книги / Системы управления химико-технологическими процессами.-1
.pdfМинистерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Пермский национальный исследовательский политехнический университет» Березниковский филиал
С.Л. Краев , Ю.П. Кирин
Системы управления химико-технологическими процессами
Утверждено на заседании кафедры и Ученого совета в качестве учебного пособия
Березниковский филиал Пермского национального исследовательского
политехнического университета
2013
УДК 658.012(07) ББК 32.965я7
К78
Рецензенты:
канд. техн. наук, доцент С.В. Лановецкий (Березниковский филиал Пермского национального исследовательского
политехнического университета);
канд. техн. наук, доцент Н.В. Билъфельд (Пермский национальный исследовательский политехнический университет);
канд. техн. наук ИА.Каримов (ОАО «Российский научно-исследовательский и проектный институт титана и магния»,
г. Березники)
Краев, С.Л.
К78 Системы управления химико-технологическими процессами : учеб, пособие /. С.Л. Краев, Ю.П. Кирин; Березниковский филиал Перм. нац. исслед. политехи, ун-та. - Пермь, 2013.-61 с.
ТБЕГЫ 978-5-398-01051-0
Рассмотрены основные принципы проектирования схемы автоматизации и составления спецификации. Даны выдержки из ГОСТов. Теоретический материал иллюстрирован примерами.
Предназначено для студентов высших учебных заведений в соответствии с Государственным образовательным стандартом подготовки специалистов специ альностей 240801 «Машины и аппараты химических производств» и 240301 «Хи мическая технология неорганических веществ», а также в соответствии с государственным образовательным стандартом подготовки бакалавров по на правлениям 240100 «Химическая технология» и 151000 «Технологические машины и оборудование».
УДК 658.012(07) ББК 32.965я7
ТБВТчГ 978-5-398-01051-0 |
©ПНИПУ, 2013 |
Введение.............................................................................................................................. |
. . . А |
1. Разработка схемы автоматизации............................................................................... |
....4 |
1.1. Назначение схем автоматизации, методика и общие принципы |
|
их выполнения..................................................................................................... |
....4 |
1.2. Изображение технологического оборудования и коммуникаций............... |
....5 |
1.3. Условные обозначения....................................................................................... |
„..6 |
1.4. Правила построения условных обозначений приборов |
|
и средств автоматизации.................................................................................... |
..12 |
1.5. Позиционные обозначения приборов и средств автоматизации................... |
„13 |
1.6. Требования к оформлению и примеры выполнения схем автоматизации |
.14 |
2. Разработка спецификации........................................................................................... |
.17 |
2.1. Данные, вносимые в спецификацию................................................................. |
17 |
2.2. Указания по заполнению граф............................................................................ |
17 |
2.3. Состав спецификации.......................................................................................... |
19 |
2.4. Оформление разделов спецификации............................................................... |
19 |
2.5. Раздел «Приборы и средства автоматизации».................................................. |
19 |
2.6. Раздел «Комплексы средств автоматизации»................................................... |
21 |
3. Задания для выполнения практических работ.......................................................... |
.22 |
3.1. Смешение жидкостей........................................................................................... |
22 |
3.2. Центрифугирование жидких систем................................................................. |
23 |
3.3. Фильтрование жидких систем (барабанный (дисковый) вакуум-фильтр)... |
24 |
3.4. Мокрая очистка газов (форсуночная труба Вентури)..................................... |
25 |
3.5. Процесс нагревания. Поверхностный кожухотрубчатый теплообменник... |
26 |
3.6. Парокотельная установка.................................................................................... |
27 |
3.7. Сушилка кипящего слоя...................................................................................... |
28 |
3.8. Барабанная прямоточная сушилка..................................................................... |
29 |
3.9. Процесс кристаллизации..................................................................................... |
30 |
3.10. Процесс фильтрования газовых систем.......................................................... |
31 |
3.11. Топка с принудительной подачей первичного воздуха................................ |
,32 |
3.12. Трубчатая печь..................................................................................................... |
33 |
3.13. Процесс адсорбции.............................................................................................. |
34 |
3.14. Процесс перемещения........................................................................................ |
,35 |
3.15. Процесс восстановления ТЮЦ магнием.......................................................... |
36 |
3.16. Процесс дистилляции титана губчатого.......................................................... |
,37 |
Приложение 1 ..................................................................................................................... |
.39 |
Приложение 2 ..................................................................................................................... |
.46 |
Приложение 3 ..................................................................................................................... |
„50 |
Приложение 4 ..................................................................................................................... |
„51 |
Приложение 5 ..................................................................................................................... |
„53 |
Приложение 6 .................................................................................................................... |
„54 |
Приложение 7 .................................................................................................................... |
„56 |
Приложение 8 .................................................................................................................... |
„57 |
Приложение 9 .................................................................................................................... |
„59 |
Список литературы........................................................................................................... |
„60 |
В курсах «Системы управления химико-технологическими процессами» и «Авто матизация производственных процессов» для студентов специальностей 240801 «Машины и аппараты химических производств» и 240301 «Химическая технология неорганических веществ» в соответствии с Государственным образовательным стандартом подготовки специалистов, а также в соответствии с Государственным образовательным стандартом подготовки бакалавров по направлениям 240100 «Химическая технология» и 151000 «Технологические машины и оборудование» рассматриваются вопросы проектирования систем автоматизации. В процессе обучения студенты выполняют задания по разработке схем автоматизации и составления спецификации.
Это учебное пособие поможет более качественно и с наименьшими затратами вре мени выполнить практические задания.
1.Разработка схемы автоматизации
1.1.Назначение схем автоматизации,
методика и общие принципы их выполнения
Схемы автоматизации являются основным техническим документом, определяю щим функционально-блочную структуру отдельных узлов автоматического контроля, управления и регулирования технологического процесса и оснащение объекта управления приборами и средствами автоматизации (в том числе средствами телемеханики и вычис лительной техники).
Объектом управления в системах автоматизации технологических процессов явля ется совокупность основного и вспомогательного оборудования вместе с встроенными в него запорными и регулирующими органами.
При разработке схем автоматизации технологических процессов необходимо обес печить:
-получение первичной информации о состоянии технологического процесса и оборудования;
-непосредственное воздействие на технологический процесс для управления им;
-стабилизацию технологических параметров процесса;
-контроль и регистрацию технологических параметров процессов и состояния технологического оборудования.
Указанные задачи решаются на основании анализа условий работы технологиче ского оборудования, выявленных законов и критериев управления объектом, а также тре бований, предъявляемых к точности стабилизации, контроля и регистрации технологиче ских параметров, к качеству регулирования и надежности.
Задачи автоматизации, как правило, реализуются с помощью технических средств, включающих в себя: отборные устройства, средства получения первичной информации, средства преобразования и переработки информации, средства представления и выдачи информации обслуживающему персоналу, комбинированные, комплектные и вспомога тельные устройства.
Результатом составления схем автоматизации являются:
1)выбор методов измерения технологических параметров;
2)выбор основных технических средств автоматизации, наиболее полно отве чающих предъявляемым требованиям и условиям работы автоматизируемого объекта;
3)определение приводов исполнительных механизмов регулирующих и запорных органов технологического оборудования, управляемого автоматически или дистанционно;
4)размещение средств автоматизации на щитах, пультах, технологическом обору довании и трубопроводах и т. п.
5)определение способов представления информации о состоянии технологиче ского процесса и оборудования.
Общие принципы, которыми следует руководствоваться при разработке схем авто матизации можно сформулировать следующим образом:
1. Уровень автоматизации технологического процесса должен определяться целе сообразностью внедрения определенного комплекса технических средств и перспективой модернизации и развития технологических процессов.
2. При разработке схем автоматизации и выборе технических средств должны учитываться:
a) вид и характер технологического процесса, условия пожаро- и взрывоопас ные, агрессивность и токсичность окружающей среды и т. д.;
B) параметры и физико-химические свойства измеряемой среды;
c)расстояние от мест установки датчиков, вспомогательных устройств, испол нительных механизмов, приводов машин и запорных органов до пунктов
управления и контроля;
6)требуемая точность и быстродействие средств автоматизации.
3.Система автоматизации технологических процессов должна строиться, как пра вило, на базе серийно выпускаемых средств автоматизации и вычислительной техники. Необходимо стремиться к применению однотипных средств автоматизации и предпочти тельно унифицированных систем, характеризуемых простотой сочетания, взаимозаменяе мостью и удобством компоновки.
4.Выбор средств автоматизации, использующих вспомогательную энергию (элек трическую, пневматическую и гидравлическую), определяется условиями пожаро- и взры воопасности автоматизируемого объекта, агрессивности окружающей среды, требования ми к быстродействию, дальности передачи сигналов информации и управления.
5.Количество приборов, аппаратуры управления и сигнализации, устанавливае мой на оперативных щитах и пультах, должно быть ограничено.
Перечисленные принципы являются общими, но не исчерпывающими для всех слу чаев, которые могут встретиться в практике проектирования систем автоматизации техно логических процессов. Однако для каждого конкретного случая их следует иметь в виду при реализации задания на автоматизацию проектируемого объекта.
7.2.Изображение технологического оборудования и коммуникаций
Технологическое оборудование и коммуникации при разработке схем автоматиза ции изображаются, как правило, упрощенно, без указания отдельных технологических ап паратов и трубопроводов вспомогательного назначения. При этом изображенная таким образом технологическая схема должна давать ясное представление о принципе ее работы и взаимодействии со средствами автоматизации.
На технологических трубопроводах обычно показывают ту регулирующую и за порную арматуру, которая непосредственно участвует в контроле и управлении процес сом, а также запорные и регулирующие органы, необходимые для определения относи тельного расположения мест отбора импульсов или поясняющие необходимость измере ний.
Технологические аппараты и трубопроводы вспомогательного назначения показы вают только в случаях, когда они механически соединяются или взаимодействуют со средствами автоматизации. В отдельных случаях некоторые элементы технологического оборудования допускается изображать на схемах автоматизации в виде прямоугольников с указанием наименования этих элементов или не показывать вообще.
Технологические коммуникации и трубопроводы жидкости и газа изображают ус ловными обозначениями в соответствии с ГОСТ 14202-69, приведены в приложении 2.
Для жидкостей и газов, не предусмотренных ГОСТ, допускается использовать для обозначения другие цифры, но обязательно с необходимыми пояснениями новых услов ных обозначений.
У изображения технологического оборудования, отдельных его элементов и трубо проводов следует давать соответствующие поясняющие надписи (наименование техноло гического оборудования, его номер, если таковой имеется, и др.), а также указывать стрелками направление потоков.
1.3.Условные обозначения
1.3.1.Графические обозначения
Графические обозначения приборов, средств автоматизации и линий связи должны соответствовать приведенным в табл. 1.
Таблица 1
Графическое обозначение приборов
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
|
Наименование |
Обозначение |
в) оставляет регулирующий орган в неизменном положении |
Ср |
|
дом1 |
0р |
|
5. |
Исполнительный механизм с дополнительным ручным приво |
|
6. |
Линия связи. Общее обозначение |
|
7. Пересечение линий связи без соединения друг с другом |
|
8. Пересечение линий связи с соединением между собой
9. Регулирующий орган
X
Приборы, встраиваемые в технологические коммуникации, показывают в разрыве линии изображения коммуникаций в соответствии с рис. 1а, например преобразователь давления (диафрагма). Приборы, устанавливаемые на технологическое оборудование (с помощью закладных устройств), показывают рядом - в соответствии с рис. 1б.
Рис. 1. Оборудование систем управления: а) прибор, встроенный в трубопровод;
б) прибор, установленный на технологическое оборудование
Отборное устройство для всех постоянно подключенных приборов изображают сплошной тонкой линией, соединяющей технологический трубопровод или аппарат с при бором (рис. 2а). При необходимости указания конкретного места расположения отборного устройства его обозначают кружком диаметром 2 мм (рис. 26).
Отборное
устройство
О
б)
Рис. 2. Отборные устройства:
а) указание примерного расположения прибора; б) указание конкретного расположения прибора
1Обозначение может применяться с любым из дополнительных знаков, характеризующих положение регу лирующего органа при прекращении подачи энергии или управляющего сигнала.
1.3.2. Размеры условных обозначений
Размеры условных графических обозначений приборов и средств автоматизации в схемах приведены в табл. 2.
Таблица 2
Размеры условных графических обозначений приборов
Наименование
Прибор а) основное обозначение
б) допускаемое обозначение
Исполнительный механизм
Регулирующий орган
Обозначение
010
0
*
Ю 10
0 5
\*
N I
X
7 « I
1.3.3. Буквенные обозначения
Основные буквенные обозначения измеряемых величин и функциональных при знаков приборов приведены в табл. 3.
Буквенные обозначения, применяемые для указания дополнительных функцио нальных признаков, преобразователей сигналов и вычислительных устройств приведены в табл. 4. Дополнительные буквенные обозначения, применяемые для построения преоб разователей сигналов, вычислительных устройств приведены в табл. 5.
Основные буквенные обозначения измеряемых величин и функциональных признаков (ГОСТ 21.404 - 85)
Обозначе |
Измеряемая величина |
|
Функциональный признак прибора |
|||
Основное обозначение |
Дополнительное обо |
Отображение |
Формирование |
Дополнительное обо |
||
ние |
значение, уточняющее |
|||||
измеряемой величины |
информации |
выходного сигнала |
значение |
|||
|
измеряемую величину |
|||||
1 |
2 |
4 |
|
|
||
3 |
5 |
6 |
||||
А |
+ |
— |
Сигнализация |
— |
— |
|
В |
+ |
— |
|
|
|
|
с |
+ |
- |
|
Автоматическое |
- |
|
|
регулирование, |
|||||
|
|
|
|
управление |
|
И |
Плотность |
ЕЭлектрическая величина
Расход
в
Размер, положение, перемещение
НРучное воздействие
I |
+ |
J |
+ |
КВремя, временная программа
ь |
Уровень |
Разность, перепад |
— |
— |
— |
|
— |
+ |
— |
— |
|
Соотношение, доля, |
- |
- |
- |
|
дробь |
||||
|
|
|
||
- |
+ |
- |
- |
|
- |
- |
- |
Верхний предел |
|
измеряемой величины |
||||
|
Показание |
|
||
— |
— |
— |
||
Автоматическое |
- |
|
|
|
переключение, |
- |
- |
||
обегание |
|
|
|
|
- |
- |
+ |
— |
|
- |
- |
- |
Нижний предел изме |
|
ряемой величины |
||||
|
|
|
м |
Влажность |
- |
- |
— |
— |
N |
+ |
- |
- |
- |
- |
Обозначе
ние
О
Р
а
я
5
Т
и
V
ж
X
У
2
Измеряемая величина
Основное обозначение
Дополнительное обо
измеряемой величины
значение, уточняющее измеряемую величину
4- |
— |
|
Давление, вакуум |
— |
|
Величина, характеризующая |
Интегрирование, сум |
|
качество: состав, концентра |
||
мирование по времени |
||
ция и т.п. |
||
|
||
Радиоактивность |
— |
|
|
||
Скорость, частота |
- |
|
Температура |
— |
|
Несколько разнородных из |
- |
|
меряемых величин |
||
|
||
вязкость |
— |
|
Масса |
— |
|
Нерекомендуемая |
- |
|
резервная буква |
||
|
||
+ |
— |
|
+ |
- |
|
Функциональный признак прибора |
|
Отображение |
Формирование |
Дополнительное обо |
информации |
выходного сигнала |
значение |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
- |
+ |
- |
Регистрация |
— |
— |
|
Включение, отключе |
- |
- |
ние, переключение, |
|
|
блокировка |
|
— |
+ |
_ |
|
||
- |
- |
- |
+ |
— |
— |
— |
— |
_ |
- |
- |
- |
_ |
+ |
_ |
- |
+ |
- |
П рим ечание. Буквенные обозначения, отмеченные знаком «+», являются резервными, а отмеченные знаком «-» не используются