[ Автоматика теплових процесів ] | |
Пар | -2-2 - |
Повітря | -3-3 - |
Азот | -4-4 - |
Кисень | -5-5 - |
Масло | -14-14 - |
Рідке пальне | -15-15 - |
фреон | -18-18 - |
Протипожежний трубопровід | -26-26 - |
На технологічну схему проектованої системи наносять всі елементи системи автоматичного регулювання. Прилади й перетворювачі показуються у вигляді умовних зображень і об'єднуються в єдину систему лініями функціональних зв'язків.
Функціональну схему теплового контролю виконують, як правило, на одному аркуші, на якому зображують апаратуру всіх систем контролю, регулювання, управління і сигналізації, що відноситься до даної технологічної установки.
Складні технологічні схеми рекомендується розчленовувати на окремі технологічні вузли і виконувати функціональні схеми цих вузлів у вигляді окремих креслень на кількох аркушах або на одному.
Приклад функціональної схеми показаний на малюнку 1.
Контури технологічного обладнання на функціональних схемах рекомендується виконувати лініями товщиною 0,6-1,5 мм; трубопровідні комунікації 0,6-1,5 мм;
прилади та засоби автоматизації 0,5-0,6 мм; лінії зв'язку 0,2-0,3 мм; прямокутники, що зображують щити і пульти, 0,6-1,5 мм.
Прилади, засоби автоматизації, електричні пристрої та елементи обчислювальної техніки на функціональних схемах автоматизації показуються відповідно до ГОСТ 21.404-85 та галузевими нормативними документами.
ГОСТ 21.404-85 передбачає систему побудови графічних і буквених умовних позначень за функціональними ознаками, виконуваних приладами. Прилади зображуються колами розділеними горизонтальною лінією. У верхній частині кола наносяться літерні позначення вимірюваної величини і функціонального ознаки приладу (таблиці 3, 4, 5). У нижній частині кола наноситься позиційне позначення (цифрове або буквенноціфрових), що служить для нумерації окремих елементів j комплекту вимірювання.
Таблиця 3. Літерні умовні позначення за ГОСТ 21.404-85
Позна-чення | Вимірювана величина | Функції виконуються приладом | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Основне призначення першої літери | Додаткове призначення, що уточнює призначення першої літери | Відображення інформації | Формування вихідного сигналу | Додаткове призначення | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
А | Сигналізація | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
У | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
З | - | - | - | Регулювання, управління | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
D | Щільність | Різниця перепад, | - | - | - | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Е | Будь-яка електричний величина | - | - | - | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
F | Витрата | Співвідношення, частка дріб | - | - | - | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
G | Розмір, положення переміщення | - | - | - | - | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Н | Ручне вплив | - | - | - | Верхня межа вимірюваної вів. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
I | Показання | - | - | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
J | . | Автоматичне ське переклю чення обегіте ня | - | ~ | - | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
R | Радіоак гів - ність | - | Реєстрація | - | - | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
S | Швидкість, частота | - | - | Включення, відключення, перемикання, сигналізація | - | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
T | Температура | - | - | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
U | Кілька різнорідних вимірюваних величин | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
V | В'язкість | - | - | - | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
W | Маса | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Х | Нерекомен дуємо резервна літера | - | - | - | - | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
До | Час, тимчасова програма | - | - | - | - | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
L | Рівень | - | - | - | Нижня межа вимірюваної вів. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
М | Вологість | - | - | - | - | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
N | Резервна літера | - | - | - | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
0 | Резервна літера | - | - | - | - | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Р | Тиск, вакуум | - | - | - | - | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Q | Величина, яка характери-зующие якість, склад, концентрація-цію і т. п | Інтегрувати вання, сума вання за часом | - | - | - Таблиця 4. Додаткові літерні позначення, що відображають функціональні ознаки приладів за ГОСТ 21.404-85
Таблиця 5. Додаткові позначення, що відображають функціональні ознаки перетворювачів сигналів і обчислювальних пристроїв по ГОСТ 21.404-85
Приклад побудови умовного позначення приладу для вимірювання, реєстрації і автоматичного регулювання перепаду тиску наведено на рис. 2.
Рис. 2. Приклад побудови умовного позначення приладу для вимірювання, реєстрації і автоматичного регулювання перепаду тиску Всім приладів та перетворювачів, зображеним на функціональній схемі, присвоюються позиційні позначення, що складаються з двох частин: арабських цифр - номера функціональної групи і малі літери російського алфавіту - номери приладу і ТСА в даній функціональній групі (наприклад, 5а, 3б і т.п. ). Літерні позначення присвоюють кожному елементу функціональної групи в порядку алфавіту в залежності від послідовності проходження сигналу - від пристроїв отримання інформації до пристроїв впливу на керований процес (наприклад, приймальний пристрій - датчик, вторинний перетворювач, задатчик, регулятор, покажчик положення, виконавчий механізм, регулюючий орган ). Допускається замість букв російського алфавіту використовувати арабські цифри (наприклад, 5-1, 3-2 і т.д.). Приклади зображення окремих вимірювальних каналів наведені на малюнках 3-11
Рис. 3. Індикація і реєстрація температури (TIR). 101-1 Термоелектричний термометр тип ТХА, гр. ХА, межі вимірювання від -50 ° С до 900 ° С, матеріал корпусу Ст0Х20Н14С2, марка ТХА-0515 101-2 Перетворювач термоЕРС в стандартний струмовий сигнал 0 ... 5 мА, гр. ХА, марка Ш-72 101-3 Міліамперметр показує реєструючий на 2 параметри, марка А-54
Рис. 4. Індикація, реєстрація та регулювання температури за допомогою пневматичного регулятора (TIR С, пневматика). 102-1 Термоелектричний термометр тип ТХА, гр. ХА, межі вимірювання від -50 ° С до 900 ° С, матеріал корпусу Ст0Х20Н14С2, марка ТХА-0515 102-2 Перетворювач термоЕРС в стандартний струмовий сигнал 0 ... 5 мА, гр. ХА, марка Ш-72 102-3 электропневмопреобразователь, вхідний сигнал 0 ... 5 мА, вихідний - стандартний пневматичний 0,02 ... 0,1 МПа, марка ЕПП-63 (або ЕПП-180) 102-4 пневматичний вторинний прилад на 3 параметри зі станцією управління, марка ПВ 10.1Е (з електроприводом діаграмній стрічки) 102-5 Пневматичний ПІ-регулятор ПР 3.31 Рис. 5. Індикація і регулювання температури за допомогою мікропроцесорного регулятора (TI С, ел.). 103-1 Термоелектричний термометр тип ТХА, гр. ХА, межі вимірювання від -50 ° С до 900 ° С, матеріал корпусу Ст0Х20Н14С2, марка ТХА-0515 103-2 Трьохканальний мікропроцесорний регулятор типу «Протерм-100» 103-3 Регулюючий клапан для неагресивних середовищ, корпус з чавуну, гранична температура Т = 300 ° С, тиск Р у = 1,6 МПа, умовний діаметр D у = 100 мм, тип 25нч32нж Рис. 6. Приклад схеми контролю тиску. Індикація тиску (PI). 210-1 Манометр пружинний М-... Рис. 7. Сигналізація тиску (PA). 202-1 Пневматичний первинний перетворювач тиску, межа вимірювання 0 ... 1,6 МПа, вихідний сигнал 0,02 ... 0,1 МПа, марка МС-П-2 (манометр сильфонний з пневмовиходу) 202-2 Електроконтакта манометр з сигнальною лампою ЕКМ-1 202-3 Лампа сигнальна Л-1 Рис. 8. Індикація і реєстрація тиску (PIR, ел.). 204-1 Первинний перетворювач тиску зі стандартним струмовим виходом 0 ... 5 мА, марка МС-Е (або Сапфір-22ДІ і т.д.) 204-2 Міліамперметр показує реєструючий на 2 параметри, марка А-542 Рис. 9. Індикація і регулювання тиску 205-1 Пневматичний первинний перетворювач тиску, межа вимірювання 0 ... 1,6 МПа, вихідний сигнал 0,02 ... 0,1 МПа, марка МС-П-2 (манометр сильфонний з пневмовиходу) 205-2 пневматичний вторинний прилад на 3 параметри зі станцією управління, марка ПВ 10.1Е (з електроприводом діаграмній стрічки) 205-3 Пневматичний ПІ-регулятор ПР 3.31 205-4 Регулюючий клапан для неагресивних середовищ, корпус з чавуну, гранична температура Т = 300 ° С, тиск Р у = 1,6 МПа, умовний 205-5 Електроконтакта манометр з сигнальною лампою ЕКМ-1 205-6 Лампа сигнальна Л-1 Рис. 10. Схеми контролю витрати. Для вимірювання витрати рідини первинні перетворювачі встановлюються в перетині трубопроводу, тому на схемі їх позначення зображуються вбудованим в трубопровід. При використанні звужуючих пристроїв, наприклад, діафрагм, перепад тисків на них заміряється дифманометрами, тому схеми автоматизації аналогічні схемами контролю тиску. 301-1 Діафрагма марки ДК6-50-II -а/г-2 (діафрагма камерна, тиск Р в = 6 атм, діаметр D у = 50 мм) 301-2 Дифманометр з пневмовиходу 0,02 ... 0,1 МПа, марка ДС-П1 (для пневматики) або Сапфір-22ДД (для електричної схеми) 302-1 Ротаметр РД-П (с пневмовиходу) або РД-Е (з електричним виходом) 5. Вказівки до виконання специфікації на прилади та засоби автоматизації Специфікація на всі показані на функціональній схемі прилади і перетворювачі оформляється у вигляді таблиці. Приклад специфікації для фрагмента функціональної схеми контролю температури наведено нижче Форма специфікації до ФВА.
Графи таблиці заповнюються таким чином: у графі 1 - буквено-цифрове позначення приладу у відповідності з його позиційним позначенням на схемі; спочатку заносяться прилади з цифровим індексом 1, тобто прилади першого комплекту (1-1, 1-2, 1-3, ...), потім - другого комплекту (2-1, 2-2, ...) і т.д.; у графі 2 - повне найменування контрольованого або регульованого параметра, наприклад: «рівень щелока в випарної апараті», «тиск в колекторі ретортной газу»; у графі 3 - робоче значення параметра, наприклад: «2,5 кПа», «10 Н / м 2»; для параметрів, що змінюються в великому діапазоні, зокрема за програмного регулювання, наводяться мінімальне та максимальне значення параметра; у графі 4 - марка (шифр) приладу; у графі 5 - кількість однотипних приладів, встановлених на об'єкті; у графі 6 - місце встановлення приладу («за місцем» - безпосередньо у об'єкту, або «на щиті»).
Для того щоб вибрати тип регулятора і визначити його настройки необхідно знати:
2. Вимоги до якості процесу регулювання. 3. Показники якості регулювання для серійних регуляторів. 4. Характер збурень, що діють на процес регулювання. 6.1 Визначення динамічних характеристик об'єкта регулювання В даний час при розрахунку настройок регуляторів локальних систем широко використовуються прості динамічні моделі промислових об'єктів управління. Зокрема, використання моделей інерційних ланок першого або другого порядку з запізненням для розрахунку настройок регуляторів забезпечує в більшості випадків якісну роботу реальної системи управління. (1) де - коефіцієнт посилення, постійна часу і запізнювання, які повинні бути визначені в околиці номінального режиму роботи об'єкту. Для об'єкта управління без самовирівнювання передавальна функція має вигляд (2) За кривою розгону оцінюється характер об'єкта управління (з самовирівнювання або без) і визначаються параметри відповідної передавальної функції. Передавальну функцію виду (1) рекомендується застосовувати для об'єктів управління з явно вираженою домінуючою постійної часу (одноемкостний об'єкт). Перед початком обробки криву розгону рекомендується пронормувати (діапазон зміни нормованої кривої 0 - 1) і виділити з її початкової ділянки величину чистого тимчасового запізнювання. Методи першого порядку Передавальна функція і розгінна характеристика об'єкта регулювання W м (s) = , h (t) = K (1 - ). 1 (t). (3) Визначення параметрів моделі Постійна часу Т визначається як довжина подкасательной, проведеної до кривої в точці t = t (рис. 12, а) або в точці перегину t = t w (рис. 12, б). У цьому випадку вводиться додаткове запізнювання t д (рис. 12, б), а модель характеризується еквівалентним запізненням. t е = t + t д. Описаний метод є досить грубим, його можна використовувати для попередньої оцінки властивостей об'єкта. Інтерполяційний метод Орман. Нехай основне запізнювання вже виділено (рис. 10), початок координат зміщене в точку t = t. Поребуем, щоб перехідна крива моделі проходила через точки А і В. Підставляючи координати (t A, D y A) і (t B, D y B) точок А і В і t = t д у формулу (27), для D y (t) отримаємо систему з двох рівнянь: D y А = K (1 - ) D х, D y В = K (1 - ) D х. Рішення системи (4) відносно t д і Т має вигляд: t д = , Т = - . Якщо прийняти D y А = 0,33. D y вуст, а D y В = 0,7. D y вуст, то вирази (5) значно спрощуються: t д = 0,5. (3. t А - t В), Т = 1,25. (t В - t А). Для перевірки точності моделі ординати експериментальної кривої в точках t 1 = 0,8. Т + t д, t 2 = 2. Т + t д порівнюються з відповідними ординатами перехідної кривої моделі D y 1 = 0,33. D y вуст, D y 2 = 0,865. D y вуст. Похибка не повинна перевищувати (0,02 + 0,03. D y уст). 6.2 Вибір типу регулятора Завдання проектувальника полягає у виборі такого типу регулятора, який при мінімальній вартості і максимальній надійності забезпечував би задану якість регулювання. Розробником можуть бути обрані релейні, безперервні або дискретні (цифрові) типи регуляторів. Вибір типу регулятора зазвичай починається з простих двохпозиційних регуляторів і може закінчуватися самонастраивающимся мікропроцесорними регуляторами. Зауважимо, що за вимогами технологічного регламенту багато об'єктів не допускають застосування релейного керуючого впливу. Розглянемо показники якості серійних регуляторів. В якості серійних передбачаються аналогові регулятори, реалізують І, П, ПІ і ПІД - закони управління. Теоретично, з ускладненням закону регулювання якість роботи системи поліпшується. Відомо, що на динаміку регулювання найбільший вплив робить величина відносини запізнювання до постійної часу об'єкта Ефективність компенсації ступеневої обурення регулятором досить точно може характеризуватися динамічного коефіцієнта регулювання , А швидкодія - величиною часу регулювання. Мінімально можливий час регулювання для різних типів регуляторів при оптимальній їх налаштування визначається таблицею 6. Таблиця 6.
де - час регулювання, - Запізнювання в об'єкті. Теоретично, в системі з запізненням, мінімальний час регулювання Керуючись таблицею можна стверджувати, що найбільшу швидкодію забезпечує П-закон управління. Однак, якщо коефіцієнт посилення П-регулятора малий (найчастіше це спостерігається в системах з запізненням), то такий регулятор не забезпечує високої точності регулювання, тому що в цьому випадку велика величина статичної помилки. Якщо має величину рівну 10 і більш, то П-регулятор прийнятний, а якщо то потрібно введення в закон керування інтегральної складової. Найбільш поширеним на практиці є ПІ-регулятор, який володіє наступними перевагами: 1. Забезпечує нульову статичну помилку регулювання; 2. Досить простий в налаштуванні, тому що настроюються тільки два параметри, а саме коефіцієнт посилення і постійна інтегрування . У такому регуляторі є можливість оптимізації , Що забезпечує управління з мінімально можливою середньоквадратичної помилкою регулювання; Для найбільш відповідальних контурів можна рекомендувати використання ПІД-регулятора, що забезпечує найбільш високу швидкодію в системі. Обнако слід враховувати, що ця умова виконується тільки при його оптимальних настройках (настроюються три параметри). Зі збільшенням запізнювання в системі різко зростають негативні фазові зрушення, що знижує ефект дії диференціальної складової регулятора. Тому якість роботи ПІД-регулятора для систем з великим запізненням стає порівнянно з якістю роботи ПІ-регулятора. Крім цього, наявність шумів в каналі вимірювання в системі з ПІД-регулятором призводить до значних випадковим коливанням керуючого сигналу регулятора, що збільшує дисперсію помилки регулювання і знос виконавчого механізму. Таким чином, ПІД-регулятор слід вибирати для систем регулювання, з відносно малим рівнем шумів і величиною запізнювання в об'єкті управління. Прикладами таких систем є системи регулювання температури. При виборі типу регулятора рекомендується орієнтуватися на величину відношення запізнювання до постійної часу в об'єкті . Якщо то можна вибрати релейний, безперервний або цифровий регулятори. Якщо , То повинен бути вибраний безперервний або цифровий, ПІ-або ПІД-регулятор. Якщо , То вибирають спеціальний цифровий регулятор з упредітелем, який компенсує запізнювання в контурі управління. Однак цей же регулятор рекомендується застосовувати і при менших відносинах . 6.3 Формульний метод визначення настройок регулятора Метод використовується для швидкої, наближеної оцінки значень параметрів настройки регулятора для трьох видів оптимальних типових процесів регулювання. Метод застосуємо як для статичних об'єктів з самовирівнювання (таблиця 2.2), так і для об'єктів без самовирівнювання (таблиця 2.3). Таблиця 5.
де T, , - Постійна часу, запізнювання і коефіцієнт посилення об'єкту. , (6) де - коефіцієнт посилення регулятора, - Час ізодрома (постійна інтегрування регулятора), - Час передування (постійна диференціювання). Таблиця 6.
|