Методичні вказівки до практичних занять з дисципліни «Автоматизація виробничих процесів та мікропроцесорна техніка» для студентів спеціальності 090101 icon

Методичні вказівки до практичних занять з дисципліни «Автоматизація виробничих процесів та мікропроцесорна техніка» для студентів спеціальності 090101




Скачати 267.61 Kb.
НазваМетодичні вказівки до практичних занять з дисципліни «Автоматизація виробничих процесів та мікропроцесорна техніка» для студентів спеціальності 090101
Дата27.05.2013
Розмір267.61 Kb.
ТипМетодичні вказівки



МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ,

МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ

СУМСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ


3343 МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

до практичних занять з дисципліни

«Автоматизація виробничих процесів та мікропроцесорна техніка»

для студентів спеціальності 6.090101

«Прикладне матеріалознавство» усіх форм навчання


Суми

Сумський державний університет

2012


Методичні вказівки до практичної частини та виконання тестових завдань з дисципліни «Автоматизація виробничих процесів та мікропроцесорна техніка» / укладач Ю. Ф. Саме-дов. – Суми Сумський державний університет, 2012. – 42 с.


Кафедра комп’ютерних наук,

секція комп’ютеризованих систем управління


ЗМІСТ С.

Передмова….…………………………..………………………3

1. Основи автоматизації технологічних процесів…………...4

2. Основні пристрої вимірювальної техніки ………………..8

2.1. Фізичні величини та вимірювання ………….…………..8

2.2. Засоби вимірювальної техніки ………………………….9

2.3. Значення переміщення у вимірювальній

техніці ……………………………………………………11

2.4. Давачі тиску …………………………………………….12

2.5. Вимірювання витрат …………………………………...17

2.6. Вимірювання рівня ……………………………………..20

2.7. Вимірювання температури …………………………….23

3. Системи контролю та регулювання

технологічних процесів …………………………………...25

4. Класифікація локальних систем

автоматичного регулювання …………………………...30

5. Список використаної літератури...……………................38


ПЕРЕДМОВА

Викладання основ автоматизації технологічних процесів за традицією починається із загальних теоретичних основ автоматики та розгляду конкретних прикладів систем автоматизації у відповідній сфері виробництва, а саме у технологічних процесах металургії та матеріалознавства. При цьому контроль засвоєння навчального матеріалу зводиться до перевірки вміння студентів запам’ятати і пояснити принципи дії тих систем автоматизації, які він вивчав на лекціях та на лабораторно-практичних заняттях, а також уміння самостійно розумітися на нових схемах систем автоматизації з використанням сучасних засобів мікропроцесорної техніки.

Навчальний матеріал із автоматики пропонується вивчати у такій послідовності:

- ознайомлення з фізичними основами роботи перетво-рювачів інформації для систем управління;

- розгляд найпоширеніших технічних засобів для побудови локальних систем управління;

- аналіз роботи найважливіших локальних систем управління;

- ознайомлення з принципами побудови систем автоматич-ного управління типовими технологічними процесами з використанням сучасних засобів мікропроцесорної техніки.

Автоматизація ефективно застосовується на сучасному етапі розвитку виробництва з метою досягнення зростання показників ресурсозбереження, поліпшення екології навколишнього середовища, якості та надійності продукції. Автоматизація виробництва проводиться за допомогою автоматичних пристроїв, які можна класифікувати за різними ознаками, при цьому під «пристроєм» розуміють закінчену конструкцію.


^ 1. ОСНОВИ АВТОМАТИЗАЦІЇ ТЕХНОЛОГІЧНИХ

ПРОЦЕСІВ

Будь-який складний технологічний процес можна розчленувати на прості, які зводяться до перенесення або перетворення енергії чи речовини. Для кожного процесу необхідно сформулювати точну вимогу щодо його виконання. Сукупність правил, що однозначно визначають, як і в якій послідовності слід виконувати окремі технологічні операції з метою вирішення загального завдання, має назву алгоритму. У сучасному житті ми повсякденно зустрічаємося з будь-якими інструкціями, умовами, правилами поведінки, рецептами тощо – а це все алгоритми.

У технологічних процесах на об’єкт впливають навколишнє середовище та різні робочі навантаження. Цей вплив називають збурювальним, оскільки, як правило, заважає реалізації заданого алгоритму. Збурювальні впливи порушують виконання заданого алгоритму, тому доводиться ззовні регулювати потік енергії або речовини, що надходить від джерела до об’єкта, тобто керувати процесом. Наприклад, при внесенні у нагрівальну піч садки температура всередині печі падає і необхідно додати певну кількість газу для встановлення потрібної температури за вимогами технології.

У будь-якому технологічному процесі можна розрізнити чотири основні складові:

- знаряддя, за допомогою якого здійснюється необхідний вплив на предмет праці (технологічна складова);

- джерело енергії для виконання роботи (енергетична складова);

- засоби інформаційного забезпечення ходу технологічного процесу;

- систему керування робочим процесом, яка здійснює доцільну координацію використання знарядь виробництва і джерела енергії (управлінська складова).

Системи, які керують потоком енергії або речовини, що надходить від джерела до об’єкта керування (так звані локальні системи управління), можна відобразити узагальненою структурою, яка показана на рис.1.



Рисунок 1 – Узагальнена структура локальної

системи управління

На рис.1 використані такі позначення: РП – регулювальний пристрій; ПІ – повідомча інформація про стан об’єкта (за зворотним зв’язком); КС – керуючі сигнали, що мають на меті забезпечити заданий перебіг технологічного процесу (за прямим зв’язком); Об – об’єкт керування; f – збурювальний вплив; РО – регулювальний орган; Дж – джерело енергії.

Інформація – це зміст будь-якого повідомлення про факти і події. Матеріальним носієм інформації є сигнал – фізичне явище, пов’язане з певним фактом або подією, тобто воно несе інформацію про них. Сигнали передаються по каналах зв’язку в тому чи іншому вигляді. Прикладами їх є наявність або відсутність струму в електричному колі, відхилення температури у нагрівальній печі, зміна тиску повітря в трубопроводі, механічне переміщення фізичного тіла, зміна відносного розташування темних і світлих плям (візуальне сприйняття літер, цифр, рисунків), зміна частоти і гучності звуку (слухове сприйняття мовлення, акустичних сигналів) та інше.

Структурна схема на рис.1 дає підставу для висновку, що фізичні явища можуть розглядатися з двох точок зору: матеріально-енергетичної (перенесення енергії або речовини) та інформаційної (передача сигналів). Напрям передавання інформації не завжди збігається з напрямом перенесення енергії або речовини.


У локальних системах автоматичного регулювання всі процеси в регулювальній ланці відбуваються автоматично, тобто без участі людини–оператора. Основним принципом дії цих систем є регулювання за відхиленням. Структурну схему типової системи регулювання за відхиленням зображено на рис.2.




Усі процеси в цій системі відбуваються автоматично: вимірюється регульований параметр X(t), результат вимірювання UОС, який формується вимірювальним перетворювачем ВП, порівнюється з UЗ, різниця ε = (UЗ  UОС) як сигнал непогодження потрапляє на вхід регулятора, де виробляється розпорядливий сигнал UР. Останній через регулювальний орган (виконавчий механізм) діє на технологічний об’єкт у напрямку усунення наслідків збурювального впливу f. Ручним способом виконується тільки одна операція – введення задавального сигналу (уставки) UЗ.

За ступенем автоматизації машини та апарати можна поділити на три групи:

1) машина або апарат із елементами автоматизму – якщо більшість систем керування, що входять до її складу, вимагають участі людини, і тільки окремі системи – автоматичні;

2) напівавтомат – машина або апарат, що в основному діють автоматично, але періодично вимагають участі людини, найчастіше – на початку технологічного процесу;

3) автомат – машина або апарат, що працює без прямої участі людини.

З метою здійснення технологічного процесу автоматизовані машини або апарати поєднуються у більш-менш складні технологічні комплекси. Основним напрямом розвитку автоматизації сьогодні для технологічних процесів є автоматизовані системи управління технологічними процесами (АСУ ТП), що становлять людино-машинні системи, які поєднують усі типові локальні системи в загальну інтегровану систему з метою оптимального керування складними технологічними процесами. У такій автоматизованій системі людина-оператор бере участь у координації роботи окремих систем управління та у виробленні найважливіших керівних рішень (зниження собівартості продукції, зменшення втрат сировини та енергії, підвищення продуктивності праці та якості продукції, поліпшення умов праці обслуговуючого персоналу, дотримання вимог екології тощо).

Центральну роль в АСУ ТП відіграють мікропроцесорні пристрої, фактичне підтримування режиму технологічного процесу в більшості АСУ ТП здійснюють типові локальні системи окремих параметрів, де все частіше поряд із технічними засобами традиційної автоматики використовуються як логічний елемент також мікропроцесорні пристрої, зокрема мікроконтролери.

Подальшим кроком у розвитку автоматизації технологічних процесів є безпосереднє цифрове управління і керування, при якому локальні системи управління окремих параметрів взагалі виключаються із системи, а управлінські сигнали на всі виконавчі елементи надходять безпосередньо від центрального мікропроцесорного пристрою. У цих системах потреба у втручанні оператора може виникнути лише в аварійних ситуаціях.

Ефективність автоматизації залежить від технології виробництва. Зазвичай, найбільшого ефекту можна досягнути при сучасній, інформаційній технології виробництва.


^ 2. ОСНОВНІ ПРИСТРОЇ ВИМІРЮВАЛЬНОЇ ТЕХНІКИ

2.1. ФІЗИЧНІ ВЕЛИЧИНИ ТА ВИМІРЮВАННЯ

Фізична величина, чи величина, – це кожна озна-чена якісно властивість фізичних об’єктів. Фізичні вели- чини існують в часі й просторі. Тому їх розміри і на- прямки є функціями часу та координат простору.

^ Вимірювальною інформацією називають інформацію про значення вимірюваних фізичних величин. Матеріальними носіями вимірювальної інформації завжди є сигнали. Один із параметрів вимірювального сигналу, який містить вимірювальну інформацію, називають інформативним параметром.

Для отримання вимірювальної інформації вимірювальні сигнали піддають відповідним перетворенням. Переносниками інформації можуть бути і пасивні величини, розміри яких модулюються активними величинами. Модуляція та кодування органічно пов’язані між собою і покладені в основу всіх перетворень вимірювальних сигналів вимірювальної ін- формації, яка в них міститься. Відображення інформації умовними знаками (символами), зокрема цифровими, називається цифровим кодуванням. Відповідно до цього розрізняють аналогові та цифрові вимірювальні сигнали та аналогову і цифрову форми вимірювальної інформації. Аналоговий сигнал може бути неперервним або дискретним, а цифрові сигнали – завжди дискретні. Аналоговий сигнал стає цифровим після цифрового кодування.


^ 2.2. ЗАСОБИ ВИМІРЮВАЛЬНОЇ ТЕХНІКИ

Засобом вимірювальної техніки називають технічний засіб, який застосовується під час вимірювань і має нормовані метрологічні характеристики. Засобами вимірювань є вимірювальні прилади, реєструвальні прилади, вимірювальні канали, вимірювальні установки, вимірювальні системи, кодові засоби вимірювань.

^ Цифрові засоби вимірювальної техніки виникли внаслідок потреби практики в суттєвому підвищенні точності, швидкодії та чутливості. У свою чергу, їх висока швидкодія та точність привели до нагромадження великих масивів даних про результати вимірювань, що стимулювало здійснення повної автоматизації складних процедур прямих, опосередкованих, сукупних і сумісних вимірювань на основі засобів обчислювальної техніки.

Сьогодні цифрові засоби охоплюють практично всі вимірювані в промисловості та наукових дослідженнях фізичні величини. З метою уніфікації елементної бази та забезпечення зручності в користуванні фізичним носієм вимірювальної інформації у них вибрані електричні сигнали, найчастіше напруга постійного струму, які мають ряд незаперечних переваг порівняно з рештою сигналів, а саме: універсальність, дистанційність, наявність добре розроблених методів та засобів опрацювання, можливість реєстрації швидкоплинних процесів, простота узгодження із засобами цифрової обчислювальної техніки (комп’ютерами).

Структурною схемою вимірювального кола засобу вимірювань називається схема, що відображає його основні функціональні частини (структурні елементи), їх призначення та взаємозв’язки. Ступінь диференціації структурної схеми на структурні елементи, що зображуються переважно прямокут-никами, визначається призначенням схеми. Краще за все вивчення та аналіз дії засобу вимірювань слід проводити за структурними схемами. Структурні елементи вимірювального кола можуть бути з’єднані послідовно, паралельно, зустрічно – паралельно, змішано.

Найбільш поширене пряме перетворення характерне тим, що передача вимірювальної інформації здійснюється тільки в одному напрямку – від входу до виходу без зворотного зв’язку між ними. При цьому потрібно виділяти первинний та вторинний перетворювачі на структурній схемі, яка зображена на рис.3, де:

1 – пристрій первинного перетворення вимірювальної величини Z у проміжний параметр Y; 2 – пристрій проміжного (внутрішнього) перетворення параметра Y у переміщення Х;

3 – чутливий елемент, який перетворює переміщення Х у первинний електричний сигнал Uпер; 4 – функціональний перетворювач; 5 – вихідний пристрій, який остаточно формує уніфікований вимірювальний сигнал Uу.




Склад первинного перетворювача може бути різним залежно від методу вимірювальних перетворювань. Функціями вторинного перетворювача є: випрямлення, лінеаризація, гальванічне розв’язування і таке інше та формування вихідного уніфікованого вимірювального сигналу необхідної потужності.


^ 2.3. ЗНАЧЕННЯ ПЕРЕМІЩЕННЯ У

ВИМІРЮВАЛЬНІЙ ТЕХНІЦІ

Багато різноманітних фізичних величин достатньо легко перетворюються в лінійне чи кутове переміщення. Ці перетворення здійснюються механічними пружними пристроями чи вузлами. Вхідними величинами цих перетворювачів можуть бути такі механічні зусилля, як сила, тиск, перепад тисків, крутний момент, а за допомогою додаткових пристроїв – також витрата, температура і таке інше. Як чутливі елементи для перетворення переміщення в первинний електричний сигнал використовуються реостатні, ємнісні, а найчастіше – диференціальні індуктивні перетворювачі. Вони значно покращують лінійність перетворювання з одночасним збільшенням чутливості. Найпоширені-шими є мостові схеми, наведені на рис.4.




Рисунок 4 – Мостова схема індуктивного

перетворювача


Диференціальний індуктивний перетворювач має два ідентичні перетворювальні елементи 2 і 3, конструктивно об’єднані таким чином, що при переміщенні рухомого осердя 3 повітряний проміжок між осердям і полюсами одного з перетворювальних елементів збільшується, а між осердям і полюсами іншого перетворювального елемента настільки ж зменшується. Диференціальне увімкнення елементів такого перетворювача дає можливість значно розширити лінійну ділянку функції перетворення, збільшивши чутливість. На цій схемі два плеча моста становлять повні опори секцій диференціального перетворювача Z1 та Z2, а два інші плеча моста – активні опори R1 i R2 (R1=R2=R). Такі мости, як правило, спроектовані так, що за відсутності вхідної дії (значення вимірювального переміщення дорівнює нулю) якір диференціального перетворювача розміщений у середньому положенні, а вихідна напруга моста Uпер=0, при цьому Z1= Z2= Z0. Під час переміщення якоря в результаті появи вхідної дії опори секцій дорівнюватимуть відповідно Z1= Z1+ Z та Z2= Z2- Z . Ці зміни опорів секцій диференціального перетво-рювача, як правило, невеликі, і можна вважати, що напруга у вимірювальній діагоналі моста змінюється пропорційно Z /Z.

Відносна зміна повітряного проміжку диференціальних перетворювачів, у межах якої нелінійність функції перетворення не перевищує 1%, досягає 0,3–0,4. Тому на практиці застосовують, як правило, диференціальні перетворювачі.


^ 2.4. ДАВАЧІ ТИСКУ

Тиск – це відношення сили F до площі S( p=F/S).

Основним приладом для вимірювання тиску є манометр. Будову манометра зображено на рис.5.

При вимірюванні тиску газу чи рідини вони заповнюють внутрішній проріз трубки та з однаковим тиском діють на її внутрішню поверхню. Внаслідок того що зовнішня поверхня має значну площу, в неї більша і сила. Тому при підвищенні тиску вільний кінець трубки 2 деформується вправо, тобто трубка розгинається, і навпаки.

Манометр – прилад контролю, він показує тиск у трубопроводах, технічних ємностях і т. п.

Для побудови давача манометр слід оснастити низкою перетворень, як це показано на рис.6.




Рисунок 5 – Схема будови манометра:

1 – кріплення; 2 – трубчаста пружина Бурдона; 3 – тяга;

4 – зубчастий сектор; 5 – зубчасте колесо; 6 – шкала зі стрілкою




Рисунок 6 – Схема давача тиску на основі манометра:

М – манометр; х – переміщення; Uпер – первинний електричний сигнал; У1, У2 – підсилювачі; ПП – показниковий прилад;

АЦП – аналогово-цифровий перетворювач; КОМ – керуюча обчислювальна машина; ДШ – дешифратор


Інший вигляд давача можливий в такому зображенні:





Рисунок 7 – Схема давача тиску на основі манометра:

Тр-р розв – трансформатор розв’язання; Uвих – вихідна напруга


^ Диференціальний манометр (ДМ)

Диференціальний манометр вимірює різницю двох тисків і відповідно має дві камери. Рисунок 8 – Схема диференціального манометра:

Р1 , Р2 – вхідні тиски; 1– корпус ДМ; 2 – плоска мембранна пружина; 3 – шток; С 12 , С 23 – ємності

Якщо один вхід ДМ з’єднати з атмосферою, то він буде реагувати на надмірний тиск відносно атмосферного. Якщо вимірюється невеликий тиск відносно атмосферного, то такий прилад називається напоромір. Якщо вимірюється розрідження у зоні горіння газу чи внизу димової труби – тягомір.

На практиці ці два прилади з’єднуються в один – тягонапоромір – вимірює невеликі відхилення відносно атмосфери. Одиницею вимірювання такого приладу є міліметр водного стовпчика.


^ Давачі тиску «САФІР»

Типовий устрій цих давачів наведений на рис.9. Вимірювальний тиск діє на роздільну мембрану, яка

герметично запаяна. Спеціальна рідина 3 (поліефірові рідини) діє на стінки вимірювального корпусу, виникає деформація корпусу камери, по боках яких установлені резистивні тензодавачі – 2. Увесь прилад закріплюється на основі 1.

Тензодавач – дуже чутливі активні резистори, які змінюють свій опір під дією малих деформацій. Ця зміна опору перетворюється у первинний електричний сигнал в електричному модулі ЕМ. Електричний модуль ЕМ – мікропроцесорний пристрій, він виконує інші перетворення і формує вихідний уніфікований електричний сигнал.




Рисунок 9 – Схема давача тиску типу «Сафір»


^ 2.5. ВИМІРЮВАННЯ ВИТРАТ

Витрата – кількість, або обсяг речовини (газу та рідини, яка проходить через поперечний проріз труби за одиницю часу). Витрата пропорційна швидкості потоку.

Об’ємні витрати: л/с, м3/год, м/хв.

Масова, чи часова: гр/с, кг/ха, Т/год.

Якщо підсумувати (проінтегрувати) поточне значення витрати, то одержимо загальну кількість речовин – це функція лічильників. Вимірювання витрати здійснюється різними засобами.

Вимірювання традиційними засобами передбачає

використання звужувальних пристроїв:


  • Діафрагма




Рисунок 10 – Схема будови звужувального пристрою


Діафрагма створює перепад тисків, тобто витрата – швидкість перетворюється в перепад тисків. При V=0, p1=p2 .

Перепад тисків надходить по вимірювальних імпульсних трубках до диференціального манометра ДМ.



Рисунок 11 – Схема перепаду тисків




Рисунок 12 – Схема підключення дифманометра

до звужувального пристрою:

1, 2 – запірні крани; 3 – зрівнювальний кран


Диференціальний манометр перетворює перепад тисків у переміщення Х.


^ Витратомір постійного перепаду тиску –поршневий пристрій, який установлюється на горизонтальному відрізку труби.





Рисунок 13 – Схема будови витратоміра постійного

перепаду тиску:

1 – поршень; 2 – обхідний канал, h – положення (переміщення) поршня


Оскільки p21, то на поршень діє піднімальна сила, яка дорівнює його вазі завжди, а перепад тисків знову пропорційний витратам, то стан рівноваги настає кожного разу при різних висотах h.


^ 2.6. ВИМІРЮВАННЯ РІВНЯ

Рівень рідини та твердого сипкого тіла вимірюється на основі різних фізичних явищ.

Вимірювання рівня води у відкритому водоймищі.





Рисунок 14 – Схема вимірювання рівня води


Через дросель надходить дуже мало повітря. Тиск повітря у трубці після дроселя залежить від рівня води h. Трубка занурюється на достатню глибину – нижче мінімального рівня. До трубки під’єднаний манометр М, шкала якого градуйована у метрах.


Вимірювання рівня за тиском внизу.



Рисунок 15 – Схема вимірювання рівня за тиском


Поплавок вільно тримається на поверхні рідини.

Переміщення поплавка однозначно пов’язане з переміщенням рівня.



Рисунок 16 – Схема вимірювання рівня поплавком


– Вимірювання рідини при надмірному тиску.

Цей спосіб працює за законом Архімеда – при зміні рівня буйок трохи переміщується до встановлення стану рівноваги.

Переміщення Х важеля 3 за допомогою пружини 5 передається ззовні і далі перетворюється на переміщення Х.




Рисунок 17 – Схема вимірювання рівня буйком:

1–буйок – видовжене циліндричне, металеве тіло; 2 –заспокійливий кожух; 3 – важіль; 4 – зрівноважу-вальний вантаж; 5 – герметична пружина


^ Дискретне вимірювання рівня.

З одного боку ємності встановлюють фотодіоди, а з іншого – світлочутливі приймачі.




Рисунок 18 – Схема дискретного вимірювання рівня


– Вимірювання рівня по тиску на опори.

Одна чи всі опори технічної ємності виконуються як здавачі сили.




Рисунок 19 – Схема вимірювання рівня за тиском на опору


^ 2.7. ВИМІРЮВАННЯ ТЕМПЕРАТУРИ

Вимірювання температури термопарою

Термопара складається з двох провідників, які спаяні з одного боку – це називається гарячим спаєм, інші вільні кінці називають холодним спаєм. Залежно від різниці температур цих спаїв на вільних кінцях отримаємо терморушійну силу порядку декількох десятків мілівольт. Якщо до вільних кінців термопари підключити мілівольтметр із градуюванням шкали у С, то можна отримати показниковий прилад для контролю температури.

Для побудови давача температури термопару слід оснастити низкою перетворювальних елементів.





Рисунок 20 – Схема вимірювання температури термопарою: ПП – первинний перетворювач, П1, П2 – підсилювачі, КП – коригувальний пристрій


^ Вимірювання температури термоопором

Принцип дії термоопорів ґрунтується на зміні значення опору провідника від температури. Вони мають високі точність і часову стабільність.

Для вимірювання температури за допомогою термоопору використовують здебільшого зрівноважені мостові кола.



Рисунок 21 – Схема автоматичного моста для

вимірювання температури

Термоопір вмикається в плече моста, яке прилягає до реохорда. При такому ввімкненні рівновага для початкового і деякого проміжного значенья вимірюваної температури буде без урахування опорів ліній за відсутності шунтувального опору Rш, який застосовують для розширення межі вимірювань.

Для зменшення впливу опорів ліній у схемі використовується трипровідне ввімкнення термоопору, опір окремих з’єднувальних проводів вмикається відповідно у сусідні плечі моста і діагональ живлення. При такому ввімкненні вплив опорів ліній і їх зміни будуть повністю вилучені.


^ 3. СИСТЕМИ КОНТРОЛЮ ТА РЕГУЛЮВАННЯ

ТЕХНОЛОГІЧНИХ ПРОЦЕСІВ

Будь-який складний технологічний процес можна розчленувати на прості, які зводяться до перенесення або перетворення енергії чи речовини. У загальному вигляді схема простого процесу являє собою об’єкт технологічного процесу, який з’єднується з джерелом енергії або речовини.

Для кожного процесу необхідно сформулювати точну вимогу щодо його виконання. Сукупність правил, що однозначно визначають, як і в якій послідовності слід виконувати окремі технологічні операції з метою вирішення загального завдання, має назву алгоритму. У сучасному житті нам повсякденно трапляються будь-які інструкції, правила поведінки, рецепти тощо, а це все – алгоритми!

У технологічних процесах на об’єкт впливає навколишнє середовище. Цей вплив називають збурювальним, оскільки, як правило, він заважає реалізації заданого алгоритму. Існують такі об’єкти, внутрішні властивості яких забезпечують заданий перебіг технологічного процесу навіть при збурювальних впливах. На жаль, таких об’єктів дуже мало. У всіх же інших об’єктах, що позбавлені цього, збурювальні впливи порушують виконання заданого алгоритму, тому доводиться ззовні регулювати потік енергії або речовини, що надходить від джерела до об’єкта, тобто керувати процесом.

У будь-якому трудовому процесі можна розрізняти три основні складові:

а) знаряддя, за допомогою якого здійснюється необхідний вплив на предмет праці (технологічна складова);

б) джерело енергії для виконання роботи (енергетична складова);

в) систему керування робочим процесом, яка здійснює доцільну координацію використання знарядь виробництва і джерела енергії (управлінська складова).

Таким чином, автоматика – це галузь науки й техніки, яка охоплює сукупність керуючих пристроїв, що дозволяють здійснювати технологічні процеси без прямої і безперервної участі людини. Автоматизація ж являє собою практичне застосування автоматики для вирішення конкретних завдань управління технологічними процесами.

Системи, які керують потоком енергії або речовини, що надходять від джерела до об’єкта керування, називають локальними системами керування. Розглянемо приклад такої локальної системи керування для технологічного об’єкта – сушильної камери з паровим обігріванням; ця система повинна забезпечити підтримання деякого заданого рівня температури в сушильній камері (рис.22).

Для вимірювання температури об’єкта використано термопару, різниця потенціалів φ на виході якої залежить від температури в камері. Сигнал φ порівнюється з напругою ψ, яка знімається з подільника R; величина ψ встановлюється залежно від значення температури, яку з точки зору технологічної доцільності потрібно підтримувати в сушильній камері (подільник напруги R для даної системи керування є задавальним елементом ЕЗ; покажчик положення повзунка подільника – це вставка γ).

Логічним елементом ЛЕ, що здійснює порівняння φ та ψ у цій системі керування, є мілівольтметр mV з нулем посередині




Рисунок22 – Сушильна камера з паровим

обігріванням


шкали, який вимірює різницю φ – ψ. Якщо φ = ψ, то мілівольтметр показує нуль; при φ≠ ψ стрілка приладу відхиляється у той чи інший бік від позначки нуль. Положення стрілки мілівольтметра допомагає оператору правильно виробити розпорядчий сигнал μ – збільшити чи зменшити подавання пари до змійовика з метою підвищення чи зниження температури в технологічному об’єкті (виконавчий елемент ВЕ та регулювальний орган РО).

Як правило, ефективнішими є ті системи керування, всі зв’язки у яких здійснюються автоматично, – локальні системи автоматичного керування. Так можна, наприклад, здійснити автоматичне регулювання температури в сушильній камері (рис.23).



Рисунок 23 – Автоматичне регулювання температури в

сушильній камері


Як і в попередній системі вимірювання температури здійснює термопара; напруга φ на виході термопари порівнюється з напругою ψ, що знімається з подільника R. Різниця φ – ψ подається на вхід перетворювача сигналів постійного струму у сигнали змінного 1, підсилюється за допомогою електронного підсилювача 2 і потрапляє до обмотки статора електродвигуна 3, який через зубчасту рейкову передачу 4 керує вентилем 5, що регулює подавання пари до змійовика: якщо φ > ψ, то обертання ротора електродвигуна призводить до зменшення подавання пари; якщо φ < ψ, то, навпаки, подавання пари збільшується; при φ=ψ температура в камері нормальна й подавання пари залишається незмінним.

Як уже зазначалося, завдання до елемента ЕЗ, що задає інформацію ψ, вводиться за допомогою вставки γ. Значення γ встановлюється таким чином, щоб забезпечити оптимальне значення деяких важливих вихідних показників керованого технологічного процесу (наприклад, найвищої якості продукції, максимального коефіцієнта корисної дії, мінімальних витрат та ін.). Якщо залежність такого показника Авих від значення вставки γ однозначна й не залежить від збурювальних впливів λ, то вибір значення вставки γ= γ0 здійснюється просто. Якщо ж при різних λ залежності Авих=f(γ) неоднакові, то при зміні λ необхідно змінювати й значення вставки, а з цим людині справитися важко. Замість людини потрібна електронна обчислювальна машина для аналізу значення λ і Авих, визначення величини вставки λ і введення її до ЕЗ. Такі САК називаються кібернетичними.

У машинах або апаратах, як правило, поєднуються деякі локальні системи керування – як автоматичні, так і такі, що функціонують за участі людини. Ступінь автоматизації машини чи апарата визначається зайнятістю в її роботі людини. З метою здійснення технологічного процесу автоматизовані машини або апарати поєднуються у більш-менш складні технологічні комплекси.


^ 4. КЛАСИФІКАЦІЯ ЛОКАЛЬНИХ СИСТЕМ

АВТОМАТИЧНОГО РЕГУЛЮВАННЯ

У локальних системах автоматичного регулювання всі процеси в розпорядчій ланці відбуваються автоматично. За принципом дії вони поділяються на дві групи: системи з регулюванням за збуренням і з регулюванням за відхиленням.

У системах регулювання за збуренням значення регульованої величини φ не вимірюється і не порівнюється із завданням ψ, тому керуючий вплив μ не залежить безпосередньо від значень φ і ψ; внаслідок цього точність регулювання в них невелика. У цих системах важко змінювати завдання ψ; але вони швидкодіючі й стійкі в роботі.

Структурну схему системи регулювання за відхиленням зображено на рис. 24. Усі ці процеси в розпорядчій ланці відбуваються автоматично: вимірюється регульований параметр y(t), результат вимірювання φ порівнюється з ψ, різниця ε= ψ – φ потрапляє на вхід регулятора, де виробляється розпорядчий сигнал μ, який забезпечує необхідне значення регульованої величини y(t) при збурювальному впливі λ. Ручним способом виконується тільки одна операція – введення уставки ψ.



Рисунок 24 – Структурна схема системи регулювання за

відхиленням

Приклад системи автоматичного регулювання за відхиленням подано на рис.25. Якщо подача води Qп

Рисунок 25 – Система регулювання рівня води в

резервуарі


дорівнює витраті Qв, рівень H води не змінюється. Якщо ж Qв зменшується, рівень Н починає зростати, буйковий перетворювач 6 підіймається вгору, через важіль 4 прикриває сопло вторинного перетворювача сопло–заслонка 3, тиск повітря на його виході підвищується, і мембранний серводвигун 2 прикриває клапан 1, зменшуючи подачу Qп. При порушенні рівноваги внаслідок зростання Qв регулятор забезпечує відповідне збільшення Qп. За допомогою фіксатора 5 можна змінювати ψ, рівень Н якого буде підтримувати регулятор: якщо фіксатор перемістити вниз, регулятор підтримуватиме нижчий рівень води, якщо ж фіксатор перемістити вгору – вищий. Таким чином, переміщення фіксатора дає можливість змінювати уставку γ регулятора.

Схема автоматизації для розглянутої системи наведена на рис.26.



Рисунок 26 – Функціональна схема регулювання рівня

води в резервуарі:

2.1– первинний вимірювальний перетворювач

рівня рідини (LE);

2.2– регулятор рівня рідини (LC);

2.3– виконавчий механізм;

2.4– клапан на трубопроводі

Системи автоматичного регулювання за відхиленням поділяються за такими ознаками: характер впливу на

об’єкт, наявність додаткових джерел живлення; алгоритм функціонування; залежність розпорядчого сигналу μ від різниці ε між повідомлювальною інфома-цією φ та завданням ψ.

За характером впливу на об’єкт регулятори можуть бути релейної або безперервної дії. Найпростішим регулятором релейної дії є двопозиційний. Його призначення полягає в тому, щоб для підтримання регульованої величини приблизно на заданому рівні періодично вмикати й вимикати приплив енергії або речовини до об’єкта керування.

Приклад двопозиційного регулятора наведено на рис.27: контактний термометр SK, установлений у камері К, при досягненні певного рівня температури замикає коло котушки реле КМ1, яке спрацьовує й вмикає виконавче реле КМ2, яке своїми розмикальними контактами припиняє подачу електроенергії до нагрівача ЕК. Температура в камері починає знижуватися; коли контакт термометра знову розімкнеться, реле КМ1 та КМ2 відпустять, нагрівач ЕК знову одержить живлення, і температура буде підвищуватися.

Графік роботи двопозиційного регулювання подано на рис. 28 (t0 – регульована величина (температура); τ – час; регульована величина здійснює коливання з періодом Т; t0у – усереднене значення регульованої величини; І=f(τ) – графік змін струму в нагрівачі).




Рисунок 27 – Двопозиційний регулятор температури




Рисунок 28 – Графік роботи двопозиційного регулятора

Функціональну схему автоматизації для цієї системи зображено на рис.29:



Рисунок 29 – Функціональна схема автоматизації

двопозиційного регулятора температури:

3.1 – первинний вимірювальний перетворювач температури (ТЕ);

3.2 – регулятор температури (ТС);

3.3 – виконавчий механізм для вмикання й вимикання нагрівача;

3.4 – контакти виконавчого механізму


За алгоритмами функціонування системи автоматичного регулювання поділяються на три види: стабілізувальні, програмні, для стеження. У стабілізувальних системах регулятор підтримує контрольовану величину на постійному рівні, який задається уставкою γ. Наприклад, система електронагрівання камери наведена на рис. 30.

У камері К нагрівання здійснюється за допомогою електронагрівача ЕК. Первинним вимірювальним перетворювачем є термопара, електрорушійна сила et якої порівнюється з напругою ΔU, що знімається з подільника R




Рисунок 30 – Система електронагрівання камери


і відіграє роль уставки γ. Подільник R живиться від джерела стабільної напруги Uст. Оскільки et і ΔU ввімкнені назустріч одне одному, при ΔU = et їх сума дорівнює нулю. Якщо температура в камері К вище заданої, то et > ΔU, величина et – ΔU перетворюється на змінний струм (1 – перетворювач постійного струму у змінний), підсилюється (2 – підсилювач) і вмикає сервоелектродвигун 3, який переміщує повзун автотрансформатора 4 вниз, зменшуючи напругу живлення нагрівача. У результаті температура у камері К не перевищує заданої межі. Якщо температура в камері нижче заданої, сервоелектродвигун перемістить повзун автотрансформатора вгору, збільшуючи температуру.

Функціональна схема цієї системи наведена на рис.31.



Рисунок 31 – Функціональна схема системи

регулювання температури


Позначення на функціональній схеми такі:

6.1 – первинний вимірювальний перетворювач температури (ТЕ);

6.2 – регулятор температури (ТС);

6.3 – виконавчий механізм, який після припинення подачі розпорядчого сигналу залишає регулювальний орган у незмінному стані;

6.4 – регулювальний орган (автотрансформатор).

Програмна система – це така стабілізувальна система, у якої уставка змінюється за певним законом.

У системі автоматичного регулювання, що стежить, вихідний сигнал повинен відтворювати вхідну керуючу дію, яка змінюється за довільним законом.


Локальні системи автоматичного регулювання (тиску, рівня рідини, її витрати, температури тощо) вирішують окремі завдання керування технологічними процесами. При цьому в таких системах дедалі більшого поширення поряд із аналоговими набувають локальні пристрої цифрової автоматики, основою яких є мікропроцесори та програмовані контролери.

Наступним кроком є об’єднання окремих локальних систем в управлінські комплекси – автоматизовані чи автоматичні. Прикладом автоматизованого управлін-ського комплексу може бути автоматизована система керування технологічними процесами (АСК ТП). Використовують ці системи для вирішування таких завдань керування технологічними процесами, для яких із тих чи інших причин частину питань, пов’язаних із прийняттям рішень, неможливо формалізувати; тому виконання цих функцій покладається безпосередньо на людину. В АСУ ТП збирання, первинне оброблення й зберігання інформації та вирішення деяких завдань керування здійснюють відповідні комплекси пристроїв, побудовані, як правило, на основі мікропроцесорних технічних засобів. Крім того, ці комплекси збирають інформацію про перебіг технологічного процесу й подають її у формі, найбільш зручній і доступній для сприйняття людиною. На основі цього оператор і здійснює прийняття того чи іншого остаточного рішення щодо керування процесом. Тому при складанні функціональних схем дистанційного вимірювання технологічних параметрів та систем автоматичної сигналізації слід мати на увазі ці особливості сучасних систем автоматики.


^ СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ

1. Головко Д. Б. Автоматика і автоматизація технологічних процесів / Д. Б. Головко, К. Г. Рего, Ю. О. Скрипник / підручник. – К. Либідь, 1997.

2. Метрологія та вимірювальна техніка / Є. С. Поліщук, М. М. Дорожовец, В. О. Яцун та ін./ підручник. – Львів Видавництво «Бескид Біт», 2003.

3 Романенко В. Д. Методи автоматизації прогресивних технологій підручник. – К. Вищ. школа, 1995.


Навчальне видання


^ МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

до практичних занять з дисципліни

«Автоматизація виробничих процесів та мікропроцесорна техніка»

для студентів спеціальності 6.090101

«Прикладне матеріалознавство» усіх форми навчання


Відповідальний за випуск В. Д. Черв’яков

Редактор Т. Г. Чернишова

Комп’ютерне верстання І. В. Щокотова


Підписано до друку 06.07. 2012, поз.

Формат 60х84/16. Ум. друк. арк. 2,32. Обл.-вид. арк. 1,22. Тираж 30 пр. Зам.№

Собівартість видання грн к.

.


Видавець і виготовлювач

Сумський державний університет,

вул. Римського-Корсакова,2, м, Суми, 40007

Свідоцтво суб’єкта видавничої справи ДК № 3062 від 17.12.20007.


Схожі:

Методичні вказівки до практичних занять з дисципліни «Автоматизація виробничих процесів та мікропроцесорна техніка» для студентів спеціальності 090101 iconМетодичні вказівки до практичної частини та виконання тестових завдань з дисципліни «Автоматизація виробничих процесів та мікропроцесорна техніка» для студентів спеціальності 090101 «Прикладне матеріалознавство» заочної форми навчання
«Автоматизація виробничих процесів та мікропроцесорна техніка» для студентів спеціальності 090101 «Прикладне матеріалознавство»
Методичні вказівки до практичних занять з дисципліни «Автоматизація виробничих процесів та мікропроцесорна техніка» для студентів спеціальності 090101 iconМетодичні вказівки та контрольні завдання з дисципліни «Автоматизація виробничих процесів, мікропроцесорна техніка» для студентів заочного факультету,які навчаються за напрямом
Навчальна дисципліна "Автоматизація виробничих процесів, мікропроцесорна техніка" є нормативною І входить до циклу дисциплін професійно-практичної...
Методичні вказівки до практичних занять з дисципліни «Автоматизація виробничих процесів та мікропроцесорна техніка» для студентів спеціальності 090101 iconМетодичні вказівки та індивідуальні завдання до вивчення дисципліни «Автоматизація виробничих процесів, мікропроцесорна техніка» для студентів напряму
Робоча програма, методичні вказівки та індивідуальні завдання до вивчення дисципліни «Автоматизація виробничих процесів, мікропроцесорна...
Методичні вказівки до практичних занять з дисципліни «Автоматизація виробничих процесів та мікропроцесорна техніка» для студентів спеціальності 090101 iconМіністерство освіти І науки україни
«Автоматизація виробничих процесів та мікропроцесорна техніка» для студентів спеціальності 090101 «Прикладне матеріалознавство»
Методичні вказівки до практичних занять з дисципліни «Автоматизація виробничих процесів та мікропроцесорна техніка» для студентів спеціальності 090101 iconМетодичні вказівки до лабораторних робіт з дисципліни «Автоматизація виробничих процесів та мікропроцесорна техніка» для студентів спеціальності 090100 «Прикладне матеріалознавство»
Студенти, які виконують лабораторні роботи, повинні дотримуватися правил та вмикати авк-6 тільки з дозволу викладача або чергового...
Методичні вказівки до практичних занять з дисципліни «Автоматизація виробничих процесів та мікропроцесорна техніка» для студентів спеціальності 090101 iconНаціональна металургійна академія україни
«Автоматизація виробничих процесів, мікропроцесорна техніка» для студентів напряму
Методичні вказівки до практичних занять з дисципліни «Автоматизація виробничих процесів та мікропроцесорна техніка» для студентів спеціальності 090101 iconНаціональна металургійна академія україни
«Автоматизація виробничих процесів, мікропроцесорна техніка» для студентів напряму
Методичні вказівки до практичних занять з дисципліни «Автоматизація виробничих процесів та мікропроцесорна техніка» для студентів спеціальності 090101 iconМетодичні вказівки до практичних занять з курсу "автоматизація виробничих процесів" для студентів спеціальності 090202
Освоєння методики розрахунку основних економічних показників автоматизованого виробництва. Закріплення лекційного матеріалу
Методичні вказівки до практичних занять з дисципліни «Автоматизація виробничих процесів та мікропроцесорна техніка» для студентів спеціальності 090101 iconРобоча програма методичні| вказівки| та контрольні| завдання| з дисципліни| «Мікропроцесорна техніка|» для студентів| заочного| факультету, які| навчаються| за напрямом|
Навчальна дисципліна| "Мікропроцесорна техніка|" є нормативною І входить до циклу дисциплін| професійно-практичної| підготовки| бакалаврів|...
Методичні вказівки до практичних занять з дисципліни «Автоматизація виробничих процесів та мікропроцесорна техніка» для студентів спеціальності 090101 iconБобух А. О., Малєєв О.І. Методичні вказівки до самостійної роботи І практичних занять з дисципліни «Автоматизація вк систем»
Методичні вказівки до самостійної роботи І практичних занять з дисципліни «Автоматизація вк систем» для студентів 5 курсу денної...
Додайте кнопку на своєму сайті:
Документи


База даних захищена авторським правом ©zavantag.com 2000-2013
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання відкритою для індексації.
звернутися до адміністрації
Документи