К приборам и средствам автоматизации относится большая группа устройств, с помощью которых осуществляют измерение, регулирование, управление и сигнализацию технологических процессов. Приборы и средства автоматизации подразделяют на измерительные и преобразующие приборы, регулирующие органы и исполнительные механизмы.
Измерительное устройство в общем случае состоит из первичного, промежуточного и передающего измерительных преобразователей.
Первичным измерительным преобразователем (датчиком) называют элемент измерительного устройства, к которому подведена измеряемая величина. Примерами первичных преобразователей могут служить: термопара, сужающее устройство для измерения расхода, термометр сопротивления и т.д.
Промежуточным измерительным преобразователем называют элемент измерительного устройства, занимающий в измерительной цепи место после первичного преобразователя. Основное назначение промежуточного преобразователя – преобразование выходного сигнала первичного преобразователя в форму, удобную доля последующего преобразования в сигнал измерительной информации. Примером промежуточного преобразователя может служить блок дифманометра-расходомера. В измерительной цепи он занимает место непосредственно после сужающего устройства и преобразует перепад давления на сужающем устройстве в соответствующее перемещение мембраны и связанной с ней механической системы прибора.
Передающим измерительным преобразователем называют элемент измерительного устройства, предназначенный для дистанционной передачи сигнала измерительной информации. Примером передающего преобразователя могут служить различные электрические и пневматические преобразователи, встраиваемые приборы. Например с помощью изменения положения сердечника дифференциально-трансформаторного преобразователя перемещение мембраны преобразуется в сигнал постоянного тока 0-5 мА.
Приборостроительная промышленность выпускает приборы, сочетающие в себе функции первичного, промежуточного и передающего преобразователей. Например, для измерения температуры используют термопары. Измерительная цепь состоит: термопара - линия связи – милливольтметр. В данном случае термопара выполняет функции первичного, промежуточного и передающего преобразователя. Если в качестве вторичного прибора вместо милливольтметра использовать потенциометр, то сигнал поступает сначала на преобразователь, преобразующий значение измеряемой величины, выраженное в милливольтах, в соответствующее значение, выраженное в миллиамперах постоянного тока. В этом случае термопара выполняет функции только первичного преобразователя.
К первичным преобразователям также относят отборные и приемные устройства. Под отборными и приемными устройствами понимают устройства, встраиваемые в технологическое оборудование и трубопроводы для отбора контролируемой среды и измерения ее параметров, например, устройства отбора среды для определения концентрации.
Измерительным прибором называют средство измерения, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственно восприятия наблюдателем. Различают измерительные приборы: показывающие, регистрирующие, самопишущие, интегрирующие и т.д. Кроме того, в них могут быть встроены регулирующие, преобразующие и сигнализирующие устройства.
Регулирующие органы по конструкции представляют собой устройства, монтируемые непосредственно в технологические трубопроводы: клапаны, заслонки, шиберы и т.п. Управление регулирующими органами осуществляется исполнительными механизмами, выполняющими функции их приводов.
Исполнительные механизмы в отличие от регулирующих органов представляют собой относительно сложные многоэлементные устройства. Они отличаются друг от друга принципом действия, техническими и эксплуатационными характеристиками, конструктивными особенностями. По роду используемой энергии подразделяются на: гидравлические, пневматические, электрические и комбинированные.
Условные обозначения.
3.1 Графические изображения.
Графические обозначения приборов, средств автоматизации и линий связи должны выполняться в соответствии с требованиями ГОСТ 21.404-85. В таблице 1 приведены примеры обозначения приборов, средств автоматизации и линий связи на функциональных схемах.
Таблица 1
| Наименование | Обозначение по ГОСТ 21.404 |
| 1.Прибор, устанавливаемый вне щита (по месту) |
|
| 2. Прибор, устанавливаемый на щите, пульте |
|
| 3.Исполнительный механизм |
|
| 4.Линия связи | 
|
| 5.Пересечение линий связи без соединения | 
|
| 6. Пересечение линий связи с соединением | 
|
| 7. Отборное устройство |
|
| 8. Отборное устройство с указание места положения |
|
| 9. Регулирующий орган |
|
| 10. Регулирующий орган с исполнительным механизмом |
|
Графические обозначения электрических контактов коммутационных устройств выполняют по ГОСТ 2.755-87. Основные обозначения по ГОСТ 2.755 приведены в таблице 2.
Таблица 2
| Наименование | Обозначение по ГОСТ 2.755 |
| 1.Электромагнитная обмотка (соленоидного механизма, токового реле, реле напряжения, магнитного пускателя и т.д.) | 
|
| 2. Кнопки ручного управления (замыкающие и размыкающие) | 
|
| 3.Контакты замыкающие и размыкающие реле, магнитных пускателей | 
|
| 4.Контакты термореле | 
|
| 5.Контакты реле времени (замыкающие и размыкающие): - с замедлением при срабатывании - с замедлением при возврате -с замедлением при срабатывании и возврате |
|
| 6. Конечные выключатели (замыкающие и размыкающие) | 
|
| 7. Технологические контакты и чувствительные элементы с размыканием цепи и замыканием цепи | 
|
| 9. Резистор (сопротивление) | 
|
| 10. Полупроводниковый диод | 
|
| 11. Транзистор (обычный) | 
|
| 12. Устройство световой сигнализации | 
|
| 13. Устройство звуковой сигнализации | 
|
| 14. Терморезистор (термометр сопротивления) | 
|
| 15. Конденсатор | 
|
| 16. Фотоэлемент (фоторезистор) | 
|
| 17. Линия электрической связи | 
|
Окончание таблицы 2
| 18. Пересечение линий электрической связи - без электрического соединения - с электрическим соединением |
|
| 19. Заземление | 
|
| 20. Обрыв линии электрической связи | 
|
3.2. Буквенные условные обозначения
Для получения полного обозначения прибора или средства автоматизации на функциональных схемах в его графическое изображение вписывают буквенное обозначение, которое и определяет назначение, выполняемые функции, характеристики работы.
Рис. 1. Принцип построения условных обозначений.
Таблица 3
| Обозначение | Измеряемая величина | Функциональный признак прибора | |||
| Основное обозначение измеряемой величины | Дополнительное обозначение | Отображение информации | Формирование выходного сигнала | Дополнительное значение | |
| А | + | - | Сигнализация | - | - |
| С | + | - | - | Регулирование, управление | - |
| D | Плотность | Разность, перепад | - | - | - |
| E | Электрическая величина | - | Чувствительный элемент | - | - |
| F | Расход | Соотношение, доля, дробь | - | - | - |
| G | Размер, положение, перемещение | - | + | - | - |
| H | Ручное воздействие | - | - | - | Верхний предел измеряемой величины |
| I | + | - | Показание | - | - |
| J | + | Переключение, обегание | - | - | - |
| K | Время, временная программа | - | Станция управления | Дистанционная передача | - |
| L | Уровень | - | - | - | Нижний предел измеряемой величины |
| M | Влажность | - | - | - | - |
| P | Давление, вакуум | - | - | - | - |
| Q | Величина характеризующая качество (состав, концентрация и т.п.) | Интегрирование, суммирование | - | + | - |
| R | Радиоактивность | - | Регистрация | - | - |
| S | Скорость, частота | - | - | Включение, отключение, блокировка | - |
| Т | Температура | - | - | + | - |
| V | Вязкость | - | + | - | - |
| W | Масса | - | - | - | - |
«+» - резервные обозначения; «-» - не используются
Примеры построения условных обозначений приборов и средств автоматизации приведены в таблице 4.
Таблица 4
| № п/п | Обозначение | Наименование |
| 1. | 
| Первичный измерительный преобразователь (чувствительный элемент) для измерения температуры, установленный по месту. |
| 2. | 
| Прибор для измерения температуры показывающий, установленный по месту, например ртутный термометр, манометрический термометр и т.п. |
| 3. | 
| То же, установленный на щите |
| 4. | 
| Прибор для измерения температуры бесшкальный с дистанционной передачей показаний, установленный по месту. |
| 5. | 
| Регулятор температуры, установленный на щите. |
| 6. | 
| Прибор для измерения температуры с контактным устройством, установленный по месту. |
| 7. | 
| Переключатель электрических цепей, установленный на щите |
| 8. | 
| Прибор для измерения давления, установленный на щите. |
| 9. | 
| Регулятор давления, работающий без постороннего источника энергии |
| 10. | 
| Прибор для управления процессом по временной программе, установленный на щите. |
| 11. | 
| Пусковая аппаратура для управления электродвигателем, установленная по месту |
| 12. | 
| Аппаратура, предназначенная для ручного дистанционного управления, установленная на щите |
Обозначения элементов принципиальных электрических схем выполняют согласно ГОСТ 2.710-81. Буквенные коды наиболее распространенных элементов принципиальных электрических схем приведены в таблице 5.
Таблица 5
| Однобуквенный код | Группа элементов | Вид элементов | Двухбуквенный код |
| А | Устройство | Усилители, лазеры, мазеры | - |
| В | Преобразователи неэлектрических величин в электрические | Телефон Тепловой датчик Фотоэлемент Микрофон Датчик давления Пьезоэлемент Датчик частоты вращения Датчик скорости | BF BK BL BM BP BQ BR BV |
| С | Конденсаторы | - | - |
| D | Схемы интегральные, микросборки | Схема интегральная аналоговая Логический элемент | DA DD |
| E | Элементы разные | Лампа осветительная Нагревательный элемент | EL EK |
| F | Разрядники, предохранители, устройства защитные | Элемент защиты по току Предохранитель плавкий Элемент защиты по напряжению | FA FU FV |
| G | Генераторы, источники питания | Батарея | GB |
| H | Устройства индикаторные и сигнальные | Прибор звуковой сигнализации Прибор световой сигнализации | HA HL |
| K | Реле, контакторы, пускатели | Реле токовое Реле электротепловое Магнитный пускатель Реле времени | КА КК КМ КТ |
| L | Катушки, дроссели | - | - |
| М | Двигатели | - | - |
| Р | Приборы, измерительное оборудование | Амперметр Частотомер Омметр Регистрирующий прибор Измеритель времени, часы Вольтметр Ваттметр | РА PF PR PS PT PV PW |
| Q | Выключатели, разъединители | Выключатель автоматический Разъединитель | QF QS |
| R | Резисторы | Терморезистор Потенциометр Шунт измерительный | RK RP RS |
Окончание таблицы 5
| Однобуквенный код | Группа элементов | Вид элементов | Двухбуквенный код |
| S | Устройства коммутационные в цепях управления, сигнализации и измерения | Выключатель и переключатель Выключатель кнопочный Выключатель автоматический Выключатели срабатывающие от различных воздействий: от уровня от давления от положения от частоты вращения от температуры | SA SB SF SL SP SQ SR SK |
| Т | Трансформаторы | Трансформатор тока Трансформатор напряжения | TA TV |
| V | Приборы электровакуумные и полупроводниковые | Диод Прибор электровакуумный Транзистор Тиристор | VD VL VT VS |
| W | Линии и элементы СВЧ, антенны | Ответвитель Вентиль Антенна | WE WS WA |
| X | Соединения контактные | Токосъемник, контакт скользящий Гнездо Соединение разборное | XA XS XT |
| Y | Устройства механические с электромагнитным приводом | Электромагнит Тормоз с электромагнитным приводом Муфта с электромагнитным приводом | YA YB YC |
В ГОСТ 2.710 приведены также буквенные коды для обозначения функционального назначения элементов принципиальных электрических схем.
- Функциональные схемы автоматизации.
Функциональная схема автоматизации является основным техническим документом, определяющим функциональную структуру и объем автоматизации технологических установок и отдельных агрегатов промышленного объекта. Функциональная схема представляет собой чертеж, на котором схематически условными обозначениями изображены: технологическое оборудование, коммуникации, органы управления и средства автоматизации (приборы, регуляторы, вычислительные устройства и т.д.) с указанием связей между технологическим оборудованием и элементами автоматики, а также связей между отдельными элементами автоматики. Вспомогательные устройства, такие как редукторы и фильтры для воздуха, источники питания, реле, автоматы, выключатели и предохранители в цепях питания, соединительные коробки и другие устройства и монтажные элементы, на функциональных схемах автоматизации не показывают.
На функциональной схеме автоматизации должно быть показано:
- параметры технологического процесса, которые подлежат автоматическому регулированию и контролю;
- наличие защиты и аварийной сигнализации;
- принятая блокировка механизмов;
- организация пунктов контроля и управления;
- функциональная структура каждого узла контроля, сигнализации, автоматического регулирования и управления;
- технические средства, с помощью которых решается тот или иной функциональный узел контроля, сигнализации, автоматического регулирования и управления.
Функциональные схемы автоматизации могут строиться двумя способами: упрощенным и развернутым. Упрощенный способ применяют в основном для изображения приборов и средств автоматизации на технологических схемах. При упрощенном способе на схемах не показывают первичные измерительные преобразователи и всю вспомогательную аппаратуру. Приборы и средства автоматизации, осуществляющие сложные функции и выполненные в виде отдельных блоков, изображают одним условным графическим обозначением (рисунок 2а). Развернутый способ применяют для выполнения функциональных схем автоматизации, когда каждый прибор или блок, входящий в единый измерительный, регулирующий или управляющий комплект, показывают отдельным графическим изображением (рисунок 2б).
Рисунок 2. Примеры изображения условных обозначений приборов и средств автоматизации упрощенным (а) и развернутым (б) способами.
Всем приборам и средствам автоматизации на функциональных схемах, присваивают позиционные обозначения. При одностадийном проектировании позиционные обозначения образуются из двух частей: арабских цифр – номера функциональной группы и номера прибора в данной функциональной группе. Например, 3-2 означает, что прибор находится в третьей функциональной группе и имеет порядковый номер в этой группе 2.
Позиционные обозначения присваивают всем элементам функциональных групп, за исключением: отборных устройств, приборов и средств автоматизации, поставляемых комплектно с технологическим оборудованием, регулирующих органов и исполнительных механизмов. Позиционные обозначения проставляют в нижней части окружности обозначающей прибор. Позиционные обозначение электроаппаратуры, исполнительных механизмов и регулирующих органов обозначают индексами, принятыми в принципиальных электрических схемах.
Функциональные схемы автоматизации разрабатывают двумя способами: с изображением щитов и пультов управления при помощи условных прямоугольников (в нижней части чертежа) и с изображением средств автоматизации на технологических схемах без построения щитов и пультов управления. Примеры выполнения функциональной схемы автоматизации ямной пропарочной камеры двумя способами приведены на рисунках 3 и 4.
Рисунок 3. Пример построения функциональной схемы автоматизации ямной пропарочной камеры по первому способу.
Рисунок 4. Пример построения функциональной схемы автоматизации ямной пропарочной камеры по второму способу.
- Принципиальные электрические схемы.
Основным назначением принципиальных схем является отражение с достаточной полнотой и наглядностью взаимной связи отдельных приборов, средств автоматизации и вспомогательной аппаратуры, входящих в состав функциональных узлов автоматизации, с учетом последовательности их работы и принципа действия. Принципиальные схемы составляют на основании схем автоматизации, исходя из заданных алгоритмов функционирования отдельных узлов контроля, сигнализации, автоматического регулирования и управления и общих технических требований, предъявляемых к автоматизируемому объекту.
Принципиальные электрические схемы могут выполняться двумя способами: совмещенным и разнесенным. Совмещенный способ изображения – это когда все части каждого прибора, средства автоматизации и электрического аппарата, располагают в непосредственной близости и заключают обычно в прямоугольный, квадратный или круглый контур, выполненный сплошной тонкой линией (рис. 5а). Разнесенный способ изображения – это когда условные графические обозначения составных частей приборов, аппаратов, средств автоматизации располагают в разных местах, но таким образом, что бы отдельные цепи были изображены наиболее наглядно (рис. 5б). Разнесенный способ составления схем значительно облегчает составление и чтение принципиальных электрических схем автоматизации.
В принципиальных электрических схемах условные графические обозначения составных частей электрических аппаратов, приборов и средств автоматизации, входящих в одну цепь, изображают последовательно друг за другом по прямой, а отдельные цепи – одну под другой, при этом образуются параллельные строки. Допускается располагать строки вертикально (см. рис. 5б). Линии связи между элементами показывают полностью. Контакты автоматов, выключателей, кнопок, реле и других коммутирующих устройств на схемах изображают при отсутствии тока во всех цепях схемы, т.е. в предположении того, что в обмотках реле, контакторов, магнитных пускателей и т.п. нет тока.
Все приборы, аппараты и элементы принципиальных электрических схем имеют позиционные буквенно-цифровые обозначения, которые выполняют в соответствии с требованиями ГОСТ 2.710-81.
В состав сложных принципиальных схем управления, регулирования, сигнализации и защиты, как правило, входят простейшие релейно-контактные схемы. Условно можно выделить семь типов простейших релейно-контактных схем, которые приведены на рисунках 6-12.
Описание работы схем.
Рисунок 6. Включается устройство световой сигнализации HL1 при нажатии на замыкающий кнопочный выключатель SB1.
Рисунок 7 (принцип «или»). Устройство световой сигнализации HL1 включается при нажатии на один из замыкающих кнопочных выключателей SB1 или SB2.
Рисунок 8 (принцип «и»). Устройство световой сигнализации включается HL1 или отключается HL2 при нажатии одновременно соответственно замыкающих SB1;SB2 и размыкающих SB3;SB4 кнопочных выключателей.
Рисунок 9 («повторитель»). При нажатии на замыкающий кнопочный выключатель SB1 напряжение подается на обмотку реле К1. Контакт К1.1 замыкается, а контакт К1.2 размыкается и соответственно включается устройство световой сигнализации HL1 и отключается устройство HL2.
Рисунок 10 («самоблокировка»). При нажатии на замыкающий кнопочный выключатель SB1 включается реле К1, которое замыкает цепь питания обмотки своим замыкающим контактом К1.1. Для выключения реле предусмотрен размыкающий кнопочный выключатель SB2.
Рисунок 5. Схема, выполненная совмещенным (а) и разнесенным (б) способами.
Рисунок 11 («последовательная блокировка»). Не возможно подать напряжение на обмотку реле К2 если предварительно не подано напряжение на обмотку реле К1, т.к. контакт К1.2 реле К1 разомкнут при отсутствии напряжения на обмотке реле К1.
Рисунок 12 («взаимная блокировка»). При подаче напряжения на обмотку реле К1 размыкается контакт К1.2, следовательно подать напряжение на обмотку реле К2 не возможно и, наоборот, при подаче напряжения на обмотку реле К2 размыкается контакт К2.2 и следовательно подать напряжение на обмотку реле К1 не возможно.
Рисунок 6
Рисунок 7
Рисунок 8
Рисунок 9
.
Рисунок 10
Рисунок 11
Рисунок 12
- Тематика курсовых работ.
Темой курсовой работы является разработка функциональной и принципиальной электрической схемы автоматизации технологического процесса, аппарата или установки.
Тематика курсовых работ охватывает процессы подготовки исходных компонентов для приготовления бетонных смесей, дозирования компонентов, их перемешивания, процессы укладки и формование бетонной смеси, тепловой обработки и натяжения арматуры.
В задании на выполнение курсовой работы, которое выдает руководитель индивидуально каждому студенту, указывается технологический процесс, аппарат или установка, которые требуется автоматизировать.
- Содержание и объем курсовой работы.
Курсовая работа включает в себя расчетно-пояснительную записку и графическую часть – 1 лист формата А1 и должен представлять принятые студентом решения относительно автоматизации процесса согласно заданию.
Расчетно-пояснительная записка должна быть написана от руки или набрана в компьютерном варианте с распечаткой на одной стороне листа бумаги формата А4 с оформлением рамок и основной надписи по ГОСТ 21.103.
В начале расчетно-пояснительной записки должно быть помещено задание на курсовую работу, включающее тему, исходные данные, содержание записки, перечень графического материала, а также сроки сдачи студентом законченной работы.
Расчетно-пояснительная записка в зависимости от конкретного задания должна включать в себя следующие разделы:
- введение;
- технологический процесс;
- описание функциональной схемы автоматизации;
- описание принципиальной электрической схемы;
- охрана труда;
- перечень использованной литературы.
Введение. Введение расчетно-пояснительной записки должно содержать краткий обзор состояния вопроса по конкретной теме курсовой работы. В обзоре необходимо в сжатой форме отразить необходимость автоматизации данного процесса (установки).
Технологический процесс. Данный раздел должен содержать основные понятия о процессе (аппарате, установке и т.п.), который требуется автоматизировать. Процесс следует расчленить на составные элементы, требующие автоматизации.
Описание функциональной схемы автоматизации. После расчленения процесса на элементарные циклы необходимо продумать и изложить в записке необходимость установки тех либо иных средств автоматизации в конкретных местах технологической цепочки, описать взаимодействие приборов и средств автоматизации, дать полный перечень используемых средств автоматизации.
Описание принципиальной электрической схемы. Описать принцип действия разработанной схемы и механизм взаимодействия всех элементов, дать обоснование принятого решения.
Охрана труда. В этом разделе записки приводится описание конкретных мероприятий по охране труда и технике безопасности при работе с электроустановками, также решения принятые в проекте при разработке принципиальной схемы.
Перечень использованной литературы. В данном разделе приводится список использованной литературы.
Графическая часть выполняется вручную или с использованием ПЭВМ с соблюдением требований оформления конструкторской документации.
Литература
1. Барласов Б.З., Ильин В.И. Наладка приборов и систем автоматизации. М., 1985.
2. Дубровский А.Х. Устройство электрической части систем автоматизации. М.: Энергоатомиздат, 1984.
3. Каминский Е.А.Практические приемы чтения схем электроустановок. М.: Энергоатомиздат, 1988.
4. Проектирование систем автоматизации технологических процессов. Справочное пособие/ Под редакцией А.С.Клюева. М.: Энергоатомиздат, 1989.
5. Хамимов А.З. Основные требования стандартов СПДС при проектировании систем автоматизации технологических процессов// Монтажные и специальные работы. Сер. Монтаж и наладка средств автоматизации и связи. Экспресс-информация (ЦБНТИ Минмонтажспецстроя СССР), 1986. Вып.2. С. 16-19.
6. Техника чтения схем автоматического управления и технологического контроля/ Под ред. А.С.Клюева. – 3-е изд., перераб. И доп. – М.: Энергоатомиздат, 1991.
Содержание
Введение ………………………………………………………………………… 3
1. Системы автоматического регулирования, контроля, дистанционного
управления и защиты ………………………………………………………. 3
2. Приборы и средства автоматизации ………………………………………. 4
3. Условные обозначения …………………………………………………….. 6
4. Функциональные схемы автоматизации …………………………………. 12
5. Принципиальные электрические схемы ………………………………….. 15
6. Тематика курсовых работ …………………………………………………. 19
7. Содержание и объем курсовой работы …………………………………... 19
Литература ……………………………………………………………………… 20