Автоматизированные системы управления техническим процессом

для комплекту, призначеного для вимірювання декількох різнорідних величин, первинні вимірювальні перетворювачі (датчики) позначають відповідно до вимірюваної величини, а вторинний прилад - Ш (з відповідним доповненням, як це показано в п. 43 табл. 5.6);

в окремих випадках для позначень комплектів, призначених для вимірювання якості непрямим методом, перша літера в позначенні датчика може відрізнятися від першої літери в позначенні вторинного приладу. Наприклад, якщо для вимірювання якості продукту використовують метод температурної депресії (датчиками температури при цьому є термометри опору, вторинним приладом - автоматичний міст), то позначення цього комплекту буде таким: датчики - ТЕ, вторинний прилад - ОЯ (див. поз. 10-1,10-2,10-3 на рис. 5.2).

Щити, штативи, пульти керування на схемах автоматизації зображують умовно у вигляді прямокутників довільних розмірів, достатніх для нанесення графічних умовних позначень приладів, що на них встановлюються, засобів автоматизації, апаратури керування та сигналізації. У прямокутниках можна вказувати номери креслень загальних видів щитів і пультів, а з лівого боку - його назву. Прилади і засоби автоматизації, що розташовані поза щитами і не пов'язані безпосередньо з технологічним обладнанням та трубопроводами, умовно показують у прямокутнику «Прилади місцеві» .

Комплектні пристрої (машини централізованого контролю, керувальні машини, комплекти телемеханіки тощо) також позначають на схемах автоматизації у вигляді прямокутників.

Функціональні зв'язки між технологічним устаткуванням і встановленими на ньому первинними перетворювачами, а також із засобами автоматизації, установленими на щитах та пультах, на схемах показують тонкими суцільними лініями. Кожен зв'язок позначають однією лінією незалежно від фактичної кількості проводів чи труб, якими здійснюється цей зв'язок. До умовних позначень приладів і засобів автоматизації лінії зв'язку допускається підводити з будь-якого боку, зокрема і під кутом. Лінії зв'язку мають бути найкоротшими, з мінімальною кількістю перетинань. Допускається перетинання лініями зв'язку зображень технологічного устаткування і комунікацій, однак перетинання умовних позначень приладів і засобів автоматизації є неприпустимим.

 Позиційні позначення на схемах автоматизації

Біля кожного умовного позначення технологічного устаткування - апарата чи машини - подають назву або номер позиції (назву можна вписати всередині позначення. Можна використовувати літерно-цифрові позначення (наприклад, Т-1, Р-3, Н-12 тощо), де буква означає назву групи однотипного устаткування (відповідно теплообмінників, резервуарів, насосів), а цифра - порядковий номер апарата чи машини серед йому подібних.

Приладам і засобам автоматизації, зображеним на схемах автоматизації, надаються позиційні позначення (позиції), що зберігаються незмінними в усіх матеріалах проекту. На стадіях проекту позиційні позначення виконують арабськими цифрами відповідно до нумерації і заявочної відомості на прилади, засоби автоматизації та електроапаратуру.

На стадії робочої документації за одностадійного проектування позиційні позначення приборів та засобів автоматизації утворюються з двох частин: позначення арабськими цифрами номера функціональної групи (контуру контролю або регулювання) і малими літерами кириличного алфавіту одиниць приладів і засобів автоматизації в певній функціональній групі (контурі); при цьому висота цифр і великих літер має бути 3,5 мм, висота малих літер - 2,5 мм.

Літерні позначення надаються кожному елементові функціональної групи (контуру) за алфавітом відповідно до послідовності надходження сигналу -від пристроїв отримання інформації до пристроїв впливу на керований процес (наприклад, первинний перетворювач - проміжний перетворювач - регулятор - виконавчий механізм - регулювальний орган). Допускається заміна літер цифрами (через дефіс), які, починаючи з одиниці, зростають у тій же послідовності¹ У практиці проектування систем контролю та керування на схемах автоматизації замість «нейтрального» цифро-літерного чи цифрового позначення позицій пускових пристроїв часто застосовують літерно-цифрові, в яких букви є абревіатурою від назви пристроїв (див. рис. 5.3, 5.4), а цифри - порядковими номерами пристроїв серед їм подібних: магнітні пускачі - МП1, МП2, магнітні контактори - КМ1, КМ2, кнопки запобіжного відмикання пускових пристроїв - КВ1, КВ2 тощо..

Позиційні позначення окремих приладів і засобів автоматизації місцевого розміщення, таких як регулятор прямої дії, манометр, термометр розширення тощо, складаються лише з порядкового номера.

Позиційні позначення потрібно надавати всім елементам функціональних груп, за винятком:

відбірних пристроїв;

приладів і засобів автоматизації, що поставляються комплектно з технологічним устаткуванням;

регулювальних органів та виконавчих механізмів, які входять у систему автоматичного керування, але замовляються і встановлюються у технологічних частинах проекту.

Позначення на схемах автоматизації електроапаратури на стадії робочої документації або в разі одностадійного проектування мають відповідати таким позначенням, як на принципових електричних схемах.

Визначаючи межі кожної функціональної групи, слід враховувати таку обставину: якщо якийсь прилад чи регулятор сполучений з декількома датчиками або отримує додатковий вплив від іншого параметра (наприклад, коригувальний сигнал), то всі елементи схеми, що виконують додаткові функції, належать до тієї функціональної групи, на яку вони впливають. Регулятор співвідношення, зокрема, входить до складу тієї функціональної групи, на яку він чинить головний вплив по кординаті незалежного параметра. Те саме стосується й прямого цифрового керування, де вхідним ланцюгам контуру регулювання надається одна й та ж позиція.

У системах централізованого контролю із застосуванням обчислювальної техніки, системах телевимірювання та у складних схемах автоматичного керування із загальними для різних функціональних груп пристроями всі спільні елементи виносять у самостійні функціональні групи.

42. Вимоги до оформлення схем автоматизації технологічних процесів

Схему автоматизації виконують у вигляді креслення, на якому схематично умовними зображеннями показують: технологічне устаткування, комунікації, органи керування і засоби автоматизації із зазначенням зв'язків між технологічним устаткуванням і засобами автоматизації, а також зв'язків між окремими функціональними блоками та елементами автоматики.

Умовні зображення слід виконувати лініями такої товщини:

технологічного устаткування:

у вигляді прямокутників довільних розмірів - 0,5-1 мм,

з відображенням характерних ознак устаткування - 0,2-0,5 мм;

трубопроводів - 0,5-1,5 мм;

умовні зображення засобів автоматизації (крім горизонтальної лінії на зображенні приладів, розміщених на щитах і пультах) - 0,5-0.6 мм;

лінії зв'язку між засобами автоматизації та горизонтальні лінії на зображенні приладів, розміщених на щитах і пультах, - 0,2-0,3 мм;

щити та пульти (прямокутники внизу схеми) - 0,5-1 мм.

Схеми автоматизації можна розробляти з більшим чи меншим ступенем деталізації. Однак обсяг інформації, поданий на схемі, має давати повне уявлення про прийняті основні рішення з автоматизації певного технологічного процесу, а також забезпечувати можливість складання на стадії проекту заявочних відомостей на прилади і засоби автоматизації, трубопровідну арматуру, щити й пульти, основні монтажні матеріали та вироби. Схему автоматизації виконують зазвичай на одному аркуші, на якому зображують засоби автоматизації і апаратуру всіх систем контролю, регулювання, керування та сигналізації, що належать до певної технологічної установки. Допоміжні пристрої (редуктори і фільтри для повітря, джерела живлення, реле, автомати, вимикачі та запобіжники в ланцюгах живлення, з'єднувальні коробки, інші пристрої та монтажні елементи) на схемах автоматизації не показують.

Складні технологічні схеми рекомендується розбивати на окремі технологічні вузли і виконувати схеми автоматизації цих вузлів у вигляді окремих креслень. Для технологічних процесів з великим обсягом автоматизації схеми автоматизації можуть бути виконані окремо за видами технологічного контролю та керування.

Наприклад, окремо виконують схеми автоматичного керування, контролю та сигналізації тощо.

Стандартом установлено два способи виконання схем автоматизації:

1) розгорнутий, у якому на схемі зображують склад і місце розташування технічних засобів автоматизації кожного контуру контролю та керування. Розгорнутий спосіб побудови умовних графічних позначень можна виконувати комбінованим застосуванням основних (табл. 5.2, 5.3) та додаткових (табл. 5.4, 5.5) умовних позначень. При цьому щити та пульти керування зображують у вигляді прямокутників (зазвичай в нижній частині креслення), у яких показують установлені на них засоби автоматизації;

2) спрощений, у якому на схемі зображують основні функції контурів контролю та керування (без виділення окремих технічних засобів автоматизації, що до них входять, та зазначення місця їх розташування). Засоби автоматизації на технологічних схемах зображують поблизу відбірних та приймальних пристроїв без побудови прямокутників, які умовно показують щити, пульти, пункти контролю і керування. Для спрощеного способу побудови достатньо основних умовних позначень, наведених в табл. 5.2, та літерних позначень, наведених в табл. 5.3.

Виконуючи схеми розгорнутим способом, на них показують всі пристрої і засоби автоматизації, що входять до складу функціонального блока чи групи, та місце їх встановлення. Перевага цього способу - більша наочність, що значно полегшує читання схеми і опрацювання проектних матеріалів, а також дає змогу складати замовні специфікації на потрібні для реалізації розробленої схеми автоматизації устаткування, вироби та матеріали.

Чинні нормативні документи, що зазвичай не змінюються тривалий час, не можуть передбачити наперед усі нововведення у зображення схем автоматизції, які можуть знадобитися у зв'язку з тим, що номенклатура технічних засобів автоматизації неперервно і доволі швидко збільшується, і це, в. свою чергу, спричинює появу нових варіантів їх застосування. Так, із виходом на ринок систем керування технологічними процесами мікроконтролерів унормовані стандартами «класичні» схеми автоматизації на базі локальних засобів вже не відповідали новим технічним і структурним можливостям, надаваним мікроконтролерами, зокрема використовувані в цих схемах літерні позначення функціональних ознак приладів далеко не вичерпували всіх функцій, що реалізовувалися мікроконтролерами.

Тому головні розробники схем автоматизації - різні проектні організації

- вдалися до заповнення прогалин у цій царині власними розробками, виходячи зі свого досвіду та бачення підходів до розв'язання проблеми (зайве наголошувати, що на відміну від регламентованих стандартами ці розробки не вирізнялися

одноманітністю). Та згодом бурхливе розширення номенклатури і функціональних можливостей цифрових приладів на базі мікропроцесорної техніки, яке спостерігається в останні роки, спонукало вдосконалювати мікроконтролерні схеми автоматизації.

Тож залежно від технічного наповнення тієї чи іншої розроблюваної системи керування можна застосовувати й відповідні варіанти зображення схем автоматизації. Замість локальних перетворювачів можна скористатися комплексом програмно-технічних засобів «АСТРА-8М», призначеним для введення в ЕОМ інформації від датчиків та інших пристроїв, що мають стандартний пневматичний вихід, а також для приймання від ЕОМ електричних сигналів і перетворення їх у стандартний пневматичний сигнал. Пунктирне позначення ручного дистанційного керування означає, що його можна застосовувати тільки після відключення автоматичного регулювання, яке є основним.

Для пристроїв, що показують положення вихідних органів виконавчих механізмів тощо (графічні умовні позначення наведено в табл. 5.6, п. п. ЗО, 31), потрібно показувати існуючий механічний зв'язок з вихідним органом виконавчого механізму. Такі пристрої можуть бути як окремого виготовлення, так і вбудованими, щодо яких графічні умовні позначення не застосовують.

Спрощений спосіб побудови схем, хоч і дає лише загальне уявлення про прийняті рішення щодо автоматизації об'єкта, дозволяє суттєво скоротити обсяги проектної документації. Однак читання схем автоматизації, виконаних у такий спосіб, ускладнено тим, що вони не повно відображають організацію пунктів контролю і керування об'єктом, а складання специфікації на використані засоби автоматизації за такою схемою взагалі неможливе.

Регулювальні пристрої зображено на схемі технологічного процесу поблизу відбірних пристроїв та датчиків і позначено відповідними арабськими цифрами, проставленими в нижній частині кола, що зображує регулювальний пристрій. Виконавчі механізми та відбірні пристрої позиційних позначень не мають.

Іноді застосовують і комбінований метод зображення, який передбачає показ засобів автоматизації здебільшого розгорнено, однак деякі вузли зображаються спрощено.

Прилади та засоби автоматизації, вбудовані в технологічне обладнання та комунікації чи механічно пов'язані з ним, зображають на кресленні в безпосередній близькості від них (виконавчі механізми, регулювальні та запірні органи).

Для полегшення розуміння суті автоматизовуваного об'єкта, можливості вибору діапазонів вимірювання та шкал приладів, уставок (завдань) регуляторів на схемах автоматизації вказують граничнодопустимі робочі (максимальні чи мінімальні) значення вимірюваних чи регульованих технологічних параметрів за сталих режимів роботи. Ці значення в одиницях вибраної шкали приладу або в міжнародній системі одиниць указують на лініях зв'язку, прилеглих до прямокутника «Прилади місцеві» (див. рис. 5.2-5.4). Для приладів, убудованих безпосередньо в технологічне обладнання чи трубопроводи (термометрів розширення, манометрів, витратомірів постійного перепаду тощо) та розміщених поза згаданими прямокутниками, граничнодопустимі значення параметрів вказують під позиційним позначенням приладів чи поблизу позначень.

Над рамкою з основним написом по її ширині (так зване вільне поле схеми) зверху вниз на першому аркуші креслення подають таблицю не передбачених стандартами умовних позначень, прийнятих в цій схемі автоматизації; там же розміщують експлікацію на технологічне устаткування (номер позиції, назву, кількість однотипних одиниць) і позначення (нумерацію) трубопроводів, не наведених у табл. 5.1 (починаючи з цифри 28). У разі потреби таблиці можна виконувати на окремих аркушах.

На кресленнях схем автоматизації мають бути наведені пояснення, на підставі яких документів їх розроблено. Допускається на вільному полі схеми подавати стислу технічну характеристику об'єкта, що автоматизується, пояснювальні таблиці, діаграми тощо. Пояснювальний текст можна розміщувати і в будь-якому іншому вільному місці схеми.

У разі виконання схем автоматизації обома способами відбірний пристрій для всіх постійно підключених технічних засобів автоматизації не має спеціального позначення, а являє собою тонку суцільну лінію, що з'єднує технологічний трубопровід чи апарат з первинним вимірювальним перетворювачем чи приладом. Якщо треба вказати точне місце розташування відбірного пристрою чи точки вимірювання (всередині контуру технологічного апарата), на кінці тонкої суцільної лінії зображують коло діаметром 2 мм (див. первинний перетворювач 8-І на рис. 5.2).

Допускається запірну та регулювальну арматуру (наприклад, засувки, заслінки, шибери, напрямні апарати тощо), яка бере участь у системах автоматизації і замовляється в технологічній частині проекту, зображати на схемах автоматизації відповідно до чинних у тій частині стандартів.

Виконуюючи креслення схеми автоматизації, слід уникати дублювання однакових її частин, які належать як до технологічного устаткування, так і до засобів автоматизації. Для однотипних об'єктів, які мають однакове оснащення і не пов'язані між собою, схему автоматизації виконують лише для одного об'єкта і додають, наприклад, пояснення: «Схему складено для агрегату 1; для агрегатів 2-6 схеми аналогічні».

Схема автоматизації обов'язково доповнюється специфікацією на використані в ній технічні засоби автоматизації. Специфікацію складають у вигляді таблиці (дод. 3) і подають у кінці пояснювальної записки до проекту. У специфікації наводять позиції технічних засобів згідно зі схемою автоматизації, вимірюваний параметр та його граничнодопустиме (номінальне, середнє) значення, місце відбору інформації, місце монтажу технічного засобу, його найменування та повну технічну характеристику, загальну кількість однотипних одиниць, завод-виробник тощо. Технічні засоби (первинні та проміжні перетворювачі, вторинні прилади, регулятори, виконавчі механізми, монтажні вироби, матеріали тощо) підбирають за допомогою каталогів і довідників на технічні засоби автоматизації, що серійно виробляються промисловістю, а також за рекламними та номенклатурними довідниками виробників і торговельних організацій.

43. Характеристика принципиальных схем

Принципиальная схема - схема, каждый элемент которой, выполняя определенную функцию, не может быть разделен на части, имеющие самостоятельное функциональное назначение (например, для электрических схем такими элементами будут резистор, трансформатор, конденсатор, а для пневматических - дроссель, емкость).

На основании принципиальных схем, определяющих полный состав элементов и связей между ними, разрабатываются остальные материалы проекта:

общие виды щитов,

их монтажные схемы,

схемы внешних соединений.

Принципиальные схемы разрабатывают на основании задания на проектирование и схемы автоматизации, а для создания схем программного управления дополнительно необходима циклограмма работы технологического оборудования.

Принципиальные схемы, входящие в проекты автоматизации технологических процессов, по назначению разделяют на схемы

· управления,

· сигнализации и

· питания.

К принципиальным схемам предъявляются следующие требования:

· надежность;

· безопасность работы обслуживающего персонала и предотвращение брака продукции и повреждения оборудования при аварийных ситуациях;

· удобство эксплуатации;

· экономичность.

Схемы управления. В зависимости от выполняемых функций схемы управления разделяются на следующие виды:

· схемы управления электроприводами производственных механизмов, к которым относят и схемы управления поточно-транспортными системами (ПТС);

· схемы управления электроприводами или пневмоприводами запорных и регулирующих устройств;

· схемы программного управления технологическими агрегатами периодического действия в функции времени или других параметров.

Схемы управления в зависимости от степени участия оператора могут работать в:

· автоматическом,

· автоматизированном и

· ручном режимах.

Управление в автоматизированном или ручном режимах в зависимости от места расположения командоаппаратов может быть местным или

дистанционным.

Схемы сигнализации. В зависимости от выполняемых функций их можно разделить на следующие виды:

· схемы технологической сигнализации, предназначенные для сигнализации о состоянии величин, характеризующих технологический процесс;

· схемы производственной сигнализации, служащие для оповещения о положении рабочих органов машин, механизмов и агрегатов;

· схемы командной сигнализации, выполняющие некоторые организационные функции управления производством;

· схемы пожарной сигнализации, служащие для быстрого оповещения о месте возникновения пожара;

· схемы сторожевой сигнализации, выполняющие функции по охране складских и специальных помещений.

Схемы производственной сигнализации иногда называют схемами сигнализации положения, так как они чаще всего сигнализируют о двух рабочих положениях механизмов или рабочих органов машин "Отключено - Включено" или "Открыто - Закрыто".

В каждой из перечисленных схем сигнализации могут быть применены один или несколько типов сигналов:

· сигнал нормального режима,

· предупреждающий или

· аварийный.

Схемы сигнализации, как правило, имеют свето-звуковые сигнализаторы. Звуковой сигнал, общий для всей схемы, служит для привлечения оператора при выходе одной из контролируемых переменных за установленную границу и должен отключаться вручную.

В электрических схемах сигнализации световой сигнал можно подавать разными способами:

· ровным или

· мигающим светом,

· свечением сигнальных ламп с неполным накалом.

Схемы защиты. Эти схемы контролируют процессы в защищаемом объекте, подают аварийные сигналы и выключают оборудование или изменяют, режимы его работы в целях предотвращения аварий. В зависимости от степени воздействия схем защиты на защищаемый объект различают схемы с

· полным остановом установки

· локальными воздействиями, которые предотвращают развитие аварии без останова основных агрегатов.

Схемы питания. По своей структуре, принципам построения и оформлению схемы питания существенно отличаются от схем управления и сигнализации.

Проектирование принципиальных электрических схем ПЭС управления и сигнализации ведут в такой последовательности:

· составляют алгоритм работы схемы,

· разрабатывают структуру схемы управления и сигнализации;

· переходят от структурной схемы к принципиальной, одновременно выбирая род тока и напряжение питания, а также необходимую аппаратуру;

· составляют принципиальную электрическую схему.

•  Составление алгоритма работы ПЭС управления и сигнализации
• При составлении алгоритма работы схемы кратко описывают условия работы исполнительных элементов схемы при заданной последовательности воздействий (ручные команды оператора, сигналы других автоматических устройств и т. п.) на ее приемные элементы, т. е. контакты ключей управления, кнопок, сигнализирующих приборов и др. Исполнительные элементы (катушки магнитных пускателей, электромагниты, звуковые и световые сигнализаторы и т. п.) передают воздействия внешним объектам.
• Наряду с приемными и исполнительными элементами в многотактных схемах в отличие от однотактных есть еще и промежуточные элементы, которые обеспечивают определенную последовательность в передаче воздействий приемных элементов на исполнительные. Алгоритм работы схемы не содержит упоминаний о работе промежуточных элементов.
• Алгоритм работы схемы составляется после тщательного изучения исходных условий. При этом стремятся использовать существующие типовые алгоритмы, корректируя их с учетом особенностей автоматизируемого технологического процесса.

Алгоритмы работы схем управления электроприводами производственных механизмов

При их составлении наряду с автоматическим управлением в схеме следует предусмотреть ручное управление, которое может быть как местным, так и дистанционным.

Причем местное управление может использоваться наряду с дистанционным, если наладка и опробование механизмов с помощью последнего затруднены из-за отдаленности щитов управления.

Режим управления выбирается специально предназначенным для этой цели переключателем выбора режима (ПВР).

Не рекомендуется использовать один командоаппарат и в качестве ПВР, и в качестве устройства для пуска и останова электродвигателя.

При положении ПВР, соответствующем местному управлению, должна исключаться возможность пуска механизма в любом другом режиме.

В схеме должен быть также предусмотрен аппарат для аварийного отключения электропривода вне зависимости от режима его работы, который устанавливается вблизи соответствующего механизма.

При управлении двумя аналогичными производственными механизмами, один из которых является резервным, можно предусмотреть следующие режимы работы:

автоматический рабочий,

автоматический резервный и

ручной (ремонтный).

В алгоритме работы рассматриваемых схем управления отражается также наличие или отсутствие защиты от минимального напряжения, предупреждающей повторный самозапуск электродвигателя, возможность отключения электродвигателя любой из кнопок "Стоп" в зависимости или независимо от положения ПВР.

Схемы управления электроприводами производственных механизмов и, следовательно, алгоритмы их работы можно разделить на две группы:

схемы управления электродвигателями, не связанными технологической последовательностью включения, и схемы управления электродвигателями, связанными технологической последовательностью включения, в том числе и схемы управления поточно- транспортными системами (ПТС).

Составляя алгоритм работы схемы управления ПТС, необходимо для каждого из электродвигателей предусмотреть три режима работы:

централизованный сблокированный,

местный сблокированный и

местный несблокированный.

Существуют два варианта алгоритмов работы схем управления ПТС:

с индивидуальными и общим ПВР.

Алгоритмы работы схем сигнализации

При их составлении выбирают характер действия звукового и светового сигналов. Действие звукового сигнала может быть одно- и многократным.

В схемах с однократным действием звукового сигнала последний подается только при поступлении первого сигнала. Поступление остальных сигналов (при уже поданном первом) вызывает лишь появление дополнительных световых сигналов без звука.

В схемах с многократным действием звукового сигнала (например, в большинстве схем технологической сигнализации) замыкание любого из сигнальных контактов вызывает появление соответствующего светового и одновременно с ним звукового сигналов.

Световой сигнал может подаваться ровным или мигающим горением сигнальной лампы.

В схемах производственной сигнализации могут применяться два вида мигания:

частое - для подачи аварийного сигнала,

медленное - для сигнализации перевода механизмов с централизованного на местное управление.

Сигнализаторы положения могут входить в состав как схемы управления электроприводом, так и отдельной схемы производственной сигнализации. Совмещать схемы управления и сигнализации рекомендуется в том случае, когда не предполагается проектировать щиты и пульты с мнемосхемой, а их размеры позволяют применять сигнальную арматуру на напряжение цепей управления.

Совмещенные схемы управления и сигнализации о состоянии электроприводов производственных механизмов могут включать от одного до трех световых сигнализаторов. Наиболее распространено использование в этом случае двух ламп: одна сигнализирует о нормальной работе электродвигателя, вторая - об отключении электродвигателя, готового к включению. Третья лампа обычно применяется для сигнализации аварийного отключения, когда возникает несоответствие между положением ключа управления "Включено" и состоянием электродвигателя.

Звуковой сигнал снимается кнопкой съема сигнала.

Включение лампы работающих электродвигателей можно осуществить кнопкой "Включение ламп".

К производственной сигнализации относится также сигнализация положения запорных органов (задвижки, вентили, шиберы, клапаны и т. п.), имеющих два конечных рабочих положения. При использовании двух сигнальных ламп одна сигнализирует положение "Открыто", а другая "Закрыто".

Разработка структурной схемы

Структурная схема определяет основные функциональные части устройства, их назначение и взаимосвязи. Структурная электрическая схема включает основные функциональные элементы и выполняется без раскрытия всех их характеристик и детализации цепей. Основная инженерная задача, возникающая при разработке структурной схемы, сводится к разработке такой схемы, которая полностью соответствовала бы заданию в виде алгоритма ее работы при минимально возможном числе элементов.

Для решения этой задачи могут быть использованы интуитивный, формализованный и комбинированный методы. Первый применяют в простых случаях, используя решения, аналогичные имеющимся типовым разработкам в данной или других отраслях промышленности. При построении сложных схем для объектов, опыт проектирования которых незначителен, применяют формализованные методы синтеза структурных схем с использованием аппарата формальной математической логики. Процедура синтеза в этом случае сводится к нахождению структурных формул, описывающих работу промежуточных и исполнительных элементов схемы; их аналитической записи и преобразованию чаще всего в целях минимизации числа элементов схемы.

Разработка сложных структурных схем возможна и с помощью комбинированного метода, когда схему вначале создают интуитивно, не обращая внимания на число элементов, занятых в ней. Затем, используя логические функции, полученную схему записывают аналитически и далее с помощью формализованных методов минимизируют длину структурных формул.

При этом следует учитывать, что уменьшение длины формул всегда приводит к упрощению только релейно-контактных схем, т. е. к уменьшению числа контактов.

Бесконтактные схемы можно минимизировать только в определенной степени, так как при минимизации их логических функций не всегда удается учесть ряд специфических особенностей схемы (необходимость применения однотипных элементов, имеющих несколько входов и один выход; их детектирующие свойства, необходимость фазировки сигналов, ограниченную нагрузку элементов и т. п.).

Преобразуя схемы, можно использовать в качестве дополнительных требований те ограничения, которые вытекают из опыта проектирования и эксплуатации подобных схем, например замена размыкающих контактов некоторых аппаратов замыкающими как более надежными и снижающими аварийность, уменьшение числа контактов, коммутирующих ток, и т.п.

Наибольшее число типовых решений существует в области проектирования схем сигнализации, поэтому разработка структуры этих схем практически сводится к выбору способа взаимодействия их центральной части и цепей технологических контактов, так как большинство схем сигнализации включает только эти две части.

Переход к принципиальной схеме

После разработки структурной схемы переходят к принципиальной схеме. При этом учитывают ряд дополнительных требований, предъявляемых к принципиальным схемам,

выбирают напряжение питания схемы,

производят ее аппаратурную реализацию,

рассчитывают в необходимых случаях параметры элементов схемы и проверяют возможность ее реализации с учетом ограниченного числа обмоток и контактов реле, выпускаемых промышленностью.

Учет дополнительных требований. Дополнительные требования, предъявляемые к принципиальным схемам как управления, так и сигнализации, сводятся к следующему.

Для предотвращения случайных коротких замыканий и аварийных режимов в случае замыканий на землю, а также облегчения контроля и наладки схемы катушки всех аппаратов подключают в схемах переменного тока к нулю (при двухфазной схеме питания к одной и той же фазе), а в схемах постоянного тока - к минусу.

Чтобы уменьшить число соединительных проводов в монтажной схеме и предотвратить случайные короткие замыкания, контакты одного и того же аппарата присоединяют к одной фазе и стремятся увеличить число однопотенциальных точек.

Рекомендуется, чтобы в схемах отсутствовала аппаратура, постоянно находящаяся под напряжением и отключающаяся только при снятии напряжения питания. Если этого сделать не удается, предусматривают сигнализацию о наличии напряжения питания.

Принципиальные схемы управления должны отвечать следующим требованиям:

· ввод в схему предпусковой сигнализации и установка кнопки пуска и аппарата для аварийного отключения электродвигателя;

· невозможность совмещения в одним аппарате функций выбора режима управления и непосредственного управления;

· отсутствие возможности одновременного пуска электродвигателя при управлении электроприводом из нескольких мест;

· осуществление переключений в схеме только в цепях управления, а не в силовых цепях;

· включение выходных контактов автоматических устройств в схемы управления с двойным разрывом цепи с обеих сторон этих контактов с помощью переключателей управления для удобства наладки и эксплуатации.

Рисунок 1

В схемах сигнализации, имеющих узел проверки схемы, для исключения ложных связей между цепями технологических контактов используют контакты промежуточных реле или диоды (см. рис. 2.11, о). Выбор варианта (контакты или диоды) зависит от наличия свободных контактов у промежуточных реле. В то же время применение арматуры с двумя параллельно соединенными лампами делает необязательным включение в схему сигнализации узла проверки ламп, так как о перегорании одной из двух ламп свидетельствует снижение освещенности арматуры.



Рисунок 2

Схема на рис. 2 работает следующим образом. При замыкании технологического контакта SQ1 включается реле К1 и своими контактами самоблокируется, а также включает звуковой сигнал НА и реле К2. Реле К2 включает лампу HL1 и отключает реле К1 от контакта SQ1. При нажатии на кнопку SB2 теряет питание реле К1, что приводит к отключению НА. Кнопки для проверки ламп, подачи звукового сигнала (SB1) и его снятия (SB2} и т. д.

Выбор напряжения питания схемы

Напряжение питания выбирают из ряда номинальных значений напряжения сетей и приемников электрической энергии постоянного и переменного однофазного тока, регламентированных государственным стандартом. Наиболее распространенным является применение напряжения 220 В переменного тока либо напряжения 60 В и ниже (48, 24 и 12 В) постоянного тока. Выбор одного из указанных напряжений в значительной степени определяет и аппаратурную реализацию схемы, так как при напряжении ниже 60 В используют слаботочную аппаратуру, а при напряжении выше 60 В - аппаратуру управления сильного тока.

Выбор напряжения питания определяется требованиями техники безопасности и условиями окружающей среды, числом элементов, входящих в схему, разветвленностью цепей проектируемой схемы, допустимым значением напряжения на контактах приемных элементов, родом тока и величиной напряжения существующих источников питания, условиями эксплуатации и, в частности, квалификацией обслуживающего персонала, а также экономическими показателями.

Требования техники безопасности учитываются в первую очередь. Во всех случаях, когда не может быть обеспечена надежная защита от прикосновения к токоведущим частям в условиях повышенной опасности поражения электрическим током или когда согласно ПУЭ заземление установок недопустимо, рекомендуется применять низкое напряжение.

Для аппаратуры слабого тока можно использовать вместо контрольных кабелей и проводов с сечением жил 1,5-2,5 мм² телефонные кабели и провода, что при сечении жил 0,2-0,25 мм² снижает расход цветного металла в 7-10 раз и дает значительный экономический эффект при проектировании схем с большей разветвленностью цепей.

Иногда применение того или другого напряжения ограничивается допустимым значением напряжения на контактах приемных элементов, их разрывной мощностью.

Питание схем управления может осуществляться от главных цепей данного электродвигателя или других источников питания. Междуфазное напряжение для питания схем управления применяют в сетях с изолированной нейтралью, а в сетях с глухозаземленной нейтралью. \

Защитой протяженных цепей управления в случае их междуфазного питания служит двухполюсный автомат. Преимущества фазного напряжения 220 В для питания схем управления перед междуфазным напряжением 380 В состоят в его меньшей опасности, создании удобств при сочетании схем управления и сигнализации, расширении возможностей выбора аппаратуры для схем управления.

На рис. 3 показаны простейшие схемы управления электродвигателем при питании междуфазным и фазным напряжением. В первом случае замыкание на землю при включенном пускателе в любой точке за предохранителем FU4 приведет к перегоранию этого предохранителя, но катушка пускателя КМ останется включенной на фазное напряжение, т. е. пускатель может не отключиться как при нажатии на кнопку SB1, так и при размыкании контактов конечного выключателя SQ. При отключенном пускателе замыкание на землю в цепи от катушки до кнопки SB2 может вызвать самовключение электродвигателя, что опасно для обслуживающего персонала и может привести к серьезным аварийным режимам. При использовании для питания фазного напряжения и надежного заземления одного вывода катушки (см. рис. 3,6) замыкание на землю в любой точке цепи вызовет перегорание предохранителя и отключение пускателя.

Рис. 3 - Схемы управления электродвигателем при питании цепей управления: а - междуфазным напряжением; б - фазным напряжением

Для питания цепей управления слабого тока чаще всего применяют постоянный ток напряжением 60 В.

Питание цепей сигнализации рекомендуется осуществлять от разделительного трансформатора с изолированной от земли вторичной обмоткой и устройствами контроля изоляции на землю. При питании схем сигнализации пониженным напряжением и отсутствии необходимых при этом источников питания используют понижающие трансформаторы с изолированными обмотками. Применять для этой цели последовательно включенные резисторы или автотрансформаторы не разрешается.

Выбор аппаратуры управления и сигнализации

Для принципиальных электрических схем выбор такой аппаратуры в первую очередь определяется принятым для питания схемы напряжением и родом тока, а также выполняемыми данной аппаратурой функциями, необходимым числом регулирующих органов и контактов, характеристикой помещения, где будет устанавливаться аппаратура, с точки зрения его опасности при применении электрооборудования. Во всех случаях стремятся к применению однородной по своим техническим характеристикам аппаратуры, причем необходимое исполнение ее определяется по ПУЭ в зависимости от класса помещений, в которых она устанавливается.

При выборе аппаратуры управления и сигнализации прежде всего учитывают род тока, номинальное напряжение и мощность, допустимые параметры окружающей среды, установочные размеры и исполнение. Кроме того, на выбор аппаратуры управления влияет величина предельной разрывной способности исполнительных органов аппаратуры, число включений и переключений, а при выборе реле - дополнительно время срабатывания и отпускания, число исполнительных и реагирующих органов, кратность пускового тока; при выборе кнопок и кнопочных станций - число штифтов и контактов (замыкающих и размыкающих); при выборе переключателей и выключателей -число секций, диаграмма замыкания контактов, число фиксированных положений и угол поворота рукоятки, число полюсов. При питании переменным током схем сигнализации, имеющих диоды, могут быть применены только те реле переменного тока, которые срабатывают в схеме однополупериодного выпрямления с последующей самоблокировкой на полное напряжение.

Типовые алгоритмы технологической и производственной сигнализаций, рассмотренные выше, могут быть реализованы с помощью блоков аварийной сигнализации (БАС) на пять точек сигнализации, блоков позиционной сигнализации (БПС) также на пять точек сигнализации и блоков общих цепей (БОЦ-1, БОЦ-2, БОЦ-3), выполняющих функции управления мигающим светом, звуковой сигнализацией, питанием схемы и рассчитанных на обслуживание до 20 БАС и БПС. Перечисленные блоки выполнены на базе магнитоуправляемых герметизированных контактов, полупроводниковых диодов, транзисторов, тиристоров и предусматривают использование сигнальных ламп напряжением 24-220 В, мощностью 2,5-15 Вт и звуковой аппаратуры напряжением до 220 В переменного тока.

В качестве световых сигнализаторов в схемах технологической сигнализации используют табло с высвечиваемыми надписями о содержании подаваемого сигнала, а в схемах производственной сигнализации - сигнальную арматуру с круглыми линзами разного цвета. Линзы красного цвета применяют для подачи аварийного сигнала, зеленого - сигнала нормального режима, желтого - сигналов другого назначения, белого - разных сигналов одной сигнальной лампой.

Сигнальные лампы рекомендуется выбирать на напряжение, несколько превышающее номинальное, либо включать последовательно с лампами добавочный резистор, учитывая, что уменьшение напряжения питания на 10 % увеличивает срок службы лампы примерно в Зраза. Добавочный резистор включают также в том случае, когда напряжение питания схемы сигнализации превышает номинальное напряжение лампы.

Выбор звукового сигнализатора зависит от характера сигнала, продолжительности его включения, номинального напряжения и потребляемой мощности. В схемах технологической сигнализации в качестве звуковых сигнализаторов чаще всего применяют звонки, в схемах производственной сигнализации -- гудки и ревуны.

 Выполнение принципиальных электрических схем управления и сигнализации

Проектируемые для одного объекта принципиальные электрические схемы управления и сигнализации в зависимости от сложности могут выполняться на одном или нескольких листах. На принципиальных электрических схемах управления и сигнализации в общем случае могут быть показаны цепи управления, сигнализации, измерения и регулирования, силовые цепи; контакты аппаратов данной схемы, занятые в других схемах, и контакты аппаратов из других схем; диаграммы и таблицы включений контактов приемных элементов схемы (переключателей, конечных и путевых выключателей, программных устройств); таблицы применимости; поясняющая технологическая схема, циклограмма работы оборудования; схема блокировочных связей оборудования; необходимые пояснения и примечания; перечень элементов и основная надпись (рис. 4).

Элементы на принципиальных электрических схемах должны быть изображены в соответствии со стандартами ЕСКД совмещенным или разнесенным способом. При совмещенном способе составные части элементов показывают на схеме в непосредственной близости один к другому. Так, магнитный пускатель изображают со всеми его катушками, контактами и другими частями. Совмещенный способ в проектах по автоматизации применяют для изображения сложных регулирующих устройств. Однако наиболее часто элементы на принципиальных электрических схемах управления и сигнализации систем автоматизации изображают разнесенным способом, при котором их составные



Рис. 4 - Пример выполнения схемы принципиальной электрической

Части располагают в разных местах схемы таким образом, чтобы отдельные цепи были наиболее наглядными. При этом рекомендуется использовать строчный способ изображения цепей, при котором отдельные цепи располагают в горизонтальную или вертикальную (последняя менее желательна) строчку последовательно одна за другой. В схемах с горизонтальным строчным расположением отдельных цепей катушки изображают обычно справа, а контакты - слева.

Все аппараты на схеме показывают в их нормальном положении, т. е. в таком, которое они занимают при отсутствии внешнего воздействия (электрического, механического, теплового и т. п.). Аппараты, не имеющие отключенного положения, изображают в одном из положений, принимаемом за исходное, о чем на схеме дается пояснение.

Все элементы на схеме соответствуют ГОСТ 2.710-81 "Обозначения условные буквенно-цифровые в электрических схемах" и обязательно снабжают позиционным обозначением, остальные типы условных обозначений (функциональная группа, конструктивное расположение и т. д.) применяют по усмотрению проектировщика. Позиционное обозначение в общем случае состоит из трех частей, записываемых подряд без разделительных знаков и пробелов. Оно образуется с применением букв только латинского алфавита и арабских цифр. Первая часть позиционного обозначения выполняется с помощью одно или двухбуквенного кода. Причем если в схеме содержится только один из группы элементов, имеющих общий однобуквенный код, то для первой части его позиционного обозначения используют однобуквенный, в противном случае - двухбуквенный код. Во второй части позиционного обозначения приводится порядковый номер элемента в пределах данного вида. Третья часть позиционного обозначения (иногда может отсутствовать) соответствует функциональному назначению элемента. Примененные для третьей части позиционного обозначения буквенные коды должны быть пояснены на свободном поле схемы;

Примеры обозначения элементов электрических схем: + 75 = А1-К1 - реле К1, входящее в состав устройства А1, которое относится к функциональной группе 75; R2N - резистор 2, используемый как измерительный; R3F -- резистор 3, используемый как предохранительный.

Маркировка цепей в электрических схемах выполняется в соответствии с ГОСТ 2.709-72 "Система маркировки цепей в электрических схемах" и служит для опознания цепей, а в некоторых случаях отражает их функциональное назначение. Одни и те же цепи на всех электрических схемах (принципиальных, монтажных и внешних соединений) должны иметь одинаковую маркировку, которая проставляется слева от вертикально и над горизонтально расположенными цепями.

Участки цепей, сходящиеся в одном узле схемы или проходящие через разъемные контактные соединения, имеют одинаковую маркировку. Участки цепей, разделенные контактами аппаратов, катушками реле, обмотками машин, резисторами, предохранителями и другими элементами, имеют разную маркировку. Цепи маркируют независимо от заводской нумерации зажимов аппаратов и приборов, к которым они присоединяются. В связи с применением табличного способа оформления монтажных схем на принципиальных электрических схемах наряду с маркировкой цепи приводится заводская нумерация зажимов (выводов) аппарата или прибора (см. на рис. 5 выводы реле КРЗ}, а при отсутствии последней - нумерация зажимов, выполненная, например, в соответствии со стандартом НПО "Пищепромавтоматика".

Цепи маркируют арабскими цифрами, перед которыми при необходимости проставляют прописные буквы (одинакового с цифрами размера) А, В, С (для маркировки фаз) и N (для маркировки нуля). Входные и выходные участки цепей постоянного тока маркируют с указанием полярности: "+" и "-".

Цепи принципиальных электрических схем систем автоматизации маркируют, как правило, последовательными числами от ввода источника питания к потребителю, а разветвляющиеся участки -сверху вниз в направлении слева направо. При маркировке цепей допускается оставлять резервные номера. В системах автоматизации для маркировки рекомендуется применять следующие три группы чисел:

для цепей управления, регулирования и измерения 1-399, 1001-1399,2001-2399 и т. д.;

для цепей сигнализации 400-799,1400-1799, 2400-2799 и т. д.;

для цепей питания 800-999,1800-1999, 2800-2999 и т. д.

Если при выполнении принципиальных электрических схем комплексной установки, состоящей из отдельных систем, необходимо подчеркнуть принадлежность данного участка к определенным цепям, то к маркировке цепи добавляют последовательные числа или обозначения устройств (агрегатов), отделяя их дефисом. Например, цепи управления электродвигателя, обозначенного на технологической схеме М45, будут иметь маркировку 45-1,45-2, 45-3 и т. д.

Контакты аппаратов, работающих в других схемах, на данной схеме обводят тонкой сплошной линией, около которой приводят обозначение аппарата и ссылку на номер чертежа схемы, в которую включен сам аппарат. Контакты аппаратов данной схемы, занятые в других схемах, располагают на свободном поле чертежа в виде отдельной цепи. Рядом с изображением цепей указывают номер чертежа и название схемы, в которой они работают.

Среди диаграмм и таблиц включений контактов приемных элементов схемы наиболее распространены диаграммы замыканий контактов ключей управления и переключателей и диаграммы замыканий многоцепных реле времени (например, приборов КЭП), конечных и путевых выключателей, технологических контактов и др. (Пример составления диаграмм см. на рис. 5 и 6.

Таблицы применимости приводятся на принципиальной электрической схеме в тех случаях, когда она применяется для данной системы несколько раз. Таблицы составляют по произвольной форме и записывают в них обозначение всех аппаратов или агрегатов, работающих по данной схеме, и указания по маркировке цепей и обозначению элементов этой схемы в случае применения ее для определенного аппарата или агрегата.

При выполнении принципиальных электрических схем управления сложными объектами эти схемы дополняют поясняющей технологической схемой с упрощенным изображением всех аппаратов и машин, входящих в состав технологического узла, для которого они разрабатываются. При необходимости на схеме приводят также циклограмму работы оборудования и схему блокировочных зависимостей, указывающие последовательность работы оборудования. В более простых случаях ограничиваются краткими текстовыми пояснениями по условиям и режимам работы оборудования.

Для пояснения работы схемы приводят таблицы, помещаемые справа от изображения схемы с горизонтальным строчным расположением отдельных цепей. В таблицах записывают назначение цепи и входящих в нее элементов.

Номер относящихся к данной схеме чертежей, ссылки на исходные материалы и другие сведения дают в примечаниях. В перечне электроаппаратуры, помещаемом обычно над основной надписью в виде таблицы, приводят основные характеристики этой аппаратуры и ее обозначение по схеме.

Назначение и общие требования к схемам электропитания

Систему электропитания средств автоматизации (далее система электропитания) можно рассматривать как своего рода небольшую систему электроснабжения, электроприемниками которой являются различные приборы, аппараты, регулирующие устройства, электроприводы исполнительных механизмов, задвижек, вентилей и т. п. От надежного электропитания этих электроприемииков, устанавливаемых на щитах и пультах систем автоматизации и рассредоточенных по всему автоматизируемому объекту, зависит нормальная работа объекта (технологического процесса) в целом. В отдельных случаях перерыв в электропитании систем автоматизации может привести к аварийным условиям, граничащим со взрывом, и др.

Система электропитания должна обеспечить необходимую надежность (бесперебойность) питания, соответствующее качество электроэнергии (допустимые отклонения и колебания напряжения, несинусоидальность формы кривой, пульсацию напряжения), экономичность, удобство и безопасность обслуживания.

Выбор схемы электропитания, рода тока, напряжения, аппаратов защиты и управления должен производиться с учетом принятых решений в системе электроснабжения автоматизируемого объекта.

Выбор напряжения питания

Для распределения электрической энергии на современных промышленных предприятиях наибольшее распространение получили четырехпроводные системы трехфазного переменного тока напряжением 380/220 В с глухим заземлением нейтрали. На действующих предприятиях встречаются еще четырехпроводные системы трехфазного переменного тока с глухим заземлением нейтрали напряжением 220/127 В.

...