Единая система стандартов АСУ

При разработке конструкто рских документов проектов АСУ ТП в настоящее время следует руководствоваться государственными стандартами Единой Системы Стандартов Автоматизированных Систем Управления (ЕСС АСУ).

Кроме стандартов ЕСС АСУ при разработке конструкторских документов проектов АСУ ТП следует руководствоваться также рядом соответствующих стандартов и Единой Системы Конструкторской Документации (ЕСКД).

Основным графическим документом проектов АСУ ТП служат схемы. Их выполняют без соблюдения масштаба, при этом действительное пространственное расположение составных частей изделия или ТОУ не учитывают или учитывают приближённо. Исполнение каждой схемы должно обеспечить ее максимальное простое прочтение. При выполнении схем применяют следующие графические обозначения изделий и их элементов: условные графические обозначения, установленные в стандартах ЕСКД и ЕСС АСУ, а также построения на их основе, упрощенные внешние очертания (в том числе аксонометрические); прямоугольники и окружности. При использовании нестандартизованных обозначений и упрощенных внешних очертаний на схеме приводят соответствующие пояснения.

Выделение группы элементов схемы по какому-либо признаку следует выполнять штрихпунктирной линией с поясняющей надписью в левом верхнем углу окаймления. Линии связи, как правило, должны быть параллельны линиям внешней рамки схемы и показаны полностью, расстояния между соседними параллельными линиями - не менее 3 мм.

Схемы организационной структуры разрабатывают обычно для сложных систем на стадии технического проекта. В результате разработки схем организационной структуры определяют в

принципиальном виде основные функциональные части системы, их назначение и взаимосвязь, количество, виды и места размещения постов управления для оперативного обслуживающего персонала. На основании схем организационной структуры определяют подсистемы управления отдельными технологическими агрегатами или группами агрегатов со вспомогательным оборудованием. На схеме организационной структуры в виде условных о бозначений показывают:

- производственные подразделения с разбивкой по участкам, группы оборудования и отдельные агрегаты;

- пункты контроля и управления;

- оперативный персонал, о существляющий управление;

- вспомогательные службы;

- связи между звеньями системы.

Пункты или посты управления по назначению подразделяются на следующие:

- местные - контроль и управление частью технологической установки или вспомогательным оборудованием; расположены обычно в производственном помещении в непосредственной близости от оборудования;

- агрегатные - контроль и управление технологической установкой;

- индивидуальные - для одной установки;

- групповые - для нескольких однотипных установок, расположенных в одном производственном помещении;

- блочные - контроль и управление несколькими технологическими агрегатами и вспомогательными установками, объединенными технологическим процессом в единую установку;

- центральные или диспетчерские - контроль и управление технологическим производством, цехом или предприятием.

В качестве основного условного графического обозначения элементов схемы рекомендуется применять прямоугольник с соотношением сторон b = 1,5 а, где а выбирают из ряда 20,25,30,35,40 мм. Связи показывают сплошными линиями.

Схемы алгоритмов. При разработке алгоритмических описаний предварительно формулируют цели и задачи управления. В процессе анализа ТОУ определяют технологические ограничения на параметры и ограничения , налагаемые условиями эксплуатации. Эти ограничения всегда имеют место при решении задач оптимизации. Затем устанавливают требуемую точность аналитической модели ТОУ, уточняют входные и выходные переменные и возмущения. Далее собирают информацию, необходимую для описания исследуемых процессов. После этого приступают к составлению алго ритмического описания решаемых задач.

При проектировании АСУ ТП могут разрабатываться следующие алгоритмы:

- сбор данных и обработка информации ( циклический и адресный опрос датчиков, определение истинных измеряемых величин );

- определение параметров и комплексных ТЭП процесса или объекта ( определение контролируемой величины по результатам измерений косвенных показаний, экстра- и интерполяция, определение суммарных и средних показателей, распознавание и обнаружение событий, расчёт общих и агрегатных ТЭП);

- прямое цифровое управление и регулирование в соответствии с принятыми законами оптимального управления.

В качестве языков алгоритмических описаний применяются:

- словесная форма с использованием нео бходимой математической символики;

- операторная форма;

- структурные схемы в виде взаимосвязанных между собой символов ( операторов и логических условий ), соответствующих отдельным стадиям процессов контроля, управления и диагностики.

Каждая из указанных форм обладает достоинствами и недостатками, которые определяют её пригодность в конкретных условиях. Большей наглядностью обладает графическая форма в виде структурной схемы алгоритма.

Основные правила выполнения структурных схем алгоритмов предполагают некоторые условия.

Линии потока должны быть параллельны линиям внешней рамки схемы. Расстояние между параллельными линиями должно быть не менее 3 мм. Направления линии потока сверху вниз и слева направо принимают за основные (стрелками можно не обозначать). Слияние линий должно быть отмечено точкой.

Функциональные схемы автоматизации являются одним из основных документов проекта, определяющим структуру и функциональные связи подсистем контроля и управления отдельных технологических агрегатов.

В процессе разработки схемы автоматизации определяют целесообразный (оптимальный) уровень автоматизации, т.е. использование различных принципов управления, одноконтурных и многоконтурных, несвязанных и связанных автоматических систем регулирования, связь с управляющим вычислительным комплексом и т.п.; объёмы и структуры систем контроля, автоматического регулирования, дистанционного

управления, технологических защит и блокировок и технологичес кой сигнализации; набор технических средств, отвечающих заданным условиям; принципы размещения комплекса технических средств автоматизации на щитах и постах управления. Несмотря на большое разнообразие технологических процессов, условий их работы и требований к системам управления, можно, основываясь на опыте проектирования, сформулировать некоторые общие принципы, которыми следует руководствоваться при разработке схем автоматизации: взаимосвязь отдельных подсистем между собою, с управляющим вычислительным комплексом, расположенном на верхнем уровне управления, и локальными системами управления нижнего уровня решается, в первую очередь, подбором соответствующих технических средств; автоматические системы регулирования строят, как правило, на базе серийно выпускаемых средств измерения и автоматизации, преимущественно с использованием агрегатированных комплексов (ГСП); в пределах системы по возможности применяют однотипные средства, характеризуемые простотой сочетания и взаимозаменяемостью.

На схеме автоматизации обычно в виде условных обозначений показывают:

- ТОУ с технологическими трубопроводами или его часть, для которой составляется схема;

- щиты и пульты;

- средства измерения и автоматизации, за исключением вспомогательных устройств и аппаратуры;

- функциональные связи между средствами технического обеспечения.

Кроме того, на схеме приводят таблицу применяемых условных обозначений, не предусмотренных действующими стандартами, и текстовые пояснения.

Щиты и пульты на схеме изображают в виде прямоугольников произвольных размеров, в пределах которых показывают обозначения установленных на них средств измерения и автоматизации. Щиты показываются в нижней части схемы сверху вниз в следующей последовательности: местные щиты; агрегатный (блочный) щит; центральный щит. Кроме того, прямоугольники обозначают централизованную систему технологической сигнализации, системы технологических защит и блокировок, информационно -управляющий вычислительный комплекс. Последним для понимания схемы рекомендуется показать прямоугольник с поясняющими надписями, отражающими назначение изображённых систем контроля и автоматического регулирования. Условное графическое обозначение средств измерения и автоматизации - общее. Для распознавания измеряемой или регулируемой величины и функций, выполняемых прибором, в верхнюю часть условного графического о бозначения вписывают буквенные обозначения. Порядок расположения букв в буквенном обозначении принят следующий: основное обозначение измеряемой или регулируемой величины; дополнительное обозначение, уточняющее значение первой буквы; обозначение функциональных признаков прибора. Линии, обозначающие функциональные связи, подводят к графическому обозначению прибора с любого направления (сверху, снизу, сбоку). При необходимости указ ания направления передачи сигнала на линиях связи наносят стрелки. Всем средствам измерения и автоматизации, изображённым на схемах, присваиваются позиционные обозначения (позиции), сохраняющиеся во всех материалах проекта, они указываются в нижней части условного графического обозначения . Обычно рекомендуется цифробуквенная система позиционных обозначений, при которой функциональная группа средств имеет цифровой порядковый номер, а каждый элемент группы - буквенный индекс (в алфавитном порядке, начиная с устройств

получения информации). Более проста и удобна цифро -цифровая система позиционных обозначений, когда каждому элементу функциональной группы присваивают также цифровой индекс. В проектах систем управления блочных установок позиционные обозначения детализируют буквенным индексом, обозначающим принадлежность функциональной группы к тому или иному технологическому агрегату, входящему в блок.

Принципиальные электрические схемы систем электроавтоматики. Электрические системы определяются рядом преимуществ по сравнению с системами пневмо - и гидроавтоматики: дальностью передачи сигналов информации и управления, быстродействием, широкой аппаратурной возможностью обработки и преобразования информации, легкостью связи с ЭВМ. В проектах систем электроавтоматики наряду с функциональными разрабатывают принципиальные электрические схемы автоматизации (автоматического регулирования, дистанционного управления, технологической сигнализации, технологической защиты и блокировки, управления электроприводами производственных механизмов и др.), а также принципиальные электрические схемы питания.

Условные графические обозначения элементов при исполнении названных схем установлены рядом стандартов и ЕСКД. Кроме унифицированных графических изображений, в технических проектах систем электроавтоматики используют условные буквенно -цифровые обозначения, регламентируемые стандартом, которые позволяют выполнять в сокращённой форме запись технических сведений об элементах, устройствах, функциональных группах и делать ссылки на соответствующие объекты в перечнях, пояснительной записке и других документах.

Принципиальные электрические схемы выполняют для изделий, находящихся в отключенном состоянии. Согласно этому правилу контакты электрических аппаратов делят на три вида:

- замыкающие (разомкнутые при обесточенной аппаратуре и

отсутствии внешних механических воздействий);

- размыкающие (замкнутые при обесточенной аппаратуре и

отсутствии внешних механических воздействий);

- переключающие (находящиеся в одном из положений, принятом за исходное).

Схемы могут изображаться как однолинейным, так и многолинейным способом. При многолинейном каждую цепь, в том числе и цепи, выполняющие идентичную функцию, изображаются отдельной линией, а элементы, включенные в указанных цепях, в том числе и аналогичные,

- отдельными условными графическими обозначениями; при однолинейном все цепи, выполняющие идентичные функции, изображают одной линией, а ан алогичные элементы, включённые в указанные цепи,

- одним условным графическим обозначением. Элементы и устройства изображают на схеме совмещённым или разнесённым способом. Первый

характерен тем, что элементы каждого прибора и аппаратуры на схеме изображают в непосредственной близости друг от друга и объединяют общей штриховой линией, т.е. приборы и аппараты на схеме показывают как бы в собранном виде с обозначением и маркировкой входных и выходных зажимов. При этом внутреннее устройство (схему) прибора и аппарата можно не изображать. Совмещённый способ в практике проектирования применяется при изображении сложных измерительных и регулирующих приборов, информационных и вычислительных машин, потребителей энергии при разработке принципиальных схем питания.

Разнесённый способ характерен тем, что приборы и аппараты, участвующие в схеме, расчленяют на составные элементы, расположенные в разных местах схемы и связанные между собой в порядке протекания тока, образуя отдельные цепи. В этом случае схема состоит обычно из ряда параллельно расположенных цепей : вертикальных - слева направо, горизонтальных - сверху вниз, что значительно облегчает её чтение, улучшает наглядность. При разнесённом способе элементы аппаратов могут маркироваться позицией, присвоенной аппаратуре, и цифровым номером, добавляемым к позиции через точку. Разнесённый способ широко применяется при выполнении принципиальных электрических схем автоматического регулирования, дистанционного управления, технологической сигнализации и защиты и т.п. При изображении на одной схеме цепей различного функционального назначения разрешается использовать линии разной толщины, но не более трех видов. Для упрощения схемы допускается несколько электрически не связанных линий сливать в одну линию групповой связи. Принципиальные электрические схемы автоматизации определяют полный состав электрической части и связи между элементами, дают детальное представление о принципе работы системы . Их разрабатывают применительно к отдельным самостоятельным установкам или элементам АСУ, например: управления приводами запорных задвижек; автоматического регулирования (какого -либо параметра); технологической з ащиты и т. д.

В общем случае на чертежах принципиальных электрических схем показывают схему главных (силовых) цепей; элементные схемы управления, регулирования, сигнализации, з ащиты и блокировки; поясняющую (структурную) схему или поясняющие надписи; контакты аппаратов данной схемы, используемые в других схемах; диаграммы замыкания контактов конечных и путевых выключателей, измерительных приборов и программных устройств, переключателей и ключей со сложной коммутацией; перечень аппаратуры с указанием мест её расположения.

При автоматизации технологических процессов в электроприводах различных производственных механизмов (вентилято ров, насосов и т.д.) широко применяются асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым

ротором. Это объясняется простотой их конструкции и эксплуатации и невысокой стоимостью.

В процессе эксплуатации возникают нарушения нормальной работы агрегатов, обусловленные резкими и значительными изменениями нагрузки, внезапным частичным или полным выходом из строя оборудования, ошибочными действиями оператора и другими непредсказуемыми причинами. Своевременное устранение этих нарушений оператором практически невозможно, а причинённый ими ущерб может быть велик. Все необходимые операции по управлению в таких режимах осуществляют автоматически с помощью устройств технологических защит и блокировок, главным требованием к которым является высокая надёжность действия в аварийных ситуациях. Системы технологических защит в большинстве случаев строятся на базе стандартной релейной аппаратуры, имеющей сравнительно высокую надёжность. Источниками дискретной информации, побуждающими эти системы к действию, служат сигнальные контакты измерительных приборов и датчиков. Большое внимание уделяют надёжности питания электрических схем устройств технологических защит и блокировок.

Электроприводы задвижек и клапанов составляют обычно наиболее многочисленную группу приводов на ТОУ. Электроприводами оснащаются задвижки и клапаны основных коммуникаций, требующие частого оперативного переключения во время эксплуатации, расположенные в труднодоступных местах или требующие больших усилий и времени для ручного воздействия. Наиболее распространены задвижки шиберного типа. Привод обычно оснащается трёхфазным асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором. Управление может быть индивидуальным и избирательным. При индивидуальном управлении на каждый объект управления устанавливают отдельный орган - ключ или кнопки, а связь между этим органом и коммуникационным аппаратом осуществляют по индивидуальному кабелю. Схемы индивидуального дистанционного управления, кроме цепей включения и отключения коммуникационного аппарата, содержат цепи защиты и цепи сигнализации положения задвижки. На практике такие системы применяют лишь для наиболее ответственных задвижек. Управление приводами большинства запорных задвижек и исполнительных механизмов выполняют с помощью схем избирательного управления, т.е. в этом случае на группу приводов устанавливают один ключ управления, а подключение его в схемы управления отдельными приводами осуществляется через контакты соответствующих реле выбора объекта. После того, как объект выбран и подключён к общим органам управления, его управление ничем не отличается от индивидуального. Для крупных объектов разработаны бесконтактные логические схемы, рассчитанные на избирательное управление одним из многих исполнительных механизмов, объединённых в группу, с последовательным набором требуемого номера, состоящего из

«десятков» и «единиц». Применение избирательных систем в любом случае позволяет сократить число коммутационных аппаратов, устанавливаемых на оперативном пульте, и существенно уменьшить его размеры, но требует специальных мер по повышению надёжности самих систем избирательного управления, например путём дублирования ключевых элементов, исключения «обходных» путей и т.п.

Технологическая сигнализация служит для оповещения оперативного персонала о недопустимых отклонениях режима работы или неисправности основного и вспомогательного оборудования. На ТОУ могут применяться следующие технологические сигнализации: отклонения за допустимые пределы величин, определяющих надёжность и безопасность работы оборудования; аварийного отклонения контролируемых величин, требующих немедленного останова оборудования; срабатывания технологических защит; неисправности отдельных устройств; нарушений в электропитании различного оборудования. Звуковая сигнализация реализуется на основе генераторов искусственного сигнала различной тональности: гудок (сирена) - в случае аварии; звонок (зуммер) - при всех других видах информации. Световую сигнализацию осуществляют с помощью одно - или двухламповых табло, на светящемся экране которых указывается причина появления сигнала. Особенность звуковой сигнализации - использование одного источника звука для всего ТОУ, поэтому схема звуковой сигнализации должна обеспечить «повторность действия» при поступлении каждого нового сигнала, т.е. звуковой сигнал является групповым. Световой сигнал поступает на отдельное табло.

Схемы, которые построены на базе серийно выпускаемой контактной аппаратуры, хорошо зарекомендовали себя при автоматизации отдельных механизмов с несложной программой и небольшим числом включений в единицу времени. Её недостатки (сравнительно низкая долговечность и высокая частота включения, необходимость защиты от вредных воздействий окружающей среды) явились основными причинами применения бесконтактной аппаратуры, достоинствами которой служат отсутствие подвижных быстроизнашивающихся частей, высокое быстродействие, независимость выходных параметров от механических воздействий, нечувствительность к условиям окружающей среды, длительный срок службы и минимальные эксплуатационные расходы. Применение бесконтактных систем особенно оправдано в логически сложных схемах - при большом числе контактов и реле в контактном варианте. Однако такие системы управления содержат, как правило, больше элементов, чем контактные, требуют специальных источников питания. Поэтому стоимость бесконтактных систем выше, чем контактных.

На современных промышленных предприятиях наибольшее распространение получили четырёхпроводные распределительные системы трёхфазного переменного тока напряжения 380/220 В с глухим

заземлением нейтрали. Кроме того, на объектах могут быть проложены стационарные двухпроводные сети переменного тока напряжения 36 и 12 В, предназначенные в основном для питания местного и переносного освещения и электрифицированного инструмента. Отклонение напряжения на шинах источника питания не должно превышать значений, при которых обеспечивается нормальная работы всех приборов и средств автоматизации. Все принятые решения по обеспечению электроэнергией средств измерения и автоматизации разрабатываемой системы отражаются в принципиальных электрических схемах питания, которые разрабатывают на стадии рабочей документации и технорабочего проекта.

На них помещают перечень аппаратуры, пояснения и примечания. Электроприёмники в схемах обычно изображают совмещённо в виде прямоугольников, в пределах которых указываются необходимые сведения. На чертеже принципиальной электрической схемы питания показывают источники питания (трансформаторы понижающие и разделительные, стабилизаторы, выпрямители и т. п.); аппараты управления и защиты; электроприёмники; линии вводов от источников питания и отводов к электроприёмникам . Аппараты управления и защиты (рубильники, пакетные выключатели и переключатели, тумблеры и зажимы испытательные) служат для включения и отключения отдельных электроприёмников и участков сетей в нормальном режиме и для отключения электроприёмников в линии при производстве ремонтных работ. При разработке схем питания должны быть решены следующие задачи: надёжность и бесперебойность электроснабжения; выбор и размещение аппаратов управления и защиты; выбор сечения проводников. Вопрос о бесперебойности электроснабжения решается в индивидуальном порядке в зависимости от категории ответственности электроприёмника. Все электроприёмники разделяются на три категории: нарушение электроснабжения которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, значительный ущерб народному хозяйству, повреждение оборудования, массовый брак продукции, нарушение сложного технологического процесса и т.п.; перерыв в электроснабжении которых связан с массовым недоотпуском продукции, простоем рабочих механизмов и промышленного транспорта и т. п.; все остальные электроприёмники, не подходящие под определение первой и второй категорий (например, электроприёмники цехов несерийного производства, вспомогательных цехов и т. п.). В зависимости от категорийности электроприёмника решается вопрос о резервировании питания. Электроприёмники первой категории получают напряжение от двух независимых источников питания с автоматическим включением резервного источника при отключении рабочего. В схемах питания электроприёмников второй категории также должно быть два независимых источника с ручным включением резервного источника. Электроприёмники третьей категории запитываются от одного источника.

Размещение аппаратов управления и защиты должно обеспечивать возможность оперативного отключения и переключения электроприёмников и их защиту и проводится, исходя из следующих требований: аппараты управления и защиты должны устанавливаться во всех нормально незаземлённых фазах и полюсах; не допускается установка аппаратов управления и защиты в заземляющих и нулевых проводниках (однако аппараты управления могут устанавливаться в нулевых проводниках, в том числе при использовании их в качестве заземляющих при условии, что аппараты одновременно отключают все фазные провода); при наличии в электроприёмнике предохранителя дополнительные аппараты защиты не устанавливают; для средств измерения и автоматизации, не работающих независимо один от другого, устанавливают общие аппараты управления и защиты. Выбор сечения токоведущих жил проводов и кабелей проводят по условиям нагревания их электрическим током и механической прочности.