ВСТУП

Методичні вказівки написані у відповідності до програми дисципліни «Автоматизація виробничих процесів» (АВП) і призначені для використання студентами технологічних спеціальностей харчової промисловості денної форми навчання при виконанні розрахунково-графічної роботи (РГР).

Мета РГР - ознайомити студентів з принципами побудови сучасних систем автоматизації технологічних процесів, реалізованих на базі промислових контролерів і ЕОМ. В даний час такі системи широко впроваджуються на підприємствах харчової промисловості. У ході виконання РГР студентами вирішуються такі завдання: 1 ) ознайомлення з методикою розробки функціональних схем автоматизації технологічних процесів на базі серійно випускаються приладів і промислових контролерів; 2) ознайомлення з характеристиками сучасних приладів і засобів автоматизації; 3) вивчення основних підходів до обґрунтованого вибору приладів і технічних засобів автоматизації; 4) вивчення діючих стандартів і інших нормативних документів що регламентують правила оформлення технічної документації з автоматизації технологічних процесів

1 Зміст і обсяг розрахунково-графічної роботи

В якості тем РГР можуть використовуватися типові теми. Також тема роботи може бути сформульована викладачем на основі матеріалів з технічної літератури з урахуванням специфіки конкретної спеціальності (спеціалізації), або на основі матеріалів, зібраних студентом в ході виробничої практики. РГР включає в себе наступні розділи:

Вcтуп (1-2 стор.). У вступі студенти описують роль автоматизації в керуванні технологічними процесами харчових виробництв.

1 Вихідні дані на проектування (1-2 стор.). Вихідні дані на проектування включають в себе опис принципу роботи технологічної установки, перелік вимірюваних і регульованих змінних, їх номінальні і максимальні робочі значення, наприклад, продуктивність обладнання, вид додаткової енергії для живлення приладів, вид витратних характеристик регулюючих органів. Ці дані можуть бути взяті також з технологічних регламентів або технічної літератури або задаватися студентом за погодженням з викладачем.

2 Розробка схеми автоматизації (5-8 стор.). РГР передбачає розробку функціональної схеми автоматизації на базі програмованого контролера і ЕОМ. Схема автоматизації включає в себе розробку схеми автоматики та схематизацію всіх вимірювальних і регулюючих комплектів приладів, що використовуються в цій схемі, а також принципи їх взаємодії з технологічним обладнанням. Після розробки та складання схеми автоматики (рис. 1.2) необхідно коротко описати її та скласти специфікацію до неї у вигляді таблиці. Порядок виконання пункту 2 наведено в розділі «Вимоги до оформлення пояснювальної записки».

3 Вибір приладів і засобів автоматизації (2-4 стор.). У даному розділі наводиться опис обраних за каталогами приладів і засобів автоматизації та їх характеристик. Порядок виконання пункту 3 наведено в розділі «Вимоги до оформлення пояснювальної записки».

4 Вибір контролера і модулів вводу / виводу (1-3 стор.). Даний розділ містить опис загальних технічних характеристик вибраного програмованого контролера. На підставі отриманої необхідної кількості аналогових і дискретних входів і виходів, а також з урахуванням характеристик їх сигналів, далі здійснюють вибір необхідного числа модулів введення / виведення, вказуючи їх призначення, вхідні та вихідні характеристики. Порядок виконання пункту 4 наведено в розділі «Вимоги до оформлення пояснювальної записки».

Висновки (1-2 стор.). Містить перелік основних результатів курсової роботи

Перелік посилань (1-2 стор.). У список вносяться літературні джерела , посилання на які є в пояснювальній записці

2 Вимоги до оформлення пояснювальної записки

Пояснювальна записка обсягом 15-25 сторінок оформляється на стандартних аркушах паперу формату А4 відповідно до вимог ГОСТ 21.408-93 «Правила виконання робочої документації по автоматизації технологічних процесів» та ГОСТ 21.110-95 «Правила виконання специфікації обладнання виробів і матеріалів», а також відповідно до рекомендацій, викладених у розділі 3 даних методичних вказівок. Приклади заповнення основних написів на специфікації відповідно з перерахованими стандартами наведено в додатку А.

Функціональна схема автоматизації оформляється на стандартному аркуші формату А1, А2 або А3 відповідно до вимог ГОСТ 21.404-85 «Автоматизація технологічних процесів. Умовні позначення приладів і засобів автоматизації на схемах», ГОСТ 21.408-93 «Правила виконання робочої документації по автоматизації технологічних процесів», ГОСТ 21.101-93 «Основні вимоги до робочої документації.

Функціональні схеми автоматизації (розділ 2) є основним технічним документом, що визначає функціонально - блокову структуру окремих вузлів автоматичного контролю, управління і регулювання технологічного процесу та оснащення об'єкта управління приладами та засобами автоматизації (в тому числі засобами мікропроцесорної техніки). Об'єктом управління в системах автоматизації технологічних процесів є сукупність основного та допоміжного обладнання разом з вбудованими в нього запірними і регулюючими органами, а також енергії, сировини та інших матеріалів, визначених особливостями використовуваної технології. При розробці функціональних схем автоматизації технологічних процесів необхідно вирішити такі завдання: отримати первинну інформацію про технологічний процес та обладнання; можливі канали безпосереднього впливу на технологічний процес для управління ним; можливі канали стабілізації технологічних параметрів процесу; як проводиться контроль та реєстрація технологічних параметрів процесів і стану технологічного обладнання.

Ці завдання автоматизації, як правило, реалізуються за допомогою технічних засобів, що включають в себе: відбірні пристрої, засоби отримання первинної інформації, засоби перетворення і обробки інформації, засоби представлення та видачі інформації обслуговуючому персоналу, комбіновані, комплектні і допоміжні пристрої . Результатом складання функціональних схем є: 1) вибір методів вимірювання технологічних параметрів; 2) вибір основних технічних засобів автоматизації , що найбільш повно відповідають пропонованим вимогам і умовам роботи автоматизуємого об'єкта; 3) визначення приводів виконавчих механізмів регулюючих і запірних органів технологічного обладнання, керованого автоматично або дистанційно; 4 ) розміщення засобів автоматизації на щитах, пультах , технологічному обладнанні та трубопроводах і т.п. , а також визначення способів подання інформації про стан технологічного процесу та обладнання

Схеми автоматизації виконуються згідно з ГОСТ 21.404-85 «Автоматизація технологічних процесів» та ГОСТ 21.408-93 «Правила виконання робочої документації по автоматизації технологічних процесів». На схемі автоматизації зображують технологічне та інженерне обладнання та комунікації (трубопроводи, газоходи, повітроводи) об'єкта, що автоматизується; технічні засоби автоматизації або контури контролю, регулювання та управління; лінії зв'язку між окремими технічними засобами автоматизації або контурами.

Специфікація до розробленої схеми автоматизації оформлюється у вигляді таблиці:

Об’єкт управління	Параметр, що вимірюють або регулюють	Місце установки приладу	Функції, що виконує прилад	Порядковий номер приладу	Тип приладу
1	2	3	4	5	6

В колонці № 1 (Об’єкт управління) вписують назву об’єкту на якому встановлено прилади автоматики. Наприклад: трубопровід, реактор, ємкість…

В колонці № 2 (Параметр, що вимірюють або регулюють) вказують який саме параметр вимірюють або регулюють. Наприклад: температура, тиск, витрати…

В колонці № 3 (Місце установки приладу) вказують місце установки приладу. Наприклад: якщо в колонці № 1 (Об’єкт управління) було указано трубопровід, то в колонці № 3 (Місце установки приладу) можна написати - на вході в апарат, або якщо в колонці № 1 (Об’єкт управління) було указано реактор, то в колонці № 3 (Місце установки приладу) можна написати – всередині реактора. Якщо ведеться контроль або управління процесом з пульта управління в колонці № 1 (Об’єкт управління) необхідно вказати з якого об’єкта управління поступила інформація (наприклад «трубопровід»), то в колонці № 3 (Місце установки приладу) можна написати – пульт управління…

В колонці № 4 (Функції, що виконує прилад) вказують які саме вимоги пред’являються до схеми автоматизації, щодо обраного параметру. Наприклад: вимірювання, або вимірювання, сигналізація, або вимірювання, регулювання, сигналізація…

В колонці № 5 (Порядковий номер приладу) вказують порядковий номер приладу на розробленій схемі автоматики. Наприклад 1а, або 2в…

В колонці № 6 (Марка приладу) вказують прилад, що виконує конкретну функцію в розробленій схемі автоматики. Наприклад: витратомір, показуючий прилад або контролер…

Виконання розділу 3 проводиться після розробки схеми автоматики та складання специфікації. За каталогами проводять вибір приладів в розроблену схему та наводять характеристику обраних за каталогами приладів і засобів автоматизації. Характеристика обраних засобів автоматики виконується у вигляді таблиці:

Параметр, що вимірюють або регулюють	Місце установки приладу	Функції, що виконує прилад	Діапазон вимірю-вань	Марка приладу	Характерис-тика приладу
1	2	3	4	5	6

В колонці № 1 (Параметр, що вимірюють або регулюють) вказують який саме параметр вимірюють або регулюють. Наприклад: температура, тиск, витрати…

В колонці № 2 (Місце установки приладу) вказують місце установки приладу. Наприклад: якщо в колонці № 1 (Об’єкт управління) було указано трубопровід, то в колонці № 3 (Місце установки приладу) можна написати - на вході в апарат, або якщо в колонці № 1 (Об’єкт управління) було указано реактор, то в колонці № 3 (Місце установки приладу) можна написати – всередині реактора. Якщо ведеться контроль або управління процесом з пульта управління в колонці № 1 (Об’єкт управління) необхідно вказати з якого об’єкта управління поступила інформація (наприклад «трубопровід»), то в колонці № 3 (Місце установки приладу) можна написати – пульт управління…

В колонці № 3 (Функції, що виконує прилад) вказують які саме вимоги пред’являються до схеми автоматизації, щодо обраного параметру. Наприклад: вимірювання, або вимірювання, сигналізація, або вимірювання, регулювання, сигналізація…

В колонці № 4 (Марка приладу) вказують марку приладу, обрану за калонгом. Наприклад термоперетворювач «Метран -271-Ех»…

В колонці № 5 (Діапазон вимірювань) вказують фізичне значення параметру згідно до завдання.

В колонці № 6 (Характеристика приладу) наводять технічну характеристику обраного приладу. Наприклад: Призначений для вимірювання температури. Чутливий елемент первинного перетворювача та вмонтований в головку датчика вимірювальний перетворювач. перетворює вимірювану температуру в електричний уніфікований вихідний сигнал 4-20 мА.

Виконання розділу «4 Вибір контролера і модулів вводу / виводу» передбачає підбір комплекту технічних засобів АСУТП на основі контролера і операторської станції. Контролер призначений для прийому і обробки інформації, що надходить від первинних перетворювачів і дискретних датчиків, видачі керуючих сигналів на виконавчі механізми та пристрої сигналізації, а також для передачі інформації на операторську станцію. Будучи проектно - компонованим виробом, контролер являє собою набір технічних засобів, до складу якого входять модуль процесора, модулі ПЗО (пристрій зв'язку з об'єктом ) та інші компоненти, об'єднані між собою загальною стандартною або спеціалізованої шиною. Зв'язок контролера з датчиками і виконавчими механізмами здійснюється за допомогою модулів ПЗО. Є чотири основні різновиди модулів ПЗО: модулі аналогового введення (АІ); модулі аналогового виводу (АО); модулі дискретного введення (DI); модулі дискретного виводу (DO).

Основними характеристиками модулів дискретного вводу є: кількість вхідних каналів; тип дискретного сигналу. Модулі дискретного введення (DI) отримують сигнали від датчиків, що мають два стабільних стани (вкл./викл., або лог.1/лог.0). Дискретний сигнал, наприклад, може мати такі характеристики: рівень логічного 0 - не більше 2В; рівень логічного 1 - від 4 до 30 В.

Модулі дискретного виводу (DO) формують сигнали для пристроїв сигналізації та виконавчих механізмів, що мають два стабільних стани (вкл./викл., або логічна1/логічний 0). Основними характеристиками модулів дискретного виводу є: кількість вихідних каналів; тип дискретного вихідного сигналу. Дискретний вихідний сигнал, наприклад, може мати такі характеристики: тип виходу - «відкритий колектор»; комутована постійна напруга - до 30В; комутований постійний струм - до 100 мА.

Модулі аналогового введення (АІ) можуть отримувати сигнали від нормуючих перетворювачів, а також безпосередньо від датчиків температури, тиску, рівня і т.д. Залежно від типу вхідного сигналу модулі аналогового введення поділяються на модулі введення сигналів струму і напруги, модулі введення сигналів термопар і модулі введення сигналів термоперетворювачів опору. Сигнали струму і напруги уніфіковані і мають такі значення: 0-5 мА, 0-20 мА, 4-20 мА, 0-10 В. Основними характеристиками аналогового введення є: кількість вхідних каналів; тип вхідного сигналу.

Модулі аналогового виводу (АО) формують уніфіковані сигнали струму і напруги, що подаються на виконавчі механізми. Сигнали струму і напруги уніфіковані і мають такі значення: 0-5 мА, 0-20 мА, 4-20 мА, 0-10 В. Основними характеристиками модулів аналогового виводу є: кількість вихідних каналів; тип вихідного сигналу.

Для реалізації зв'язку між контролером і вузлами розподіленої периферії використовуються інтерфейсні модулі. Зв'язок контролера з операторською станцією може здійснюватися за інтерфейсами RS-232, RS-485 і Ethеrпеt. Ці інтерфейси можуть бути або вмонтовані безпосередньо в процесорний модуль контролера, або реалізовані за допомогою окремих модулів. Застосування інтерфейсу RS-232 обмежено максимальною довжиною лінії зв'язку, яка не повинна перевищувати 15 м.

В РГР необхідно підібрати контролер, виконаний у вигляді конструктивно закінченого блоку, що включає модуль центрального процесора, каркас і об'єднавчу друковану плату. За кількістю і характеристиками вхідних і вихідних сигналів підібрати модулі ПЗО, необхідні для реалізації заданої схеми автоматизації . При цьому бажано передбачити апаратний резерв у розмірі 10-15 % за кількістю вхідних і вихідних сигналів. Також необхідно скласти таблицю з символічною прив'язкою модулів введення / виведення до датчиків і виконавчих пристроїв.

Порядок виконання та оформлення розділу наведено в прикладі.