Тема 3. Розробка та виконання схем автоматизації

Лекція 6. Типи і види схем автоматизації

План. 1. Типи схем автоматизації

2.Види схем автоматизації

1. Типи схем автоматизації

Згідно ГОСТ 2.701-84 «Схеми. Види і типи. Загальні вимоги до виконання» схеми в залежності від основного призначення поділяють на такі типи:

1. структурні;

2. функціональні;

3. принципові (повні);

4. з’єднання (монтажні);

5. підключення;

6. загальні;

7. розміщення;

8. об’єднані.

Найменування типів схем, вказані в скобках, встановлюють для електричних схем енергетичних споруд.

Види схем позначають буквами:

1. електричні – Е:

2. гідравлічні – Г;

3. пневматичні – П;

4. газові (крім пневматичних) – Х;

5. кінематичні – К;

6. вакуумні – В;

7. оптичні – Л;

8. енергетичні – Р;

9. ділення – Е;

10. комбіновані – С.

Типи схем позначають цифрами:

1. структурні – 1;

2. функціональні – 2;

3. принципові (повні) – 3;

4. з’єднань (монтажні) — 4;

5. підключення – 5;

6. загальні – 6;

7. розміщення – 7;

8. узагальнені – 0.

Наприклад, схема електрична принципова ЕЗ; схема електрогідропневмокінематична принципова – СЗ.

Елемент схеми – складова частина схеми, яка виконує певну функцію у виробі і не може бути розділена на частини, які мають самостійне призначення (резистор, трансформатор, насос, розподільник, муфта і т.п.)

Пристрій – це сукупність елементів, яка являє собою єдину конструкцію (блок, плата, шкаф, механізм, розділова панель і т.п.).

Функціональна група – сукупність елементів, які виконують у виробі певну функцію і не об’єднані у єдину систему.

Функціональна частина – елемент, пристрій, функціональна група.

Функціональний ланцюг – лінія, канал, тракт певного призначення (канал звуку, відео канал і т.п.).

Лінія взаємозв’язку – відрізок лінії, вказуючий на наявність зв’язку між функціональними частинами виробу.

Установка – умовне найменування об’єкта в енергетичних спорудах, на яких випускається схема, наприклад, головні ланцюги.

Схема структурна – схема, визначаюча основні функціональні частини виробу, їх призначення і взаємозв’язок.

Схеми структурні розробляють під час проектування виробів (установок) на стадіях, попередніх розробці схем інших типів, і застосовуються ними для загального ознайомлення з виробом (установкою).

Схема функціональна – схема пояснююча певні процеси, протікаючі в окремих функціональних ланцюгах виробу (установки) чи в виробі (установці) в цілому.

Схемами функціональними користуються для вивчення принципів роботи виробів (установок), а також під час їх наладки, контролю і ремонту.

Схема принципова (повна) – схема, визначаюча повний склад елементів і зв’язків між ними і, як правило, даюча детальне уявлення про принципи роботи виробу (установки).

Схемами принциповими користуються для вивчення принципів роботи виробів (установок), а також під час їх наладки, контролю і ремонту. Вони слугують основою для розробки інших конструкторських документів, наприклад, схем з’єднань (монтажних) і креслень.

Схема з’єднань (монтажна) – схема, показуюча з’єднання складових частин виробу (установки) і визначаюча дроти, джгути, кабелі чи трубопроводи, якими здійснюються ці з’єднання, а також місця їх приєднань і вводи (роз’єми, плазми, затиски і т.п.).

Схемами з’єднань (монтажними) користуються під час розробки інших конструкторських документів, у першу чергу, креслень, визначаючих прокладку і методи кріплення дротів, джгутів, кабелів або трубопроводів у виробі (установці), а також для здійснення приєднань і під час контролю, експлуатації і ремонту виробів (установок).

Схема підключення – схема, показуюча зовнішні підключення виробу. Схемами підключення користуються під час розробки інших конструкторських документів, а також для здійснення підключення виробів і під час їх експлуатації.

Схема загальна – схема, визначаюча, складові частини комплексу і з’єднання їх між собою на місці експлуатації.

Схемами загальними користуються під час ознайомлення з комплексами, а також під час їх контролю і експлуатації. Схему загальну і зборочку одиницю допускається розробляти за необхідності.

Схема розміщення – схема, визначаюча відносне розміщення складових частин виробу (установки), а за необхідності, також джгутів, дротів, кабелів, трубопроводів і т.п.

Схемами розміщення користуються під час розробки інших конструкторських документів, а також під час експлуатації і ремонту виробів (установок).

– схема, коли на одному конструкторському документі виконують схеми двох або декількох типів, випущених на один виріб (установку).

2. Види схем автоматизації

У залежності від видів елементів і зв’язків, які входять у склад виробу (установки), схеми поділяють на такі види:

1. електричні;

2. гідравлічні;

3. пневматичні;

4. газові (кім пневматичних);

5. кінематичні;

6. вакуумні;

7. оптичні;

8. енергетичні;

9. ділення;

10. комбіновані.

Лекція 7-8. Структурні і функціональні схеми автоматизації

План 1. Структурні схеми автоматизації

2. Функціональні схеми систем вимірювання і автоматизації

3. Графічне оформлення схем автоматизації

1. Структурні схеми автоматизації

1.1. Основні відомості про структурні схеми систем автоматизації

Під час розробки проекту автоматизації в першу чергу необхідно вирішити, з яких місць ті чи інші ділянки об’єкта будуть керуватися, де будуть розміщуватися пункти керування, операторські приміщення, яким повинен бути взаємозв’язок між ними, тобто необхідно вирішити питання вибору структури керування. Під структурою керування розуміється сукупність частин автоматичної системи, на які вони можуть бути розділені за певної ознаки, а також шляхи передачі впливів між ними. Графічне зображення структури керування називається структурною схемою. Хоча початкові дані для вибору структури керування і її ієрархії з тою чи іншою ступінню деталізації обумовлюються замовником під час видачі завдання на проектування, повна структура керування повинна розроблятися проектною організацією.

Вибір структури керування об’єктом автоматизації має суттєвий вплив на ефективність його роботи, зниження відносної вартості системи керування, її надійності, ремонтоспроможності і т.д.

У самому загальному вигляді структурна схема системи автоматизації подана на рис. 3.1. Система автоматизації складається з об’єкта автоматизації і системи керування цим об’єктом. Завдяки певній взаємодії між об’єктом автоматизації і системою керування система автоматизації в цілому забезпечує потрібний результат функціонування об’єкта, який характеризується параметрами х₁, х₂, .., х_n.

Рис. 3.1. Структурна схема системи автоматизації

До цих параметрів можна віднести, наприклад, величини, характеризуючі доцільний кінцевий продукт технологічного процесу, окремі параметри, визначаючі рух технологічного процесу, його економічність, забезпеченість безаварійного режиму і т.д.

Крім цих основних параметрів, робота комплексного об’єкта автоматизації характеризується допоміжними параметрами y₁, y₂,…, y_j, які також повинні контролюватися і регулюватися (наприклад, підтримуватися постійними). До такого типу параметрів можна віднести, наприклад, величини, характеризуючі роботу установок підготовки технологічного пару, насосних станцій зворотного водопостачання і т.д.

Від цих установок потрібна тільки подача на вхід технологічної установки сировини і енергоносіїв із заданими параметрами. При цьому необхідне дозування подання сировини і енергоносіїв здійснюється засобами керування, що відносяться до технологічної установки.

У процесі роботи на об’єкт надходять збурюючі впливи f₁, f₂,…,f_n, які викликають відхилення параметрів х₁, х₂, .., х_n від їх потрібних значень. Інформація про змінні значення х₁, х₂, .., х_n, y₁, y₂,…, y_j, надходить у систему керування і порівнюється з приписаними їм значеннями g₁, g₂,… g_k, у результаті чого система керування виробляє керуючі впливи для компенсації відхилень вихідних параметрів.

Таким чином, об’єкт автоматизації у загальному випадку складається з декількох у більшій чи меншій ступені пов’язаних один із одним ділянок керування. Ділянки керування фізично можуть подаватися у вигляді окремих установок, агрегатів і т.д. чи у вигляді локальних каналів керування окремими параметрами одних і тих самих установок, агрегатів і т.д.

У свою чергу, система керування у залежності від важливості регулюючих параметрів, робітників експлуатаційного персоналу, яким необхідно знати їх значення для здійснення оптимального керування об’єктом, у загальному випадку повинні забезпечувати різні рівні керування об’єктом автоматизації, тобто повинна складатися з декількох пунктів керування, у тій чи іншій ступені взаємозв’язаних один з одним.

1.2. Види структур керування об’єктом автоматизації. З врахуванням викладеного структури керування об’єктом автоматизації можуть бути:

- однорівневими централізованими;

- однорівневими децентралізованими;

- багаторівневими.

Однорівневі системи керування, в яких керування об’єктом здійснюється з одного пункту керування, називаються централізованими.

Однорівневі системи, в яких окремі частини складного об’єкта керуються з самостійних пунктів керування, називаються децентралізованими.

Структурні схеми однорівневих централізованих і децентралізованих систем наведені на рис. 3.2, на якому стрілками показані тільки основні потоки передачі інформації від об’єкта керування до системи керування і керуючі впливи системи на об’єкт керування. На рис. 3.2 окремі частини складного об’єкта керування, керуючі відповідно з пунктів ПК1-ПК3, розділені штриховими лініями.

Рис. 3.2. Приклади однорівневих систем керування: а) - централізована система; б) - децентралізована система

Однорівневі централізовані системи застосовуються в основному для керування відносно нескладними об’єктами чи об’єктами, розміщеними на невеликій території. Більшість промислових об’єктів у даний час являють собою складні комплекси, окремі частини яких розміщені на значній відстані один від одного. Крім основних технологічних установок, об’єкти мають велику кількість допоміжних установок-підоб’єктів (промислові котельні, компресорні, насосні станції зворотного водопостачання, котли-утилізатори, очисні споруди і т.п.), які необхідні для забезпечення технологічних установок всіма видами енергії, а також для утилізації і нейтралізації кінцевих продуктів технологічного процесу.

Якщо керування такого об’єкту побудувати за однорівневою централізованою системою, то набагато ускладняться комунікації системи керування, різко збільшаться витрати на її спорудження і експлуатацію, центральний пункт керування буде громіздким. Переробка інформації, більша частина якої є непотрібною для безпосереднього ведення технологічного процесу, має великі ускладнення. Віддаленість пункту керування від того чи іншого допоміжного підоб’єкта ускладнює прийняття оперативних заходів по усуненню тих або інших неполадок. У цьому випадку більш прийнятним стає однорівнева децентралізована система керування.

Проте за допомогою однорівневих систем не завжди є можливість оптимально вирішити питання керування технологічними процесами. Це в першу чергу відноситься до складних технологічних процесів. Тоді доцільно переходити до багаторівневих систем керування. У якості прикладу на рис. 3.3 подана трирівнева система керування складним об’єктом з розгалуженими технологічними зв’язками між установками. Окремі технологічні установки керуються децентралізовано з пунктів керування 1-7. це перший рівень керування. З пунктів 1-7 відповідно керуються об’єкти, які мають суттєвий технологічний взаємозв’язок. У зв’язку з цим найбільш відповідальні регулюючі параметри установок передаються на пункти керування 8-10 другого рівня керування. Основні параметри, визначаючі технологічний процес об’єкта в цілому, можуть керуватися і контролюватися з пункта керування 11 третього рівня.

Рис. 3.3. Приклад трирівневої системи керування І– ІІІ - рівні керування

Для першого рівня під час проектування доцільно передбачати три режими керування:

1. командами, які надходять від рівня більш високого рангу;

2. командами, які формуються безпосередньо на першому рівні;

3. командами, які надходять як з рівня більш високого рангу, так і формуючими безпосередньо на першому рівні.

Для рівня другого рангу і вище можливі чотири режими роботи:

1. апаратура даного і-го рангу приймає і реалізує в керуючі впливи команди (і+1)-го рангу;

2. команди формуються безпосередньо на апаратурі і-го рангу;

3. всі функції керування з і-го рангу передаються на апаратуру (і-1) рангу;

4. частина команд на апаратурі і-го рангу надходить з (і+1)-го рангу, частина команд формується на і-му ранзі, частина функцій керування передана на апаратуру (і-1)-го рангу.

Апаратура і-го рангу відповідно повинна мати перемикачі режимів на три положення з чіткою сигналізацією положень.

Перевід апаратури з режимами 1 на режим 2 здійснюється за командою чи з дозволу оператора системи вищестоячого рангу.

Передача функцій керування тим або іншим параметром на нищестоячий ранг здійснюється тільки після приймання команди про передачу і підтвердження оператора системи нищестоячого рангу про готовність до прийняття на себе тих або інших функцій керування (формування команд).

Багаторівнева структура системи керування забезпечує її надійність, оперативність, ремонтопридатність. При цьому легко вирішується оптимальний рівень централізації керування з мінімальною кількістю засобів технологічного контролю, керування і ліній зв’язку між ними.