Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ГБОУ СПО СО «Сухоложский многопрофильный техникум»

Методические указания и контрольные задания для студентов-заочников по специальности 140448 «Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования»

2010 г.

Методические указания составлены в соответствии с рабочей программой по дисциплине «Автоматика» по специальности 140448 «Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования» Заместитель директора по УР СПО В.А. Завражный.

Составитель:

Преподаватель

ГБОУ СПО СО «Сухоложский многопрофильный техникум»

В.С. Дмитриев

Содержание

автоматизация программный электромеханический преобразователь

Введение

Раздел 1. Производственный процесс как объект автоматизации

Тема 1. Понятие об автоматизации производственных процессов

Тема 2. Управление и регулирование в технических системах

Раздел 2. Элементы автоматики и средства автоматизации

Тема 1. Характеристики элементов автоматики

Тема 2. Датчики

Тема 3. Промежуточные преобразователи и исполнительные устройства

Раздел 3. Системы автоматики и телемеханики

Тема 1. Системы автоматического контроля и сигнализации

Тема 2. Элементы теории автоматического регулирования

Тема 3. Системы телемеханики

Тема 4. Диспетчеризация инженерного оборудования

Раздел 4. Системы автоматизации электрического и электромеханического оборудования

Тема 1. Автоматическое управление электротермическими установками

Тема 2. Автоматическое управление холодильными установками

Тема 3. Автоматизация систем электроэнергетики и теплоснабжения

Тема 4. Автоматическое управление электроприводом

Раздел 5. Системы программного управления

Тема 1. Оптимальные системы автоматического управления

Тема 2. Системы числового программного управления

Тема 3. Управляющие вычислительные комплексы

Примеры решения задач

Раздел 6. Правила выполнения функциональных средств автоматизации

6.1 Общие методические положения. Основные сведения о функциональных схемах автоматизации (ФСА)

Раздел 7. Содержание раздела КИП и А

Раздел 8. Указания по выбору средств автоматизации

Раздел 9. Указания по выполнению функциональных схем автоматизации

9.1 Изображение технологического оборудования

9.2 Изображение приборов и средств автоматизации

9.2.1 Обозначение приборов и средств автоматизации по ГОСТ 21.404-85

9.2.2 Расположение обозначений средств автоматизации

9.2.3 Изображение средств автоматизации в однотипных технологических объектах

9.2.4 Развернутый способ изображения средств автоматизации

9.2.5 Позиционное обозначение средств автоматизации

9.3 Изображение линий связи

9.4 Требования к оформлению функциональных схем автоматизации

Раздел 10. Указания к выполнению спецификации на приборы и средства автоматизации

Раздел 11. Варианты контрольной работы

Вариант 1

Вариант 2

Вариант 3

Вариант 4

Вариант 5

Вариант 6

Вариант 7

Вариант 8

Вариант 9

Вариант 10

Вариант 11

Вариант 12

Вариант 13

Вариант 14

Вариант 15

Вариант 16

Вариант 17

Вариант 18

Вариант 19

Вариант 20

Список литературы

Введение

Студент должен иметь представление:

о роли и месте автоматики как науки в условиях научно-технического прогресса;

о взаимосвязи учебной дисциплины «Автоматика» с другими дисциплинами учебного плана.

Автоматика как самостоятельная отрасль науки и техники. Цель и задачи учебной дисциплины, ее связь с другими дисциплинами учебного плана. Исторические сведения о развитии автоматики. Роль автоматики в современной технике и технологии. Тенденции развития и социально-экономические аспекты автоматизации производства.

Раздел 1. Производственный процесс как объект автоматизации

Тема 1. Понятие об автоматизации производственных процессов

Студент должен иметь представление:

о структуре современного производства, составе оборудования, участвующего в производственном цикле;

о назначении производственного оборудования;

знать:

об энергетическом, материальном и информационном потоках в производственном процессе;

физические и технические параметры, характеризующие состояние объекта автоматизации;

уметь:

- различать средства автоматизации производственного процесса.

Структура производственного процесса. Технологические процессы, оборудование, участвующее в них, технические системы и установки как объекты автоматизации. Энергетический, материальный и информационный потоки в производственном процессе. Физические и технические параметры, характеризующие состояние объекта автоматизации.

Цели и задачи автоматизации.

Содержание и основные принципы автоматизации производственных процессов.

Классификация производства по степени автоматизации.

Назначение гибких автоматизированных производств (ГАП). Назначение и структурная схема промышленного робота.

Самостоятельная работа

Составление структурной схемы автоматизации технологического процесса.

Тема 2. Управление и регулирование в технических системах

Студент должен знать:

технические средства, применяемые для автоматизации;

принципы преобразования физических величин в электрические;

возможности управляющих вычислительных комплексов с микро -ЭВМ для управления производственными процессами.

Техника автоматического управления и регулирования, измерения, обработки и передачи данных. Методы определения состояния объекта автоматизации, преобразования физических величин в электрические.

знать:

основные принципы построения систем автоматического регулирования:

структуру систем автоматического регулирования различного назначения;

уметь:

объяснять принцип работы автоматического регулятора по его функциональной схеме;

составлять структурную схему регулятора по технологическому заданию;

читать принципиальные схемы САР и составлять их структурные схемы.

Понятие «системы автоматического регулирования» (САР). Задачи, решаемые САР, и предъявляемые к ним требования. Назначение, классификация и основные характеристики САР. Основные принципы построения локальных автоматических систем регулирования. Структура САР различного назначения. Одноконтурные и многоконтурные САР. Разомкнутые и замкнутые САР. Виды систем автоматического управления. Управление электрическим и электромеханическим оборудованием на базе микро - ЭВМ и микропроцессорной техники.

Самостоятельная работа

Составление функциональной схемы автоматизации технологического процесса.

Раздел 2. Элементы автоматики и средства автоматизации

Тема 1. Характеристики элементов автоматики

Студент должен иметь представление:

- о функциональном назначении элементов автоматики;

знать:

виды классификации, устройство и принцип действия элементов автоматики;

статический и динамический режимы работы элементов автоматики;

достоинства и недостатки элементов автоматики.

Понятие «элемент автоматики».

Общие сведения о функциональном назначении элементов автоматики.

Классификация элементов автоматики по выполняемым функциям, по виду энергии и способу ее преобразования; устройство, принцип действия. Общие характеристики элементов автоматики и основные требования к ним. Статический и динамический режимы работы элементов автоматики. Достоинства и недостатки элементов автоматики. Методы определения основных параметров по статическим и переходным характеристикам элементов.

Самостоятельная работа

Выбор элементов автоматики по статическим и динамическим характеристикам режима работы.

Тема 2. Датчики

Студент должен иметь представление:

- о назначении, областях применения датчиков;

знать:

виды классификации датчиков, устройство и принцип работы;

основные параметры и характеристики датчиков; способы подключения датчиков в системы автоматики;

уметь:

выбирать датчики по их функциональному назначению;

экспериментально определять характеристики и основные параметры датчиков.

Назначение, области применения датчиков и предъявляемые к ним требования. Роль датчиков в автоматизации производственных процессов. Классификация датчиков по природе входного и выходного сигнала. Классификация электрических датчиков. Датчики систем электроавтоматики: сельсинные измерительные устройства, вращающиеся трансформаторы, датчики частоты вращения.

Совместное использование датчиков с измерительными схемами.

Лабораторное занятие № 1.

Изучение работы датчиков активного (реактивного) сопротивления.

Самостоятельная работа

Выбор датчика по измеряемому параметру (по вариантам).

Тема 3. Промежуточные преобразователи и исполнительные устройства

Студент должен иметь представление:

о назначении и областях применения промежуточных преобразователей и исполнительных устройств;

о системе классификации преобразовательных элементов автоматических средств управления;

знать:

принципы работы преобразователей;

основные характеристики и параметры промежуточных преобразователей различных типов;

- классификацию, устройство, принципы работы и способы управления исполнительными элементами средств автоматики;

уметь:

определять экспериментально основные параметры и характеристики преобразовательных элементов;

выбирать преобразователи в соответствии с техническими характеристиками сопрягаемых элементов автоматики;

определять экспериментально основные параметры и характеристики исполнительных элементов автоматики;

выбирать и использовать исполнительное устройство для управления конкретным объектом.

Назначение, области применения усилительных элементов и их классификация. Магнитные усилители: принципы работы, особенности эксплуатации, достоинства и недостатки.

Электронные усилители: классификация по принципу работы, основные характеристики и параметры. Электромеханические усилители: электромашинные, электромагнитные. Стабилизаторы. Общие сведения, классификация.

Электромагнитные и электронные реле; распределители. Классификация, принципы работы и основные параметры переключающих элементов различных типов.

Назначение и принципы работы электромагнитных силовых механизмов. Область применения, устройство и конструкции электромагнитных муфт. Классификация, устройство и принципы работы электродвигателей.

Способы управления исполнительными элементами средств автоматики.

Лабораторное занятие № 2.

Изучение работы электромагнитного реле переменного тока.

Лабораторное занятие № 3.

Изучение работы исполнительного механизма систем автоматики.

Самостоятельная работа

Расчет сопряжения ИМ.

Раздел 3. Системы автоматики и телемеханики

Тема 1. Системы автоматического контроля и сигнализации

Студент должен иметь представление:

- о роли автоматических систем контроля и сигнализации и задачах, решаемых ими;

знать:

назначение, классификацию и структуру систем автоматического контроля и сигнализации;

принцип действия средств автоматического контроля и сигнализации технологического процесса;

уметь:

читать функциональные и принципиальные схемы технологического контроля и сигнализации;

применять средства технологического контроля по функциональному назначению.

Назначение, классификация и структура, принцип действия систем автоматического контроля. Технологические средства сигнализации, регистрации, индикации и защиты. Системы централизованного контроля. Автоматические мосты и потенциометры.

Лабораторное занятие № 4.

Изучение работы автоматического потенциометра (моста).

Тема 2. Элементы теории автоматического регулирования

Студент должен иметь представление:

- о методике исследования динамических свойств систем автоматики;

знать:

характеристики типовых динамических звеньев;

методы анализа и синтеза систем автоматического регулирования (САР);

уметь:

выполнять структурный анализ САР;

определять частотные характеристики типовых звеньев и разомкнутых САР;

оценивать качество процесса регулирования и устойчивость САР.

Задачи анализа систем автоматического регулирования (САР). Методы анализа и синтеза САР. Методика исследования динамического режима САР. Типовые динамические звенья, передаточные и частотные характеристики. Практическое занятие № 3.

Качественный анализ системы автоматического регулирования.

Тема 3. Системы телемеханики

Студент должен иметь представление:

о методах передачи информации по линиям связи;

о способах повышения помехоустойчивости каналов связи;

знать:

назначение, область применения систем телемеханики и предъявляемые к ним требования;

классификацию и структурные схемы телемеханических систем; принцип действия телемеханической системы;

уметь:

объяснять принцип действия системы телесигнализации, телеизмерения и телеуправления.

Назначение, область применения систем телемеханики и требования, предъявляемые к ним. Тенденции развития систем телемеханики. Классификация, принцип действия и структурные схемы телемеханических систем по решаемым задачам. Системы телеизмерения, телеуправления, телесигнализации. Канал связи. Помехи. Способы повышения помехоустойчивости каналов связи.

Основные характеристики линий связи. Методы преобразования (кодирования) сигналов. Многоканальные системы телемеханики.

Практическое занятие № 3.

Качественный анализ системы автоматического регулирования.

Тема 4. Диспетчеризация инженерного оборудования

Студент должен иметь представление:

- о назначении и об основных задачах диспетчеризации в системах автоматического регулирования;

знать:

- назначение и область применения телемеханических систем; особенности индивидуальной и групповой работы операторов систем диспетчеризации.

Назначение, основные задачи диспетчеризации в системах автоматического регулирования. Электрооборудование диспетчерской системы. Особенности индивидуальной и групповой работы операторов систем диспетчеризации.

Самостоятельная работа

Структурная схема диспетчеризации объектов (по вариантам).

Раздел 4. Системы автоматизации электрического и электромеханического оборудования

Тема 1. Автоматическое управление электротермическими установками

Студент должен иметь представление:

- о технологических операциях на электротермических участках;

знать:

- принципы работы используемых на участке средств автоматизации.

Способы обеспечения нагрева в технологической зоне. Управление процессом термической обработки. Принцип работы средств контроля и регистрации технологического процесса, управления им.

Самостоятельная работа

Схема регулирования термической установки.

Тема 2. Автоматическое управление холодильными установками

Студент должен иметь представление:

о технологическом процессе получения низких температур;

знать:

- принципы работы используемых в холодильной установке средств автоматизации и контроля.

Методы получения низких температур в холодильных камерах. Способы управления производительностью холодильной установки. Средства автоматизации и контроля на хладопредприятиях. Функциональные и принципиальные схемы холодильного оборудования.

Самостоятельная работа

Разработка функциональных и принципиальных схем автоматизации холодильного оборудования.

Тема 3. Автоматизация систем электроэнергетики и теплоснабжения

Студент должен иметь представление:

- о назначении и областях применения систем электро - и теплоснабжения;

знать:

принципы автоматического управления элементами систем электро - и теплоснабжения;

принципы автоматического контроля систем и управления ими.

Электрические системы электро - и теплоснабжения, их назначение и области применения. Принципы автоматического контроля систем и управления ими. Элементы защиты и блокировки. Приборы теплотехнического контроля.

Самостоятельная работа

Функциональная схема регулирования теплоснабжения (по вариантам)

Тема 4. Автоматическое управление электроприводом

Студент должен иметь представление:

- о возможностях регулирования технологических параметров средствами электропривода;

знать:

- способы управления системами электропривода.

Регулирование технологических параметров средствами электропривода. Способы управления электродвигателями постоянного и переменного тока. Промышленные средства управления электроприводом.

Самостоятельная работа

Принципиальная электрическая схема управления электроприводом на электромеханических элементах.

Раздел 5. Системы программного управления

Тема 1. Оптимальные системы автоматического управления

Студент должен иметь представление:

о задачах, решаемых экспериментальными системами управления;

знать:

виды классификации оптимальных систем автоматического управления (САУ);

принципы построения и структуру адаптивных САУ.

Понятие «экстремальное управление». Выбор критерия оптимизации системы управления. Принцип адаптации (самонастройки) САУ. Адаптивные системы со стабилизацией и оптимизацией качества управления: принципы построения и структура. Самообучающиеся САУ.

Самостоятельная работа

Структурные схемы адаптивных САУ.

Тема 2. Системы числового программного управления

Студент должен иметь представление:

- о принципах обработки информации в цифровых вычислительных системах;

знать:

принципы включения микропроцессорных устройств в состав автоматизированных систем управления (САУ);

виды классификации систем числового программного управления;

уметь:

объяснять структуру автоматизированной системы с числовым программным управлением;

составлять алгоритм управления.

Преимущества цифровых вычислительных устройств перед аналоговыми. Сопряжение вычислительных устройств с датчиками и исполнительными механизмами. Применение микропроцессорных средств для управления технологическим оборудованием.

Лабораторное занятие № 6.

Изучение микропроцессорной системы управления электроприводом.

Тема 3. Управляющие вычислительные комплексы

Студент должен иметь представление:

о роли и возможностях вычислительных комплексов на базе микропроцессорных ЭВМ в системах автоматического управления;

знать:

назначение и структуру систем ГАП, АСУ ТП, АСУП.

Назначение, структура и взаимодействие компонентов системы гибкого автоматизированного производства (ГАП). Назначение, выполняемые функции и обобщенная структура автоматизированной системы управления технологическими процессами (АСУ ТП). Агрегатная система средств телемеханической техники. Автоматизированные системы управления производством (АСУП): на базе микро - ЭВМ: выполняемые функции, схема взаимодействия технических средств интегрированной системы. Тенденции развития и социально-экономические аспекты автоматизации производства.

Самостоятельная работа

Структурная схема АСУ ТП.

Примеры решения задач

1. Обосновать выбор прибора для измерения давления 25,5 МПА. Привести основные характеристики (шкала, погрешность, класс точности) А. По правилам Госстандарта РФ показания прибора должны находиться во 2/3 шкалы. Поэтому выберем шкалу из ряда рекомендованных чисел -1,0; 1,6; 2,5;4,0; 6,0.

Считаем 25,5 МПА это середина шкалы. Тогда вся шкала 25,5+25,5=51. Выберем шкалу 0-40 МПа.

Если принять класс точности прибора равным 1,0 то получается, что абсолютная погрешность составит

100% - 40МПа

1% - Х Х=1*40/100=0,4 это недостаточно, чтобы отображать измеряемую величину в 0,5 ед. Проверив погрешность в 0,1% получим искомое.

Примем класс точности прибора равным 0,1.Тогда абсолютная погрешность составит 0,04 МПА. Этого достаточно чтобы измерять в данном диапазоне с точностью до 0,5МПа.

Основные характеристики прибора должны быть:

Шкала прибора 0-40МПа

Класс точности прибора 0,1

2. Чему равно действительное значение измеряемой величины, если автоматический потенциометр показывает 600°С, диапазон показаний 0-1300°С. Кл. точн. вторичного прибора 1,0; Кл. точн. ТПР - 1,5. Привести основные характеристики вторичного прибора. Определить суммарную погрешность системы. Можно ли увеличить точность измерений и каким образом? Ответ обосновать.

Решение:

1. Определяем действительное значение измеряемой величины, для этого необходимо знать диапазон показаний, или шкалу прибора:

Диапазон показаний или шкала равна:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Далее определяем суммарную погрешность системы:

Суммарная погрешность системы = 1,8 (%)

Следующий шаг - определение абсолютной погрешности системы контроля:

1300^оС - 100%

Х - 1,8%

Отсюда Х = (1300*1,8)/100 = 23,4^оС.

Действительное значение измеряемой величины находится в диапазоне 600±23,4 ^оС.

Основные характеристики вторичного прибора:

Тип: автоматический потенциометр;

Диапазон показаний 0-1300 ^оС;

Кл. точн. моста 1,0;

Градуировка ПР.

Рекомендации по улучшению точности измерения.

По требованиям стандартов системы ГСП прибор должен работать в середине шкалы, показания высокой точности, соответствующие классу точности прибора, и наиболее высокой степени достоверности.

Прибор показывает 100 ^оС что составляет 20% от диапазона показаний.

Необходимо применить шкалу с диапазоном 0-200 ^оС.

При этом абсолютная погрешность системы контроля, без изменения класса точности составит:

200^оС - 100%

Х - 1,4%

Отсюда Х = (200*1,4)/100 = 2,8^оС.

Действительное значение измеряемой величины находится в диапазоне 100±2,8 ^оС, что говорит об увеличении точности измерения.

Вторая возможность это изменение класса точности элементов системы

Определим абсолютную погрешность системы контроля:

200^оС - 100%

Х - 0,7%

Отсюда Х = (200*0,7)/100 = 1,4^оС.

Абсолютная погрешность при изменении точности приборов изменилась незначительно. Следует учитывать в этом случае и экономический фактор: увеличение класса точности увеличивает стоимость приборов, а также необходимость использования высокоточных приборов для проверки. Поэтому наиболее выгодным в данном случае окажется замена шкалы прибора.

Ответ:

1. Суммарная погрешность системы = 1,8

2. Действительное значение измеряемой величины находится в диапазоне 100±2,8^оС.

3. Основные характеристики вторичного прибора:

Тип: автоматический потенциометр;

Диапазон показаний 0-500 ^оС;

Кл. точн. моста 1,0;

Градуировка ПР.

Чему равно действительное значение измеряемой величины, если автоматический мост показывает 100⁰С, диапазон измерений 200-300⁰С. Кл. точн. моста 1,0; Кл. точн. ТСП - 1,0.Привести основные характеристики вторичного прибора. Определить суммарную погрешность системы. Дать обоснованные рекомендации по улучшению точности измерения.

Решение:

1.Определяем действительное значение измеряемой величины, для этого необходимо определить диапазон показаний, или шкалу прибора:

Диапазон измерений находится примерно в середине шкалы, отсюда вся шкала равна:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Далее определяем суммарную погрешность системы:

Суммарная погрешность системы = 1,41

Следующий шаг - определение абсолютной погрешности системы контроля:

500^оС - 100%

Х - 1,4%

Отсюда Х = (500*1,4)/100 = 7^оС.

Действительное значение измеряемой величины находится в диапазоне 100±7 ^оС.

Основные характеристики вторичного прибора:

Тип: автоматический мост;

Диапазон показаний 0-500 ^оС;

Кл. точн. моста 1,0;

Градуировка 50П.

Рекомендации по улучшению точности измерения.

По требованиям стандартов системы ГСП прибор должен работать в середине шкалы, показания высокой точности, соответствующие классу точности прибора, и наиболее высокой степени достоверности.

Прибор показывает 100 ^оС что составляет 20% от диапазона показаний.

Необходимо применить шкалу с диапазоном 0-200 ^оС.

При этом абсолютная погрешность системы контроля, без изменения класса точности составит:

200^оС - 100%

Х - 1,4%

Отсюда Х = (200*1,4)/100 = 2,8^оС.

Действительное значение измеряемой величины находится в диапазоне 100±2,8 ^оС, что говорит об увеличении точности измерения.

Вторая возможность это изменение класса точности элементов системы

Определим абсолютную погрешность системы контроля:

200^оС - 100%

Х - 0,7%

Отсюда Х = (200*0,7)/100 = 1,4^оС.

Абсолютная погрешность при изменении точности приборов изменилась незначительно. Следует учитывать в этом случае и экономический фактор: увеличение класса точности увеличивает стоимость приборов, а также необходимость использования высокоточных приборов для проверки. Поэтому наиболее выгодным в данном случае окажется замена шкалы прибора.

Ответ:

1. Суммарная погрешность системы = 1,41

2. Действительное значение измеряемой величины находится в диапазоне 100±7 ^оС.

3. Основные характеристики вторичного прибора:

Тип: автоматический мост;

Диапазон показаний 0-500 ^оС;

Кл. точн. моста 1,0;

Градуировка 50П.

Какие характеристики должен иметь вольтметр, чтобы с его помощью можно было измерить напряжение 121 вольт?

По правилам Госстандарта РФ показания прибора должны находиться во 2/3 или 3/3 шкалы. Поэтому примем шкалу прибора равной 250В.

Если принять класс точности прибора равным 1,0 то получается что абсолютная погрешность составит 2,5В, что недостаточно.

Примем класс точности прибора равным 0,2.Тогда абсолютная погрешность составит 0,5В. Этого достаточно, чтобы измерять в данном диапазоне с точностью до 1В.

Основные характеристики прибора должны быть:

Шкала прибора 0-250В

Класс точности прибора 0,2

Правила выполнения функциональных средств автоматизации

Автоматика и автоматизация производственных процессов

Дипломный проект, курсовая работа, контрольная работа (в дальнейшем именуемых проектами) по дисциплине выполняются по единым правилам установленных ГОСТом 21.404.85. Уровень требований к каждому типу работ устанавливается соответствующей цикловой комиссией.

Содержание работ по разделу КИП и А определяется курсом "Автоматика и автоматизация производственных процессов", в результате изучения которого студенты должны знать методы и средства автоматизации технологических процессов соответствующих производств и уметь обоснованно осуществлять их выбор в соответствии с требованиями задания.

Темой проекта по разделу КИП и А является разработка функциональной схемы автоматизации какого-либо технологического процесса в соответствии со специальностью студента.

В методических указаниях рассмотрены основные положения по выполнению раздела КИП и А проекта.

Раздел 6. Правила выполнения функциональных средств автоматизации

6.1 Общие методические положения. Основные сведения о функциональных схемах автоматизации (ФСА)

ФСА является основным техническим документом проекта автоматизации, определяющим структуру системы управления технологическим процессом, а также оснащение его средствами автоматизации. ФСА представляет собой чертеж, на котором схематически условными обозначениями изображены технологические аппараты(колонны, теплообменники и т.д.), машины(насосы, компрессоры и т.п.), трубопроводы, средства автоматизации (приборы, регуляторы, клапаны, вычислительные устройства, элементы телемеханики) и показаны связи между ними.

Вспомогательные устройства на ФСА не показываются.

Результатами составления функциональных схем являются:

Выбор методов измерения технологических параметров.

Выбор основных технических средств автоматизации, наиболее полно отвечающих предъявляемым требованиям и условиям работы автоматизируемого объекта.

Определение приводов исполнительных механизмов регулирующих и запорных органов технологического оборудования, управляемого автоматически или дистанционно.

Размещение средств автоматизации на щитах, пультах, технологическом оборудовании, трубопроводах и т.п. и определение способов представлении информации о состоянии технологического процесса и оборудования(экономических показателей работы цеха, подстройки регуляторов и т.п.), сигнализация и т.д. Для выбранных параметров определяется требуемая точность измерения и регулирования, указывается диапазон их возможного измерения.

Выбор средств автоматизации.

Средства автоматизации, используемые для управления технологическим процессом, должны быть выбраны технически грамотно и экономически обоснованно. Указания по выбору средств автоматизации приведены в разделе 3.

Раздел 7. Содержание раздела КИП и А

В пояснительную записку должны входить следующие разделы:

Введение

Рассматривают общие задачи автоматизации данной отрасли промышленности. Обосновывают целесообразность автоматизации рекомендованного в задании технологического процесса. Излагают основные решенные задачи, приводят технико-экономические показатели для автоматизированного технологического процесса.

Характеристика объекта автоматизации

Кратко описывают технологический процесс и аппараты, в которых он осуществляется.

Выбор контролируемых и регулируемых параметров технологического процесса.

На основе анализа технологического процесса выбирают один или несколько входных параметров объекта автоматизации (температуры, количества, качество, себестоимость продукта и т.д.).

После выбора регулируемых и регулирующих параметров выбирают параметры, подлежащие измерению, регистрации, сигнализации и так далее.

Для выбранных параметров определяют требуемую точность измерения и регулирования, указывают диапазон их возможного изменения.

Выбор средств автоматизации

Средства автоматизации, используемые для управления технологическим процессом, должны быть выбраны технически грамотно и экономически обоснованно

Указания по выбору средств автоматизации приведены в разделе 3.

Спецификация на средства автоматизации.

Указания по заполнению спецификации приведены в разделе 5.

Заключение

Прогнозируют дальнейшее развитие автоматизации, рассмотренного в проекте технологического процесса, его перспективный уровень.

Список литературы

Ориентировочный объем раздела КИП и А в дипломном проекте - 10...15 страниц рукописного текста, контрольной работы 3-5 страниц.

Графическая часть состоит из одного чертежа - функциональной схемы автоматизации заданного технологического процесса формат А3 или А4. Подробные указания по выполнению функциональной схемы приведены в разделе 4.

Раздел 8. Указания по выбору средств автоматизации

Конкретные типы средств автоматизации выбирают с учетом особенностей технологического процесса и его параметров.

В первую очередь принимают во внимание такие факторы, как пожаро- и взрывоопасность, агрессивность и токсичность среды, число параметров, участвующих в управлении, и их физико-химические свойства, дальность передачи сигналов информации и управления, требуемые точность и быстродействие. Эти факторы определяют выбор методов измерения технологических параметров, требуемые функциональные возможности регуляторов и приборов (законы регулирования, показание, запись и т.д.), диапазоны измерения, классы точности, вид дистанционной передачи и т.д.

Конкретные приборы и средства автоматизации следует подбирать по справочной литературе (9, 12, 15, 16), исходя из следующих соображений:

- для контроля и регулирования одинаковых параметров технологического процесса необходимо применять однотипные средства автоматизации, выпускаемые серийно. При этом нужно отдавать предпочтение приборам и средствам автоматизации Государственной системы промышленных приборов (ГСП);

- при большом числе одинаковых параметров рекомендуется применять многоточечные приборы;

- при автоматизации сложных технологических процессов необходимо использовать вычислительные и управляющие машины;

- класс точности приборов должен соответствовать технологическим требованиям;

- для автоматизации технологических аппаратов с агрессивными средами необходимо предусматривать установку специальных приборов, а в случае применения приборов в нормальном исполнении нужно защищать их.

Наиболее распространенные типы промышленных вторичных приборов, входящих в ГСП, представлены ниже:

Входной сигнал	Тип измерительного прибора
Давление сжатого воздуха	ПВ
Постоянное напряжение	КСД ДИСК250
Постоянный ток	КСУ ДИСК250
Электрическое сопротивление	КСМ ДИСК250
Взаимоиндуктивность	КСД

Приборы ПВ являются вторичными приборами пневматической системы "Старт" и применяются для измерения любых технологических параметров, предварительно преобразованных в давление сжатого воздуха (унифицированный пневматический сигнал). В частности, прибор ПВ 10.1Э предназначен для работы с одним из регуляторов системы "Старт". Он записывает на ленточную диаграмму величину регулируемого параметра, показывает значение сигнала задания и управляющего воздействия* в прибор входит станция управления регулятором.

Автоматические потенциометры КСП уравновешенные мосты КСМ, миллиамперметры КСУ применяют для измерения, записи и регулирования (при наличии регулирующего устройства) температуры и других параметров, изменение которых может быть преобразовано в изменение напряжения постоянного тока, активного сопротивления, силы тока постоянного тока.

Потенциометры КСП-4 в зависимости от модификации могут работать или в комплекте с одной или несколькими (если прибор многоточечный) термопарами стандартных градуировок, или с одним или несколькими источниками постоянного напряжения.

Уравновешенные мосты КСМ-4 работают в комплекте с одним или несколькими термометрами сопротивления стандартных градуировок, а миллиамперметры КСУ-4 - в комплекте с одним или несколькими источниками сигналов постоянного тока.

Вторичные дифтрансформаторные приборы КСД работают в комплекте с первичными измерительными приборами, снабженными взаимозаменяемыми дифтрансформаторными датчиками с комплексной взаимной индуктивностью 0-10 мГн, 10-0-10 мГн. С помощью этих приборов измеряют и записывают значения расхода жидкости, пара, газа, разряжения и избыточного давления, уровня жидкости и разности давлений.

Каждый тип приборов, указанных выше, выпускается в различных модификациях, отличающихся размерами, диапазонами измерения, количеством входных сигналов, наличием вспомогательных устройств и т.д.

Выбирая тот или иной прибор по функциональному признаку, необходимо простоту и дешевизну аппаратуры сочетать с требованиями контроля и регулирования данного параметра. Наиболее важные параметры следует контролировать самопишущими приборами, более сложными и дорогими, чем показывающие приборы. Регулируемые параметры технологического процесса необходимо, как правило также контролировать самопишущими приборами, что имеет значение для корректировки настройки регуляторов.

При выборе вторичных приборов для совместной работы с однотипными датчиками одной градуировки и с одинаковыми пределами измерения следует учитывать, приборы КСП, КСМ, КСД выпускаются с числом точек 3, 6, 12. В многоточечных приборах имеется переключатель, автоматически и поочередно подключающий датчик к измерительной схеме. Печатающее устройство, расположенное на каретке, отпечатывает на диаграмме точки с порядковым номером датчика. Запись производится многоцветная.

При выборе вида унифицированного сигнала канала связи от датчика до вторичного прибора принимается во внимание длина канала связи. При длине 300 м можно применять любой унифицированный сигнал, если автоматизируемый технологический процесс не является пожаро- и взрывоопасным. При пожаро- и взрывоопасности и расстоянии не более 300 м целесообразно использовать пневматические средства автоматизации, например регуляторы и приборы системы "Старт", применение которых к тому же обходится примерно на 30% дешевле, чем электрических. При расстоянии, превышающем 300 м, целесообразнее использовать электрические средства автоматизации в соответствующем исполнении. Они характеризуются гораздо меньшим запаздыванием и превосходят пневматические средства по точности измерения (класс точности большинства пневматических приборов - 1,0, электрических - 0,5).Кроме того, применение электрических средств упрощает внедрение вычислительных машин.

Выбирая датчики и вторичные приборы для совместной работы, следует обращать внимание на согласование выходного сигнала датчика и входного сигнала вторичного прибора.

Например, при токовом выходном сигнале датчика входной сигнал вторичного прибора тоже должен быть токовым, причем род тока и диапазон его изменения у датчика и вторичного прибора должны быть одинаковыми. Если это условие не выполняется, то следует воспользоваться имеющимися в ГСП промежуточными преобразователями одного унифицированного сигнала в другой (табл. 1).

Таблица 1. Наиболее распространенные промежуточные преобразователи ГСП

Тип преобразователя	Входной сигнал	Выходной сигнал
ПТ-ТП 68	ЭДС термопары	Постоянный ток 0...5 мА
ПТ-ТС 68	Электрическое сопротивление	Постоянный ток 0...5 мА
НП-ТЛ1-М	ЭДС термопары	Постоянный ток 0...5 мА
НП-СЛ1-М	Электрическое сопротивление	Постоянный ток 0...5 мА
НП-3	Напряжение постоянного тока 0...2В	Постоянный ток 0...5 мА
ЭПП-63	Постоянный ток 0...5мА	Давление сжатого воздуха 0,2...1,0 кгс/см2

Промежуточный преобразователь НП-П3 используется в качестве нормирующего для преобразования выходного сигнала дифференциально-трансформаторного преобразователя в унифицированный токовый сигнал.

Преобразователи ЭПП-63 и ПЭ-55М осуществляют переход соответственно с электрической ветви ГСП на пневматическую и с пневматической ветви ГСП на электрическую.

При выборе датчиков и приборов следует обращать внимание не только на класс точности, но и на диапазон измерения. Следует помнить, что номинальные значения параметра должны находиться в последней трети диапазона измерения датчика или прибора. При невыполнении этого условия относительная погрешность измерения параметра значительно превысит относительную приведенную погрешность датчика или прибора. Таким образом, не следует выбирать диапазон измерения с большим запасом (достаточно иметь верхний предел измерения, не более чем на 25% превышающий номинальное значение параметра).

Если измеряемая среда химически активна по отношению к материалу датчика или прибора (например, пружинного манометра, гидростатического уровнемера, дифманометра для измерения расхода по методу переменного перепада давлений),то его защиту осуществляют с помощью разделительных сосудов или мембранных разделителей. Разделительные устройства должны быть изображены на функциональной схеме автоматизации.

При автоматизации химико-технологических процессов для изменения расхода жидких сред обычно используют пневматические регулирующие клапаны, включающие исполнительный механизм с пневмоприводом и регулирующий орган.

Раздел 9. Указания по выполнению функциональных схем автоматизации

9.1 Изображение технологического оборудования

Технологическое оборудование (аппараты и машины) и трубопроводы на фунциональной схеме изображают упрощенно по сравнению с технологической схемой, но так, чтобы были понятны связь и взаимодействие технологического оборудования со средствами автоматизации. Контуры графических изображений аппаратов и машин, а также соотношение их габаритных размеров должны, как правило, соответствовать действительным.

Допускается изображение автоматизируемых объектов в виде прямоугольников, а также по ГОСТам 2.793-79 (элементы и устройства машин и аппаратов химических производств); 2.782-68; 2.780-68; 2.788-74; 2.792-74; 2.794-79 (устройства питающие и дозирующие); 2.795-80, устанавливающим графические обозначения аппаратов и машин по их функциональным признакам и по принципу действия.

Около или внутри графического обозначения каждого аппарата и машины должно быть указано наименование или позиционное обозначение (арабскими цифрами). Разрешается использовать и буквенно-цифровое обозначение, например, Т-3, Е-5 и т.д., где буква обозначает наименование аппарата (Т- теплообменник, Е-емкость), а цифра - порядковый номер аппарата среди ему подобных.

При обозначении аппаратов и машин буквами с цифрами или только одними цифрами на свободном поле схемы должна быть приведена таблица с перечнем оборудования.

Технологические трубопроводы изображают на функциональных схемах сплошными линиями толщиной от 0,5 до 1,5 мм.

В соответствии с ГОСТ 14202-69 трубопроводы можно показывать прерывистыми линиями с простановкой в местах разрыва двойных цифр (от 0.0 до 9.9), обозначающих вид жидкости или газа, движущихся по трубопроводу. Согласно ГОСТ цифра 1 обозначает воду, 2-пар,3-воздух и т.д. Если в ГОСТе отсутствует обозначение какого-либо вещества, то вводят из резерва. На свободном поле схемы в этом случае нужно дать расшифровку нестандартных цифровых обозначений.

На технологических трубопроводах показывают в основном только те вентили, задвижки, заслонки, клапаны и другие запорные и регулирующие органы, которые участвуют в контроле и управлении процессом.

На линиях, обозначающих трубопроводы, проставляют стрелки, указывающие направление движения вещества в трубопроводе. У изображений трубопроводов, по которым вещество поступает и уходит из данной технологической схемы, делаются надписи: "Из цеха абсорбции", "От насосов", "В схему полимеризации".

9.2 Изображение приборов и средств автоматизации

Приборы и средства автоматизации на функциональных схемах показываются в виде условных обозначений по ГОСТ 21.404-85 или по ОСТ 36.27-77 (см. подраздел 4.2.1). Одновременное применение условных обозначений по обоим стандартам не допускается.

9.2.1 Обозначение приборов и средств автоматизации по ГОСТ 21.404-85

Условные графические обозначения трубопроводной арматуры по ГОСТ 21.404-85.

Толщина линий этих обозначений - 0,5-0,6 мм (кроме горизонтальной разделительной линии толщиной 0,2-0,3 мм в условном изображении прибора, установленного на щите).

В верхней части окружности, обозначающей прибор, проставляются буквы латинского алфавита, обозначающие:

а) измеряемые величины согласно;

б) уточняющие значения измеряемых параметров согласно;

в) функции, выполняемые приборами, по отображению информации;

г) функции, выполняемые приборами, по формированию выходного сигнала.

В нижней части окружности наносится позиционное обозначение.

Все перечисленные в пп. а-г буквенные обозначения проставляют в следующем порядке: на первом месте ставят букву, обозначающую измеряемый параметр, далее следуют необходимые буквы в последовательности IRCSA.

Например, прибор для измерения, регистрации и автоматического регулирования перепада давления имеет обозначение PDIRC (P-давление, D- перепад, I- показание, R- регистрация, С- автоматическое регулирование).

Если обозначение состоит из большого числа элементов, допускается вместо окружности применять обозначение в виде эллипса.

При развернутом способе построения условных графических обозначений, когда каждый прибор или блок, входящий в комплект, обозначают на функциональной схеме отдельно, используются дополнительные буквенные обозначения функциональных признаков приборов и условные обозначения для преобразователей сигналов и вычислительных устройств, которые проставляются в виде надписи справа от графического обозначения преобразователя или вычислительного устройства.

9.2.2 Расположение обозначений средств автоматизации

Средства автоматизации, встраиваемые в технологическое оборудование и коммуникации или механически связанные с ними, изображают на функциональной схеме в непосредственной близости к технологическому оборудованию. К таким средствам относятся: термометры расширения, термометры термоэлектрические, термометры сопротивления, датчики пирометров, сужающие измерительные устройства, ротаметры, датчики уровнемеров, регулирующие и запорные органы. Приборы и средства автоматизации, расположенные на щитах, показывают в прямоугольниках, изображающих щиты и пульты.

Прямоугольники располагают в нижней части поля схемы в одном или нескольких горизонтальных рядах и в такой последовательности, при которой достигается наибольшая простота и ясность схемы. В каждом прямоугольнике с левой стороны указывают соответствующее наименование, например: "Щит оператора", "Шкаф управления".

Средства автоматизации, расположенные вне щитов и конструктивно не связанные с технологическим оборудованием и коммуникациями, условно показывают в прямоугольнике "Приборы местные". Этот прямоугольник располагают над прямоугольниками щитов.

9.2.3 Изображение средств автоматизации в однотипных технологических объектах

Если в состав технологического оборудования входят однотипные технологические аппараты, управляемые с общего щита или пульта, то на функциональной схеме автоматизации рекомендуется изображать только технологический аппарат.

Средства автоматизации, устанавливаемые на щите, показывают полностью для всех аппаратов.

Исключение составляет случай, когда приборы, применяемые для контроля (регулирования), являются однотипными, а контролируемые (регулируемые) параметры имеют одинаковые значения.

В этом случае повторяющиеся приборы показывают на щите один раз, а около их обозначения проставляют количество приборов в штуках.

При использовании многоточечного прибора для контроля какого-либо параметра в нескольких однотипных аппаратах на схеме показывают только один технологический аппарат и один датчик, а около прибора отмечают линии связи от остальных датчиков.

9.2.4 Развернутый способ изображения средств автоматизации

Средства автоматизации могут быть изображены на функциональной схеме тремя способами: развернутым (с детализацией по отдельным элементам), упрощенным (укрупненными узлами) или комбинированным.

При дипломном проектировании рекомендуется пользоваться наиболее наглядным развернутым способом изображения средств автоматизации, дающим полное представление о всех используемых средствах автоматизации[1, 3, 4].

9.2.5 Позиционное обозначение средств автоматизации

Всем средствам автоматизации, изображенным на функциональной схеме, присваивается позиционное обозначение (буквенно-цифровое или цифровое), которое проставляется в нижней части окружности условного обозначения каждого прибора и сохраняется в спецификации.

Позиционное обозначение, или позиция любого средства автоматизации, состоит из двух частей: номера комплекта (функциональной группы средств автоматизации, например, для измерения температуры, регулирования расхода и т.д.) и буквенных индексов- строчных букв русского алфавита, присваиваемых отдельным элементам комплекта. При этом все элементы одного комплекта (первичный, промежуточный, передающий измерительные преобразователи, измерительный прибор, регулирующий прибор, исполнительный механизм, регулирующий орган) имеют одинаковый номер комплекта (например, 1, 2 и т.д.) и разные буквенные индексы (а, б, в и т.д.), присваемые элементам комплекта по направлению прохождения информационного сигнала от технологического аппарата. Например, первичный преобразователь обозначают 1а, промежуточный преобразователь - 1б.

В случае цифрового позиционного обозначения средств автоматизации вместо букв используют цифры:1-1, 1-2, 1-3 и т.д..

Нумерация комплектов ведется слева направо. При этом цифру 1 присваивают первому слева комплекту, цифру 2 - второму и т.д.

Средствам автоматизации, не входящим в комплекты, например, показывающим термометрам, манометрам, регуляторам прямого действия и т.п., присваивают позиции, состоящие только из порядкового номера(1, 2, 3 и т.д.).

Не присваивают позиционных обозначений отборным устройствам и датчикам, поставляемым только вместе с приборами (например, термобаллону манометрического термометра).

Исполнительный механизм и регулирующий орган, выполненные как одно целое, имеют один и тот же буквенный индекс.

Электрическим приборам и аппаратам (лампам, магнитным пускателям, звонкам, кнопкам и т.д.) присваивают буквенно-цифровые обозначения, принятые в принципиальных электрических схемах [1].

9.3 Изображение линий связи

Линии связи между средствами автоматизации изображаются однолинейно сплошными тонкими линиями. Подвод линий связи к условным обозначениям приборов допускается изображать сверху, снизу, сбоку.

Линии связи могут пересекать условные обозначения технологических аппаратов. Пересекать линиями связи условные изображения средств автоматизации не разрешается. В случае взаимного пересечения самих линий связи в местах пересечения ставятся точки, если существует функциональное взаимодействие между пересекающимися линиями. Точки не ставятся при отсутствии функционального взаимодействия. Для сплошных объектов, содержащих большое количество средств автоматизации и линий связи, допускается с целью облегчения чтения схемы линии связи разрывать. В местах разрыва линии связи нумеруются одной и той же арабской цифрой. Номера линий связи размещают в одном горизонтальном ряду в возрастающем (слева направо) порядке. На участках линий связи со стороны приборов, изображенных в прямоугольнике "Приборы местные", указывают предельные рабочие измеряемых или регулируемых параметров в единицах шкалы выбираемого прибора или в международной системе СИ.

Для приборов, встраиваемых непосредственно в технологическое оборудование или трубопроводы и не имеющих линий связи с другими приборами, предельные значения величин указывают возле обозначений приборов.

9.4 Требования к оформлению функциональных схем автоматизации

Функциональная схема автоматизации выполняется преимущественно на листе формата 24 согласно ГОСТ 2301-68.

Контуры технологического оборудования на функциональных схемах рекомендуется вычерчивать линиями толщиной 0,6-1,5 мм, трубопроводы - 0,5-1,5 мм, приборы и средства автоматизации - 0,5-0,6 мм, линии связи - 0,2-0,3 мм, прямоугольники, изображающие щиты и пульты - 0,5-1,5 мм.

В правом нижнем углу над штампом дают таблицу расшифровки условных обозначений, применяемых в схемах, но не предусмотренных соответствующим стандартом. В правом верхнем углу листа над таблицей условных обозначений помещают примечания.

Функциональная схема автоматизации должна быть ясной, четкой, с равномерным распределением по полю листа элементов технологической схемы и средств автоматизации.

При разработке функциональных схем автоматизации технологических объектов рекомендуется использовать типовые схемы контроля, регулирования, сигнализации, блокировки и защиты. [3].

Раздел 10. Указания к выполнению спецификации на приборы и средства автоматизации

Подобранные приборы и средства автоматизации заносятся в спецификационную табл. 2.

Таблица 2. Спецификация на приборы и средства автоматизации

Номер позиции	Контролируемый или регулируемый параметр	Рабочее значение параметра	Тип прибора	Предел измер. (шкала)	Кол-во	Краткая техническая характеристика	Место установки
1	2	3	4	5	6	7	8

в графе 1-буквенно-цифровое обозначение прибора в соответствии с его позиционным обозначением на схеме; сначала заносятся приборы с цифровым индексом 1, т.е. приборы первого комплекта (1а, 1б, 1в,...), затем - второго комплекта (2а, 2б,...) и т.д.;

в графе 2 - полное наименование контролируемого или регулируемого параметра, например: "уровень щелока в выпарном аппарате", "давление в коллекторе ретортного газа";

в графе 3 - рабочее значение параметра, например: "2,5 кПа", "10 Н/м^2"; для параметров, изменяющихся в большом диапазоне, в частности при программном регулировании, приводятся минимальное и максимальное значение параметра;

в графе 4 - тип (шифр) прибора*

в графе 5 - минимальное и максимальное значения параметра, которые могут измеряться прибором, т.е. диапазон измерения прибора*

в графе 6 - количество однотипных приборов, установленных на объекте;

в графе 7 - основные параметры прибора или регулятора (входной сигнал, выходной сигнал, с какими приборами или датчиками комплектуется, класс точности, закон регулирования, пределы изменения настроечных параметров);

...