Управление техническими системами (лекции)

p> Входным сигналом этих ИМ является давление сжатого воздуха, которое, воздействуя на мембрану, создает усилие

F = Sэф (Рu – Ро), где Pu – управляющее давление,

Ро – начальное давление, при котором создается движение плунжера,

Sэф – эффективная площадь мембраны.

Электрические ИМ имеют преимущества: высокое быстродействие, точность позиционирования, компактность, доступность источника энергии, большие перестановочные усилия. Недостатки: дороговизна, необходимость мер защиты во взрыво- и пожароопасных условиях.

Подразделяются на электродвигательные (привод от двигателя) и электромагнитные.

Промышленность выпускает практически только электродвигательные ИМ с напряжением 220 В или 380 В:

- многооборотные (МЭМ),

- однооборотные (МЭО) с углом поворота до 360є,

- прямоходовые (МЭП).

Пример маркировки: МЭО-0,63/10-0,25 (однооборотный электрический ИМ, момент 6,3 Н.м, время хода 10 сек, номинальный ход 0,25 оборота).

3. Функциональные схемы автоматизации

3.1. Условные обозначения

Все местные измерительные и преобразовательные приборы, установленные на технологическом объекте изображаются на функциональных схемах автоматизации в виде окружностей (см. рис. 2.30, а и б).

Если приборы размещаются на щитах и пультах в центральных или местных операторных помещениях, то внутри окружности проводится горизонтальная разделительная линия (см. рис. 2.30, в и г). Если функция, которой соответствует окружность, реализована в системе распределенного управления
(например, в компьютеризированной системе), то окружность вписывается в квадрат (см. рис. 2.30, д).

Внутрь окружности вписываются:
- в верхнюю часть - функциональное обозначение (обозначения контролируемых, сигнализируемых или регулируемых параметров, обозначение функций и функциональных признаков приборов и устройств);
- в нижнюю - позиционные обозначения приборов и устройств.

Места расположения отборных устройств и точек измерения указываются с помощью тонких сплошных линий.

Буквенные обозначения средств автоматизации строятся на основе латинского алфавита и состоят из трех групп букв:
1 буква - Контролируемый, сигнализируемый или регулируемый параметр:

D - плотность,

Е - любая электрическая величина,

F - расход,

G - положение, перемещение,

Н - ручное воздействие,

К - временна’я программа,

L - уровень,

М - влажность,

Р - давление,

Q - состав смеси, концентрация,

R - радиоактивность,

S - скорость (линейная или угловая),

Т - температура,

U - разнородные величины,

V - вязкость,

W – масса.
2 буква (не обязательная) - уточнение характера измеряемой величины:

D - разность, перепад,

F - соотношение,

J - автоматическое переключение,

Q - суммирование, интегрирование.
3 группа символов (несколько букв) - функции и функциональные признаки прибора:

I - показания,

R - регистрация,

С - регулирование,

S - переключение,

Y - преобразование сигналов, переключение,

А - сигнализация,

Е - первичное преобразование параметра,

Т - промежуточное преобразование параметра, передача сигналов на расстояние,

К - переключение управления с ручного на автоматическое и обратно, управление по программе, коррекция.

Условные обозначения других приборов, используемых на схемах, показаны на рис. 2.31:
- автоматическая защита из системы противоаварийной защиты (ПАЗ, см. рис.
2.31,а);
- технологическое отключение (включение) из системы управления (см. рис.
2.31, б);
- регулирующий клапан, открывающийся при прекращении подачи воздуха
(нормально открытый) – рис. 2.31, в;
- регулирующий клапан, закрывающийся при прекращении подачи воздуха
(нормально закрытый) – рис. 2.31, г;
- управляющий электропневматический клапан (ЭПК) – рис. 2.31, д;
- отсекатель с приводом (запорный клапан) – рис. 2.31, е.

3.2. Примеры построения условных обозначений приборов и средств автоматизации

(В скобках указаны примеры типов приборов)
| |Первичный измерительный преобразователь для измерения |
| |температуры, установленный по месту (например, термоэлектрический|
| |преобразователь (термопара), термопреобразователь сопротивления, |
| |термобаллон манометрического термометра, датчик пирометра и |
| |т.д.). |
| |Прибор для измерения температуры показывающий (термометры |
| |ртутный, манометрический и т.д.). |
| |Прибор для измерения температуры показывающий, установленный на |
| |щите (милливольтметр, логометр, потенциометр (типа КСП и др.), |
| |мост автоматический (типа КСМ и др) и т.д.). |
| |Прибор для измерения температуры бесшкальный с дистанционной |
| |передачей показаний, установленный по месту. |
| |Прибор для измерения температуры одноточечный регистрирующий, |
| |установленный на щите (милливольтметр самопишущий, логометр, |
| |потенциометр и т.д.). |
| |Прибор для измерения температуры с автоматическим обегающим |
| |устройством регистрирующий, установленный на щите (термометр |
| |манометрический, милливольтметр, потенциометр, мост и т.д.). |
| |Прибор для измерения температуры регистрирующий, регулирующий, |
| |установленный на щите (термометр манометрический, милливольтметр,|
| |потенциометр и т.д.). |
| | |
| |Регулятор температуры бесшкальный, установленный по месту |
| |(дилатометрический регулятор температуры и д.р.). |
| |Комплект для измерения температуры регистрирующий, регулирующий, |
| |снабженный станцией управления, установленный на щите |
| |(пневматический вторичный прибор, например, ПВ 10.1Э системы |
| |«Старт» с регулирующим блоком ПР 3.31). |
| |Прибор для измерения температуры бесшкальный с контактным |
| |устройством, установленный по месту (реле температурное). |
| |Байпасная панель дистанционного управления, установленная на |
| |щите. |
| |Переключатель электрических цепей измерения (управления), |
| |переключатель для газовых (воздушных) линий, установленный на |
| |щите. |
| |Прибор для измерения давления (разряжения), показывающий, |
| |установленный по месту (любой показывающий манометр, дифманометр,|
| |напоромер и т.д.). |
| |Прибор для измерения перепада давления показывающий, |
| |установленный по месту (дифманометр показывающий. |
| |Прибор для измерения давления (разряжения) бесшкальный с |
| |дистанционной передачей показаний, установленный по месту |
| |(дифманометр бесшкальный с пневмо- или электропередачей). |
| |Прибор для измерения давления (разряжения) регистрирующий, |
| |установленный на щите (самопишущий манометр или любой другой |
| |вторичный прибор для регистрации давления). |
| |Прибор для измерения давления с контактным устройством, |
| |установленный по месту (реле давления). |
| |Прибор для измерения давления (разряжения) показывающий с |
| |контактным устройством, установленный по месту (электроконтактный|
| |манометр и т.д.). |
| |Регулятор давления прямого действия «до себя». |
| |Первичный измерительный преобразователь для измерения расхода, |
| |установленный по месту (диафрагма, сопло Вентури датчик |
| |индукционного расходомера и т.д.). |
| |Прибор для измерения расхода бесшкальный с дистанционной |
| |передачей показаний, установленный по месту (бесшкальный |
| |дифманометр, ротаметр с пневмо- или электропередачей). |
| |Прибор для измерения соотношения расходов регистрирующий, |
| |установленный на щите (любой вторичный прибор для регистрации |
| |соотношения расходов). |
| |Прибор для измерения расхода показывающий, установленный по месту|
| |(дифманометр или ротаметр показывающий и т.д.). |
| |Прибор для измерения расхода интегрирующий показывающий, |
| |установленный по месту (любой счетчик-расходомер с интегратором).|
| |Прибор для измерения расхода показывающий интегрирующий, |
| |установленный на щите (показывающий дифманометр с интегратором). |
| |Прибор для измерения расхода интегрирующий с устройством для |
| |выдачи сигнала после прохождения заданного количество вещества, |
| |установленный по месту (счетчик-дозатор). |
| |Первичный измерительный преобразователь для измерения уровня, |
| |установленный по месту (датчик электрического или емкостного |
| |уровнемера). |
| |Прибор для измерения уровня показывающий, установленный по месту.|
| | |
| |Прибор для измерения уровня с контактным устройством, |
| |установленный по месту (реле уровня). |
| |Прибор для измерения уровня с контактным устройством бесшкальный |
| |с дистанционной передачей показаний, установленный по месту |
| |(уровнемер бесшкальный с пневмо- или электропередачей). |
| |Прибор для измерения уровня бесшкальный регулирующий с контактным|
| |устройством, установленный по месту (электрический |
| |регулятор-сигнализатор уровня с блокировкой по верхнему уровню). |
| |Прибор для измерения уровня показывающий с контактным |
| |устройством, установленный на щите (вторичный показывающий прибор|
| |с сигнализацией верхнего и нижнего уровня). |
| |Прибор для измерения плотности раствора бесшкальный с |
| |дистанционной передачей показаний, установленный по месту (датчик|
| |плотномера с пневмо- или электропередачей). |
| |Прибор для измерения размеров показывающий, установленный по |
| |месту (толщиномер). |
| |Прибор для измерения любой электрической величины показывающий, |
| |установленный по месту. |
| |Вольтметр. |
| |Амперметр. |
| |Ваттметр |
| |Прибор для управления процессом по временной программе, |
| |установленный на щите (командный пневматический прибор, |
| |многоцепное реле времени и т.д.). |
| |Прибор для измерения влажности регистрирующий, установленный на |
| |щите (вторичный прибор влагомера и т.д.). |
| |Первичный преобразователь для измерения качества продукта, |
| |установленный по месту (датчик рН-метра и т.д.). |
| |Прибор для измерения качества продукта показывающий, |
| |установленный по месту (газоанализатор на кислород и т.д.). |
| |Прибор для измерения качества продукта регистрирующий |
| |регулирующий, установленный на щите (вторичный самопишущий прибор|
| |регулятора концентрации серной кислоты в растворе и т.д.). |
| |Прибор для измерения радиоактивности показывающий с контактным |
| |устройством, установленный по месту (прибор для показаний и |
| |сигнализации предельно допустимых значений ( и (-излучений). |
| |Прибор для измерения частоты вращения привода регистрирующий, |
| |установленный на щите (вторичный прибор тахогенератора). |
| |Прибор для измерения нескольких разнородных величин |
| |регистрирующий, установленный по месту (самопишущий |
| |дифманометр-расходомер с дополнительной записью давления и |
| |температуры). |
| |Прибор для измерения вязкости раствора показывающий, |
| |установленный по месту (вискозиметр показывающий). |
| |Прибор для измерения массы продукта показывающий с контактным |
| |устройством, установленный по месту (устройство |
| |электронно-тензометрическое сигнализирующее и т.д.). |
| |Прибор для контроля погасания факела печи бесшкальный с |
| |контактным устройством, установленный на щите (вторичный прибор |
| |запально-защитного устройства; применение резервной буквы В |
| |должно быть оговорено на поле схемы). |
| |Преобразователь сигнала, установленный на щите (входной и |
| |выходной сигналы – электрические; нормирующий преобразователь и |
| |т.д.). |
| |Преобразователь сигнала, установленный по месту (входной сигнал |
| |пневматический, выходной – электрический; |
| |электропневмопреобразователь ЭПП-63 и т.д.). |
| |Устройство, выполняющее функцию умножения на постоянный |
| |коэффициент К. |
| |Пусковая аппаратура для управления электродвигателем (магнитный |
| |пускатель, контактор и т.д.; применение резервной буквы N должно |
| |быть оговорено на поле схемы). |
| |Аппаратура, предназначенная для ручного дистанционного |
| |управления, установленная на щите (кнопка, ключ управления, |
| |задатчик и т.д.). |
| |Аппаратура для ручного дистанционного управления, снабженная |
| |устройством для сигнализации, установленная на щите (кнопка с |
| |лампочкой и т.д.). |
| |Ключ управления, предназначенный для выбора управления, |
| |установленный на щите. |

3.3. Примеры схем контроля температуры.

3.3.1 Индикация и регистрация температуры (TIR).

101-1 Термоэлектрический термометр тип

ТХА, гр. ХА, пределы измерения от

–50 (С до 900 (С, материал корпуса

Ст0Х20Н14С2, марка ТХА-0515

101-2 Преобразователь термоЭДС в стандартный токовый сигнал 0…5 мА, гр. ХА, марка Ш-72

101-3 Миллиамперметр показывающий регистрирующий на 2 параметра, марка А-542

Примечание: Другие виды амперметров: А-502, А-503 – показывающие, А-542, А-

543 – регистрирующие, последняя цифра – число параметров; А-100 – показывающий на 1 параметр.

3.3.2 Индикация, регистрация и регулирование температуры с помощью пневматического регулятора (TIRС, пневматика).

102-1 то же, что 101-1

102-2 то же, что 101-2

102-3 электропневмопреобразователь, входной сигнал 0…5 мА, выходной – стандартный пневматический

0,02…0,1 МПа, марка ЭПП-63 (или

ЭПП-180)

102-4 пневматический вторичный прибор на 3 параметра со станцией управления, марка ПВ 10.1Э (с электроприводом диаграммной ленты)

102-5 Пневматический ПИ-регулятор ПР

3.31

Примечание: Регуляторы ПР 2.31 сняты с производства.

3.3.3 Индикация и регулирование температуры с помощью микропроцессорного регулятора (TIС, эл.).

103-1 то же, что 101-1

103-2 Трехканальный микропроцесс- сорный регулятор типа «Протерм-

100»

103-3 Регулирующий клапан для неагрессивных сред, корпус из чугуна, предельная температура

Т = 300 (С, давление Ру = 1,6 МПа, условный диаметр Dу = 100 мм, тип

25нч32нж

3.3.4 Индикация, регистрация, сигнализация и регулирование температуры с помощью потенциометра (моста) (TIRС, эл.).

104-1 то же, что 101-1

104-2 Автоматический электронный потенциометр на 1 точку со встроенными устройствами регулирования и сигнализации, тип

КСП-4 (или автоматический электронный мост типа КСМ-4 и т.д.)

104-3 Лампа сигнальная Л-1

104-4 то же, что 103-3

3.4. Примеры схем контроля давления.
3.4.1 Индикация давления (PI).
210-1 Манометр пружинный М-… (см. рис. 2.36)

3.4.2 Сигнализация давления (PA).

202-1 Пневматический первичный преобразователь давления, предел измерения 0… 1,6 МПа, выходной сигнал 0,02…0,1 МПа, марка

МС-П-2 (манометр сильфонный с пневмовыходом)

202-2 Электроконтактный манометр с сигнальной лампой ЭКМ-1

202-3 то же, что 104-3

3.4.3 Индикация, регистрация и регулирование давления (PIRC, пневматика)

См. рис. 2.38.

203-1 то же, что 202-1

203-2 то же, что 102-4

203-3 то же, что 102-5

203-4 то же, что 103-3

3.4.4 Индикация и регистрация давления (PIR, эл.).
См. рис. 2.39.
204-1 Первичный преобразователь давления со стандартным токовым выходом

0…5 мА, марка МС-Э (или Сапфир-22ДИ и т.д.)
204-2 то же, что 101-3

3.4.5 Индикация, регистрация, регулирование и сигнализация давления

(PIRCA, пневматика).

См. рис. 2.40.

205-1 то же, что 202-1

205-2 то же, что 102-4

205-3 то же, что 102-5

205-4 то же, что 103-3

205-5 то же, что 202-2

205-6 то же, что 202-3

3.5. Схемы контроля уровня и расхода.

Схемы контроля уровня аналогичны схемам контроля давления, поскольку его значение при измерении либо преобразуется в давление, либо датчики уровня, как и датчики давления, имеют на выходе стандартный пневматический или электрический сигнал.

Для измерения расхода жидкости первичные преобразователи устанавливаются в сечении трубопровода, поэтому на схеме из обозначения также, как правило, изображаются встроенным в трубопровод.

При использовании сужающих устройств, например, диафрагм, перепад давлений на них замеряется дифманометрами, поэтому схемы автоматизации аналогичны схемам контроля давления. Прочие расходомеры, как правило, уже имеют на выходе стандартный сигнал.

Примеры схем:

301-1 Диафрагма марки ДК6-50-II-а/г-2

(диафрагма камерная, давление Ру = 6 атм, диаметр Dу = 50 мм)

301-2 Дифманометр с пневмовыходом 0,02…0,1

МПа, марка ДС-П1 (для пневматики) или

Сапфир-22ДД (для электрической схемы)

302-1 Ротаметр РД-П (с пневмовыходом) или РД-

Э (с электрическим выходом)

Таблица 2.2 - Форма спецификации к ФСА.
|поз. |Параметры среды, |Наименование и |Марка |К-во|Приме-|
| |измеряемые параметры|техническая | | | |
| | |характеристика | | |чание |
|100-1|Давление в аппарате,|Манометр сильфонный с |МС-П2 |3 |по |
| | |пневмовыходом, вых. | | |месту |
|101-1|Рmax = 0,5 МПа |сигнал 0,02…0,1 МПа, | | | |
| | |пределы измерений 0…1,6 | | | |
|103-2| |МПа | | | |

Приборы в спецификации могут быть сгруппированы по позициям на схеме или по маркам.

Часть 3. Современные системы управления производством.

1. Структура АСУ ТП.

Характерной особенностью развития современной электронной промышленности является бурный рост, сопровождающийся столь же бурным снижением стоимости средств автоматизации, вычислительной техники, коммуникаций, устройств высокоточных измерений параметров.

Цифровые технологии быстро вытесняют аналоговые, преобладавшие в системах управления в недалеком прошлом. Это связано с тем, что возможности цифровых средств измерения и управления на порядок выше, чем у аналоговых.
К числу их достоинств относятся:
1) более точное представление измеряемых величин;
2) большая помехозащищенность;
3) возможности построения вычислительных сетей;
4) большая гибкость и эффективность в управлении процессом и т.д.

Все эти возможности связаны с конкретными выгодами для пользователей:
1) ускорение работы операторов системы управления;
2) экономия финансовых ресурсов;
3) повышение качества и корректности решений, принимаемых операторами;
4) уменьшение потерь продукции и др.

Любую автоматическую систему управления технологическим процессом
(АСУ ТП) можно в конечном итоге разделить на 3 основных уровня иерархии:

Самым нижним уровнем является уровень датчиков и исполнительных механизмов, которые устанавливаются непосредственно на технологических объектах. Их деятельность заключается в получении параметров процесса, преобразовании их в соответствующий вид для дальнейшей передачи на более высокую ступень (функции датчиков), а также в приеме управляющих сигналов и в выполнении соответствующих действий (функции исполнительных механизмов).

Средний уровень - уровень производственного участка. Его функции:
- сбор информации, поступающей с нижнего уровня, ее обработка и хранение;
- выработка управляющих сигналов на основе анализа информации;
- передача информации о производственном участке на более высокий уровень.

Верхний уровень в системе автоматизации занимает т.н. уровень управления. На этом уровне осуществляется контроль за производством продукции. Этот процесс включает в себя сбор поступающих с производственных участков данных, их накопление, обработку и выдачу руководящих директив нижним ступеням. Атрибутом этого уровня является центр управления производством, который может состоять из трех взаимопроникающих частей:
1) операторской части,
2) системы подготовки отчетов,
3) системы анализа тенденций.

Операторская часть отвечает за связь между оператором и процессом на уровне управления. Она выдает информацию о процессе и позволяет в случае необходимости вмешательство ход автоматического управления. Обеспечивает диалог между системой и операторами.

Система подготовки отчетов выводит на экраны, принтеры, в архивы и т.д. информацию о технологических параметрах с указанием точного времени измерения, выдает данные о материальном и энергетическом балансе и др.

Система анализа тенденций дает оператору возможность наблюдения за технологическим параметрами и делать соответствующие выводы.

На верхнем уровне АСУ ТП размещены мощные компьютеры, выполняющие функции серверов баз данных и рабочих станций и обеспечивающие анализ и хранение всей поступившей информации за любой заданный интервал времени. а также визуализацию информации и взаимодействие с оператором. Основой программного обеспечения вырхнего уровня являются пакеты SCADA (Supervisory
Control And Data Acquisition - системы управления и доступа к данным).

2. Устройства связи с объектом (УСО).

Почти все технологические параметры, присутствующие в реальном технологическом объекте. имеют аналоговый или дискретный вид. Существует много датчиков, которые могут преобразовывать измеряемые величины только в аналоговый вид (напряжение, сопротивление, давление), а также много исполнительных механизмов, имеющих только аналоговые входные сигналы. Для того, чтобы связать между собой параметры, представленные в аналоговом и цифровом видах, в современной АСУТП используют устройства связи объектом.

Модули УСО - это конструктивно законченные устройства, выполненные в виде модулей, устанавливаемых, как правило, в специализированные платы с клеммными соединителями или стандартный DIN-рельс.

На УСО возлагаются следующие функции:
1) Нормализация аналогового сигнала, т.е. приведение границ шкалы первичного непрерывного сигнала к одному из стандартных диапазонов входных сигналов АЦП.
2) Предварительная низкочастотная фильтрация аналогового сигнала - ограничение полосы частот первичного непрерывного сигнала с целью снижения влияния на результат измерения помех различного происхождения.
3) Обеспечение гальванической изоляции между источниками сигнала и каналами системы.

Помимо этих функций ряд УСО может выполнять более сложные функции за счет наличия в их составе АЦП, дискретного ввода-вывода, микропроцессора и интерфейсов передачи данных.

По характеру обрабатываемого сигнала УСО можно разделить на аналоговые, дискретные и цифровые.

Аналоговые УСО (аналого-цифровые преобразователи АЦП, цифро- аналоговые преобразователи ЦАП и др.) должны обладать большой точностью, линейностью и большим напряжением изоляции.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6