Проектирование систем автоматизации

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ

Методические указания к дипломному проектированию

для студентов химико-технологических специальностей

 

Составители Н. М. Шаулева

И. А. Лобур

 

Утверждены на заседании кафедры

Протокол № от.04.2010

 

Рекомендованы к печати

учебно-методической комиссией

специальности

Протокол № от.04.2010

 

Электронная копия находится

в библиотеке ГУ КузГТУ

 

Кемерово 2010

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ.. 2

РАЗДЕЛ 1. ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТА АВТОМАТИЗАЦИИ.. 3

РАЗДЕЛ 2. ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ.. 4

Раздел 3. РАЗРАБОТКА ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ.. 5

3.1. Функциональная схема автоматизации объекта на базе программируемых контроллеров и персональных компьютеров. 10

3.2. Спецификация средств автоматизации. 13

РАЗДЕЛ 4. ЛОГИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ ОБЪЕКТОМ... 15

Приложение 1. 18

Приложение 2. 22

Приложение 3. 33

Список рекомендуемой литературы.. 37

 

ВВЕДЕНИЕ

Темой данного раздела дипломного проекта (работы) является актуальный технический вопрос, относящийся к совершенствованию или разработке системы автоматического управления применительно к промышленной установке, технологическому комплексу или предприятию в целом.

Базой (исходными данными) для выполнения раздела дипломного проекта являются производственные условия конкретного предприятия.

Предметом проектирования являются системы автоматизации технологических процессов и оборудования (агрегатов, установок, комплексов машин, технологических линий), действующие в условиях промышленного производства на предприятиях химической индустрии.

Проектируемые системы должны решать комплекс задач автоматизации технологического уровня:

- контроль технологических параметров работы и состояния оборудования и системы управления (измерение, сигнализация, учет, регистрация параметров, диагностика);

- стабилизация параметров технологического процесса или их изменение во времени по заданному закону (автоматическое регулирование режимов работы оборудования);

- оптимизация работы технологического оборудования;

- дискретное управление последовательностью и длительностью технологических операций по заданной программе и (или) в заданной зависимости от состояния технологического оборудования;

- защита оборудования и оперативного персонала в аварийных ситуациях;

- управление пуском и остановом оборудования (ввод объекта управления в работу и оперативное прекращение его функционирования).

Системы управления должны выполняться на базе микропроцессорных средств автоматики (управляющих компьютеров, программируемых контроллеров, управляющих вычислительных сетей).

Этот раздел является творческой частью проекта. Состав подразделов, содержание и объем их выполнения могут изменяться в зависимости от темы по согласованию с руководителем проекта.

Раздел состоит из двух частей – текстовой и графической части. Рекомендуется следующий состав разделов:

Раздел 1. Характеристика объекта автоматизации

Раздел 2. Техническое задание

Раздел 3. Разработка функциональной схемы системы автоматизации

3.1. Функциональная схема автоматизации объекта на базе программируемых контроллеров и персональных компьютеров

3.2. Спецификация средств автоматизации

Раздел 4. Логическое управление объектом

 

Список литературы, рекомендуемый студентам к использованию при разработке схем и программного обеспечения системы автоматизации, выборе технических средств, для ее реализации приведен в конце настоящих методических указаний.

Далее рассматриваются принципы и примеры выполнения разделов 1-4.

РАЗДЕЛ 2. ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

Техническое задание представляет собой совокупность технических требований к разрабатываемой системе автоматизации. Эти требования формируются на основе данных о свойствах объекта и возможных системах и средствах его автоматизации.

Стадия технического задания включает в следующие этапы:

· определение цели и критериев качества функционирования ХТП как объекта управления;

· определение структуры технологического объекта управления, входных воздействий (возмущающих и управляющих), выходных координат и взаимосвязей между ними.

Основная задача при разработке системы управления состоит в подборе технологических параметров, необходимых для контроля (диагностирования), управления (регулирования) и анализа предаварийного состояния ТОУ. Желательно по минимально возможному числу выбранных параметров получить полное представление о состоянии и свойствах ТОУ.

Технические требования могут быть направлены на реализацию как известных, так и новых функций системы с целью повышения качества управления (быстродействия, точности), улучшения технико-экономических показателей работы объекта (повышение производительности и безопасности, снижение расхода электроэнергии и материалов, высвобождение обслуживающего персонала и т. п.), а также на модернизацию технических средств автоматизации (повышение надежности системы, создание комфортных условий для оперативного персонала и др.).

Следует помнить, что состав технических требований определяет структуру, функции и эффективность проектируемой системы автоматизации. Поэтому к их формированию следует относиться с большой ответственностью.

Технические требования к проектируемой системе автоматизации рекомендуется разделить на следующие группы:

· функциональные требования, которые включают в себя перечень локальных систем автоматизации (регулирования, контроля, сигнализации, защиты и блокировки), основные показатели и характеристики этих систем;

· конструктивные требования, определяемые условиями эксплуатации технических средств, требованиями к их компоновке на щитах, пультах, в шкафах и т. д.;

· требования эффективности работы системы: надежность и долговечность, срок окупаемости капитальных затрат и т. д.

В пояснительной записке требования могут быть изложены в виде таблиц, либо пунктами текста.

Функциональные требования рекомендуется оформлять в виде табл. 1, в которой показан пример заполнения.

В Приложении 1 представлена методика выбора регулируемых параметров объектов управления, возмущающих воздействий, параметров контроля, сигнализации для проектируемых систем.

Раздел 3. РАЗРАБОТКА ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ схемы СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ

Функциональная схема автоматизации (ФСА) является важнейшим техническим документом, определяющим функциональную структуру, состав и расположение технических средств проектируемой системы автоматизации.

 

 

Таблица 1

Технические данные для проектирования установки контрольно-измерительных приборов,

автоматических регуляторов, сигнализаций, блокировок и дистанционного управления

 

№

Место установки и наименование контролируемого, регулируемого или блокируемого параметра или дистанционного управления

Количество одинаковых точек

Контроль (регистрация, показание, сигнализация, управление)

Место установки прибора (ЦПУ, по месту)

Химический состав, вязкость и плотность контролируемой среды

Нормальные или предельные значения

Расход (или уровень), м^3/ч

Диаметр и материал трубопровода

Примечание

Температура, °С

Давление, кгс/м^2

макс.

сред.

мин.

Трубопровод воздуха а) перепад давления перед камерой смешения PRSAL–605

1) регистрация

ЦПУ

воздух

–39÷40

50÷400

219´6 ст. 20

новый отбор

2) сигнализация понижения давления (световая, звуковая)

min 100

для блокировки добавлено НА 601/4,5 и новые установки

3) блокировка: а) закрытие автоматическое (отсекатель НА-601/1,2 и открытие НА 601/3); б) открытие отсекателя на азоте НА 601/4; в) закрытие НА 601/5 (наличие воздуха при минимальном давлении); г) отключение блокировки кнопкой «деблокировано»

min 40

б) расход FRC-603

1) регистрация

ЦПУ

–39÷40

0,1

219´6 ст. 20

проверить существующую диафрагму, условия ее установки

2) автоматическое регулирование соотношения расходов реакционного водорода и воздуха изменением подачи воздуха (регулирующий клапан)

ФСА выполняется на основе технических требований к системе, представленных в табл. 1, и оформляется в соответствии с действующими стандартами.

При разработке ФСА решаются вопросы выбора современных технических средств автоматизации (датчиков, исполнительных устройств, программируемых логических контроллеров (ПЛК), управляющих компьютеров) для реализации заданных функций системы и вопросы их размещения на технологическом оборудовании, щитах, пультах, шкафах и т. д. при решении этих задач следует использовать результаты обзора технических средств автоматизации. Путем анализа стоимостных, метрологических и эксплуатационных характеристик технических средств, делают окончательный выбор и оформляют спецификацию технических средств системы автоматизации.

Примеры построения условных обозначений приборов и средств автоматизации приведены в Приложениии 3.

 

Приложение 1

Приложение 2

Приложение 3

Примеры построения условных обозначений приборов и средств автоматизации

	Первичный измерительный преобразователь для измерения температуры, установленный по месту Примеры: термоэлектрический преобразователь (термопара) типа ТХА‑0515, термопреобразователь сопротивления, термобаллон манометрического термометра, датчик пирометра и т.д.)
	Прибор для измерения температуры показывающий, установленный по месту Примеры:термометры ртутный, манометрический и т.д.
	Прибор для измерения температуры показывающий, установленный на щите Примеры:милливольтметр, логометр, потенциометр (типа КСП и др.), мост автоматический (типа КСМ и др) и т.д.
	Прибор для измерения температуры бесшкальный с дистанционной передачей показаний, установленный по месту. Примеры: термометр манометрический (или любой другой датчик температуры) бесшкальный с пневмо- или электропередачей
	Прибор для измерения температуры одноточечный, регистрирующий, установленный на щите Примеры: милливольтметр самопишущий, логометр, потенциометр и т.д.)
	Прибор для измерения температуры с автоматическим обегающим устройством, регистрирующий, установленный на щите Примеры: многоточечный самопишущий потенциометр КСП-4, мост автоматический
	Прибор для измерения температуры регистрирующий, регулирующий, установленный на щите Примеры: самопишущий потенциометр КСП-4 термоэлектрического термометра с встроенным регулирующим устройством
	Регулятор температуры бесшкальный, установленный по месту Примеры:дилатометрический регулятор температуры и д.р.
	Комплект для измерения температуры регистрирующий, регулирующий, снабженный станцией управления, установленный на щите Примеры:пневматический вторичный прибор, например, ПВ 10.1Э системы «Старт» с регулирующим блоком ПР 3.31)
	Прибор для измерения температуры бесшкальный с контактным устройством, установленный по месту Пример: реле температурное
	Байпасная панель дистанционного управления, установленная на щите
	Переключатель электрических цепей измерения (управления), переключатель для газовых (воздушных) линий, установленный на щите

Продолжение приложения 3

	Прибор для измерения давления (разряжения), показывающий, установленный по месту Примеры: любой показывающий манометр (электроконтактный манометр ЭКМ-1), дифманометр, напоромер и т.д.)
	Прибор для измерения перепада давления показывающий, установленный по месту Пример: дифманометр показывающий
	Прибор для измерения давления (разряжения) бесшкальный с дистанционной передачей показаний, установленный по месту Примеры: манометр (дифманометр) бесшкальный с пневмо- или электропередачей (преобразователь абсолютного давления Сапфир-22М-ДА-2020 с верхним пределом измерений 2,5...10 кПа; манометр сильфонный с пневмовыходом 0,02…0,1 МПа типа МС-П1)
	Прибор для измерения давления (разряжения) регистрирующий, установленный на щите Примеры: самопишущий манометр или любой другой вторичный прибор для регистрации давления
	Прибор для измерения давления с контактным устройством, установленный по месту Пример: реле давления
	Прибор для измерения давления (разряжения) показывающий с контактным устройством, установленный по месту Пример:электроконтактный манометр, вакуумметр
	Регулятор давления прямого действия
	Первичный измерительный преобразователь для измерения расхода, установленный по месту Примеры: диафрагма (ДК 6-100), сопло, труба Вентури, датчик индукционного расходомера и т.д.
	Прибор для измерения расхода бесшкальный с дистанционной передачей показаний, установленный по месту Примеры: бесшкальный дифманометр (преобразователь измерительный разности давлений Сапфир-22М-ДД-2420; дифманометр сильфонный с пневмовыходом) или ротаметр с пневмо- или электропередачей
	Прибор для измерения соотношения расходов регистрирующий, установленный на щите Пример:любой вторичный прибор для регистрации соотношения расходов
	Прибор для измерения расхода показывающий, установленный по месту Примеры: показывающиt дифманометр или ротаметр
	Прибор для измерения количества вещества путем интегрирования расхода показывающий, установленный по месту Пример:любой счетчик-расходомер с интегратором
	Прибор для измерения количества вещества путем интегрирования расхода показывающий, установленный на щите Пример: показывающий дифманометр с интегратором

Продолжение приложения 3

	Прибор для измерения расхода интегрирующий, с устройством для выдачи сигнала после прохождения заданного количество вещества, установленный по месту Пример: счетчик-дозатор
	Первичный измерительный преобразователь для измерения уровня, установленный по месту Примеры: датчик электрического или емкостного уровнемера
	Прибор для измерения уровня показывающий, установленный по месту. Пример:показывающий дифманометр, используемый для измерения уровня
	Прибор для измерения уровня с контактным устройством, установленный по месту Пример:реле уровня
	Прибор для измерения уровня бесшкальный, с дистанционной передачей показаний, установленный по месту Пример:уровнемер бесшкальный с пневмо- или электропередачей
	Прибор для измерения уровня бесшкальный, регулирующий, с контактным устройством, установленный по месту Пример:электрический регулятор-сигнализатор уровня с блокировкой по верхнему уровню
	Прибор для измерения уровня показывающий, с контактным устройством, установленный на щите Пример:вторичный показывающий прибор с сигнализацией верхнего и нижнего уровня (электроконтактный манометр ЭКМ-1)
	Прибор для измерения плотности раствора бесшкальный с дистанционной передачей показаний, установленный по месту (датчик плотномера с пневмо- или электропередачей)
	Прибор для измерения размеров показывающий, установленный по месту (толщиномер)
	Прибор для измерения любой электрической величины показывающий, установленный по месту
	Вольтметр
	Амперметр
	Ваттметр
	Прибор для управления процессом по временной программе, установленный на щите (командный пневматический прибор, многоцепное реле времени и т.д.)
	Прибор для измерения влажности регистрирующий, установленный на щите (вторичный прибор влагомера и т.д.)

Продолжение приложения 3

	Первичный преобразователь для измерения качества продукта, установленный по месту (датчик рН-метра и т.д.)
	Прибор для измерения качества продукта показывающий, установленный по месту (газоанализатор на кислород и т.д.)
	Прибор для измерения качества продукта регистрирующий регулирующий, установленный на щите (вторичный самопишущий прибор регулятора концентрации серной кислоты в растворе и т.д.)
	Прибор для измерения радиоактивности показывающий с контактным устройством, установленный по месту (прибор для показаний и сигнализации предельно допустимых значений a и b-излучений)
	Прибор для измерения частоты вращения привода регистрирующий, установленный на щите (вторичный прибор тахогенератора)
	Прибор для измерения нескольких разнородных величин регистрирующий, установленный по месту (самопишущий дифманометр-расходомер с дополнительной записью давления и температуры)
	Прибор для измерения вязкости раствора показывающий, установленный по месту (вискозиметр показывающий)
	Прибор для измерения массы продукта показывающий с контактным устройством, установленный по месту (устройство электронно-тензометрическое сигнализирующее и т.д.)
	Прибор для контроля погасания факела печи бесшкальный с контактным устройством, установленный на щите (вторичный прибор запально-защитного устройства; применение резервной буквы В должно быть оговорено на поле схемы)
	Преобразователь сигнала, установленный на щите (входной и выходной сигналы – электрические; нормирующий преобразователь и т.д.)
	Преобразователь сигнала, установленный по месту (входной сигнал пневматический, выходной – электрический; электропневмопреобразователь ЭПП-63 и т.д.)
	Устройство, выполняющее функцию умножения на постоянный коэффициент К
	Пусковая аппаратура для управления электродвигателем (магнитный пускатель, контактор и т.д.; применение резервной буквы N должно быть оговорено на поле схемы)
	Аппаратура, предназначенная для ручного дистанционного управления, установленная на щите (кнопка, ключ управления, задатчик и т.д.)
	Аппаратура для ручного дистанционного управления, снабженная устройством для сигнализации, установленная на щите (кнопка с лампочкой и т.д.)
	Ключ управления, предназначенный для выбора управления, установленный на щите

Список рекомендуемой литературы

1. Проектирование систем автоматизации технологических процессов / под ред. А. С. Клюева. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 464 с.

2. Техника чтения схем автоматического управления и технологического контроля / под ред. А. С. Клюева. – М.: Энергоатомиздат, 1991. – 432 с.

3. Правила выполнения схем автоматизации технологических процессов и оборудования / А. Е. Медведев. – Кемерово; 2006. – 58 с.

10. Веб-сайт Internet по промышленным компьютерам и контроллерам: http:// www.ipc2u.ru

11. Веб-сайт Internet по программируемым контроллерам ТЕКОН: http://www.tecon.ru

12. Веб-сайт Internet по программируемым контроллерам ОВЕН: http://www.owen.ru

13. Веб-сайт Internet по контрольно-измерительной технике ПРАКТИК – НЦ: http://www.pnc.ru

14. Веб-сайт Internet по контрольно-измерительным приборам KROHNE http://www.krohne.com

15. Веб-сайт Internet по контрольно-измерительным приборам JUMO http://www.jumo.ru

16. Веб-сайт Internet по регуляторам, пневматическим и электрическим измерительным и регулирующим приборам SAMSON http://www.samson.ru

 

Составители

 

 

НАДЕЖДА МИХАЙЛОВНА ШАУЛЕВА

ИРИНА АНАТОЛЬЕВНА ЛОБУР

 

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ

Методические указания к дипломному проектированию

для студентов химико-технологических специальностей

 

Составители Н. М. Шаулева

И. А. Лобур

 

Утверждены на заседании кафедры

Протокол № от.04.2010

 

Рекомендованы к печати

учебно-методической комиссией

специальности

Протокол № от.04.2010

 

Электронная копия находится

в библиотеке ГУ КузГТУ

 

Кемерово 2010

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ.. 2

РАЗДЕЛ 1. ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТА АВТОМАТИЗАЦИИ.. 3

РАЗДЕЛ 2. ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ.. 4

Раздел 3. РАЗРАБОТКА ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ.. 5

3.1. Функциональная схема автоматизации объекта на базе программируемых контроллеров и персональных компьютеров. 10

3.2. Спецификация средств автоматизации. 13

РАЗДЕЛ 4. ЛОГИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ ОБЪЕКТОМ... 15

Приложение 1. 18

Приложение 2. 22

Приложение 3. 33

Список рекомендуемой литературы.. 37

 

ВВЕДЕНИЕ

Темой данного раздела дипломного проекта (работы) является актуальный технический вопрос, относящийся к совершенствованию или разработке системы автоматического управления применительно к промышленной установке, технологическому комплексу или предприятию в целом.

Базой (исходными данными) для выполнения раздела дипломного проекта являются производственные условия конкретного предприятия.

Предметом проектирования являются системы автоматизации технологических процессов и оборудования (агрегатов, установок, комплексов машин, технологических линий), действующие в условиях промышленного производства на предприятиях химической индустрии.

Проектируемые системы должны решать комплекс задач автоматизации технологического уровня:

- контроль технологических параметров работы и состояния оборудования и системы управления (измерение, сигнализация, учет, регистрация параметров, диагностика);

- стабилизация параметров технологического процесса или их изменение во времени по заданному закону (автоматическое регулирование режимов работы оборудования);

- оптимизация работы технологического оборудования;

- дискретное управление последовательностью и длительностью технологических операций по заданной программе и (или) в заданной зависимости от состояния технологического оборудования;

- защита оборудования и оперативного персонала в аварийных ситуациях;

- управление пуском и остановом оборудования (ввод объекта управления в работу и оперативное прекращение его функционирования).

Системы управления должны выполняться на базе микропроцессорных средств автоматики (управляющих компьютеров, программируемых контроллеров, управляющих вычислительных сетей).

Этот раздел является творческой частью проекта. Состав подразделов, содержание и объем их выполнения могут изменяться в зависимости от темы по согласованию с руководителем проекта.

Раздел состоит из двух частей – текстовой и графической части. Рекомендуется следующий состав разделов: