Методические указания для выполнения практических занятий

Методические указания для выполнения практических занятий

 

Практическая работа № 1

Типовые структуры и средства АСУ ТП

 

Цель работы: изучение принципов построения и типовых структур современных автоматизированных систем управления технологическими процессами.

 

Локальные системы контроля, регулирования и управления

Локальные системы контроля, регулирования и управления ЛСКРУ (рис.1.2) эффективны при автоматизации технологически незави­симых объектов с компактным расположением основного оборудо­вания и несложными целями управления (стабилизация, програм­мное управление) при хорошо отработанной технологии и стационарных условиях эксплуатации. Локальные регуляторы (ЛР) могут быть аналоговыми, цифровыми, одно- или многоканальными. Нали­чие человека-оператора в системе позволяет использовать эту структуру на объектах с невы­соким уровнем механизации и надежности технологического обору­дования, осуществлять общий контроль за выполнением технологического процесса и ручное управление (РУ). Структура ЛСКРУ соответ­ствует классической структуре систем управления: содержит датчи­ки измеряемых переменных (Д) на выходе ТОУ, автоматические регуляторы, исполнительные устройства (ИУ), передающие коман­ды управления (в том числе, оператор в режиме ручного управле­ния) на регулирующие органы ТОУ. Устройство связи с оператором состоит, как правило, из измерительных, сигнализирующих и реги­стрирующих приборов.

План практического занятия

1. Для заданного преподавателем технологического объекта (производства) выбрать соответствующую структуру АСУ ТП.

 

Рекомендуемая литература

1. Проектирование систем автоматизации технологических процессов: Справ.пособие / [А.С. Клюев, Б.В. Глазов, А.Х. Дубровский, А.А. Клюев]; Под ред. А.С. Клюева. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 464 с.: ил.

2. Родионов В.Д., Терехов В.А., Яковлев В.Б. Технические средства АСУ ТП: Учеб. пособие для вузов / Под ред. В.Б. Яковлева. – М.: Высш. шк., 1989. с.29-72.

3. Эм Г.А. Элементы систем автоматики: Учеб. пособие. – Караганда, КарГТУ, 2007. С.22-27.

Контрольные задания для СРС [1-3]

1. Подготовить ответы на контрольные вопросы.

2. Проанализировать современное состояние и перспективы развития современных автоматизированных систем управления технологическими процессами.

Практическая работа №2

Принципы функциональной и топологической децентрализации

 

Цель работы: изучение основных типов децентрализованных структур АСУ ТП, ознакомление с различными вариантами топологической децентрализации и характеристикой современных типов интерфейсов АСУ ТП.

 

Общие сведения

Развитие АСУ ТП на современном этапе связано с широким использованием для управления микропроцессоров и микроЭВМ, стоимость которых с каж­дым годом становится все более низкой по сравнению с общими затратами на создание систем управления. До появления микропро­цессоров эволюция систем управления технологическими процесса­ми сопровождалась увеличением степени централизации. Однако возможности централизованных систем теперь уже оказываются ограниченными и не отвечают современным требованиям по надеж­ности, гибкости, стоимости систем связи и программного обеспече­ния.

Переход от централизованных систем управления к децентра­лизованным вызван также возрастанием мощности отдельных технологических агрегатов, их усложнением, повышением требова­ний по быстродействию и точности к их работе. Централизация систем управления экономически оправдана при сравнительно небольшой информационной мощности (число каналов контроля и регулирования) ТОУ и его территориальной сосредоточенности. При большом числе каналов контроля, регулирования и управле­ния, большой длине линий связи в АСУ ТП децентрализация структуры системы управления становится принципиальным мето­дом повышения живучести АСУ ТП, снижения стоимости и эксплу­атационных расходов.

Наиболее перспективным направлением децентрализации АСУ ТП следует признать автоматизированное управление процессами с распределенной архитектурой, базирующееся на функциональ­но-целевой и топологической децентрализации объекта управ­ления.

 

План практического занятия

1. Для заданного преподавателем технологического объекта (производства) выбрать соответствующую структуру распределенной АСУ ТП и тип интерфейса.

 

Рекомендуемая литература

1. Проектирование систем автоматизации технологических процессов: Справ.пособие / [А.С. Клюев, Б.В. Глазов, А.Х. Дубровский, А.А. Клюев]; Под ред. А.С. Клюева. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 464 с.: ил.

2. Справочник по средствам автоматики / [Б.И. Филиппович, А.П. Шорыгин, В.А. Царьков и др.]; Под ред. В.Э. Низэ и И.В. Антика. – м.: Энергоатомиздат, 1983. – 504 с.

3. Родионов В.Д., Терехов В.А., Яковлев В.Б. Технические средства АСУ ТП: Учеб. пособие для вузов / Под ред. В.Б. Яковлева. – М.: Высш. шк., 1989. с.29-72.

4. Эм Г.А. Элементы систем автоматики: Учеб. пособие. – Караганда, КарГТУ, 2007. С.16-20, 27-31.

Контрольные задания для СРС [1-4]

1. Подготовить ответы на контрольные вопросы.

2. Проанализировать современное состояние и перспективы развития интерфейсов систем автоматики.

 

Практическая работа №3

Общие сведения

Функциональная схема автоматизации является основным техническим документом, определяющим функциональную структуру и объем автоматизации технологических установок, отдельных машин, механизмов и агрегатов, выполняющих технологический процесс.

Функциональная схема автоматизации представляет собой чертеж, на котором схематически, условными обозначениями изображены: технологическое оборудование, коммуникации, органы управления и средства автоматизации (приборы, регуляторы, вычислительные устройства, элементы телемеханики) с указанием связей между технологическим оборудованием и элементами автоматики, а также связей между отдельными элементами автоматизации. Вспомогательные устройства, такие как редукторы и фильтры для воздуха, источники питания, автоматические выключатели и предохранители в цепях питания, соединительные коробки и другие устройства и монтажные элементы, на функциональных схемах автоматизации не показываются.

Для сложных технологических процессов с большим объемом автоматизации схемы могут быть выполнены раздельно по видам технологического контроля и управления, т.е. отдельно выполняют схемы автоматического управления, контроля и сигнализации. Для объектов с несложными технологическими процессами и простыми системами контроля управления функциональные схемы автоматизации могут не составляться. Их заменяют перечнями систем контроля, регулирования, управления и сигнализации.

Прочитать функциональную схему автоматизации означает определить из нее:

1) параметры технологического процесса, которые подлежат автоматическому контролю и регулированию;

2) наличие защиты и аварийной сигнализации;

3) принятую блокировку механизмов;

4) организацию пунктов контроля и управления;

5) функциональную структуру каждого узла контроля, сигнализации, автоматического регулирования и управления;

6) технические средства, с помощью которых решается тот или иной функциональный узел контроля, сигнализации, автоматического регулирования и управления.

Чтобы прочитать функциональную схему автоматизации, необходимо знать принципы построения систем технологического контроля и управления и условные изображения технологического оборудования, трубопроводов, приборов и средств автоматизации, функциональных связей между отдельными приборами и средствами автоматизации, а также иметь представление о характере технологического процесса и взаимодействии отдельных установок и агрегатов технологического оборудования [1-3].

 

Примеры построения условных обозначений приборов и средств автоматизации на функциональных схемах

Приборы, средства автоматизации, электрические уст­ройства и элементы вычислительной техники на функцио­нальных схемах автоматизации показывают в соответствии с действующим ГОСТ 21.404-85.

В отдельных случаях при отсутствии в стандартах не­обходимых изображений могут быть использованы нестан­дартные изображения, которые, выполняют на основе ха­рактерных признаков изображаемых устройств.

В ГОСТ 21.404-85 принята система обозначений по функциональному признаку, выполняемому данным при­бором или средством автоматизации.

Первичные измерительные преобразователи, отборные и приемные устройства, встраиваемые в технологические ап­параты и трубопроводы (бобышки, карманы, расширители и т.п.), на функциональных схемах автоматизации не по­казывают.

Ряд приемных устройств по своей конструкции и прин­ципу действия не требуют непосредственного контактирования с измеряемой средой (радиоактивные устройства — коллиматоры, видеоприемные устройства и т.п.). Их устанавливают и соответственно изображают на функцио­нальных схемах в непосредственной близости от объекта измерения.

Регуляторы прямого действия изображают как совокуп­ность отборного устройства (или первичного преобразова­теля), линии связи и регулирующего органа (рис.3.1, а).

 

Рисунок 3.1 − Примеры изображения условных обозначений приборов и средств автоматизации упрощенным (а) и развернутым (б) способами

 

Изображение комплектов приборов и средств автомати­зации на функциональных схемах может быть выполнено упрощенным или развернутым способом.

Упрощенный способ применяют в основном для изобра­жения приборов и средств автоматизации на технологиче­ских схемах. При упрощенном способе на схемах не пока­зывают первичные измерительные преобразователи и всю вспомогательную аппаратуру. Приборы и средства автома­тизации, осуществляющие сложные функции (контроль, регулирование, сигнализацию и т.п.) и выполненные в виде отдельных блоков, изображают одним условным графиче­ским обозначением.

Развернутый способ применяют для выполнения функ­циональных схем автоматизации, когда каждый прибор или блок, входящий в единый измерительный, регулирующий или управляющий комплект, показывают отдельным услов­ным графическим изображением.

Пример 3.1. На рис.3.1,а изображен участок технологического трубопровода, на котором упрощенным способом показан функциональ­ный узел автоматического регулирования расхода технологического сырья. Первичный измерительный преобразователь (диафрагма или сопло) в данном случае не показан. Место установки первичного пре­образователя обозначено пересечением линий технологического трубо­провода с линией, связывающей этот преобразователь с условным обо­значением прибора, осуществляющего сложные функции. На рис.3.1,б изображен тот же узел, что и на рис.3.1,а, но только развернутым способом.

В системах технологического контроля и управления ча­сто применяют комбинированные и комплексные устройст­ва, например комбинированные измерительные и регули­рующие приборы, машины централизованного контроля, по­лукомплекты телемеханики, устройства телевидения и т. п. Такие устройства обозначают прямоугольником произволь­ных размеров с указанием внутри прямоугольника типа уст­ройства по документации завода-изготовителя.

 

План практического занятия

1. Для заданного преподавателем технологического объекта (производства) разработать функциональную схему автоматизации с соответствующими измерительными преобразователями, приборами и средствами автоматизации.

2. Дать подробное описание разработанной схемы.

3. Выбор приборов и средств автоматизации обосновать.

 

Рекомендуемая литература

1. Техника чтения схем автоматического управления и технологического контроля / А.С. Клюев, Б.В. Глазов, М.Б. Миндин, С.А. Клюев; Под ред. А.С. Клюева. – М.: Энергоатомиздат, 1991. С.105-118.

2. Проектирование систем автоматизации технологических процессов: Справ.пособие / [А.С. Клюев, Б.В. Глазов, А.Х. Дубровский, А.А. Клюев]; Под ред. А.С. Клюева. – М.: Энергоатомиздат, 1990. С.25-43.

3. Фешин Б.Н. Автоматизация промышленных установок и технологических комплексов: Учеб. пособие. – Караганда: КарГТУ, 2000. С.42-44.

4. Эм Г.А. Элементы систем автоматики: Учеб. пособие. – Караганда, КарГТУ, 2007. С.134-142.

Контрольные задания для СРС [1-4]

1. Подготовить ответы на контрольные вопросы.

2. Прочитать и подробно разобрать функциональную схему автоматизации, приведенную на рис. 3.2. Сравнить ее со схемой на рис. 3.3.

Практическая работа №4

Общие сведения

На основе анализа технологической схемы и существующих приборов и средств автоматизации, применяемых в заданном технологическом процессе, формулируются основные требования к приборам и средствам автоматизации, которые можно подразделить на следующие:

а) функциональные требования, включая технические характеристики;

б) требования, выдвигаемые физическими условиями работы (искро- и
взрывобезопасность, вибростойкость, влагонепроницаемость, защищенность от агрессивной среды и т.п.);

в) требования по надежности и ремонтопригодности;

г) весовые и габаритные требования на всю систему автоматизации в целом и на отдельные ее элементы (приборы и средства автоматизации);

д) требования инженерной психологии, связанные с недопустимостью
ошибок при эксплуатации системы автоматизации человеком, организация рабочего места оператора и т. п.

Следует иметь в виду, что условия окружающей среды в местах установки средств автоматизации определяют возможность их применения, особенность работы службы эксплуатации, а в отдельных случаях и работоспособность агрегатов, линий и производств.

Условия пожаро-, взрывоопасности объекта и агрессивности окру-
жающей среды, а также требования к быстродействию, дальности передачи
сигналов информации и управления являются определяющими при выборе
средств автоматизации по виду энергии носителя сигналов (электрической, пневматической, гидравлической и др.) в канале связи. Так, для пожаро- и взрывоопасных технологических процессов (установок) в большинстве случаев применяют пневматические средств автоматизации; при высоких требованиях к быстродействию и значительных расстояниях между источниками и приемниками сигналов информации применяют, как правило, электрические и комбинированные средств автоматизации.

Также необходимо ориентироваться на использование серийно выпускаемых средств; при этом следует учитывать, что средства автоматизации общепромышленного применения предназначены для усреднённых промышленных условий эксплуатации и не все они могут удовлетворять работе отдельных предприятий.

Следует стремиться к применению однотипных приборов и ТСА, пред-
почтительно унифицированных комплексов, характеризующихся простотой сочетания, взаимозаменяемостью и удобством компоновки на щитах автоматики. Использование однотипных (унифицированных) средств даёт значительные эксплуатационные преимущества как с точки зрения их настройки, так и при техническом обслуживании и ремонте.

В проектируемые системы автоматизации необходимо закладывать средства автоматизации с тем классом точности, который определяется действительными требованиями объекта автоматизации. Как известно, чем выше класс средства измерения, тем более сложной является конструкция прибора, тем выше его стоимость, сложнее эксплуатация.

Количество приборов и средств автоматизации на оперативных щитах и пультах должно быть ограниченным. Излишек аппаратуры является не менее вредным, чем её недостаток: усложняет эксплуатацию, отвлекает внимание обслуживающего персонала от наблюдений за основными приборами, определяющими ход технологического процесса, удлиняет сроки монтажных работ, увеличивает стоимость автоматизируемого объекта [1,3].

 

Выбор датчика

Выбор датчика технологического параметра определяется физической
природой этого параметра. При этом анализируются технические характеристики и возможности всего ряда датчиков, пригодных для измерения регулируемой (контролируемой) величины.

в процессе выбора датчика в первую очередь необходимо
учитывать характеристики контролируемой и окружающей сред (температуру, влажность, давление и т.д.), в которых придётся работать датчику. Также учитываются условия, в которых находится контролируемый параметр (в трубопроводах, в открытых емкостях под атмосферным давлением, в закрытых емкостях под избыточным давлением и т.д.). В зависимости от условий окружающей среды выбирают исполнение датчика (искробезопасное, тропическое и т.д.).

Диапазон действия датчика выбирается с учетом минимальных и максимальных длительных значений регулируемой величины. Здесь необходимо учитывать, что необоснованно завышенный диапазон действия датчика снижает точность контроля (измерения).

Погрешность датчика не должна превышать допустимой погрешности
контроля (измерения) регулируемой величины, которая определяется технологией производства и погрешностью регулирования по выбранному каналу управления.

Датчик должен выбираться с учетом передачи сигнала в последующие
элементы системы автоматизации. Это значит, что выходной сигнал датчика
должен соответствовать сигналу связи, принятому в проектируемой системе. Число выходных сигналов датчика (количество выходных преобразователей) определяется принятым составом функциональной схемы автоматизации.

При выборе датчика необходимо установить возможность обеспечения
условий для нормальной работы выбранного датчика, обеспечивающих паспортные параметры датчика в предлагаемом месте его установки. Так, например, для обеспечения нормальной работы диафрагменного расходомера объемного расхода необходимо иметь длину прямолинейного участка трубопровода 10 D до и 20 D после расходомера, где D – диаметр трубопровода. Для нормальной работы щелевого расходомера объемного расхода необходимо обеспечить перепад высот (уровней) трубопровода и т.д.

В ряде случаев следует учитывать электромагнитную (магнитную) совместимость датчика с другими элементами системы автоматизации и технологического оборудования.

Немаловажное значение имеет стоимость датчика, зависящая от сложности его изготовления, стоимости чувствительного элемента, протяженности необходимых линий связи и масштабов производства (крупносерийные изделия предпочтительнее).

Наконец, необходимо учитывать также фактор морального устаревания
технических средств за промежуток времени между созданием проекта системы автоматизации и его воплощением, что вынуждает предъявлять более жесткие требования в отношении новизны и перспективности применяемых датчиков и других технических средств автоматизации [1,3].

 

Контрольные вопросы

1. Какие основные требования предъявляются к приборам и средствам автоматизации?

2. Какой последовательностью действий необходимо руководствоваться при определении состава функциональной схемы?

3. Какие критерии используют при выборе датчиков?

План практического занятия

1. Для заданного преподавателем технологического объекта (производства) выбрать соответствующие датчики и средства автоматизации.

2. Обосновать выбор типа и исполнения приборов и средств автоматизации.

 

Рекомендуемая литература

1. Проектирование систем автоматизации технологических процессов: Справ.пособие / [А.С. Клюев, Б.В. Глазов, А.Х. Дубровский, А.А. Клюев]; Под ред. А.С. Клюева. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 464 с.: ил.

2. Промышленные приборы и средства автоматизации: Справочник / В.Я. Баранов, Т.Х. Безновская, В.А. Бек и др.; Под общ. ред. В.В. Черенкова. – Л.: Машиностроение, 1987. – 817 с.: ил.

3. Справочник по средствам автоматики / [Б.И. Филиппович, А.П. Шорыгин, В.А. Царьков и др.]; Под ред. В.Э. Низэ и И.В. Антика. – м.: Энергоатомиздат, 1983. – 504 с.: ил.

 

Контрольные задания для СРС [1-3]

1. Подготовить ответы на контрольные вопросы.

2. Сформулировать основные и дополнительные критерии при выборе типа и исполнения приборов и средств автоматизации.

 

Методические указания для выполнения практических занятий

 

Практическая работа № 1