Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Технологические процессы автоматизированных производств. Учебное пособие

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

07.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

1 / 71 2 3 4 5 6 7 > Следующая >>>

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПРОМЫШЛЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И ДИЗАЙНА»

Д. А. Шурыгин

Технологические процессы автоматизированных производств

курс лекций по направлению подготовки 15.03.04 «Автоматизация

технологических процессов и производств» для студентов всех форм обучения

Утверждено Редакционно-издательским советом университета

в качестве учебного пособия

Санкт-Петербург

2018

УДК 681.5(075.8) ББК 32.966я73 Ш96

Рецензенты:

доктор технических наук, профессор кафедры автоматизации

биотехнологических и теплофизических процессов Санкт-Петербургского

национального исследовательского университета информационных технологий,

механики и оптики

В. А. Балюбаш;

кандидат технических наук, доцент кафедры инженерного материаловедения

и метрологии Санкт-Петербургского государственного университета

промышленных технологий и дизайна

В. П. Соколов

Шурыгин, Д. А. Ш96 Технологические процессы автоматизированных производств: учеб.

пособие / Д. А. Шурыгин. – СПб.: ФГБОУВО «СПбГУПТД», 2018. – 63 с.

ISBN 978-5-7937-1494-5

В пособии рассмотрен широкий круг вопросов от терминологии,

технических средств и задач автоматизации технологических процессов до конкретных образцов специализированных систем контроля и управления, непрерывного и позиционного регулирования различных техноло-

гических параметров в текстильной, легкой промышленности и производстве химических волокон.

УДК 681.5(075.8)

ББК 32.966я73

ISBN 978-5-7937-1494-5 © ФГБОУВО «СПбГУПТД», 2018

Введение

Автоматизация производства является одним из направлений научно-

технического прогресса, благодаря которой можно добиться повышения производительности труда и качества продукции, улучшения условий труда и обеспечения безопасности труда. Достижения указанных результатов невозможно добиться без тщательного изучения особенностей технологических процессов и

существующих средств их автоматизации.

В данном пособии подробно рассматриваются устройства электроавтоматики, датчики технологических параметров, основы теории измерений, структура систем автоматического регулирования и типы регуляторов. Дается характеристика технологических процессов текстильной, легкой промышленности и производства химических волокон, акцентируя внимание на необходимости и

возможностях автоматизации указанных производств.

Пособие ориентировано на бакалавров первого года обучения и потому

иллюстрировано достаточным количеством наглядных примеров.

1. Основные понятия. Терминология

Механизация – использование технических средств, заменяющий ручной физический труд (подъемные краны, тельферы, транспортеры, роботы).

Автоматизация – использование технических средств, в том числе вы-

числительной техники, для управления технологическими процессами и целы-

ми производствами.

Управление – целесообразные воздействия на объект управления (техно-

логический процесс, производство) в интересах достижения заданного или

наилучшего в некоторых смыслах эффекта (оптимальное управление).

Что дает автоматизация?

1. Повышение производительного труда благодаря способности техниче-

ских средств длительно выдерживать высокий темп работы.

2. Повышение качества продукции вследствие точного выдерживания за-

данных технологических режимов.

3. Экономия сырья, химических материалов и энергоресурсов в условиях

рационального ведения процесса и уменьшения переделок продукции.

4. Повышение культуры труда, особенно на вредных производствах.

5. Обеспечение безопасности труда. Средствами безопасности могут

быть, в частности, защитные ограждения движущихся частей машины, при от-

крытии которых машина останавливается.

Факторы, определяющие эффективность автоматизации

1. Состояние технологии и оборудования (устаревшую технологию и ста-

рое оборудование, как правило, автоматизировать нецелесообразно).

2. Качество и стабильность сырья, химических материалов и энергоре-

сурсов, существенный разброс параметров которых осложняет получение желаемого эффекта от автоматизации.

3. Квалификация кадров, способных грамотно эксплуатировать средства

автоматизации.

4. Организация производства – четкое взаимодействие подразделений, без

которого эффект от автоматизации отдельных технологических процессов мо-

жет быть существенно снижен.

Есть разница в понятиях «автоматическая система» и «автоматизирован-

ная система»: автоматическая система работает без участия человека, а автоматизированная – непременно с участием человека.

2. Средства автоматизации

К ним относят средства автоматического контроля, управления, регулирования и защиты.

 Средства автоматического контроля обеспечивают непрерывный или периодичный контроль значений технологических параметров и состояния оборудования.

 Средства автоматического регулирования реализуют стабилизацию

или изменение по заданному закону технологических параметров без непосред-

ственного участия человека.

 Понятие управление более широкое. Оно включает в себя не только ре- гулирование, но и автоматическое формирование различных команд (включить, отключить, открыть, закрыть, вперед, назад и т. п.).

 Средства защиты обеспечивают сохранность оборудования в различ- ных нерасчетных или аварийных режимах.

3. Государственная система приборов (ГСП)

Государственная система приборов (ГСП) – это комплекс стандартизированных средств для получения информации о состоянии объекта автоматизации, ее преобразования, передачи по каналам связи, запоминания, регистрации и использования для управления объектами.

К таким средствам относятся датчики, преобразователи сигналов, шифра-

торы и дешифраторы, устройства памяти и регистрации, регуляторы, исполнительные механизмы.

Датчик – устройство, преобразующее технологический параметр в некий сигнал, используемый системой автоматизацией.

В системе автоматизации могут использоваться сигналы разной природы (электрические и пневматические). В этом случае необходимы преобразовате-

ли сигналов.

Шифраторы и дешифраторы обеспечивают кодирование и декодирова- ние сигнала для обеспечения его защиты от помех при передаче на значительные расстояния.

Регуляторы относят к средствам автоматического регулирования (см. выше). Они должны иметь возможность воздействия на объект, меняя подачу в него вещества или энергии с помощью так называемого регулирующего органа.

Исполнительный механизм – силовое устройство (электродвигатель, электромагнит) воздействующее на регулирующий орган.

ГСП имеет две основные ветви: пневматическую и электрическую.

Пневматическая ветвь использует сжатый воздух с давлением в диапа- зоне 0,02 – 0,1 МПа.

Ее достоинства:

 пожаро- и взрывобезопасность;

 простота и надежность;

 невысокая квалификация обслуживания.

Ее недостатки:

 Относительно невысокое быстродействие.

 Ограниченная дальность действия.

 Сложная аппаратура воздухоподготовки.

Электрическая ветвь использует сигналы по току или по напряжению.

Ее достоинства:

 Высокое быстродействие

 Неограниченная дальность действий

 Простая стыковка с вычислительной техникой

Ее недостатки:

 Пожаро- и взрывоопасность

 Сравнительно меньшая надежность

 Высокая квалификация обслуживания

При выборе электрического сигнала нужно решить 3 вопроса:

1. Использовать постоянный или переменный ток.

2. Носителем сигнала является ток или напряжение.

3. В каком диапазоне должен быть этот сигнал.

Преимущественно используют постоянный ток. Носителем сигнала является ток (а не напряжение) в диапазоне 0 – 5 мА .

4. Устройства электроавтоматики

К ним относят релейную технику и электропривод. Рассмотрим их.

4.1. Реле

Это устройство для формирования скачкообразных сигналов в системах автоматики (замыкания или размыкания цепей).

По используемой энергии реле бывают:

 электрические;

 пневматические;

 гидравлические.

По характеру входных воздействий реле могут быть:

 электрические;

 пневматические;

 механические;

 тепловые;

 световые.

По числу возможных состояний:

 двухпозиционные;

 трехпозиционные.

Схема электромагнитного нейтрального реле приведена на рис. 1.

Рис. 1. Схема электромагнитного нейтрального реле

Если на вход подать напряжение Uвх, в катушке возникает ток, который

создает магнитное поле. Поле втягивает сердечник, сжимая пружинку, при этом

верхние контакты замыкаются, а нижние размыкаются (реле сработало, реле включено).

Если входное напряжение снять, то ток в катушке и магнитное поле исчезают. Сердечник выталкивается пружинкой, верхние контакты размыкаются, а нижние замыкаются (реле отпустило, реле выключено).

Нижние контакты – нормально замкнутые (размыкающие).

Верхние контакты – нормально разомкнуты (замыкающие).

Условное изображения реле и его контактов на электрических схемах и их буквенно-цифровое обозначение приведено на рис. 2.

Рис. 2 Условное изображение реле и его контактов.

Схема трехпозиционного (поляризованного) реле приведена на рис. 3.

Рис. 3. Схема поляризованного реле:

1 – магнитопровод; 2 – электрические катушки; 3 – якорь; 4 – пружинки;

5 – контактные группы

Если на вход подается напряжение определенной полярности в катушках, включенных последовательно, возникает ток определенного направления. Ток

создает направленное магнитное поле, которое смещает якорь, например, вправо и замыкается соответствующая контактная группа.

Если полярность входного напряжения сменить, то ток и магнитное поле

меняют направление и замыкается другая контактная группа.

Временная (ударение не последнем слоге) характеристика реле (зависимость тока I в катушке и перемещения X якоря от времени t) приведена на рис. 4 .

Рис. 4. Временная характеристика реле:

I – ток в катушке; Х – перемещение сердечника (якоря); I

– ток

ср

срабатывания, при котором сердечник переходит в новое положение;

Iр – рабочий ток, он всегда больше тока срабатывания; τср – время

срабатывания реле; τ

– время отпускания реле

от

В момент «0» на катушку скачком подается напряжение, а в момент «1»

оно снимается. Индуктивность катушки вызывает постепенное изменение тока,

а значит, и магнитного поля.

Классификация реле по времени срабатывания

1. Реле безынерционные (τ

2. Реле быстродействующие τ

3. Нормальные реле (τ

4. Реле замедленные (τ

ср.

меньше 1 мс).

ср.

от 1 до 50 мс).

ср.

от 50 до 150 мс).

от 150мс до 1с).

У перечисленных реле время срабатывания и отпускания практически

одинаковы.

5. Реле времени (τ

ср и

настраиваются.) Они могут быть:

от

 электронные (малые выдержки порядка долей или единиц секунд); ис- пользуют процесс заряда-разряда конденсатора);

 часовые (выдержки порядка минут и десятков минут); используют принцип работы часового механизма);

 моторные (большие выдержки порядка часов); используют синхронный двигатель с редуктором.

Обратимся теперь к электроприводу.

4.2. Двигатели постоянного тока

Схема двигателя постоянного тока с независимым возбуждением приве-

дена на (рис. 5).

Рис. 5. Схема двигателя постоянного тока с независимым возбуждением

Обмотка возбуждения ОВ создает магнитный поток Ф, который, взаимодействуя с током якоря Iя, обеспечивает вращающий момент. Можно вспомнить из курса физики рамку с током в магнитном поле.

Схемы двигателей с последовательным (а) и смешанным (б) возбуждением приведены на (рис. 6).

Рис. 6. Схемы двигателей с последовательным (а) и смешанным (б)

возбуждением

В схеме на рис. 6, а обмотка возбуждения включена последовательно в цепь якоря, поэтому ток в ней равен току якоря, а значит, независимое управле-

ние магнитным потоком возбуждения невозможно. Такое управление возможно

в схеме на рис. 6, б, для чего используется вторая обмотка возбуждения ОВ2.

Достоинства двигателей постоянного тока:

 малые габариты;

 простота управления скоростью вращения и реверсирование.

Недостатки:

 необходимость в источнике постоянного тока;

 износ коллектора.

4.3. Двигатели переменного тока

Наиболее распространены асинхронные трехфазные двигатели (рис. 7). Двигатель питается трехфазным током (фазы А, В, С). В фазные цепи включены потенциометры (реостаты) R, роль которых поясняется ниже. Ротор нагружен

моментом М и вращается с угловой скоростью ω.

Рис. 7. Схема асинхронного трехфазного двигателя

Механическая характеристика асинхронного двигателя (зависимость уг-

ловой скорости вращения выходного вала ω от момента нагрузки М) приведе-

на на рис. 8.

Точка А расположена на ветви рабочих режимов двигателя. Точка В характеризует режим «опрокидывания» двигателя – при таком моменте нагрузки двигатель останавливается.

В статоре три обмотки возбуждения расположены под углом 120⁰ друг к другу. В роторе использованы три короткозамкнутые обмотки (беличья клетка).

Статорные обмотки создают вращающееся магнитное поле. Поле индуцирует

ток в обмотках ротора. Ток, взаимодействуя с полем статора, создает вращающий момент. В данном случае имеет место эффект скольжения (ротор вращается несколько медленнее, чем магнитное поле статора).

1 / 71 2 3 4 5 6 7 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]