НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Тема 1.

АВТОМАТИЗАЦІЯ СИСТЕМ ТГВ.

1. ОСНОВИ ПРОЕКТУВАННЯ СХЕМ АВТОМАТИЗАЦІЇ.

1.1. Вступ.

1.2. Основи проектування схем автоматизації.

1.3. Побудова схем автоматизації.

1.3.1. Побудова структурних схем автоматизації.

1.3.2. Автоматизація технологічних процесів.

1.3.3. Побудова функціональних схем автоматизації.

1.3.4. Побудова принципових електричних схем автоматизації.

1.1. Вступ.

Автоматизація виробничих процесів створює певні техніко-економічні переваги у всіх галузях сучасного господарства України.

В першу чергу змінюється характер і умови праці на виробництві. Скорочуються до мінімуму трудові затрати, понижується психологічне навантаження працівника, на його долю залишаються лише функції по перенастроювані автоматичних систем на нові режими та участь в ремонтно-налагоджувальних роботах. Зменшується число обслуговуючого персоналу і затрати на його утримання.

Важливе питання автоматизації - встановлення її раціонального рівня та об’єму, який повинен бути економічно обґрунтований, і визначення методів та засобів автоматизації.

Впровадження автоматизації приносить значний економічний ефект за рахунок заощадження енергетичних ресурсів, збільшення виробничих потужностей, підвищення якості продукції.

Головним елементом в структурі систем теплопостачання являється споживач, на задоволення потреб якого і направлене функціонування систем теплозабезпечення.

Основними напрямками автоматизації систем теплопостачання є забезпечення: теплового та санітарно-гігієнічного комфорту споживача; підтримання заданих гідравлічних режимів у різних ділянках системи, які включають захист від аварійних ситуацій; економію палива, тепла і електричної енергії; ефективності, надійності та якості роботи основного обладнання системи.

Системи теплопостачання являються найбільшими споживачами палива в народному господарстві України. Кожного року на теплопостачання витрачаються тисячі тон палива. У зв’язку з цим здійснюються міроприємства, які дозволять економити енергоносії. В основу цих міроприємств входять питання оптимізації процесу спалювання палива, покрашення ізоляції теплотрас, своєчасне подання інформації про вихід з ладу ділянок теплотрас, мінімізація втрат тепла на теплообмінних станціях, зменшення перегріву приміщень, які опалюються. Всі вище перераховані питання можливо впровадити при використанні сучасних систем автоматичного регулювання, вимірювання та захисту.

Важливою особливістю систем теплопостачання являється велика їх довжина, що потребує використання систем телемеханіки та диспетчеризації. Сучасний рівень диспетчеризації неможливо уявити без широкого застосування мережі потужної обчислювальної техніки, у яку надходила б не тільки оперативна інформація, але й інформація про хід процесу за певний проміжок часу.

Необізнаність з можливостями автоматизації інженера-теплотехніка, як замовника системи, в більшості випадків є причиною складання некоректного або нераціонального завдання на розробку систем автоматизації.

В таких випадках навіть висококваліфікованими розробниками систем автоматизації створюються недосконалі, неоптимальні, а часом і морально застарілі системи автоматизації. При значних матеріальних і фінансових затратах замовник не отримує належного економічного ефекту.

Створення оптимальної системи автоматизації відбувається тільки при тісній взаємодії та взаємопорозумінні замовника та розробника і передбачає не пряме впровадження методів та засобів автоматики в той чи інший процес та механізм, а їх тонке переплітання, в окремих випадках зі заміною традиційних технологій та пошуком нових методів та засобів автоматизації.

1.1. Основи проектування схем автоматизації.

Склад технічної документації визначається нормативними документами (СН, СНиП) і вимогами ЕСКО по складу, змісту і виконанню автоматизації технологічних процесів (основний документ – ВСН-281-75).

Проекти виконуються на основі технічного завдання на проектування з необхідними вихідними даними і матеріалами.

В ньому міститься: техніко економічне обґрунтування, перелік виробництв, процесів, установок; технологічні схеми з характеристикою обладнання, перелік контрольованих і регульованих величин; ціль автоматизації, вимоги до якості і надійності автоматики, рекомендації по централізації і структурі управління; число стадій проектування і рекомендації по розміщенню пультів управління. До технічного завдання додаються необхідні будівельні креслення споруд, комунікацій, вихідні дані для розрахунків.

Проектування виконується у дві стадії ( технічний проект – робочі креслення)

або в одну ( техно-робочий проект).

При проектуванні необхідно дотримуватись певної послідовності в розробці схем автоматизації. В першу чергу знаходять місце для розміщення пунктів управління в операторських приміщеннях, визначають основні функції автоматики і ТЗА, котрі забезпечують реалізацію цих функцій в кожному пункті.

Виявляється характер взаємозв’язків технологічних підрозділів, пунктів контролю і управління між собою і автоматизованою системою управління технологічним процесом. Результатом є структурна схема управління і контролю.

Наступним етапом проектування є розробка схем функціональних автоматизації. Функціональні схеми автоматизації є основним документом, що визначає функціональну структуру окремих вузлів автоматичного контролю, управління і регулювання технологічного процесу, а також оснащення їх КВП і ТЗА.

1.3. Побудова схем автоматизації.

Види і типи схем виробів всіх галузей промисловості і загальні вимоги до виконання цих схем встановлюються ГОСТ 2. 701-76. Всі види схем автоматизації технологічних процесів виконують відповідно до вимог єдиної системи конструкторської документації /ЕСКД/.

1.3.1. Побудова структурних схем.

Структурні схеми визначають основні функціональні частини виробів, пристроїв і процесів, їх призначення, взаємозв’язки і використовуються для загального ознайомлення з об’єктом автоматизації. Вони базуються на основі вивчення і аналізу технологічного процесу на окремих об’єктах. Ці схеми розкривають внутрішні зв’язки між вхідними і вихідними величинами об’єкту, а також вказують величини, які використовують для контролю і керування об’єктом.

Структурні схеми взаємозв’язку між технологічними параметрами виконують з метою визначення впливу вхідних параметрів на вихідні і, якщо вхідний параметр незначно впливає на вихідний (до 5%) то цей параметр не враховують під час розробки системи автоматизації. Реальні об’єкти багатомірні. Між регульованими величинами існують взаємні зв’язки, обумовлені наявністю спільних вхідних дій, зміна кожного з котрих приводить до зміни не одної, а декількох вихідних величин. Аналіз характеру взаємних зв’язків регульованих величин має принципове значення для синтезу системи керування. Важливо розрізняти взаємозв’язки, обумовлені наявністю спільних збурень і спільних регулюючих дій.

Із аналізу технологічного процесу для окремих технологічних об’єктів (теплообмінників, адсорберів, випарних апаратів, та інших) складають структурні схеми, на яких вказують вхідні та вихідні потоки, зв’язки між ними та основні параметри, що характеризують ці потоки. Структурну схему будь-якого технологічного об’єкта зображають у вигляді прямокутника (див.рис.1.3.1),де

X1,X2, ..., Xn - вхідні величини ;

Y1,Y2, ..., Yn - вихідні величини ;

Z1,Z2,Z3,...,Zn- зовнішні збурення на технологічний об’єкт керування (контрольовані та неконтрольовані).

Взаємозв’язки між вхідними і вихідними величинами показують пунктирними лініями, а окремо між вхідними та між вихідними величинами пунктирними дугами. На пунктирних лініях і дугах

показують також стрілки, напрям яких вказує, на яку величину зумовлений вплив. Структурна схема барабанного котла є прикладом багатомірного об’єкту.

Проаналізувавши взаємні зв’язки регульованих величин, важливо виділити взаємозв’язки обумовлені наявністю спільних збурень і спільних регулюючих дій. В першому випадку автоматична система регулювання об’єкта з декількома регульованими величинами розпадається на відповідне число незалежних АСР з одною регульованою величиною. Зв’язок ж регульованих величин через спільні регулюючі дії потребує докорінної зміни структури АСР багатомірного об’єкту. Наявність перехресних зв’язків між регулюючими величинами приводить до необхідності введення перехресних компенсуючих зв’язків між окремими регуляторами.

1.3.2. Автоматизація технологічних процесів.

Основними автоматичними пристроями які визначають технологічний режим процесу, є регулятори. Тому спочатку необхідно вибирати параметри, які необхідно регулювати, та канали внесення регулюючих впливів і лише після цього почати вибір інших параметрів.

Вибираючи контрольні параметри, необхідно керуватися тим, щоб при мінімальній їх кількості забезпечувався найповніший обсяг інформації про процес.

Параметри сигналізації починають вибирати після аналізу об’єкта щодо його вибухо- та пожежобезпечності, а також токсичності й агресивності перероблюваних речовин. Сигналізації підлягають параметри, які можуть привести до аварії або істотно порушити технологічний режим.

Якщо в ході проведення технологічного процесу виникають вибухо- та аварійно- небезпечні ситуації, то слід передбачити відповідний захист. Параметри такого захисту вибирають залежно від того, що може бути причиною аварії.

Схеми та пристрої автоматичного блокування попереджають неправильні запуски та зупинки апаратів і машин, а також виключають можливість виконання наступних операцій, якщо не виконана хоча б одна з попередніх.

1.3.3. Побудова функціональних схем автоматизації.

Функціональна схема автоматизації (ФСА) є основним технічним документом, який визначає структуру та функціональні зв’язки між технологічним процесом і системами автоматичного контролю та вимірювання, регулювання, сигналізації, захисту та блокування.

Всі прийняті рішення з автоматизації окремих ТОК відтворюють на спрощеній функціональній схемі автоматизації, котрі проектують згідно з правилами розробки ФСА тільки без розшифровки конкретних засобів автоматизації. При спрощеному способі не показують первинні перетворювачі і всю допоміжну апаратуру. Прилади і засоби автоматизації, що здійснюють складні функції (контроль, регулювання, сигналізацію, тощо ) і виконані у вигляді окремих блоків, показують одним умовним графічним позначенням. На спрощених ФСА присвоюють номери позицій окремим контурам автоматизації та вказують окремі функціональні ознаки окремих контурів. Такий метод простий і вимагає менших затрат праці , але не дає уяви про місце розміщення автоматичних пристроїв (на щитах , пультах, в шафах ). Для розшифрування спрощених ФСА і складання елементних ФСА вибирають конкретні технічні засоби автоматизації і місце їх встановлення.

Виконання ФСА здійснюється викреслюванням на листі з використанням певних вимог до графічних зображень елементів як технологічного процесу, так і засобів автоматизації, зв’язків між ними, пунктів контролю та вимірювання, регулювання, автоматизації, захисту та блокування.

При створенні ФСА необхідно вирішити такі основні задачі як:

· визначити певний рівень автоматизації технологічних процесів;

· вибрати всі засоби автоматизації: які би дали можливість реалізувати обгрунтовані системи контролю та вимірювання, регулювання, сигналізації, захисту та блокування.

Технологічне обладнання процесу виконують на листі за умовними графічними позначеннями, що подані у Державних стандартах України. Якщо на деяке спеціальне обладнання відсутні умовні графічні позначення, то їх виконують за вказівками проектних організацій, або використовують існуючу технічну чи проектну документацію.

При зображенні технологічного обладнання, окремих його елементів, трубопроводів і потоків, необхідно давати відповідні текстові пояснення (наприклад, назву технологічного обладнання, його номер, вказувати напрями потоків, у розриві ліній-потоків ставити відповідні цифри, які вказують на тип речовини та пояснення до цих цифр, які введені самостійно, тощо (див. таблицю1.3.1 )).

Всі елементи, які входять у системи автоматичного контролю та вимірювання, регулювання, сигналізації, захисту та блокування, наприклад: давачі вторинні вимірювальні прилади , задавачі, автоматичні регулятори, кнопки керування, магнітні пускачі, перетворювачі (ЦАП), засоби обчислювальної техніки, крім виконавчих механізмів та регулюючих органів, зображають на ФСА у вигляді кола діаметром 10мм (див. Рис.1.1). прилад по місцю, (Рис. 1.2) прилад на щиті.

Виконавчий механізм зображають як показано на рис.1.4. Регулюючий орган зображають згідно рис.1.5. На ФСА виконавчі механізми та регулюючі органи викреслюють на технологічних потоках: які показують лініями: у вигляді (рис.1.6):: тобто зображення: що на рис.1.4 і 1.5 суміщаються в одне.

Окремі елементи на ФСА з’єднують між собою лініями зв’язку (пряма товщиною 0,5мм). Чутливий елемент давача показують на технологічних потоках, або на технологічному обладнанні згідно рис.1.6 де,

а-пряма, що зображає потік, є дотичною до графічного зображення давача;

б-чутливим елементом давача є імпульсна трубка (таке зображення властиве при зображенні пружинних і рідинних манометрів, термометрів розширення та манометричних термометрів);

в-від прямої, що зображає потік, проводять довільної довжини лінію зв’язку, а потім подають графічне зображення давача;

г-графічне зображення давача поміщають на перетині потоку (таке зображення властиве лише давачам витрати); на технологічному обладнанні.

Буквені умовні позначення на ФСА подані у таблиці 13.3.2 .

Приклади побудови ФСА подані на рис.1.3.7. і 1.3.8.

Методика побудови графічних умовних позначень.

У верхній частині кола наносяться буквені позначення вимірювальної величини і функціонального признаку приладу.

Порядок розташування буквених позначень (зліва направо) повинен бути наступним:

1. Позначення основної вимірювальної величини.

2. Позначення, уточнює (як що це необхідно) основну вимірювану величину.

3. Позначення функціонального признаку приладу.

В нижній частині кола наносять позиційне позначення (цифрове або буквенно-цифрове), яке служить для нумерації вимірювання або регулювання або окремих елементів комплекту по замовленій специфікації проекту.

В окремих випадках, коли позиційне позначення приладу не поміщається в колі, допускається нанесення його ззовні кола.

4.1. Приклад побудови умовного позначення приладу.

1- вимірювана величина (Р- тиск);

2- уточнення вимірюваної величини (D- перепад тиску);

3,4,5 - функціональні признаки приладу (І- показ, R- реєстрація, С- автоматичне регулювання );

1-1 - номер позиції по ФСА.

Розміри графічних умовних позначень.