книги из ГПНТБ / Боронихин А.С. Основы автоматизации производства и контрольно-измерительные приборы на предприятиях промышленности строительных материалов учеб. для техникумов

Г Л А В А XI

ПОСТРОЕНИЕ СХЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ

Современные схемы автоматизации технологических процессов включают, как правило, принципиальную схему контроля и регу­ лирования и принципиальную электрическую схему защиты, бло­ кировки и контроля. Эти схемы бывают неразрывно связаны между собой, а иногда представляют единую схему. Технологи, работа­ ющие на современных автоматизированных установках, должны эти схемы читать и при необходимости уметь вносить изменения в су­ ществующие проекты.

§ ХІ.1. ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ СХЕМЫ КОНТРОЛЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ

Принципиальные схемы контроля и регулирования строят на основании существующей технологической схемы производственного процесса. На эту схему условными знаками наносят изображения преобразователей, вторичных приборов, регулирующих органов и т. п. На этом же чертеже показывают и все необходимые связи между соответствующими элементами автоматической схемы.

Для удобства пользования схемами условные обозначения эле­ ментов автоматики стандартизованы ГОСТ 3925—59. Отдельные условные обозначения из этого ГОСТа показаны в табл. ХІ.1—■ XI.4. Трубопроводы для жидкостей, газов и пара, применяемые в технологических схемах, также имеют условные обозначения в со­ ответствии с ГОСТ 3464—63. Для более детального указания ха­ рактера среды в трубопроводе к цифровому обозначению добавля­ ется буквенный индекс, например, вода чистая — 1 ч, пар перегре­ тый —2п, пар насыщенный — 2н и т. п. Если в схеме только один продукт, то допускается показывать его одной сплошной линией.

Принципиальные схемы для больших и сложных агрегатов обыч­ но составляют раздельно: для устройств автоматического регулиро­ вания и дистанционного управления и для устройств теплотехни­ ческого контроля и технологической сигнализации. Устройства ав­ томатического управления и защиты отражают в одной из этих схем.

Внижней части принципиальной схемы изображают приборы

иаппаратуру, которые монтируют на щитах и пультах управления. Щиты и пульты управления условно изображают прямыми линиями,

которые располагают в следующей последовательности (сверху вниз):

190

линии приборов и аппаратуры местного действия; линии оперативных щитов и оперативных пультов;

линии дополнительных и центральных щитов (диспетчерские щиты, щиты общих измерений и т. п.).

191

Гидравлическая

Механическая

Т а б л и ц а X I . 4. Условное изображение приборов

Условное изображение

Прибор

Аппаратуру контроля регулирования и управления размещают в соответствии с ее назначением следующим образом:

первичные измерительные элементы, исполнительные механиз­ мы и регулирующие органы — в соответствующих точках техноло­ гической схемы;

192

приборы, устанавливаемые по месту, — под условной линией приборов и аппаратуры местного действия;

аппаратура и приборы, устанавливаемые на щитах контроля и пультах управления, — под соответствующими условными линиями щитов и пультов.

Функциональную связь между отдельными элементами показы­ вают тонкими сплошными линиями. Вспомогательную арматуру и источники питания приборов и аппаратуры на принципиальных схемах не показывают.

Для обозначения контролируемых и регулируемых величин, а также функциональных признаков приборов и регуляторов при­ меняют буквенные обозначения. Буквенные обозначения, характе­ ризующие контролируемые и регулируемые величины, вписывают в верхнюю половину изображения приборов и регуляторов. Буквен­ ные знаки, характеризующие функциональные признаки приборов— показывающий, самопишущий, интегрирующий, позиционный и т. п., вписывают в нижнюю половину изображения приборов и ре­ гуляторов. Если прибор измеряет несколько разнородных вели­ чин или выполняет несколько функций, то в изображение прибора вписывают несколько буквенных знаков. В изображение бесшкальных преобразователей, связанных линией передачи с измерительным прибором или устройством для регулирования, сигнализации ит. п., проставляют только буквенный знак, характеризующий контроли­ руемую или регулируемую величину. Нижняя половина изображе­ ния преобразователя остается в этом случае незаполненной. На ли­ ниях, соединяющих первичные измерительные элементы с линиями щитов, проставляют рабочие значения измеряемых величин. Это позволяет судить о правильности выбора приборов и служит ос­ нованием для выбора шкал приборов.

Каждый комплект приборов или аппаратуры обозначают одним номером. Каждой составной части комплекта (приемнику, измери­ тельному или регулирующему прибору и т. п.) присваивают бук­ венный порядковый индекс (а, б, в, г и т. д.). Полный номер каж­ дого элемента комплекта аппаратуры состоит из двух частей, на­ пример 2а, 26, 2в и т. п. Буквенные индексы в комплекте аппарату­ ры присваивают в следующем порядке: преобразователь, измеритель­ ный (регулирующий) прибор, исполнительный механизм и регу­ лирующий орган. Номера позиций сохраняют для этих комплек­ тов в дальнейшем во всех материалах проекта. Поэтому если в од­ ном проекте имеется несколько принципиальных схем, то номера позиций на каждой новой схеме начинают с нового неповторяюще­ гося номера.

Разберем примеры построения принципиальных схем контроля и регулирования, выполненных по ГОСТ 3925—59.

Регулирование уровня жидкости в резервуаре (рис. XI. 1, а). В резервуар поступает жидкость по трубопроводу 1. Жидкость вы­ текает из резервуара по трубопроводу 2. Расход жидкости — вели­ чина переменная. Для обеспечения бесперебойной работы технологи­

ческой установки запас жидкости в резервуаре необходимо под­ держивать на определенном уровне. Этот уровень обеспечивают по­ плавковым устройством (преобразователем уровня) 3, который свя­ зан с регулятором 4, управляющим исполнительным механизмом — клапаном 5, открывающим или прекращающим доступ жидкости в резервуар.

а — схема регулирования уровня жидкости; б — схема регулирования дав­ ления; в — схема измерения расхода; г —схема измерения расхода и пе­ редачи результатов измерения на несколько щитов

Регулирование давления в трубопроводе (рис. XI. 1, б). По трубо­ проводу 1 подают технологический продукт (воду, пар и т. п.). Дав­ ление рг до регулирующего клапана — величина переменная. Дав­ ление р2 за регулирующим клапаном поддерживают на заданном уровне при помощи регулятора давления прямого действия 2, кото­ рый воздействует на исполнительный механизм 3. Как в предыду­ щей, так и в этой схеме применен бесшкальный регулятор.

194

Измерение расхода (рис. XI. 1, в). По трубопроводу подают жид­ кий или газообразный продукт. На трубопроводе установлено су­ жающее устройство — диафрагма 1. Прибор — дифманометр 2 измеряет разность давлений, возникающую на сужающем устрой­ стве. Конденсационные сосуды 3 предохраняют прибор от воздей­ ствия продукта, проходящего по трубопроводу. Прибор 2 — бес­ шкальный с электропередачей показаний на расстояние. К нему под­ ключены два вторичных прибора — показывающий 4 и самопишу­ щий, интегрирующий и суммирующий показания 5.

поз. /4а

Рис. XI.2. Участок сложной схемы теплотехнического контроля

Измерение расхода в трубопроводе и передача показаний на несколько щитов контроля регулирования (рис. XI. 1, г). В проек­ тах принято обозначать приборы отдельными позициями — сокра­ щенно «Поз.». Например, по трубопроводу подают продукт, рас­ ход которого измеряют при помощи сужающего устройства (Поз. 5а). У сужающего устройства имеются конденсационные сосуды (Поз. 56). Далее на схеме показаны места расположения всех приборов. Первая линия имеет надпись «Приборы по месту». Это значит, что все приборы, указанные ниже этой линии, на техноло­ гической установке находятся в непосредственной близости от мест измерения или непосредственно у преобразователей. В данной схе­ ме «По месту» установлен бесшкальный расходомер (Поз. 5в) с элек­ тропередачей показаний на расстояние.

§XI. 2. АППАРАТЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

ИЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ

Впромышленности строительных материалов применяют раз­ нообразные аппараты управления электроприводом и защиты, кото­ рые могут выполнять следующие функции:

1)включение и отключение потребителей электрической энер­

гии (электроприемников);

2)электрическая защита электроприемников и электрических сетей от перегрузки, коротких замыканий; защита электродвигате­ лей от понижения напряжения;

3)регулирование скорости вращения электродвигателей;

4)электрическое торможение электродвигателей;

5)реверсирование электродвигателей.

Аппараты, применяемые в схемах автоматического релейно-кон­ тактного управления, разделяют на три основные группы: 1) кон­ такторы; 2) реле; 3) командоаппараты.

Контакторы служат для частых включений и отключений в глав­ ных силовых цепях электрических машин. Контакторами можно управлять вручную и автоматически в зависимости от изменения различных величин или же в зависимости от воздействия других аппаратов. Реле реагируют на изменения тех или иных параметров электрической цепи, но сами не включают или отключают, а дей­ ствуют на цепь управления аппаратов первой группы, т. е. контак­ торов. Командоаппараты позволяют воздействовать на цепь управ­ ления контакторов и реле.

Контактор — это электромагнитный аппарат дистанционного действия с кнопочным или релейным управлением, служащий для частых замыканий и размыканий силовых электрических це­ пей. Контакторы широко применяют для включения и отключе­ ния электрических двигателей. Наиболее распространенным ап­ паратом для автоматизированного управления асинхронными дви­ гателями является магнитный пускатель, представляющий собой контактор переменного тока с встроенным тепловым реле. Магнит­ ная система контактора (рис. XI.3) состоит из сердечника с катуш­ кой 1 и якоря 2. При подаче питания на катушку якорь притягивает­ ся к сердечнику и контакты 3 замыкаются. При отключении пита­ ния катушки якорь контактора отпадает под действием собствен­ ного веса и натяжения пружины 4.

Электромеханическое реле представляет собой устройство, в ко­ тором входная электрическая величина, достигнув некоторого за­ данного значения, преобразуется в перемещение якоря, обычно за­ мыкающего при этом контакты более мощной электрической цепи. Реле бывают постоянного и переменного тока. Электромеханичес­ кие реле характеризуются не только собственными параметрами, но также параметрами управляемой ими цепи. Основные пара­ метры реле: мощность срабатывания, мощность управления, коэф­ фициент управления, время срабатывания, чувствительность.

197

Под мощностью срабатывания понимают такую мощность, кото­ рую следует подвести к обмотке реле для обеспечения срабатывания его контактов. Мощность управления — это максимально допусти­ мая мощность для контактов реле. Коэффициентом управления на­ зывают отношение мощности управления к мощности срабатывания. Под временем срабатывания понимают интервал от момента подачи управляющего сигнала до начала воздействия реле на управляемую цепь (замыкание, переключение или размыкание). Чувствитель­ ность реле — тот минимальный ток, под действием которого реле срабатывает, т. е. перемещаются его движущиеся части. Для ис­

пользования в системах автоматики реле выбирают в зависимости от требующихся мощности управления и времени срабатывания с учетом чувствительности.

По характеристике движения якоря реле делят на поворотные и втяжные с перемещением якоря внутри катушки. По назначению электромагнитные реле можно разделить на большое число раз­ личных типов (телефонные реле, реле защиты, реле тока, напря­ жения и т. п.).

На рис. XI.4 показано реле РКН. Магнитопровод реле состоит из круглого сердечника 1 и изогнутой скобы 2. Сердечник и скоба (корпус реле) выпблнены из мягкой стали, содержащей очень не­ большое количество углерода. Это обеспечивает незначительный маг­ нетизм после выключения тока из катушки реле. В передней части корпуса реле имеется «ножевая» грань, на которую опирается якорь 3. Когда в обмотку катушки 4 включается ток, сердечник намагни­ чивается и притягивает якорь. Концом, на котором укреплен изоли­ рующий штифт, якорь реле начинает давить на контактные пру­ жины 5, которые при этом прогибаются. Вклепанные в них контакты

198

плотно прижимаются друг к другу, замыкая электрическую цепь. Наряду с открытыми контактами (т. е. контактами, разомкнутыми

втот момент, когда в катушке тока нет) применяют также закрытые

ипереключающие контакты.

Реле МКУ-48 (рис. XI.5) — многоконтактное, широко приме няемое в схемах автоматики. Контактные группы реле выполняют с различными комбинациями контактов. Например, реле для пере­ менного тока напряжением 220 В изготовляют с двумя—восемью контактами: с двумя, четырьмя и восемью замыкающими контак­

го замыкаются открытые и размыкаются закрытые контакты. После отключения тока от катушки реле все происходит в обратном по­ рядке. Как правило, промежуточные реле рассчитаны на ток от 3 до 10 А в цепях своих контактов.

Промежуточные реле применяют в цепях управления; они яв­ ляются «повторителями»тех устройств, в которых нельзя применить ток большой величины, а также устройствами, размножающими электрический сигнал. Например, их включают в цепи различных электроконтактных приборов (контактный термометр, контактный манометр и т. п.).

Поляризованные реле отличаются от рассмотренных выше зави­ симостью направления перемещения якоря от полярности тока, протекающего по обмоткам. Сочетание высокой чувствительности и быстродействия при срабатывании делает эти реле весьма ценными

всхемах автоматики.

Вполяризованных реле на якорь действуют два не зависящих

один от другого магнитных потока:

199