МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ
НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ХАРЧОВИХ ТЕХНОЛОГІЙ
О.Й. РІШАН
АВТОМАТИЗАЦІЯ ВИРОБНИЧИХ ПРОЦЕСІВ
КУРС ЛЕКЦІЙ
для студентів за напрямом підготовки 6.051701
«Харчова технологія та інженерія»
всіх форм навчання
СХВАЛЕНО
на засіданні кафедри
інтегрованих
автоматизованих
систем
управління
Протокол № 12
від 15.05.2012р.
Київ нухт 2012
Рішан О.Й. Автоматизація виробничих процесів: Курс лекцій для студ. за напрямом підготовки 6.051701 «Харчова технологія та інженерія» всіх форм навч. К.: НУХТ, 2012. – 119 с.
Рецензент: Ю.Б. Біляєв, д-р техн. наук
О.Й. Рішан, канд. техн. наук
© О.Й. Рішан, 2012
© НУХТ, 2012
ЗМІСТ
Вступ………………………………………………………………………………. 5
Розділ 1. Поняття про автоматику та системи управління ……….………6
1.1. Основні визначення …………………………….…………………….6
1.2. Загальна класифікація і характеристика систем управління…….. 8
1.3. Функціональна та алгоритмічні структури систем управління… 10
Розділ 2. Автоматичні системи регулювання (АСР)………………………14
2.1. Загальні положення та визначення…………………………………15
2.2. Класифікація АСР……………………………………………………15
2.3. Класифікація АСР по принципу регулювання……………………..16
2.4. Функціональна структура замкненої АСР………………………….19
Розділ 3. Об’єкти управління та регулювання……………………………..20
3.1. Параметрична схема ОУ (ОР)……………………………………….20
3.2. Режими роботи та математичні моделі ОУ…………………………21
3.3. Статична модель та статична характеристика оу…………………22
3.4. Динамічна модель та динамічні характеристики ОУ ……………..23
3.5. Динамічні характеристики об’єктів регулювання…………………25
Розділ 4. Автоматичні регулятори………………………………………….. 30
4.1. Структурна схема автоматичного регулятора………… ………….30
4.2. Класифікація регуляторів……………………………………………31
4.3 Регулятори неперервної дії та їхні характеристики………………..32
4.4. Дискретні регулятори та їхні характеристики……………………...37
4.5. Динамічні властивості релейно-імпульсного регулятора…………37
Розділ 5. Динамічні властивості АСР та її складових……………………...39
5.1. Подання елементів АСР ланками.
Передаточна функція АСР. Перетворення Лапласа……………….39
5.2. Основні ланки лінійних ACР……………………………………….. 40
5.3. Подання елементів АСР ланками. Передаточна функція АСР.
Перетворення Лапласа………………………………………………44
5.4. Перехідні процеси в замкненій АСР……………………………… .45
5.5.Показники якості регулювання .…………………………….........48
5.6. Виконавчі та регулювальні органи АСР…………………………...49
Розділ 6. Елементи метрології та засоби вимірювань……………………..53
6.1. Загальні відомості про вимірювання……………………………….53
6.2. Класифікація вимірювань…………………………………………..54
6.3. Принципи та методи вимірювань фізичних величин……………...55
6.4. Засоби вимірювань…………………………………………………..56
6.5. Похибки засобів вимірювань………………………………………..60
6.6. Державна система приладів та засобів автоматизації……………..64
Розділ 7. Вимірювання температури………………………………………...65
7.1. Термометри розширення……………………………………………66
7.2.
Термометри опору…………………………………………………...67
7.3. Термоелектричні термометри………………………………………71
Розділ 8. Вимірювання тиску……………………………………………… …76
8.1. Поняття тиску, одиниці вимірювання тиску та класифікація
манометрів……………………………………………………… ….76
8.2. Рідинні та деформаційні манометри………………………….. …79
8.3. Електричні манометри………………………………………….. 81
Розділ 9. Вимірювання рівня, витрати та кількості речовин………………82
9.1. Вимірювання рівня…………………………………………………82
9.2. Вимірювання витрати та кількості речовин……………..………84
Розділ 10. Контроль фізичних властивостей та складу речовини……….92
10.1. Аналізатори складу рідин……………………………………….92
10.2. Вимірювання густини рідин…………………………………….100
10.3. Вимірювання в’язкості рідин……………………………………104
10.4. Вимірювання вологості………………………………………….107
Розділ 11. АСУ ТП……………………………………………………………..111
11.1. Функціональні структури АСУ ТП…………………………….111
11.2. Види забезпечень АСУ ТП………………………………………113
11.3. Інтегровані (центральні) та розподілені АСУ ТП……………...114
11.4. Автоматизовані робочі місця технолога-оператора……………116
Література……………………………………………………………………….119
ВСТУП
Автоматизація являє собою один з найважливіших засобів здійснення переходу до якісно нового виробництва за рахунок підвищення продуктивності праці, поліпшення якості продукції, оптимізації процесів, зниження собівартості продукції, забезпечення безпеки роботи обладнання, поліпшення умов та культури виробництва.
Технологічні процеси харчових галузей промисловості мають суттєві особливості:
■ різноманітний асортимент, який часто змінюється;
■ переробка продуктів, які швидко псуються, що потребує чіткої організації процесів переробки та оптимального режиму управління;
■ показники якості сировини змінюються залежно від району вирощування, погодних умов, терміну і умов транспортування та зберігання;
■ суворе дотримання рецептур приготування харчових продуктів та технологічних режимів переробки сировини для зберігання смакової та харчової цінності продуктів;
■ виключення контакту рук людини з продуктами та сировиною;
■ широке застосування безперервних технологічних процесів та поточних ліній для випуску певних виробів, які забезпечені сучасними машинами та апаратами;
■ застосування складних фізико-хімічних та біохімічних методів переробки харчових продуктів.
Усі ці особливості визначають ефективність застосування автоматизації технологічних процесів харчових виробництв на підприємствах усіх рівнів.
При створенні систем автоматичного управління технологічними процесами, одним із основних етапів - є етап отримання інформації про стан процесу, який реалізується в особливому виді інформації – параметрах, що характеризують властивості і хід технологічного процесу. Значення параметрів отримують за допомогою засобів вимірювання (ЗВ). Класифікація номенклатури контролюємих технологічних параметрів у системах керування в молочній промисловості приводиться ниже.
1. Загальнотехнічні параметри: температура; тиск; рівень; витрати; маса; підрахунок кількості продукції.
2. Параметри складу молока та молочних продуктів:
-масова доля жиру, білку та сухих речовин;
-масова доля вологи, лактози, сахарози;
-вміст вітамінів, активність іонів.
3. Параметри якості молока та молочних продуктів:
-кислотність та лужність (рН);
-густана та реологічні характеристики: в’язкість та консистенція;
-розчинність (для сухого молока).
4. Параметри складу допоміжних технологічних середовищ:
-концінтрації миючих розчинів;
-контролю розподілу середовищ молоко-вода-миючий розчин;
-забруднення конденсату.
5.Параметри контролю якості тари та упаковк з готовим продуктом:
-контоль якості скляної тари; - герметичність;
-видхилення маси тари та наявність стороннії включень (домішок).
6.Санітарно-гігієнічні параметри:
- степінь чистоти; - концентрація мікроорганізмів і т.п.
Загально технічні параметри та складу середовищ отримують за допомогою засобів вимірювання (ЗВ), які розміщені безпосередньо на технологічному обладнанні (ємностях, трубопроводах тощо). Вимірювання складу, якості і властивостей продукту виконуються спеціальними ЗВ галузевого призначення, які контролюють параметри або в потоці, або в ємностях, а також в лабораторіях по відібраним пробам.