352
.pdfМинистерство образования и науки РФ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова»
Средства автоматизации технологических процессов
Методические указания для самостоятельной работы студентов по направлению подготовки 15.03.04 – «Автоматизация технологических
процессов и производств»
Воронеж 2016
2
УДК 62-192:52
Средства автоматизации технологических процессов: Методические
указания для самостоятельной работы студентов по направлению подготовки
15.03.04 – «Автоматизация технологических процессов и производств» для
очной формы обучения / А.А. Грибанов; М-во образования и науки РФ, ФГБОУ
ВО «ВГЛТУ». – Воронеж, 2016. – 10 с.
Печатается по решению редакционно-издательского совета ВГЛТУ
Рецензент: д.т.н., профессор, зав. кафедрой электротехники и автоматики ФГБОУ ВО «Воронежский государственный аграрный университет имени императора Петра I» Афоничев Д.Н.
3
1. Введение
Учебным планом по направлению подготовки бакалавра 15.03.04 – «Автоматизация технологических процессов и производств» предусмотрено изучение курса «Средства автоматизации технологических процессов».
В результате освоения дисциплины студент должен:
–знать: основные схемы автоматизации типовых технологических объектов отрасли; структуры и функции автоматизированных систем управления; задачи и алгоритмы: централизованной обработки информации в автоматизированной системе управления технологическими процессами (АСУ ТП) отрасли, оптимального управления технологическими процессами с помощью электронно-вычислительных машин; принципы организации и состав программного обеспечения АСУ ТП, методику ее проектирования;
–уметь: выбирать для данного технологического процесса функциональную схему автоматизации; разрабатывать алгоритмы централизованного контроля координат технологического объекта; рассчитывать одноконтурные и многоконтурные системы автоматического регулирования применительно к конкретному технологическому объекту;
–владеть: навыками анализа технологических процессов, как объекта управления и выбора функциональных схем их автоматизации.
2.Общие указания
Методические указания предназначены для бакалавров 3-го курса (6-й семестр) очного обучения. Объем дисциплины и виды учебной работы по семестрам приведены в табл. 1.
Таблица 1 – Объем дисциплины и виды учебной работы
|
Трудоемкость |
Семестр |
||
Виды учебной работы |
Всего |
В зачетных |
6 |
|
|
часов |
единицах |
||
|
|
|||
1 |
2 |
3 |
4 |
|
Общая трудоемкость дисциплины |
144 |
4 |
144 |
|
Аудиторные занятия |
72 |
2 |
72 |
|
Лекции (Л) |
36 |
1 |
36 |
|
Практические занятия (ПЗ) |
– |
– |
– |
|
Лабораторные работы (ЛР) |
36 |
1 |
36 |
|
Семинары (С) |
– |
– |
– |
|
Занятия, проводимые в интерактивной |
8 |
0,22 |
8 |
|
форме (10 % от аудиторных по ФГОС ВО) |
||||
|
|
|
||
Самостоятельная работа (Сам) |
72 |
2 |
72 |
4
Контроль самостоятельной работы (КСР) |
36 |
1 |
36 |
|
|
|
|
Курсовой проект (работа) |
* |
* |
* |
|
|
|
|
РГР (ГАР, РАР) |
– |
– |
– |
|
|
|
|
Реферат |
– |
– |
– |
|
|
|
|
Виды итогового контроля (зачет, экзамен) |
* |
* |
Экзамен |
Цель лекций – дать основные направления по наиболее сложным разделам дисциплины, а также изложить материал по новейшим достижениям, не получившим достаточного освящения в учебной литературе.
Обзорный характер лекций не дает основание рекомендовать их в качестве единственного источника при подготовке к зачету.
Лабораторные занятия посвящены назначению технических средств автоматизации, функций АСУТП, изучению Характеристик средств измерительной, исполнительной и информационно-управляющей частей АСУТП, систем и средств управления технологическими процессами.
1. Содержание разделов дисциплины
Раздел 1 СОВРЕМЕННЫЕ ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ АВТОМАТИЗАЦИИ
Назначение технических средств автоматизации (ТСА). Функциональный состав ТСА. Стандартизация и система требований к ТСА. Государственная система промышленных приборов и средств автоматизации. Основные характеристики надежности. ТСА и законы распределения времени безотказной работы.
Раздел 2 ОБОБЩЕННЫЕ ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ И ОРГАНИЗАЦИИ АВТОМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ РЕГУЛИРОВАНИЯ
Назначение и функции АСУТП. Характеристика средств измерительной, исполнительной и информационно-управляющей частей АСУТП. Системы и средства управления технологическими процессами. Локальные системы. Централизованные системы контроля регулирования и управления. АСУТП: прямое цифровое управление, супервизорное управление, распределенные системы. Топология распределенных АСУТП.
5
Раздел 3 ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА АВТОМАТИЗАЦИИ, СПОСОБЫ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СИГНАЛОВ И РЕАЛИЗАЦИИ АЛГОРИТМОВ РЕГУЛИРОВАНИЯ
Электрические сигналы связи. Гальваническое разделение цепей. Комплекс электрических средств регулирования на интегральных микросхемах «АКЭСР». Исполнительные устройства электрических регуляторов. Контактные и бесконтактные пусковые устройства для управления электрическими исполнительными устройствами: У-252, ПМРТ-
69, У-101, ПБР-2.
Раздел 4 ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ И ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА АВТОМАТИЗАЦИИ
Пневматические средства автоматики, особенности и область применения. Функциональный и технический состав системы элементов промышленной пневмоавтоматики. Гидравлические средства автоматического регулирования.
Раздел 5 ЦИФРОВЫЕ СРЕДСТВА АВТОМАТИЗАЦИИ. ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ КОМПЛЕКСЫ
Цифровые средства автоматизации. Базовая организация управляющих вычислительных комплексов. Центральный процессор. Запоминающие устройства. Мультиплексный и селекторный каналы. Программные канал и канал прямого доступа к памяти. Устройства связи УВМ с объектом управления. Цифро-аналоговые преобразователи. Аналого-цифровые преобразователи. Коммутаторы и каналы управления.
Раздел 6 МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ СРЕДСТВА АВТОМАТИЗАЦИИ
Микропроцессоры. Основные понятия. Микропроцессоры с наращиваемой и фиксированной разрядностью. Одно- и многокристальные микропроцессорные комплекты. Измерительные устройства на базе микропроцессоров. Ремиконт. Ломиконт.
Раздел 7 МИКРОКОНТРОЛЛЕРЫ ЛОКАЛЬНОЙ АВТОМАТИКИ
6
Регуляторы температуры и влажности. Двухканальный ПИД-регулятор. Контроллеры для регулирования температуры. Блоки управления холодильными машинами. Регуляторы скорости вращения. Сигнализаторы уровня с дистанционным управлением. Контроллеры для подающих насосов. УЗОТЭ. Модули ввода – вывода. SCADA – система.
4. Лабораторные занятия
Перечень лабораторных работ по курсу для студентов очного обучения представлен в табл.2.
Таблица 2 – Перечень лабораторных работ
№ |
Номер раздела |
Наименование лабораторных работ |
|
пп |
дисциплины |
||
|
|||
1. |
Раздел 3 |
Релейно-импульсные регуляторы. Исследование |
|
|
|
работы П-регулятора (6 часов) |
|
2. |
Раздел 3 |
Релейно-импульсные регуляторы. Исследование |
|
|
|
работы ПИД-регулятора (6 часов) |
|
3. |
Раздел 3 |
Исследование работы тиристорного регулятора |
|
|
|
напряжения (8 часов) |
|
4. |
Раздел 5 |
Исследование работы цифро-аналоговых |
|
|
|
преобразователей (8 часов) |
|
5. |
Раздел 5 |
Исследование работы аналого-цифровых |
|
|
|
преобразователей (8 часов) |
5. Самостоятельная работа бакалавров
Часть материала курса вынесена на самостоятельное изучение бакалавров. Темы этой работы представлены в табл.3.
Таблица 3 – Перечень вопросов, выносимых на самостоятельное изучение
№ п/п |
Тема самостоятельной работы |
Номер источника |
|
|
|
|
|
1 |
2 |
|
3 |
|
|
|
|
1. |
Элементы и устройства пневмоавтоматики. |
1 о. (С. 145-148) |
|
|
|
|
|
2. |
Основные характеристики надежности. |
2 |
о. (С. 30-42) |
|
|
|
|
3. |
Пневматические исполнительные механизмы. |
|
2 о. (С. 70-88) |
|
|
|
|
4. |
Интеллектуальные реле |
3 |
д. (С. 122-147) |
|
|
|
|
7
5. |
Сетевые компоненты средства систем |
4 д. (С. 14-28) |
|
автоматизации и управления |
|
|
|
|
Контроль самостоятельной работы бакалавров осуществляется преподавателем. Контроль качества освоения дисциплины проводится посредством текущего контроля успеваемости и промежуточной аттестации обучающихся. Результаты контроля отражаются в баллах модульно-рейтинговой системы оценки знаний бакалавра.
После прослушивания курса лекций, выполнения лабораторных работ бакалавр допускается к сдаче экзамена. Контрольные вопросы к экзамену для бакалавров очного обучения приведены ниже.
6.Контрольные вопросы
1.Назначение технических средств автоматизации.
2.SCADA - система.
3.Аналоговый усилитель мощности У-252.
4.Аналого-цифровые преобразователи. АЦП последовательного счета.
5.АСУТП с прямым цифровым управлением.
6.АСУТП с супервизорным режимом работы УВМ.
7.АЦП поразрядного кодирования.
8.Базовая организация УВК.
9.Блок – схема ИУ (стр. 60).
10.Блоки оперативного управления и ИУ АКЭСР.
11.Государственная система промышленных средств автоматизации. Функциональные подсистемы.
12.Двухканальный ПИД – регулятор ТРМ-151.
13.Запоминающие устройства. Классификация.
14.Иерархическая структура ТС ГСП (стр. 9)
15.Исполнительные устройства электрических регуляторов.
16.Классификация ИМ (стр . 61)
17.Классификация приборов и устройств ГСП.
18.Количественные характеристики надежности (13 стр).
19.Кольцевая структура распределенной АСУТП.
20.Коммутаторы каналов УСО. Одноступенчатый коммутатор.
21.Локальные системы управления технологическими процессами.
22.Магистральная структура распределенной АСУТП.
23.Методы стандартизации в производстве ТСА.
24.Микропроцессоры. Классификация (223 стр).
25.Многоканальные АЦП.
26.Модуль ввода аналоговый МВА8.
27.Модуль вывода управляющий МВУ8.
28.Назначение и функции АСУТП.
8
29.Организация технического диагностирования САУ.
30.Основные законы распределения времени безотказной работы. Экспоненциальный закон. Распределение Рэлея.
31.Основные законы распределения времени безотказной работы. Нормальное распределение. Гамма-распределение.
32.Основные законы распределения времени безотказной работы. Распределение Вейбулла.
33.Основные пневмоэлементы и устройства.
34.Основные подсистемы УВК.
35.Передача аналоговых электрических сигналов.
36.Пневматические ИМ.
37.Радиальная структура распределенной АСУТП. 38.Регулятор температуры и влажности МПР51-Щ4. 39.Сигнализатор уровня жидких и сыпучих сред САУ-М7Е.
40.Система ввода – вывода с автономными аппаратными и программными средствами канала.
41.Система ввода – вывода с рассредоточенными аппаратными и программными средствами канала.
42.Структура и логическая организация системы ввода - вывода. 43.Структура УВК работающего в управляющем режиме. 44.Техническая реализация АСУТП и классы используемых ТС. 45.Типовая структура многоканальной СЦКРиУ (стр 55). 46.Типовая структура СЦКРиУ (стр 55).
47.Универсальная система элементов промышленной пневмоавтоматики (УСЭППА).
48.УСО для ввода релейной информации.
49.УСО с параллельным вводом аналоговой информации.
50.УСО с последовательным вводом аналоговой информации.
51.Устройство защитного отключения трехфазного электродвигателя УЗОТЭ-2У.
52.Устройство связи УВМ с объектом управления.
53.Характеристика средств измерительной, исполнительной и информационно-управляющей частей АСУТП.
54.Централизованная АСУТП.
55.Цифро-аналоговые преобразователи.
9
Библиографический список
Основная литература
1.Шандров Б. В. Технические средства автоматизации [Текст] : доп. М- вом образования и науки Рос. Федерации в качестве учебника для студентов вузов / Б. В. Шандров. – М.: Академия, 2007. – 368 с.
2.Данилов А. Д. Технические средства автоматизации [Текст] : доп. УМО вузов по образованию в обл. автоматизир. машиностроения в качестве учеб. пособия / А. Д. Данилов; ВГЛТУ. – Воронеж, 2007. – 340 с.
Дополнительная литература
3.Борисов, А.М. Средства автоматизации и управления [Электронный ресурс] : учебное пособие / А.М. Борисов, А.С. Нестеров. – Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2007. – 207 с. // ЭБС Единое окно доступа к образовательным ресурсам. – Режим доступа: http://window.edu.ru/resource/557/77557. – Загл. с
экрана.
4.Туманов М.П. Технические средства автоматизации и управления: цифровые средства обработки информации и программное обеспечение [Электронный ресурс]: Учебное пособие. - М.: МГИЭМ, 2005. – 71 с. . // ЭБС
Единое окно доступа к образовательным ресурсам. – Режим доступа: http://window.edu.ru/resource/739/24739. – Загл. с экрана.
10
Грибанов Андрей Анатольевич
Средства автоматизации технологических процессов
Методические указания для самостоятельной работы по направлению
подготовки бакалавра 15.03.04 – «Автоматизация технологических процессов и
производств» для очной формы обучения
Редактор С.Ю. Крохотина
Подписано в печать |
Формат бумаги |
Заказ |
||
Объем |
п.л. |
Усл. п.л. |
Уч-изд. л. |
Тираж |
ФГБОУ ВО «Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова»