Главная » Литература » Электротехника » Клюев - Проектирование систем автоматизации технологических процессов (1990)
Клюев - Проектирование систем автоматизации технологических процессов (1990)
Проектирование систем автоматизации технологических процессов: Справочное пособие. А. С. Клюев. 1990.
Систематизированы сведения и нормативные материалы, необходимые для разработки проектов автоматизации технологических процессов. Во втором издании отражены изменения в нормативно-технических документах, учтены требования совершенствования и снижения трудоемкости монтажных работ. Первое издание вышло в
Для инженерно-технических работников, занимающихся проектированием, монтажом и эксплуатацией средств и систем автоматизации.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Автоматизация технологических процессов является одним из решающих факторов повышения производительности и улучшения условий труда. Все существующие и строящиеся промышленные объекты в той или иной степени оснащаются средствами автоматизации.
Проектами наиболее сложных производств, особенно в черной металлургии, нефтепереработке, химии и нефтехимии, на объектах производства минеральных удобрений, энергетики и в других отраслях промышленности, предусматривается комплексная автоматизация ряда технологических процессов.
Средства автоматизации применяются также на объектах жилищного строительства и социально-бытового назначения в системах кондиционирования воздуха, дымоудаления, энергоснабжения и т. п.
Практически все ""проектные институты нашей страны занимаются разработкой проектов автоматизации. С момента выхода в свет первого издания (
Вопросы разработки проектов автоматизации технологических процессов рассматриваются в объеме требований, содержащихся в «Инструкции о составе, порядке разработки, согласования и утверждения проектно-сметной документации на строительство предприятий, зданий и сооружений» СНиП 1.02.01-85, ГОСТ 24.101-80, ВСН 205 —84/Минмонтажспецстрой СССР, стандартах СПДС.
Наряду с нормативно-техническими требованиями и указаниями по проектированию систем автоматизации в пособии изложены требования к содержанию и исполнению всей документации, входящей в состав проекта. Справочное пособие рассчитано на специалистов, разрабатывающих проекты автоматизации технологических процессов в различных отраслях народного хозяйства страны. Значительное внимание в справочном пособии уделено требованиям к проектированию, учитывающим применение прогрессивной технологии производства монтажных работ, повышение сборности монтажа с целью сокращения сроков строительства, снижение трудоемкости работ и капитальных затрат на автоматизацию.
При составлении справочного пособия были использованы переработанные нормативные и руководящие материалы Госстроя СССР, Минприбора СССР, НПО Монтажавтоматика Минмонтажспецстроя СССР, государственные и отраслевые стандарты, касающиеся проектирования систем автоматизации технологических процессов. Справочное пособие состоит из 19 разделов и двух приложений. В разд. 1 рассматривается состав проекта автоматизации и стадии проектирования. В разд. 2 даются рекомендации по определению объема автоматизации и выбору структуры управления объектом. В разд. 3—7 приводятся справочные и нормативные материалы для разработки функциональных и принципиальных схем в проектах автоматизации. Разделы 8 — 10 содержат сведения, необходимые для разработки рабочих чертежей щитов и пультов, задания заводам-поставщикам на их изготовление и компоновку щитов в операторских помещениях. В разд. 11 — 13 излагаются вопросы выполнения электрических и трубных проводок, разработки их схем и монтажных чертежей расположения оборудования.
В разд. 14 рассмотрены вопросы заземления и зануления в электроустановках систем автоматизации. Приводятся требования к сети заземления, излагается порядок выбора заземляющих проводников и выполнения схем и чертежей сетей заземления и зануления. В разд. 15 излагаются особенности проектирования систем автоматизации во взрыво- и пожароопасных помещениях. В разд. 16 даются рекомендации по составлению текстовых материалов проекта.
В разд. 17 рассмотрены вопросы использования при проектировании типовых монтажных чертежей и конструкций. В разд. 18 излагаются основные необходимые при проектировании сведения из прикладной теории автоматического регулирования, даются рекомендации по разработке в проектах автоматизации структурных схем регулирования отдельных технологических параметров, включению в состав проекта данных, характеризующих динамические свойства объекта автоматизации, рекомендаций по выбору автоматических регуляторов и т. д.
В разд. 19 приведены нормы расхода материалов и изделий на монтаж систем автоматизации, регламентированные документом ВСН 477-86/Минмонтажспецстрой СССР на основные работы по монтажу трубных и электрических проводок, установку конструкций для их прокладки, установку щитов и пультов, заделку и соединение контрольных электрических кабелей.
В приложении 1 приведены некоторые рекомендации, которыми следует руководствоваться при проектировании, с целью устранения помех в измерительных системах. В приложении 2 приведен перечень руководящих материалов по проектированию систем автоматизации технологических процессов, разработанных организациями Минмонтажепецстроя СССР. Авторы надеются, что справочное пособие окажется полезным широкому кругу инженеров и техников, работающих в области проектирования, монтажа, наладки и эксплуатации систем автоматизации технологических процессов в различных отраслях народного хозяйства страны. В составлении текстовых материалов разд. 1 (§ 1.5) и разд. 16 принимал участие инженер А. М. Гуров.
Авторы выражают глубокую признательность инженеру И. В. Андронову за ряд полезных рекомендаций, сделанных им при рецензировании справочника, по включению в справочное пособие дополнительных новых сведений и материалов.
Раздел I
СТАДИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И СОСТАВ ПРОЕКТОВ АВТОМАТИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
1.1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
При разработке проектной документации объектов промышленного строительства руководствуются строительными нормами (СН) и строительными нормами и правилами (СНиП) Госстроя СССР, ведомственными строительными нормами (ВСН), государственными и отраслевыми стандартами.
Основным документом, определяющим общие требования к проектам, является «Инструкция о составе, порядке разработки, согласования и утверждения проектно-сметной документации на строительство предприятий, зданий и сооружений» СНиП 1.02.01-85. Состав, объем и содержание проектов автоматизации определяются ГОСТ 24.101—80, стандартами «Системы проектной документации для строительства» (СПДС), «Инструкцией по проектированию электроустановок систем автоматизации технологических процессов» ВСН 205 — 84/ Минмонтажспецстрой СССР. При проектировании систем автоматизации технологических процессов необходимо максимально использовать типовые проекты, утвержденные Госстроем СССР, типовые монтажные чертежи (ТМ) и документацию на типовые и закладные конструкции (ТК и ЗК), разработанные головным по проектированию систем автоматизации институтом ГПКИ «Проектмонтажавтоматика» Минмонтажспецстроя СССР.
При проектировании необходимо также руководствоваться инструктивными и руководящими материалами ГПКИ «Проектмонтажавтоматика», проектных и научно-исследовательских организаций Минприбора СССР, а также монтажно-эксплуатационными инструкциями заводов-изготовителей приборов и средств автоматизации. Проекты автоматизации технологических процессов выполняются на основании и в соответствии с заданием на проектирование. Основные технические решения, принятые в проекте систем автоматизации специализированными проектными организациями, должны рассматриваться и согласовываться с генпроектировщиком (заказчиком) в процессе разработки проекта. Если проект автоматизации разрабатывается подразделением комплексной проектной организации, разрабатывающей и другие части проекта, то принятые основные технические решения согласовываются с соответствующими подразделениями проектной организации.
Системы автоматизации технологических процессов являются частью системы управления промышленным предприятием, поэтому проект автоматизации должен быть увязан с проектом системы управления предприятием в целом. Проектированию систем автоматизации технологических процессов с применением средств вычислительной техники, а также автоматизации объектов с новой, неосвоенной или особо сложной технологией производства должны предшествовать научно-исследовательские работы, результаты которых используются при выполнении проекта. При проектировании систем автоматизации технологических процессов проектные организации должны руководствоваться:
основными техническими направлениями в проектировании предприятий соответствующих отраслей промышленности, а также в разработке систем управления и средств автоматизации, исходя из перспективы развития науки и техники; результатами научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ;
передовым промышленным опытом в области автоматизации технологических процессов;
действующими нормативными документами по проектированию систем автоматизации технологических процессов, утвержденными в установленном порядке, а также эталонами проектов автоматизации; нормами и правилами строительного проектирования, санитарными, электротехническими, противопожарными и другими требованиями;
нормами и правилами на производство строительных, монтажных и специальных работ;
утвержденными сметными нормами, прейскурантами и ценниками для определения сметной стоимости систем автоматизации технологических процессов;
типовыми методиками по определению экономической эффективности капитальных вложений; указаниями Госкомитета по делам изобретений и открытий Совета Министров СССР о мерах по обеспечению патентоспособности и патентной чистоты машин, приборов, оборудования, материалов и технологических процессов в случаях, предусмотренных ГОСТ 15.011-82, ГОСТ 15.012-84, а также СНиП 1.02.01-85, п. 1.13.
При разработке проекта необходимо учитывать опыт монтажа элементов систем автоматизации крупными блоками и применения типовых унифицированных конструкций, материалов, а также рационализаторских предложений. Поэтому разработка проекта автоматизации должна осуществляться в тесном содружестве с организациями, которые будут осуществлять работы по монтажу систем автоматизации. Принципиальные технические решения по исполнению трубных и электрических проводок, блочных заготовок систем автоматизации, применению и размещению кроссовых и других устройств должны приниматься на технических советах проектной организации с участием представителя монтажной организации.
Проектные материалы (чертежи, пояснительная записка, сметы и др.) должны иметь минимально необходимый объем и должны быть составлены ясно и четко, чтобы пользование ими не вызвало затруднений. При разработке проекта автоматизации технологических процессов исполнитель составляет задание на выполнение работ, связанных с автоматизацией объекта в строительной, технологической, электротехнической и других частях и разделах проекта. Генеральный проектировщик (заказчик) обязан обеспечить выполнение указанных заданий. Состав и содержание проектной документации по структурно-алгоритмической части систем автоматизации с применением средств вычислительной техники (информационного и математического обеспечений), разрабатываемой специализированными научно-исследовательскими, конструкторскими или проектными организациями с учетом результатов научно-исследовательских работ или типовых проектных решений, определяются нормативными документами Госстандарта СССР и Госкомитета по науке и технике Совета Министров СССР.
Задания на обеспечение энергоносителями комплексов технических средств и их заземление (защитное зануление) выдаются генпроектировщику в соответствии РТМ 25.298-83, ч. 2 Минприбора СССР.
1.2. ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ, ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ И МАТЕРИАЛЫ
Задание на проектирование систем автоматизации технологических процессов составляется генеральным проектировщиком или заказчиком с участием специализированной организации, которой поручается разработка проекта. Задание на проектирование должно содержать следующие данные:
а) наименование предприятия и задачу проекта;
б) основание для проектирования;
в) перечень производств, цехов, агрегатов, установок, охватываемых проектом систем автоматизации, с указанием для каждого особых условий при их наличии (например, класс взрыво- и пожароопасности помещений, наличие агрессивной, влажной, сырой, запыленной окружающей среды и т. д.);
г) стадийность проектирования;
д) требования к разработке вариантов технического проекта;
е) планируемый уровень капитальных затрат на автоматизацию и примерных затрат на научно-исследовательские работы, опытно-конструкторские работы и проектирование с указанием источников финансирования;
ж) сроки строительства и очередности ввода в действие производственных подразделений предприятия;
з) наименование организаций — участников разработки проекта предприятия (объекта) и систем автоматизации: генпроектировщика, головного научно-исследовательского института по системам автоматизации, организаций-исполнителей смежных (строительной, сантехнической и пр.) частей проекта и др.;
и) предложения по централизации управления технологическими процессами и структуре управления объектом, по объему и уровню автоматизации;
к) предложения по размещению центральных и местных пунктов управления, щитов и пультов (диспетчерских, цеховых, агрегатных и др.);
л) особые условия проектирования.
Для выполнения проектов систем автоматизации должны представляться следующие исходные данные и материалы:
а) технологические схемы с характеристиками оборудования, с трубопроводными коммуникациями и указанием действительных внутренних диаметров, толщин стенок и материалов труб;
б) перечни контролируемых и регулируемых параметров с необходимыми требованиями и характеристиками;
в) чертежи производственных помещений с расположением технологического оборудования и трубопроводных коммуникаций, с указанием рекомендуемых мест расположения щитов и пультов (планы и разрезы);
г) чертежи технологического оборудования, на котором предусматривается установка приборов и средств автоматизации, перечень и характеристика поставляемых комплектно с оборудованием приборов, средств автоматизации и систем управления, чертежи комплектно поставляемых щитов, пультов и т. д.
д) строительные чертежи помещений для установки и размещения технических средств систем автоматизации;
е) схемы управления электродвигателями, типы пусковой аппаратуры и станций управления для использования при проектировании автоматизации;
ж) схемы водоснабжения с указанием диаметров труб, расхода, давления и температуры воды;
з) схемы воздухоснабжения с указанием давления, температуры, влажности и запыленности воздуха, наличия устройств очистки и осушки воздуха;
и) данные, необходимые для расчета регулирующих органов, сужающих устройств и заполнения опросных листов;
к) требования к надежности систем автоматизации;
л) результаты научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, содержащие рекомендации по проектированию систем и средств автоматизации; результаты научно-исследовательских работ должны содержать математическое описание динамических свойств объекта управления.
Если эти математические зависимости неизвестны, то в задании на проектирование должны приводиться экспериментальные временные или частотные характеристики, снятые на опытных или аналогичных действующих установках, графически отражающие динамические свойства объекта по каждому из каналов управления (см. § 18.1).
Для АСУ ТП в составе технического задания на проектирование должны приводиться данные предпроектных разработок, определяющих основные принципы построения АСУ ТП: иерархию АСУ, ее структуру и функции, алгоритмы и т. п.;
м) техническая документация по типовым проектам и проектным решениям;
н) дополнительные данные и материалы, которые могут потребоваться исполнителю в процессе проектирования.
1.3. СТАДИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И СОСТАВ ПРОЕКТНОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ
В соответствии со СНиП 1.02.01-85 проектирование систем автоматизации технологических процессов выполняют в две стадии: проект и рабочая документация или в одну стадию: рабочий проект. В проекте разрабатывается следующая документация:
1) структурная схема управления и контроля (для сложных систем управления);
2) структурная схема комплекса технических средств (КТС);
3) структурные схемы комплексов средств автоматизации;
4) функциональные схемы автоматизации технологических процессов.
Для объектов с несложным технологическим процессом и простыми системами автоматизации допускается вместо функциональных схем автоматизации составлять перечни параметров контроля, регулирования, управления и сигнализации;
5) планы расположения щитов, пультов, средств вычислительной техники и т. д.;
6) заявочные ведомости приборов и средств автоматизации, средств вычислительной техники, электроаппаратуры, трубопроводной арматуры, щитов и пультов, основных монтажных материалов и изделий, нестандартизированного оборудования;
7) технические требования на разработку нестандартизированного оборудования;
8) локальная смета на монтажные работы, приобретение и монтаж технических средств систем автоматизации, составленные в порядке, установленном СНиП 1.02.01-85;
9) пояснительная записка;
10) задания генпроектировщику (смежным организациям или заказчику) на разработки, связанные с автоматизацией объекта:
а) на обеспечение средств автоматизации электроэнергией, сжатым воздухом, гидравлической энергией, теплоносителями, хладо- агентами (требуемых параметров); на теплоизоляцию трубных проводок и устройств;
б) на проектирование помещений систем автоматизации (для установки щитов, пультов, средств вычислительной техники, датчиков и т. д.), а также помещений для работы оперативного персонала, кабельных сооружений (туннелей, каналов, эстакад и т.
д.), проемов и закладных устройств в строительных конструкциях;
в) на обеспечение средствами производственной связи;
г) на размещение и установку на технологическом оборудовании и трубопроводах закладных устройств, первичных приборов, регулирующих и запорных органов и т. п.;
д) на устройства пожаротушения и пожарной сигнализации.
Перечисленные задания к проекту не прикладываются, а передаются генпроектировщику (заказчику) в процессе проектирования для согласования и исполнения. Копии заданий хранятся в деле проекта. На стадии рабочей документации разрабатываются :
1) структурная схема управления и контроля;
2) структурная схема комплекса технических средств;
3) структурные схемы комплексов средств автоматизации;
4) функциональные схемы автоматизации технологических процессов.
При двухстадийном проектировании структурные и функциональные схемы на стадии рабочей документации разрабатываются с учетом изменений технологической части или решений по автоматизации, принятых при утверждении проекта. В случае отсутствия таких изменений упомянутые чертежи включаются в состав рабочей документации без переработки;
5) принципиальные электрические, гидравлические и пневматические схемы контроля, автоматического регулирования, управления, сигнализации и питания;
6) общие виды щитов и пультов;
7) монтажные схемы щитов и пультов или таблицы для монтажа электрических и трубных проводок в щитах и пультах, выполненные по РМЗ-182 —83 (при изготовлении щитов промышленными предприятиями Минмонтажспецстроя СССР);
8) схемы внешних электрических и трубных проводок; при необходимости рекомендуется разрабатывать таблицы соединений и таблицы подключения в соответствии с РМ4-6-81, ч. 3;
9) кроссовые ведомости (таблицы подключения).
Допускается выполнять вместо кроссовых ведомостей монтажные схемы (схемы подключения) кроссовых шкафов для вычислительных (управляющих) комплексов, машин централизованного контроля и других технических средств;
10) планы расположения средств автоматизации, электрических и трубных проводок;
11) нетиповые чертежи установки средств автоматизации;
12) общие виды нестандартизированного оборудования[кроме сложного оборудования, по которому в составе проекта приведены задания генпроектировщику (технические требования) на его разработку] в объеме, необходимом для выполнения работ при реализации проекта;
13) пояснительная записка;
14) расчеты регулирующих дроссельных органов.
В рабочей документации даются таблицы исходных данных и результаты расчетов в виде приложений к пояснительной записке.
Тексты расчетов в состав проекта не включаются, а хранятся у исполнителя проекта и выдаются заказчику по его требованию. В рабочей документации целесообразно также давать расчеты по выбору регуляторов и определения примерных значений их параметров настройки при различных технологических режимах работы оборудования. В составе расчетных материалов необходимо приводить данные из задания на проектирование по результатам научно-исследовательских работ, знание которых полезно при производстве наладочных работ смонтированного объекта;
15) заказные спецификации приборов и средств автоматизации, средств вычислительной техники, электроаппаратуры, щитов и пультов, трубопроводной арматуры, кабелей и проводов, основных монтажных материалов и изделий (трубы, металлы, монтажные изделия), нестандартизированного оборудования;
16) перечень типовых чертежей на установку средств автоматизации (типовые чертежи к проекту не прикладываются);
17) уточненные задания генпроектировщику (смежным организациям или заказчику) на разработки, связанные с автоматизацией объекта; при отсутствии изменений и уточнений подтверждаются задания, выданные на стадии проекта.
В состав рабочего проекта при одностадийном проектировании входят:
Стадии проектирования и состав проектной документации
а) техническая документация, разрабатываемая в составе рабочей документации при двухстадийном проектировании;
б) локальная смета на оборудование и монтаж;
в) задания генпроектировщику (смежным организациям или заказчику) на работы, связанные с автоматизацией объекта.
В тех случаях, когда часть приборов и средств автоматизации, проводок между ними, локальных систем автоматизации поставляется комплектно с технологическим оборудованием, проектные материалы на них находят свое отражение в чертежах рабочей документации и заказных спецификациях в указанном выше объеме с соответствующей оговоркой об их комплектной поставке. Документация заводов-поставщиков должна быть переработана в соответствии с требованиями по проектированию систем автоматизации, ее оформлению и комплектации. Допускается функциональные схемы автоматизации совмещать с технологическими (монтажно-технологическими) схемами, разрабатываемыми в основных комплектах технологического проекта объекта. При этом такая совмещенная схема должна быть приложена к основному комплекту проекта автоматизации.
Принципиальные электрические, пневматические и гидравлические схемы контуров контроля и регулирования допускается не включать в состав основного комплекта рабочих чертежей, если взаимные связи приборов и аппаратуры, входящие в состав этих контуров, просты или однозначны и могут быть с достаточной полнотой отображены в других схемах. Например: цепи измерения электрические и пневматические на стандартных приборах без включения в них дополнительных неприборных устройств (резисторов, делителей, емкостей, катушек индуктивности и т. д.); термоэлектрический термометр — милливольтметр; термометр сопротивления — многоточечный мост; датчик ГСП — вторичный прибор; одноконтурные пневматические системы автоматического регулирования.
Вид документа для отображения направления и подключения электрических и трубных проводок (схема или таблицы) принимают, исходя из следующих рекомендаций: для трубных проводок предпочтительным документом является схема, для электрических — самостоятельные таблицы соединений и подключения; для сложных электрических соединений (например, для АСУ ТП), кроме таблиц соединений, необходимо выполнять упрощенную схему соединений, в которой отображается структура электрических связей.
Сведения, содержащиеся в таблице соединений (марки и длины кабелей, тип и номер вводного устройства и т. п.), на схеме соединений не приводят. Техническая документация комплектных технических средств автоматизации разрабатывается с учетом специфики примененных в рабочей документации конкретных комплектов. Состав этой документации определяется отраслевыми нормативными документами.
Так, для щитов и пультов систем автоматизации, изготавливаемых по ГОСТ 36.13 — 86 как продукция индивидуального изготовления, в состав документации включают:
общие виды составных и единичных щитов и пультов;
таблицы соединений и подключения единичных щитов и пультов;
спецификацию щитов и пультов.
Для комплектов технических средств операторских и диспетчерских помещений, в которые кроме щитов и пультов включаются защитовые конструкции (стойки, штативы, щиты зажимов и т. п.), а также электрические и трубные проводки (штатные кабели и трубы, несущие и опорные конструкции), в состав документации дополнительно включают:
план расположения технических средств в операторском помещении;
схемы (таблицы) соединений и подключения проводок операторского помещения;
спецификацию комплекта.
При применении в рабочей документации комплексов технических средств локальных информационно-управляющих систем (КТС ЛИУС), агрегатных пневматических комплексов («Режим» и др.), комплексов вычислительных средств в состав рабочей документации включают общие виды тех стоек и пультов, в которых набор конкретных составляющих элементов (блоков, модулей, мнемосхем) определяется характером управляемого технологического процесса или оборудования.
Для аппаратурных стоек общий вид может содержать только схему расположения блоков или модулей в стойке. Чертежи конструкций и деталей, предназначенных для установки приборов и средств автоматизации, могут не разрабатываться, если эти детали приведены в типовых чертежах установки технических средств автоматизации.