Основные сведения из теории.

Оформление курсового проекта.

Курсовой проект состоит из пояснительной записки объемом 15-20 страниц и одного чертежа «Функциональная схема автоматизации технологического процесса», выполненный на листе формата А1или А2.

В состав пояснительной записки входят:

1. Титульный лист.

2. Задание на проектирование.

3. Содержание.

4. Введение.

5. Основные разделы курсового проекта:

Анализ технологического процесса, обоснование выбора параметров измерения, сигнализации и регулирования.

Описание функциональной схемы автоматизации.

Обоснование выбора средств автоматизации. 

Определение асимптотических параметров объекта регулирования и выбор вида регулятора.

Определение закона управления (типа регулятора).

Расчёт параметров регулятора.

Исследование процессов регулирования, происходящих в спроектированной АСР, на ПЭВМ с последующей коррекцией параметров регулятора.

6. Литература.

Пояснительная записка выполняется на стандартных листах писчей бумаги формата А4, согласно требованиям ЕСКД. Форма титульного листа приведена в приложении 2.

Функциональная схема автоматизации оформляется в соответствии с требованиями ГОСТа 21.404-85.

Задание на курсовую работу студент получает у преподавателя (приложение 7). Оно состоит из названия автоматизируемого технологического процесса, исходных данных для расчета автоматической системы регулирования одной из технологических переменных в виде численных значений параметров объекта регулирования (К_об, Т1, Т2), максимально возможного процента хода регулирующего органа(М%)  и показателей качества переходного процесса (,∆Y_мах, Т_р^мах, Y_ост^мах –для регуляторов непрерывного вида и А_м, Т _км -для двухпозиционных регуляторов). Кроме того, для последнего регулятора задаётся требуемое значение регулируемой величины Хз.

Общие указания по выполнению курсового проекта.

1.В введении курсового проекта, должна быть обоснована необходимость автоматизации конкретного технологического процесса, перечислены технико-экономические показатели (надёжность и ритмичность производства, себестоимость и качество продукции, доля ручного труда и т. д.), которые улучшаются после внедрения автоматических систем.

2. В первом разделе необходимо осуществить анализ технологической схемы в соответствии с темой курсового проекта и обосновать выбор параметров измерения, регулирования и сигнализации. С этой целью студент изучает указанный в задании технологический процесс, определяет параметры, значение которых требуется измерять, регулировать, а также сигнализировать об их значениях. В результате этого на схеме должны быть указаны нумерация и места расположения датчиков, регуляторов, элементов индикации, сигнализации, коммутации, а также каналов прохождения сигналов. Схематично показывается их функциональное предназначение (в виде обозначений) и линии связи между ними. Всё это производится на базе знаний, полученных при изучении технологических дисциплин и оборудования соответствующей области. Теоретические основы этого раздела изложены в пунктах 4.1 и 4.2 настоящих методических указаний (МУ)

3. При описании функциональной схемы автоматизации, её состава и принципа действия необходимо показать роль элементов схемы в процессе автоматизации, их функциональные связи, расположение, также прохождение информационных и управляющих сигналов. При этом используется принятая в предыдущем разделе нумерация этих элементов и каналов связи.

4. При обосновании выбора средств автоматизации необходимо учитывать такие параметры, как диапазон изменения измеряемых величин, требуемая точность измерения, условия эксплуатации приборов ( пожаро и электробезопасность, агрессивность, токсичность и физико-химические свойства среды), дальность передачи информационных и управляющих сигналов. В результате такого выбора в разделе указывается маркировка прибора, его место установки, наименование измеряемого параметра и т.д. (приложение 6).

5. Вычисление асимптотических параметров объекта регулирования осуществляется с использованием численных значений кривой разгона. По полученным значениям этих параметров производится выбор вида регулятора. Порядок выполнения этого этапа описан в подразделах 4.3.2 и 5.1 МУ.

6. При выборе типа регулятора (закона управления) и расчёта его параметров учитываются требования, предъявляемые к качеству регулирования. Эти требования определяются такими показателями, как максимально возможный процент хода регулирующего органа М%, максимально допустимое динамическое отклонение регулируемой величины ∆У_мах, максимально допустимое время регулирования Т_р.^мах и установившееся отклонение У_ост. Для расчёта параметров регулятора используются формулы, соответствующие 20%-ному перерегулированию (Табл. 2). Расчёты, производимые на этом этапе, проиллюстрированы в подразделах 5.2.1 МУ - для непрерывного регулятора, 5.3.1 и 5.3.2-для двухпозиционного.

7. Моделирование и исследование процессов регулирования, происходящих в спроектированной АСР, на ПЭВМ с последующей коррекцией параметров регулятора. Порядок выполнения этого этапа представлен в подразделе 5.2.2 МУ. Этот этап проектирования выполняется только в случае выбора непрерывного регулятора.

Основные сведения из теории.

4.1. Общий порядок изображения функциональных схем автоматизации (ФСА).

Структуру и объём автоматизации технологического оборудования определяет функциональная схема автоматизации, которая представляет собой чертеж с условным изображением технологического оборудования, коммуникаций, органов управления и средств автоматизации. На ФСА указывают все связи между технологическим оборудованием и элементом автоматики. Органы управления и средства автоматизации изображают на ФСА в соответствии с ГОСТом 21.404-85.Основные условно-графические и буквенные обозначения по ГОСТу приведены в приложениях 3,4,5. В основе обозначений приборов и средств автоматизации по ГОСТ 21.404-85 лежит функциональный признак - построение буквенных условных обозначений выполняется буквами латинского алфавита. Отборное устройство для всех постоянно подключенных приборов не имеет специального обозначения, а представляет собой тонкую сплошную линию, соединяющую технологический трубопровод или аппарат с первичным измерительным преобразователем или прибором.

При необходимости указания точного места расположения отборного устройства или точки измерения (внутри контура технологического аппарата) в конце тонкой линией изображается окружность диаметром 2 мм.

Подвод линий связи к символу прибора допускается изображать в любой точке окружности (сверху, снизу, сбоку). Если необходимо указать направление передачи сигнала на линиях связи допускается нанесение стрелок. В случае, когда обозначать прибор и средство автоматизации по ГОСТу не представляется возможным, разрешается введение произвольных условных обозначений с расшифровкой их на схемах. Буквенные условные обозначения приведены в таблице приложения 4.

Для конкретизации определяемой величины около изображения прибора (справа от него) необходимо указывать наименование или символ измеряемой величины: ток, рН, О и т.д.

Буква «U» может быть использована для обозначения прибора, измеряющего несколько разнородных величин. Расшифровка измеряемых величин должна быть приведена около прибора или на поле чертежа. Резервные буквы используются для обозначения непредусмотренных ГОСТом величин. Применяемые величины обозначаются одной и той же буквой, с расшифровкой на схеме. Не допускается применять одну и ту же резервную букву для обозначений разных величин в пределах данного вида документации.

Дополнительные буквенные обозначения, отражающие функциональные признаки прибора приведены в таблице приложения 3.

Буква "Е" применяется для обозначения чувствительных элементов, например: термоэлектрических термометров, термометров сопротивления, сужающих устройств расходомеров и т.п.

Буква "Т" обозначает промежуточное преобразование-дистанционную передачу сигнала, например: бесшкальные манометры (дифманометры), ма-нометрические термометры.

Буква "К" применяется для обозначений приборов, имеющих станцию управления.

Буква "Y" рекомендуется для построения обозначений преобразователей сигналов и вычислительных устройств.

Порядок построения условных обозначений с применением дополнительных букв следующий: на первом месте ставится буква, обозначающая измеряемую величину; на втором месте - одна из дополнительных букв: Е,Т,К или Y-,например термометр сопротивления-ТЕ, сужающее устройство расходомера-РЕ.

При построении условных обозначений преобразователей сигналов и вычислительных устройств надписи, расшифровывающие вид преобразования или операции, выполняемые вычислительным устройством, наносятся справа от графического изображения прибора, например электропневматический преобразователь, установленный по месту Е/Р .

При построении обозначений комплектов средств автоматизации первая буква в обозначении каждого прибора, входящего в комплект, является наименованием измеряемой комплектом величины. Например, в комплекте для измерения и регулирования температуры первичный измерительный преобразователь следует обозначить "ТЕ", вторичный регистрирующий прибор-"TR.";регулирующий блок-"ТС".

Все устройства, выполняемые в виде отдельных блоков и предназначенные для ручных операций, должны иметь на первом месте обозначений букву "Н", независимо от того, в какой комплект технических средств они входят. Например: кнопки (ключи для дистанционного управления, задатчики -"Н", байпасные панели дистанционного управления-"НС", переключатели электрических цепей измерения (управления)-"НS".

4.2. Способы и методика построения графических условных обозначений по ГОСТ 21.404-85.

Функциональные схемы автоматизации (ФСА) могут быть выполнены двумя способами:

1 способ - упрощенный,

2 способ - развернутый.

1 способ. При построении ФСА приборы и средства автоматизации изображают вблизи отборных устройств и измерительных преобразователей. При этом щиты и пульты в схемах не показывают (рис. 1).

Рис. 1. ФСА теплообменника, выполненного упрощённым способом.

При изображении ФСА таким способом возникают трудности в чтении схем т. к. на чертеже не находит отражение организация пунктов контроля и управления. Такие схемы дают лишь общие представления о принятых решениях и объеме автоматизации.

2 способ. Щиты и пульты изображают прямоугольниками, в зоне которых условно изображают установленные в щитах и пультах средства автоматизации. От них линии связи идут к элементам схемы, с которыми они взаимодействуют. Непосредственно на технологическом оборудовании и коммуникациях изображают измерительные преобразователи, исполнительные механизмы и регулирующие органы. Щиты и пульты управления отображают организацию пунктов контроля и управления технологическим процессом и располагаются в нижней части поля чертежа. Приборы и средства автоматизации, установленные вне щитов и пультов и не связанные непосредственно с технологическим оборудованием и коммуникациями, условно показывают в прямоугольнике "Приборы местные".

Приборы и средства автоматизации, представленные в распоряжение оператора, показывают в прямоугольнике "Щит управления" (рис.2).

В случае сложных ФСА в избежание большого количества изломов и пересечений линии связи обрывают и пунктируют. Для нижнего ряда номера должны следовать в возрастающем порядке, для верхнего ряда они могут располагаться произвольно. На участках линий связи над верхним прямоугольником указывают предельные рабочие значения измеряемых и регулируемых величин при установившемся режиме работы. Система нумерации средств автоматизации предусматривает присвоение каждому комплекту аппаратуры в канале измерения или контуре регулирования порядковый номер, а каждой составной части комплекта (измерительному преобразователю, измерительному или регулирующему прибору, переключатель и т.п.)-буквенный или цифровой порядковый индекс (а, б, в... и т.д.; 1,2,3...).Полный номер каждого элемента комплекта аппаратуры состоит двух частей-1а,2б и т.д. или 1-1,2-1 и т.д. Электроаппаратуре, например, сигнальным лампам присваивают цифро-буквенные обозначения, применяемые в принципиальных электрических схемах-HL1, HL2. Отборные устройства, в которых преобразование измеряемого параметра не происходит (например, отбор давления), в схемах не нумеруют.

Методика построения графических условных обозначений является общей для обоих способов построения ФСА.В верхней части окружности находятся буквенные обозначения измеряемой величины и функционального признака прибора.

Порядок расположения буквенных обозначений (слева направо) следующий:

-обозначения основной измеряемой величины;

-обозначение, уточняющее (если это необходимо) основную измеряемую величину; обозначение функционального признака прибора.

Порядок буквенных обозначений функциональных признаков (если их несколько в одном приборе) должен быть следующим: "IRCSA".

Рис. 2. ФСА размораживания мяса, в полутушах I-камера; II, III - воздуховоды IV - калорифер; V, VI - вентиляторы, VII - камера смещения:

1- пусковая аппаратура.

2– измеритель-сигнализатор температуры в туше.

3- регулятор влажности.

4- регулятор температуры в камере.

5- программное устройство.

6- пусковая аппаратура.

7- программное устройство.

В нижней части окружности наносится позиционное обозначение (цифровое или буквенно-цифровое), служащее для нумерации комплекта измерения или регулирования (при упрощённом способе построения ФСА), или отдельных элементов комплекта (при развёрнутом способе построения ФСА). Если позиционное обозначение прибора не помещается в окружности, допускается нанести его за пределом окружности, либо применить вместо окружности эллипс.

При обозначении прибора следует указывать не все функциональные признаки прибора, а только те, которые используются в данной схеме.

При построении условного обозначения сигнализатора уровня, блок сигнализации которого является бесшкальным прибором, снабженным контактным устройством, следует писать:

а)  "LS''-если прибор используется только для включения, выключения насоса, блокировок и т.д.

б)  "LA''-если прибор используется только для сигнализации (местной или дистанционной);

в)  "LSA''-если используются обе функции по подпунктам "а" и "б".

г)  "LC'-если прибор используется для регулирования уровня.

Размеры графических условных обозначений приборов и средств автоматизации приведены в приложении 5 .

Прямоугольники, которыми изображаются щиты и пульты имеют произвольные размеры, достаточные для нанесения графических условных обозначений приборов.

Толщина линий условных графических обозначений должна составлять 0,5-0,6 мм. Горизонтальная разделительная черта внутри обозначения прибора и линии связи выполняются линиями толщиной 0,2-0,3 мм.

Рекомендации по выбору аппаратуры систем автоматизации.

Прежде чем приступить к автоматизации технологического процесса необходимо тщательно изучить технологический процесс, выявить технологические переменные, определяющие протекание ТП и взаимосвязи между ними.

При выборе технических средств автоматизации следует учитывать: условия пожаро-взрывоопасности процесса; агрессивность и токсичность окружающей среды; -параметры и физико-химические свойства измеряемой среды; -дальность передачи сигналов информации от места установки измерительных преобразователей, исполнительных устройств; -требуемая точность и быстродействие приборов и регуляторов; -требования к стерильности и герметичности технологических аппаратов.

При выборе технических средств автоматизации следует ориентироваться на серийно выпускаемые. Причем предпочтение отдается Государственной системе промышленных приборов и средств автоматизации (ГСП). Применение ГСП позволяет добиваться унификации системы.

Практика показывает, что предприятия мясо-молочной промышленности на 70 процентов оснащены электрическими средствами автоматизации. Широкое применение находят технические средства автоматики завода МЗТА и регулирующие устройства системы "Каскад", "Контур",АКЭСР.

При автоматизации взрыво- и пожароопасных ТП находят применение средства пневмоавтоматики.

Достоинством пневматических устройств автоматики является высокая надежность и достаточная простота. Дальность передачи информации в пневмоавтоматике достигает 300 м. Наиболее распространенные технические средства этой серии - приборы системы "Старт". Источником энергии для пневматических приборов является сжатый воздух давлением 0,14 МПа.

При выборе приборов, входящих в автоматическую систему регулирования, необходимо учитывать их совместимость по входным - выходным сигналам и конструктивным размерам.

Выбранные технические средства автоматизации, решающие задачи автоматического управления ТП должны быть оформлены в виде спецификации (см. приложение 6).

Приложение 2

                                                               (Образец)