- •Технічний коледж
- •1. Опис предмета навчальної дисципліни
- •Характеристика предмета навчальної дисципліни
- •2. Зміст дисципліни
- •2.1. Лекційні заняття
- •3. Структура залікового кредиту дисципліни
- •4. Практичні заняття
- •5. Лабораторні заняття
- •1.1 Поняття про автоматику та автоматизацію
- •Основні етапи розвитку автоматики
- •1.2 Основні поняття про автоматизацію керування виробництвом та технологічними процесами. Засоби та методи керування виробництвом
- •1.3 Класифікація технологічних процесів
- •1.4 Види параметрів керування.
- •1.5 Вимоги до об’єктів керування
- •1.6 Види і рівні автоматизації
- •1.7 Економічні аспекти автоматизації
- •Класифікація засобів автоматизації
- •2.2 Основні функції автоматизації
- •2.3 Класифікація систем автоматизації
- •3.1 Розрахунок одноконтурних систем регулювання
- •3.2 Аср стабілізації витрат матеріальних і енергетичних потоків
- •3.3 Аср стабілізації рівня рідини в ємності
- •3.4 Аср стабілізації тиску газу в резервуарі
- •Аср стабілізації температури теплообмінника
- •Аср стабілізації концентрації речовин
- •Тема №4 багатоконтурні системи регулювання
- •4.1 Комбіновані аср
- •4.1.1 Умови інваріантності
- •4.1.2 Умови фізичної реалізованості інваріантних аср
- •4.1.3 Технічна реалізація інваріантних аср
- •4.2 Каскадні системи регулювання
- •4.3 Системи регулювання з додатковим імпульсом за похідною з проміжної точки
- •4.4 Взаємопов’язані системи регулювання
- •4.4.1 Аср непов’язаного регулювання
- •4.4.2 Аср пов’язаного регулювання
- •4.5 Системи регулювання співвідношення потоків
- •4.6 Адаптивні та екстримальні системи регулювання
- •4.6.1 Адаптивні системи регулювання (аср)
- •4.6.2 Системи екстремального регулювання (еср)
- •Тема №5 синтез систем регулювання
- •5.1 Вибір структури й оцінка параметрів систем регулювання
- •5.2 Вибір закону регулювання регулятора
- •5.3 Розрахунок настроювань регуляторів
- •Автоматизаціія типових технологічних процесів Тема №6 автоматизація теплових процесів
- •6.1 Автоматизація теплових процесів
- •6.1.1 Автоматизація теплообмінників
- •6.1.2 Одноконтурне регулювання.
- •6.1.3 Каскадне регулювання.
- •6.1.4 Комбіноване регулювання.
- •6.2 Автоматизація печей і топок
- •6.3 Автоматизація процесів випарювання
- •6.4 Автоматизація процесу кристалізації
- •Основні принципи керування процесом кристалізації
- •6.4.2 Регулювання концентрації кристалів в суспензії
- •6.4.3 Регулювання кристалізатора з мішалкою
- •6.4.4 Регулювання кристалізатора випарного типу
- •Тема №7 автоматизація масообмінних процесів
- •7.1 Автоматизація процесів ректифікації
- •7.1.1 Одноконтурного регулювання ректифікаційною колоною
- •7.1.2 Регулювання концентрацією цільового продукту в кубовій рідині
- •7.1.3 Регулювання концентрацією в кубі колони за різницею температур кипіння свіжого розчину та еталонної рідини
- •7.1.4 Регулювання процесом ректифікації за допомогою систем співвідношення
- •7.1.5 Перехресне регулювання температури та рівня в кубовій частині колони
- •7.1.6 Регулювання концентрації основної речовини в закріплюючій частині колони
- •7.1.7 Регулювання тиску в колоні
- •7.1.8 Регулювання ентальпії свіжого розчину
- •7.1.9 Регулювання процесу відбору проміжної фракції
- •7.1.10 Автоматичний контроль, сигналізація та системи захисту
- •7.2 Автоматизація процесів абсорбції
- •7.3 Автоматизація процесів адсорбції
- •7.4 Автоматизація процесів сушіння
- •7.4.1 Регулювання барабанного прямоточного сушильного агрегату
- •7.4.2 Регулювання протиточного сушильного апарата
- •Тема №8 автоматизація механічних процесів
- •8.1 Автоматизація транспортування твердих матеріалів
- •8.1.1 Загальні відомості. Типова схема автоматизації
- •8.1.2 Цілі керування процесом транспортування
- •8.1.3 Внесення регулюючих впливів шляхом зміни швидкості транспортера
- •8.1.4 Системи автоматичного керування транспортерами
- •8.2 Автоматизація процесів подрібнення твердих матеріалів.
- •8.2.1 Загальні відомості
- •8.2.2 Регулювання барабанних млинів мокрого помолу
- •8.2.3 Регулювання об’єму матеріалу шляхом зміни витрати сировини
- •8.2.4 Регулювання млинів, які працюють по замкненому циклу
- •8.2.5 Регулювання щокових подрібнювачів
- •8.3 Автоматизація процесів дозування та змішування твердих матеріалів
- •8.3.1 Загальні відомості. Фізичні основи процесу
- •8.3.2 Регулювання дозатора з стрічковим транспортером та регуляторами прямої дії
- •8.3.3 Регулювання дозатора з стрічковим транспортером за допомогою двоконтурної системи
- •8.3.4 Регулювання дозаторів з розділеним потоком дозує мого матеріалу
- •Тема №9 автоматизація гідромеханічних процесів
- •9.1 Автоматизація реакторів. Автоматизація процесу змішування рідин
- •9.1.1 Загальні відомості
- •9.1.2 Регулювання реакторів безперервної дії.
- •9.1.3 Регулювання реакторів напівбезперервної дії
- •9.1.4 Регулювання реакторів періодичної дії
- •9.1.5 Регулювання трубчастими реакторами
- •9.2 Автоматизація процесів переміщення рідин
- •9.2.1 Типове рішення автоматизації
- •9.2.2 Регулювання при різних цілях управління
- •9.2.3 Регулювання методом дроселювання потоку в байпасному трубопроводі
- •9.2.4 Регулювання зміною числа обертів валу насоса
- •9.3 Автоматизація процесів відстоювання
- •9.3.2 Регулювання зміни витрати суспензії
- •9.3.3 Регулювання густини згущеної суспензії
- •9.3.4 Регулювання подачі коагулянту
- •9.3.5 Регулювання режиму роботи гребкового механізму
- •9.3.6 Управління процесом протиточного відстоювання
- •9.3.7 Управління відстійником періодичної дії
- •9.4 Автоматизація процесів фільтрування
- •9.4.1 Автоматизація процесу фільтрування рідких неоднорідних систем
- •9.4.2 Регулювання товщини осаду
- •9.4.3 Управління фільтрувальними відділами
- •9.4.4 Фільтрування газових систем
- •9.4.5 Регулювання по чіткій часовій програмі
- •9.5 Автоматизація процесу центрифугування рідких систем
- •9.5.1 Типове рішення автоматизації
- •9.5.2 Регулювання відстійних центрифуг
- •9.5.3 Управління центрифугами періодичної дії
- •9.5.4 Регулювання швидкості обертання центрифуг періодичної дії
- •9.6 Автоматизація процесів очистки газів
- •9.6.1 Мокра очистка газів
- •9.6.2 Електрична очистка газів
- •9.7 Автоматизація процесів очистки стічних вод
- •9.7.1 Загальні відомості
- •9.7.2 Біохімічна очистка.
- •Практична робота №1
- •Теоретичні відомості
- •Практичне заняття
- •Практичне заняття
- •Розподіл балів, що присвоюються студентам.
- •Питання винесені на іспит
- •Література.
5. Лабораторні заняття
Таблиця 5
№ п/п |
Зміст роботи |
Кількість годин |
1. |
Вступне заняття. Техніка безпеки. Дослідження замкнутої системи автоматичного регулювання витрати. |
2 |
2. |
Дослідження замкнутої системи автоматичного регулювання тиску. |
2 |
3. |
Дослідження замкнутої системи автоматичного регулювання якості. |
2 |
4. |
Дослідження замкнутої системи автоматичного регулювання рівня. |
2 |
5. |
Дослідження замкнутої системи автоматичного регулювання температури. |
2 |
Всього |
10 |
Тема №1 ВСТУП. ОСНОВНІ ПОНЯТТЯ В АВТОМАТИЦІ
1.1 Поняття про автоматику та автоматизацію
Автоматика, яка є однією з найсучасніших наук, почала служити людям давно. Першими автоматами були, мабуть, пастки, які спрацьовували згідно із заложеним у них нехитрим алгоритмом. Саме слово "автомат" (від грецького automatos - самодіючий) з'явилось ще у стародавні часи. Тоді ж і зародились ідеї перших машин: пристрій, який після розпалювання вогню жрецем відчиняв ворота храму, був предтечею парової машини. Цікаво, що слово "автомат" з'явилось чи не раніше від слова "машина" (від латинського machina).
Машини і автомати розвивались і вдосконалювались постійно, навіть у часи середньовіччя, а пізніше стали основою промислового виробництва. Науку, яка займається розробкою теорії, принципами побудови та створенням і застосуванням автоматичних пристроїв та систем, назвали автоматикою.
Автоматизацією вважається практичне впровадження автоматики у виробництво, що дозволяє замінити фізичну та розумову працю людини, яку вона витрачає на керування виробництвом та технологічними процесами, роботою відповідних технічних засобів.
Основи автоматики, як науки, заклали європейські а пізніше і американські вчені: математики, фізики, природознавці у ХVІІ-ХІХ сторіччях. Російська наука також у значній мірі спричинилася до розвитку багатьох питань розвитку теорії автоматичних систем. На Україні, яка традиційно була однією з найрозвиненіших частин російської імперії, з допомогою західних промисловців почалось прокладання залізничних колій, спорудження шахт, фабрик, заводів, на яких застосовувалась передова на ті часи техніка і технологія, тому чимало українців спричинилось до технічного та наукового розвитку промислового виробництва. Будучи від природи допитливими, кмітливими, працьовитими та акуратними, українці були і є прекрасними механіками, інженерами та вченими в галузі автоматизації, в Україні, так і за її межами.
Основні етапи розвитку автоматики
Історія не донесла до наших днів імен авторів перших автоматів, хоч відомості про будову деяких з них збереглись. Ще за 200 років до нової ери у єгипетському місті Александрії біля храму був встановлений автомат, який продавав свячену воду. Віруючі опускали через щілину у статую лева 5-ти драхмову монету, і з пащі лева виливалася порція води. Цей же храм був обладнаний автоматичним пристроєм, який відчиняв його двері. Після того, як жрець розпалював вогонь на камінному алтарі, у ного порожнині нагрівалося повітря, яке витискувало воду з розташованого під ним резервуару. Вода по трубці поступала у посудину, що була підвішена на ланцюгу і зв'язана з дверима храму. Посудина наповнювалась водою і натягувала ланцюг, який відчиняв ворота.
Ці пристрої описані стародавнім вченим Героном Александрійським у його праці «Пневматика» приблизно за 120 р. до н.е. Сам Герон Александрійський був також винахідником різних саморушійних пристроїв. Найбільшу славу йому приніс ляльковин театр-автомат, що являв собою велику скриню на колесах, всередині якої знаходився механічний двигун та програмний пристрій. Автоматично відчинялася завіса і з’являлись фігури акторів-автоматів, які за наперед заданою програмою розігрували сцени з часів завоювання Трої.
Крім розважальних автоматів, почали з'являтись автоматичні пристрої, які безпосередньо служили людям і приносили їм користь. В першу чергу це, звичайно годинники. Конструкція найпростішого водяного годинника показана на рис. Цей нескладний пристрій мав суттєвий недолік: внаслідок неодинакової швидкості витікання води з часом, шкала такого годинника не могла бути рівномірною.
Досконалішим був інший пристрій, зображений на цьому ж рисунку. Завдяки автоматичній стабілізації рівня води у проміжному резервуарі швидкість витікання води з нього була постійною, що дозволило збільшити точність вимірювання часу Функцію робочого органу регулятора рівня виконував глиняний горщик, який при досяганні певного рівня h щільно зачиняв вихідний отвір верхнього резервуара, чим досягалась стабілізація цього рівня, а, значить, швидкість витікання води.
Рис. 1.1. Схема водяного годинника: а - з нерівномірною шкалою часу; б - з регулятором рівномірності часової шкали; 1 - глиняний горщик, що виконував функцію виконавчого органу регулятора рівня
Історичні перекази засвідчують, що давньогрецький філософ Платон (ІVст. до н.е.) використовував такий пристрій не тільки як годинник, але і як автоматичний сигналізатор. Для цього нижній резервуар виконувався герметичним і коли вода в ньому досягала певного високого рівня, тиск повітря у ньому зростав і спрацьовував клапан, виконаний у вигляді флейти. У потрібний час цей інструмент своїм голосом скликав учнів на початок занять в академії Платона.
У середні віки вдосконаленням і розробкою різних автоматичних пристроїв займались найвидатніші вчені людства, в т.ч. такі як Леонардо да Вінчі - геніальний інженер, математик, художник. Почалась автоматизація деяких процесів на водяних млинах, лісопильнях, у гірництві.
Приблизно у ІХст. з'явились перші механічні годинники, які рухались від тягарок. Вони не мали регулятора швидкості ходу і тому були не дуже точними. Ідея такого регулятора зродилась в 1654 р. у голандця Хрістіана Гюйгенса - відомого фізика, математика і астронома. Очевидно, знаючи вже про закон коливання маятника, відкритий італійським вченим Галілео у попередньому ст'оріччі, він запропонував маятниковий регулятор рівномірності руху годинника. Це був перший механічний регулятор швидкості руху.
Початок ХVIIІст. ознаменувався появою першого промислового двигуна - парової машини. Ще у другій половині ХVIIст. багато винахідників пробували створити двигун, який перетворював би теплову енергію у механічну. Першому це вдалося зробити французькому доктору медицини Дені Папену (1647-1712), який після зустрічі з Гюнгенсом почав вивчати фізику та механіку і після багатьох експериментів переконався, що пара від нагрітої в котлі води здатна виконувати корисну роботу. Створена ним парова машина складалася з котла і циліндра з поршнем. Після деяких удосконалень (в т.ч. англійськими механіками Севері і Ньюкоменом) парові машини почали застосовувати для витягання води з шахт. А створення універсальної парової машини, придатної для широкого використання у промисловості, належить англійському винахідникові Джеймсу Уатту (1736-1819). Він не тільки удосконалив існуючі вже парові машини. чим різко підняв їх ККД, але і розробив для них автоматичний центробіжний регулятор швидкості обертання вала, який застосовується і до сьогодні. Так розпочалася автоматизація промислового обладнання.
Приблизно у цей же час тенлотехнік Барнаульського металургійного заводу І. Ползунов (1728-1766) розробив свій проект двоциліндрової парової машини і запропонував для неї автоматичний регулятор рівня води у котлі. Таким чином було покладено початок розробці автоматичних промислових регуляторів, які діяли за принципом регулювання по відхиленню (цей принцип інколи так і називають: принцип Уатта-Ползунова).
Далі почався нестримний потік розробок в теорії і практиці автоматичних пристроїв та систем.
1829р. - французький інженер Понселе запропонував інший принцип регулювання - по збуренню, тобто по причині, що викликає відхилення регульованої величини, а у 1845р. Сіменс - принцип регулювання по похідній регульованого параметру.
1868р. - англійський фізик Джеимс Макевелл опублікував першу працю з теорії автоматичного регулювання.
р. - інженер Фарко розробив конструкцію першого сервомотора – виконавчого механізму для систем автоматичного регулювання.
р. - російський електротехнік В.М.Чиколєв винайшов електромашинний підсилювач - основу електромашинної автоматики.
1877р. - професор Петербурзького технологічного інституту І.А.Вишнеградський опублікував працю про основи роботи регуляторів прямої дії.
1879р. - американські інженери Кеннелі і Мактай розробили проект автоматичної телефонної станції на основі застосування крокових шукачів, чим започаткували зас тосування розподільного принципу передачі інформації.
1880р. - початок застосування електроприводу у вантажо-підйомних та будівельних машинах
1895р. - швейцарський математик А.Гурвіц і словацький професор А.Стодола провели перші теоретичні дослідження стійкості систем автоматичного регулювання.
1909р. - публікована класична робота професора М.Є.Жуковського про основи теорії автоматичного регулювання.
1927р. - в США вперше впроваджено телемеханічне керування сигналами світлофорів та автоматичними стрілками на ділянці залізничної колії довжиною 65 км (штат Огайо).
1945р. - запущена в дію перша цифрова ЕОМ, що дозволяла за короткий час переробляти великий об'єм інформації про хід технологічного процесу.
50-і роки - поява екстремальних систем автоматичного регулювання та розробка основ загально-державної системи приладів.
60-і роки - впровадження перших автоматизованих систем керування технологічними процесами (АСК ТП).
70-і роки - поява мікропроцесорних контролерів та регуляторів.
80-і роки - поява мікроелектронних інтегральних та інтелект-туальних сенсорів (давачів).
У тисячах лабораторій по всьому світу ведеться розробка нових методів і технічних засобів сучасної автоматики і ніхто із спеціалістів не сумнівається, що їх вплив на наше життя буде вирішальним.