Специальность: Автоматизация технологических процессов и производств (по отраслям)
Профессиональный модуль ПМ.01 «Контроль и метрологическое обеспечение средств и систем автоматизации (по отраслям)»
МДК. 01.01 Технология формирования систем автоматического управления типовых технологических процессов, средств измерений, несложных мехатронных устройств и систем
Дисциплина: Автоматизация технологических процессов
Формируемые профессиональные компетенции (ПК):
ПК 1.1 Проводить анализ работоспособности измерительных приборов и средств автоматизации.
ПК 1.2. Диагностировать измерительные приборы и средства автоматического управления.
Цели урока:
Обучения: изучить понятия «функциональная схема», «условные графические и буквенные обозначения».
Развития: уметь осуществлять рациональный выбор средств измерений, выбирать элементы автоматики для конкретной системы управления, исполнительные элементы и устройства мехатронных систем.
Воспитания: проявлять активность при фронтальной форме организации учебной деятельности; проявлять самостоятельность при решении задач, уметь работать в группе при выполнении учебного задания.
Методы обучения:
диалогический;
преподавания: объяснительно-побуждающий;
учения: репродуктивный, частично поисковый.
Тип урока: изучение нового материала.
Вид урока: объяснение, решение задач.
Материально-техническое оснащение урока: мультимедийная презентация, дидактический материал.
Межпредметные и внутрипредметные связи: Учебная дисциплина «Автоматизация технологических процессов» базируется на знаниях, полученных студентами при изучении таких дисциплин общепрофессионального цикла, как «Математика» и «Информатика», «Электротехника» и «Электронная техника», использует знания по «Вычислительной технике» и «Электротехническим измерениям», «Типовым технологиям производства» и др.
Содержание
1. Повторить пройденный материал
Опрос по теме: “Основные понятия и определения”
2. Изложить информацию по теме
Функциональные схемы
Функциональные схемы являются основным техническим документом, определяющим функционально-блочную структуру отдельных узлов автоматического контроля, управления и регулирования технологического процесса и оснащение объекта управления приборами и средствами автоматизации. Функциональные схемы автоматизации разъясняют процессы, протекающие в системе, определяют уровень автоматизации, организацию пунктов контроля, управления и защиты, оснащение средствами сбора, обработки и передачи информации и др.).
На функциональной схеме условными обозначениями показывают технологическое оборудование, коммутации, органы управления и средства автоматизации с указанием связей между технологическим оборудованием и средствами автоматизации.
Функциональная схема автоматизации технологического объекта или процесса содержит:
- упрощенное изображение объекта управления, группы объектов или полностью технологического процесса, подлежащих автоматизации; все объекты показывают с принадлежащими им коммуникациями, на которых должны быть изображены основные рабочие органы (клапаны, краны, заслонки, шиберы и т. п.); трубопроводы жидкости, пара, газа при однолинейном исполнении изображают условными обозначениями;
- обозначения мест установки датчиков автоматических устройств для отбора управляющих воздействий;
- обозначения мест установки регулирующих и запорных рабочих органов автоматических устройств;
- обозначения технических средств управления автоматического и операторного управления, принятых для управления отдельными объектами и процессом в целом, с указанием их расположения по месту (на объектах или коммуникациях) и на щитах и пультах управления;
- функциональные цепи – линии связи как между отдельными элементами автоматического устройства (комплекса), так и между комплексами автоматических устройств, объединенных общей цепью управления.
Технологическое оборудование на функциональной схеме изображают упрощенно (без масштаба и второстепенных деталей), но, как правило, в соответствии с действительной конфигурацией. Коммуникации, органы управления, средства измерения и автоматизации показывают схематически условными обозначениями. Технологическое оборудование и коммуникации должны показывать взаимное расположение и взаимодействие со средствами измерения и автоматизации.
Элементы и детали, расположенные внутри объекта автоматизации, изображают на функциональной схеме только в том случае, если они соединяются или взаимодействуют со средствами измерения и автоматизации. Трубопроводы показывают в соответствии с технологической схемой или только те части, где они взаимодействуют или соединяются со средствами измерения и автоматизации. Рядом с трубопроводами показывают стрелками направление потока среды в соответствии с технологической схемой.
На схемах автоматизации допускается вообще не показывать технологическое оборудование. Однако около датчиков, отборных, приемных и других подобных устройств следует указывать наименование того технологического оборудования, к которому они относятся.
Технологические коммуникации и трубопроводы для газа и жидкости изображают в соответствии с действующим стандартом при их однолинейном изображении (табл. 1).
Таблица 1
Условные цифровые обозначения трубопроводов для жидкостей и газов
по ГОСТ 2.784-70
|
Наименование среды, транспортируемой трубопроводом
|
Обозначение
|
Цвет
|
|
Среда, преобладающая в данном проекте
|
Сплошная линия
|
Красный, черный
|
|
Вода
|
¾1¾1¾
|
Зеленый
|
|
Пар
|
¾2¾2¾
|
Розовый
|
|
Воздух
|
¾3¾3¾
|
Голубой
|
|
Азот
|
¾4¾4¾
|
Темно-желтый
|
|
Кислород
|
¾5¾5¾
|
Синий
|
|
Инертные газы: аргон
|
¾6¾6¾
|
-
|
|
неон
|
¾7¾7¾
|
-
|
|
гелий
|
¾8¾8¾
|
Фиолетовый
|
|
криптон
|
¾9¾9¾
|
-
|
|
ксенон
|
¾10¾10¾
|
-
|
|
Аммиак
|
¾11¾11¾
|
Серый
|
|
Кислота (окислитель)
|
¾12¾12¾
|
Оливковый
|
|
Щелочь
|
¾13¾13¾
|
Серо-коричневый
|
|
Масло
|
¾14¾14¾
|
Коричневый
|
|
Жидкое горючее
|
¾15¾15¾
|
-
|
|
Горючие и взрывоопасные газы: водород
|
¾16¾16¾
|
-
|
|
ацетилен
|
¾17¾17¾
|
Желтый
|
|
фреон
|
¾18¾18¾
|
-
|
|
метан
|
¾19¾19¾
|
-
|
|
этан
|
¾20¾20¾
|
-
|
|
этилен
|
¾21¾21¾
|
-
|
|
пропан
|
¾22¾22¾
|
Оранжевый
|
|
пропилен
|
¾23¾23¾
|
-
|
|
бутан
|
¾24¾24¾
|
-
|
|
бутилен
|
¾25¾25¾
|
-
|
|
Противопожарный трубопровод
|
¾26¾26¾
|
Красный
|
|
Вакуум
|
¾27¾27¾
|
Светло-серый
|
|
Другие среды, начиная
|
¾28¾28¾
|
-
|
| |
|
|
|
Трубопроводы, входящие или выходящие из объекта автоматизации, на схеме обрывают и заканчивают стрелкой, показывающей направление потока, и надписью: «К деаэратору», «От котла» и т.д.
Для придания большей наглядности и выразительности контуры оборудования вычерчивают тонкими линями (до 0,5 мм), а коммуникации – более толстыми (до 1 ¸ 2 мм).
На линиях пересечения трубопроводов, изображающих их соединение, ставят точку. Отсутствие точки означает отсутствие соединения трубопроводов. Знак обвода (в виде полуокружности) не применяют.
Приборы и средства автоматизации, вмонтированные в технологическое оборудование и коммуникации или механически с ними связанные, изображают на схемах автоматизации в непосредственной близости к технологическому оборудованию. К ним относятся: отборные устройства; приборы измерения давления, уровня, состава вещества; приемные устройства, воспринимающие воздействие измеряемых и регулируемых величин (суживающие устройства, ротаметры, термометры сопротивления, термопары и т.п.); исполнительные устройства, регулирующие и запорные органы.
В левой части каждого прямоугольника располагают надпись, характеризующую назначение: «Приборы местные», «Щит управления» и «Пульт управления», «Стойка преобразователей» и т.д.
В прямоугольнике «Приборы местные» указывают все нещитовые приборы (манометры, вакуумметры, дифманометры, емкостные электронные и поплавковые сигнализаторы уровня и т.п.), которые по своей конструкции или специальным требованиям располагаются непосредственно на объектах или их коммуникациях. Вспомогательную аппаратуру и устройства (источники питания, фильтры и редукторы пневмопитания, предохранители и т.п.), а также датчики и исполнительные механизмы со своими рабочими органами, вмонтированные непосредственно в технологические объекты или коммуникации, в прямоугольнике «Приборы местные» не указывают. Исключение составляют магнитные пускатели, используемые в контурах регулирования для управления исполнительными устройствами.
Приборы и средства автоматизации изображают в соответствии с требованиями выполнения конструкторской документации.
К приборам и средствам автоматизации относят большую группу устройств, с помощью которых выполняют измерение, регулирование, управление и сигнализацию технологических процессов различных производств. Приборы и средства автоматизации подразделяют на измерительные и преобразующие приборы, регуляторы, вспомогательные устройства, регулирующие органы и исполнительные механизмы.
Измерительные приборы могут иметь различное функциональное назначение. Они могут быть показывающими, регистрирующими, самопишущими, печатающими, интегрирующими и т.п., иногда со встроенными различными регулирующими, преобразующими и сигнализирующими устройствами.
Изображение приборов и средств автоматизации основывается на функциональных признаках, выполняемых приборами в соответствии с табл. 2.
Независимо от применяемого стандарта методика построения графических условных обозначений на схемах автоматизации является общей для упрощенного и развернутого способов.
В верхней части окружности наносят буквенные обозначения измеряемой величины и функционального признака прибора.
В нижней части окружности указывают позиционное обозначение (цифровое или буквенно-цифровое), служащее для нумерации комплекта измерения или регулирования (при упрощенном способе построения условных обозначений) или отдельных элементов комплекта (при развернутом способе построения условных обозначений).
Таблица 2
Основные условные обозначения приборов и средств автоматизации
по ГОСТ 21.404-85 (21.408-93)
|
Наименование
|
Обозначение
|
|
1
|
2
|
|
Первичный измерительный преобразователь (чувствительный элемент), прибор, устанавливаемый по месту на технологическом трубопроводе, аппарате, стене, полу, колонне, металлоконструкции:
основное обозначение
допустимое обозначение
|
|
|
Прибор, устанавливаемый на щите, пульте:
основное обозначение
допустимое обозначение
Отборное устройство без постоянно подключенного прибора (служит для эпизодического подключения приборов во время наладки, снятия характеристик и т.п.)
|
 |
|
Исполнительный механизм (общее обозначение). Положение регулирующего органа при прекращении подачи энергии или управляющего сигнала не регламентируется
Исполнительный механизм, открывающий регулирующий орган при прекращении подачи энергии или управляющего сигнала
Исполнительный механизм, закрывающий регулирующий орган при прекращении подачи энергии или управляющего сигнала
|
 |
|
Исполнительный механизм, оставляющий регулирующий орган в неизменном положении при прекращении подачи энергии или управляющего сигнала
Исполнительный механизм с дополнительным ручным приводом (обозначение может применяться в сочетании с любым из дополнительных знаков, характеризующих положение регулирующего органа при прекращении подачи энергии или управляющего сигнала)
Регулирующий орган
Линии связи
|
 |
|
Пересечение линий без соединения друг с другом
|
 |
|
Пересечение линий связи с соединением между собой
|
 |
Таблица 3
Буквенные условные обозначения по ГОСТ 21.404-85 (21.408-93)
|
Обо-зна-че-ние
|
Измеряемая величина
|
Функции, выполняемые приборами
|
|
Основное значение первой буквы
|
Дополнительное значение, уточняющее значение первой буквы
|
Отображение информации
|
Формирование выходного сигнала
|
Дополнительное значение
|
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
|
А
|
-
|
-
|
Сигнализация
|
-
|
_
|
|
В
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
|
С
|
-
|
-
|
-
|
Регулирование, управление
|
|
|
D
|
Плотность
|
Разность, перепад
|
-
|
-
|
-
|
|
E
|
Любая электрическая величина
|
-
|
-
|
-
|
-
|
|
F
|
Расход
|
Соотношение, доля, дробь
|
-
|
-
|
-
|
|
G
|
Размер, положение, перемещение
|
-
|
-
|
-
|
-
|
|
H
|
Ручное воздействие
|
-
|
-
|
-
|
Верхний предел измеряемой величины
|
|
I
|
-
|
-
|
Показание
|
-
|
-
|
|
J
|
-
|
Автоматическое переключение, обегание
|
-
|
-
|
-
|
|
K
|
Время, временная программа
|
-
|
-
|
-
|
-
|
|
L
|
Уровень
|
-
|
-
|
-
|
Нижний предел измеряемой величины
|
|
M
|
Влажность
|
-
|
-
|
-
|
-
|
|
N
|
Резервная буква
|
-
|
-
|
-
|
-
|
|
O
|
То же
|
-
|
-
|
-
|
-
|
|
P
|
Давление, вакуум
|
-
|
-
|
-
|
-
|
|
Q
|
Величина, характеризующая качество, состав, концентрацию и т.п.
|
Интегрирование, суммирование по времени
|
-
|
-
|
-
|
|
R
|
Радиоактивность
|
-
|
Регистрация
|
-
|
-
|
|
S
|
Скорость, частота
|
-
|
-
|
-
|
-
|
|
T
|
Температура
|
-
|
-
|
-
|
-
|
|
U
|
Несколько разнородных измеряемых величин
|
-
|
-
|
-
|
-
|
|
V
|
Вязкость
|
-
|
-
|
-
|
-
|
|
W
|
Масса
|
-
|
-
|
-
|
-
|
|
X
|
Нерекомендуемая резервная буква
|
-
|
-
|
-
|
-
|
Таблица 4
Дополнительные буквенные обозначения, отражающие
функциональные признаки приборов по ГОСТ 21.404–85
|
Наименование
|
Обозначение
|
|
1
|
2
|
|
Чувствительный элемент (первичное преобразование)
|
E
|
|
Дистанционная передача (промежуточное преобразование)
|
T
|
|
Станция управления
|
K
|
|
Преобразование, вычислительные функции
|
Y
|
|
Род сигнала:
|
|
|
электрический
|
E
|
|
пневматический
|
P
|
|
гидравлический
|
G
|
|
Виды сигнала:
|
|
|
аналоговый
|
A
|
|
дискретный
|
D
|
|
Операции, выполняемые вычислительным устройством:
|
|
|
суммирование
|
S
|
|
умножение сигнала на постоянный коэффициент К
|
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 f корня степени п
|
|
|
логарифмирование
|
lg
|
|
дифференцирование
|
dx/dt
|
|
интегрирование
|
ò
|
|
изменение знака сигнала
|
x(-1)
|
|
ограничение верхнего значения сигнала
|
max
|
|
ограничение нижнего значения сигнала
|
min
|
|
Связь с вычислительным комплексом:
|
|
|
передача сигнала на ЭВМ
|
bi
|
|
ввод информации с ЭВМ
|
bo
|
Порядок расположения буквенных обозначений в верхней части (слева направо) следующий: основная измеряемая величина, обозначение, уточняющее (если необходимо) основную измеряемую величину; функциональный признак на приборе. Функциональные признаки также располагают в определенном порядке. Указывают только те функциональные признаки, которые используют в данной системе. Пример построения условного обозначения прибора для измерения, регистрации и автоматического регулирования перепада давления приведен на рис. 1.
Рис. 1. Условное изображение прибора для измерения, регистрации
и автоматического регулирования перепада давления
Для обозначения величин, не предусмотренных данным стандартом, могут быть использованы резервные буквы. При этом многократно применяемые величины следует обозначать одной и той же резервной буквой. Для одноразового или редкого применения можно использовать букву X. Если применяют резервные буквы, то на схеме их необходимо расшифровать. Не допускается в одной и той же документации применение одной резервной буквы для обозначения разных величин. Условные обозначения с применением дополнительных букв составляют следующим образом: на первом месте ставят букву, обозначающую измеряемую величину; на втором – одну из букв, уточняющих величину: Е; D, К; Y.
Рис. 2. Пример изображения функциональной схемы автоматизации
В прямоугольнике, отображающем УВК, наносят горизонтальные линии с надписями, обозначающими функции, выполняемые машиной (рис. 2). К этой линии присоединяют линии от преобразователей и аппаратуры, подключаемых к машине. На линиях, соединяющих первичные преобразователи с прямоугольниками щитов, проставляют рабочие значения измеряемых величин, которые служат основанием для выбора диапазонов измерения приборов и измерительных преобразователей.
Линии связи на схеме автоматизации изображают одной линией независимо от числа проводов или труб и наносят с наименьшим количеством изломов и пересечений. Линии должны четко отображать функциональные связи между элементами схемы от начала до конца прохождения сигнала (воздействия). Допускается объединять в одну линию блокировочные линии связи.
Схемы автоматизации графически оформляют линиями толщиной (мм): контуры технологического оборудования – 0,6 ¸ 1,5; трубопроводные коммуникации – 0,6 ¸ 1,5; приборы и средства автоматизации – 0,5 ¸ 0,6; линии связи – 0,2 ¸ 0,3; прямоугольники, изображающие приборы местные, щиты, пульты, – 0,6 ¸ 1,5.
(Весь материал сопровождается презентациями).
3. Закрепить полученные знания, проконтролировать качество усвоения нового материала и оценить знания студентов.
Проводится тестирование по пройденной теме.
ВОПРОСЫ ИТОГОВОЙ РЕФЛЕКСИИ
Что было самым важным на уроке?
- Какова тема сегодняшнего урока?
- Какова цель урока?
- Что для тебя было легко (трудно)?
- Доволен ли ты своей работой?
- За что ты хочешь похвалить себя или кого-то из одногруппников
Рис. 2. Пример изображения функциональной схемы автоматизации