СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ
Методические указания к выполнению раздела
«Автоматизация производственных процессов»
дипломного проекта студентами специальности 240304
«Химическая технология тугоплавких неметаллических
и силикатных материалов»
Иваново
2009
0
Стр.1
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
Ивановский государственный химико-технологический университет
СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ
Методические указания к выполнению раздела
«Автоматизация производственных процессов»
дипломного проекта студентами специальности 240304
«Химическая технология тугоплавких неметаллических
и силикатных материалов»
Составители: Е.В. Ерофеева
Б.А. Головушкин
Иваново 2009
1
Стр.2
Составители: Е.В. Ерофеева, Б.А. Головушкин
УДК 658.512.011.56
Системы управления химико-технологическими процессами: метод.
указания к выполнению раздела «Автоматизация производственных процессов»
дипломного проекта студентами специальности 240304 «Химическая
технология тугоплавких неметаллических и силикатных материалов»
/ Сост.: Е.В. Ерофеева, Б.А. Головушкин; Иван. гос. хим.-технол. ун-т. –
Иваново, 2009. – 40с.
В методических указаниях изложены вопросы проектирования систем автоматизации,
приведены сведения о нормативных документах, используемых
при проектировании систем автоматизации химико-технологических процессов.
Дан пример выполнения раздела «Автоматизация производственных процессов»
дипломного проекта для студентов специальности 240304 «Химическая
технология тугоплавких неметаллических и силикатных материалов».
Предназначены для студентов как очной, так и заочной форм обучения.
Табл. 10. Ил. 8. Библиогр.: 4 назв.
Рецензент кандидат технических наук Е.М. Шадрина (Ивановский государственный
химико-технологический университет).
2
Стр.3
ВВЕДЕНИЕ
Данные методические указания содержат рекомендации по содержанию,
разработке и оформлению раздела "Автоматизация производственных процессов"
дипломного проекта для студентов специальности 240304 «Химическая
технология тугоплавких неметаллических и силикатных материалов».
В указаниях изложены вопросы проектирования систем автоматизации,
основные требования к изображению технологического оборудования и коммуникаций,
приборов и средств автоматизации.
Представлены примеры заданий на проектирование систем автоматизации;
приведены примеры схем автоматизации с кратким описанием отдельных
приборов, наиболее характерных для производства строительных материалов.
В методических указаниях приведен пример выполнения раздела "Автоматизация
производственных процессов" с использованием многофункционального
контроллера "ТКМ- 700".
Используя методические указания, студенты могут самостоятельно решать
задачи, связанные с проектированием систем автоматизации.
3
Стр.4
1. СОДЕРЖАНИЕ РАЗДЕЛА
"АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ"
ДИПЛОМНОГО ПРОЕКТА
Раздел "Автоматизация производственных процессов" дипломного проекта
должен содержать:
1) задание на проектирование системы автоматизации химико-технологического
процесса;
2) схему автоматизации;
3) пояснительную записку, состоящую:
а) из спецификации на приборы и средства автоматизации;
б) краткого описания схемы автоматизации.
Рассмотрим подробнее выполнение всех вышеперечисленных пунктов.
1.1. СОСТАВЛЕНИЕ ЗАДАНИЯ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ
СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ
Задание на проектирование системы автоматизации студент-дипломник
составляет на преддипломной практике.
Для этого необходимо иметь технологические схемы производства с характеристиками
оборудования, трубопроводов, коммуникаций и описание работы
технологического оборудования.
Руководитель дипломного проекта определяет фрагмент производственного
процесса (например, зона охлаждения туннельной печи для обжига
красного кирпича), подлежащего автоматизации.
По результатам анализа этого выделенного химико-технологического
процесса (ХТП) как объекта управления студент-дипломник составляет задание
на проектирование системы автоматизации.
Задание
на проектирование
системы автоматизации включает
(табл. 1):
– перечень контролируемых и регулируемых параметров с указанием их
номинальных значений и допустимых отклонений, в случае программного регулирования
прилагается программа изменения параметров;
– для каждого измеряемого параметра указывают на оборудовании точ4
Стр.5
ки отбора измерительных импульсов и места установки первичных измерительных
преобразователей (датчиков);
– перечень управляющих (регулирующих)
установки регулирующих органов, диаметр трубопроводов;
– характеристику технологических сред в местах установки первичных
измерительных преобразователей и регулирующих органов по их коррозионной
активности, пожаро- и взрывоопасности. Задание должно содержать не менее
десяти параметров контроля и регулирования.
1.2. РАЗРАБОТКА СХЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ
Схема автоматизации является основным техническим документом, определяющим
функционально-блочную структуру управления и регулирования
технологического процесса и оснащения объекта управления приборами и
средствами автоматизации.
Функциональная схема представляет собой чертеж, выполненный на листе
формата A3, А2 или Al, в зависимости от объема технологического оборудования,
подлежащего автоматизации.
1.2.1. ИЗОБРАЖЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО
ОБОРУДОВАНИЯ И КОММУНИКАЦИЙ
В верхней части листа приводится упрощенное изображение технологического
оборудования и коммуникаций в соответствии с технологической схемой.
Однако изображенная таким образом схема должна давать ясное представление
о принципе ее работы и соответствовать общим требованиям, базирующимся
на единой системе конструкторской документации (ЕСКД). Контуры
технологического оборудования и трубопроводные коммуникации на схеме
автоматизации рекомендуется выполнять линиями толщиной 0,6-1,5мм. Технологические
коммуникации и трубопроводы жидкости и газа могут изображаться
условными обозначениями в соответствии с ГОСТ 2.784-70. В таблице 2
приведены наиболее распространенные условные обозначения трубопроводов
для жидкостей и газов.
5
воздействий и места
Стр.6
Таблица 1
ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ
……………………………………………………………………………….
НАИМЕНОВАНИЕ ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ
№
п/
п
Наименование
параметра,
место отбора
измерительного
импульса
Заданное
значение
параметра,
допустимые
отклонения
1
2
3
Отображение
информации
показание
регистра
ция
сум
ми
рование
4
5
6
сиг
нализация
7
8
Наименование
регулирующего
воздействия,
место установки
регулирующего
органа.
Условный
проход
трубопровода
9
10
Характеристика
среды
в местах установки
датчиков
агрессивная
пожарои
взрывоопасная
11
регулирующих
органов
агрессивная
пожарои
взрывоопасная
12
13
6
6
Регулирование
Стр.7
Таблица 2
Условные цифровые обозначения трубопроводов
для жидкостей и газов
Наименование среды, транспортируемой трубопроводом
Вода
Пар
Воздух
Азот
Кислород
Вакуум
Аммиак
Кислота (окислитель)
Кислота серная
Кислота соляная
Щелочь
Взрывоопасные жидкости
Резерв и прочие
Жидкости негорючие
Прочие и резерв
Обозначение
- 1 – 1 -
- 2 – 2 -
- 3 – 3 -
- 5,1 – 5,1 -
- 3,7 – 3,7 -
- 3,8 – 3,8 -
- 4,4 – 4,4 -
- 6 – 6 -
- 6,1 – 6,1 -
- 6,2 – 6,2 -
- 7 – 7 -
- 8,6 – 8,6 -
8,7; 8,8; 8,9
- 9 – 9 -
0,6; 0,7; 0,8; 0,9
Условные числовые обозначения трубопроводов проставляются
через расстояние не менее 50мм. Для жидкостей и газов, не предусмотренных
таблицей, допускается использовать другие цифры, но обязательно с необходимыми
пояснениями новых условных обозначений.
Допускается также подписывать среды (например, «природный газ»),
протекающие по трубопроводу (сверху над линией, обозначающей трубопровод,
выбранным для схемы шрифтом).
У изображенного технологического оборудования, трубопроводов следует
давать соответствующие поясняющие надписи (наименование технологического
оборудования, его номер и т.д.).
1.2.2. ИЗОБРАЖЕНИЕ ПРИБОРОВ И СРЕДСТВ АВТОМАТИЗАЦИИ.
ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРИБОРОВ
И СРЕДСТВ АВТОМАТИЗАЦИИ
Основная цель разработки схемы автоматизации – это выбор приборов и
средств автоматизации, выполняющих такие функции, при которых данный
технологический процесс осуществлялся бы наилучшим образом: давал максимум
выхода продукции с наилучшим качеством при безаварийной работе, был
бы удобен для технолога и, если необходимо, для переналадки на выпуск про7
Стр.8
дукции с другими характеристиками и т.д.
Для этого необходимо технологическое оборудование оснастить следующими
основными приборами и средствами автоматизации.
Для локальной автоматики (локальная автоматика не предполагает использование
микропроцессорных контроллеров для управления) необходимо
предусмотреть:
- измерительные преобразователи (ИП);
- передающие (нормирующие) преобразователи (ПП);
- вторичные измерительные приборы (ВИП);
- средства регулирования и управления - регуляторы (Р);
- исполнительные механизмы (ИМ);
- регулирующие органы (РО).
Измерительные преобразователи предназначены для получения информации
о значении физических величин (технологических параметров). Первичный
измерительный преобразователь (датчик) занимает первое место в измерительной
цепи.
Передающие измерительные преобразователи предназначены для
преобразования сигнала с датчика в форму, удобную для дальнейшей
дистанционной передачи измерительной информации, если сигнал преобразуется
в унифицированный электрический (0-5мА, 4-20 мА) или пневматический
(0,02-0,1МПа), то такие преобразователи называются нормирующими
преобразователями.
Вторичный измерительный прибор (ВИП) вырабатывает сигнал о параметре
в форме, доступной для наблюдателя. ВИП могут быть показывающими,
регистрирующими, интегрирующими.
Автоматический регулятор – устройство, вырабатывающее управляющий
сигнал при отклонении регулируемого технологического параметра от заданного
значения.
Исполнительные механизмы и регулирующие органы – устройства, предназначенные
для воздействия на материальные и энергетические потоки, поступающие
в аппараты. Исполнительные механизмы выполняют роль приводов,
преобразующих управляющий сигнал регулятора в перемещение (изменение
положения) регулирующего органа.
8
Стр.9
При необходимости регулирования того или иного параметра структурная
схема контура будет иметь вид (рис. 1,а); при необходимости лишь измерения
технологического параметра проектируется контур контроля (рис. 1,б).
а)
ПОТОК
ИП
ПП
ВИП
РО
б)
ПОТОК
Р
ИП
ПП
ВИП
Рис. 1. Структурная схема: а – контура регулирования;
б – контура контроля
Необходимо отметить, что на рис. 1 изображены общие схемы контура
регулирования и контура контроля, в конкретных же случаях отдельные элементы
структурной схемы могут оказаться объединенными в одно изделие. Современной
промышленностью выпускаются приборы, выполняющие сразу несколько
функций, так, например, регулятор прямого действия выполняет функции:
первичного измерительного преобразователя, регулятора и исполнительного
механизма с регулирующим органом. Современные датчики выполняют
функции первичного измерительного преобразователя и нормирующего преобразователя.
Схема
автоматизации, представленная в разделе "Автоматизация производственных
процессов" дипломного проекта, должна включать не менее 10
контуров регулирования или контроля, меньшее количество контуров считается
недостаточным. Для лучшего обслуживания контуров контроля и регулирования
они дополняются вспомогательными устройствами, а именно: сигнальными
устройствами, пусковой аппаратурой и так далее.
Если рассматривать АСУТП (автоматизированная система управления
технологическими процессами), как наиболее современную систему управления
технологическими процессами, то микропроцессорный контроллер в комплекте
с ПЭВМ (персональная электронно-вычислительная машина) успешно
9
РО
Стр.10