Chương 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ
1.5. Thiết bị kỹ thuật của hệ thống TĐH QTCN
1.5.2. Các ký hiệu trên sơ đồ chức năng của hệ thống tự động
Các ký hiệu trên sơ đồ mô tả hệ thống điều khiển quá trình cần dễ hiểu không những chỉ dành cho các kỹ sư của các chuyên ngành khác nhau đọc hiểu mà còn phải dành cho người khác nhau về ngôn ngữ. Tất cả các ký hiệu đều phải diễn tả đầy đủ và nhất quán nội dung của thiết kế. Trên thế giới nhiều cơ quan thiết kế của từng nước dùng các hệ thống ký hiệu khác nhau. Ở Nga thường dùng tiêu chuẩn OCT - 36 - 27 - 77, ở Mỹ dùng tiêu chuẩn ANSI/ISA S5. 1.
Những tiêu chuẩn này tuy có khác nhau một chút về một số ký tự nhưng về cơ bản giống nhau và được dùng ở nhiều nước trên thế giới (ngoài Nga, Mỹ còn có Anh, Nhật…)
1) Ký hiệu các thiết bị
Để biểu thị các phần tử là ngưồn tín hiệu (sơ cấp), trước đây người ta thường dùng các ký hiệu có hình dạng gần giống như các thiết bị thật hoặc có quy ước dễ nhận ra các thiết bị đó. Một số ký hiệu hình dạng nguồn tín hiệu sơ cấp của Nga thường dùng được dẫn ra bảng 1.2. Trong các bản vẽ của các nước khác nhau như Mỹ, Nhật, cũng nhiều khi dùng cách biểu thị tương tự.
Tuy nhiên hiện nay đối với các thiết bị sơ cấp (nguồn phát tín hiệu - đầu đo) và bên thứ cấp (các thiết bị hiển thị, xử lý và truyền tín hiệu v. v) người ta
ANSI/ISA S5. 1 (Mỹ), xem bảng 1.2, 1.3 và tiêu chuẩn OCT 36 - 27 - 77 (Nga) bảng 1.4. Trong đó, theo tiêu chuẩn ANSI/SA S5.1 các thiết bị được chia thành:
- Các thiết bị chỉ thị (tương tự, số)
- Các thiết bị chỉ thị và điều khiển (điểu chỉnh)
- Các thiết bị tính toán, thực hiện các chức năng hàm.
- Các thiết bị logic, PLC
Với mỗi loại thiết bị thì còn chỉ rõ vị trí đặt thiết bị như các thiết bị ở phòng điều khiển trung tâm, các thiết bị đặt cục bộ (trực tiếp ở nơi tiến hành quá trình công nghệ).
2) Ký hiệu các đường dẫn
Trong hệ thống có các đường dẫn tín hiệu và đường dẫn động lực (cung cấp năng lượng). Quy ước về các đường dẫn cũng xem phụ lục 2
Trong các bản vẽ của hệ Mỹ, Anh người ta còn dùng các chữ viết tắt sau AS cung cấp không khí (air supply)
ES cung cấp điện (electric supply) GS cung cấp khí (gas supply)
HS cung cấp thủy lực (hydraulic supply) NS cung cấp khi Nitơ (nitrogen supply) SS cung cấp hơi nước (steam supply) WS cung cấp nước (water supply)
Các thông số của đường động lực có thể viết thêm vào bên cạnh, ví dụ ES 24DC có nghĩa là đường cấp điện một chiều 24V, AS 100 có nghĩa là đường cấp không khí có áp suất 100 PSI (6, 83 bars)
3) Ký hiệu chỉ các đại lượng và chức năng
Trong hình biểu thị các thiết bị, nửa trên được ghi các ký tự chỉ các đại lượng và chức năng là một dãy có tối đa 5 ký tự. Ý nghĩa và cách sử dụng, các ký tự được trình bày như sau:
- Ký tự thứ nhất ghi đại lượng cần đo hoặc điều chỉnh. Ví dụ:
T – nhiệt độ E – điệp áp F - lưu lượng I – dòng điện P – áp suất
…
- Ký tự thứ hai ghi rõ hơn về đại lượng đo. Ví dụ:
D – đo hiệu áp( khi đo áp suất) F – đo tỷ lệ ( tỷ số lưu lượng) …
- Ký tự thứ ba, thứ tư, thứ năm ghi các tính năng công tác của thiết bị theo các thứ tự I R C S A:
I – tính năng chỉ thị (indicate) R – tính năng tự ghi (record)
C – tính năng điều khiển, điều chỉnh (control) S – tính năng chuyển mạch, quét (switch, scan) A – báo động (alarm)
Các thiết bị có thể có nhiều tính năng nhưng chỉ cần ghi các tính năng được sử dụng trong sơ đồ đang xét. Nếu không có ký tự thứ hai thì ở vị trí này sẽ ko ghi các ký tự thứ ba, tư, năm (không sợ lẫn vì các ký tự thứ hai không trùng với các ký tự sau)
Ngoài ra còn các tính năng bổ xung khác, nếu cần có thể ghi vào chỗ các ký tự thứ ba, tư, năm nếu còn chỗ, theo trình tự ưu tiên:
E – Cảm biến sơ cấp (sensor: primary element) T – Truyền tín hiệu (transmit)
K – Trạm điều khiển (control station)
Y – Bộ biến đổi, tính toán (convert, compute)
Bên cạnh các hình biểu thị các thiết bị và các ký tự nói trên, còn sử dụng thêm các ký hiệu khác nhau:
Các ký hiệu chức năng, hàm:
1-0 hoặc ON - OFF (đóng, ngắt)
hoặc ADD (tổng đại số)
hoặc DIFF (hiệu số)
(độ lệch)
AVG (average - lấy trung bình)
% hoặc ví dụ 1;3 (lượng vào: lượng ra – độ khuếch đại) 2: 1 (độ suy giảm)
(nhân)
(chia)
x” hoặc x1/n (lấy lũy thừa)
> hoặc HIGHEST (lấy giá trị cao nhất của thông số đo)
< hoặc LOWEST (lấy giá trị thấp nhất của thông số đo) REV (reverse – nghịch đảo)
Các chuyển đổi:
Đại lượng vào/đại lương ra. Ví dụ E/P, P/I v. v E – điện áp
H – thủy lực I – dòng điện
O – điện từ hoặc âm thanh P – khí nén
R – điện trở
A/D – analog/digital D/A - digital/analog
- tích phân (theo thời gian) D hoặc d/dt – vi phân
4) Một số ví dụ về sơ đồ tự động hóa QTCN
PIC 211
PT 211
PY 210 AS
P
PVC 211
LIN - FC SP
AO - 21 PAH
dP/dt
C#2 (PI)
0 – 300#
ẵ’’
AI - 17
Hình 1.14. Biểu thị một mạch điều chỉnh áp suất
Trên hình 1.14 là một mạch điều chỉnh áp suất. PT thiết bị đo áp suất, có tính
khiển này trong thiết kế, chỉ ra rằng đó là mạch thiết bị thứ 11 trong lưu đồ 2.
Trên sơ đồ mạch, ta thấy dụng cụ này được nối với ống dẫn bằng một van với ống đường kính 0,5 inch (13mm). Lượng vào có áp suất 0 - 300 PSI và được chuyển đổi thành tín hiệu điện 4 - 20 mA DC. Tín hiệu này được nhận vào kênh của hệ điều khiển phân cấp ở bộ dồn kênh (multiplexer), được ký hiệu là tín hiệu vào AI - 17 (Analog input số17) và được đưa vào bộ điều khiển PIC - 211 (P - pressure), I - indicate, C - controller). Bộ điều chỉnh này theo luât PI đặt ở giá đỡ 2 (C#2), Giá trị đặt SP (set-point) được đưa từ máy tính của hệ phân cấp. Hệ điều khiển phân cấp còn được đặt thiết bị báo động khi áp suất tăng quá cao PAH (P - pressure, A - alarm, H - high, dP/dt - tốc độ tăng áp suất). Tín hiệu ra được ký hiệu AO - 21 (Analog output #21). Đó là tín hiệu điện 4 - 20 mA DC, được đưa đến bộ chuyển đổi dòng điên - áp suất khí nén PY - 210 để khống chế van điều chỉnh PCV - 211 (P - pressure, C - control, V - valve). Đây là van khí nén, tuyến tính (LIN - linear), khi mất tín hiệu thì tự đóng lại (FC - fail - closed) và có thiết bị báo vị trí (P - positioner). Ký tự AS là cung cấp khí nén.
Trên hình 1.15 trình bày một hệ điều chỉnh ở thiết bị trao đổi nhiệt. Dòng dịch thể cần điều chỉnh nhiệt độ được dẫn vào chùm ống và phía ngoài được bao bởi đường ống khác mang dịch thể cho nhiệt, (nếu nung nóng) hoặc lấy nhiệt (nếu làm nguội). Lưu lượng vào được đo và truyền tín hiệu bởi thiết bị FT - 1 (F - flow, T - transmit). Tín hiệu này được dẫn đến bộ khi căn FY - 1 (F - flow, Y - tính toán, chuyển đổi, có ký tự khai căn ) và được ghi bằng máy ghi FR - 1.
Áp suất của dịch thể được đo bằng thiết bị PT - 2, truyền tín hiệu đến máy ghi PR - 2. Ở đây dùng một máy ghi 2 kim để ghi lưu lượng và áp suất nên 2 ký hiệu
FR 1
PR 1
FT FY 1
PT
TRC
TSL 3 TAL
3 TV3
Dịch thể cho (lấy) nhiệt
Dịch thể cần gia nhiệt
Hình1.15. Biểu thị một hệ đo và điều chỉnh nhiệt độ của thiết bị trao đổi nhiệt
Nhiệt độ đầu ra của dịch thể được đo bằng nhiệt kế điện trở RTD nối với thiết bị tự ghi và điều chỉnh nhiệt độ TRC - 3. đặt trên bảng điều khiển trung tâm. Tín hiệu điện từ thiết bị này một mặt đưa đến bộ chấp hành kiểu điện - thủy lực, điều khiển van bi TV - 3, mặt khác được đưa đến thiết bị báo động khi nhiệt độ xuống đến giới hạn thấp TAL - 3 qua bộ chuyển mạch TSL - 3 (T - temperature, A - alam, L - low, S - switch)
Bảng 1.1. Biểu thị các thiết bị trên sơ đồ tự động hóa.
Thiết bị Đặt ở phòng điều khiển
trung tâm Đặt cục bộ tại thiết bị công nghệ
Người thao tác tiếp xúc trực tiếp
Sau bảng điện, người thao tác không tiếp trực
tiếp
Người thao tác tiếp xúc trực tiếp
Sau bảng điện, người thao tác không tiếp trực
tiếp
Đặt tại chỗ
Riêng lẻ
Hiển thị, điều khiển
Thực hiện các chức năng tính
toán PLC
Đo 2 đại lượng hoặc 1
dại lượng nhưng nhiều
chức năng
Bảng 1.2. Biểu thị các đường dẫn trong sơ đồ tự động hóa
Đường dẫn Quy ước vẽ - Có thể dùng
các ký hiệu để ghi ngưồn cung cấp như đã trình bày ở trên.
- Có thể thêm các mức năng lượng cung cấp đến các thiết bị
Tín hiệu chưa xác định Đường tín hiệu nối với quá trình, nối với cơ học Tín hiệu khí nén
Tín hiệu điện
ống điền dịch thể, (mao dẫn)
Tín hiệu thuỷ lực
Tín hiệu điện từ hoặc âm thanh(có đường dẫn) Tín hiệu điện từ hoặc âm thanh (không có đường dẫn)
Hệ thống nối nội bộ Nối cơ học
Bảng 1.3. Các ký tự quy ước theo chuẩn Mỹ ANSI/ISA S5. 1.
Ký tự Đại lượng đo Các chức năng, tính năng
ý nghĩa của các ký tự
Ký tự cơ bản (1)
Ký tự bổ xung
(2)
Tính năng đại lượng
(3)
Chức năng đại
lượng (4)
Chức năng bổ xung
(5)
A Phân tích Báo hiệu, báo
liệu
C Tuỳ chọn Điều
khiển, điều chỉnh
D Tuỳ chọn Hiệu số,
độ chênh áp
E Điện áp Cảm biến,
chuyển đổi sơ cấp F Lưu lượng Tỉ lệ, tỉ số
G Tuỳ chọn Thiết bị quan
sát được bằng mắt H Điều khiển, tác
động bằng tay
Giới hạn đo trên
I Dòng điện Chỉ thị
J Công suất Quét
K Thời gian, thời hạn
Trạm điều khiển
L Mức Báo hiệu ánh
sáng
Giới hạn đo dưới
M Tuỳ chọn Ngắn hạn,
tức thời
Giá trị trung bình
của đại lượng đo
N Tuỳ chọn Tuỳ chọn Tuỳ chọn Tuỳ chọn
O Tuỳ chọn Lỗ thu hẹp,
tấm chắn đục lỗ P áp suất, chân
không
Thử (test) , nối (connection)
Q Số lượng Tích
phân, tổng ghi
R Phóng xạ Tự ghi
S Tốc độ, tần số Chuyển mạch
T Nhiệt độ Truyền tín hiệu
U Nhiều biến số Đa chức năng Đa chức
năng
Đa chức năng
V Chấn động,
phân tích cơ học
Vàn, thiết bị giảm chấn, cửa
xếp
W Trọng lượng,
lực
X Không phân
loại, dự trữ
Trục X Không phân loại
Không phân loại
Không phân loại Y Sự kiện, trạng
thái, hiện trạng
Trục Y Rơ le, tính
toán, chuyển đổi
Bảng 1.4. Các ký tự quy ước theo chuẩn của Nga OCT 36 - 27 – 77
Ký tự Đại lượng đo Các chức năng, tính năng ý nghĩa
của các ký tự
Ký tự cơ bản
(1)
Ký tự bổ xung
(2)
Tính năng đại lượng
(3)
Chức năng đại lượng
(4)
Chức năng bổ xung
(5)
A
Báo hiệu, báo động C
Điều khiển, điều chỉnh D Mật độ Hiệu số, độ
chênh áp
E
Đại lượng điện bất kỳ
Biến đổi sơ cấp (cảm
biến) F Lưu lượng Tỉ lệ, tỉ số
G
Kích thước, vị trí, độ chuyển dịch
Thiết bị quan sát được bằng
mắt Điều khiển,
bằng tay
I Chỉ thị
J
Tự động chuyển
mạch K
Thời gian, chương trình theo thời gian
Trạm điều khiển
L Mức Giới hạn
đo dưới
M Độ ẩm
Giá trị trung bình
của đại lượng đo P áp suất, độ
chân không Q
Chất lượng:
thành phần, hàm lượng
R Phóng xạ Tự ghi
S Tốc độ, tần số
Đóng, ngắt, chuyển mạch, quét T Nhiệt độ
Truyền tín hiệu (truyền xa) U
Một vài đại lượng khác(tuỳ
chọn)
V Độ nhớt
W Khối lượng X Ký tự dự trữ
Y Ký tự dự trữ
Chuyển đổi, chức năng tính
toán.