Контрольные задания по автоматизации для студентов заочного отделения (90

Министерство образования и науки Российской Федерации Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования «Казанский государственный технологический университет»

КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ ПО АВТОМАТИЗАЦИИ ДЛЯ СТУДЕНТОВ

ЗАОЧНОГО ОТДЕЛЕНИЯ

Методические указания

Казань

КГТУ

2011

Составители: доц. И.А. Дюдина доц. М.Ю. Перухин доц. С.А. Семичев доц. Е.А. Фафурина

Контрольные задания по автоматизации для студентов заочного отделения: метод. указания / И.А. Дюдина [др.]; М-во образ. и науки РФ, Казан. гос. технол. ун-т. – Казань :КГТУ, 2011 – 22 с.

Приведены контрольные задания для студентов заочной формы обучения.

Предназначены для студентов заочной формы обучения механических и технологических специальностей при изучении ими курса автоматизации технологических процессов.

Подготовлены на кафедре автоматизированных систем сбора и обработки информации.

Библиогр.: 14 назв.

Печатается по решению редакционно-издательского совета Казанского государственного технологического университета.

Рецензенты: зав. каф. АТПП КГЭУ, д-р.техн.наук,

проф. К.Х. Гильфанов

канд.техн.наук, доц. каф. АиУ КГТУ (им. А.Н. Туполева) С.А. Терентьев

2

Введение

В соответствии с законом Российской Федерации «О техническом регулировании» 2002 г. все отношения при разработке, принятии, применении и исполнении обязательных требований к продукции, процессам производства, эксплуатации, хранению, перевозке, реализации и утилизации регулируются техническим регламентом. В качестве основы для разработки технических регламентов могут использоваться полностью или частично международные стандарты и (или) национальные стандарты. В соответствии с МС ИСО 9001-94 «Системы качества. Модель обеспечения качества при проектировании, разработке, производстве, монтаже и обслуживании» создаются стандарты предприятий. Например, в ОАО «Нижнекамскнефтехим» разработан стандарт предприятия СТП 7.3-03-2002 «Порядок проектирования, разработки, внедрения, сопровождения и эксплуатации автоматизированных систем управления технологическими процессами» [1], устанавливающий порядок проектирования, стадии и этапы создания АСУ ТП (автоматизированных систем управления технологическим процессом). При создании стандартов предприятий рекомендуется соблюдать требования российских и международных стандартов.

Инженерам всех специальностей полезно знать о существовании нижеследующих стандартов и нормативных документов:

1.ГОСТ 24104-85 «Информационная технология. Автоматизированные системы управления. Общие требования».

2.ГОСТ 34.003-90 «Информационная технология. Автоматизированные системы. Термины и определения».

3.ГОСТ 34.201-89 «Информационная технология. Виды, комплектность и обозначение документов при создании автоматизированных систем (АС)».

4.ГОСТ 34.601-0 ЕСС АСУ «Автоматизированные системы. Стадии создания».

5.ГОСТ 34.602-89 «Информационная технология. Комплекс стандартов на автоматизированные системы. Техническое задание на создание автоматизированной системы».

6.ГОСТ 34.603-92 «Информационная технология. Виды испытаний автоматизированных систем».

3

7.ГОСТ 24.701-86 ЕСС АСУ. «Надежность автоматизированных систем управления. Основные положения».

8.ГОСТ 24.702-85. ЕСС АСУ. «Эффективность автоматизированных систем управления. Основные положения».

9.СНиП 3.05.07-85 «Системы автоматизации».

10.РД 50-34.698-90 «Методические указания. Информационная технология. Требования к содержанию документов».

Знание этих документов поможет правильно поставить и решить задачу проектирования (модернизации) системы управления предприятием, на котором будет осуществляться Ваша инженерная деятельность.

Более близкую задачу – разработку функциональной схемы автоматизации дипломного проекта поможет решить выполнение контрольных заданий.

Для выполнения контрольных заданий рекомендуем использовать информацию с сайтов, приведенных в библиографическом списке [2-14].

Составление локальных контуров функциональных схем автоматизации

Задания базируются на конкретных серийно выпускаемых средствах автоматизации и учат составлению функциональных схем локальных контуров различных параметров технологического процесса: температуры, уровня, расхода, давления.

Усвойте требования к выполнению функциональных схем автоматизации двумя способами:

развернутым;

упрощенным, который может быть рекомендован для студентов всех технологических специальностей.

Приступая к выполнению заданий раздела, определите, какой параметр и какими средствами Вы будете измерять и регулировать, о чем и как следует сигнализировать. Обратите внимание на

функциональные признаки устройств комплекта, отберите те из них, которые используются в данном контуре. Продумайте вопрос пожаро- и взрывозащиты средств контроля и автоматического регулирования, если технология процесса потенциально опасна. Уясните места расположения устройств комплекта. Проследите

4

передачу сигналов по контуру от измерительного преобразователя (сенсора, датчика) до привода регулирующего органа; убедитесь в том, что все входные и выходные сигналы элементов контура согласованы между собой и являются стандартными.

Работу начните с изображения условной технологической схемы здания. Внизу схемы предусмотрите поля для размещения приборов и средств автоматизации.

Выполнение схемы в развернутом варианте позволит Вам продумать все особенности контура.

Задание должно заканчиваться составлением спецификации на средства автоматизации.

Задания

Задание 1. Температура на выходе из теплообменника типа «труба в трубе» 70° С контролируется манометрическим термометром и регулируется изменением подачи греющего агента клапаном с пневмоприводом.

Для регулирования температуры выбран самопишущий манометрический термометр с пневматическим регулирующим устройством.

Условия работы теплообменника безопасные. В аварийной ситуации клапан должен быть закрыт.

Выберите приборы. Выпишите технические характеристики приборов.

Изобразите схему автоматизации поддержания постоянства температуры в теплообменнике в двух вариантах:

a)развернутым способом;

b)упрощенным способом (согласно ГОСТ 21.404-85). Заполните спецификацию на средства автоматизации.

Задание 2. Температура на выходе из теплообменника типа «труба в трубе» 85° С контролируется хромель-копелевым термоэлектрическим преобразователем. Температура регулируется изменением подачи греющего пара клапаном с пневмоприводом. В аварийной ситуации клапан должен быть закрыт. Сигнальные лампы

5

оповещают о снижении температуры до 70° С (зеленая) и увеличении свыше 100° С (красная).

Выберите приборы. Выпишите технические характеристики приборов.

Изобразите схему автоматизации поддержания постоянства температуры в теплообменнике в двух вариантах:

a)развернутым способом;

b)упрощенным способом (согласно ГОСТ 21.404-85).

Заполните спецификацию на средства автоматизации. Задание 3. Управление процессом в реакторе «с рубашкой»

осуществляется устройством программного управления (контроллером). Температура в реакторе измеряется интеллектуальным термопреобразователем сопротивления и поддерживается на значении 127° С клапаном с пневмоприводом, установленным на подаче пара в рубашку. В аварийной ситуации клапан должен быть закрыт.

Сигнал первичного преобразователя температуры преобразуется в унифицированный выходной сигнал постоянного тока 4-20 мА. Термопреобразователь обеспечивает детектирование обрыва или короткого замыкания первичного преобразователя. Сигнал с контроллера на клапан подается через электропневматический позиционер. Позиционер не имеет самостоятельного применения, является комплектующим изделием для исполнительных механизмов и предназначается для повышения быстродействия мембранного привода. Диапазон изменения входного сигнала позиционера 4-20 мА.

Выберите приборы. Выпишите технические характеристики приборов.

Изобразите схему управления постоянством поддержания температуры в реакторе в двух вариантах:

a)развернутым способом;

b)упрощенным способом (согласно ГОСТ 21.404-85). Заполните спецификацию на средства автоматизации.

Задание 4. Температура головки червячного пресса для переработки пластмасс и резиновых смесей измеряется хромель- копелевой термопарой с последующей передачей сигнала на вторичный прибор. Составить схему автоматического регулирования

6

температуры с учетом того, что регулирование должно осуществляться по ПИД-закону.

Выберите приборы. Выпишите технические характеристики приборов.

Изобразите схему управления постоянством поддержания температуры в головке в двух вариантах:

a)развернутым способом;

b)упрощенным способом (согласно ГОСТ 21.404-85). Заполните спецификацию на средства автоматизации.

Задание 5. Температура цилиндра и головки литьевой машины регулируется по ПИД-закону. Температура в первой зоне – 25° С, во второй – 80° С, в третьей – 125° С, в головке – 130° С.

Подобрать датчики и вторичный регулирующий прибор. Выпишите технические характеристики приборов.

Изобразите схему управления постоянством поддержания температуры в литьевой машине в двух вариантах:

a)развернутым способом;

b)упрощенным способом (согласно ГОСТ 21.404-85). Заполните спецификацию на средства автоматизации.

Задание 6. Регулирование температуры осуществляется во взрывоопасной зоне с содержанием аммиака. Составить схему регулирования температуры в дефлегматоре (40° С).

Выберите из справочника датчик температуры, учитывая диапазон измеряемых температур и характер среды. Выберите регулятор и регулирующий орган. Укажите, на что должен воздействовать регулирующий орган для поддержания температуры флегмы. Выпишите технические характеристики приборов.

Изобразите схему управления постоянством поддержания температуры в дефлегматоре в двух вариантах:

a)развернутым способом;

b)упрощенным способом (согласно ГОСТ 21.404-85). Заполните спецификацию на средства автоматизации.

Задание 7. Измерение и поддержание температуры и влажности в термокамере при обработке пищевых продуктов

7

осуществляется при помощи термометров сопротивления, подключенных к регулятору температуры и влажности.

Исходя из условий, в которых происходит измерение температуры и влажности, выберите термометры соответствующей модификации. Выпишите технические характеристики приборов. Предусмотрите регулирование обоих параметров.

Изобразите схему управления постоянством поддержания температуры и влажности в термокамере в двух вариантах:

a)развернутым способом;

b)упрощенным способом (согласно ГОСТ 21.404-85). Заполните спецификацию на средства автоматизации.

Задание 8. Измерение разности температур воды в прямом и обратном трубопроводах водяных систем теплоснабжения осуществляется при помощи контактного термометра сопротивления. Температура среды 50-80° С (на входе – 80° С, на выходе – 50° С).

Выберите из справочника приборы. Выпишите технические характеристики приборов.

Изобразите схему управления постоянством поддержания разности температур в прямом и обратном трубопроводах в двух вариантах:

a)развернутым способом;

b)упрощенным способом (согласно ГОСТ 21.404-85). Заполните спецификацию на средства автоматизации.

Задание 9. Измерение температуры валков каландра осуществляется при помощи инфракрасного термометра (пирометра).

Выберите из справочника приборы. Выпишите технические характеристики приборов.

Изобразите схему управления постоянством поддержания температуры ведущего валка каландра 45° С в двух вариантах:

a)развернутым способом;

b)упрощенным способом (согласно ГОСТ 21.404-85). Заполните спецификацию на средства автоматизации.

Задание 10. Измерение температуры плит гидравлического пресса (t=200° С) осуществляется при помощи термопар.

8

Предусмотреть регулирование температуры при помощи позиционного регулятора.

Выберите из справочника приборы. Выпишите технические характеристики приборов.

Изобразите схему управления постоянством поддержания температуры плит гидравлического пресса в двух вариантах:

a)развернутым способом;

b)упрощенным способом (согласно ГОСТ 21.404-85). Заполните спецификацию на средства автоматизации.

Задание 11. Давление пара легколетучего растворителя в реакторе 0,6 МПа регулируется сбросом пара через клапан с мембранным пневмоприводом. В аварийной ситуации клапан должен быть открыт. Для измерения давления применен малогабаритный датчик избыточного давления во взрывозащищенном исполнении.

Через барьер искрозащиты датчик давления подключен к устройству программного управления (контроллеру). Барьер обеспечивает искробезопасность электрических цепей датчика давления, используемого во взрыво- и пожароопасном технологическом процессе.

Сигнал с контроллера на клапан подается через барьер искрозащиты, предназначенный для обеспечения искробезопасности цепей электропневмопозиционера во взрывозащищенном исполнении.

Позиционер не имеет самостоятельного применения, является комплектующим изделием для исполнительных механизмов, предназначается для повышения быстродействия мембранного привода клапана. Диапазон изменения входного сигнала позиционера

4-20 мА.

Выберите по справочнику приборы. Выпишите технические характеристики приборов.

Изобразите схему управления постоянством поддержания давления в реакторе в двух вариантах:

a)развернутым способом;

b)упрощенным способом (согласно ГОСТ 21.404-85). Заполните спецификацию на средства автоматизации.

9

Задание 12. В трубопроводе необходимо редуцировать давление азота с 1,0 МПа до 0,8 МПа. Давление измеряется интеллектуальным датчиком избыточного давления.

Выберите в соответствии с указанным давлением датчик избыточного давления по каталогу ПГ «Метран». Подберите вторичный прибор.

Регулирующий клапан с мембранным пневмоприводом находится на трубопроводе азота и при аварийных условиях должен быть закрыт.

Изобразите схему управления давлением азота в трубопроводе

вдвух вариантах:

a)развернутым способом;

b)упрощенным способом (согласно ГОСТ 21.404-85). Заполните спецификацию на средства автоматизации.

Задание 13. Разрежение в аппарате должно находиться в пределах от 0,04 МПа до 0,02 МПа. При увеличении разрежения выше указанного предела включается сигнальная лампа зеленого цвета и отключается вакуум-насос, при уменьшении разрежения – включается сигнальная лампа красного цвета и вакуум-насос. Разрежение измеряется малогабаритным датчиком давления.

Выберите в соответствии с указанным давлением датчик по каталогу ПГ «Метран». Подберите вторичный прибор.

Изобразите схему управления постоянством поддержания давления в реакторе в двух вариантах:

a)развернутым способом;

b)упрощенным способом (согласно ГОСТ 21.404-85). Заполните спецификацию на средства автоматизации.

Задание 14. В аппарате необходимо поддерживать давление -0,1 МПа. Предусмотрите автоматическое регулирование параметра. Выберите по справочнику приборы. Выберите клапан. Диаметр трубопровода 300 мм.

Изобразите схему управления постоянством поддержания давления в аппарате в двух вариантах:

a)развернутым способом;

b)упрощенным способом (согласно ГОСТ 21.404-85). Заполните спецификацию на средства автоматизации.

10