АВТОМАТИКА И АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ.
Содержание дипломного проекта 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 дипломного 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 дипломного проекта.
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:
1.Выбор методов измерения технологических параметров.
2.Выбор основных технических средств автоматизации, наиболее полно отвечающих предъявляемым требованиям и условиям работы автоматизируемого объекта.
3.Определение приводов исполнительных механизмов регулирующих и запорных органов технологического оборудования, управляемого автоматически или дистанционно.
4.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.
5.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.
СОДЕРЖАНИЕ РАЗДЕЛА КИП и А ДИПЛОМНОГО ПРОЕКТА
В пояснительную записку должны входить следующие разделы:
1.Введение.
Рассматривают общие задачи автоматизации данной отрасли промышленности. Обосновывают целесообразность автоматизации рекомендованного в здании технологического процесса. Излагают основные решенные задачи, приводят технико-экономические показатели для автоматизированного технологического процесса.
2.Характеристика объекта автоматизации.
Кратко описывают технологический процесс и аппараты, в которых он
осуществляется. Таблицей задают перечень индексированных входных, режимных и выходных параметров (Т1, Т2, Р1, Р2 и т.д.), намеченного для автоматизации технологического объекта, указываются их номинальные значения.
3.Выбор контролируемых и регулируемых параметров технологического процесса.
На основе анализа технологического процесса выявляют показатель эффективности (ПЭ), в качестве которого выбирают один или несколько входных параметров объекта автоматизации (температуры, количества, качество, себестоимость продукта и т.д.).
Чтобы обеспечить заданное значение ПЭ, необходимо стабилизировать или изменять по определенному закону режимные параметры объекта.
Так как стабилизация всех режимных параметров, как правило, не удается, то в качестве регулируемой величины берут ПЭ. Далее для объекта составляют уравнение материального или энергетического баланса, которое решают относительно регулируемой величины. Анализируя решения и учитывая статические и динамические характеристики объекта, из числа входных параметров выбирают параметр, принимаемый за регулирующую величину.
При нескольких регулируемых величинах, характеризующих ПЭ, сложных технологических объектов, например, ректификационных колонн, для устранения взаимного влияния нескольких контуров регулирования необходимо в качестве регулируемых величин выбирать такие параметры, которые не связаны (или слабо связаны) между собой.
После выбора регулируемых и регулирующих параметров выбирают параметры, подлежащие измерению (параметры, входящие в уравнение материального или энергетического баланса), регистрации (параметры, необходимые для расчета технико-экономических показателей работы цеха, подстройки регуляторов и т.п.), сигнализации и так далее.
Для выбранных параметров определяют требуемую точность измерения и регулирования, указывают диапазон их возможного изменения.
4. 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.
5. Спецификация на средства автоматизации.
Указания по заполнению спецификации приведены в разделе 5.
6. Заключение.
Оценивают социальный и экономической эффект от внедрения автоматизации.
Прогнозируют дальнейшее развитие автоматизации, рассмотренного в проекте технологического процесса, его перспективный уровень.
7. Список литературы
Ориентировочный объем раздела КИП и А в дипломном проекте - 10...15 страниц рукописного текста.
Графическая часть состоит из одного чертежа - функциональной схемы автоматизации заданного технологического процесса. Подробные указания по выполнению функциональной схемы приведены в разделе 4.
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 пожарои 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 измеритель- ного прибора |
| Давление сжатого воздуха | ПВ |
| Постоянное напряжение | КСД |
| Постоянный ток | КСУ |
| Электрическое сопротивление | КСМ |
| 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 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.3.1).
Таблица 3.1
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-транс-форматорного 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.