Файл: А.Е. Медведев Элементы систем автоматики.pdf

1

ВВЕДЕНИЕ

Цель изучения дисциплины «Элементы систем автоматики» (ЭСА) - получение знаний по техническим средствам, на основе которых выполняются современные системы автоматического контроля, регулирования и управления промышленных установок и технологических комплексов.

В результате изучения дисциплины студент должен: а) знать:

−устройство и принцип действия аппаратных средств автома-

тики;

−микропроцессорные средства автоматизации технологического оборудования и процессов (техническое и программное обеспечение);

б) уметь применить полученные знания по элементной базе при проектировании и эксплуатации систем автоматизации промышленного производства.

Курс ЭСА рассчитан на 120 часов:

Состав тем теоретического материала дисциплины и примерные затраты времени на их самостоятельное изучение приведены ниже:

1.Общие положения (2 ч).

2.Датчики (6 ч).

3.Усилительно - преобразующие элементы электроавтоматики

(8 ч).

4.Регулирующие устройства (8 ч).

5.Исполнительные устройства (8 ч).

6.Пневматические элементы автоматики (4 ч).

7.Микропроцессорные средства автоматики (50 ч).

8.Комплексы технических средств автоматики (4 ч).

Формы контроля знаний студентов: а) экзамен по теоретическому материалу; б) защита лабораторных и контрольной работ (допуск к экзамену).

2

1. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Тема 1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ [1]

Основные понятия и определения. Классификация, общие свойства и характеристики элементов автоматики. Государственная система приборов и средств автоматизации (ГСП): принципы построения, классификация средств ГСП.

Тема 2. ДАТЧИКИ [1, 2]

Определение, назначение и классификация датчиков. Потенциометрические, тензометрические, индуктивные и емкостные измерительные преобразователи. Сельсинные датчики углов и угловых рассогласований. Вращающиеся трансформаторы. Аналоговые и цифровые датчики усилий, перемещений и скорости (частоты вращения).

Датчики тока, напряжения и электромагнитного момента в системах электропривода.

Тема 3. УСИЛИТЕЛЬНО-ПРЕОБРАЗУЮЩИЕ ЭЛЕМЕНТЫ ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКИ [1, 2]

Определение, назначение и классификация усилителей. Полупроводниковые и магнитные усилители мощности: схемы

и характеристики усилителей.

Определение, классификация и характеристики реле. Электромагнитные, тепловые, гамма- и фотореле: устройство, схемы включения и параметры. Реле времени. Релейные устройства технологического контроля уровня, скорости, положения.

Элементы гальванического разделения силовых и управляющих цепей в системах электропривода.

Тема 4. РЕГУЛИРУЮЩИЕ УСТРОЙСТВА [2, 3, 9]

Структура и классификация автоматических регуляторов. Аналоговые регуляторы на базе операционных усилителей. Импульсные и позиционные регуляторы. Цифровые регуляторы. Агрегатные комплексы электрических средств регулирования.

3

Тема 5. ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА [1, 2, 9]

Назначение и классификация исполнительных устройств. Структура исполнительных устройств с механическим выходом. Регулирующие органы, приводимые в действие исполнительными механизмами. Электромагнитные исполнительные устройства. Электродвигательные исполнительные механизмы постоянной и переменной скорости. Поршневые и мембранные исполнительные механизмы постоянной и переменной скорости с использованием пневмо- и гидроэнергии.

Тема 6. ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ АВТОМАТИКИ [2, 9]

Системы пневмоавтоматики. Мембранные пневматические элементы – задатчик, повторитель, усилитель, сумматор, реле. Универсальная система элементов промышленной пневмоавтоматики (УСЭППА): состав и характеристики элементов системы. Комплекс приборов «Старт»: состав и характеристики регулирующих устройств комплекса.

Струйные пневматические элементы: усилители, логические элементы.

Пневмоэлектрические и электропневматические преобразовате-

ли.

Тема 7. МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ СРЕДСТВА АВТОМАТИКИ

[2, 4, 5, 6, 7, 8]

Назначение и классификация микропроцессорных средств автоматики.

Программируемые микропроцессорные контроллеры. Общая характеристика и классификация. Микропроцессорные контроллеры типа «Ремиконт»: техническая характеристика, физическая и виртуальная структуры, стандартные алгоритмы, технологическое программирование. Контроллеры типа «Ломиконт»: назначение, физическая структура, характеристика программы пользователя и языка «Микрол». Контроллер «Димиконт»: назначение, физическая структура, характеристики.

4

Регулирующие микропроцессорные приборы типа ПРОТАР, ПРОТЕРМ: назначение, структура, характеристики.

Зарубежные микропроцессорные контроллеры типа MODICON, MICRO PC и др.: аппаратное и программное обеспечение контроллеров.

Локальные промышленные микропроцессорные сети, их топология и технические характеристики. Локальная сеть «Транзит»: структура и особенности реализации. Аппаратная организация и основы программирования зарубежных сетей MODBUS PLUS, PLCNET и др. для создания распределенных АСУ ТП.

Краткая характеристика средств межсетевого обмена информацией и визуализации: WEB-серверы, SCADA-системы и т.п.

Примеры реализации микропроцессорных систем автоматического контроля, регулирования и управления.

Тема 8. КОМПЛЕКСЫ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ АВТОМАТИКИ [3, 9]

Назначение и классификация комплексов технических средств. Управляющие вычислительные комплексы. Микропроцессорные комплексы ПТК, МикроDAT, ГРАСмикро: назначение, состав и

характеристики элементов комплексов.

Унифицированные комплексы аналоговый УБСР-АИ и дискретный УБСР-ДИ для построения различных систем автоматического регулирования параметров электроприводов.

Примеры применения типовых комплексов технических средств для решения задач автоматического контроля, регулирования и управления техническими процессами и оборудованием.

2. ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ (36 ч)

-уровня (устройство РКУ.1М);

-времени (устройство РВИ1М);

Лабораторные работы выполняют в университете. Их перечень уточняют на экзаменационной сессии в соответствии с учебным расписанием.

3. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Основная литература

1.Подлесный Н.И. Элементы систем автоматического управления и контроля: Учеб. для вузов/ Н.И. Подлесный, В.Г. Рубанов. -

Киев: Выща шк., 1991.-461 с.

2.Медведев А.Е. Системы автоматизации и управления: Учеб. пособие / А.Е. Медведев, В.Г. Каширских; Кузбас. гос. техн. ун-т. -

Кемерово, 1998.-188 с.

3.Терехов В.М. Элементы автоматизированного электропривода: Учеб. для вузов. - М.: Энергоатомиздат, 1987.

6

Дополнительная литература

4.Регулирующие микропроцессорные контроллеры Ремиконты Р-110, -112, -120, -122: Каталог «Технические средства АСУ ТП». - М.: Информприбор, 1989.-178 с.

5.Микропроцессорные контроллеры Ломиконты Л-110, -112,

-120, -122: Каталог «Технические средства АСУ ТП». - М.: Информ-

прибор, 1989. - 181 с.

6.Журнал «Современные технологии автоматизации», 19982000 гг.

7.Мишель И. Программируемые контроллеры. Архитектура и применение. - М.: Машиностроение, 1992. - 320 с.

8.Техника чтения схем автоматического управления и технологического контроля / Под ред. А.С. Клюева. - М.: Энергоатомиздат, 1991. - 432 с.

9.Промышленные приборы и средства автоматизации: Справ. / Под ред. В.В. Черенкова. - Л.: Машиностроение, 1987. - 720 с.

Методические разработки

10.Методические указания по выполнению лабораторных работ. Сост.: А.Е. Медведев, Г.И. Макаров; Кузбас.гос.техн.ун-т. - Кемерово: КузГТУ, 1995-2000 гг.

11.Регулирующий микропроцессорный контроллер Р-110: Метод. указания / Сост.: А.Е. Медведев; Кузбас.гос.техн. ун-т. - Кемеро-

во, 2000.-20 с.

12.Регулирующий микропроцессорный контроллер Р-130: Метод. указания / Сост.: А.Е. Медведев; Кузбас.гос.техн. ун-т. - Кемеро-

во, 2000. - 52 с.

4.КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

4.1. Требования к оформлению

Контрольную работу выполнять в ученической тетради рукописно. На первой странице указывать номер и содержание варианта контрольной работы. Затем последовательно изложить материал первой и второй части контрольной работы. Работу закончить списком литературы, использованной студентом при ее выполнении.

7

Вариант задания контрольной работы определить по последней цифре шифра зачетной книжки студента. Варианты заданий приведены в п. 4.3 данной программы и методических указаний.

В первой части контрольной работы, используя литературу, необходимо письменно раскрыть первый вопрос задания.

Во второй части контрольной работы студенту необходимо разработать регулирующее устройство (РУ) на базе микропроцессорного контроллера Р-110 или Р-130 для одной из систем автоматизации, указанных в соответствующем варианте задания и обозначаемых далее как системы «А», «В», «А1», «В1», «С».

Для регулирующих устройств, выполняемых на контроллере Р-110, следует: а) определить состав модулей контроллера, необходимый для реализации функций заданной системы; б) изобразить схему межмодульных соединений и конфигурации соответствующего регулирующего устройства; в) указать параметры настройки алгоритмов, использованных для программной реализации регулирующего устройства.

Для регулирующих устройств, выполняемых на контроллере Р-130, следует: а) определить модификацию контроллера Р-130 для регулирующей модели, используя табл. 1; б) изобразить схему межблочных соединений и схему конфигурации соответствующего регулирующего устройства; в) определить значения настроечных входов, модификатор и масштаб времени для алгоритмов, использованных для программной реализации регулирующего устройства.

8

Продолжение табл. 1

При выполнении второй части контрольной работы рекомендуется использовать источники [4, 8, 11, 12] и примеры реализации регулирующих устройств на микропроцессорных контроллерах Р-110, Р-130, приведенные в подразд. 4.5, 4.6. Исходные данные для настройки алгоритмов регулирующих устройств определяют по номеру варианта задания по выражениям, представленным в п. 4.4.

4.2. Описание систем автоматизации «А», «В», «А1», «В1», «С»

Система «А». Одноконтурная система автоматического регулирования (САР) непрерывного действия. На вход регулирующего устройства подают: а) два унифицированных сигнала 0-5 мА – один с нормирующего преобразователя (сигнал датчика), другой с задающе-