Вопрос - 1Контроллер-комплекс техн. средств в состав входят МЦП,УСО и др. компаненты

Контроллер явл. проектно-компануемым изделием. Предназначен для приема и обработки инф-ции поступающей от измер-ных преобразователей и датчиков, и выдачи управл. воздействий на исполнительные механизмы и устройства сигнализации, передачи данных на ЭВМ.

Основные функции контроллера: объединённые стандартной или спец. шиной.

Управление ходом технолог процесса

Сигнализация при отклонении параметров от технолог проц

Основное звено контроллера – МЦП,в него входят: схема процессора, оперативная память, флеш память, последовательные порты типа СОМ, могут входить: параллельный порт- адаптер для подключения видеомонитора, контроллер Ethernet –для передачи данных на промышленную сеть. Также входит базовое программное обеспечение. Связь МЦП с датчиком исполнительного механизма осущ через модульУСО

Модуль аналогового ввода

Модуль аналогового вывода

Модуль дискретного ввода

Модуль дискретного вывода

Основные хар-ки модулей УСО:

Количество входных и выходных каналов

Тип,хар-ка входных и выходных сигналов:

Для цифрового сигнала характерно наличие 2 уровней связи:5В(логическая единица),0В(логический ноль).

ТОУ- технолог. объект управления

ИП – измерительный преобразователь

ИМ – исполнительный механизм

УСО – устройство связи с объектом

МЦП - модуль центрального процессора.

Вопрос - 2

В распределительной АСУТП на нижних уровнях устанавливаются интеллектуальные программные контроллеры, осуществляющие прием и обработку информации около объекта управления. А функциональны анализ и обобщение выполняет ЭВМ на более высоком уравне. Сопряжение контроллеров и ЭВМ осущ-ся по средствам локальных промышленных сетей, радиальных интерфейсов и соединений типа «кольцо» или «звезда» или их комбинаций.

Центральная станция обслуживает множество контроллеров объединенных через последовательный интерфейс (Bitles), выполняя роль диспетчера сети, может выполнять анализ поступающей информации и управлять в режиме реального времени. Может через сетевой интерфейс обращаться к серверу за необходимыми ресурсами (база данных).

Вопрос - 3

Регулирование большинства технологических параметров осуществляется за счет изменения материальных и энергетических потоков проходящих через объект. Устройства предназначенные для преобразования перемещения штока исполнит механизма в изменение расхода и называются регулирующим органом. РО- последний элемент в АСР, обеспечивающий реализацию управляющего воздействия на объект. Наибольшее распростр получили дроссельные РО,т.е. устр-ва ,которые изменяют свою пропускную способность в результате изменения проходного сечения. К дроссельным РО относят односедельный РО, проходное сечение которого имеет форму кольцевого зазора между неподвижным седлом и подвижным затвором. Расход в-ва в гидравлической цепи зависит то напора и суммарного гидравлического сопротивления.

Характеристики:

диаметр условного прохода;

перепад давления на РО;

пропускная способность(расход);

пропускная характеристика (линейная dQ/dl=const, равнопроцентная , позиционная Q=max,Q=0, специальная dQ/dl=f(Q).) Исполнительный механизм - устр-во которое преобразует выходной сигнал автоматического регулятора в перемещение штока РО.

односедельный

2 седельный

трехходовой

заслоночный

Характеристики ИМ:

- номинальное усилие на выходном валу;

- КПД;

- точность (погрешность перестановки РО из 1 положения в 2

быстродействие.

Требования к ИМ:

- должны развивать мощность достаточную для перемещения РО;

- однонаправленность действия;

- динамические св-ва должны быть лучше чем у РО,а статические- не хуже других элементов АСР;

- должны иметь ручное управление;

- должен быть указатель положения РО;

- должен иметь устройство связи с РО;

-должнн иметь блокирующее устртйство;

От вида используемой энергии ИМ делятся на:

• Электрические;

• Пневматические;

• Гидравлические;

Электрические делятся на электродвигательные и электромагнитные.

Пневматические делятся на мембранные, сильфонные и поршневые.

поршневой мембранный

Вопрос - 4

Автоматические регуляторы – это устройство, которые вырабатывает управляющее воздействие при отклонении регулируемой величины (явл. Элементом АСР).

называется законом регулирования.

Если , то - это уравнения, которое связывает перемещения регулирующего органа с отклонением с регулирующей величины и заканчивает воздействия.

Классификация автоматических регуляторов.

По назначению: Регуляторы температуры; Регуляторы давления; Регуляторы уровня; Универсальные регуляторы.

Входные и выходные величины универсальных регуляторов унифицированы, то есть могут изменяться в определенных пределах. Например, унификация в пределах: 0…5 мА, 0…20 мА, 4…20 мА

По виду используемой энергии для своей работы:Электрические; Пневматические;

Гидравлические; Регуляторы прямого действия.

Преимущества электрических:

- Малые габариты;

- Высокая точность регулирования;

- Большая надежность (цифровые регуляторы).

Преимущества пневматических:

- Возможность эксплуатации во взрыво-пожарных опасных помещениях (плавность хода регулируемого органа);

- Простота, надежность.

Недостаток:

- Необходимость в источнике давления сжатого воздуха.

Регулятор прямого действия:

- Не требуются дополнительный источник энергии, а используется энергия среды, параметры которой они регулируют.

- Простота, надежность;

- Невысокая стоимость.

Недостаток: отсутствия дистанционного управления. Реализация простейших законов регулирования, невысокая точность.

По характеру регулирующего воздействия:

- Непрерывные АР (аналоговые); - Позиционные (дискретные).

Вопрос - 5Термометры расширения: устройство, принцип действия, область применения.

Термометрами расширения называются средства измерения температуры, действие которых основано на использовании зависимости удельного объема вещества от температуры измеряемой среды, в которую оно помещено. К термометрам расширения относятся жидкостные, дилатометрические, биметаллические и манометрические термометры.

Жидкостные термометры.

Измерение температуры жидкостными термометрами расширения основано на различии коэффициентов объемного расширения материала оболочки термометра и жидкости, заключенной в ней. В качестве рабочего вещества используют ртуть, этиловый спирт, толуол, эфир, пентан и др. При измерении высоких температур используется кварц. Область применения в лабораториях, сельскомхозяйстве, медицине и др. Пределы измерения от -200 до +750⁰С.

Дилатометрические термометры.

Действие термометров основано на тепловом расширении твердых тел. Принцип действия стержневого дилатометрического термометра основан на использовании разности удлинений трубки 1 и стержня 2 при нагреве вследствие различия их коэффициентов линейного расширения. Трубка изготовляется из материала с малым коэффициентом линейного расширения (кварц, инвар), а стержень – с большим (латунь, медь, алюминий, сталь). Движения стержня передается стрелке прибора с помощью передачи 3.

Биметаллические термометры.

Действие биметаллических термометров, так же как и дилатометрических, основано на использовании теплового расширения твердых тел – металлов.

Биметаллические термометры имеют чувствительный элемент в виде спиральной или плоской пружины, состоящей из двух пластин 1 и 2 из разных металлов, сваренных по всей длине. Внутренняя пластина 2 имеет большой коэффициент линейного расширения , чем внешняя 1, поэтому при нагреве такая пружина раскручивается, при этом стрелка 3 перемещается. Пределы измерения от -150 до +700⁰С. Они применяются в холодильных установках, бытовых холодильника, кондиционерах и т.п.

Манометрические термометры.

Принцип действия этих термометров основан на использовании зависимости давления вещества при постоянном объеме от температуры.

Прибор состоит из термобалона 1, капиллярной трубки 2, вся внутренняя полость системы заполнена рабочим веществом. При нагреве термобалона увеличивается объем жидкости или повышается давления рабочего вещества внутри замкнутой термосистемы. Эти изменения воспринимаются манометрической трубкой 5, которая через передаточный механизм, состоящий из тяги 7 и сектора 6, воздействует через зубчатое колесо 4 на стрелку прибора 3. Используется во всех отраслях пищевой промышленности.

Пределы измерения от -120 до +600⁰С.

Вопрос - 6Преобразование Лапласа, его свойства и передаточные функции.

Для этой цели удобно в использовании операционного преобразования Лапласа. Под прямым преобразованием Лапласа понимается переход от рассмотрения функции действительного аргумента к рассмотрению функции комплекса.

Где, Р - комплексное число.

– оригинал;F(P) – изображение;

Р=α+jβ

Многие операции под их оригиналом.

Свойства Лапласа.

Свойство линейности. Преобразование Лапласа от произведения постоянного числа на оригинал = произведению этого числа на изображение оригинала.

Свойство дифференцирования. Преобразование Лапласа от произведения = произведению комплексного числа на оригинал.

Свойство интегрирования.

Пример использования этих преобразований.

По известному входному воздействию х(t) по табл. Лапласа ищем его изображение х(р) и подставляем в уравнение (3), получая при этом у(р) в общем виде. Далее по полученному у(р) по тем же табл. Ищем его оригинал у(t), что является решением уравнения.

Под передаточной функции звена или системы понимается отношение изображения выходной величины к входной.

- основное определение автоматики.

Не трудно заметить, что передаточная функция не зависит от входных и выходных величин, а определяется только видом уравнения динамики и его коэффициентом.

Пр.: Найти передаточную функцию.

Пример:

Второе свойство Лапласа.

Вопрос - 7Структурная схема системы управления на базе программируемого контролера.

Контроллер представляет собой комплекс технических средств в состав которых входит модуль центр. процесса (МЦП) УСО, а так же другие компоненты объединенные стандартной шиной.

Контроллер является проектно-компануемым изделием— его состав и конфигурация определяются требованиями техн. процесса. Контроллер предназначен для приема и обработки информации поступающей от измерительных преобразователей и дискретных датчиков и выдачи управл. воздействий на ИМ и устройства сигналзации, а так же для передачи данных в ЭВМ.

Основными функциями контроллера явл-ся:

1. управление ходом технологического процесса;

2. сигнализация при отклонении параметров от технологического регламента.

Осн. Звеном явл. МЦП. В состав МЦП входит высокопроизводительная микросхема процессора, оперетивная память, флэш память, последовательные порты СОМ. В состав входят так же параллельный порт, адаптер для подключения к видеомонитору, контроллер Ethernet для предачи данных на более высокий уровень локально-промышленной сети, входи базовое програмное обеспечение(что ускоряет запуск изделия).

Связь МЦП с датчиками ИМ осуществляется через модули УСО.

Сущ. 4 разновидности модулей УСО:

1-модули аналогового ввода;

2-вывода;

3-дискретного ввода;

4-вывода.

Основными характеристиками модуля УСО является кол-во входных и выходных каналов; тип (характеристика входных и выходных сигналов)

Таким обр. для цифрового сигнала характерным явл-ся наличие двух уровней напряжения(5В-высокий уровень(логическая единица) и 0В(логический нуль))

8 Термометры сопротивления.

Термометр сопротивления представляет собой измерительное устройство, состоящее из термопре­образователя сопротивления (ТС), электроизмерительного прибора и проводов, соединяю­щих их между собой в единое целое. Термометры сопротивления широ­ко применяются во всех отрас­лях пищевой промышленности для измерения температуры в достаточно широком диапазоне (от —100 и ниже и до +650°С).

Термопреобразователи сопротивления

Измерение температуры с помощью термопреобразователей сопротивления (ТС) основано на ис­пользовании зависимости элек­трического сопротивления чувствительного элемента от температуры:

R = f(t).Вид этой функции зависит от природы материала термопреобра­зователя сопротивления. Для изго­товления металлических ТС при­меняются только чистые металлы, отвечающие следующим ос­новным требованиям:

1. Нейтральность к измеряемой среде.

2. Высокий и неизменный температурный коэффициент электри­ческого сопротивления для металлов, используемых в ТС, температурные коэффициен­ты принято определять в интер­вале. 0—100°С (в 1/°С):

3. Изменение сопротивления с изменением температуры по пря­мой или плавной кривой без резких отклонений и гистерезиса, т. е. монотонная зависимость сопротивления от температуры.

4. Большое удельное электрическое сопротивление.

Указанным требованиям в определенных температурных интер­валах отвечают платина, медь, ни­кель, вольфрам и железо. ТС мо­гут изготовляться из полупроводниковых материалов. Преимуществом полупроводниковых термопреобразователей сопротивления — терморезисторов — является боль­шой температурный коэффициент сопротивления [(Зч-4) 10~2 1/°С], вследствие чего из них можно изготовлять ТС малых размеров, а следовательно, с малой тепловой инерцией. Их недостат­ками является плохая воспроизводимость параметров, что затрудняет взаимозаменяемость, а также возможность измерять температуру только до 250—300° С. Промышлен­ностью выпускается не­сколько типов терморезисторов, постоянная времени которых от 10 до 100 с. В настоящее время выпускаются две большие группы металли­ческих стандартных термопреобразо­вателей сопротивления: плати­новые и медные. Платиновые предназначены для измере­ния темпе­ратуры от —260 до +650° С, медные — от —50 до +100° С. Плати­новые ТС выпуска­ются двух модификаций: одинарные и двойные. В двойных в одну арматуру вмонтированы два эле­мента, не связанные электрически друг с другом. Медные ТС выпускаются толь­ко одинарными. Чувствительные элементы широко распространенных платиновых ТС представляют собой двух - или четырехканальный керамический каркас, в каналы которого укладываются платиновые спирали из проволоки (0,1 мм), закрепляемые в них глазурью. Для увеличения механической прочности и умень­шения тепловой инерции ТС пространство между стенками каналов и спиралями засыпается спе­циальным порошком из алюминия. Существуют также конструкции с многослойной намоткой платиновой проволоки, изолированной винифлексовым лаком, с намоткой проволоки на кера­мический каркас в виде «звездочки» и др. Для защиты от повреж­дений элементы ТС помещают в защит­ные чехлы (трубки). Элементы медных ТС изготовляются из эмалированной прово­локи диаметром 0,08—0,1 мм, много­слойно безындукционно намо­танной на цилиндрический пластмассовый стержень. Выводы дела­ются из медной проволоки диаметром 1,0—1,5 мм. Элемент поме­щается в защитную стальную трубку. Наружная арматура ТС, так же как и арматура термоэлектрических преоб­разователей, состоит из защитной трубы, подвижного или неподвижного штуцера для крепления и головки, в которой помеща­ется контактная колодка с зажимами для проводов, соединяющих ТС с измерительным устройством термометра сопро­тивления. Защит­ная труба в зависимости от назначения изготовляется из углеро­дисто1 или нержавеющей стали. Имеется ряд конструкций защитной арматуры ТС. В пищевой промышленности применяются общепромышленные термопреобра­зователи сопротивления в соответствующей защитной арматуре, однако ряд типов ТС изготовляется специально для использования в пищевой промышлен­ности: для шприц-машин и шприц-прессов, холодильных установок, рефрижера­торов и т. п.