rp

Системыуправленияхимико-технологическими процессами

2.СОДЕРЖАНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОГОРАЗДЕЛАДИСЦИПЛИНЫ

2.1.Автоматизированный контроль технологических величин

2.1.1. Элементы метрологии и техники измерений

Измерения. Методы измерений. Измерительные приборы и преобразователи. Функциональная структура измерительной системы. Основные требования к измерительным приборам. Понятие о точности измерительных приборов: погрешности измерительных приборов и преобразователей. Государственная система приборов и средств автоматизации (ГСП).

Рекомендуемая литература: [1, 2, 5, 6].

Вопросы для самоконтроля

1.Что собой представляет ГСП?

2.На какие ветви делятся средства автоматизации по роду энергии?

3.На какие группы делятся средства автоматизации по функциональному признаку?

4.Что такое измерение?

5.Какие измерения называются автоматизированными?

6.Из каких элементов состоит измерительный прибор?

7.Из каких элементов состоит измерительный преобразователь?

8.В чем отличие измерительного преобразователя от измерительного прибора?

9.Какие типы шкал измерительных приборов Вы знаете?

10.Какие погрешности измерительных приборов Вы знаете?

11.Как связаны между собой приведенная и абсолютная погрешности измерительного прибора?

2.1.2. Измерение температуры

Температурные шкалы. Термометры расширения. Манометрические термометры. Термометрические термометры: первичные преобразователи, милливольтметры и потенциометры. Термометры сопротивления: первичные преобразователи, мосты. Нормирующие преобразователи. Пирометры излучения: оптические, цветовые и радиационные.

Рекомендуемая литература: [1, 2, 5, 6], Интернет-ресурсы: [20–22, 24, 25, 2–30].

Вопросы для самоконтроля

1.Какие температурные шкалы используются при измерении температуры?

2.Какой принцип измерения реализуется в термометрах расши-

рения?

Системыуправленияхимико-технологическими процессами

3.Достоинства и недостатки термометров расширения?

4.Какие типы манометрических термометров используются для измерения температуры?

5.Из каких элементов состоит манометрический термометр?

6.Достоинство и недостатки манометрических термометров?

7.Из каких материалов изготавливаются термопары?

8.Как работает термопара?

9.Как влияет температура холодных спаев на результат измерения?

10.Как подключить измерительный прибор к термопаре?

11.Из каких материалов изготавливаются термометры сопротив-

ления?

12.Какие градуировки имеют термометры сопротивления?

13.На каком принципе действия основана работа милливольтметров, потенциометров и мостов?

14.Как подобрать измерительный прибор для измерения темпера-

туры?

15.Какие устройства входят в комплект для измерения температу-

ры?

16.Назначение нормирующих преобразователей?

17.Какие устройства входят в комплект измерительного преобразователя температуры?

18.Какие обозначения наносятся на шкалы приборов: милливольтметров, потенциометров и мостов?

19.На каком принципе действия основана работа пирометров излу-

чения?

2.1.3. Преобразование сигналов

Виды преобразователей и систем передачи сигналов: аналоговые электрические и пневматические, дифференциально-трансформаторная и ферродинамическая системы.

Рекомендуемая литература: [1, 2, 5, 6], Интернет-ресурсы: [20–21, 24, 25].

Вопросы для самоконтроля

1.Какие требования предъявляются к преобразователям сигналов?

2.Основной элемент пневматического преобразователя?

3.Как преобразовать сигналы типа «усилие» или «перемещение» в аналоговый электрический сигнал?

4.Как устроен дифференциальный трансформатор?

5.В чем отличие дифференциального трансформатора-приемника от дифференциального трансформатора-датчика?

2.1.4.Контроль давления и разрежения

Системыуправленияхимико-технологическими процессами

Жидкостные, деформационные и электрические манометры. Измерительные комплекты.

Рекомендуемая литература: [1, 2, 5, 6], Интернет-ресурсы: [20–22, 24, 25, 28, 30].

Вопросы для самоконтроля

1.На каком принципе основана работа жидкостных манометров?

2.Достоинства и недостатки жидкостных манометров?

3.Виды чувствительных элементов деформационных манометров?

4.Как осуществляется передача сигнала на расстояние?

5.На чем основано действие электрических манометров?

2.1.5.Измерение расхода и количества вещества

Расходомеры переменного перепада давления, постоянного перепада давления, электромагнитные. Счетчики для жидкостей и газов.

Уровнемеры для жидких и сыпучих сред: поплавковые, гидростатические, электрические, акустические и ультразвуковые.

Рекомендуемая литература: [1, 2, 5, 6], Интернет-ресурсы: [20–25, 28, 30].

Вопросы для самоконтроля

1.Какие законы гидравлики используются при обосновании методов переменного и постоянного давления?

2.Из каких элементов состоит комплект для измерения расхода по методам переменного и постоянного давления?

3.В чем заключается разница при измерении расхода несжимаемой жидкости, газов и паров с помощью метода переменного перепада давления?

4.Как определяется коэффициент расхода и что он учитывает?

5.На чем основано действие электромагнитных расходомеров?

6.Для измерения расхода каких сред используется электромагнитные расходомеры?

7.Преимущество электромагнитных расходомеров?

8.Назовите основные принципы построения поплавковых уровнемеров?

9.Как составляется уравнение равновесия сил для переменного погружения?

10.Как измерить уровень жидкости в открытом резервуаре и в резервуаре, находящемся под давлением, с помощью гидростатического уровнемера?

11.В чем отличите ультразвуковых уровнемеров от акустических?

2.1.6.Контроль состава и физических свойств веществ

Системыуправленияхимико-технологическими процессами

Газоанализаторы: термомагнитные, термохимические, пламенноионизационные, термокондуктометрические, оптико-абсорбционные, сорбционные, фотометрические.

Методы измерения концентрации растворов: кондуктометрические (контактные и бесконтактные низкочастотные приборы) и абсорбцион- но-оптические методы.

Измерение плотности жидкости. Поплавковые, весовые и гидростатические плотномеры.

Измерение вязкости. Вискозиметры истечения, с падающим шариком и ротационные.

Измерение влажности газов и сыпучих материалов. Психрометрический метод. Метод точки росы.

Рекомендуемая литература: [1, 2, 5, 6], Интернет-ресурсы: [26, 27].

Вопросы для самоконтроля

1.Какие законы положены в основу действия газоанализаторов?

2.Назначение газоанализаторов?

3.На базе каких измерительных схем построены газоанализаторы?

4.Какие газоанализаторы Вы знаете?

5.Какие виды кондуктометрии используются для анализа раство-

ров?

6.Каково назначение измерительной ячейки?

7.Почему кондуктометрический метод, в основном, пригоден для измерения концентрации бинарных растворов?

8.Что представляют собой измерительные схемы кондуктометров

сдвух- и четырехэлектродными измерительными ячейками?

9.В чем заключается особенность низкочастотной бесконтактной кондуктометрии?

10.Из каких элементов состоит принципиальная схема бесконтактного низкочастотного кондуктометра? Почему используется компенсационный метод для измерения ЭДС?

11.Какие свойства растворов описывает закон Бугера – Ламберта –

Бера?

12.В чем преимущество однолучевого фотоколориметра перед двухлучевым?

13.На каком законе основан принцип действия поплавковых плотномеров?

14.Какие поплавковые плотномеры изготавливаются?

15.В чем преимущество буйкового плотномера?

16.Как получить уравнение равновесия сил, приложенных к буйку?

17.В каких случаях применяются весовые плотномеры?

Системыуправленияхимико-технологическими процессами

18.На каком законе работают гидростатические плотномеры?

19.Какими приборами измеряют вязкость?

20.Какую жидкость называют ньютоновской?

21.Какие параметры входят в закон Пуазейля и как обеспечивается однозначность характеристики в вискозиметрах истечения?

22.Вязкость каких жидкостей можно измерить с помощью вискозиметра с падающим шариком?

23.Как работает вискозиметр с падающим шариком?

24.Чем отличаются различные виды ротационных вискозиметров?

25.Что такое психометрическая разность?

26.Как измеряется психометрическая разность?

27.Что означает термин «точка росы»?

28.Как работает следящая система регулирования температуры зеркала влагомера, работающего по методу «точки росы»?

2.2. Автоматические системы регулирования

Задача автоматического регулирования. Основные понятия и определения. Регулирование по отклонению и по возмущению, комбинированные системы. Понятия обратной связи. Функциональная структура замкнутой автоматической системы регулирования (АСР). Стабилизирующие, программные и следящие АСР.

Математическое описание АСР и их элементы. Уравнения статики и динамики. Понятия о линейных элементах. Линеаризация математических моделей реальных элементов АСР. Преобразования Лапласа. Динамические характеристики линейных элементов: передаточные и переходные функции. Способы соединения элементов АСР. Типовые звенья АСР (усилительное, апериодическое, интегрирующее, дифференцирующее, колебательное, «чистого» запаздывания), их динамические характеристики (уравнения, передаточные и переходные функции).

Технологические объекты регулирования, их классификация и особенности. Понятия о статических, астатических и неустойчивых объектах, их основные свойства. Чистое запаздывание в объектах.

Математические модели объектов. Экспериментальное определение характеристик технологических объектов регулирования.

Автоматические регуляторы. Классификация регуляторов. Функциональная структура регулятора. Закон регулирования. Регуляторы непрерывного действия (пропорциональный, интегральный, пропор- ционально-интегральный), их динамические характеристики и основные свойства. Регуляторы дискретного действия (позиционные): принципы действия, основные свойства, область применения.

Системыуправленияхимико-технологическими процессами

Анализ АСР. Блок-схема и уравнения АСР, передаточные функции АСР, составление уравнений АСР, устойчивость АСР, общие понятия.

Качество переходных процессов в АСР и его показатели. Влияние динамических свойств объекта и автоматического регулятора на качество регулирования. Выбор регулируемых величин и управляющих воздействий. Выбор типа автоматического регулятора и определение параметров его настройки.

Понятие о многоконтурных АСР. Каскадные АСР. Комбинированные и каскадно-комбинированные АСР. Системы регулирования соотношения. Системы регулирования с вводом сигнала по производной от промежуточной величины. Системы связанного регулирования.

Рекомендуемая литература: [1, 2, 7].

Вопросы для самоконтроля

1.Что такое управление и регулирование?

2.Какие принципы работы заложены в АСР?

3.Какие элементы входят в одноконтурную АСР?

4.В каком виде можно представить динамические свойства линейной

АСР?

5.Какие системы называются линейными?

6.Как получить передаточную функцию элемента АСР?

7.Какие процессы называются переходными?

8.Какие виды переходных процессов Вы знаете?

9.Как получить переходную характеристику?

10.Что такое типовое звено?

11.Какой порядок исследования динамических свойств типовых

звеньев?

12.По каким признакам классифицируются объекты АСР?

13.Какими свойствами характеризуются объекты АСР?

14.Какими методами определяются свойства объектов?

15.Как снять кривую разгона?

16.Как построить математическую модель объекта по кривой раз-

гона?

17.По каким принципам классифицируют регуляторы?

18.Зачем ставится регулятор в АСР?

19.Какие параметры настройки имеют пропорциональные, интегральные и пропорционально-интегральные регуляторы?

20.В чем отличие регуляторов непрерывного и дискретного дейст-

вия?

21.Как получить уравнение и передаточную функцию АСР?

22.Какие АСР называются устойчивыми и неустойчивыми?

23.Почему АСР должна быть устойчивой?

Системыуправленияхимико-технологическими процессами

24.Какими показателями характеризуются переходные процессы?

25.Как выбрать регулируемую величину, регулирующее воздействие при построении АСР?

26.Как выбрать тип автоматического регулятора?

27.Как определить параметры настройки регулятора?

28.Какие АСР называются каскадными?

29.Из каких контуров состоит каскадная АСР?

30.Какие АСР называются комбинированными?

31.Когда используют системы регулирования соотношения?

32.Почему вводят дополнительную информацию в виде производной от промежуточной величины?

33.Почему вводят связанное регулирование?

2.3.Технические средства автоматического регулирования

Автоматические регуляторы, классификация. Универсальная система элементов промышленной пневмоавтоматики (УСЭППА). Основные регулирующие блоки, вторичные приборы и функциональные устройства комплекса «СТАРТ». Пневматические системы. Электрические системы. Программируемые контроллеры. Исполнительные устройства. Регулирующие органы.

Рекомендуемая литература: [1, 2, 7, 8, 9], Интернет-ресурсы: [20, 21, 29, 31–34].

Вопросы для самоконтроля

1.В чем отличие регуляторов непрямого действия от регуляторов прямого действия?

2.Когда применяются пневматические системы?

3.Когда применяются электрические системы?

4.Какие блоки и устройства входят в комплект одноконтурной АСР на базе электронных приборов?

5.Какие блоки и устройства входят в комплект одноконтурной АСР на базе приборов комплекса «СТАРТ»?

6.Что такое УСЭППА?

7.Какие исполнительные устройства используются в АСР?

8.Назначение и виды регулирующих органов?

2.4. Автоматизированные системы управления технологическими процессами

Иерархическая структура систем управления (СУ). Назначение автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП). Виды информационных и управляющих функций АСУ ТП. Современная реализация АСУ ТП.

Рекомендуемая литература: [1, 2, 3].

Системыуправленияхимико-технологическими процессами

Вопросы для самоконтроля

1.Какие системы управления называют автоматизированными?

2.В чем отличие централизованной обработки и передачи сигналов от децентрализованной?

3.Почему для управления сложными объектами нужно использовать

АСУ?

4.Виды автоматизированных систем управления?

5.Какие функции АСУ ТП относятся к информационным?

6.Какие функции АСУ ТП относятся к управляющим?

7.Как различаются АСУ ТП по функциональному составу?

8.Какие основные компоненты входят в состав АСУ ТП и как они взаимодействуют?

9.Что понимается под техническим обеспечением АСУ ТП?

10.Какие технические средства устанавливаются на объекте, в непосредственной близости от объекта, на пультах, на центральном пункте?

11.Какова роль человека в АСУ ТП?

2.5. Элементы проектирования систем автоматизации

Цель и задача проектирования систем автоматизации. Стадии проектирования локальных систем. Выбор точек контроля, управления и сигнализации. Способы обозначения технологического оборудования и средств автоматизации. Типовые схемы автоматического регулирования основных производственных процессов: гидромеханических, тепловых, массообменных, реакторных. Разработка принципиальных схем автоматической сигнализации, блокировки и защиты, пуска и остановки.

Рекомендуемая литература: [1, 2].

Вопросы для самоконтроля

1.Что такое функциональная схема автоматизации?

2.Какие условия учитываются при разработке функциональных схем и выборе технических средств автоматизации?

3.Какие исходные данные необходимо иметь для проектирова-

ния?

4.Какие задачи решаются на разных стадиях проектирования?

5.Как изображаются трубопроводы и оборудование на схемах?

6.Как изображаются приборы и средства автоматизации на схемах

всоответствии с ГОСТ 21.404-85?

7.В чем отличие способов, применяемых для изображений на технологических схемах приборов и средств автоматизации?

8.Какаяинформациянаноситсянаусловныеизображенияприборов?

Системыуправленияхимико-технологическими процессами

3.СОДЕРЖАНИЕ ПРАКТИЧЕСКОГО РАЗДЕЛА ДИСЦИПЛИНЫ

3.1.Перечень лабораторных работ

1.Поверка градуировки автоматического потенциометра (2 часа).

2.Поверка автоматического уравновешенного моста (2 часа)

3.Поверка дифференциального манометра (2 часа).

4.Исследование АСР температуры (2 часа).

3.2.Тематика практических занятий

1.Функциональная структура измерительных систем, погрешности измерительных приборов (2 часа).

2.Оформление схем автоматизации. Типовые схемы автоматизации гидромеханических, тепловых, массообменных и химических процессов

(2 часа).

4.КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

4.1. Общие методические указания

Для контроля за освоением материала дисциплины и приобретения практического навыка в девятом семестре выполняется контрольная работа. Контрольная работа включает два задания: по измерению технологических величин и по схемам автоматизации химикотехнологических процессов. Контрольная работа выполняется на листах формата А4.

4.2. Задание № 1

Содержит два вопроса. Один – общий для всех, второй – индивидуальное задание.

1.Классификация технологических параметров и приборов.

2.Индивидуальное задание.

Ответы на эти вопросы должны быть полными, содержать необходимые определения, схемы, описания схем.

Индивидуальное задание выбирается из приведенного ниже перечня. Номер задания должен соответствовать последней цифре шифра студента. Например: шифр З-5220/12 – номер задания – 2.

Темы индивидуального задания

0.Измерение температуры. Термоэлектрические термометры. Потенциометры. Измерительные комплекты.

1.Измерение температуры. Электрические термометры сопротивления. Уравновешенные мосты. Измерительные комплекты.