин
Обоснование выбора средств автоматизации
Проектирование автоматической линии
Разработка структурной схемы автоматической линии
Выбор оптимального варианта структурной схемы автоматической линии
Выбор и компоновка технологического оборудования
Выбор и компоновка транспортных средств
Выбор метода и средств контроля
Планировка автоматической линии
Составление циклограммы автоматической линии
Синтез принципиальной схемы управления
Синтез принципиальной схемы бесконтактного логического управляющего
устройства промышленной автоматики
Словесное описание действия устройства
Анализ устройства и определение входных и выходных параметров
Синтез циклограммы работы устройства
Разработка мнемосхемы процесса автоматизации в ПО Wonderware InTouch
Анализ проведённой работы
Электроснабжение линии
Описание схемы автоматизации
Спецификации на приборы контроля и регулирования
Техника безопасности при монтаже систем автоматики
Графическая часть: 4 листа формата А2.
– Функциональная схема автоматизации. Схема контролируемых и
сигнализируемых величин направление информационных потоков. Структурная
схема автоматической линии циклограмма работы.
– Структурная схема системы управления.
– Схема алгоритма управления.
– Спецификации на приборы контроля и регулирования