1.2.1.Требования к оформлению функциональных схем автоматизации технологических процессов
Функциональная схема является основным документом, определяющим структуру и объем автоматизации ТОУ. Функциональная схема автоматизации (ФСА) представляет собой чертеж, на котором условно изображены:
технологическое оборудование;
коммуникации;
комплекс технических средств автоматизации.
Из чертежа должны быть очевидны связи между технологическим оборудованием и элементами автоматизации, в первую очередь датчиками и исполнительными устройствами. Непосредственно на технологическом оборудовании изображают измерительные преобразователи, исполнительные механизмы и регулирующие органы. В нижней части чертежа размещают прямоугольные зоны, которые предназначены для изображения технических средств автоматизации. В первой зоне (верхней) изображаются технические средства автоматизации (ТСА) расположенные "по месту", т.е. у технологического оборудования (усилители, преобразователи и пр.), следующая зона может быть использована для размещения ТСА, установленных на щитах или пультах управления (измерительные показывающие или регистрирующие приборы, переключатели и т.п.). Нижняя зона - изображение микропроцессорного комплекса. Входные и выходные сигналы для микропроцессорного контроллера (МПК) можно представить по двум принципам (рисунок 3).
а) б)
Рис. 3. Изображение МПК на ФСА
На рисунке 3а изображены входные сигналы 1-3 с отражением их функционального назначения (1 - сигнализация; 2 - измерение; 3 - регистрация;) и выходной сигнал 4, предназначенный для организации управления или регулирования.
На рисунке 3б сигналы дифференцированы на входные (1,2,3) и выходные (4, 5, 6, 7); кроме этого виден характер сигнала - аналоговый (А), дискретный (Д), импульсный (И).
На функциональных схемах автоматизации щиты и пульты управления изображают в виде прямоугольников размеров, достаточным для нанесения условных графических обозначений технических средств автоматизации.
Отдельные приборы и средства автоматизации, например манометры, кнопки управления, размещенные на технологическом оборудовании, а также вне щитов или пультов управления, изображают в прямоугольнике произвольных размеров, расположенном в нижней части поля схемы с надписью «Приборы местные» или «Приборы по месту».
Прямоугольники, изображающие «Приборы местные», щиты и пульты управления, на функциональных схемах выполняют линиями толщиной 0,6—1,5 мм. Прямоугольники щитов и пультов располагаются таким образом, чтобы обеспечивалась простота и ясность схемы и минимум пересечений линий. В прямоугольнике с левой стороны делается надпись «Щит управления» или «Приборы на щите».
Щиты и пульты управления предназначены для размещения на них технических средств автоматизации: измерительных приборов, аппаратуры управления, сигнальных устройств, вспомогательной аппаратуры (например, фильтры и редукторы для сжатого воздуха), линий связи между ними (электрическая и трубная коммутация) и т. п.
Щиты и пульты устанавливают в производственных цехах (щит управления линией вытопки жиров, щит управления производством творога) или в специальных помещениях (например, центральный диспетчерский пульт управления на Лианозовском экспериментальном заводе детских молочных продуктов).
Щиты и пульты управления следует размещать в помещениях с температурой окружающей среды от 10 до 50 °С при относительной влажности воздуха не более 80%. В помещении недопустимо наличие вибрации агрессивных газов и паров. Если щиты и пульты предназначены для эксплуатации в условиях повышенной влажности, высоких температур, а также при наличии агрессивной среды, то при согласовании проектной документации с заводом-изготовителем их изготовляют в специальном исполнении.
Щит шкафной — шкаф с установленными на унифицированных монтажных конструкциях, поворотной или стационарной раме электрической аппаратурой и арматурой, а также с электрической и трубной проводками, подготовленными к подключению внешних цепей и приборов, размещаемых на объекте. Кроме шкафных щитов в соответствии с ОСТ 36.13—76 изготовляют щиты панельные с каркасом.
рис.4 Функциональная схема автоматизации
рис.5 Изображение разрывов линий связи на функциональной схеме автоматизации
Пульт —комплектное устройство, имеющее форму стола с наклонной плоскостью, с аппаратурой управления и проводкой, подготовленной к подключению внешних цепей.
В последнее время в отрасли для контроля и управления технологическими параметрами используют управляющие электронные вычислительные машины, которые на функциональных схемах обозначают прямоугольником произвольных размеров с указанием в нем типа вычислительной машины.
Связь между первичными измерительными преобразователями (датчиками) и средствами автоматизации, установленными на щитах и пультах, показывают тонкими сплошными линиями (рисунок 4).
Для больших и сложных схем автоматизации допускается разрыв линий связи. При этом места разрыва нумеруют одной и той же арабской цифрой. Линии связи нумеруют по горизонтали, причем в нижнем ряду номера (слева направо) записываются в возрастающем порядке, а в верхнем ряду — в произвольном (рисунок 5).
При разработке ФСА желательно пользоваться адресным способом выполнения чертежа, при котором линии связи датчиков и исполнительных механизмов (ИМ) с МПК разрывают и нумеруют. Для нижнего ряда номера должны следовать в возрастающем порядке, а на поле чертежа они могут располагаться произвольно. В приложении 6 дан пример построения ФСА линии по производству сухих смесей для детского питания.
На линиях связи от отборных устройств и первичных измерительных преобразователей до измерительных приборов, размещенных на щитах и пультах управления, указывают предельные рабочие (максимальные или минимальные) значения измеряемых или регулируемых величин в единицах шкалы выбранного прибора.
На линиях связи, идущих от аппаратуры управления, которая установлена на щите, допускается делать надписи, поясняющие функциональный характер сигналов.
Приборам и средствам автоматизации присваиваются позиционные обозначения (позиции). Позиционные обозначения проставляются рядом с условными графическими обозначениями приборов и средств автоматизации. Отдельные приборы средств автоматизации нумеруют арабскими цифрами или арабскими цифрами и строчными буквами русского алфавита, когда использован комплект приборов и средств автоматизации, состоящих из отдельных элементов. Например, комплекту присваивается порядковый номер 5, а отдельным элементам и устройствам—первичному измерительному преобразователю 5-1, вторичному измерительному прибору 5-2, исполнительному механизму 5-3 и т. п.
Изображение приборов и средств автоматизации. В настоящее время при составлении функциональных схем используют систему условных обозначений в соответствии с отраслевым стандартом ГОСТ 21.404 – 85. «Автоматизация технологических процессов. Обозначения условные приборов и средств автоматизации в схемах» Эта система основана на рекомендациях проекта международного стандарта ISO/DIS 3511/1 и аналогична системам условных обозначений, применяемым во многих странах мира (США, Англия, Япония, Швеция и др.).
Стандарт содержит условные обозначения приборов, средств автоматизации и линий связи, используемых в проектах систем автоматизации технологических процессов при выполнении функциональных схем автоматизации. Он устанавливает обозначения измеряемых величин, функциональных признаков приборов, а также способы и методику построения условных графических обозначений.
Если в основе обозначения приборов и средств автоматизации в соответствии с ГОСТ 3925—59 лежит принцип обозначения приборов и средств автоматизации по конструктивному признаку, то согласно ГОСТ 21.404 – 85 — по функциональному признаку, выполняемому данным прибором и средством автоматизации.
Приборы и средства автоматизации, условные обозначения которых не представляется возможным построить по ГОСТ 21.404 – 85, допускается обозначать произвольными условными символами с расшифровкой их на схемах.
Основные условные обозначения приборов и средств автоматизации по ГОСТ 21.404 – 85 приведены в таблице 1.
Для отборных устройств всех постоянно подключенных приборов нет специального обозначения, их показывают тонкой сплошной линией, соединяющей 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 линии чертят окружность диаметром 2 мм. Подвод линий связи к символу прибора допускается изображать в любой точке окружности (сверху, снизу, сбоку). Если следует показать направление передачи сигнала, то на линии связи наносят стрелки.
Буквенные условные обозначения измеряемых величин, а также функции, выполняемые прибором (отображение информации и формирование выходного сигнала) приведены в таблице 2 (ГОСТ 21.404 – 85).
Таблица 1.
Основные условные обозначения приборов и средств автоматизации по ГОСТ 21.404 – 85
|
Наименование |
Обозначение |
|
1. Прибор, устанавливаемый вне щита (по месту): |
|
|
а) основное обозначение |
|
|
б) допускаемое обозначение |
|
|
2. Прибор, устанавливаемый на щите, пульте: |
|
|
а) основное обозначение |
|
|
б) допускаемое обозначение |
|
|
3. Исполнительный механизм. Общее обозначение |
|
|
4. Исполнительный механизм, который при прекращении подачи энергии или управляющего сигнала: |
|
|
а) открывает регулирующий орган |
|
|
б) закрывает регулирующий орган |
|
|
в) оставляет регулирующий орган в неизменном положении |
|
|
5. Исполнительный механизм с дополнительным ручным приводом |
|
|
Примечание. Обозначение может применяться с любым из дополнительных знаков, характеризующих положение регулирующего органа при прекращении подачи энергии или управляющего сигнала |
|
|
6. Линия связи. Общее обозначение |
|
|
7. Пересечение линий связи без соединения друг с другом |
|
|
8. Пересечение линий связи с соединением между собой |
|
Таблица 2.
Буквенные условные обозначения измеряемых величин, а также функции, выполняемые прибором (ГОСТ 21.404 – 85)
|
Обозначение |
Измеряемая величина |
Функциональный признак прибора | |||
|
Основное обозначение измеряемой величины |
Дополнительное обозначение, уточняющее измеряемую величину |
Отображение информации |
Формирование выходного сигнала |
Дополнительное значение | |
|
А |
+ |
- |
Сигнализация |
- |
- |
|
В |
+ |
- |
- |
- |
- |
|
С |
+ |
- |
- |
Автоматическое регулирование, управление |
- |
|
D |
Плотность |
Разность, перепад |
- |
- |
- |
|
Е |
Электрическая величина |
- |
+ |
- |
- |
|
F |
Расход |
Соотношение, доля, дробь |
- |
- |
- |
|
G |
Размер, положение, перемещение |
- |
+ |
- |
- |
|
Н |
Ручное воздействие |
- |
- |
- |
Верхний предел измеряемой величины |
|
I |
+ |
- |
Показание |
- |
- |
|
J |
+ |
Автоматическое переключение, обегание |
- |
- |
- |
|
К |
Время, временная программа |
- |
- |
+ |
- |
|
L |
Уровень |
- |
- |
- |
Нижний предел измеряемой величины |
|
M |
Влажность |
- |
- |
- |
- |
|
N |
+ |
- |
- |
- |
- |
|
O |
+ |
- |
- |
- |
- |
|
Р |
Давление, вакуум |
- |
- |
- |
- |
|
Q |
Величина, характеризующая качество: состав, концентрация и т.д. |
Интегрирование, суммирование по времени |
- |
+ |
- |
|
R |
Радиоактивность |
- |
Регистрация |
- |
- |
|
S |
Скорость, частота |
- |
- |
Включение, отключение, переключение, блокировка |
- |
|
|
|
|
|
|
|
|
T |
Температура |
- |
- |
+ |
- |
|
U |
Несколько разнородных измеряемых величин |
- |
- |
- |
- |
|
V |
Вязкость |
- |
+ |
- |
- |
|
W |
Масса |
- |
- |
- |
- |
|
X |
Нерекомендуемая резервная буква |
- |
- |
- |
- |
|
Y |
+ |
- |
- |
+ |
- |
|
Z |
+ |
- |
- |
+ |
- |
Примечание. Буквенные обозначения, отмеченные знаком «+», являются резервными, а отмеченные знаком «-» - не используются.
При использовании условных обозначений в соответствии с таблицей 2 следует иметь в виду следующее: букву А применяют для обозначения функции «сигнализация». Для конкретизации измеряемой величины около изображения прибора (справа от него) указывают наименование или символ измеряемой величины, например «ток», рН, 02 и т. д.
Букву U можно использовать для обозначения прибора, измеряющего несколько разнородных величин. Подробную расшифровку измеряемых величин проводят около прибора или на поле чертежа.
Для обозначения величин, не предусмотренных ГОСТ 21.404-85, могут быть использованы резервные буквы. При этом многократно применяемые величины следует обозначать одной и той же резервной буквой. Резервные обозначения должны быть расшифрованы на схеме. Не допускается в одной и той же документации использовать одну резервную букву для обозначения разных величин.
Дополнительные буквенные обозначения, отражающие функциональные признаки прибора, приведены ниже.
Первичный измерительный преобразователь
(чувствительный элемент) Е
Дистанционная передача
(промежуточное преобразование) Т
Станция управления К
Преобразование, вычислительные функции Y
Буквой Е обозначают чувствительные элементы, т. е. устройства, выполняющие первичное преобразование. Примерами первичных измерительных преобразователей являются термопреобразователи сопротивления, термоэлектрические преобразователи температуры, сужающие устройства и т. п.
Буква Т обозначает промежуточное преобразование — дистанционную передачу сигнала, и ее рекомендуется применять для обозначения приборов с дистанционной передачей показаний, например бесшкальных манометров (дифманометров), манометрических термометров с дистанционной передачей.
Буква К применяется для обозначения приборов, имеющих станцию управления,, т. е. переключатель для выбора вида управления (автоматическое — ручное) и устройство для дистанционного 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, первичные измерительные преобразователи температуры (термоэлектрические преобразователи температуры, термопреобразователи сопротивления и др.) обозначаются ТЕ, первичные измерительные преобразователи расхода (сужающие устройства) — FE.
Дополнительные обозначения, применяемые для построения преобразователей сигналов и вычислительных устройств, приведены ниже.
Дополнительные буквенные обозначения, отражающие функциональные признаки приборов, приведены в таблице 3.
Таблица 3.
Дополнительные буквенные обозначения, отражающие функциональные признаки приборов (ГОСТ 21.404 – 85)
|
Наименование |
Обозначение |
Назначение |
|
Чувствительный элемент |
Е |
Устройства, выполняющие первичное преобразование: преобразователи термоэлектрические, термопреобразователи сопротивления, датчики пирометров, сужающие устройства расходомеров и т. п. |
|
Дистанционная передача |
Т |
Приборы бесшкальные с дистанционной передачей сигнала: манометры, дифманометры, манометрические термометры |
|
Станция управления |
К |
Приборы, имеющие переключатель для выбора вида управления и устройство для дистанционного управления |
|
Преобразование, вычислительные функции |
V |
Для построения обозначений преобразователей сигналов и вычислительных устройств |
Дополнительные буквенные обозначения, применяемые для построения преобразователей сигналов, вычислительных устройств, приведены в таблице 4. Порядок построения условных обозначений с применением дополнительных букв принимают следующим:
Таблица 4
Дополнительные буквенные обозначения, применяемые для построения преобразователей сигналов, вычислительных устройств (ГОСТ 21.404 – 85)
|
Наименование |
Обозначение |
|
1. Род энергии сигнала: |
|
|
Электрический |
Е |
|
пневматический |
Р |
|
Гидравлический |
G |
|
2. Виды форм сигнала: |
|
|
Аналоговый |
А |
|
Дискретный |
D |
|
3. Операции, выполняемые вычислительным устройством: |
|
|
Суммирование |
S |
|
умножение сигнала на постоянный коэффициент k |
k |
|
перемножение двух и более сигналов друг на друга |
´ |
|
деление сигналов друг на друга |
: |
|
возведение величины сигнала f в степень п |
fn |
|
извлечение из величины сигнала корня степени п |
|
|
Логарифмирование |
lg |
|
Дифференцирование |
dх/dt |
|
Интегрирование |
|
|
изменение знака сигнала |
х(-1) |
|
ограничение верхнего значения сигнала |
max |
|
ограничение нижнего значения сигнала |
min |
|
4. Связь с вычислительным комплексом: |
|
|
передача сигнала на ЭВМ |
Bi |
|
вывод информации с ЭВМ |
Bo |
При построении условных обозначений преобразователей сигналов и вычислительных устройств подписи, расшифровывающие вид преобразования или операции, выполняемые вычислительным устройством, наносятся справа от графического обозначения прибора. При построении обозначений комплектов средств автоматизации первая буква в обозначении каждого прибора, входящего в комплект, является наименованием измеряемой величины. Например, в комплекте для измерения и регулирования температуры первичный измерительный преобразователь следует обозначать ТЕ, измерительный регистрирующий прибор — TIR, и т. п.
Все устройства, выполняемые в виде отдельных блоков и предназначенные для ручных операций, должны иметь на первом месте обозначений букву Н независимо от того, в состав какого измерительного комплекта они входят. Например, переключатели электрических цепей измерения (управления), переключатели воздушных линий обозначаются HS, байпасные панели дистанционного управления — НС, кнопки (ключи) для дистанционного управления, задатчики — Н.
Примеры построения условных обозначений приборов и средств автоматизации приведены в приложении 5.
Способы и методика построения графических условных обозначений по ГОСТ 21.404 – 85. Отраслевой стандарт ГОСТ 21.404 – 85 устанавливает два способа построения условных графических обозначений: упрощенный; развернутый.
Упрощенный способ применяют в основном для изображения приборов на технологических схемах. На схемах не показывают первичные измерительные преобразователи и всю вспомогательную аппаратуру. Приборы и средства автоматизации, осуществляющие сложные функции (контроль, регулирование, сигнализацию и т. п.) и выполненные в виде отдельных блоков, изображают одним условным графическим обозначением.
Развернутый способ используют при выполнении функциональных схем автоматизации, причем каждый прибор или блок, входящий в единый (измерительный, регулирующий или управляющий) комплект, показывают отдельным условным графическим обозначением. Сложные приборы, выполняющие несколько функций, допускается изображать несколькими окружностями, расположенными рядом друг с другом.
Методика построения графических условных обозначений является общей для обоих способов. Так, в верхней части окружности приводят буквенные обозначения измеряемой величины и функционального признака прибора.
Порядок расположения буквенных обозначений (слева направо) должен быть следующим: обозначение основной измеряемой величины; обозначение, уточняющее (если это необходимо) основную измеряемую величину; обозначение (обозначения) функционального признака прибора.
Пример построения условного обозначения прибора для измерения, регистрации и автоматического регулирования перепада давления приведен на рисунке 5.
Порядок буквенных обозначений функциональных признаков (если их несколько в одном приборе) должен быть следующим: IRCSA.
В нижней части окружности приводят позиционное обозначение (цифровое или буквенно-цифровое), служащее для нумерации комплекта измерения или регулирования (при упрощен ном способе построения условных обозначений) или отдельных элементов комплекта (при развернутом способе построения условных обозначений).
В отдельных случаях, когда позиционное обозначение прибора не помещается в окружности, допускается или указание его вне пределов окружности, или вместо окружности применяют обозначение в виде эллипса.
При построении условных обозначений приборов следует указывать не все функциональные признаки прибора, а лишь те, которые используются в данной схеме. Например, при обозначении показывающих и самопишущих приборов (если функция «показание» не используется) следует писать TR вместо TIR, PR вместо PIR и т. п.
В случае построения условного обозначения сигнализатора уровня, блок сигнализации которого является бесшкальным прибором, снабженным контактным устройством и встроенными сигнальными лампами, следует писать: LS — если прибор используется только для включения насоса, блокировок и т. Д.; LA — если прибор используется только для сигнализации (местной или дистанционной); LSA — если используется как для включения устройств автоматики, так и для сигнализации; LC — если прибор используется для регулирования уровня. Условные графические обозначения приборов и средств автоматизации, применяемые в функциональных схемах, имеют размеры, которые приведены в таблице 5.
Рис.5 Пример построения условных обозначений прибора для измерения, регистрации и автоматического регулирования перепада давления.
Таблица 5.
Рекомендуемые размеры условных графических обозначений приборов и средств автоматизации, применяемые в функциональных схемах
(ГОСТ 21.404 – 85)
|
Наименование |
Обозначение |
|
Прибор: а) основное обозначение
б) допускаемое обозначение |
|
|
Исполнительный механизм |
|
|
Регулирующий орган |
|
Условные графические обозначения на схемах должны выполняться линиями толщиной 0,5—0,6 мм.
Горизонтальная разделительная черта внутри обозначения и линии связи должны выполняться линиями толщиной 0,2— 0,3 мм. При вычерчивании независимых линий связи в месте соединения точку не ставят, а в месте соединения зависимых, соединенных линий связи ставят точку.