Позиционное обозначение приборов и средств автоматизации

Всем приборам и средствам автоматизации, изображенным на схемах, присваиваются позиционные обозначения (позиции), которые сохраняются во всех материалах проекта. Применяют два способа позиционных обозначений.

Позиционные обозначения приборов и средств автоматизации образуются из двух частей: обозначения арабскими цифрами номера функциональной группы и номера приборов и средств автоматизации в данной функциональной группе (рис. 5.4)

Под функциональной группой понимается совокупность взаимосвязанных элементов, выполняющих определенную функцию и не объединенных в единую конструкцию.

Номера приборов и средств автоматизации в данной функциональной группе присваиваются каждому элементу функциональной группы 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). Например: датчик давления 1-1 вырабатывает сигнал, по импульсной линии 1 преобразователю поз. 1–2 (прибор по месту на рис. 5.5 – 1 уровень контроля); далее на регистратор поз. 1-3 и регулятор 1- 4.

Рис.5.5. Фрагмент ФСА (контур управления давлением с цифровыми позиционными обозначениями)

Позиционные обозначения отдельных приборов и средств автоматизации таких, как регулятор прямого действия, манометр, термометр и др., состоят только из порядкового номера. Позиционные обозначения должны присваиваться всем элементам функциональных групп, за исключением:

а) отборных устройств;

б) приборов и 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 проектов.

Выбирая технические средства, необходимо ориентироваться на новейшие отечественные и импортные разработки, удовлетворяющие наибольшему количеству вышеперечисленных требований. К таким средствам можно отнести продукцию, изложенную в каталоге «Приборы и средства автоматизации» [11].

В том 1 каталога включены приборы для измерения, контроля температуры, работа которых основана на различных методах измерения (жидкостные термометры, биметаллические термометры, термопреобразователи сопротивления, термоэлектрические преобразователи, пирометры, цифровые термометры).

Измерение температуры непосредственным сравнением с единицей измерения невозможно, и поэтому устройство приборов для измерения температуры основано на физических свойствах тел, связанных определенной зависимостью с температурой. Наиболее широко используются тепловое расширение тел; давление газов, паров и жидкостей; электрическое сопротивление проводников; термоэлектродвижущая сила; энергия излучения раскаленных тел. На этих свойствах основан принцип действия следующих приборов:

Жидкостные стеклянные термометры относятся к приборам, принцип действия которых основан на тепловом расширении жидкости.

Биметаллические термометры имеют чувствительные элементы в виде пружин различной формы, выполненные из двух металлов с разными коэффициентами линейного расширения. Под влиянием температуры изменяется кривизна пружины. Изменение кривизны используется для перемещения измерительного устройства термометра.

Манометрические термометры относятся к приборам, принцип действия которых основан на свойстве жидких и газообразных веществ, заключенных в замкнутом объеме, изменять свое давление в зависимости от температуры. Чувствительным элементом в манометрических термометрах служат манометрические пружины. Манометрические термометры разделяются на газовые, жидкостные и парожидкостные. В газовых термометрах замкнутый объем заполняется газом. В жидкостных – жидкостью с температурой кипения выше верхнего предела измерения, в паровых – жидкостью с температурой кипения ниже значения нижнего предела измерения температуры, причем в этом случае жидкостью заполняется, только часть чувствительного элемента – термобаллона. Чувствительным элементом кварцевых термометров является термобаллон, заполняемый жидкостью.

Термопреобразователи сопротивления (термометры сопротивления) относятся к приборам, принцип действия которых основан на свойствах металлов и сплавов изменять электрическое сопротивление в зависимости от температуры. Чувствительный элемент термометров сопротивления изготовляется из тонкой проволоки, намотанной на изоляционный материал. Для серийного изготовления термометров сопротивления применяется платиновая и медная проволока.

Термоэлектрические преобразователи (термопары) относятся к приборам, принцип действия которых основан на термоэлектрическом эффекте. Если в цепи, состоящей из двух различных проводников, концы которых соединены, нагревать одну из точек соединения, в цепи возникает термоэлектродвижущая сила (термоЭДС).

Пирометры излучения относятся к приборам, принцип действия которых основан на зависимости энергии излучения накаленных тел от температуры. К ним относятся оптические и радиационные пирометры. Оптический пирометр измеряет температуру по яркости накаленного тела и основан на принципе фотометра. Радиационный пирометр служит для измерения температуры по тепловому эффекту от излучения накаленного тела.

Цифровые термометры представляют собой комплект, состоящий из термопреобразователя и электронного блока.

По выходному сигналу приборы выпускаются с выходным унифицированным токовым сигналом и другими сигналами.

В том 2 каталога включены приборы для измерения, контроля и сигнализации давления, перепада давления, работа которых основана на различных методах измерения и принципах действия. По принципу действия приборы разделяются на пружинные, сильфонные, мембранные, поршневые, колокольные, электрические, ионизационные. По способу представления информации приборы могут быть показывающие (со стрелочной или цифровой индикацией), самопишущие, с электрическим (в том числе, сигнализирующие) и пневматическим выходными сигналами.

Измерительные преобразователи предназначены для получения информационного сигнала о давлении для дальнейшего использования его в системах управления. Информационный унифицированный сигнал может быть электрическим в форме тока, напряжения, частоты, индуктивности, сопротивления, а также пневматическим. Преобразователи могут также иметь отсчетные устройства для представления информации оператору.

Представлены также дифференциальные манометры. Дифференциальные манометры в основном предназначены для измерения расхода жидкостей, газа и пара по перепаду давления в сужающих устройствах. Вместе с тем дифференциальные манометры могут быть использованы также и для измерения статического давления или разрежения в пределах их максимальных перепадов.

В том 3 каталога включены приборы для измерения расхода и количества жидкости, газа, пара, а также приборы для измерения расхода тепловой энергии и параметров теплоносителя, работа которых основана на различных методах измерения и принципах действия.

Приборы для измерения расхода и количества жидкости, газа и пара по методу измерения разделяются на ротационные, турбинные, оптические, струйные, по переменному и постоянному перепаду давления, электромагнитные, ультразвуковые, акустические, вихревые, массовые (кориолисовые) и др.

Кроме того, в каталог включены приборы для измерения тепловой энергии и параметров теплоносителей (теплосчетчики). Теплосчетчики конструктивно подразделяются на компактные и составные. В компактных теплосчетчиках вычисление тепла реализуется в электронике, вмонтированной в водосчетчик, который комплектуется парой термопреобразователей. В составных теплосчетчиках функции вычисления тепла реализуются в отдельном блоке – тепловычислителе. Они комплектуются преобразователями объема (расхода), температуры и давления теплоносителя.

По методу измерения расхода теплосчетчики сгруппированы по следующим разделам: турбинные, ультразвуковые, вихревые, смешанные.

В каталоге выделен раздел по приборам для измерения расхода и количества газа и воды для коммунально-жилищного хозяйства (бытовые счетчики газа и водосчетчики).

В том 4 каталога включены приборы для измерения и регулирования уровня жидкости и сыпучих материалов. Приборы контроля уровня, серийно выпускаемые изготовителями, отличаются большим разнообразием, как по методам измерения, так и по конструктивному исполнению, Это объясняется различной спецификой контролируемых сред: степенью их агрессивности, взрывоопасности, электропроводности, плотности и другими характеристиками, условиями эксплуатации, метрологическими характеристиками и т.д.

Все приборы контроля уровня, включенные в данный каталог, в зависимости от методов измерений разбиты по следующим группам: электромеханические вибрационные, электромеханические поплавковые, гидростатические (буйковые), электрические (емкостные, кондуктометрические, сопротивления), дифманометры-уровнемеры, радиоизотопные, электронные, оптоэлектронные, радиоэлектронные, радарные, ультразвуковые.

Также в каталог включены разделы: сигнализаторы уровня и датчики – реле уровня.

В том 5 каталога включены приборы для определения состава и свойств газа, жидкости, твердых и сыпучих веществ, серийно выпускаемые изготовителями. Они отличаются большим разнообразием, как по методам измерений, так и по конструктивному исполнению. Это объясняется различной спецификой контролируемых сред: степенью их агрессивности, взрывоопасности, электропроводности, плотности и другими характеристиками, условиями эксплуатации, метрологическими характеристиками и т.д. Все приборы для определения состава и свойств газов, жидкостей, твердых и сыпучих веществ, включенные в данный каталог, в зависимости от назначения разбиты по следующим разделам: газоанализаторы: анализаторы жидкостей (рН-метры, кислородомеры, солемеры и др.); анализаторы аэрозолей, твердых и сыпучих веществ, хроматографы; влагомеры; плотномеры газов и жидкостей и др.

В каталоге выделен раздел «Приборы для определения состава и свойств газов, жидкостей; твердых и сыпучих веществ экологического контроля». Данный раздел представлен не полностью, т. к. часть приборов помещена в другие разделы данного каталога. Эти приборы могут применяться как для экологии, так и для других различных отраслей промышленности.

В том 6 каталога включены вторичные приборы (мосты, потенциометры, вторичные приборы с входным сигналом переменного напряжения, с входными унифицированными сигналами постоянного тока и напряжения, узкопрофильные приборы и др.) отечественного и зарубежного производства. Приборы вторичные отличаются рядом характеристик: по принципу действия, по виду показаний (показывающие или самопишущие), по виду диаграммы (ленточная, дисковая), по габаритным размерам, по конструктивному исполнению (щитовое, настенное или настольное исполнение).

В том 7 каталога включены: приборы электрические и пневматические; преобразователи электропневматические, пневмоэлектрические и электроэлектрические; приборы для сложных многоконтурных систем; механизмы исполнительные электрические однооборотные, многооборотные, прямоходные и пневматические. В каталоге можно выбрать датчики-реле температуры, давления, перепада давления и разрежения, уровня; сигнализаторы давления, перепада давления, уровня. Также можно выбрать устройства для управления вспомогательными механизмами, пускатели, указатели положения, перемещения, сигнализаторы конечных положений, позиционеры, панели управления, оперативные, задающие и вспомогательные устройства.

В том 8 каталога включены программно-логические контроллеры (ПЛК) и программно-технические комплексы (ПТК). Программно-логические контроллеры (ПЛК), отличаются большим разнообразием модулей: модули дискретных входов / выходов; коммуникационные модули; модули аналоговых входов / выходов; модули терморегуляторов; модули ПИД-регулятора; модули контроля движения и других технических характеристик (быстродействие, количество каналов ввода / вывода, уровня напряжения входа / выхода).

Учитывая специфику устройств, критерии их оценки можно разделить на три группы:

- технические характеристики: количество входов/выходов; быстродействие; уровни напряжения входов/выходов; напряжение изоляции;

- эксплуатационные характеристики: диапазон рабочих температур; относительная влажность воздуха;

- потребительские свойства; производительность; надежность; затраты; масса и габариты.

Объем технических данных, представленных в каталоге для каждого типа контроллера, не является исчерпывающим, однако он содержит достаточно данных для выбора ПЛК. Единая форма таблицы технических данных для всех типов контроллеров представляет возможность сравнительного анализа ПЛК различных фирм по основным техническим показателям.

Выбор технических средств автоматизации можно производить в Интернете изготовителей и дистрибьюторов. Список изготовителей и дистрибьюторов приведен в Приложении 8.

Спецификация на технические средства автоматизации. При разработке схемы автоматизации необходимо использовать приборы, регуляторы, датчики, исполнительные устройства и другие средства автоматизации, входящие в Государственную систему приборов (ГСП). В случае автоматизации взрыво- и пожароопасных производств рекомендуется использовать устройства соответствующей ветви ГСП. Выбранные технические средства (датчики, преобразователи, показывающие, регулирующие, сигнализирующие устройства, регуляторы и т.п.) заносят в спецификацию, в которой приводят их краткую техническую характеристику, диапазон измерения технологических параметров, тип устройства и др. Спецификация составляется на основании функциональной схемы и заполняется в соответствии ГОСТ 21.110-95 (см. Приложение 9). Средства контроля и сигнализации включаются в спецификацию группами по концентрируемым величинам в порядке возрастания номеров позиций.

Расчет системы регулирования. Расчет системы регулирования заключается в выборе закона действия конкретного регулятора автоматизируемой установки и нахождения оптимальных значений параметров его настройки. Основой для расчета являются: динамические характеристики объекта, диапазон изменения регулируемой величины, номинальный расход технологического продукта по трубопроводу, на котором устанавливают исполнительное устройство. Эти данные приводят в задании. Они необходимы для определения свойств объекта регулирования, выбора измерительного преобразователя системы и исполнительного устройства. Свойство объекта находят аппроксимацией его кривой разгона по методике, изложенной в [9].

При выборе измерительных преобразователей необходимо учитывать температуру, давление и агрессивность среды (например, при изменении давления или расхода агрессивной среды необходимо перед дифманометром предусмотреть установку разделительных сосудов). Пределы их измерения выбирают по номинальным значениям измеряемых величин. При применении датчиков системы ГСП, имеющих унифицированные выходные сигналы, вторичные приборы и регуляторы подключают к ним непосредственно. Если же датчики имеют не унифицированный выход, то требуется установка соответствующих преобразователей.

В схеме автоматизации химических производств исполнительными устройствами, как правило, служат мембранные механизмы с пневматическим приводом – пневматические регулирующие клапаны. Последние устанавливают на технологических трубопроводах и обвязывают байпасными линиями и вентилями. При выборе типа исполнительного устройства (НО и НЗ) обосновывают необходимость предотвращения опасной или аварийной ситуации в случае прекращения подачи воздуха в линии питания регулирующих приборов. При расчете исполнительного устройства определяют его типоразмер и условный проход – внутренний диаметр присоединительного патрубка. Методика расчета исполнительных устройств и их типоразмеры приведены в литературе. Затем находят коэффициенты передачи измерительных преобразователей, исполнительного устройства и учитывают их при определении свойств объекта регулирования.

Выбор закона регулятора и определение параметров его настройки. Закон действия автоматического регулятора выбирают с учетом найденных свойств объекта регулирования, максимальной величины возмущения и типового переходного процесса с заданными параметрами качества. Сначала определяют динамический коэффициент регулирования для всех известных законов регулирования, затем последние проверяют на допустимые значения динамической и статической ошибок регулирования, а также на допустимое значение времени регулирования.

Законы регулирования, не удовлетворяющие хотя бы одному параметру качества, в дальнейшем не рассматриваются. Из остальных законов регулирования выбирают наиболее простой, обеспечивающий заданное качество регулирования. Затем находят значения параметров настройки этого регулятора. Это обычно производится при помощи формул или графических зависимостей. Методика выбора закона действия автоматического регулятора и определение оптимальных значений параметров его настройки изложена в [9].

Заканчивают расчет системы регулирования построением графика переходного процесса. Для этого составляют уравнение динамики системы регулирования и при заданном ступенчатом возмущении решают его относительно регулируемой величины. Затем, подставляя найденные значения параметров настройки регулятора и одно- два значения вблизи их, получают несколько различных переходных процессов. Из них в качестве рабочего выбирают процесс, меньше всего отличающийся от заданного типового процесса. Выбранный процесс и определяет оптимальные значения настроенных параметров регулятора. Переходные процессы в системе регулирования рекомендуется рассчитывать с использованием ЭВМ.

Рекомендуемая литература

1. Борисов Г.С., Брыков В.П., Дытнерский Ю.И. и др. Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие по проектированию под редакцией Ю.И.Дытнерского, М., Химия, 1991, 496 с.

2. Айнштейн В.Г., Захаров М.К., Носов Г.А.и др. Общий курс процессов и аппаратов химической технологии. М., Химия, 2000, 1760 с.

3. Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии. М., Химия, 1995, т. 2, 368 с.

4. Машиностроение (энциклопедия, том. 1V-12). Машины и аппараты химических и нефтехимических производств, М.: Машиностроение, 2004, 830 с.

5. Сажин Б.С. Основы техники сушки. М., Химия, 1984, 320 с.

6. Муштаев В.И., Ульянов В.М. Сушка дисперсных материалов. М., Химия, 1988, 352 с.

7. Клюев А. С., Глазов Б.В., Дубровский А.Х., Клюев А.А. Проектирование систем автоматизации технологических процессов. Справочное пособие под редакцией Клюева А.С. М., ЭНЕРГОАТОМИЗДАТ, 1990, 464 с.

8. Беспалов А.В., Харитонов Н.И. Системы управления химико-технологическими процессами. Учебник для вузов. М., АКАДЕМКНИГА, 2007, 690 с.

9. Полоцкий Л.М., Лапшенков Г.И. Автоматизация химических производств. Теория, расчет и проектирование систем автоматизации. М., Химия, 1982, 296 с.

10. Кулаков М.В. Технологические измерения и приборы для химических производств. Учебник для вузов, М., Машиностроение, 1983, 424 с.

11. Каталог «Приборы и средства автоматизации». Тома 1 - 8. М., НАУЧТЕХЛИТИЗДАТ, 2004.

12. ГОСТ 21.404-85 «Автоматизация технологических процессов. Обозначения условных приборов и средств автоматизации в схемах». М., 1985, 32 с.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: