По сравнению с одноконтурными системами, каскадные АСР обеспечивают следующие преимущества:

· существенное (в 1,5-20 раз) улучшение качества управления при отработке возмущений и незначительное (в 1,5-2 раза) - при учете отработки управляющих воздействий;

· поддержание управляемого (основного) параметра на заданном значении с высокой степенью точности при большом запаздывании объекта управления;

· быструю компенсацию возмущений, воздействующих на стабилизирующий (внутренний) контур регулирования, вследствие чего эти возмущения не приводят к отклонению управляемого параметра от заданного значения;

· существенное улучшение качества управления при возмущениях, приложенных к элементам объекта управления, не охваченным стабилизирующим контуром регулирования, достигаемое за счет более высокой собственной частоты каскадных АСР;

· существенное уменьшение фазового сдвига во внутренней части объекта управления вследствие образования стабилизирующего контура регулирования, что повышает быстродействие корректирующего (внешнего) контура;

· компенсацию изменения коэффициента передачи внутренней части объекта управления путем изменения коэффициента передачи стабилизирующего контура регулирования;

· требуемую подачу вещества или энергии в объект управления.

Система автоматизации, обеспечивающая выполнение задачи регулирования с учетом особенностей объекта и технологического процесса, изображена на рисунке 4.2.

Рис. 4.2. Схема автоматизации объекта.

В соответствии с поставленной в дипломном проекте задачей произведем структурный синтез двухконтурной каскадно-связанной АСР. АСР, подлежащая синтезу, изображена на рисунке 4.3.

Рис. 4.3. Структурная схема каскадно-связанной АСР, поддерживающей требуемую температуру продукта на выходе из печи П-101.

Выбранная система регулирования, включает два регулятора - основной (внешний) регулятор, служащий для стабилизации основного выхода объекта , и вспомогательный (внутренний) регулятор, предназначенный для регулирования вспомогательной координаты . В такой системе выходной сигнал одного из регуляторов направляется на другой в качестве задания.

4.3 Расчет одноконтурных АСР

Для расчета АСР, необходима математическая модель объекта управления, т.е. уравнения, которые описывают процессы, происходящие в системе, поэтому, исходными данными для расчетов АСР, послужили результаты исследований объекта раздела "Идентификация объекта управления".

Структурная схема одноконтурной АСР имеет вид:



Рис. 4.4. Структурная схема одноконтурной АСР.

4.3.1 Расчет одноконтурной АСР температуры на выходе печи.

Произведем расчет оптимальных настроек регулятора одноконтурной АСР температуры на выходе в прикладной программе LinRegTV:

Настройки ПИ-регулятора (метод Ротача):

·

·

· ;

· ;

· ;

· .

АЧХ одноконтурной АСР температуры на выходе печи представлены ниже (см. также Приложение Г):



Рис. 4.5. АЧХ одноконтурной АСР температуры на выходе печи.

Расчет оптимальных настроек регулятора, работающего по ПИ-алгоритму, произведен методом Ротача:

· ;

· ;

· ;

· ;

· .

4.3.2 Расчет одноконтурной АСР расхода топливного газа

Произведем расчет оптимальных настроек регулятора одноконтурной АСР расхода топливного газа в прикладной программе LinRegTV:

Настройки ПИ-регулятора (метод Ротача):

·

·

· ;

· ;

· ;

· .

АЧХ одноконтурной АСР расхода топливного газа представлены ниже (см. также Приложение Д):

Рис. 4.6. АЧХ одноконтурной АСР расхода топливного газа.

Расчет оптимальных настроек регулятора, работающего по ПИ-алгоритму, произведен методом Ротача:

· ;

· ;

· ;

· ;

· .

Поскольку основной целью дипломного проекта является поддержание и стабилизация температуры на выходе печи, то мы рассмотрим только переходные процессы изменения данной температуры в зависимости от величины задания и возмущения.

Ниже на рисунках показано, как смоделированные нами одноконтурные системы регулирования температуры отрабатывают 5% задание и возмущение.

Рис. 4.7. Выход АСР температуры продукта при отработке задания.

Рис. 4.8. Выход АСР температуры продукта при отработке возмущения.

На рисунке 4.9 изображена модель одноконтурной АСР температуры в пакете Simulink программы MATLAB.



Рис. 4.9. Модель одноконтурной АСР температуры продукта на выходе печи.

Для повышения качества регулирования необходим переход от одноконтурной АСР к более сложной системе. Такая система кроме обычного стандартного регулятора содержит вспомогательное устройство - дополнительный регулятор. В качестве более сложной АСР возьмем каскадную систему, так как один из объектов обладает большей инерционностью по каналу регулирования по отношению к другому объекту.

4.4 Расчет каскадной АСР

Каскадные системы применяют для автоматизации объектов, обладающих большой инерционностью по каналу регулирования, если можно выбрать менее инерционную по отношению к наиболее опасным возмущениям промежуточную координату и использовать для нее то же регулирующее воздействие, что и для основного выхода объекта.

В этом случае в систему регулирования включают два регулятора -- основной (внешний) регулятор, служащий для стабилизации основного выхода объекта у_i, и вспомогательный (внутренний) регулятор, предназначенный для регулирования вспомогательной координаты у_i. Заданием для вспомогательного регулятора служит выходной сигнал основного регулятора.

Выбор законов регулирования определяется назначением регуляторов:

для поддержания основной выходной координаты на заданном значении без статической ошибки закон регулирования основного регулятора должен включать интегральную составляющую; от вспомогательного регулятора требуется прежде всего быстродействие, поэтому он может иметь любой закон регулирования (в частности пропорциональный как наиболее простой и достаточно быстродействующий).

Рис. 4.10 структурная схема каскадной АСР

Сравнение одноконтурных и каскадных АСР показывает, что вследствие более высокого быстродействия внутреннего контура в каскадной АСР повышается качество переходного процесса, особенно, при компенсации возмущений, поступающих по каналу регулирования как будет показано ниже, при этом инерционность эквивалентного объекта благодаря внутреннему контуру снижается по сравнению с инерционностью основного канала регулирования.

Рассчитываем каскадную АСР и определяем настройки основного и вспомогательного регуляторов при заданных динамических характеристиках объекта по основному и вспомогательному каналам:

1) Рассчитываются настройки стабилизирующего регулятора.

2) Определяются параметры корректирующего регулятора, для которого объектом является эквивалентный объект.

Эквивалентный объект включает в себя передаточную функцию системы по каналу температуры и одноконтурную САР расхода топливного газа. На рис. 4.10 представлена модель эквивалентного объекта в пакете Simulink программы MATLAB, а на рисунке 4.11 - кривая разгона эквивалентного объекта.

Рис. 4.11. Эквивалентный объект для расчета параметров основного регулятора в приложении Simulink.

Рис. 4.12. Кривая разгона эквивалентного объекта.

Аппроксимируем полученную кривую для эквивалентного объекта с помощью программы LinRegTV.

Используя данную переходную характеристику, методом Симою была рассчитана передаточная функция эквивалентного объекта:

(4.2)

· СКО=0,012;

· Диапазон частот: щ_рек=[0 ; 0,002] (сек^-1).

КЧХ эквивалентного объекта представлена ниже (см. также Приложение Е):

Рис. 4.13. КЧХ эквивалентного объекта.

Произведем расчет оптимальных настроек основного регулятора каскадной АСР температуры продукта в прикладной программе LinRegTV:

Настройки ПИ-регулятора (метод Ротача):

· 

·

· ;

· ;

· ;

· .

Используя полученные настройки регулятора, построим с помощью пакета Simulink программы Matlab модель каскадной системы управления, которая представлена на рисунке 4.13.

Рис. 4.14. Модель каскадной АСР температуры продукта на выходе печи по одному потоку.

4.5 Сравнение одноконтурных и каскадных АСР

Для сравнения каскадных и одноконтурных систем регулирования температуры продукта на выходе печи воспользуемся моделями одноконтурных и каскадных АСР, которые изображены на рисунках 4.9 и 4.14.

Рассмотрим переходные процессы изменения температуры продукта на выходе печи в зависимости от величины задания и возмущения.

На рисунках 4.15 и 4.16 показано, как смоделированные нами одноконтурные и каскадные системы регулирования температуры отрабатывают задание и 5% возмущение.

Рис. 4.15. Выход систем по заданию.

Рис. 4.16. Выход систем по внутреннему возмущению.

Для анализа работы систем обратимся к таблице 4.1.

Таблица 4.1. Сравнение одноконтурной и каскадной АСР температуры.

Режим работы	По заданию	По возмущению
АСР	Одноконтурная	Каскадная	Одноконтурная	Каскадная
Степень затухания	0,75	0,75	0,75	0,99
Максимальный выброс, єС	0,28	0,28	6,4	0,001

Проанализировав работу каскадных и одноконтурных АСР, можно сделать вывод о том, что каскадные системы менее чувствительны к внутренним возмущениям и обладают несколько большим быстродействием. Максимальный выброс каскадных АСР при отработке задания и возмущения меньше, чем максимальный выброс одноконтурных АСР.

4.6 Расчет и моделирование комбинированной системы

Помимо внутренних возмущений на систему могут оказывать влияния и внешние возмущения. Для уменьшения влияния подобных возмущений на систему применяются комбинированные схемы регулирования.

Комбинированные схемы, как и схемы, работающие только на принципе компенсации возмущений, позволяют принципиально получать системы регулирования, инвариантные относительно тех возмущений, дополнительные воздействия от которых вводятся в систему. Объясняется это тем, что в таких схемах, как и в обычной одноконтурной схеме, имеется только один замкнутый контур передачи воздействий через регулируемый объект и регулятор. В связи с этим в схемах с компенсацией возмущений имеется принципиальная возможность выбирать желаемые передаточные функции устройств ввода возмущений, не опасаясь потери системой устойчивости.



Рис. 4.17. Структурные схемы комбинированных систем регулирования.

Целью расчета настройки системы с компенсацией возмущений является такой выбор оптимальных параметров настройки регулятора и устройств ввода воздействий по возмущениям, чтобы система, имея необходимый запас устойчивости, работала с наибольшей достижимой точностью. Необходимо отметить, что выполнение условий абсолютной инвариантности или возможно далеко не всегда, так как передаточные функции, полученные по этим формулам, могут быть либо совершенно физически нереализуемыми, либо их реализация технически очень сложна. На практике чаще всего стремятся выбирать устройства ввода воздействий от возмущений в виде наиболее просто технически реализуемых элементарных звеньев. К сожалению, эти звенья только в сравнительно очень редких случаях позволяют выполнить условия абсолютной инвариантности. Поэтому обычно приходится решать задачу выбора настройки устройств ввода, при которой будет осуществлено наилучшее приближение к условиям абсолютной инвариантности.

Передаточную функцию устройства ввода воздействия от возмущения целесообразно выбирать в виде:

 (4.3)

Рассчитаем устройство ввода компенсирующего воздействия.

Возмущение по температуре топочных газов на перевале подается на вход эквивалентного объекта:

(4.4)

Структурная схема комбинированной системы управления в Simulink представлена на рисунке 4.17.

Рис. 4.18. Модель комбинированной АСР.

Сравним работу комбинированной с одноконтурной системой по каналу внешнего возмущения.



Рис. 4.18. Выход комбинированной и одноконтурной систем при отработке внешнего возмущения.

Таблица 4.2. Сравнение одноконтурной и комбинированной АСР температуры.

Режим работы	По возмущению
АСР	Одноконтурная	Комбинированная
Время регулирования T, c	7790	5360
Степень затухания	0,83	0,95
Максимальный выброс, єС	1	0,09

Из анализа рисунка 4.18 видно, что комбинированная система надежно отрабатывает внешние возмущения. Выброс и время регулирования в системе с компенсатором меньше, чем в системе без него.

4.7 Расчет и моделирование системы с учетом нелинейностей

При реализации АСР на реальном объекте на качество переходного процесса влияют нелинейности ТСА. Принимая во внимание эту особенность, необходимо смоделировать АСР с учетом таких нелинейностей.

Для моделирования системы с учетом нелинейностей необходимо знать зону нечувствительности датчиков, используемых на объекте, а также люфт исполнительного устройства (клапана).

1) Термопара YOKOGAWA CH тип Кс нормирующим преобразователем YTA310: класс точности равен 0,5%, рабочая температура- 850 ^оС

2) Для измерения расхода пара и исходного газа выберем Вихревой расходомер Digital YEWFLO фирмы Yokogawa:

3)ИМ: люфт 0,05.

Приблизим полученные модели к реальным условиям, т.е. подадим возмущения, наложим случайные помехи на сигнал возмущения и учтем нелинейность элементов. Тогда модели примут следующий вид - рисунки 4.20, 4.21.

Рис. 4.20. Модель каскадной АСР температуры продукта с учетом нелинейностей.



Рис. 4.21. Модель комбинированной АСР температуры продукта с учетом нелинейностей.

Рис. 4.22. Выход АСР температуры с нелинейностями и без нелинейностей по каналу задания.

Рис. 4.23. Выход АСР температуры с нелинейностями и без нелинейностей по каналу внешнего возмущения.

4.8 Реализация системы управления

Смоделированную систему управления предлагается реализовать в распределенной системе управления CS-3000 фирмы Yokogawa.

Обычно, при конфигурировании используется следующая последовательность разработки:

1. Сначала принимаются общие концептуальные решения, которые относятся к системе в целом и ко всему объекту.

2. Переход на следующий уровень детализации системы, на котором принимаются решения о логическом представлении системы в виде областей. Области являются логическими составляющими представления системы управления процессом. Они могут соответствовать как конкретным аппаратам системы, так и основным технологическим функциям.

3. На следующем уровне детализации системы в областях выделяются модули, управляющие элементами оборудования. Разработчик может использовать уже существующие модули из библиотеки в качестве отправной точки для создания модулей, необходимых для реализации стратегии управления.

В системе используется модульный принцип при разработке стратегии управления. Управляющие модули являются уникальными поименованными управляющими единицами. Они содержат группу логически взаимосвязанных системных объектов и имеют имя - тег. Обычно, управляющие модули представляют управляющее оборудование технологического процесса, такое, как клапаны, задвижки, насосы, мешалки и т. д.

Функциональные блоки - это основные компоненты управляющего модуля, то есть, это блоки, из которых строится управляющая модель. Каждый функциональный блок содержит в себе управляющий алгоритм (такой как ПИД, Аналоговый Выход или Аналоговый Вход). Будучи соединенными вместе, в определенной последовательности, несколько функциональных блоков образуют управляющую модель.

Задание параметров функциональных блоков.

На рис. 4.8.1 показана схема управления температурным режимом печи П-101.

Рис. 4.8.1

4.9 Выводы

В ходе выполнения данного раздела было выполнено следующее:

1. Рассчитаны и смоделированы одноконтурные системы регулирования по каналам температуры на выходе печи П-101, расхода топливного газа. Получены оптимальные настройки ПИ регуляторов.

2. Рассчитана и смоделирована каскадная система регулирования температуры на выходе печи. Установлено, что каскадная САР, по сравнению с одноконтурной, практически мгновенно ликвидирует внутренние возмущающие воздействия.

3. Для уменьшения влияния внешних возмущений на систему была рассчитана и смоделирована комбинированная схема регулирования (каскадная система с компенсацией по расходу сырья в печи).

4. При реализации CAP на реальном объекте на качество переходного процесса влияют нелинейности ТСА, принимая во внимание эту особенность, была смоделирована CAP, учитывающая нелинейности используемых ТСА.

5. Реализован алгоритм регулирования температуры в распределенной системе управления CS-3000 фирмы Yokogawa.

5. Выбор и анализ комплекса средств автоматизации

5.1 Характеристика используемых средств автоматизации

1). Измерение температуры на выходе печи.

В качестве прибора для измерения температуры используется норирующий преобразователь YTA310/320 с термопарой СН-К фирмы Yokogawa.

Конфигурирование осуществляется посредством BRAIN или HART коммуникатора. При конфигурировании пользователь может задать:

-тип входного сигнала и пределы измерений;

-режим сигнализации;

-время демпфирования;

тип выходной характеристики (прямая/ обратная) и т.д.

Основные характеристики:

Тип сенсора К

Пределы измерений 0... 900,

Выходной сигнал: 4...20 мА с функцией цифровой связи по BRAIN или HART протоколу.

Класс точности 0,5.

Питание: 10,5...42 В постоянного тока.

Температура окружающей среды:

- базовая модель: -40... 85 °С;

-с ЖК-индикатором: -30...80°С.

Пылевлагозащищенность IP67.

2). Измерение расхода топливного газа.

Вихревой расходомер Digital YEWFLO фирмы Yokogawa.

Вихревые расходомеры серии YEWFLO представляют собой интеллектуальные датчики расхода и предназначены для измерения объемного расхода жидкости, пара или газа. Эти приборы измеряют частоту вихрей с помощью вихреобразователя, внутри которого находятся пьезодатчики, преобразующие вибрацию вихреобразователя в электрический частотный сигнал.

Подробнее о принципе измерения...

Последняя модель серии YEWFLO, называемая digitalYewflo (DY), принципиально отличается от предыдущей версии тем, что в ней применяется новая уникальная цифровая электроника, использующая разработанную фирмой Иокогава технологию спектральной обработки сигнала "SSP". Благодаря этому, расходомер теперь постоянно анализирует вибрацию, состояние среды внутри себя и, используя эти данные, автоматически подстраивает режимы обработки сигнала, а также вовремя информирует оператора или устройства верхнего уровня о нештатных режимах потока и вибрации, если таковые возникают.

У модели digitalYewflo также имеется модификация, обладающая способностью одновременно с расходом измерять через встроенный в виреобразователь термометр сопротивления еще и температуру рабочей среды. С помощью этой функции теперь расходомер может самостоятельно рассчитывать и выдавать массовый расход при измерении расхода жидкости и насыщенного пара (в память электронного блока "зашита" зависимость плотности насыщенного пара от температуры).

Кроме того, 2 выходных сигнала (токовый 4...20 мА и импульсный) позволяют датчику передавать на верхний уровень одновременно информацию как о расходе, так и о температуре рабочей среды.

Погрешность

- Газ и пар: ±1% от текущего значения (при скорости потока до 35 м/с)

Выходные сигналы

4…20мА, импульсный (частотный) сигнал, статус, цифровая связь (BRAIN или HART протокол), Foundation Fieldbus

Дополнительные функции коррекция аппаратной ошибки, самодиагностика, коррекция по числу Рейнольдса.

Конструктивное исполнение IP67, искробезопасное, взрывонепроницаемое.

Внесены в ГОСРЕЕСТР.

Расходомеры поставляются с первичной поверкой Госстандарта

Межповерочный интервал - 4 года.

3). Измерение расхода сырья.

Вихревой расходомер Digital YEWFLO фирмы Yokogawa(См. выше).

4). Регулирующий орган.

В качестве регулирующего органа применяется ИМ Fisher-Rosemount 657 с позиционером EWТ.

Характеристика:

Исполнение: нормально закрытый;

DU: 6"

Рабочая температура: 40 град. Целься;

Давление: 5,36 кгс/кв. см;

Среда: природный газ.

5). Обеспечение взрывозащиты:

Барьеры искрозащиты РИФ

Производитель ОАО "Челябинский завод "Теплоприбор".

Барьеры искрозащиты РИФ обеспечивают искро-безопасность электрических цепей датчиков давления, температуры и др. аналогичных средств автоматизации, используемых в системах контроля и управления технологическими процессами взрыво- и пожароопасных производств различных отраслей промышленности.

Барьеры искрозащиты РИФ относятся к взрыво-защищенному электрооборудованию и в соответствии с ПУЭ: имеют уровень взрывозащиты "искробезопасная электрическая цепь"; - относятся (по области применения) к электрооборудованию подгруппы МС, соответствующей категориям взрывоопасной смеси МС, ИВ, НА.

5.2 Метрологический расчет измерительного канала

В данном разделе будет произведен метрологический расчет канала температуры продукта на выходе печи П-101.

Канал измерения температуры представлен на рисунке 5.1.

Рис. 5.1. Блок-схема канала измерения температуры продукта на выходе.

Где: ТСП - Термопреобразователь сопротивления;

ЛС - линия связи;

БИЗ - барьер искробезопасности;

Плата I/O - плата ввода-вывода;

СУ - система управления.

Суммарная погрешность _ИК канала измерения температуры определяется по формуле:

(5.1)

где: _ТСП- погрешность термопреобразователя сопротивления - 0,5%;

_ЛС - погрешность линии связи - 0,15%;

_БИЗ - погрешность барьера искрозащиты - 0,1%;

_I/O - погрешность платы ввода-вывода - 0,1%;

В соответствии с формулой (13) погрешность измерительного канала равна:

5.3 Расчет надежности системы автоматического регулирования

Надежность АСУТП является комплексным свойством, включающим безотказность, ремонтопригодность и долговечность. Надежность работы АСУТП обеспечивается за счет распределенности ее структуры. Для обеспечения надежности системы управления, все управляющие алгоритмы АСУТП реализуются в программном обеспечении, резервированных (дублированных) контроллеров.Надежность программного обеспечения АСУТП обеспечивается наличием в его составе систем диагностики и самодиагностики.

В данной системе управления нам необходимо рассчитать надежность по каналу температуры.

Известно, что:

· для контроллеров Yokgawa среднее время наработки на отказ t_ср.н равно 0000 часов (t_ср.н=150000 часов);

· для датчиков расхода вероятность отказа () за 2000 часов составляет 0,04;

· для соединительных проводов вероятность отказа () за 2000 часов составляет 0,005.

Условно примем, что закон распределения отказов экспоненциальный, тогда вероятность безотказной работы контроллера определяем по формуле:

Вероятность безотказной работы термопреобразователя сопротивления:

Вероятность безотказной работы соединительной линии:

Т.о. вероятность безотказной работы измерительного канала за 2000 часов составляет:

5.4 Выводы

В данном разделе был произведен выбор комплекса технических средств автоматизации. На основании выбранного комплекса технических средств рассчитана вероятность безотказной работы измерительного канала измерения температуры на выходе печи и произведен его метрологический расчет. Так как рассчитанные характеристики измерительной системы находится в заданных допустимых пределах, то можно сделать вывод о правильности выбора комплекса технических средств.

6. Проектирование системы автоматизации

В графической части дипломного проекта выполнены следующие схемы:

· функциональная схема автоматизации;

· схема питания;

· схема управления;

· схема соединения внешних проводок;

· план расположения оборудования и проводок;

· чертежи общих видов щитов и пультов.

Дадим краткое описание основных схем.

6.1 Функциональная схема

Функциональная схема технологических процессов является основным техническим документом, определяющим структуру и характер систем автоматизации технологических процессов, а также оснащение их приборами и средствами автоматизации (в том числе средствами вычислительной техники).

Функциональная схема должна учитывать:

1. состав и содержание задач по контролю и управлению технологическими процессами;

2. организацию пунктов контроля и управления, взаимосвязь между местными системами управления отдельными объектами и центральной системой управления.

На схеме автоматизации показываются:

1. технологическая схема (схема цепи аппаратов) или упрощенное изображение агрегатов, подлежащих автоматизации

2. приборы, средства автоматизации и управления, изображаемые условными обозначениями по действующим стандартам, а также линии связи между ними;

3. агрегатированные комплексы, машины централизованного контроля, управляющие вычислительные машины и т. п., линии связи их с датчиками, преобразователями, исполнительными механизмами и т. п., а также ручной ввод данных в машину;

4. таблица условных обозначений, не предусмотренных действующими стандартами;

5. необходимые пояснения к схеме.

Функциональная схема является основанием для составления ведомостей (перечней) и заказных спецификаций приборов и средств автоматизации.

6.2 Принципиальная схема питания

Вопрос выбора правильной схемы бесперебойного питания всех потребителей системы автоматизации электроэнергией является крайне важным и ответственным, так как от этого решения во многом будет зависеть надежная работа приборов и средств автоматизации. Поэтому принципиальные электрические схемы питания являются одними из основных проектных документов. Помимо использования этих схем как основы для разработки соответствующих рабочих чертежей они также необходимы при повседневной эксплуатации действующего объекта.

Принципиальные электрические схемы питания разрабатываются только для рабочих проектов одностадийного проектирования или для проектов двухстадийного проектирования на стадии рабочей документации.

По своему назначению схема питания может быть разделена на схемы питающей и распределительной сетей, которые в зависимости от объема графического материала могут быть представлены как на отдельных листах, так и на одном, когда распределительная сеть состоит из небольшого числа групп питания и малого количества потребителей.

Схему питающей сети, когда ею предусматривается аварийное включение резервной питающей линии (обычно выполняет электротехнический отдел) и разделение распределительных сетей по фазам для равномерной нагрузки между ними, оформляют в виде отдельного чертежа в однолинейном изображении схемы. Распределительная сеть всегда выполняется в многолинейном изображении схемы. Большей частью ввиду незначительности объема графического материала по питающей сети данные схемы выполняются совмещенными, т. е. вместе с распределительными сетями; тогда такие схемы оформляются в многолинейном изображении. При небольшом объеме схемы питания допускается ее показывать на других чертежах электрических схем, например вместе с принципиальными электрическими схемами автоматизации.

Схемами распределительной сети предусматривается индивидуальное питание каждого щита питания, предназначенного для снабжения электроэнергией потребителей, сгруппированных по технологическому принципу -- местного щита, оператора, центрального агрегата, системы (нитки), отделения и т. п. Это необходимо для оперативного управления источниками питания при эксплуатации объекта.

Указанные схемы могут быть оформлены в зависимости от насыщенности чертежей на отдельных листах или на одном листе, что определяется в каждом конкретном случае ответственным исполнителем проекта.

В общем случае чертежи схем питания электроэнергией должны содержать:

1. питающие сети;

2. распределительные сети;

3. аппаратуру отключения источников питания и потребителей электроэнергии;

4. аппаратуру защиты;

5. аппаратуру понижения и стабилизации напряжения;

6. аппаратуру контроля напряжения;

7. названия потребителей;

8. общие пояснения и примечания;

9. относящиеся чертежи.

Графический материал схемы питания располагают с левой стороны листа, а текстовой -- с нижней части листа и справа от графического материала.

6.3 Принципиальная схема управления

Схема управления определяет полный состав приборов, аппаратуры (а также связей между ними), которые обеспечивают решение задач измерения, регулирования и управления. Принципиальная схема служит для разработки других чертежей и документов проекта, таких как таблицы подключений и соединений щита, схемы внешних проводок.

Схема управления строится с учетом, как информационных каналов, так и каналов питания.

Схемы, где доминирует применение приборной аппаратуры без использования промежуточного электротехнического оборудования, в зависимости от общеизвестности его внешнего соединения и от сложности этой коммутации или вовсе не приводятся в проекте, или выполняются в виде так называемых схем "обвязки регуляторов".

В тех случаях, когда в этих схемах применяют регулирующие приборы, осуществляющие регулирование процесса по определенному закону, в поясняющем тексте необходимо указывать значения настроечных параметров регуляторов (процент пропорциональности, время изодрома и предварения), а если эти параметры регулятора неизвестны, то приводятся ориентировочные их значения с указанием на то, что они подлежат уточнению при пусконаладочных работах.

В тех случаях, когда схема выполнена для регулятора с программным регулированием, в поясняющем тексте дается временная характеристика. Если эта характеристика неизвестна, то приводится ориентировочное се значение с указанием на то, что она подлежит уточнению при пусконаладочных работах. В случае применения регуляторов с программным диском в проекте приводится чертеж диска программы, по которому мог бы быть изготовлен этот диск.

Для регуляторов, в комплекты которых входит промежуточная электротехническая аппаратура, схемы выполняются смешанным способом, т. е. электрические цепи релейной аппаратуры показываются в виде развернутых (элементных), а аппаратура регулирования (электронные приборы) -- в виде схем соединений.

Поясняющие надписи для схем, выполненных одним, из способов, указанных выше, даются в виде общих формулировок, характеризующих наименование и функциональное назначение показанного регулятора, без расшифровки отдельных его элементов.

6.4 Схема соединений и подключения внешних проводок

Чертежи схем внешних проводок представляют собой такую проектную документацию, на которой показаны с помощью графических условных изображений все линии связей между приборами и средствами автоматизации и щитами всех назначений. Ей же определяются границы проектирования между смежными частями проекта

Схема внешних проводок является рабочим проектным документом, раскрывающим физический объем предстоящих работ, техническую суть и особенности по осуществлению этих проводок, и может служить основным исходным материалом для разработки проекта производства работ.

Схема внешних проводок разрабатывается только для рабочих проектов при одностадийном проектировании или при двухстадийном проектировании на стадии рабочей документации.

Схема внешних проводок является одним из основных монтажных чертежей по реализации принципиальных решений, принятых в следующих материалах, на основании которых ведется ее разработка:

1. функциональные схемы;

2. принципиальные схемы автоматизации;

3. схемы питания;

4. общие виды щитов;

5. спецификации на оборудование;

6. чертежи технологической части проекта;

7. схемы соединений приборов и средств автоматики -- инструкции заводов-изготовителей.

Разработка схем внешних проводок производится параллельно с разработкой монтажных чертежей, так как этими чертежами должны быть учтены все особенности прокладки проводок и их подсоединений к монтируемым трубопроводам, объединение потоков проводок, промежуточные различные коробки и отражены в графическом изображении на этих взаимодополняющих чертежах.

В общем случае схемы внешних проводок выполняют в виде комбинированных схем, т. е. на одном графическом документе показывают схему внешних электрических проводок и схему внешних трубных проводок.

Чертежи схем внешних проводок должны содержать:

1. монтажные символы первичных приборов, датчиков, отборных и исполнительных устройств и т. п.;

2. условные обозначения щитов, пультов и пунктов контроля, щитов питания электроэнергией, монтажные символы устанавливаемых вне щитов приборов и средств автоматики, клапанов, электроприводов, которые имеют внешние соединительные линии;

3. соединительные, разветвительные, протяжные и другие коробки;

4. линии, проложенные вне щитов, электрических и трубных проводок;

5. линии защитного заземления;

6. линии питания;

7. внещитовые разветвления трубных проводок, трубные обвязки приборов и средств автоматики, установленные вне щитов вместе с вспомогательным оборудованием (редукторы, фильтры, разделительные и другие сосуды и т. п.), с запорной арматурой и трубными проводками всех назначений;

8. общие пояснения и примечания;

9. относящиеся чертежи;

10. перечень монтажных материалов;

11. основную надпись.

Схему внешних проводок выполняют без соблюдения масштаба на основании условных графических обозначений и текстовых пояснений в однолинейном изображении и, как правило, на одном или нескольких листах стандартного формата.

Схемы внешних проводок выполняются по производственному признаку, т. е. в зависимости от вместимости графического материала на чертежах указанных размеров и границ возможного производственного деления технологического процесса, а именно схема внешних проводок агрегата, системы, отделения, цеха, производства и т. п. Названия этим чертежам присваиваются без указания их принадлежности, так как она должна приводиться в основной надписи.

Схемы вычерчивают без учета пространственного расположения составных ее частей либо учитывают приближенно в части последовательности объединений проводок в потоки или ответвлений от трубопроводов и др. Все графические изображения показывают линиями толщиной от 0,4 до 1 мм при расстоянии между соседними параллельными линиями не менее 3 мм. Линии связи показывают с наименьшим количеством изломов и пересечений.

Рекомендации по оформлению cхем внешних проводок, приведены следующих нормативных материалах:

· РМ4-171-77. Руководящий материал. Системы автоматизации технологических процессов. Обозначение проектов и документации. Основные надписи;

· РМ4-6-74. Руководящий материал. Проектирование электрических и трубных проводок систем автоматизации. Часть 3;

· РМ4-70-67. Руководящий материал. Указания по совместной прокладке электрических измерительных цепей;

· РМ8-9-74. Руководящий материал. Обогрев и теплоизоляция трубных проводок систем автоматизации.

6.6 План расположения оборудования и проводок

Чертежами планов расположения средств автоматизации и проводок определяются координаты установки этих средств и проводок и способы их осуществления, поэтому эти чертежи являются монтажными, на основании которых производят монтажные работы в части установки первичных и внещитовых приборов и средств автоматизации, соединительных и других коробок, всевозможных металлоконструкций для прокладки и крепления электрических и трубных проводок. По этим чертежам в совокупности с чертежами схем внешних проводок определяют общий объем монтажных работ по данному объекту и характеризуют организационный принцип их проведения.

Чертежи планов расположения средств автоматизации и проводок разрабатываются только для рабочих проектов при одностадийном проектировании или при двухстадийном проектировании на стадии рабочей документации.

Чертежи планов расположения средств автоматизации и проводок разрабатываются на основании функциональных схем, монтажных (табличных) схем щитов, пультов и панелей, схем питания электроэнергией и сжатым воздухом, схем внешних электрических и трубных проводок, заводских монтажно-эксплуатационных инструкций на приборы и регуляторы и, наконец, на основании и в соответствии с монтажными технологическими чертежами, на которых нанесены установочные узлы первичных приборов и отборных устройств, а также с архитектурно-планировочными чертежами, где показаны закладные элементы и щитовые помещения всех назначений (датчиков, пункта контроля и управления, диспетчерского пункта и т. п.).

Для индустриализации монтажных работ чертежи должны предусматривать разделение электрических и трубных проводок на блоки и секции с полной привязкой всех средств автоматики, щитов, пультов и стоек к строительным конструкциям с использованием минимального количества типоразмеров трубных заготовок и крепежных металлоконструкций.

Как правило, чертежи планов расположения средств автоматизации и проводок выполняются в виде комбинированных чертежей, т. е. на одном чертеже одновременно показываются электрические и трубные проводки и способы их крепления к строительным элементам зданий и сооружений. Допускается вместо комбинированных чертежей выполнять раздельные -- самостоятельные чертежи для каждого вида проводок, т. е. только для электрических или трубных проводок. Также допускается данные чертежи выполнять методом трасс, который разрешает на одних чертежах показывать только конструкции для установки приборов и прокладки проводок, а на других -- сами проводки без указания конструктивных решений.

В общем случае на чертежах планов расположения средств автоматизации и проводок показывают:

1. контуры зданий объекта, цеха или промышленной площадки с указанием каналов, траншей, эстакад, планировочных отметок, а также обозначение осей и рядов строительных колонн;

2. поэтажное расположение технологического оборудования и основных технологических трубопроводов;

3. места установки первичных приборов и отборов, дроссельных и исполнительных устройств, расположенных на технологическом оборудовании и трубопроводах;

4. условные символы приборов, регуляторов и других средств автоматизации, устанавливаемых вне щитов;

5. условные изображения щитов, пультов, шкафов, соединительных, протяжных и других коробок;

6. условное изображение электрических и трубных проводок всех назначений и конструкций, на которых они прокладываются;

7. условные изображения проходов проводок через стены и перекрытия зданий и сооружений;

8. общие пояснения, примечания и технические условия;

9. перечень монтажных материалов и изделий;

10. относящиеся чертежи;

11. основную надпись.

В верхнем правом углу чертежа приводится текстовой поясняющий материал, а остальная часть листа используется для графического материала. При многоэтажном размещении технологического оборудования с большим оснащением средствами автоматизации чертежи электрических и трубных проводок показывают поэтажно, выбирая по усмотрению исполнителя отметки площадок и этажей с наибольшим охватом в плане этих средств. При поэтажном вычерчивании чертежа под каждым планом дается надпись, для какой отметки показан план на данном чертеже. Допускается на одном листе стандартного формата приводить несколько планов.

6.7 Чертежи общих видов щитов и пультов

Щиты схем автоматизации предназначены для размещения средств контроля и управления технологическими процессами.

Общие виды щитов должны быть выполнены в объеме, позволяющем изготовить оборудование на специализированных заводах со всеми вырезами и креплениями, необходимыми для установки запроектированных на них приборов, средств автоматизации и вводов электрических и трубных проводок.

Исходными материалами для проектирования общих видов щитов являются:

1. функциональные схемы систем автоматизации технологических процессов;

2. принципиальные схемы электрические автоматического регулирования, управления и сигнализации, чертежи щитового помещения.

Требованиям по проектированию общих видов щитов указаны в следующих технических документах:

1. ОСТ 36.13-76. Щиты и пульты систем автоматизации технологических процессов. Общие технические условия;

2. РМЗ-82-76. Щиты и пульты систем автоматизации технологических -процессов. Корпуса и каркасы: Щиты. Часть I; Пульты. Часть II;

3. номенклатуры комплектующих изделий, устанавливаемых заводами Главмонтажавтоматики на щитах и пультах систем автоматизации технологических процессов по ОСТ 36.13-76.

Рекомендации не распространяются на щиты и пульты экспортных поставок и специального назначения, взрыво- и пожароопасных установок, систем управления и защиты электротехнических установок (силового электрооборудования, систем диспетчеризации электроснабжения промышленных предприятий и других щитов и пультов, которые не предусмотрены ОСТ 36.13-76;

4. ОСТ 16.0684.197-75. Устройства комплектные на напряжение до 1000 В для электрических станций и подстанций. Основные размеры.

7. Безопасность жизнедеятельности

7.1 Общая характеристика производства

Установка производства технического водорода состоит из трех стадий:

· Паро-углекислотный пиролиз углеводородного сырья;

· Отдел поташной очистки пирогаза;

· Отдел мембранного разделения пирогаза.

Основным сырьем установки является природный газ, а её продуктом водород. Следовательно, установка по производству водорода относится к взрывопожароопасным производствам, т.к. природный газ и водород могут образовать с воздухом взрывоопасную смесь. Так же водород является газом, который при уменьшении объема нагревается, что может привести к его воспламенению и т.п. Сырье, полуфабрикаты и готовый продукт вызывают токсические воздействия на организм человека.

7.2 Анализ условий труда

Из-за особенностей технологического процесса, используемых продуктов, оборудования и условий его эксплуатации, существует ряд основных опасностей:

· барабан-паросборник. Давление до 17,5 кгс/см² и с температурой пирогаза на входе в барабан 400-470 ^оС (при его разрыве можно получить ожоги паром, водой, горячими газами, а так же возможны механические травмы);

· газораспределительные устройства с давлением до 14 кгс/см² и газопроводы (при их разрыве и разгерметизации соединений возможно возникновение взрывов, загорания, отравление людей газом);

· трубопроводы пара с давлением до 12,5 кгс/см² и температурой перегретого пара до 550 ^оС (при разрыве возможны механические травмы, ожоги паром);

· деаэраторы с температурой воды 104 ^оС (при его разрыве возможны ожоги горячей водой);

· неисправность вентиляции или ее отключение(приводит к увеличению токсичных веществ в воздухе, а так же может образоваться пожаро-взрывоопасная смесь с воздухом);

· пуск установки без испытания на герметичность аппаратов и трубопроводов и устранения неисправностей;

· электрооборудование питанием 220 и 380 В (в случае неисправности его, нарушении изоляции токоведущих частей возможно поражение электрическим током, возникновение пожара).

При производстве водорода используется и вырабатывается ряд опасных веществ:

· Метан(Токсическое действие в обычных условиях определяется недостатком кислорода),класс опасности(ГОСТ 12.1007-76)-4;

· Окись углерода(Вызывает удушье. Действует на центральную нервную систему) класс опасности(ГОСТ 12.1007-76)-4;

· Водород(Физиологически инертный газ. При больших концентрациях вызывает удушье из-за недостатка кислорода);

· Азот(Нетоксичен, невзрывоопасен. Накопление газа вызывает явление кислородной недостаточности и удушья);

· Двуокись углерода(Нетоксичный газ. При концентрации 5 % об. может вызвать явление кислородной недостаточности и удушья) класс опасности(ГОСТ 12.1007-76)-4;

· Пятиокись ванадия(Высокоопасна. Раздражающее действие. Вызывает изменение кровообращения и органов дыхания, нервной системы, обмена вещества. Вызывает воспаление и аллергию) класс опасности(ГОСТ 12.1007-76)-2;

· Поташный раствор(При попадании на кожу вызывает ожоги);

· Диэтинол-амин(При попадании на кожу вызывает дерматит, в глаза - ожоги) класс опасности(ГОСТ 12.1007-76)-3;

· Едкий калий(При попадании на кожу и слизистые оболочки вызывает ожоги) класс опасности(ГОСТ 12.1007-76)-2;

· Лапрол(Обладает резорбтивным действием) класс опасности(ГОСТ 12.1007-76)-4;

· Тринатрийфосфат(Обладает щелочными свойствами) класс опасности(ГОСТ 12.1007-76)-2;

· Катализатор К-87(Пыль может вызвать легкое раздражение кожи, слизистой оболочки глаз, носа, верхних дыхательных путей. При постоян- ном попадании пыли могут развиться изменения со стороны желудка, печени, почек) класс опасности(ГОСТ 12.1007-76)-2(для пыли);

· Катализатор ГИАП-8(Пыль может вызвать легкое раздражение кожи, слизистой оболочки глаз, носа, верхних дыхательных путей. При постоян- ном попадании пыли могут развиться изменения со стороны желудка, печени, почек) класс опасности(ГОСТ 12.1007-76)-1(для пыли);

· Катализатор ГИАП-16(Пыль может вызвать головную боль, одышку, понижение аппетита, боль в эпигастральной области, вегетативные расстройства, анацидные гастриты, изменения со стороны сердечной мышцы, раздражение слизистых оболочек верхних дыхательных путей, глаз,кожи. При длительном воздействии приводит к возникновению заболеваний носоглотки, легких, появлению злокачественных новообразований и аллергических поражений, воспалению легких, прободению носовой перегородки) класс опасности(ГОСТ 12.1007-76)-1(для пыли);

· Катализатор К-905(Пыль может вызвать легкое раздражение кожи, слизистых оболочек глаз, верхних дыхательных путей. При постоянном попадании в организм пыли могут развиться изменения со стороны желудка, печени, почек);

· Гидразин-гидрат(Вызывает раздражение слизистых оболочек верхних дыхательных путей и глаз, нарушение функций центральной нервной системы, изменение крови, поражение внутренних органов) класс опасности(ГОСТ 12.1007-76)-1.

Взрывопожароопасные и токсические свойства сырья, полупродуктов, готовой продукции и отходов производства приведены в приложении.

7.3 Мероприятия по безопасному выполнению работ

7.3.1.1.Требования безопасности при пуске и остановке технологически систем и отдельных видов оборудования, выводе их в резерв, нахождении в резерве и при выводе из резерва в работу

Для обеспечения непрерывности технологического процесса в случае выхода из строя и на период ремонта основного компрессорного и насосного оборудования в цехе предусмотрено резервное оборудование:

- компрессоры В-101р, В-102р;

- насосы Н-101р, 105р, 102р, 106р, 301р, 303р, 304р, 306р;

- вентиляция: корп.331 - П-6р, П-7р, П-8р, П-10р, П-11р,

П-12р;

корп.332 - П-1р, П-2р;

корп.337 - П-1р, П-2р, В-1р.

7.3.1.2 Вывод оборудования в резерв

Вывод оборудования в резерв осуществляется по письменному распоряжению начальника или механика установки.

Перевод насосов и компрессоров в резерв производится согласно инструкции по эксплуатации соответствующего насоса или компрессора. Для отключения резервных насосов и компрессоров от всасывающих и напорных коллекторов следует использовать только запорную арматуру. Запрещается использовать для этой цели заглушки.

После вывода в резерв оборудования в вахтовом журнале аппаратчика 6 разряда делается соответствующая запись.

7.3.1.3 Правила обслуживания резервного оборудования

Все резервное оборудование должно быть укомплектовано средствами КИПиА, электросхемы собраны, блокировки включены.

Ежесменно аппаратчик 6 разряда производит внешний осмотр резервного оборудования с записью результатов осмотра в журнале.

Проверка состояния резервных насосов производится не реже одного раза в неделю, компрессоров - не реже одного раза в месяц путем их кратковременного пуска с записью результатов проверки в журнале.

7.3.1.4 Вывод оборудования из резерва в работу

Вывод оборудования из резерва в работу производится при остановке работающего оборудования по графику ППР или при возникновении неисправностей на нем в процессе работы. Переход на резервное оборудование по графику ППР производится по письменному распоряжению начальника установки или механика установки. Переход на резервное насосное или вентиляционное оборудование в смене, связанный с возникшей неисправностью, производится под руководством аппаратчика 6 разряда и по его распоряжению. При этом в вахтовом журнале делается запись с обязательным указанием причин и характера неисправности. Пуск резервного насосного оборудования, вентиляционных систем производится согласно инструкций по эксплуатации.

7.3.2 Средства индивидуальной защиты работающих

На ЗАО "Сибур-Химпром" используются следующие средства индивидуальной защиты:

Средства защиты органов дыхания

Средства индивидуальной защиты органов дыхания (СИЗОД) предназначены для защиты от вредных для здоровья аэрозолей, газов и паров при их раздельном или одновременном присутствии в окружающем воздухе.

Средствами индивидуальной защиты органов дыхания обеспечиваются все работники предприятия.

СИЗОД должны обеспечивать очистку вдыхаемого воздуха от вредных веществ до содержания, не превышающего предельно-допустимые концентрации, установленные ГОСТ 12.1.005, в условиях, для которых они предназначены.

По принципу действия СИЗОД подразделяются на:

- фильтрующие (противогазы и респираторы);

- изолирующие (шланговые противогазы, воздушные дыхательные аппараты).

Фильтрующие противогазы применяют при содержании в окружающем воздухе не менее 18 % объемных кислорода и суммарном содержании вредных примесей не более 0,5% объемных.

Фильтрующие респираторы применяют при содержании в окружающем воздухе не менее 18% объемных кислорода и концентрации вредных примесей в воздухе до 10 норм ПДК.

Изолирующие шланговые противогазы применяются при выполнении работ в замкнутых объемах (емкостях, колодцах, отсеках и иных замкнутых пространствах), содержащих в воздухе менее 18% объемных кислорода, а также при содержании более 0,5% объемных вредных веществ.

В них осуществлен принцип подачи чистого воздуха из места с незараженной вредными веществами атмосферой

Изолирующие воздушные дыхательные аппараты предназначены для индивидуальной защиты органов дыхания от вредного воздействия непригодной для дыхания, высокотоксичной и агрессивной газовой среды при ведении газоопасных работ на открытых площадках и в закрытых помещениях, а также при ведении аварийно-спасательных работ. Эксплуатацию воздушных дыхательных аппаратов необходимо осуществлять согласно действующим на предприятии инструкциям. Производственный персонал должен быть обучен для безопасной работы в них.

Индивидуальные фильтрующие противогазы, выданные на руки работающим, хранятся в специально оборудованных шкафах (ячейках), установленных в операторных или вблизи них, или в служебных помещениях. К сумке противогаза прикрепляется бирка с указанием фамилии владельца противогаза, номера или наименование производственного подразделения, марки коробки и размера маски.

На объектах производственных подразделений, где возможно возникновение аварийной обстановки, требующей применения средств индивидуальной защиты органов дыхания, необходимо иметь аварийный запас:

- фильтрующих противогазов - в количестве, обеспечивающем наибольшую численность рабочих смены (бригады), но не менее трех, с коробками соответствующих марок и наборов шлем-масок всех размеров;

- шланговых противогазов - не менее двух комплектов с набором шлем-масок всех размеров к каждому комплекту.

- воздушных дыхательных аппаратов не менее двух комплектов.

Аварийный запас СИЗОД хранится с специальном шкафу с ячейками, окрашенном в зеленый цвет с надписью "Аварийные противогазы и изолирующие аппараты". К каждой ячейке прикрепляется бирка с указанием марки коробки противогаза или типа изолирующего аппарата. Аварийный запас шланговых противогазов хранится в опломбированных чемоданах (сумках, мешках).

Место нахождения аварийного запаса СИЗОД в производственном подразделении должно быть указано в инструкциях по охране труда и в плане локализации аварийных ситуаций.