Материал: Д5328П Стегаличев Ю. Г. и др. Рабочая программа дисциплины т

Министерство образования Российской Федерации Санкт-Петербургский государственный университет низкотемпературных и пищевых технологий

Утверждены учебно-методическим советом университета

“ “ 2000 г.

Председатель проректор по учебной работе Е.И.Борзенко

Рабочие программы дисциплины “Технические средства автоматизации” и методические указания для студентов специальности 210200 факультета заочного обучения и экстерната

Факультет техники пищевых производств

Кафедра автоматики и автоматизации производственных процессов

Санкт-Петербург 2000

УДК 62.523

Стегаличев Ю. Г., Васильев А. И., Добряков В. А., Замараш- кина В. Н. Рабочие программы дисциплины “Технические средства автоматизации” и метод. указания для студентов спец. 210200 факультета заочного обучения и экстерната.  СПб.: СПбГУНиПТ, 2000.  72 с.

Приведены методика самостоятельного изучения и содержание разделов дисциплины “Технические средства автоматизации”, вопросы для самопроверки, варианты контрольных и курсовых работ, контрольные примеры решения наибо-лее сложных заданий.

Рецензент

Канд. техн. наук, доц. О. И. Сергиенко

Одобрены к изданию советом факультета техники пищевых производств

 Cанкт-Петербургский государственный

университет низкотемпературных и пищевых технологий, 2000

Введение

Задачей курса “Технические средства автоматизации” (ТСА) является подготовка специалистов по выбору и эксплуатации технических средств для систем автоматического и программного управления и регулирования оборудованием и технологическими процессами предприятий пищевой и мясомолочной промышленности.

Курс предусматривает изучение принципов конструктивного построения и основных характеристик пневматических элементов, модулей и приборов, электрических модулей и приборов, микропроцессорных наборов, микроконтроллеров и персональных ЭВМ, а также микро- и мини-ЭВМ, используемых в системах автоматического управления оборудованием и технологическими процессами в пищевых производствах.

Общие методические указания

Изучение курса ТСА ведется в соответствии с программой, утвержденной методической комиссией СПбГУНиПТ. Материалы по разделам курса студент прорабатывает самостоятельно, используя литературные источники, перечень которых приводится ниже, а также на консультациях у преподавателей, ведущих данный курс. Критерием самостоятельной оценки знаний изучаемого курса служат ответы на вопросы для самопроверки по разделам. Вопросы приведены ниже. Следует отметить, что эти вопросы в какой-то степени будут отражены в контрольных работах и в экзаменационных билетах.

После изучения теоретического курса студент должен выполнить три контрольные работы, причем одна контрольная работа выполняется на 1У курсе, а вторая и третья контрольные работы, а также курсовой проект – на У курсе. Ответы на задачи в контрольных работах должны быть полными и сопровождаться схемами, необходимыми графиками и расчетами. После сдачи контрольной работы на проверку преподавателю студентом проводится защита контрольной работы, которая заключается в ответах на поставленные вопросы по тексту решения задач.

Рабочая программа I части курса

1. Классификация ТСА и их характеристики по функциональному признаку, по виду используемой энергии, по конструктивному оформлению. Основные технические характеристики ТСА – статические, динамические, метрологические, надежности, нагрузочные. Государствен-ная система приборов (ГСП) контроля и регулирования производственных процессов. Назначение и принцип построения ГСП. Основные ветви и подветви ГСП.

2. Элементы устройства и приборы пневмоавтоматики.

2.1. Понятие о пневматических элементах. Простейшие пневма- тические элементы (дроссели, емкости, мембраны, сильфоны, камеры и т. д.), их статические и динамические характеристики. Простейшие пневматические устройства (преобразователи, усилители давления и мощности, повторители, элементы сравнения, струйные, золотниковые дискретные элементы), их статические и динамические характеристики. Понятие о мощности и расходных характеристиках пневмоэлементов.

2.2. Анализ и синтез пневматических модулей и приборов.

Методика анализа пневматических модулей и приборов по конструктивным схемам и синтеза их элементов по математическим моде-лям.

Пневматические модули алгебраической обработки сигналов, интегрирования, дифференцирования, реализации логических функций. Пневматический операционный преобразователь.

2.3. Системы элементов промышленной пневмоавтоматики.

Система универсальных элементов промышленной пневмоавтоматики (УСЭППА) (номенклатура, основные характеристики, особенности монтажа и эксплуатации).

Пневмоэлементы золотникового и клапанного типа (характерис-тики, особенности монтажа и эксплуатации).

Пневмоэлементы струйного типа (характеристики, области использования, особенности монтажа и эксплуатации).

2.4. Пневматические приборы.

Пневматическая ветвь ГСП – приборы системы “СТАРТ” (номен-клатура, основные характеристики, принципы унификации).

Функциональные приборы, реализующие алгебраическое суммирование, умножение сигнала на постоянный коэффициент, перемножение и деление переменных. Их основные характеристики (статические, динамические, расходные, метрологические).

Пневматические приборы, формирующие ПЗ, П, ПИ, ПД, ПИД законы регулирования. Модульное построение схем регуляторов, математическое описание формируемых зависимостей. Диапазоны и способы настройки параметров регулирования.

Пневматические приборы, обеспечивающие взаимодействие оператора с системой управления. Приборы представления и регистрации информации. Устройства операторного ввода дискретных команд и функциональных сигналов. Станции управления контуром регулирования. Принцип действия, конструктивные особенности этих устройств, их основные характеристики (метрологические, нагрузочные, расходные).

2.5. Обеспечение питания пневматических приборов и систем. Требования к качеству воздуха для питания мембранно-дроссельных, золотниковых пневмоэлементов. Методы фильтрации, водо- и маслоотделения. Устройства стабилизации давления.

2.6. Пневматические исполнительные механизмы.

Принципиальные схемы и конструктивное оформление поршневых, мембранных, лопастных пневматических механизмов. Анализ статических, динамических и нагрузочных характеристик различных типов механизмов. Влияние длинных пневматических линий передачи сигнала из системы управления на характеристики исполнительного механизма. Применение позиционеров для улучшения статических и динамических свойств пневматических исполнительных механизмов. Параметры, определяющие выбор исполнительного механизма для системы управления.

3. Гидравлические средства автоматики.

Использование в модулях управления струйных и золотниковых преобразователей потока жидкости в качестве усилителей мощности. Принципиальные схемы и конструктивное оформление гидравлических исполнительных механизмов. Статические, динамические и нагрузочные характеристики гидравлического привода.

4. Элементы и устройства электроавтоматики.

4.1. Общие сведения. Датчики электроавтоматики. Классификация электрических средств автоматизации. Обзор первичных преобразователей с электрическими выходными сигналами. Датчики устройств электроавтоматики: потенциометрические, индуктивные, емкостные, датчики угловых скоростей, их принцип действия, статическая и динамическая характеристики.

4.2. Аналоговые устройства электроавтоматики. Устройства статического и динамического преобразования сигнала: усилители, операционные блоки, сумматоры, дифференциаторы, интегратор, блоки рассогласования, блоки нелинейных преобразователей.

В период зачетно-экзаменационной сессии студенты 1У курса слушают обзорный курс лекций по разделам 1, 2 и 3 рабочей программы, в которых излагаются наиболее трудноусвояемые вопросы по разделам курса, и выполняют лабораторные работы. Список методических пособий к лабораторным работам приводится [2333]. После защиты отчетов по выполненным лабораторным работам и защиты первой контрольной работы студенты 1У курса получают зачет и допускаются к сдаче экзамена по первой части курса. Во время экзамена студенту разрешается пользоваться только справочниками и каталогами на технические средства автоматизации.

Студенты У курса в период зачетно-экзаменационной сессии также слушают обзорный курс лекций по разделам 4, 5 и 6 рабочей программы, выполняют и защищают лабораторные работы, защищают выполненные и заблаговременно направленные на кафедру вторую и третью контрольные работы и курсовой проект. После этого студент получает зачет, оценку по курсовому проекту и допускается к сдаче экзамена по второй части курса.

4.3. Дискретные устройства электроавтоматики. Реле и переключающие устройства в системах электроавтоматики: электромеханические реле, электронные и фотореле, реле времени, их статические и динамические характеристики. Контактные и бесконтактные переключающие устройства. Аналого-цифровые преобразователи, их структурные схемы и принцип действия. Логические элементы.

4.4. Электрические исполнительные механизмы. Классификация исполнительных механизмов: электромагнитные, электродвигательные, механизмы с шаговыми двигателями. Пропорциональные и позиционные исполнительные механизмы. Контактные и бесконтактные электромагнитные муфты, принцип их действия, статические и динамические характеристики.

5. Электрические регуляторы.

5.1. Структурная схема типового регулятора. Обобщенные структурные схемы регуляторов с релейными и аналоговыми элементами. Анализ динамических характеристик и областей нормальной работы реальных регуляторов. Балансные звенья.

5.2. Релейно-импульсные регуляторы.

Режимы работы регуляторов с релейными элементами. Структурные и принципиальные схемы промышленных двух- и трехпозиционных регуляторов. Анализ динамических характеристик регуляторов. Цифровые и цифро-аналоговые регуляторы. Структурная и принципиальная схемы регуляторов и их динамические характеристики.

5.3. Многоканальные регуляторы, их структурные схемы и области применения. Многоканальные микропроцессорные регуляторы.

6. Электрические средства для систем сигнализации, программно-логического управления, централизованного контроля.

6.1. Анализ и синтез систем программно-логического управления.

Общие вопросы анализа и синтеза сложных систем управления. Понятие о конечных автоматах. Последовательные и комбинационные схемы управления. Применение алгебры логики для синтеза комбинационных систем управления. Задачи минимизации числа элементов при синтезе систем управления. Правило нулей и единиц.

6.2. Элементный состав систем управления технологическими процессами. Схемы управления электродвигателями (принципиальные схемы, режимы работы). Устройства, обеспечивающие централизованный контроль (модули переключения каналов, циклического опроса, счетные устройства); устройства, обеспечивающие программно-логическое управление (реле времени, блоки логики).

Рабочая программа п части курса

7. Характеристики надежности элементов, приборов и систем.

7.1. Основные понятия и определения надежности. Понятия: надежность , работоспособность, отказ, восстанавливаемость, ресурс, сохраняемость, долговечность, ремонтопригодность. Характеристики надежности элементов, приборов и систем управления. Виды отказов. Функциональные характеристики надежности: вероятность безотказной работы, интенсивность отказов, частота отказов, среднее время безотказной работы.

Основные законы распределения времени безотказной работы: экспоненциальный, Вейбулла, усеченный нормальный, Рэлея.

7.2. Методы повышения надежности систем. Методы повышения надежности путем резервирования. “Горячий”, “холодный” и “теплый” резервы. Кратность резерва и его влияние на показатели надежности.

7.3. Характеристики надежности основных технических средств автоматизации. Надежность электрических элементов и приборов. Надежность средств микроэлектроники и ЭВМ.

8. Управляющие электронные вычислительные машины.

8.1. Агрегатные средства вычислительной техники. Микропроцессорные наборы (комплекты БИС) и их использование для построения приборов и систем управления, “встроенных” в объект. Программно-ориентированные контроллеры. Их использование в системах управления. Устройства связи ЭВМ с объектом управления (виды УСО, организация защиты передаваемой информации от помех, усиление по мощности). Устройства взаимосвязи оператора с управляющим вычислительным комплексом (УВК). Устройства ввода в УВК команд, данных, сообщений. Тумблеры, кнопки, номеронабиратели, пульты оператора, клавиатуры видеотерминалов, координатографы. Устрой-ства вывода из УВК для оператора визуальной, документальной, звуковой информации. Сигнальные лампочки, табло, шкальные и цифровые приборы, дисплеи, мнемосхемы, растровые табло, видеотерминалы, телетайпы, цифровые и алфавитно-цифровые печатающие устройства, графопостроители, звуковые синтезаторы.

Организация обмена информацией между модулями и устройствами УВК. Внутренний и внешний интерфейсы. Последовательный, параллельный интерфейсы.

Виды памяти, используемые в УВК. Конструктивная реализация запоминающих устройств. Постоянные, оперативные, энергонезависимые (перепрограммируемые), внешние устройства хранения информации (на перфоленте, магнитной ленте, магнитном диске, лазерном диске, на интегральных модулях).

Способы контроля технического состояния УВК, построенного на микропроцессорных устройствах.

8.2. Использование микроЭВМ в системах управления. Модульное построение управляющей микроЭВМ, понятие базового комплекта микроЭВМ. Дополнительные устройства и модули микроЭВМ, обеспечивающие обмен информацией с объектом управления (УСО), с дополнительными постами ввода информации и получения информации оператором (номеронабиратели, видеотерминалы, мнемосхемы, информационные табло), с другими комплексами технических средств (модемы, контроллеры, модули перехода на другой интерфейс).

Особенности использования устройств памяти (оперативной, постоянной, энергонезависимой, внешней) в управляющей микроЭВМ. Режимы работы микроЭВМ в УВК (подготовка и ввод программного обеспечения и банка данных, проверка технического состояния УВК, управление объектом под командой оператора, автономная работа по управлению объектом).

8.3. Программное обеспечение УВК на базе микроЭВМ, структура программного обеспечения УВК (пусковые программы, операционные системы, трансляторы и интерпретаторы, программы реального времени, программы пользователя, тест-программы).

Размещение программного обеспечения в памяти микроЭВМ при различных режимах работы.

Особенности программирования управляющих контроллеров. Системы машинных кодов и ассемблера. Кросс-программы для контроллеров.

9. Технические средства автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП).

9.1. Комплексный характер задач управления технологическими процессами пищевых производств, структура УВК при реализации таких систем. Организация рабочего места оператора АСУТП. Технические средства и программное обеспечение оператора-технолога, использование режима “диалог” и режима “меню” для ввода команд и данных. Периодический характер вывода информации. Формы информационных сообщений на видеотерминале и алфавитно-цифровом печатающем устройстве. Дублирование терминалов. Использование мнемосхемы, цифровых и матричных табло, цифронабирателей при организации дублирующих рабочих мест.