close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Ротару Автоматизация 111

код для вставкиСкачать
Учебное пособие для организации самостоятельной внеаудиторной работы обучающихся по дисциплине «Автоматизация производства» по специальности 150411 Монтаж и техническая эксплуатация
промышленного оборудования (по отраслям)
Автор-составитель: Ротару Татьяна Александровна, преподаватель специальных дисциплин
Областное государственное автономное образовательное учреждение среднего профессионального образования «Белгородский политехнический колледж» г. Белгород
Направление фестиваля: Разработка контрольно-оценочных средств по дисциплинам и профессиональным модулям
Оглавление
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА ........................................................................Error! Bookmark not defined.
Введение ................................................................................................................................................................ 1
Раздел Измерительные схемы и приборы .......................................................................................................... 2
Тема 1.1. Основные понятия метрологии и методы измерений. Структурные схемы измерительных
приборов............................................................................................................................................................. 2
Тема 1.2. Государственная система приборов (ГСП) .................................................................................... 4
Тема 1.3. Преобразователи сигналов ГСП...................................................................................................... 5
Тема 1.4. Система дистанционной передачи показаний (СДПП) ................................................................ 6
Тема 1.5. Измерительные приборы ................................................................................................................. 7
Раздел СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ................................................ 9
Тема 2.1. Приборы для измерения давления (вакуума) ................................................................................ 9
Тема 2.2. Приборы для измерения температуры ......................................................................................... 10
Тема 2.3. Приборы для измерения расхода .................................................................................................. 11
Тема 2.4. Приборы для измерения уровня .................................................................................................... 11
Тема 2.5. Приборы для измерения состава жидких и газообразных сред, влажности, вязкости,
плотности. ........................................................................................................................................................ 12
Раздел ОСНОВЫ ТЕОРИИ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ........................................................ 13
Тема 3.1. Свойства объектов управления ..................................................................................................... 13
Тема 3.2. Принципы регулирования. Структурные схемы систем автоматического управления. ......... 14
Тема 3.3. Законы регулирования. Типовые переходные процессы регулирования. Показатели качества
регулирования. ................................................................................................................................................ 15
Тема 3.4. Исполнительные механизмы и рабочие органы. ......................................................................... 16
Тема 3.5. Вспомогательные средства автоматизации .................................................................................. 17
Раздел ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ ................................................................... 19
Тема 4.1. Схемы автоматизации .................................................................................................................... 19
ПЕРЕЧЕНЬ РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ......................................................................................... 19
Введение
Задача автоматизации состоит в осуществлении автоматического управления различными технологическими процессами. Техника управления всеми процессами принципиально одна и та же. Она основана на правилах и законах, общих для этих процессов.
Вопросы для самоконтроля:
1 Для чего предназначен автоматический контроль и автоматическое регулирование?
1
2 "Автоматизация технологического процесса" означает
3 Каким образом автоматизация технологических процессов влияет на охрану окружающей среды?
Раздел Измерительные схемы и приборы
Тема 1.1. Основные понятия метрологии и методы измерений. Структурные схемы измерительных приборов.
Метрологический надзор осуществляют проведением поверок средств измерений, метрологической ревизией и метрологической экспертизой.
Технической основой метрологического обеспечения на предприятии являются следующие операции:
 воспроизведение единиц физических величин с помощью рабочих эталонов или образцовых
средств измерений;
 ввод в эксплуатацию общепромышленных рабочих средств измерений;
 передача размеров единиц физических величин рабочим средствам измерений путем обязательной
государственной и ведомственной поверки;
 использование и разработка стандартных справочных данных о физических константах и свойствах
веществ и материалов.
Метрологический надзор осуществляется единой метрологической службой страны, подчиненный Государственному комитету России по стандартам.
Надзор и поверка осуществляется самостоятельной организацией, подчиненной непосредственно
этому комитету. Допускается надзор и поверка силами предприятий и учреждений — ведомственный
надзор. Основная задача ведомственных метрологических служб - обеспечение единства и достоверности измерений путем обеспечения повсеместного соблюдения требований нормативно -технических документов государственной системы обеспечения единства измерений.
Поверка - совокупность действий, производимых для оценки погрешностей средств измерений и
установления их пригодности к применению.
Средства измерений подвергают первичной, периодической, внеочередной и инспекционным поверкам.
Различают образцовые и рабочие меры и измерительные приборы. Образцовые меры и приборы
предназначены для хранения и воспроизведения единиц измерения, поверки и градуировки всякого рода мер и измерительных приборов. Они подразделяются на эталоны, меры и измерительные приборы.
К эталонам относятся приборы и меры, служащие для воспроизведения и хранения единиц с
наивысшей достижимой при данном состоянии измерительной технике точностью.
К числу технических средств измерения относятся меры, измерительные преобразователи, измерительные приборы и измерительные системы. Измерительным преобразователем называют устройство, предназначенное для преобразования измеряемого параметра в сигнал, удобный для дальнейшей
передачи на расстояние или в цепь управляющего устройства.
Преобразователи подразделяют на первичные (датчики), промежуточные, передающие и мас2
штабные. Измеряемую величину называют входной, а результат преобразования — выходным сигналом.
Первичные преобразователи предназначены для преобразования физических величин в сигналы,
а передающие и промежуточные преобразователи формируют сигналы, удобные для передачи на расстояние и регистрации.
К масштабным относят преобразователи, с помощью которых измеряемая величина изменяется в
заданное число раз, т. е. они не преобразуют одну физическую величину в другую.
Измерительным прибором называют устройство, предназначенное для выработки измерительной
информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем (оператором). Измерительные приборы делят на две группы.
К первой группе относят аналоговые приборы, показания которых являются не прерывной
функцией измеряемого параметра.
Вторая группа включает в себя цифровые приборы. Они вырабатывают дискретные сигналы измеряемой информации в цифровой форме.
Измерительная система объединяет измерительные преобразователи и приборы, обеспечивая измерения параметра без участия человека.
Государственный стандарт устанавливает применение Международной системы единиц (СИ) во
всех областях науки и техники.
В состав СИ входят семь основных единиц, две дополнительные и двадцать семь важнейших
производных единиц.
В состав основных единиц входят: метр (м), килограмм (кг), секунда (с), ампер (А), кельвин (К),
моль (моль), кандела (кд).
К дополнительным единицам системы СИ относятся радиан и стерадиан, а все остальные единицы являются производными. Например, единица силы — ньютон (Н), сообщает телу массой 1 кг ускорение 1 м/с2; единица давления — паскаль (Па), за единицу давления принимается такое равномерно
распределенное давление, при котором на 1 м2 действует нормально к поверхности сила, равная 1 Н.
Все измерения делят на прямые и косвенные.
При прямых измерениях числовое значение измеряемого параметра определяют непосредственно измерительным прибором: например, измерение температуры термометром или линейных размеров
детали мерительным инструментом.
Косвенные измерения предусматривают определение искомого параметра на основании прямого
измерения вспомогательной величины, связанной с измеряемым параметром определенной функциональной зависимостью. Например, определение объема тела по его длине, ширине и высоте или измерение температуры по изменению электропроводности термометра сопротивления.
В зависимости от причин погрешности подразделяют на пять групп: погрешности метода измерения, инструментальные, настройки прибора и его взаимодействия с объектом измерения, динамические и субъективные погрешности.
3
Погрешности метода измерения являются результатом выбранной схемы измерения, не позволяющей устранить источники известных погрешностей.
Инструментальные погрешности зависят от несовершенства измерительных устройств, т. е. от
погрешностей изготовления деталей измерительного прибора.
Погрешности настройки измерительных приборов определяются условиями эксплуатации. Погрешности могут возникать при взаимодействии прибора с объектом измерения; например, такие погрешности, которые вызываются влиянием измерительного усилия на деформацию измеряемой детали.
Динамические погрешности возникают при преобразовании измеряемой величины. Динамические погрешности появляются в результате инерционности изменения измеряемого параметра.
Субъективные погрешности появляются вследствие ограниченных физических возможностей
оператора.
В зависимости от условий работы различают два вида погрешностей: основные и дополнительные.
Основные погрешности имеют место при нормальных режимах работы измерительного прибора, когда влияние внешних факторов минимально.
Дополнительные погрешности вызываются воздействием внешних факторов, нарушающих нормальные условия работы прибора, например, изменением температуры или давления окружающей среды.
Если значение абсолютной погрешности  отнести к истинному значению А0 измеряемого параметра, то получим относительную погрешность  , т. е.
 =  / А0.
Отношение абсолютной погрешности  к диапазону шкалы прибора N называют приведенной
относительной погрешностью  , т. е.
 =  /N.
Вопросы для самоконтроля:
1.
Какие основные задачи выполняют ведомственные и государственные метрологические службы?
2.
Дайте определение эталону
3.
Какие средства измерений называют измерительным прибором, измерительным преобразователем?
4.
Измерение технологического параметра.
5.
Что такое абсолютная погрешность и как она определяется?
6.
Какие бывают виды погрешностей?
Тема 1.2. Государственная система приборов (ГСП)
Решение такой важной задачи, какой является проблема обеспечения качества продукции, в значительной степени зависит от достижений единства и достоверности измерений в масштабах всего
народного хозяйства. С этой целью создана Государственная система обеспечения единства измерений
(ГСИ), базирующаяся на комплексах нормативно-технических документов. Основными документами
4
ГСИ являются государственные стандарты. На основе этих стандартов конкретизируются общие требования к методикам выполнения измерений и их областям.
С целью достижения качественного единообразия средств измерений и систем автоматического
контроля, регулирования и управления технологическими процессами разработана Государственная
система промышленных приборов и средств автоматизации (ГСП). Эта система обобщает и согласует
метрологические показатели и эксплуатационные характеристики приборов, а так же обеспечивает
общую технологическую базу для их производства.
Для обеспечения контроля и внедрения указанных систем (ГСИ и ГСП) создана Государственная метрологическая служба, которая также занимается государственными испытаниями всех
средств измерений, предназначенных для серийного производства.
За эксплуатируемыми средствами измерения осуществляется метрологический надзор, включающий комплекс правил и положений по организации и порядку проведения работ по поверке, ревизии и экспертизе средств измерения.
Основной формой государственного надзора является поверка средств измерения. Измерительные приборы подвергают первичной, периодической и инспекционной поверкам. Первичная поверка
проводится при изготовлении или после ремонта прибора.
Периодическая поверка осуществляется в период эксплуатации и хранения прибора через
определенные интервалы времени, устанавливаемые метрологической службой производства.
Все виды поверок проводят работники метрологического надзора. При положительных результатах поверки на прибор накладывается поверочное клеймо и выдается свидетельство о поверке. При
установлении несоответствия поверяемого прибора своему классу точности, последний снимается с
эксплуатации до устранения недостатков.
Устройства этой группы Государственной системы приборов (ГСП) должны реагировать на
изменения контролируемого параметра и выдавать на выходе унифицированный сигнал. В системе
ГСП разработан унифицированный ряд взаимозаменяемых пневматических и электрических первичных преобразователей блочного типа с силовой компенсацией. Используя этот ряд преобразователей,
можно значительное количество различных измеряемых параметров сравнительно просто и с достаточной точностью преобразовать в одну естественную выходную величину — усилие.
Вопросы для самоконтроля:
1.
Цели ГСП и задачи, решаемые ГСП.
2.
Входные и выходные сигналы приборов отдельных ветвей ГСП.
3.
Перечислите основные параметры источников питания.
Тема 1.3. Преобразователи сигналов ГСП
Преобразователи, входящие в эту группу в соответствии с ГОСТ 16263—85, можно подразделить на первичные измерительные преобразователи, масштабные измерительные преобразователи,
нормирующие и передающие измерительные преобразователи.
Первичный измерительный преобразователь переводит контролируемый параметр в выходную
5
физическую величину (перемещение, усилие, сопротивление, напряжение, силу тока, частоту). Выходная физическая величина, полученная из контролируемой простым — «естественным» — преобразованием, называется естественной выходной величиной (или естественным выходным сигналом).
Нормирующий преобразователь переводит естественный выходной сигнал в унифицированный. Если на выходе первичного измерительного преобразователя, чувствительный элемент которого непосредственно воспринимает изменения контролируемого параметра, выдается пневматический
или электрический сигнал, то нормирующий преобразователь обычно представляет собой отдельное
самостоятельное устройство. Если же первичный преобразователь выдает сигнал в виде усилия,
перемещения или какой-нибудь другой физической величины, по своей природе отличающейся от
электрической или пневматической, то измерительный и нормирующий преобразователи объединяют конструктивно в один прибор. Оба решения находят широкое применение в практике создания преобразователей для систем автоматизации.
Пневматические первичные измерительные преобразователи имеют выходной сигнал
0,02—0,1 МПа (0,2—1,0 кгс/см 2 ), электрические 0—20 мА и 0—5 мА постоянного тока. Компенсационный принцип действия этих преобразователей обеспечивает их высокие метрологические
характеристики и простоту перенастройки в большом интервале пределов измерений. Каждый
первичный преобразователь состоит из унифицированного электрического или пневматического
преобразователя усилия и измерительного блока.
Класс точности унифицированных преобразователей в основном 0,6; 1,0 и лишь для некоторых 1,6 и 2,5.
Вопросы для самоконтроля:
1.
Опишите принцип действия первичных измерительных преобразователей.
2.
Опишите масштабные измерительные преобразователи.
3.
Опишите нормирующие измерительные преобразователи.
4.
Опишите передающие измерительные преобразователи.
Тема 1.4. Система дистанционной передачи показаний (СДПП)
Из электрических аналоговых преобразователей, выполняемых по схеме компенсации
перемещении для преобраз ования неэлектрических величин в электрический выходной сигнал
и передачи показаний на расстояние, наибольшее применение на шли дифференциальнотрансформаторные, ферродинамические, магнитомодуляционные и сельсинные преобразователи.
В дифференциально-трансформаторных преобразователях перемещение сердечника первичного прибора уравновешивается известным перемещением сердечника вторичного прибора. Дифференциально-трансформаторные преобразователи используются при измерении давления, уровня,
расхода и некоторых друг их параметров
Вторичные приборы дифференциально-трансформаторной системы построены на базе автоматических потенциометров.
В электрических преобразователях аналоговой ветви ГСП используют электросиловые преобразо6
ватели двух типов — линейный, обеспечивающий прямо пропорциональную (линейную) зависимость
между усилием и выходным сигналом, и квадратичный, выходной сигнал которого пропорционален корню квадратному из усилия. Преобразователя комплектуют усилителем типа УП-20, выполненным в
виде отдельного блока.
Вопросы для самоконтроля:
1.
Системы электрической ветви ГСП.
2.
Пневматическая СДПП.
3.
Дифференциально-трансформаторные преобразователи.
4.
Общие понятия о перспективных СДПП.
Тема 1.5. Измерительные приборы
Прямые измерения осуществляются четырьмя основными методами: непосредственной оценки, нулевым (компенсационным), дифференциальным и замещения.
При методе непосредственной оценки измеряемый параметр непосредственно сравнивают с мерой или
определяют отсчетом на измерительном приборе. Примерами применения этого метода могут служить измерение температуры — термометром или давления — манометром.
При нулевом методе измерения воздействие, производимое измеряемым параметром, сопоставляют
(компенсируют) в измерительном устройстве с противоположным по направлению воздействием другого, известного, параметра таким образом, чтобы результативное воздействие было равно нулю. Совпадение значений измеряемого и известного параметров отмечают при помощи нулевого указателя (нуль-индикатора),
например, при измерении температуры с помощью термопары, подключенной к потенциометру.
В дифференциальном методе используют как компенсацию, так и непосредственную оценку. Воздействие, производимое измеряемым параметром, частично уравновешивают противоположно (направленным воздействием известного параметра, а затем непосредственным отсчетом измеряют нескомпенсированную часть. Например, при измерении напряжения в 720 мВ оно компенсируется противоположно
направленным напряжением 700 мВ, а стрелочным милливольтметром измеряется остаточное напряжение,
равное 20 мВ. Если бы это измерение осуществлялось методом непосредственной оценки на милливольтметре с классом точности 0,5 и шкалой 0 — 1500 мВ, то погрешность измерения составила бы ±7,5
мВ. При дифференциальном методе с милливольтметром такого же класса точности можно использовать
шкалу 0 — 45 мВ, что обеспечит погрешность ±0,225 мВ. Следовательно, точность, дифференциального
метода значительно выше (в данном примере в 33 раза).
Измерение методом замещения осуществляют следующим образом: воздействие неизвестного параметра определяют каким-либо прибором, затем он замещается известным параметром, дающим такое же
воздействие и определенным тем же прибором. При этом значение измеряемого параметра приравнивают
значению замещающей величины. Например, для измерения неизвестного электрического сопротивления
проводника его включают в цепь с источником тока и гальванометром. Зафиксировав показание последнего, вместо указанного проводника включают различные резисторы из набора резисторов до тех пор,
пока показание гальванометра не станет таким же.
7
Контрольно-измерительные приборы можно классифицировать по различным признакам: способу
отсчета измеряемого параметра, метрологическому назначению, роду измеряемого параметра и месту
выдачи информации.
По способу отсчета измеряемой величины приборы подразделяют на компарирующие (приборы с
ручной наводкой), показывающие, регистрирующие, интегрирующие, сигнализирующие и комбинированные.
Компарирующие приборы служат для сравнения мер друг с другом или для сравнения измеряемого параметра с мерами или образцами. К числу таких приборов относят весы, потенциометры и т.
д.
Показывающие приборы дают значения измеряемого параметра в момент измерения. Они бывают стрелочными или цифровыми.
В стрелочных приборах либо стрелка перемещается вдоль шкалы, либо шкала перемещается относительно неподвижной стрелки.
В цифровых показывающих приборах, как правило, используют люминесцентные или газоразрядные элементы (индикаторы) и электронно-лучевые трубки.
Регистрирующие приборы автоматически записывают результаты измерения в течение всего
времени работы прибора. Запись, как правило, ведется на бумажной ленте или бумажном диске, что
позволяет по характеру кривой судить о всех изменениях измеряемого параметра за тот или иной
промежуток времени.
Наиболее распространены две формы записи. В первом случае перо вычерчивает на диаграмме
непрерывную кривую, во втором случае специальное печатающее устройство периодически отмечает на
диаграмме значение измеряемого параметра.
Регистрирующие приборы выпускают одноканальные и многоканальные (с числом каналов 2, 3,
6, 12 и 24). Последние позволяют регистрировать значение параметра в нескольких аппаратах или
печах, число которых равняется числу каналов прибора.
Интегрирующие приборы (счетчики) позволяют определить суммарное значение измеряемого
параметра.
Сигнализирующие приборы предназначены для непрерывного измерения значения контролируемого параметра и сигнализации о его отклонении от заданного.
Комбинированные приборы представляют собой сочетание различных приборов: например,
счетчики монтируют в одном корпусе с показывающим или самопишущим прибором. В комбинированные приборы могут встраиваться и регулирующие устройства.
По метрологическому назначению приборы подразделяют на рабочие, контрольные, образцовые
и эталонные.
Рабочие приборы предназначены для обычных измерений, их, в свою очередь, подразделяют
на лабораторные и технические.
Первые, как правило, работают более точно и снабжены поправками к показаниям, учитыва8
ющим влияние условий применения.
Вторые (технические) приборы используют в действующем производстве.
Контрольные приборы изготовляют более высокого класса точности и применяют для поверки
технических приборов на месте их установки. Поверкой называют сравнение показаний рабочего и
контрольного приборов для определения погрешности первого или поправки, требующейся к его показаниям.
Образцовые приборы применяют для поверки и градуировки контрольных и рабочих приборов.
Эталонные приборы служат для хранения единиц измерения наивысшей точности и поверки
образцовых приборов.
По роду измеряемого параметра, т. е. по функции приборы подразделяют на следующие
группы: контроля температуры, контроля давления и разряжения, контроля расхода и количества,
контроля уровня и т. п.
Вопросы для самоконтроля:
1. Как классифицируются методы измерения?
2. Прямые измерения.
3. Назначение и принцип действия измерительных приборов.
Раздел СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ
Тема 2.1. Приборы для измерения давления (вакуума)
Давление – сила, действующая на единицу площади. Различают абсолютное, избыточное и барометрическое давление. Эти давления связаны между собой следующим соотношением. По принципу
действия приборы давления подразделяют на: жидкостные, деформационные, грузопоршневые, электрические
По виду измеряемой величины: манометры, напоромеры, тягомеры, тягонапоромеры, вакуумметры, мановауукмметры, дифференциальные, барометры.
Для измерения уровня жидкостей применяют следующие приборы:
 визуальные уровнемеры -уровень определяется на принципе сообщающихся сосудов;
 поплавковые уровнемеры - принцип действия основан на выталкивающей силе Архимеда;
 гидростатические уровнемеры — принцип действия основан на измерении давления столба
 жидкости в контролируемом объекте;
 пьезометрические уровнемеры - принцип действия основан принципе гидравлического затвора;
 электрические уровнемеры - принцип действия основан на преобразовании уровня жидкости в
электрический сигнал;
 радиозотопные уровнемеры - принцип действия основан на «просвечивании» контролируемого объекта потоком радиации;
 акустические уровнемеры - используется принцип отражения звуковых волн от границы раздела жидкость - газ.
9
Для измерения уровня сыпучих материалов применяются следующие приборы: лотовый
уровнемер, маятниковый указатель уровня, весовой измеритель уровня.
Вопросы для самоконтроля:
1. Какой параметр называется уровнем?
2. Какие приборы для измерения уровня знаете?
3. На какой максимальный предел рассчитаны жидкостные уровнемеры?
4. На чем основан принцип действия грузопоршневого манометра?
5. Какие приборы называются вакуумметрами?
Тема 2.2. Приборы для измерения температуры
Температура - величина, характеризующая тепловое состояние тела или системы. Практически все
физические свойства различных веществ зависят от температуры (линейные размеры твердых тел, плотность, твердость, вязкость, модуль упругости и т.д.). Измерить температуру непосредственно, т.е. так, как это
делается при измерении ряда других величин, путем сравнения их с мерами или образцам не представляется
возможным, так нет образца этой величины. Поэтому определение температуры вещества производится путем наблюдения за изменением некоторых свойств другого вещества (называемого термометрическим веществом), которое приводится в соприкосновение с телом, температура которого изменяется, it вступает с ним
через некоторое время в тепловое равновесие. Выбор единицы измерения температуры связан с установлением шкалы температур.
В зависимости от принципа действия приборы для измерения температуры подразделяются на следующие группы:
> термометры расширения - принцип действия основан на изменении объема или линейных размеров при
изменении температуры;
> манометрические термометры - принцип действия основан на изменении давления рабочего вещества
при постоянном объеме с изменением температуры;
> термоэлектрические преобразователи - принцип действия основан на использовании зависимости термоэлектродвижущей силы от температуры;
> термометры сопротивления - принцип действия основан на использовании зависимости электрического
сопротивления чувствительного элемента от температуры;
> пирометры излучения - квазимонохроматические (принцип действия основан на использовании зависимости температуры от спектральной энергетической яркости, описываемой для абсолютно черного тела), пирометры спектрального отношения (принцип действия основан на зависимости от температуры
тела отношений энергетических яркостей в двух или нескольких спектральных интервалах) и пирометры полного излучения ( принцип действия основан на использовании зависимости температуры от интегральной энергетической яркости излучения.
Вопросы для самоконтроля:
1. Какие градуировки термоэлектрических преобразователей знаете?
2. Какие вторичные приборы применяют при измерении температуры?
10
3. Какие образцовые приборы применяют для поверки термометров расширения?
4. Чему равен диапазон измерения у пирометров излучения?
5. Какое термометрическое вещество используется в газовых. манометрических термометрах?
Тема 2.3. Приборы для измерения расхода
Под расходом вещества понимают количества вещества протекающего через поперечное сечение
трубопровода в единицу времени. Приборы для измерения расхода жидкости и газа можно разделить на
две группы - счетчики (определяется количество жидкости или газа, протекающего по трубопроводу за
определенный промежуток времени) и расходомеры, (определяется количество вещества за единицу
времени).
В зависимости от принятого метода измерения приборы для измерения расхода подразделяются
на:
 расходомеры переменного перепада давления - принцип действия основан на зависимости перепада давления, создаваемого неподвижным устройством, установленным в трубопроводе от
расхода;
 расходомеры постоянного перепада давления - принцип действия основан на зависимости от
расхода вещества вертикального перемещения тела, изменяющего при этом площадь проходного отверстия прибора таким образом, что перепад давлений по обе стороны поплавка остается постоянным;
 электромагнитные расходомеры - принцип действия основан на зависимости от расхода результата взаимодействия движущейся жидкости с магнитным полем.
Для измерения количества жидкости применяют преимущественно объемные и скоростные счетчики, для измерения объема газа - объемные счетчики.
Вопросы для самоконтроля:
1. Какие приборы называются расходомерами?
2. Какие методы измерения расхода знаете?
3. На чем основан принцип действия счетчиков?
4. Какие сужающие устройства устанавливаются в трубопроводе ?
5. Для измерения расхода каких жидкостей применяют электромагнитные расходомеры?
Тема 2.4. Приборы для измерения уровня
Измерение уровня жидкостей и сыпучих тел относится к ЧИСЛУ вспомогательных контрольных операций, позволяющих определять количества жидкости или сыпучего тела в хранилище
для учета продукта и сигнализации о переполнении расходных ба ков и бункеров. Приборы,
предназначенные для этой цели, называются уровнемерами широкого диапазона. Эти приборы
имеют шкалу с нулем в начале и делениями, идущими от нуля в одну сторону Единицы измерения — сантиметры, дециметры и метры
Кроме того, измерение уровня необходимо для поддержания его на заданной высоте. В этом
случае приборы показывают величину отклонения уровня от нормального положения и называют11
ся уровнемерами узкого диапазона Шкала прибора имеет нуль посередине и деления, идущие в
обе стороны oт нуля. Пределы измерений обычно составляют от ±100 до ±150 мм Единицы измерения в узком диапазоне — сантиметры и миллиметры.
Устройства для измерения уровня жидкостей можно подразделить на следующие: а) визуальные; б) поплавковые, в которых для измерения уровня используется поплавок или другое
тело находящееся на поверхности жидкости; в) гидростатические, основанные на принципе сообщающихся сосудов со средами одинаковой или различной плотности по сравнению с плотностью
измеряемой среды; г) электрические, в которых величины электрических параметров зависят от
уровня жидкости, д) ультразвуковые, основанные на принципе отражения звуковых волн; е) радиоизотопные, основанные на использовании интенсивности потока ядерных излучений, зависящих
от уровня жидкости.
Вопросы для самоконтроля:
1.
Область применения различных типов приборов контроля уровня.
2.
Измерение уровня жидкостей.
3.
Устройства для измерения уровня.
4.
Вторичные приборы, используемые для работы с индикаторами.
Тема 2.5. Приборы для измерения состава жидких и газообразных сред, влажности, вязкости,
плотности.
Влажность воздуха играет большую роль в процессах сушки формовочных материалов и приготовления контролируемых атмосфер термических печей, в устройствах кондиционирования воздуха.
Влажность во многом определяет санитарно-гигиенические условия труда.
Измерительные приборы, предназначенные для измерения величин, характеризующих влажность газов, получили название гигрометров или влагомеров.
Для контроля и измерения влажности газов используют многочисленные методы, основанные на
различных принципах.
Наибольшее практическое распространение получили психрометрический и сорбционный методы.
Психрометрический метод основан на использовании изменения степени охлаждения поверхности увлажненного тела при испарении с нее воды. Степень охлаждения поверхности зависит от параметров влажности газа, омывающего эту поверхность. Рассмотренное явление носит название психрометрического эффекта.
В приборах, принцип действия которых основан на психрометрическом эффекте, измерение
осуществляется с помощью двух термометров: сухого и влажного. Испарение влаги с поверхности резервуара влажного термометра происходит тем интенсивнее, чем ниже влажность воздуха. Поэтому в
условиях термодинамического равновесия разность показаний сухого и влажного термометров характеризует влажность воздуха и называется психрометрической разностью.
Плотностью называют величину, определяемую отношением массы тела к его объему. Единица
12
плотности — килограмм на кубический метр (кг/м3).
Приборы для измерения плотности жидкости называют плотномерами. В зависимости от применяемых методов различают поплавковые, весовые, гидростатические и радиоизотопные плотномеры.
Принцип действия поплавковых плотномеров основан на использовании ареометрического метода. Поэтому их иногда называют ареометрами. В качестве чувствительного элемента используется
плавающий или погруженный в жидкость поплавок.
Гидростатические (пьезометрические) плотномеры работают по принципу измерения зависимости потерь давления воздуха, продуваемого через жидкость, от ее плотности.
Вопросы для самоконтроля:
1.
Физические основы и методы измерения качественного состава воды.
2.
Кондуктометрический метод.
3.
Хроматография, рН-метрия
4.
Физические принципы, используемые при измерении плотности.
Раздел ОСНОВЫ ТЕОРИИ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ
Тема 3.1. Свойства объектов управления
Изучение данной темы необходимо начинать с основного понятия - объект управления. Объект
управления - динамическая система, характеристики которой изменяются под влиянием возмущающих и
управляющих воздействий. Следует обратить внимание на свойства и основные характеристики объектов управления, а также на принципы их классификации.
Под управлением понимаются действия, направленные на поддержание или улучшение функционирования объекта управления.
Процесс управления складывается из многих операций, которые по их назначению можно объединить в три группы:
1. Получение и обработка информации о фактическом состоянии управляемого объекта;
2. Анализ полученной информации. Принятие решения о целесообразном воздействии на него;
3. Осуществление принятого решения.
В связи с этим вводятся понятия управляющей системы и системы управления. Разработку систем управления начинают с выбора параметров, участвующих в управлении. К ним относятся контролируемые, сигнализируемые и регулируемые величины, а также параметры, изменяя которые можно
вносить регулирующие воздействия. Далее выбирают идеи и способы осуществления защиты и блокировки, а затем - конкретные автоматические устройства. Система управления должна обеспечивать достижение цели управления в любых условиях, а также безопасность работы объекта.
Вопросы для самоконтроля:
1.
Определение объекта управления.
2.
Понятие об объекте регулирования, основные свойства и переходные характеристики.
3.
Статические и динамические характеристики объектов.
4.
Дайте определение управляющих систем.
13
5.
Приведите признаки систем управления и их классификации.
Тема 3.2. Принципы регулирования. Структурные схемы систем автоматического управления.
Системы автоматики предназначены для получения информации о ходе управляемого процесса,
ее обработки и использования при формировании управляющих воздействий на процесс. В зависимости
от назначения различают следующие автоматические системы.
Системы автоматической сигнализации предназначены для извещения обслуживающего персонала о состоянии той или иной технической установки, о протекании того или иного процесса.
Системы автоматического контроля осуществляют без участия человека контроль различных
параметров и величин, характеризующих работу какого-либо технического агрегата или протекание какого-либо процесса.
Системы автоматической блокировки и защиты служат для предотвращения возникновения аварийных ситуаций в технических агрегатах и установках.
Системы автоматического пуска и остановки обеспечивают включение, остановку различных
двигателей и приводов по заранее заданной программе.
Системы автоматического управления предназначены для управления работой тех или иных
технических агрегатов либо теми или иными процессами.
Важнейшими и наиболее сложными являются системы автоматического управления.
Управлением называется организация какого-либо процесса, обеспечивающая достижение поставленной цели.
Общие законы получения, хранения, передачи и преобразования информации в управляющих
системах изучает кибернетика. Таким образом, изучение систем автоматики также является одной из
задач кибернетики. Технические средства, с помощью которых построены автоматические системы,
называются элементами автоматики.
Рассмотрим назначение этих элементов в системе автоматического регулирования. Работа любого технического агрегата или ход любого технологического процесса характеризуются различными физическими величинами, например температурой, давлением, скоростью, расходом вещества. Эти величины должны поддерживаться на заданном уровне или изменяться по заданному закону.
С помощью системы автоматического регулирования (САР) автоматически решаются задачи изменения какой-либо физической величины по требуемому закону. Физическая величина, подлежащая
регулированию (изменению по заданному закону) в САР, называется обычно регулируемой величиной,
а технический агрегат, в котором осуществляется автоматическое регулирование, — объектом регулирования.
Автоматическое регулирование является частным случаем автоматического управления. Цель
управления в этом случае как раз и заключается в обеспечении требуемого закона изменения регулируемой величины.
Обозначим через у(t) функцию, описывающую изменение во времени регулируемой величины, т.
е. y(t) — регулируемая величина.
14
Через g(t) обозначим функцию, характеризующую требуемый закон ее изменения. Величину g(t)
будем называть задающим воздействием.
Тогда основная задача автоматического регулирования сводится к обеспечению равенства
y(t)=g(t).
Вопросы для самоконтроля:
1. Что называется автоматической системой регулирования?
2. Что называется звеном?
3. Назовите типовые звенья.
4. Что показывает статическая характеристика?
5. Какие характеристики называют динамическими?
6. Что называют объектом регулирования?
7. Назовите основные свойства объектов регулирования.
Тема 3.3. Законы регулирования. Типовые переходные процессы регулирования. Показатели качества регулирования.
Объектом регулирования называется технологический процесс или аппарат, режим которых зависит от внешних воздействий и может быть поддержан на заданном уровне автоматической системой регулирования. Объекты могут быть простыми и сложными.
Основными свойствами объекта регулирования являются:
>
емкость объекта - это способность объекта регулирования накапливать энергию поддерживать
уровень жидкости, давление газа, количество тепла, влажность среды, концентрацию растворов и
другие параметры;
>
самовыравнивание - при изменении нагрузки объекта величина регулируемого параметра стремится без участия регулятора к новому установившемуся значению, соответствующему измененной
нагрузке;
>
время разгона - промежуток времени необходимый для изменения величины регулируемого параметра в объекте от нуля до заданного значения, соответствующем полной нагрузке;
>
запаздывание - время отставания изменения величины регулируемого параметра от момента нарушения равновесия между притоком и расходом вещества в объекте регулирования.
Технологический процесс находится в состоянии равновесия только в том случае, если поступ-
ление в объект и расход из него вещества и энергии равны. При нарушении материального или энергетического баланса в результате любого возмущающего воздействия равновесие в объекте нарушается, и
действительное значение управляемой величины отклоняется от заданного. Величина и скорость управляемой величины зависят от амплитуды и спектра возмущающего воздействия, а также от динамических
и статических характеристик системы автоматического регулирования
Изменение регулируемой величины во времени при регулировании называется переходным процессом и его обычно представляют в виде графика, называемой кривой переходного процесса системы
автоматического регулирования. Возможны следующие кривые переходных процессов: апериодически
15
сходящий процесс, затухающий колебательный процесс, незатухающий колебательный процесс, расходящийся колебательный процесс
Регулирование - наиболее распространенная разновидность управления непрерывными технологическими процессами. Как и всякая система управления, система автоматического регулирования
состоит из объекта регулирования и соответствующих технических средств автоматизации. Основным
элементом системы регулирования является регулятор.
Вопросы для самоконтроля:
1. Что называется законом регулирования?
2. Какие основные законы регулирования применяются при автоматическом регулировании?
3. Основные типы пневматических регуляторов.
4. Основные типы электрических регуляторов.
5. Достоинства и недостатки электрических и пневматических регуляторов.
6. Что такое микропроцессорные контроллеры?
7. Перечислите основные свойства и характеристики объектов регулирования
8. Перечислите известные вам законы регулирования и способы их реализации
Тема 3.4. Исполнительные механизмы и рабочие органы.
Исполнительное устройство является промежуточным преобразователем, состоящим из двух самостоятельных узлов: исполнительного механизма и регулирующего (управляющего) органа.
Исполнительные механизмы предназначены для воздействия через регулирующий орган или непосредственно на объект управления. В исполнительный механизм входят двигатель и передаточное
устройство. Основными параметрами, характеризующими работу исполнительных механизмов, являются
усилие на; выходе механизма, коэффициент усиления по мощности, линейное или угловое перемещение,
частота вращения, быстродействие и т. п.
В зависимости от управляющего воздействия на выходе различают два вида исполнительных механизмов: силовые и параметрические.
Если исполнительные механизмы создают управляющее воздействие на регулирующий орган в виде силы или момента, то такие механизмы называют силовыми. К этой группе относятся электромагниты,
электромеханические муфты, различного вида двигатели. Если изменение состояния регулирующего органа связано с изменением его параметров (сопротивления, магнитного потока, температуры, скорости и т. п.
или параметров подводимой энергии (напряжения, тока, частоты и фазы электрического тока, давления рабочей среды и т. п ), то те же исполнительные механизмы называют параметрическими. Например, в автоматическом термостате исполнительным механизмом является усилитель, нагрузкой которого служит нагревательный элемент (регулирующий орган) термостата. При отклонениях температуры от заданного значения изменяется входное напряжение усилителя, при этом изменится и выходное напряжение, а также ток
в нагревательном элементе и температура в термостате. В этом устройстве усилитель совмещает функции
элемента усиления и исполнительного механизма
В зависимости от вида потребляемой энергии различают электрические, гидравлические, пневматиче16
ские и механические исполнительные механизмы. Наибольшее распространение в системах автоматики получили электрические механизмы
В зависимости от характера движения выходного вала исполнительные механизмы делят на три вида:
с линейным, поворотным(угол поворота меньше 360°) и вращательным (угол поворота больше 360°) движением.
Регулирующим органом называется устройство (блок исполнительного устройства), которое изменяет расход энергии или вещества и непосредственно влияет на регулируемую величину объекта регулирования. Так, например, с помощью регулирующих органов можно изменять количество хладоносителя,
подаваемого в теплообменник холодильной машины, или устанавливать напряжение и силу электрического тока на нагревательных элементах термической печи.
По принципу регулирующего воздействия на объект различают дросселирующие и дозирующие регулирующие органы. Первые представляют собой переменное гидравлическое сопротивление. За счет изменения проходного сечения дросселирующего устройства регулируется расход вещества. Ко вторым относятся устройства или механизмы, которые регулируют поступление вещества или энергии путем изменения своей производительности.
Наиболее широкое распространение получили дросселирующие регулирующие органы, хотя дозирующие более экономичны.
Вопросы для самоконтроля:
1.Принцип действия различных типов ИМ, конструктивные особенности
2. Дросселирующие и дозирующие регулирующие органы;
3. Электрические, гидравлические, пневматические и механические исполнительные механизмы.
Тема 3.5. Вспомогательные средства автоматизации
К группе вспомогательных устройств относятся: предохранители и автоматические выключатели,
резисторы, конденсаторы, аппаратура сигнализации.
Предохранители и автоматические выключатели предназначены главным образом для защиты
электрических цепей от аварийных режимов работы оборудования (короткие замыкания, перегрузки и
понижение напряжения) и защиты людей от поражения электрическим током.
Предохранители служат для защиты схем автоматики и электрического оборудования низкого
напряжения от недопустимых длительных перегрузок и токов короткого замыкания.
Предохранители в основном состоят из корпуса контактного устройства и плавкой вставки. Они
являются одними из простейших защитных устройств. Основной элемент предохранителя — плавкая
вставка, выполненная в виде тонкой проволоки или пластины, которую изготовляют из легкоплавких
металлов (медь, серебро, свинец) или сплавов на их основе. Включенная последовательно в цепь защищенного объекта плавкая вставка допускает длительное протекание номинального тока. При токе выше
номинального вставка нагревается до температуры плавления и, расплавляясь, разрывает цепь.
Все предохранители характеризуются двумя показателями селективностью защиты и защитной
характеристикой.
17
Селективность защиты — это свойство реагировать на повреждение электрической установки
ближайшего к месту повреждения устройства предохранителя, т. е. при защите электрической установки
предохранителями плавкая вставка ближайшего к мест повреждения предохранителя должна перегореть раньше, плавкая вставка последующего по направлению питания предо хранителя.
Защитной характеристикой предохранителя называется характеристика, определяющая зависимость полного времени отключения (время расплавления плавкой вставки плюс время горения дуги) от отключаемого тока.
Автоматические выключатели (автоматы) снабжены расцепителями, которые срабатывают при
возникновении аварийных режимов и механически воздействуют на удерживающий элемент аппарата. При срабатывании они освобождают его подвижную систему.
По принципу действия расцепители автоматов подразделяют на тепловые, электромагнитные
и полупроводниковые. Тепловые расцепители обычно выполняются на основе биметаллических элементов, а электромагнитные на основе реле тока.
Различают следующие виды наиболее распространенных автоматов: универсальные, установочные, быстродействующие (ВАБ), гашения магнитного поля (АГП), защиты от утечек на землю.
Универсальные и установочные автоматы изготовляют значительные токи и имеют комбинированные системы защиты максимального тока и минимального напряжения. Вторые отличаются от
первых лишь наличием изоляционного кожуха, благодаря чему их можно устанавливать в общедоступных помещениях. Универсальные и установочные автоматы работают главным образом в установках низкого напряжения.
Быстродействующие автоматы (ВАБ) постоянного тока устанавливают на преобразовательных
установках. Они обладают способностью ограничивать ток короткого замыкания за счет быстрого образования дуги между контактами и интенсивной роста ее сопротивления. Их применяют в силовой
аппаратуре.
Аппараты гашения магнитного поля (АГП) предназначен для снятия поля возбуждения крупных синхронных машин npи возникновении в них короткого замыкания.
Автоматы защиты от утечек на землю служат для зашить людей и животных от поражения
электрическим током, а для защиты от коротких замыканий и перегрузок в сетях с глухой заземленной нейтралью.
Резисторы — это электрические элементы, предназначенные главным образом для ограничения
или регулирования тока либо напряжения в электрической цепи.
Конденсаторы — это элементы, предназначенные для накоплеия электричества. Конденсатор состоит из нескольких металлических пластин, отделенных друг от друга изолятором. К основным параметрам, характеризующим конденсаторы, относятся: номинальное значение емкости; допускаемые отклонения от номинального значения; рабочее напряжение; сопротивление изоляции или ток утечки.
Силовые конденсаторы применяют в силовых сетях высокого и низкого напряжений, обычные
конденсаторы — в схемах электроники. Силовые конденсаторы в отличие от обычных, имеют значитель18
ные объем и массу, большие емкость, реактивную мощность и запасенную энергию.
Вопросы для самоконтроля:
1.
Вспомогательные средства автоматизации в электрических системах
2.
Предохранители и автоматические выключатели;
3.
Силовые конденсаторы;
4.
Быстродействующие автоматы (ВАБ).
Раздел ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ
Тема 4.1. Схемы автоматизации
Создание и внедрение АСУТП - сложный и трудоемкий процесс. Это объясняется внедрением прогрессивных и сложных методов управления, многокомпонентностью АСУТП, системностью подхода при
разработке отдельных обеспечений, сложностью поставленных задач и комплекса технических средств.
Усложняет задачу и тот факт, что при разработке систем данного типа нельзя воспользоваться обычной схемой внедрения новой техники: создание опытного образца, проверка его работоспособности, корректировка проекта по результатам проверки, создание окончательного варианта. Пока не пущен АТК, проверку работоспособности системы управления в целом осуществить невозможно. Это резко повышает ответственность первоначальных решений при разработке АСУТП.
Большие сложности возникают и ввиду того, что ТОУ (технический объект управления) с течением
времени претерпевает существенные изменения, а это влечет за собой модернизацию внедренных задач
управления. Сама АСУТП также совершенствуется - происходят наращивание и изменение задач управления для нормального функционирования АСУТП в будущем : эволюция АТК должна быть запланирована
заранее, что создает дополнительные трудности.
Вопросы для самоконтроля:
1. В чем особенности схем автоматизации с использованием управляющих вычислительных машин?
2. Принцип построения схем автоматизации.
3. 3.Позиционные обозначения датчиков, приборов и аппаратуры управления.
Литература :[1],с.226,...,247
ПЕРЕЧЕНЬ РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Основная
1 Шкатов Е.Ф., Шувалов В.В. Основы автоматизации технологических процессов химических производств. - М., 2009.
2 Голубятников В.А., Шувалов В.В. Автоматизация производственных процессов в химической промышленности. - М.: Химия, 2010.
3 Клюев А.С. и др. Проектирование систем автоматизации технологических процессов. - М.: Энергия,
209.
Дополнительная
1 Автоматические приборы, регуляторы и вычислительные системы. Справочное пособие\ Под ред.
Б.Д.Кошарского. - Л.: Машиностроение, 2001.
19
Автор
profobrazovanie
Документ
Категория
Теория систем управления
Просмотров
99
Размер файла
218 Кб
Теги
автоматизация, 111, ротару
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа