методичка КР СУТПиИТ
.pdfМинистерство образования и науки Российской Федерации ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет»
Кафедра автоматизации производственных процессов выпускающая
СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
Методические указания по выполнению курсовой работы для студентов всех форм обучения и МИППС направления 260100.62 Продукты питания из растительного сырья
Краснодар
2014
Составители: д-р техн. наук, проф. Д.Л. Пиотровский; канд. техн. наук, доц. С.А. Подгорный
УДК 621.007(07)
Системы управления технологическими процессами и информа-
ционные технологии: методические указания по выполнению курсовой работы для студентов всех форм обучения и МИППС направления 260100.62 Продукты питания из растительного сырья / Сост: Д. Л. Пиотровский, С. А. Подгорный; Кубан. гос. технолог. ун-т. Каф. автоматизации производственных процессов. – Краснодар: Изд. КубГТУ, 2014. – 27 с.
Приведены задания и методические указания к курсовой работе, дан список рекомендованной литературы.
Ил. 4. Табл Библиогр.: 3 назв.
Печатается по решению методического совета ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет»
Рецензенты: канд. техн. наук, доц. каф. АПП КубГТУ В.В.Осокин; канд. техн. наук, доц. каф. ТМ и КП КубГТУ М.А. Кожухова; канд. техн. наук, зам. директора по научной работе,
зав.лабораторией автоматики КФ ВНИЗ Ю.Ф. Марков
© КубГТУ, 2014
2
Содержание
Введение ……………………………………………………………………. 4 |
|
|
1 Нормативные ссылки ……………………………………………………. 4 |
|
|
2 Задание на курсовую работу……………………………………………. |
5 |
|
3 Требования к структуре и содержанию структурных элементов |
|
|
КР ……………………………………………………………………...... |
|
9 |
4 Методические указания по выполнению основной части пояснитель- |
|
|
ной записки …………………………………………………........... ……… |
|
11 |
4.1 Расчет устойчивости САУ…………………………………………… |
|
11 |
4.1.1 Структурные преобразования САУ……………………………. |
11 |
|
4.1.2 Алгебраический критерий устойчивости Гурвица…………….. |
12 |
|
4.1.3 Частотный критерий устойчивости Михайлова……………….. |
13 |
|
4.2 Проектирование системы управления ……………………………… |
18 |
|
Заключение ………………………………………………………………… |
|
21 |
Список литературы ……………………………………………………….. |
|
21 |
Приложение А (обязательное) Пример титульного листа курсовой |
|
|
работы……………………………………… |
………….... |
22 |
Приложение Б (обязательное) Пример задания на курсовую |
|
|
работу…………………………………………………….. |
|
23 |
Приложение В (справочное) Графические условные обозначения. |
|
|
Размеры графических условных обозначений……….. |
25 |
|
Приложение Г(справочное) Буквенные условные обозначений………. |
26 |
|
3
Введение
Цель курсовой работы – ознакомление с основными направлениями работ, проводимых при проектировании систем автоматизации производственных процессов: анализ технологического процесса как объекта регулирования, разработка схемы автоматизации, выбор средств контроля и регулирования и расчет устойчивости системы регулирования.
Выполнение курсовой работы поможет будущим инженерам – технологам участвовать в разработке заданий на автоматизацию, разрабатываемых ими технологических процессов, а также построению конструктивного сотрудничества с инженерами КИПиА.
1 Нормативные ссылки
В настоящих методических указаниях использованы ссылки на следующие нормативные документы:
ГОСТ Р 1.5-2012 Стандартизация в Российской Федерации. Стандарты национальные. Правила построения, изложения, оформления и обозначения
ГОСТ Р 7.0.4.-2006 СИБИД. Издания. Выходные сведения. Общие требования и правила оформления
ГОСТ Р 7.0.5-2008 СИБИД. Библиографическая ссылка. Общие требования и правила составления
ГОСТ 2.104-2006 ЕСКД. Основные надписи ГОСТ 2.303-68 Единая система конструкторской документации. Ли-
нии
ГОСТ 2.304-81 Единая система конструкторской документации. Шрифты чертежные
ГОСТ 7.9-95 СИБИД. Реферат и аннотация. Общие требования ГОСТ 8.417-2002 ГСИ. Единицы величин ГОСТ 21.404-85 Система проектной документации для строительст-
ва. Автоматизация технологических процессов. Обозначения условные приборов и средств автоматизации в схемах
СТП КубГТУ 4.2.6-2004 СМК. Учебно-организационная деятельность. Курсовое проектирование
МР КубГТУ 4.4.3-2012 СМК. Учебно-методическая деятельность. Выпускные квалификационные работы
4
2 Задание на курсовую работу
Вариант задания на курсовую работу студентов очной и заочной форм обучения определяется по двум последним цифрам номера зачетной книжки. В случае совпадения вариантов преподаватель на установочных лекциях изменяет вариант работы студенту, находящемуся ниже по списку группы.
Для выполнения подраздела 4.1 необходимо воспользоваться общей структурной схемой системы управления (рисунок 1), согласно варианту на курсовое проектирование выбрать передаточные функции из таблицы 1 и конкретные значения коэффициентов передаточных функций из таблицы 2.
Для выполнения подраздела 4.2 определить параметры контроля и регулирования, используя таблицу 3. Регулируемая величина определяется по предпоследней, а контролируемая - по последней цифре номера зачетной книжки.
Выбрать объект управления, в котором регулируемый и контролируемый параметры играют существенную роль. Объект может быть условным или относиться к известному Вам технологическому процессу пищевой или химической промышленности.
Запроектировать систему автоматического контроля и регулирования объекта с двумя выходными величинами и составить функциональную схему автоматизации.
λ
ϕ3 |
ε µ |
|
|
|
|
|
|
µ |
1 |
+ |
|
|
|
ϕ |
|
Wp(P) |
|
Wc(P) |
|
Wо(P) |
|
||||||||
|
|
|
- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ϕ g |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Wu(P) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
ϕ3 – заданное значение регулируемой величины; ϕd – действитель- |
|||||||||||||
ное значение регулируемой величины; ε – |
ошибка управления; λ – |
|
возму- |
|||||||||||
щающее воздействие; Wp(P) – |
передаточная функция регулятора; |
W0 (P) – |
||||||||||||
передаточная функция объекта регулирования. |
|
|
|
|
|
|||||||||
|
Рисунок 1 – Структурная схема системы управления |
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Требования к оформлению курсовой работы:
-титульный лист должен содержать информацию, указанную в приложении;
-дальше должно следовать задание на курсовую работу с указанием конкретных параметров варианта и расчетной схемы;
-каждый пункт выполнения должен содержать основные теоретические предпосылки, конкретные пояснения и результаты расчетов, приводимые графики должны быть табулированы;
-в конце пояснительной записки необходимо привести список использованной литературы.
Т а б л и ц а 1 – Варианты задания (первая цифра варианта)
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
|
|
|
Ku |
|
1 |
|
|
|
|
Kp + Tд p |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
T1 p + 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
Tc p + 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
T0 p |
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
(T1 p + 1)Ku |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
Kp |
|
|
|
|
|
Ko |
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(T0 p + 1) p |
|||||||||||||||||||
Tc p + 1 |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
Ku |
|
Kc |
K |
|
+ |
|
1 |
+ T p |
|
|
|
|
Ko |
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
p |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Tu p |
д |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
Tс p + 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
T0 p + 1 |
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
Ku |
|
Kc |
|
|
|
|
|
Kp |
|
|
|
|
|
Ko |
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(T02 p2 + T1 p + 1 |
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
T p+1 |
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Kc |
|
K p |
+ |
1 |
|
|
|
|
|
Tp +1 |
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
K |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
p |
2 |
+ T1 p |
+1 |
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
T p |
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
u |
|
|
|
|
|
|
|
|
T0 |
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
u |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
Ku |
|
Kc |
|
K p |
+ Tд p |
|
|
|
|
|
Ko |
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
T p +1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(T0 p + 1)(Tp + 1) |
|||||||||||||
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
6
Окончание таблицы 1
|
1 |
|
|
|
2 |
|
3 |
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
|
|
|
Ku |
|
|
|
|
Kc |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ko |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Tс p + 1 |
|
|
TuP |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
T0 p + 1 |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
Ku |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
T1 p + 1 |
|
|
|
|
K p |
+ Tд p + |
|
|
|
|
|
Ko |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
Tc p + 1 |
TuP |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
Ku |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
Kp |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ko |
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(T0 p + 1)(Tp + 1) |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
T c |
p |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
Ku |
|
|
|
|
Kc |
|
|
|
|
|
K p + |
|
1 |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Tс p |
|
Tu p |
|
|
|
|
|
T0 p + 1 |
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
Т а б л и ц а 2 - Варианты задания (вторая цифра номера варианта) |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
№ |
0 |
|
1 |
|
2 |
3 |
|
|
|
|
4 |
|
5 |
|
6 |
|
|
|
|
7 |
|
|
8 |
|
|
9 |
|
|
|||||||||||
K0 |
1,2 |
|
1,3 |
|
1,4 |
2 |
|
|
|
|
1,9 |
1,7 |
|
2,5 |
|
|
|
3 |
|
|
0,5 |
|
0,7 |
|
|
||||||||||||||
T0 |
100 |
|
500 |
|
10 |
70 |
|
|
|
40 |
300 |
|
150 |
|
|
|
200 |
|
|
250 |
|
60 |
|
|
|||||||||||||||
T |
25 |
|
30 |
|
35 |
40 |
|
|
|
45 |
50 |
|
55 |
|
|
|
15 |
|
|
65 |
|
70 |
|
|
|||||||||||||||
Kp |
20 |
|
17 |
|
15 |
13 |
|
|
|
10 |
5 |
|
6 |
|
|
|
|
8 |
|
|
12 |
|
|
3 |
|
|
|
||||||||||||
Tи |
70 |
|
20 |
|
50 |
100 |
|
|
|
10 |
20 |
|
40 |
|
|
|
30 |
|
|
150 |
|
120 |
|
|
|||||||||||||||
Tд |
80 |
|
20 |
|
70 |
30 |
|
|
|
60 |
40 |
|
50 |
|
|
|
50 |
|
|
100 |
|
15 |
|
|
|||||||||||||||
Kс |
0,8 |
|
0,7 |
|
0,6 |
0,5 |
|
|
|
1 |
|
0,9 |
|
1 |
|
|
|
|
0,3 |
|
|
2 |
|
|
1,5 |
|
|
||||||||||||
Tс |
5 |
|
10 |
|
1,5 |
20 |
|
|
|
25 |
30 |
|
60 |
|
|
|
30 |
|
|
20 |
|
|
10 |
|
|
||||||||||||||
Kи |
1 |
|
1 |
|
1 |
1 |
|
|
|
|
1 |
|
1 |
|
1 |
|
|
|
|
1 |
|
|
1 |
|
|
1 |
|
|
|||||||||||
Т1 |
30 |
|
20 |
|
25 |
35 |
|
|
|
15 |
10 |
|
5 |
|
|
|
|
10 |
|
|
15 |
|
20 |
|
|
||||||||||||||
Т а б л и ц а 3 - Варианты задания для проектирования САУ
Последняя и |
предпо- |
Параметры контроля и регулирования |
следняя цифры |
номера |
|
зачетной книжки |
|
|
0 |
|
Температура |
1 |
|
Плотность |
2 |
|
Влажность |
3 |
|
Соотношение расходов |
4 |
|
Уровень сыпучего вещества |
|
7 |
|
Окончание таблицы 3
5 |
Уровень жидкого вещества |
6 |
Давление |
7 |
Расход сыпучего вещества |
8 |
Вязкость |
9 |
Расход жидкости |
3 Требования к структуре и содержанию структурных элементов КР
3.1 Общая структура КР
Курсовая работа в общем случае состоит из пояснительной и иллюстративной частей, выполненных в соответствии с требованиями ГОСТ Р 1.5, ГОСТ Р 7.0.4, ГОСТ Р 7.0.5, ГОСТ 2.104, ГОСТ 7.9, ГОСТ 8.417
Пояснительная записка представляет собой текстовый и иллюстративный материалы и включает следующие составляющие (в скобках указано рекомендуемое количество страниц) в их последовательности:
-титульный лист (1);
-задание на проектирование (1);
-реферат (0,75);
-содержание (1);
-введение (1-2);
-нормативные ссылки (1);
-основная часть (15-20);
-заключение (1);
-список использованных источников (1-2);
-приложения(2)
3.2Титульный лист
Пример оформления титульного листа приведен в приложении А в соответствии с МР КубГТУ 4.4.3 и СТП КубГТУ 4.2.6 . Номер страницы на титульномлистене указывается.
3.3 Задание
Пример оформления задания на выполнение курсового проекта приведен в приложении Б всоответствии с МР КубГТУ4.4.3 и СТП КубГТУ4.2.6.
8
3.4 Реферат
Реферат КР должен содержать:
-сведения об объеме курсового проекта, количестве иллюстраций, таблиц, приложений, количестве использованных источников, количестве листов и предметов иллюстративной части;
-перечень ключевых слов (от 5 до 15);
-текст реферата.
Текст реферата отражает краткую характеристику работы. Лист реферата сопровождается рамкой с основной надписью.
3.5 Содержание
Содержание включает:
-наименования структурных элементов: «Нормативные ссылки», «Термины и определения», «Сокращения», «Введение», «Заключение», «Список использованных источников»;
-наименования всех разделов, подразделов, пунктов основной части пояснительной записки с указанием их нумерации;
-обозначения и наименования приложений, а также номера страниц, на которых они помещены.
3.6 Введение
Раздел «Введение» должен быть посвящен обзору существующих технических решений и разработок, выбору аналогов и прототипов проектируемого объекта, определению его конструктивного облика, выбору его технических характеристик, подлежащих расчетному определению, а также актуальности проектируемого объекта в сфере производства, сбыта и потребления.
3.7 Нормативные ссылки
Нормативные ссылки содержат перечень нормативных документов, на которые в тексте пояснительной записки дана ссылка.
Перечень начинают со слов: «В настоящей курсовой работе использованы ссылки на следующие нормативные документы…».
Перечень излагают в следующем порядке:
-национальные стандарты Российской Федерации (ГОСТ Р);
-межгосударственные стандарты (ГОСТ), действующие на территории РФ;
-международные стандарты (ИСО и МЭК);
9
- правила и рекомендации по стандартизации (ПР, Р).
В перечне ссылочных нормативных документов указывают полные обозначения этих документов с цифрами года принятия и их наименования (наименование системы приводят в сокращенном виде), размещая эти документы в порядке возрастания регистрационных номеров обозначений.
При выполнении курсовой работы необходимо применять нормативные документы, приведенные в разделе «Нормативные ссылки» данных МУ.
3.8 Заключение
Заключение содержит все основные результаты работы, включая предложения по их реализации.
Спецификацию выбранных измерительных приборов и исполнительного механизма следует привести в виде таблицы (см. таблицу 4).
Т а б л и ц а 4-Пример выполнения спецификации
Позиционное |
Наименование, тип из- |
Кол- |
Примечание |
обозначение |
мерительного прибора |
во |
|
|
|
|
|
|
Термопреобразователь |
|
От -50 до 50 0С, четырехпроводная |
1-1 |
сопротивления, |
1 |
схема включения |
|
ТСП-0139-1-320 |
|
|
1-2 |
|
|
|
|
|
|
|
4 Методические указания по выполнению основной части пояснительной записки
4.1 Расчет устойчивости САУ
Устойчивость САУ - это способность САУ нормально функционировать и противостоять различным неизбежным возмущениям (воздействиям).
Система автоматического управления будет называться устойчивой, если, выведенная из состояния равновесия и представленная самой себе, она возвращается в исходное состояние, т.е. при снятии внешнего воздействия САУ возвращается в то состояние, в котором она находилась до возмущения.
В рамках выполнения курсовой работы необходимо проверить устойчивость данной по варианту системы управления двумя способами: алгебраическим критерием Гурвица и частотным методом Михайлова.
10