Проектирование САР технологических процессов

 
 

 
 
 
 
 
 
 
 

Кафедра электроэнергетики электрооборудования 

 
 
 
 
 
 
 
 

ПРОЕКТИРОВАНИЕ САР  

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ  ПРОЦЕССОВ 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

Санкт-Петербург 

2017 

Министерство сельского 
хозяйства РФ

УДК 681.5 
Проектирование САР технологических процессов: учебное 
пособие / Л.А. Пигарев, энергетический  факультет, каф. «Электроэнергетики и электрооборудования». СПб.:СПбГАУ. −2017. 
– 198 с. 
 

Рецензенты:  
Доктор 
технических 
наук, 
профессор 
кафедры  

«Электроэнергетики  и электрооборудования» А.П. Епифанов.   

Доктор 
технических 
наук, 
профессор 
кафедры 

«Энергообеспечение и электротехнологии в АПК» Т.Ю. Салова. 
 

Рассматриваются вопросы организации и этапы  проекти
рования,  разработки функциональных схем систем автоматического контроля и регулирования, выбора средств измерения и 
регулирования, составления заказных спецификаций средств 
измерения и автоматизации. Приведены справочные материалы 
по средствам измерения и автоматизации, входящих в государственную систему приборов (ГСП). 
              Учебное пособие предназначено для подготовки магистров очной формы обучения по направлению подготовки  
35.04.06 «Агроинженерия», магистерская программа  «Электроэнергетика и автоматизация энергетических систем в АПК».  

Рекомендовано к публикации  согласно соответствующе
му договору Учебно-методическим советом СПбГАУ,  протокол  №  8    от  « 02  »    ноября 2017 г. 
 
 
 
 
 
 

© Л.А. Пигарев, 2017 
© ФГБОУ ВО СПбГАУ, 2017

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение …………………………………………………………..
7

Раздел 1. Организация проектирования и характеристика 
проектной  документации……………………………………….
9

1.1. Система государственных стандартов и нормативной 

документации……………………………………………...
9

1.1.1. Общие положения……………………………………..
9

1.1.2. Задание на проектирование, исходные данные и  

материалы……………………………………………..
10

1.2. Этапы проектирования и состав проектной документа
ции………………………………………………………….
12

1.2.1. Технический проект…………………………………..
12

1.2.2. Рабочие чертежи………………………………………
13

1.3. Задания на выполнения работ…………………………….
16

1.4. Оформление и комплектование рабочей документации..
20

1.5. Вопросы для самоконтроля по разделу 1………………...
24

Раздел 2. Проектирование локальных и распределенных 
систем  автоматического управления………………………….
25

2.1. Структурные схемы автоматизации…………………………
25

2.1.1. Структура систем управления……………………………
25

2.1.2. Структурные схемы систем автоматического управ
ления…………………………………………………...
30

2.1.3. Вопросы для самоконтроля по подразделу 2.1……...
34

2.2. Функциональные схемы автоматизации…………………..
35

2.2.1. Назначение функциональных схем автоматизации...
35

2.2.2. Изображение технологического оборудования……..
37

2.2.3. Изображение технологических средств автоматизации на функциональных схемах……………………………
41

2.2.4. Пример выполнения функциональной схемы автоматического регулирования температуры и влажности 
воздуха  в теплице…………………………………………...
51

2.2.4. 1. Заказные спецификации приборов и средств ав
томатизации……………………………………….
54

2.2.5. Вопросы для самоконтроля по подразделу 2.2……..
59

2.3. Принципиальные электрические схемы…………………
60

2.3.1. Общие требования…………………………………….
60

2.3.2. Правила выполнения схем……………………………
61

2.3.3. Маркировка электрических цепей…………………...
70

2.3.4. Перечень элементов…………………………………..
72

2.4. Монтажные электрические схемы………………………..
76

2.5. Щиты и пульты схем систем автоматизации……………
80

2.5.1. Назначения и конструкции щитов и пультов……….
80

2.5.2. Проектная документация на щиты и пульты техни
ческих средств………………………………………..
84

2.5.3. Чертежи общих видов щитов и пультов…………….
85

2.5.4. Вопросы для самоконтроля по подразделу 2.5……...
92

2.6. Схемы внешних соединений……………………………...
93

Раздел 3. Аппаратура управления и защиты систем автоматизации…………………………………………………………
95

3.1. Принципиальные электрические схемы питания 

средств автоматизации……………………………………
95

3.1.1. Назначение и общие требования……………………..
95

3.1.2. Выбор напряжения питания и требования к источ
никам питания………………………………………….
95

3.1.3. Выбор схемы электропитания………………………..
98

3.2. Аппаратура управления и защиты схем электропитания   103

3.2.1. Характеристики аппаратуры управления и защиты..
105

3.2.2. Выбор аппаратуры управления и защиты…………..
113

3.2.3. Выбор сечений проводов и жил кабелей……………
118

3.2.4. Вопросы для самоконтроля по разделу 3……………
120

Раздел 4. Выбор технических средств автоматики………….. 120

4.1. Методика выбора первичных измерительных преобра
зователей…………………………………………………...
120

4.1.1. Выбор первичных измерительных преобразовате
лей. температуры………………………………………
121

4.1.2. Выбор измерительных преобразователей давления..
125

4.1.3. Выбор измерительных преобразователей расхода…. 126
4.1.4. Выбор первичных измерительных преобразовате
лей относительной влажности воздуха……………... 128

4.2. Методика выбора измерительных приборов……………. 130
4.3. Методика выбора регулирующих устройств……………
132

4.4. Вопросы для самоконтроля по подразделу 4…………..
137

Приложение 1. Технические средства измерения и регулирования………………………………………………………...
138

П1.1. Стандартные термопреобразователи………………….
138

П1.2. Нормирующие измерительные преобразователи тем
пературы………………………………………………..
142

П1.2.1. Преобразователи серий ИП-10, ИП-20…………...
142

П1.2.2. Нормирующие измерительные преобразователи 

напряжение-ток ПНТ- aPro………………………...
143

П1.2.3. Нормирующие измерительные преобразователи

ПСТ-х ……………………………………………….
146

П1.2.4. ТСМ-205 термопреобразователь………………….
148

П1.2.5.Температурный нормирующий преобразователь 

НПТ2………………………………………………...
153

П1.3. Преобразователи давления, уровня и расхода в элек
трический сигнал………………………………………
156

П1.3.1. Диафрагмы для расходомеров (первичные пре
образователи)……………………………………….
156

П1.3.2. Преобразователи типа Метран-43………………...
158

П1.3.3. Преобразователи типа Сапфир-22………………..
160

П1.3.4. Блоки питания и преобразования сигналов изме
рительных преобразователей……………………..
162

П1.4. Преобразователи относительной влажности…………
165

П1.4.1. Датчики относительной влажности Honeywell…..
165

П1.4.2. Датчики относительной влажности RAF(H)/A…..
167

П1.5. Аналоговые измерительные приборы давления и 

уровня …………………………………………………...
168

П1.5.1. Приборы показывающие и регистрирующие…….
168

П1.5.2. Приборы показывающие…………………………..
169

П1.6. Аналоговые измерительные приборы температуры…
170

П1.6.1 Приборы показывающие и регистрирующие……..
170

П1.6.2. Многоканальные показывающие и регистри
рующие приборы…………………………………...
173

П1.7. Регулирующие устройства…………………………….
174

П1.7.1. Контроллеры Decont-182, Ремиконт Р-130, 

КРОСС………………………………………………
174

П1.7.2. Измерители – регуляторы…………………………
177

П1.7.2.1. Измеритель ПИД-регулятор ОВЕН ТРМ 101
178

П1.7.2.2. Измеритель ПИД-регулятор ОВЕН ТРМ 212
182

П1.7.2.3. Регулятор температуры ТРМ 201……………
186

П1.7.3. Исполнительные механизмы……………………...
189

П1.7.4. Многооборотные электроприводы «Г3 Электро

привод……………………………………………….
193

П1.7.5. Электромагнитные соленоидные клапаны……….
195

П1.7.5.1. Электромагнитные соленоидные клапаны 

ASCO…………………………………………...
195

П1.7.5.2. Электромагнитные соленоидные клапаны 

РУ16…………………………………………….
196

Библиографический список …………………………………..
198

ВВЕДЕНИЕ 

              Проектирование систем автоматического управления и 
контроля является сложной и объемной задачей, поскольку требует знания технологического процесса и характеристик объекта управления, законов управления и особенностей их применения, а так же знания современных технических средств измерения и управления. Вопросы проектирования систем автоматического управления и контроля студентами не изучались. Поэтому основной задачей данного учебного пособия является 
изучение  материалов по разработке и проектированию систем 
автоматического контроля и регулирования различного рода 
энергетических  объектов и систем в АПК.  

Учебное пособие состоит из основной части и приложе
ний. В основной части пособия рассматриваются вопросы организации и этапы проектирования систем автоматического 
управления (САУ) и формирование задания на выполнение раздела по проектированию. На примере конкретного технологического объекта (блочной теплицы), последовательно излагаются этапы проектирования САР управления температурой и 
влажностью воздуха. 

 Излагаются материалы по разработке функциональных 

схем автоматизации технологических объектов, их состав, изображение технологического оборудования и трубопроводов, 
щитов, линий связи, технических средств автоматизации и 
средств вычислительной техники, позиционные обозначения 
технических средств автоматизации, требования к оформлению 
чертежа функциональной схемы и заказных спецификаций на 
средства автоматического контроля и регулирования. 
Приводится пример разработки принципиальной и монтажной 
электрической схем, а так же схемы внешних соединений автоматизируемого объекта. Рассматриваются вопросы выбора аппаратуры управления и защиты систем автоматизации. 

Излагается  методика выбора первичных измерительных 

преобразователей температуры, давления, уровня, измерительных приборов, регулирующих устройств и исполнительных механизмов. В  приложениях приводятся сведения  по современным техническим средствам измерения и регулирования, входящих в систему ГСП (государственная система приборов). 

Пособие направлено на формирование у обучающихся 

элементов следующих компетенций в соответствии с ФГОС ВО 
по данному направлению подготовки: способности использовать законы и методы математики, естественных, гуманитарных 
и экономических наук при решении стандартных и  нестандартных  профессиональных задач (ОПК-4); готовности к организации технического обеспечения производственных процессов на 
предприятиях АПК (ПК-2); способности к проектной деятельности на основе системного подхода, умения строить и использовать модели для описания и прогнозирования различных явлений, осуществлять их качественный и количественный анализ 
(ПК-6); способности проведения инженерных расчетов для проектирования систем и объектов (ПК-7). 

Учебное пособие может быть полезно при подготовке ма
гистров очной формы обучения по направлению подготовки  
35.04.06 «Агроинженерия», магистерская программа  «Электроэнергетика и автоматизация энергетических систем в АПК» в 
процессе  изучении дисциплины «Проектирование САР технологических процессов», выполнении индивидуальных заданий, 
а так же при выполнении курсовых работ по дисциплине «Автоматизация технологических процессов» и ВКР. 
 

 
 

РАЗДЕЛ 1. ОРГНИЗАЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И  
ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОЕКТНОЙ  ДОКУМЕНТАЦИИ 

 

1.1.  Система государственных стандартов и  

нормативной документации 

1.1.1. Общие положения 

Основным документом, определяющим общие требова
ния 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. 

Проекты автоматизации технологических процессов вы
полняются 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.  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 или сложной технологией производства должны предшествовать научно-исследовательские работы.  

При проектировании систем автоматизации технологиче
ских процессов необходимо руководствоваться:  
 основными техническими направлениями в проектировании 

предприятий соответствующих отраслей промышленности;  

 результатами 
научно-исследовательских 
и 
опытно
конструкторских работ;  

 передовым промышленным опытом в области автоматизации 

технологических процессов;  

 действующими нормативными документами по проектиро
ванию систем автоматизации технологических процессов, 
утвержденными в установленном порядке, а также эталонами 
проектов автоматизации;  

 нормами и правилами строительного проектирования, сани
тарными, электротехническими, противопожарными и другими требованиями;  

 нормами и правилами на производство строительных, мон
тажных и специальных работ;  

 утвержденными сметными нормами, прейскурантами и цен
никами для определения сметной стоимости систем автоматизации технологических процессов;  

 типовыми методиками по определению экономической эф
фективности капитальных вложений;  

 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. 
 
1.1.2. Задание на проектирование, исходные данные и материалы 

Задание на проектирование должно содержать следую
щие данные:  
 наименование предприятия и задачу проекта;  
 основание для проектирования;  
 перечень производств, агрегатов, установок, охватываемых 

проектом систем автоматизации, с указанием для каждого 
особых условий при их наличии (например, класс взрыво- и 
пожароопасности  помещений, наличие агрессивной, влажной окружающей среды и т. д.);