Материал: 1778
Федеральное агентство по образованию ГОУ ВПО «Сибирская государственная автомобильно-дорожная
академия (СибАДИ)»
В.А. Глушец, А.А. Руппель
ПРОЕКТИРОВАНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ
Учебное пособие
Омск
СибАДИ
2009
1
УДК 681.324 ББК 32.988я22 Г 55
Рецензенты:
д-р техн. наук, проф. В.Г. Хомченко (ОмГТУ); канд. техн. наук, доц. А.А. Руппель (ИФ НГАВТ)
Работа одобрена редакционно-издательским советом академии в качестве учебного пособия для студентов специальности 220301 «Автоматизация технологических процессов и производств (строительство)»
Глушец В.А., Руппель А.А.
Г 55 Проектирование автоматизированных систем: учебное пособие – Омск: СибАДИ, 2009. 144с.
ISBN 978-5-93204-506-0
Учебное пособие предназначено для студентов всех форм обучения по специальности 220301 «Автоматизация технологических процессов и производств (строительство)», изучающих дисциплину «Проектирование автоматизированных систем».
Разработано в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта по направлению 657900 «Автоматизированные технологии и производства».
Табл. 8. Ил. 38. Библиогр.: 8 назв.
ISBN 978-5-93204-506-0 |
© ГОУ «СибАДИ», 2009 |
2
Оглавление |
|
Раздел 1. СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД К ПРОЕКТИРОВАНИЮ................................ |
4 |
1.1. Системы автоматики и их классификация с точки зрения сложности4 |
|
1.2. Основные этапы жизни системы........................................................... |
8 |
1.3. Задачи проектирования........................................................................ |
10 |
1.4. Условия эксплуатации систем и их влияние на процесс |
|
проектирования................................................................................... |
12 |
Раздел 2. СТАДИИ И ЭТАПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СИСТЕМ |
|
АВТОМАТИЗАЦИИ УПРАВЛЕНИЯ .................................................................... |
17 |
2.1. Этапы проектирования......................................................................... |
17 |
2.2. Организация проектирования.............................................................. |
18 |
2.3. Задание на проектирование, исходные данные и материалы............. |
23 |
2.4. Стадии проектирования и состав проектной документации.............. |
25 |
Раздел 3. СТРУКТУРНАЯ СХЕМНАЯ ПРОЕКТНАЯ ДОКУМЕНТАЦИЯ......... |
30 |
3.1. Структура автоматизированных систем.............................................. |
30 |
3.2. Структурные схемы измерения и управления .................................... |
37 |
Раздел 4. ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМНАЯ ПРОЕКТНАЯ ДОКУМЕНТАЦИЯ |
|
.................................................................................................................................. |
46 |
4.1. Назначение функциональных схем, методика и общие принципы их |
|
выполнения ......................................................................................... |
46 |
4.2. Правила изображения технологического оборудования и |
|
коммуникаций..................................................................................... |
49 |
4.3. Правила изображения средств измерения и автоматизации.............. |
52 |
4.4. Позиционные обозначения приборов и средств |
|
автоматизации..................................................................................... |
69 |
4.5. Требования к оформлению и примеры выполнения функциональных |
|
схем...................................................................................................... |
71 |
Раздел 5. ТЕКСТОВАЯ ДОКУМЕНТАЦИЯ.......................................................... |
76 |
5.1. Пояснительная записка ........................................................................ |
76 |
5.2. Спецификация оборудования .............................................................. |
80 |
5.3. Ведомость потребности в материалах................................................. |
90 |
5.4. Локальная смета и сметный расчет ..................................................... |
92 |
Раздел 6. АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ |
|
АВТОМАТИЗАЦИИ И УПРАВЛЕНИЯ ................................................................ |
96 |
6.1. Особенности проектирования автоматизированных систем.............. |
96 |
6.2. Инструментальные средства концептуального проектирования ... |
106 |
6.3. STEP-технология................................................................................ |
134 |
Библиографический список................................................................................... |
144 |
3
Раздел 1. СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД К ПРОЕКТИРОВАНИЮ
1.1. Системы автоматики и их классификация с точки зрения сложности
Под системой обычно понимается регулярное или упорядоченное устройство, состоящее из взаимосвязанных частей, действующих как одно целое и предназначенное для достижения какой-либо определенной цели. Это определение не является исчерпывающим и строгим. Известно большое число определений термина «система», обладающих той или иной степенью конкретизации. Существенно, однако, то, что термин «система» обычно связывается с такими понятиями, как «элемент», «структура», «связь».
В общем случае системой может быть назван любой физический объект, состоящий из ряда взаимосвязанных элементов. Если состояние системы изменяется или может измениться во времени, то такая система называется динамической. Остановимся на системе, состоящей из n элементов. В простейшем случае между элементами действуют только двусторонние связи (рис.1, а). Очевидно, что для анализа всех связей необходимо исследовать n(n 1) связей, действующих в системе.
Для систем, состоящих из сотен и тысяч элементов, число внутренних связей растет примерно пропорционально квадрату числа элементов. Отмеченное обстоятельство определяет огромные трудности анализа сложных систем. Системы можно классифицировать разными признаками, среди которых можно выделить два основных: сложность систем и характер их функционирования.
Одна из возможных классификаций систем по указанным основным признакам представлена на рис. 1, б. Если в детерминированных системах все элементы системы взаимодействуют точно предвиденным образом, то в вероятностных (стохастических) системах точно предсказать поведение системы невозможно и ее поведение можно определить лишь с известной степенью вероятности. Критерий сложности систем является весьма условным.
Простыми обычно считают системы, не имеющие разветвленной структуры, с небольшим количеством взаимосвязанных и взаимодействующих элементов. Такие системы могут содержать от 10 до 103 элементов. В простых системах отсутствуют иерархические уровни.
4
а)
1 |
2 |
k |
k + 2 |
|
n |
|
|
|
б) |
Системы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Детерминированные |
|
|
|
|
Стохастические (вероятно- |
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
стные) |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Простые |
|
|
|
|
Очень |
|
|
|
|
Простые |
|
|
|
|
Очень |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
сложные |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
сложные |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Сложные |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Сложные |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 1. Классификация систем
К сложным системам относят системы с развитой иерархической структурой и большим числом элементов и внутренних связей. Такие системы могут содержать от 101 до 107 элементов. Однако подобное определение сложных систем является весьма условным. Часто к сложным относят либо системы, которые нельзя корректно описать математически или можно описать не менее чем на двух различных математических языках (например, на языке дифференциальных уравнений и на языке алгебры логики), либо системы, для изучения которых необходимо решать задачи с непомерно большим объемом вычислений. Систему считают сложной, если она состоит из большого числа взаимосвязанных и взаимодействующих между собой элементов.
Очень сложные системы часто называют большими системами. Известен ряд определений термина «большая система», каждое из которых характеризуется той или иной степенью неопределенно-
сти.
Так, по Роберту Маколу, большая система определяется семью признаками:
5