Гибкий.ру Что такое функциональная схема?
Прежде чем разбираться с главным понятием данной статьи, которым является схема автоматизации, стоит обратить внимание на то, что чаще всего к этому названию добавляется еще и прилагательное «функциональная». Но это ничего не проясняет – все становится только еще более запутанным.
Что такое функциональная схема? Так называется документ, который создан для того, чтобы разъяснять и в деталях описывать определенные процессы, протекающие в отдельно взятом блоке или на конкретном участке. Таким образом, можно смело сделать вывод, что схема автоматизации в данном случае будет представлять собой пояснение (частично даже наглядное) для процесса автоматизации на каком-либо конкретном предприятии.
Что изображается на схеме?
Функциональная схема автоматизации – это не детальное изображение всех элементов производства и коммуникации между ними. Во-первых, стоит отметить, что абсолютно все элементы отображаются на схеме условно, то есть они не соответствуют тому, как выглядят в реальности.
Во-вторых, масштаб не соблюдается, так что схема не имеет ничего общего с тем, как все оборудование расположено в реальных пропорциях и соотношениях. Чтобы разобраться с данной схемой, вам нужно понять, что это лишь условная зарисовка, которая дает смотрящему представление о том, как именно функционируют элементы производственного процесса, а также как они будут при этом взаимодействовать с системой автоматизации.
Функциональная схема автоматизации, в принципе, имеет общепринятый формат, так что большинство обозначений являются стандартизированными. К примеру, по ГОСТу необходимо изображать оборудование и коммуникации тонкими линиями, в то время как технологические потоки обозначаются более жирными. Существует большое количество различных обозначений, и? чтобы узнать их все, вам придется ознакомиться с ГОСТом.
Буквенные обозначения
Одним из важнейших моментов в вопросах схем автоматизации, независимо от того, функциональная ли это таблица или принципиальная схема автоматизации, являются буквенные обозначения. Они играют очень большую роль и несут в себе внушительный объем смысловой нагрузки, поэтому вам определенно стоит изучить то, что может обозначать та или иная буква, которая будет написана в определенных условиях.
В первую очередь обратите внимание на то, что одна и та же буква может иметь несколько значений. Например, она может использоваться для обозначения измеряемой величины и одновременно функционального признака прибора. Да, большинство букв имеют какое-либо одно из двух описанных выше обозначений.
Например, «A» обозначает сигнализацию, а «E» указывает на электрическую величину. Но есть и такие буквы, которые могут описывать как один, так и другой раздел. Например, «H» – это может быть и ручное воздействие, и верхний предел измеряемой величины.
Более того, некоторые буквы указывают только на измеряемую величину, но при этом все равно могут принимать два значения – основное и дополнительное. Если говорить более точно, то это может быть основное обозначение измеряемой величины и дополнительное, которое уточняет измеряемую величину.
Чтобы вам было понятнее, можно привести пример с буквой «D». Основная величина, которую она обозначает на таких чертежах – это плотность. Но при этом она также может иметь и дополнительное обозначение для другой величины. В данной форме она будет указывать разность или перепад.
Графические изображения средств автоматизации
Функциональная схема автоматизации процесса может включать в себя огромное количество обозначений, однако есть те, которые вы там увидите довольно часто. Речь идет об обозначениях, которые привязываются к конкретным средствам и приборам автоматизации, широко используемым в современных системах.
Естественно, их видов существует просто огромное количество и сейчас нет смысла перечислять их все. Но вы можете представить себе несколько основных, таких как первичный измерительный преобразователь, который изображается крайне просто – с помощью круга.
Если же вы видите круг, от которого отходит прямая линия вниз, то это значит, что перед вами исполнительный механизм – но это только лишь общее обозначение. Существует несколько видов исполнительных механизмов, и у каждого из них условное обозначение преобразовывается дополнительными элементами, например, стрелочкой на конце прямой линий с одой из сторон, двумя короткими прямыми линиями, перечеркивающими перпендикулярно одну длинную прямую, буквой в центре круга и так далее.
Регулирующий орган обозначается в виде своего рода «бантика» – двух треугольников, которые соприкасаются одной из вершин. Также стоит отметить и отборное устройство, которое не имеет постоянно подключенного к нему прибора. Оно обозначается полукругом с отходящей от него прямой линией вверх.
Два метода создания схем
Схемы систем автоматизации могут иметь два метода обозначения, и это очень важный момент. Они сильно влияют на то, как именно в дальнейшем будет составляться целая схема. Итак, метод может быть упрощенным и развернутым. В первом случае схема является упрощенной до минимума.
Конкретно это выражается в том, что все средства автоматизации, входящие в план, изображаются одинаково, то есть для них нет конкретных условных обозначений. Что касается второго метода, то здесь все уже гораздо сложнее и разнообразней. Каждое средство автоматизации наносится на схему своим собственным обозначением, которое, естественно, записывается в отдельную таблицу, о которой речь уже шла выше.
Широко применяются оба подхода, просто каждый из них используется в зависимости от ситуации. В некоторых случаях гораздо удобнее сделать набросок, в котором будут обозначены все средства автоматизации в качестве одного элемента. Это позволит иметь представление о системе в целом.
Но иногда гораздо важнее бывает глубокое понимание процесса автоматизации, поэтому каждая деталь схемы вырисовывается отдельно. Однако стоит напомнить, что даже в этом случае масштаб не соблюдается. По каждому виду схем вполне может проводиться полноценная автоматизация.
Изменения за последние годы
Само собой разумеется, что у всего имеется свой стандарт. Имеется он и у такого понятия, как схема автоматизации: ГОСТ. Но стоит понимать, что стандарты не стоят на месте, и особенно это касается таких высокотехнологических процессов. За последнее десятилетие очень сильно изменился набор технических средств, используемых в процессе автоматизации, поэтому сильно изменились и стандарты.
Теперь автоматизированные системы основываются на современных супермощных компьютерах, способных продемонстрировать гораздо более внушительную вычислительную мощность, чем те же десять лет назад. Именно поэтому сейчас стали доступных гораздо более обширные функции для автоматизированных систем, включающие в себя сохранение результатов за любой период времени, вывод информации в любой момент в удобной форме, создание специальных детальных мнемосхем, которые позволяли бы использовать любые параметры для невероятно точного управления практически всеми возможными системами.
Сейчас контролеры стали гораздо более емкими, они могут размещаться как в специализированных помещениях в непосредственной близости к автоматизированной системе, так и на удаленном расстоянии, что позволяет использовать гораздо более гибкую систему контроля.
Таким образом, вы можете легко себе представить, как сильно будет отличаться от документа десятилетней давности современная схема автоматизации. ГОСТ 2006 года будет уже абсолютно не актуален на сегодняшний день, собственно говоря, как и сами автоматизированные системы, которые сейчас можно заменить гораздо более эффективными.
Изображения на функциональных схемах
Отличие функциональной схемы от структурной заключается в более подробном описании функций имеющихся элементов, деталей и частей. Представленная графика выполняется таким образом, чтобы она наглядно демонстрировала последовательность всех происходящих процессов. Для отображения составляющих применяется совмещенный или разнесенный способы.
Все изображения, представляемые на функциональных схемах, разделяются на несколько категорий:
- Функциональные группы соответствуют условным обозначениям, используемым в принципиальных схемах. Если же применяется изображение в виде прямоугольника, в этом случае наносится наименование данной группы.
- Каждому элементу или отдельной детали присваивается условное графическое обозначение в виде буквенно-цифровых символов, аналогичное принципиальным схемам.
- Устройства, изображенные в виде прямоугольника, должны совпадать с позиционным обозначением, присвоенным на принципиальной схеме. Маркировка состоит из наименования и типа или документа, регламентирующего использование данного устройства. Эта информация располагается внутри прямоугольника. Подобные документы могут указываться и для устройств, представленных условными графическими обозначениями. Какие-либо сокращения и прочие условные наименования наносятся на поля схемы возле прямоугольника.
Информационные связи между элементами системы с внешней средой
В разделе приводится модель в нотации IDEF0, отражающая информационные связи между элементами (подсистемами) информационной системы и внешней средой.
На приведенной ниже диаграмме IDEF0 представлена модель, отражающая информационные связи между элементами (подсистемами) информационной системы и внешней средой. Назначением использования диаграммы IDEF0 служит визуальное отображение потоков данных между подсистемами и поток взаимодействия с внешними, относительно Системы, элементами.
В границы охвата модели входят все подсистемы информационной системы, представленные функциональными блоками.
Основными объектами модели являются:
- Функциональные блоки
. Отражают название функциональных подсистем. - Стрелки управления
(сверху функционального блока). Отражают команды (запросы от пользователей или других подсистем) и инструкции, влияющие на работу подсистемы. - Стрелки входа
(слева от функционального блока). Отражают входящие потоки данных из внешней среды или другой подсистемы. - Стрелки выхода
(справа от функционального блока). Отражают исходящие потоки (результаты работы подсистемы) данных во внешнюю среду (пользователям и администраторам) или в другую подсистему. - Стрелки исполняющего механизма
(снизу функционального блока). Отражают средства (программное обеспечение, людские ресурсы), которые используются при работе подсистемы.
Как выглядит схема автоматизации?
Ни для кого не секрет, что подобная схема является одним из самых важных документов для проектирования автоматизации предприятия, цеха или любой другой единицы производства. На ней в мельчайших деталях описано абсолютно все, что будет включать в себя автоматизация, в том числе технологическое оборудование, органы управления этим оборудованием, коммуникации и связи между элементами и так далее.
Также очень важно помнить, какое большое значение имеют обозначения на схемах автоматизации – именно они и превращают обычный документ в емкую и четкую схему. Одного взгляда на нее достаточно, чтобы в общем оценить весь процесс автоматизации и понять, что и как будет реализовываться.
Обозначения на схемах автоматизации должны быть максимально четкими, потому что на основании такого чертежа будут разрабатываться уже другие соответствующие документы, которыми будут пользоваться в дальнейшем. Таким образом, данная схема, как вы уже поняли, является одним из наиболее важных элементов всего процесса автоматизации, и ее выполнение должно быть на высочайшем уровне – вплоть до мельчайших деталей.
Как правильно создать функциональную схему
На данных схемах отображаются детали, элементы и даже целые группы, оказывающие непосредственное влияние на работоспособность электрического устройства, выполнение им своих функций.
Каждая функциональная электрическая схема выполняется по установленным правилам:
- Для отображения функциональных частей и связей между ними применяются специальные условно-графические изображения, определяемые стандартами ЕСКД. Как правило, большинство функциональных частей на этих схемах представляют собой обычные прямоугольники.
- Графически схема строится таким образом, чтобы наглядно продемонстрировать последовательность иллюстрируемых процессов. Для отображение деталей и элементов используются совмещенный или разнесенный способы.
- Совмещенный способ предполагает изображение составных частей, расположенных непосредственно возле друг друга.
- При использовании разнесенного способа все детали и составные части наносятся в разных местах, чтобы создать более наглядное представление об отдельных цепях устройства.
При составлении схем чаще всего используется строчный способ. Графические значки деталей, составляющих единую цепь, отображаются по прямой линии, с последовательным, поочередным расположением друг за другом. Две или несколько цепей, расположенные рядом, прорисовываются параллельно, в виде вертикальных или горизонтальных строк.
При использовании разнесенного способа, на свободных местах схемы могут размещаться графические изображения элементов или деталей, выполненных совмещенным способом. Отдельные детали, используемые в устройстве лишь частично, отображаются полностью. При этом, отдельно указываются как использованные, так и не использованные части.
Однотипные приборы
Схемы автоматизации процессов могут быть очень многочисленными. В зависимости от того, какое количество оборудования входит в план, какое число цехов и отделений составляют единое целое, стоит задуматься об оптимизации процесса планирования. И самое первое правило касается однотипных приборов.
Дело в том, что обычно схема включает в себя большое количество элементов, так как различные отделы требуют разного подхода. Однако если случается так, что имеются однотипные приборы или элементы, то их можно описывать одной схемой, давая на нее ссылку в других источниках.
Допустим, у вас имеется пять одинаковых приборов, которые вам необходимо отобразить в пояснительном документе. Если они действительно одинаковы, используют тот же самый принцип автоматизации. То есть вы можете создать схему для первого из этих приборов, после чего указать, что эта же схема применима и для остальных четырех приборов.
Схемы автоматизации функциональные схемы автоматизации фса
Схемы автоматизации
Функциональные схемы автоматизации (ФСА)
Функциональные схемы автоматизации 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. ГОСТ 21. 208 -2022 Автоматизация технологических процессов. Обозначения условные
Функциональные схемы автоматизации Задачи, решаемые при разработке ФСА технологических процессов: • получение первичной информации о состоянии технологического процесса и оборудования; • непосредственное воздействие на технологический процесс для управления им; • стабилизация технологических параметров процесса; • контроль и регистрация технологических параметров процесса и состояния технологического оборудования.
Функциональные схемы автоматизации Представляет собой чертеж, на котором условными обозначениями совмещены и изображены два «слоя» : • технологический – объекты управления и связывающие их коммуникационные потоки. • автоматизации – средства автоматизации с указанием связей между ними и технологическим оборудованием, а также связей между отдельными элементами автоматики. Формируется на основе структурной схемы САУ.
Функциональные схемы автоматизации Основные условные изображения приборов и средств автоматизации приведены в ГОСТ 21. 404. – 85
Функциональные схемы автоматизации
Графические обозначения Первичный измерительный преобразователь (датчик), прибор (контролирующий, регулирующий): • прибор, устанавливаемый вне щита (по месту); • прибор, устанавливаемый на щите, пульте.
Графические обозначения Исполнительный механизм: • общее обозначение • с дополнительным ручным приводом: Н
Графические обозначения Исполнительный механизм, который при прекращении подачи энергии или управляющего сигнала: • открывает регулирующий орган; • закрывает регулирующий орган; • оставляет регулирующий орган в неизменном положении.
Графические обозначения Линия связи: • общее обозначение; • пересечение линий связи без соединения друг с другом; • пересечение линий связи с соединением между собой.
Графические обозначения Для всех постоянно подключенных приборов, соединяющей технологический трубопровод или аппарат с прибором. При необходимости указания конкретного места расположения его обозначают кружком диаметром 2 мм
Графические обозначения Толщина линий должна быть следующей: • линии контуров агрегатов – 0, 2– 0, 5 мм; • линии трубопроводов – 0, 5– 1, 5 мм; • обозначение приборов и средств автоматизации – 0, 5– 0, 6 мм; • линии связи – 0, 2– 0, 3 мм; • линии прямоугольников, изображающих щиты и пульты – 0, 5– 1, 0 мм; • линии выносок – 0, 2– 0, 3 мм. Размеры букв и цифр выбирают следующие: • 1) для позиционных обозначений 3, 5 мм; • 2) для пояснительного текста и надписей – 3, 5 – 5, 0 мм.
Принцип построения условного обозначения 1 2 3 4 5 6 P D I R C S 2 а – буквенное обозначение прибора – место для нанесения позиции прибора 1 – обозначение основной измеряемой величины; 2 – обозначение, уточняющее (если это необходимо), основную измеряемую величину; 3, 4, 5, 6 – обозначение функционального признака прибора.
Основное обозначение измеряемой величины D – Плотность E – Электрическая величина F – Расход G – Размер, положение, перемещение H – Ручное воздействие K – Время, временная программа L – Уровень M – Влажность P – Давление, вакуум Q – Величина, характеризующая качество: состав, концентрация и т. п. • R – Радиоактивность • S – Скорость, частота • • •
Основное обозначение измеряемой величины • • T – Температура U – Несколько разнородных величин V – Вязкость W – Масса Примечания: O 2 Остальные буквы латинского алфавита являются QI резервными. X – нерекомендуемая резервная буква. При необходимости конкретизации измеряемой величины справа от графического обозначения прибора допускается указывать наименование или символ этой величины.
Дополнительное обозначение, уточняющее измеряемую величину • D – Разность, перепад • F – Соотношение, доля, дробь • J – Автоматическое переключение, обегание • Q – Интегрирование, суммирование по времени Примечание: Остальные буквы латинского алфавита не используются. Для устройств с ручным приводом H всегда идет вначале.
Функциональный признак прибора Если их несколько, то порядок обозначений следующий: I R C S A I – Отображение информации: Показание R – Отображение информации: Регистрация C – Формирование выходного сигнала: Автоматическое регулирование, управление S – Формирование выходного сигнала: Включение, отключение, переключение, блокировка A – Отображение информации: Сигнализация
Функциональный признак прибора Предельные значения измеряемых величин, по которым осуществляется (например, включение, отключение, блокировка, сигнализация): Н – Верхний предел измеряемой величины L – Нижний предел измеряемой величины H LIА L Прибор для измерения уровня с индикацией, установленный по месту, с сигнализацией верхнего и нижнего уровня
Дополнительные буквенные обозначения, отражающие функциональные признаки приборов • E – Чувствительный элемент • T – Дистанционная передача • K – Станция управления • Y – Преобразование, вычислительные функции • Примечание: Сначала основное обозначение прибора, затем одна из дополнительных букв: E, T, K или Y.
Дополнительные буквенные обозначения, применяемые для построения преобразователей сигналов, вычислительных устройств Примечание: наносят справа от графического обозначения прибора. 1. Род энергии сигнала: • E – электрический • P – пневматический • G – гидравлический 2. Виды форм сигнала: • A – аналоговый • D – дискретный
Дополнительные буквенные обозначения, применяемые для построения преобразователей сигналов, вычислительных устройств 3. Операции, выполняемые вычислительным устройством: • ∑ – суммирование • k – умножение сигнала на постоянный коэффициент k • × – перемножение двух и более сигналов друг на друга • : – деление сигналов друг на друга • fn – возведение величины сигнала f в степень n
Дополнительные буквенные обозначения, применяемые для построения преобразователей сигналов, вычислительных устройств
Дополнительные буквенные обозначения, применяемые для построения преобразователей сигналов, вычислительных устройств 4. Связь с вычислительным комплексом: • Bi – передача сигнала на ЭВМ • B 0 – вывод информации с ЭВМ
Измеряемая величина: DEFGHKLMPQRSTUVW Уточнение измеряемой величины: DFJQ Функционал (строго в данном порядке): IRCSA Доп. функционал: ETKY
Функциональные схемы автоматизации Размещение изображений приборов и средств автоматизации:
Приборы и средства автоматизации однотипны, и контролируемые параметры имеют одинаковые значения
Приборы и средства автоматизации однотипны, но контролируемые параметры имеют разные значения
Схема включения многоточечного прибора для однотипных технологических объектов
Приборы и средства автоматизации, встраиваемые в технологическое оборудование и коммуникации или механически связанные с ним, на схеме изображают в непосредственной близости к технологическому оборудованию. Функциональные схемы САУ расхода жидкости (газа)
Обозначение промышленных контроллеров и рабочих станций SCADA-систем Промышленные контроллеры (PLC) и операторские станции SCADA-систем (системы диспетчерского управления) изображают с помощью прямоугольников. Их располагают в нижней части поля схемы в одном или нескольких горизонтальных рядах с указанием в каждом прямоугольнике соответствующего наименования. При этом прямоугольник, делят горизонтальными линиями на части, число которых соответствует количеству блоков (модулей) или функций.
Обозначение промышленных контроллеров и рабочих станций SCADA-систем Для промышленного контроллера таким делением является наличие аналоговых (Analog) и дискретных (Discrete) модулей ввода (Input) и вывода (Output), таким образом возможны следующие варианты: • AI (аналоговый ввод); • AO (аналоговый вывод); • DI (дискретный ввод); • DO (дискретный вывод). Взаимосвязь между модулями ввода и вывода (обратную связь) показывают условной штрихпунктирной линией.
Примеры схем контроля и регулирования температуры Индикация и регистрация температуры 1 а – термоэлектрический преобразователь (ТХК – 0515) 1 б – электронный потенциометр (КСП-4)
Примеры схем контроля и регулирования температуры Индикация и регулирование температуры с помощью пневматического регулятора 1 а – термоэлектрический преобразователь (ТХА -0515) 1 б – токовый преобразователь (КСП-4) 1 в – электропневмопреобр. , марка ЭПП-63 1 г – пневматический ПИрегулятор ПР 3. 31
Примеры схем контроля и регулирования температуры Индикация и регистрация температуры использованием многоточечного прибора 1 а-1 в – термопреобразователи сопротивления (ТСП – 6097) 1 г –электронный мост КСМ 4
Примеры схем контроля и регулирования температуры Индикация и регистрация температуры использованием многоточечного прибора 1 а-1 в – термопреобразователи сопротивления (ТСП – 6097) 1 г – переключатель ручной 1 д –милливольтметр
Примеры схем контроля и регулирования давления Индикация давления 210 -1 Манометр пружинный ОБМ 1 -160
Примеры схем контроля и регулирования давления Сигнализация давления 202 -1 Пневматический первичный преобразователь давления марка МС-П-2 202 -2 Электроконтактный манометр с сигнальной лампой ЭКМ-1 202 -3 Лампа сигнальная Л-1
Примеры схем контроля и регулирования давления Индикация, регистрация и регулирование давления 203 -1 Пневматический первичный преобразователь давления марка МС-П-2 203 -2 пневматический вторичный прибор на 3 параметра со станцией управления марка ПВ 10. 1 Э 203 -3 Пневматический ПИрегулятор ПР 3. 31 203 -4 Регулирующий клапан
Примеры схем контроля и регулирования расхода и уровня Многоконтурное регулирование расхода с коррекцией по уровню
Таблицы с условными обозначениями
Казалось бы, такая мелочь, как условные обозначения схем автоматизации, должна выполняться в относительно свободном порядке, однако на самом деле все далеко не так, и это очень жестко контролируется. Вам необходимо создать отдельную таблицу для условных обозначений, в которой будет два столбца – в одном будет содержаться наименование конкретного прибора, определенной коммуникации и так далее, а в другом будет изображено непосредственно само условное обозначение.
Конечно, вы можете придумывать собственные условные обозначения, но здесь, опять же, существуют свои нормы, которых обычно все придерживаются. То есть нет каких-либо конкретных обозначений, например, для соединения трубопроводов или их пересечения, однако в большинстве случаев принято изображать их в качестве совмещающихся друг с другом линий, а также с помощью одной сплошной и другой прерывистой или же с помощью двух линий, одна из которых совершает полукруглый изгиб в месте пересечения.
Цифры на схеме
Пока что речь шла исключительно о графических обозначениях, которые вы можете обнаружить на функциональной схеме автоматизации, а также мы поговорили о буквах, которые можно и нужно использовать на этих схемах. Однако не стоит забывать о том, что цифры также могут быть использованы при составлении подобного чертежа.
Вам стоит понимать, что на функциональной схеме должно быть отмечено абсолютно все, и чем больше способов обозначения имеется, тем лучше и тем более понятной выйдет схема. Поэтому вам обязательно стоит использовать цифры, так как их преимуществом является тот факт, что за ними не закреплено никаких значений.
В качестве примера можно привести схему автоматизации трубопровода. Цифрами на ней можно обозначить все вещества, которые протекают по определенным отрезкам труб. Цифра 1 – это вода, цифра 2 – пар, 3 – воздух и так далее. Естественно, у каждой схемы имеется своя специализация, поэтому данные обозначения являются только лишь примером. Вы можете свободно выбирать, как именно обозначать тот или иной элемент вашей схемы при помощи цифр.
В итоге можно сказать, что автоматизация – это очень важный и распространенный на сегодняшний день процесс, который играет очень серьезную роль в развитии промышленности, в производстве и вообще в любой сфере деятельности. Так что составление грамотной и точной функциональной схемы автоматизации – это также очень полезный навык, поскольку благодаря подобным документам процесс автоматизации проводится гораздо быстрее и эффективнее.