Раздел 2. РАЗРАБОТКА СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ

ГЛАВА 6. АВТОМАТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ

6.1. Структура автоматических систем регулирования, их классификация и требования, предъявляемые к ним

Технологические процессы (ТП) промышленности реализуются на соответствующих аппаратах, участках, машинах, называемых объектами автоматизации. Они представляют собой динамические системы, поведение которых во времени определяется текущими значениями ряда характерных технологических величин – температуры, расхода, уровня, различных качественных показателей. Условием

получения качественной продукции является поддержание этих величин на определенных, так называемых номинальных, заданных значениях. В силу ряда внешних причин (изменение качества и расхода сырья, параметров тепло- и хладагентов и др.) или явлений, протекающих в самом аппарате (изменение условий передачи теплоты через поверхности и др.), указанные величины могут отклоняться от заданных значений, что приводит к нарушению процесса. Все эти воздействия, нарушающие ход ТП, называются возмущениями. Следовательно, процессом нужно управлять.

Управление – это целенаправленное воздействие на объект, которое обеспечивает оптимальный или заданный режим его работы. При оптимальном управлении значение регулируемой величины или программа ее изменения заранее не заданы, а определяются в результате решения соответствующей задачи оптимизации. При этом эффективность работы объекта и системы оптимального управления количественно оценивается величиной критерия (показателя) оптимальности, который может иметь технологическую или экономическую природу (производительность установки, себестоимость продукции и т. п.).

Частным случаем управления является регулирование – поддержание выходных величин объекта вблизи заданных постоянных или переменных значений в целях обеспечения нормального режима его работы посредством подачи на объект управляющих воздействий. Поддержание выходных величин объекта вблизи требуемых значений осуществляется автоматическим регулятором, который является частью динамической системы, называемой автоматической системой регулирования.

Рис. 6.1. Система регулирования температуры в теплообменнике (а) и ее структурная схема (б)

Основным элементом АСР (рис. 6.1) является объект регулирования (ОР) – технологический аппарат, машина, в которых поддерживается требуемое значение регулируемой величины у, называемой также выходной величиной объекта. В нашем примере ОР – теплообменник, регулируемая величина – температура продукта, выходящего из теплообменника. Температура может отклоняться от заданной под действием возмущений z, например изменения давления греющего пара, изменения начальной температуры и расхода продукта, подаваемого в теплообменник.

Для оценки хода процесса в объекте необходимо иметь измерительное устройство ИУ, вырабатывающее сигнал о теку-щем значении регулируемой величины в данный момент. Этот сигнал поступает на автоматический регулятор АР, сравниваю-щий текущее значение регулируемой величины с заданным узд, которое вырабатывается задающим устройством ЗУ. При нали-чии разности между этими величинами (у – узд) регулятор АР формирует сигнал управления xр, который зависит от знака и значения отклонения регулируемой величины от заданной.

Сигнал управления xр преобразуется исполнительным механизмом ИМ в перемещение регулирующего органа РО, непосредственно изменяющего значение регулирующей (входной) величины х объекта. Таким образом осуществляется регулирующее воздействие: в нашем случае изменяется подача греющего пара в теплообменник с целью ликвидировать возникшее отклонение температуры от заданного значения.

Необходимо отметить условность понятий «входная» и «выходная» величина и их отличие от входных и выходных потоков в процессе. В нашем примере подача пара и температура продукта не являются входом и выходом теплообменника в технологическом смысле (расход продукта на входе и выходе теплообменника).

При автоматизации технологических процессов используются различные АСР, которые могут быть классифицированы по нескольким признакам. По принципу регулирования АСР делят на действующие по отклонению, возмущению и комбинированные. Наибольшее распространение получили АСР, называемые одноконтурными и работающие по отклонению регулируемой величины у от заданного значения узд (рис. 6.2, а). В них при появлении отклонения (у – узд ) регулятор вырабатывает регулирующее воздействие на объект с целью привести регулируемую величину к заданному значению. В таких АСР регулирующее воздействие осуществляется независимо от числа, вида и места появления возмущений. АСР по отклонению являются замкнутыми, регулятор в них включен по принципу отрицательной обратной связи, т. е. сигнал, преобразуясь, передается с выхода объекта регулирования на его вход. Примем yзд = 0, тогда регулируемую величину у (t) будем рассматривать как отклонение от заданного значения.

При регулировании по возмущению (рис. 6.2, б) регулятор АРВ получает информацию о текущем значении основного возмущающего воздействия z1. При изменении его и несовпадении с номинальным значением z1зд регулятор формирует регулирующее воздействие хрв, направляемое на объект. В таких АСР возмущающее воздействие может быть компенсировано еще до появления отклонения на выходе объекта. Обычно такие АСР строят по основному возмущению, например по нагрузке объекта. Нагрузкой является количество энергии или вещества, расходуемого при технологическом процессе в объекте. В контур регулирования такой АСР не поступают сигналы о текущем значении регулируемой величины у, поэтому АСР не реагирует на ее изменения в результате действия других возмущений. АСР по возмущению являются разомкнутыми.

В комбинированных АСР (рис. 6.2, в) совместно использу-ются принципы регулирования по отклонению и по возмущению. В результате удается получить более высокое качество регулирования.

По характеру изменения заданного значения регулируемой величины АСР подразделяются на системы автоматической стабилизации, в которых заданное значение устанавливается постоянным; системы программного управления, в которых заданное значение регулируемой величины изменяется во времени по некоторому заранее заданному закону-программе; следящие системы, в которых заданное значение является функ-цией внешней независимой технологической величины. Разновидностью следящих систем являются системы регулирования соотношения двух величин, например расходов двух продуктов.

Рис. 6.2. Структурные схемы АСР по отклонению (а), по возмущению (б) и комбинированные (в)

При действии на вход объекта возмущения, на его выходе появляется отклонение регулируемой величины и, следовательно, начинает работать автоматический регулятор. В результате в замкнутой системе протекает процесс регулирования

выходной величины, или переходный процесс (рис. 6.3). Он может быть не колебательным (апериодическим

Рис. 6.3. Переходные процессы в АСР: а – апериодический; б – колебательный

с постоянной амплитудой; в– колебательный затухающий; г – колебательный расходящийся

), колебательным затухающим, колебательным незатухающим с постоянной амплитудой колебаний и колебательным расходя-щимся с увеличивающейся амплитудой. Очевидно, что АСР, в которых проходит колебательный процесс с увеличивающейся амплитудой, неработоспособны, так как с течением времени отклонение регулируемой величины от заданного значения не уменьшается, а, наоборот, возрастает. Такие АСР называются неустойчивыми.

Если в системе возможен переходный колебательный процесс с постоянной амплитудой колебаний, то такая АСР находится на границе устойчивости. Практически она тоже не-работоспособна, так как любые незначительные изменения параметров объекта или регулятора могут стать причиной превращения ее в неустойчивую АСР. Это справедливо для АСР непрерывного действия. В системе с двухпозиционной АСР (см. п. 6.2.) регулируемая величина совершает незатухающие колебания (автоколебания).

Устойчивыми являются АСР, в которых протекают только апериодические или колебательные затухающие переходные процессы. Устойчивость АСР зависит от сочетания динамических характеристик объекта и регулятора. К АСР предъявляются также определенные требования по качеству регулирования, которое принято оценивать по показателям переходного процесса при скачкообразном входном воздействии.

Основными показателями, характеризующими апериодический переходный процесс в замкнутой АСР (рис. 6.4, а), являются следующие: максимальное динамическое отклонение регулируемой величины y1 ; остаточное отклонение регулируемой величины после окончания переходного процесса yост ; время процесса регулирования tр, по окончании которого отклонение регулируемой величины от установившегося значения будет меньше заданного ∆у, определяемого требованиями к качеству регулирования.

Рис. 6.4. Показатели качества переходного процесса: а– апериодического; б – колебательного затухающего

Колебательный затухающий переходный процесс (рис. 6.4, б), кроме того, характеризуется степенью затухания:

ψ = (у'1–y2) / y'1

Для устойчивых АСР 0 < ψ < 1, причем чем ближе ψ к единице, тем больше запас устойчивости системы, тем ближе переходный процесс к апериодическому.

6.2. Автоматические регуляторы и их характеристики

Наиболее важной характеристикой автоматических регуляторов (АР) является закон регулирования – уравнение, связывающее перемещение регулирующего органа (РО) с отклонением регулируемой величины. Как и любой другой элемент АСР, автоматический регулятор может иметь линейную и нелинейную характеристики. В данной книге в основном рассматриваются линейные АР, из нелинейных АР приводятся сведения только о позиционных.

Позиционными называются АР, у которых регулирующее воздействие принимает только ограниченное число определенных значений. Регулирующий орган в такой АСР может занимать соответствующее число определенных положений (позиций), причем его перемещение из одного положения в другое происходит практически мгновенно. Позиционные АР делятся на несколько разновидностей в зависимости от числа возможных положений РО. Рассмотрим

основные их свойства на примере наиболее простых и распространенных двухпозиционных АР.

Как показывает название, регулирующий орган двухпозиционного регулятора может занимать только два положения

(рис. 6.5, а). Если отклонение регулируемой величины превышает значение ymax, соответствующее верхней настройке АР, то РО переключается в положение, при котором регулирующее воздействие на объект минимально (xmin). Автоматический регулятор настраивается так, чтобы при переключении РО регулирующее воздействие заведомо превышало действие возмущения. В результате отклонение регулируемой величины начинает уменьшаться, однако РО остается в том же положении, пока отклонение регулируемой величины не достигнет нижнего значения настройки АР (уmin). В этот момент РО переключается в положение, при котором регулирующее воздействие на объект увеличивается до максимального (xmax). В результате преобладающего действия возмущения отклонение регулируемой величины вновь начнет возрастать. Таким образом, в АСР с двухпозиционным АР регулируемая величина совершает незатухающие колебания, так называемые автоколебания. Качество такого переходного процесса оценивается периодом автоколебаний Tа и их амплиту-дой yа. На рис. 6.5, б изображен переходный процесс в АСР, со-стоящей из двухпозиционного АР и статического объекта с за-паздыванием. Амплитуда yа и период колебаний Та такого процесса увеличиваются с ростом инерционности и запаз-дывания объекта и при повышении диапазона настройки регу-лятора ymax – ymin.

По виду закона регулирования АР непрерывного действия делятся на интегральные (И-регуляторы), пропорциональные (П-регуляторы), пропорционально-интегральные (ПИ-регуляторы) и пропорционально-интегрально-дифференциальные (ПИД– регуляторы).

Рис. 6.5. Двухпозиционная АСР:

а – статическая характеристика двухпозиционного АР;

б – переходный процесс и изменение регулирующего воздействия

Интегральныерегуляторы. Интегральным (И-регулятором) называется такой регулятор, у которого скорость перемещения регулирующего органа пропорциональна отклонению регулируемого параметра от заданного значения. Перемещение РО в нем пропорционально интегралу отклонения регулируемой величины. Отсюда и его название “интегральный”, или сокращенно И – регулятор.

Рассмотрим интегральный регулятор давления прямого действия (рис. 6.6), не использующий внешней энергии для перемещения РО. Давление среды, являющееся регулируемой величиной, передается по трубке 1 и воздействует на мембрану 6. Давление среды создает на активной поверхности мембраны некоторое усилие, которое передается штоком 5 золотнику клапана 4. Одновременно на шток действует усилие, создаваемое противовесом 3 на большом плече рычага 2. Если эти усилия, направленные в противоположные стороны, взаимно уравновешиваются, то золотник остается неподвижным. Давление регулируемой среды, при котором усилие мембраны уравновешивается усилием груза, задано. Установка заданного значения регулируемого давления осуществляется перемещением груза 3 по рычагу 2.

Если давление среды изменилось (например, увеличилось по сравнению с заданным значением), то нарушается равновесие сил, действующих на шток. Он перемещается вниз, и золотник прикрывает отверстие клапана, уменьшая давление в линии пос-ле регулятора. Скорость перемещения золотника пропорциональна действующему на шток усилию, т. е. пропорциональна отклонению регулируемой величины (давлению). Золотник перемещается в одну сторону до тех пор, пока регулируемое давление вновь станет равно заданному значению, и усилия, действующие на шток, уравновесятся. Это состояние равновесия может наступить при любом положении золотника.

Таким образом, у И-регулятора нет жесткой зависимости между отклонением регулируемой величины и положением РО. В момент прекращения работы АР регулирующий орган может занимать любое положение в пределах возможного диапазона перемещений.

Основное достоинство интегральных регуляторов — отсутствие остаточного отклонения регулируемой величины по окончании процесса регулирования. Это объясняется тем, что регулирующее воздействие И-регулятора на объект прекращается в тот момент, когда отклонение регулируемой величины от заданного значения становится равным нулю. Недостатком И-регуляторов является относительно низкая скорость, которая характеризуется значением параметра настройки регулятора So. Чем больше это значение, тем выше скорость регулирования.

Пропорциональныерегуляторы. Пропорциональным (П-регулятором) называется такой регулятор, у которого перемещение РО пропорционально отклонению регулируемой величины от заданного значения.

Рис. 6.6. Интегральный регулятор давления прямого действия

Рис. 6.7. Пропорциональный регулятор уровня прямого действия

Как и интегральные, П-регуляторы бывают прямого и непрямого действия. В П-регуляторе уровня прямого действия (рис. 6.7) измерительным элементом служит поплавок 3, преобразующий изменения уровня в линейные перемещения, которые вызывают поворот рычага ABC 2 относительно точки В. Ко второму концу рычага прикреплен шток 1 регулирующего органа, изменяющего регулирующее воздействие (приток жидкости в бак).

Если приток равен стоку, а уровень в баке – заданному значению, то поплавок неподвижен и регулятор не воздействует на процесс, так как xр(t) = 0 (заданное значение уровня устанавливается длиной тяги CD). При изменении, например увеличении, стока равновесие системы нарушается и уровень начинает уменьшаться. Отклонение уровня, воспринимаемое поплавком, передается регулирующему органу, который воздействует на приток в сторону уравнивания его со стоком (увеличения).

Коэффициент пропорциональности между отклонением уровня и изменением притока можно менять, изменяя соотноше-ние плеч рычага ABC. В такой АСР каждому значению регулируемой величины соответствует определенное положение объекта регулирования. Это свойство статических регуляторов является причиной возникновения остаточного отклонения регулируемой величины при изменении нагрузки объекта. Действительно, для восстановления состояния равновесия объекта при новом значении нагрузки приток (т. е.

регулирующее воздействие) должен изменяться по отношению к его исходному значению при номинальной нагрузке. Однако это возможно только при новом положении поплавка, а значит, при другом значении регулируемой величины, которое уже не будет равно заданному. Остаточное отклонение регулируемой величины тем больше, чем меньше величина коэффициент пропорциональности.

Знак регулирующего воздействия изменяется одновременно с переменой направления изменения регулируемой величины независимо от знака ее отклонения. В рассматриваемом примере направление перемещения регулирующего органа определяется только направлением перемещения поплавка, которое совпадает с направлением изменения уровня.

Основным преимуществом П-регулятора по сравнению с И-регулятором является более высокая скорость регулирования, которая пропорциональна скорости изменения регулируемой величины. Благодаря этому П-регулятор быстрее приводит объект к новому состоянию равновесия. Главный недостаток П-регулятора – наличие остаточного отклонения регулируемой величины.

ГЛАВА 7. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ

7.1. Анализ технологического процесса как объекта управления

Нефтегазодобывающая промышленность объединяет много отраслей народного хозяйства. Предприятия этих отраслей в ходе разных производственных процессов выпускают широкий ассортимент высококачественной продукции. Производственные процессы можно рассматривать как набор последовательных технологических операций, связанных с добычей и подготовкой сырья, непосредственной его обработ-кой и получением готовой продукции. Для современных крупных производств, удельный вес которых растет во всех отраслях нефтегазовой промышленности, характерно наличие

разнородных процессов, связанных материальными и энергетическими потоками.

На стадии проектирования систем автоматизации производственных процессов технологические объекты управления (ТОУ) требуют тщательного анализа. При этом анализ должен быть системным, предполагающим исследование производственного процесса с точки зрения технического оснащения и технологии, качества сырья и готовой продукции, организации управления процессом. В процессе анализа изучаются технологические процессы конкретного производства, выявляются величины, характеризующие процесс, находятся взаимосвязи между ними.

Текущее состояние ТОУ (рис. 7.1) определяют следующие величины:

– входные х1, х2, ... хn, характеризующие качество и количество исходной продукции (сырья или продукции предыдущего ТП) и энергетических потоков;

– выходные y1, y2, ... ym, характеризующие состояние (температуру, расход, давление) и

свойства (состав, плотность, Рис.7.1.Технологический вязкость) продукции

рассматриваемого процесса;

– регулирующее воздействие u1, u2, ... uk, при помощи которых

поддерживается технологический режим.

Результатом анализа ТОУ является определение конкретных задач рациональной структуры системы автоматизации.

Наиболее простыми структурами систем автоматизации являются од-ноуровневые децентрализованные системы (рис. 7.2, а).

Рис. 7.2. Структурные схемы систем автоматизации: а – децентрализованные; б – централизованной одноуровневой; в– централизованной двухуровневой

Такие системы находят применение для производств, в которых ТП функционально не связаны или слабо связаны между собой. В этих системах создаются индивидуальные пункты управления (ПУ) для каждого участка или отделения производства, которые оснащаются всеми необходимыми средствами автоматизации. В них решаются следующие задачи: измерение и контроль технологических величин, сигнализация их предельных значений, поддержание параметров, определяемых технологическим регламентом. В этих системах для ТП одного типа (например, процесса нагревания), несмотря на различия в аппаратурном оформлении и свойствах перерабатываемого продукта, используются типовые решения по автоматизации. Сложность привязки системы автоматизации к конкретному оборудованию заключается в правильном выборе регулируемых величин и точек контроля, обеспечивающих систему необходимой и достаточно точной информацией.

Автоматизация производств нефтегазовой промышленности в настоящее время характеризуется разной степенью оснащенности процессов системами автоматизации. Технологические объекты управления – агрегаты, установки, линии и цехи предприятий – все чаще оснащают централизованными системами автоматизации (рис. 7.2, б). В этих системах на центральный пункт управления (ЦПУ) выносится вся информация об объекте. Опыт эксплуатации на предприятиях нефтегазовой промышленности централизованных систем выявил ряд недостатков такой структуры: снизилась надежность функционирования системы автоматизации из-за невозможности исправления ошибок на ЦПУ; выросли затраты на техническое оснащение ЦПУ и линий связи, что обусловлено концентрацией всей оперативной информации на ЦПУ; усложнилась организация ремонтных и профилактических работ на ЦПУ для предприятий с непрерывным ТП, работающих круглосуточно.

Перечисленные недостатки явились основанием для разработки централизованных двухуровневых систем автоматизации (рис. 7.2, в), в которых ЦПУ дополняет индивидуальные пункты управления, реализующие те же задачи, что и в децентрализованных системах. В ЦПУ (верхний

уровень) обрабатывается информация о ТОУ и формируются команды, изменяющие режимы работы отдельных агрегатов ТОУ.

Централизованные системы автоматизации сложных объектов, к которым можно отнести большинство современных предприятий нефтегазовой промышленности, получают широкое распространение по мере использования средств вычислительной техники (ВТ) для обработки и анализа больших объемов информации, поступающей на ЦПУ. Концентрация информации о ТОУ на ЦПУ позволяет оперативно использовать ее для реализации оптимального управления объектом, обеспечивающего не только увеличение производительности технологического оборудования, повышение качества выпускаемой продукции, снижение потерь сырья, но и новую организацию управления — оперативный расчет технико-экономических показателей, координацию работы отдельных производственных агрегатов и предприятия в целом. Системы автоматизации, имеющие в структурной схеме средства ВТ, называют автоматизированными системами управления технологическими процессами (АСУ ТП).

7.2. Схемы автоматизации технологических процессов

Схемы автоматизации технологических процессов (СА ТП) являются основным техническим документом, определяющим оснащение объекта управления средствами автоматизации. При разработке СА ТП решают следующие задачи: получение информации о состоянии ТОУ; контроль, измерение, регистрация и сигнализация параметров процесса и состояния оборудования; регулирование технологических параметров процесса; управление оборудованием; размещение средств автоматизации на щитах, пультах и технологическом оборудовании.

Задачи автоматизации решаются с использованием техни-ческих средств, включающих отборные устройства, средства получения первичной информации, средства преобразования и переработки информации, средства представления и выдачи

информации обслуживающему персоналу и вспомогательные устройства.

При разработке СА ТП следует руководствоваться следую-щими принципами:

1) при выборе технических средств автоматизации необходимо учитывать характер ТП, условия пожаро- и взрывоопасности процесса, токсичность и агрессивность окружающей среды; параметры и физико-химические свойства измеряемой среды; дальность передачи сигналов информации от места установки измерительных преобразователей до пунктов контроля и управления; требования к системе управления по надежности, точности и быстродействию;

2) СА ТП должны строиться на базе серийно выпускаемых средств автоматизации и ВТ; при этом желательно использовать унифицированные системы ГСП, характеризуемые простотой сочетания, взаимозаменяемостью, удобством компоновки на щитах и пультах управления;

3) в случаях, когда системы автоматизации не могут быть построены на базе только серийной аппаратуры, в процессе проектирования выдаются технические задания на разработку новых средств автоматизации (например, датчиков анализа ка-чества нефтегазовых сред);

4) выбор средств автоматизации, использующих вспомогательную энергию (электрическую или пневматическую),

определяется условиями пожаро- и взрывоопасности автоматизируемого объекта, требованиями к быстродействию и дальности передачи сигналов информации и

управления;

5) количество приборов, аппаратуры сигнализации и управления,

Рис. 7.3. Принцип построения условного обозначения прибора по ГОСТ 21.404—85

устанавливаемых на диспетчерских щитах и пультах, должно быть ограничено. Избыток аппаратуры отвлекает внимание обслуживающего персонала от основных средств автомати-зации, определяющих ход ТП, усложняет эксплуатацию установки, увеличивает ее стоимость;

6) в процессе разработки СА ТП нужно учитывать возмож-ность наращивания функций управления в системе.

В верхней части чертежа СА изображают технологическую схему, которая должна давать представление о принципе работы ТОУ. На технологическом оборудовании и коммуникациях показывают отборные устройства, датчики, регулирующую и запорную арматуру, определяя тем самым относительное расположение мест отбора измерительных сигналов и подачи команд управления. Приборы и средства автоматизации на СА изображают в соответствии с ГОСТ 21.404–85 (приложение 1). Стандарт устанавливает два метода построения условных обозначений приборов и средств автоматизации: упрощенный и развернутый.

При упрощенном методе построения приборы и средства ав-томатизации, осуществляющие сложные функции, например контроль, регулирование и сигнализацию, и выполненные в виде отдельных блоков, изображают одним условным обозначением. Устройства, выполняющие вспомогательные функции (фильтры, редукторы, усилители, источники питания, монтажные элементы и пр.), не изображают. При развернутом методе построения каждый прибор или блок изображают отдельным условным обозначением.

Построение условного обозначения прибора иллюстрирует рис. 7.3.

В верхней части графического изображения наносят буквенные обозначения измеряемой величины и функциональных признаков прибора, в нижней части – позиционное обозначение прибора или комплекта средств автоматизации.

Комплектом называется совокупность средств, предназначенных для измерения, сигнализации или регулирования одного параметра. Все приборы комплекта средств автоматизации обозначаются одним номером, а каждой

его составной части (измерительному, регулирующему прибору и другим элементам) присваивается дополнительный цифровой индекс. Полный номер каждого элемента комплекта аппаратуры состоит из двух частей (например, 2–1, 7–2).

Присвоение дополнительных цифровых индексов в комплекте аппаратуры производится в такой последовательности: датчик, измерительный или регулирующий прибор, переключатель и т. д. Позиционное обозначение элемента СА сохраняется за ним во всех материалах проекта. Первая буква в обозначении прибора или устройства (кроме устройств ручного управления) является наименованием измеряемой величины. Буквенные обозначения устройств, предназначенных для ручных операций (кнопка, ключ управления и др.), должны начинаться с буквы Н. Порядок рас-положения буквенных обозначений функциональных признаков прибора обусловлен последовательностью: I, R, С, S, А.

На рис. 7.4 в качестве примера приведена СА участка ТП, на котором реализованы АСР температуры и расхода продукта, подаваемого на обработку; АСР давления пара в магистрали; позиционная АСР уровня в накопительной емкости; система управления электроприводом насоса.

При разработке СА ТП принято изображать щиты и пульты управления в виде прямоугольников в нижней части поля чер-тежа. В зону этих прямоугольников выносят аппаратуру конт-роля, регулирования, сигнализации и управления. На участках линий связи элементов одного комплекта указывают предельные рабочие значения измеряемых и регулируемых величин.

Электроаппаратуре (электроизмерительным приборам, сиг-нальным лампам, кнопкам, ключам управления, звонкам и т. п.), изображаемой в СА ТП, присваивают цифро-буквенные обозна-чения, принятые на принципиальных электрических схемах (см. п. 7.4). Позиционные обозначения некоторых приборов и средств автоматизации, таких как регуляторы прямого действия, показывающие термометры, манометры, состоят только из порядкового номера (на рис. 7.4 это регулятор давления прямого действия РС3, прибор для измерения температуры TI5, сигналь-

ные лампы HL1, HL2, HL3, магнитный пускатель КМ1, кнопки управления SB1 и SB2).

Приборы и средства автоматизации, установленные вне щи-тов и пультов и не связанные непосредственно с технологичес-ким оборудованием и коммуникациями, условно показывают в прямоугольнике «приборы по месту». Этот прямоугольник изображают над прямоугольником щитов и пультов управления.

В технологической схеме сборник I предназначен для компенсации неравномерностей в подаче продукта на переработку, а сборник II является накопительным. Схемой автоматизации предусмотрено двухпозиционное регулирование уровня в нем. Датчики уровня 1–1 (верхнего) и 1–2 (нижнего) подают сигналы на позиционное регулирующее устройство 1–3, воздействующее на электромагнитный клапан 1–4, управляющий подачей продукта в сборник. Стабилизацию темпера туры продукта, подаваемого на обработку насосом IV, обеспечивает АСР, включающая датчик 2–1, показывающий и регулирующий прибор 2–2, исполнитель-ный механизм 2–4 и регулирующий орган 2–5, который изменяет подачу теплоносителя в теплообменник III. В АСР предусмотрена возможность управления регулирующим органом посредством панели дистанционного управления 2–3, установленной на щите.

Рис. 7.4. Схема автоматизации участка технологического процесса

В АСР стабилизации расхода продукта сигнал от датчика 4– 1, установленного на трубопроводе, через промежуточный пре-образователь 4–2 попадает на показывающий самопишущий и регулирующий прибор 4–3. В рассматриваемом контуре величина расхода определяется степенью дросселирования потока, зависящей от степени открытия регулирующего клапана 4–6. Часто на СА рядом с изображением регуляторов дают условное обозначение реализуемого ими закона регулирования. Регуляторами 2–2 и 4–3 реализуется ПИ-закон регулирования.

Тип, марка и основные характеристики используемых в СА ТП средств автоматизации приводятся в спецификации, которая является составной частью текстового материала любого проекта автоматизации. При изображении сложных СА ТП с большим числом средств автоматизации во избежание изломов и пересечения линий связи их обрывают и нумеруют. Нумерация разрывов линий связи выносится на базовые линии, причем со стороны щитовых приборов нумерация дается в возрастающем порядке. Такой метод выполнения СА называют адресным.

7.3. Принципиальные электрические и пневматические схемы

Принципиальныеэлектрическиесхемы(ПЭС). Эти схемы определяют состав элементов, входящих в узлы системы автоматизации, отражают связи между ними, способы электропитания приборов и средств автоматизации. Исходным материалом для разработки ПЭС являются СА ТП. ПЭС, в свою очередь, служат основанием для разработки схем соединений (монтажных схем), чертежей фасадов щитов и другой технической документации.

ПЭС выполняют в соответствии с требованиями ГОСТов, которые регламентируют правила выполнения схем, условные графические и буквенные обозначения элементов схем, маркировку участков электрических цепей (приложения 2, 3). Разработку ПЭС ведут в таком порядке: на основе СА формулируют требования к ПЭС и устанавливают последовательность действия ее элементов; каждое из сформулированных требований изображают в виде элементарных цепей; элементарные цепи объединяют в общую схему; производят выбор аппаратуры и расчет электрических параметров отдельных элементов (сопротивлений, обмоток реле, нагрузки контактов и т. п.); проверяют и корректируют схему.

При разработке ПЭС руководствуются следующими сообра-жениями и требованиями:

1) для простоты и наглядности в схемах используется принцип развертки, заключающийся в том, что элементы аппаратов и приборов, действующих в разных цепях, располагают вне зависимости от их конструктивной связи в соответствии с логикой действия схемы;

2) последовательность изображения элементарных электрических цепей должна соответствовать порядку срабатывания отдельных узлов контроля, сигнализации, управления и регулирования;

3) контакты, а также другие переключающие устройства показываются в нормальном положении, т.е. при отсутствии в цепи тока или внешнего механического воздействия;

4) против каждой цепи управления с правой стороны даются лаконичные поясняющие надписи. Надпись каждой цепи

отделяется от соседних надписей линиями в местах разделения этих цепей (рис. 7.5);

5) каждому аппарату, используемому в ПЭС, присваивается

условное буквенное обозначение, которое распространяется на все его элементы, изображенные на схеме. При использовании в схеме нескольких однотипных элементов к буквенному обозначению добавляется цифровая приставка в виде арабских цифр. Например, при наличии в схеме трех промежуточных реле их обозначения К1, К.2, КЗ;

6) для удобства чтения ПЭС, а также возможности состав ления по ним другой документации проекта на них производится маркировка цепей. Силовые цепи переменного тока маркируют буквами, обозначающими фазы, и последовательными числами (А, В, С, N, A1 и т. д.); цепи управления, сигнализации, защиты, блокировки и измерения маркируют последовательными числами (рис. 7.6). Участки цепей,