Автоматизация технологических процессов и производств (90

Министерство образования и науки России Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Казанский национальный исследовательский технологический университет»

АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Методические указания к выполнению контрольных работ

Казань Издательство КНИТУ

2016

1

УДК 66-52:66(075)

ББК 32.965я7

П27

Составитель М. Ю. Перухин

П27 Автоматизация технологических процессов : методические указания

к выполнению контрольных работ / сост. : М. Ю. Перухин; М -во образ. и науки России, Казан. нац. исслед. технол. ун-т. – Казань : Изд-во КНИТУ, 2016. – 40 с.

Содержат краткие теоретические сведения и требования к выполнению и оформлению контрольных работ; общие указания к решению задач; задачи, вопросы и общие указания к выполнению контрольных работ; вопросы к экзамену; перечень рекомендуемой литературы.

Предназначены для бакалавров заочной формы обучения по направлению 29.03.01 «Технология изделий легкой промышленности» по профилям: «Технология швейных изделий», «Технология изделий из кожи» по дисциплине «Автоматизация технологических процессов».

УДК 66-52:66(075)

ББК 32.965я7

Печатаются по решению методической комиссии факультета управления и автоматизации

Рецензенты: канд. техн. наук, доц. каф. САУТП В. В. Кузьмин

канд. техн. наук, доц. каф. КС КНИТУ-КАИ (им. А. Н. Туполева)

Р. Ф. Гибадуллин

2

ВВЕДЕНИЕ

В процессе обучения в ФГБОУ ВО «КНИТУ» студенты заочного отделения института технологий легкой промышленности, моды и дизайна изучают курс «Автоматизация технологических процессов». Целью изучения дисциплины является усвоение будущими специалистами необходимого количества сведений о принципах действия, конструкциях, а также областях применения современных автоматических контрольно-измерительных и регулирующих систем, регуляторов, средств автоматической защиты, блокировки, сигнализации и прочих средств автоматизации.

Основным руководящим материалом при изучении курса является «Рабочая программа», утвержденная цикловой методической комиссией и проректором университета. Приводимая в настоящем методическом указании программа курса разбита на темы, каждая из которых сопровождается указаниями о том, какие разделы литературных источников необходимо изучить. Возникновение значительных трудностей при изучении какой-либо темы свидетельствует о пробелах в смежных или фундаментальных дисциплинах. Поэтому потребуется повторное обращение к литературным источникам по конкретной дисциплине. В подобных ситуациях существенной может оказаться помощь преподавателя.

Поскольку основной формой обучения студентов заочного отделения является самостоятельная работа, в целях облегчения усвоения курса на кафедре АССОИ во время сессий проводятся лекции. Учебным планом предусмотрено также выполнение студентами лабораторного практикума. Самостоятельно должна быть выполнена контрольная работа.

Знания, полученные при изучении дисциплины «Автоматизация производственных процессов», применяются студентами при работе над разделами «Автоматизация» или «Метрологическое обеспечение дипломных работ» выпускной квалификационной работы и в дальнейшей практической деятельности.

Кроме рабочей программы в настоящем пособии представлены: контрольные вопросы для самоконтроля усвоения курса в форме вопросов экзаменационных билетов; задачи контрольной работы; указания по метрологической проработке

3

дипломных научно-исследовательских работ; вопросы проектирования систем автоматизации в дипломных проектах.

При составлении методических указаний использовались материалы из источника [1].

СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

1.Понятие и значение автоматизации. Этапы постановки общей задачи автоматизации. Понятие о технологическом процессе как об объекте автоматического управления. Понятие автоматизированных систем управления и их классификация. Автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУТП). Локальные автоматические системы. Технические средства автоматики.

2.Общие сведения о системах автоматического управления (САУ), функции и структура. Автоматические системы регулирования. Объекты автоматического регулирования, их математическая модель. Статика и динамика систем. Математические методы описания систем. Преобразование Лапласа. Передаточные функции. Временные и динамические характеристики систем. Структурные схемы САУ. Замкнутые, разомкнутые системы, понятие обратной связи. Типовые динамические звенья, их передаточные функции и характеристики. Устойчивость систем регулирования. Качество регулирования. Прямая и косвенная оценки качества. Автоматические регуляторы и законы регулирования. Виды регуляторов, области применения. Линейные и нелинейные регуляторы.

3.Элементы автоматических устройств и систем. Задатчики, элементы сравнения, усилители, функциональные преобразователи, исполнительные механизмы и регулирующие органы. Функциональные схемы автоматизации, система обозначений.

4.Элементы метрологии и техники измерений. Измерительные приборы и измерительные преобразователи. Структура измерительного устройства. Методы измерений. Погрешность и класс точности приборов. Измерение и контроль температуры, давления, расхода и количества вещества, уровня, перемещений, механических параметров, химического состава вещества, плотности и вязкости.

4

Датчики положений. Учет количества штучных изделий. Методы контроля технологических переменных изучаемого производства.

5. Автоматизация типовых технологических процессов. Примеры систем регулирования, сигнализации, контроля, защиты.

Примерный перечень тем лабораторных работ (число работ зависит от количества часов, предусмотренных учебным планом). Изучение, поверка и градуировка контрольно-измерительных приборов (манометров, термометров, расходомеров, уровнемеров и др.). Лабораторные работы №1, 2, 4, 5, 6, 15.

Экспериментальное получение и обработка статических и динамических характеристик, технологических объектов управления. Лабораторная работа №7.

Исследование регуляторов непрерывного действия. Лабораторная работа №8.

Исследование двухпозиционного регулирования. Лабораторная работа №10.

В результате изучения материала, предложенного выше, Вы можете приступить к выполнению контрольной работы, содержащей задачи по разделам метрологии, контролю технологических параметров [1-6], системам и элементам автоматического регулирования и управления.

ТРЕБОВАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ И ОФОРМЛЕНИЮ КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ

Методические указания для выполнения контрольных работ по курсу «Автоматизация производственных процессов» составлены в соответствии с учебными планами подготовки инженеров заочного факультета.

Прежде чем приступить к выполнению контрольной работы, нужно внимательно ознакомиться с данными указаниями. Несоблюдение этих указаний может стать причиной того, что работа не будет даже принята к рецензированию. Нужно помнить, что выполнение контрольных работ является важным элементом в

5

изучении теоретического материала. Все задачи нужно решать самостоятельно, используя проработанный теоретический материал.

Задачи и вопросы для контрольных работ по различным разделам курса помещены ниже.

Требования, предъявляемые к оформлению контрольной работы:

1.Каждая работа выполняется в отдельной тетради, на обложке которой должны быть написаны: фамилия, имя, отчество студента: домашний адрес, номер учебного шифра, номер контрольной работы, желательно – контактный телефон.

2.На каждой странице должны быть оставлены поля шириной не менее 3 см для замечаний рецензента.

3.Текст, формулы и числовые раскладки должны быть написаны четко и аккуратно, без помарок.

4.Схемы и графики должны быть выполнены с помощью чертежных инструментов. При выполнении графиков желательно пользоваться миллиметровой бумагой.

5.В литературе, изданной до 1985 года, встречаются условные обозначения по старым, не действующим ГОСТ. При выполнении контрольной работы следует пользоваться ЕСКД и ГОСТ, действующими в настоящее время.

6.При описании автоматизации технологического процесса, должно быть полностью объяснено назначение и взаимодействие всех элементов схемы.

7.В конце контрольной работы обязательно указать литературу, поставить дату выполнения работы и подписаться.

8.Если контрольная работа не зачтена, то все необходимые поправки должны быть сделаны в той же тетради после подписи рецензента.

Общие указания к решению задач

Решения задач должны быть написаны разборчивым подчерком или отпечатаны на листах формата А4, ответы на поставленные вопросы должны быть четкими, ясными и подтверждены необходимыми схемами, расчетами, графиками,

6

ссылками на используемую литературу с указанием соответствующих страниц.

Общие указания к выполнению контрольной работы

В контрольных заданиях содержится 112 вариантов теоретических вопросов, по 7 вопросов в каждом (таблица с номерами теоретических вопросов приведена в конце методических указаний). Шесть из них теоретические, один (*) – практическое задание (разработка функциональной схемы автоматизации технологических процессов).

Вариант выбирается в зависимости от шифра, присвоенного каждому студенту. Номера теоретических вопросов сведены в таблицу, и определяются по двум последним цифрам зачетной книжки. На пересечении предпоследней и последней цифр зачетной книжки находятся номера теоретических вопросов контрольной работы.

Кроме ответа на теоретические вопросы, студент должен решить 5 задач.

Номера задач определяются по последним двум цифрам номера зачетной книжки.

Пример: зачетная книжка заканчивается на «15». Выполняются все задачи с номером заканчивающимся на «5» и имеющими предпоследнюю нечетную цифру (5, 15, 35, 55, 75). Если номер зачетной книжки заканчивается цифрой «25» (предпоследняя цифра четная), то выполняются задачи под номерами 5,25,45,65,85. Для определения N, в условии задач, используются две последние цифры зачетной книжки. Последние две цифры зачетной книжки 15. Подставив эту цифру вместо N, получим, например, что давление в трубопроводе 230+N·0,1Па. Подставляете Ваш шифр (в данном случае N=15) 230+15*0,1Па=231,5 Па.

Внимание!

При необходимости использования градуировочных таблиц для термопар и термопреобразователей сопротивления информация доступна на сайтах: http://vsegost.com/Catalog/67/6755.shtml и

http://vsegost.com/Catalog/50/50265.shtml. Материал сайтов

предназначен только для просмотра!!!

7

Ответ на вопрос должен содержать:

1.Полную формулировку вопроса.

2.Назначение и принцип действия контрольно-измерительного прибора, его схему, описание конструкции и принцип работы, диапазон измеряемых величин, класс точности, область применения.

3.Схемы и чертежи должны быть выполнены вручную с применением чертежных инструментов.

4.Функциональная схема автоматизации (*) вычерчивается на отдельном листе (формата А4 или А3) в соответствии с требованиями ГОСТ и вклеивается в тетрадь.

5.В конце работы указывается список используемой литературы.

Если работа выполнена неудовлетворительно, то студент исправляет ее и предоставляет повторно.

Внимание!

Работы, не соответствующие своему варианту, а также выполненные небрежно, не зачитываются и возвращаются студенту без рецензии.

Решения задач должны быть написаны разборчивым почерком, ответы на поставленные вопросы должны быть четкими, ясными, и подтверждены необходимыми схемами, расчетами, графиками, ссылками на используемую литературу с указанием соответствующих страниц. Задания выполняются с учетом варианта данного преподавателем N.

Выполненная работа должна быть зарегистрирована в деканате и передана на кафедру АССОИ (Б-104) за 1 месяц до установочной сессии.

В течение семестра на кафедре проводятся еженедельные консультации по предмету.

8

Метрология

Задача №1. В цехе по пошиву верхней женской одежды установлен технический термометр со шкалой 0-50ºС. при действительной температуре 23+N·0,1ºС термометр показывает 24ºС. определить абсолютную, относительную и приведенную относительную погрешности измерения.

Задача №2. В красильной ванне для измерения температуры раствора установлен манометрический термометр газовый. Будет ли одинаковым предел допускаемой относительной погрешности измерения во всех точках шкалы манометрического термометра?

Задача №3. Измерение расхода газа в швейном цехе фабрики осуществляется калориметрическим расходомером. Мощность нагревателей определяется по показаниям амперметра и вольтметра. Оба прибора имеют класс точности 0,5, эксплуатируются в нормальных условиях и имеют шкалы соответственно 0-5А и 0 -30В. Номинальные значения составляют: силы тока 3,6+N·0,1А, напряжения 26+N·0,1В. Какова величина погрешности, с которой производится измерение мощности?

Задача №4. В складском помещении обувной фабрики установлен термометр -40÷0÷+60ºС. При действительной температуре tg=20+N·0,1ºC термометр показывает tп=20,8+N·0,1ºC. Определить приведенную относительную погрешность измерения.

Задача №5. В гладильном цехе швейной фабрики установлен термометр со шкалой 20÷100ºС. При действительной температуре 30·N+0,1ºС термометр показывает 29,4ºС. Определить приведенную относительную погрешность измерения.

Задача №6. При измерении ширины клапана кармана получены следующие результаты (см): 10,1+N·0,1, 10,4+N·0,1, 10,2+N·0,1, 10,3+N·0,1, 10,6+N·0,1, 10,5+N·0,1, 10,4+N·0,1, 10,3+N·0,1, 10,2+N·0,1, 10,5+N·0,1, 10,4+N·0,1, 10,4+N·0,1. Число измерений n=12.

Определить среднюю арифметическую измерения х. Какую величину следует принять за результат измерения?

Задача №7. Для измерения силы тока используется миллиамперметр с равномерной шкалой, разделенной на 50 интервалов. Нижний предел измерения Iн= -10+N·0,1 mA, верхний Iв= +10+N·0,1 mA. Определить цену деления шкалы и чувствительность миллиамперметра.

9

Задача №8. Температура верхней плиты пресса для ВТО текстильных материалов, измеренная в пяти различных точках посредством хромель-копелевых термопар, составила: 175+N·0,1, 188+N·0,1, 195+N·0,1, 181+N·0,1, 183+N·0,1ºС. Полагаем, что температура во всех точках плиты одинакова, а разница в температурах обусловлена систематической погрешностью за счет окисления поверхности плиты в местах заделки термопар. Оцените наиболее вероятное значение температуры верхней плиты пресса.

Задача №9. При раскройке одежды получены следующие результаты (см): 30,1+N·0,1, 30,4+N·0,1, 30,2+N·0,1, 30,3+N·0,1, 30,6+N·0,1, 30,5+N·0,1, 30,4+N·0,1, 30,3+N·0,1, 30,2+N·0,1, 30,5+N·0,1, 30,4+N·0,1, 30,4+N·0,1. Использовалась линейка. Число измерений n=12. Определить среднюю арифметическую измерения х. Какую величину следует принять за результат измерения?

Задача №10. При выполнении лабораторной работы было проведено однократное измерение термо-ЭДС автоматическим потенциометром класса точности 0,5 градуировки ХК со шкалой 200÷800ºС при нормальных условиях работы. Указатель прибора стоит на отметке 750+N·0,1ºС. Оцените максимальную относительную погрешность измерения термо-ЭДС потенциометром на указанной отметке. Зависит ли относительная погрешность от показаний прибора?

Задача №11. Определить пределы допускаемой основной абсолютной погрешности измерительного прибора класса точности 0,5 с диапазоном измерений от 25+N·0,1 мВ до 50+N·0,1 мВ.

Задача №12. Определите абсолютное и относительное изменение показаний газового манометрического термометра, вызванное изменением барометрического давления от 100,45+N·0.1 до

96,45+N·0.1 кПа. Шкала прибора 0-100°С, что соответствует изменению давления от 0,67+N·0.1 до 0,92+N·0,1 МПа. Прибор

показывает температуру 80°С. шкала прибора равномерная.

Задача №13. Для технического манометра класса точности 1,5 нормальная температура окружающей среды 20±5°С, рабочая

температура +5÷+50°С. Одинаковыми ли погрешностями будут характеризоваться показания прибора при температуре окружающей

среды t=24+N·0,1, t=10+N·0,1 и t=55+N·0,1°С при условии, что остальные влияющие величины имеют нормальные значения?

10