ПЛАН ЗАНЯТИЯ № 3 Дисциплина: ОП.05.«Автоматизация технологических процессов»

ПЛАН ЗАНЯТИЯ № 3

Дисциплина: «Автоматизация Технологических процессов»

Тема: Общие сведения о системах автоматического управления (САУ)

Тема занятия: Виды САУ. Системы управления и регулирования, следящие, системы контроля и сигнализации, системы защиты. Основные требования к системам автоматического управления. Многоуровневые АСУ. Основные понятия.

Цели занятия:

Обучающая: способствовать усвоению знаний учащимися о видах систем автоматического управления; усвоению знаний учащимися об основных требованиях к системам автоматического управления.

Развивающая: Способствовать развитию Умений определять цели и приоритеты в учебной работе

Воспитывающая: воспитывать интерес к выбранной профессии, творческое отношение к труду, самостоятельность, Способствовать формированию эмоционально – ценностного отношения к миру.

Комплексно-методическое обеспечение: Кочетков П.С. “Автоматизация производства на базе ЭВТ” (электронное пособие); раздаточный материал – опорный конспект; мультимедийная приставка; ПК, программное обеспечение

Ход занятия:

1. Организационная часть

1.1. Проверка присутствующих

1.2. Сообщение темы и цели занятия

2. Вводный инструктаж

2.1. Выявление знаний учащихся путем опроса (тестирования) по вопросам, раскрывающих тему предыдущего занятия:

1.      Что называется объектом управления?

2.      для чего служит датчик?

3.      с помощью чего управляющее устройство воздействует на объект?

4.      откуда управляющее устройство знает, что делать?

3. Объяснение и конспектирование нового материала:

Виды систем автоматического управления

Регулирующие системы автоматического управления

Это наиболее распространенные системы, которые иначе называют автоматическими регуляторами. В автоматических регуляторах используется принцип отрицательной обратной связи - основной принцип всех кибернетических систем. Напомним, что отрицательная обратная связь называется так потому, что при увеличении выходного параметра управляющее устройство воздействует на вход, таким образом, чтобы значение выходного параметра уменьшилось. Так, в нашем примере с печью при увеличении температуры в печи управляющее устройство выключает электрический ток, в результате чего температура в печи падает. И, наоборот – при понижении температуры электрический ток включается и происходит нагрев.

Такие системы используются для поддержания каких либо параметров объекта на заданном уровне. Например, температуры, давления, уровня, скорости и т.п.

Автоматические системы управления технологическими процессами (АСУ ТП)

Эти системы управляют множеством механизмов и агрегатов одного или нескольких технологических процессов изготовления продукции, например, спичек, напитков, химических веществ и т.п. В таких системах с помощью датчиков собирается информация о положении рабочих органов, состоянии продукции, параметрах процесса. В управляющем устройстве (обычно это программируемый контроллер) заложена программа – алгоритм управления, в соответствии с которой, в зависимости от показаний датчиков, выдаются управляющие сигналы на исполнительные механизмы.

С помощью таких систем создаются как поточные линии, так и отдельные агрегаты автоматизированных производств.

Следящие системы.

В следящие системах осуществляется регулирование одного параметра в зависимости от значения другого параметра. Например, в автоматической линии изготовления лекарств количество одного компонента должно строго в определенной пропорции соответствовать количеству другого компонента. Или, например, в крылатой ракете высота полета изменяется в соответствии с изменением рельефа. Другой пример следящей системы – положение руля корабля изменяется рулевой машиной в соответствии с положением штурвала в рулевой рубке. Автопилот самолета это тоже следящая система. На прокатных станах постоянно контролируется толщина прокатанной ленты и, при отклонении от заданного значения в результате износа валков, изменяется положение валков. Толщина ленты снова соответствует заданной.

Системы автоматического контроля и сигнализации

Важнейшей частью автоматизации любого процесса является автоматический контроль его параметров. Эти системы позволяют освободить человека от наблюдения за технологическим процессом, состоянием различных устройств, механизмов и систем или облегчить эту работу. Системы автоматического контроля с помощью датчиков собирают следующую информацию:

количественную оценку физико-химических свойств твердых тел, жидкостей, газов (давление, плотность, вязкость, температура, влажность, концентрация примесей и т.д.);

определение геометрических размеров деталей в процессе и после обработки, поиск дефектов структуры изделий;

оценка качества сборочных и других работ с целью вовремя обнаружить брак и предотвратить потери и т.п.

Данные выводятся в удобной форме на общий пульт управления, где оператор может их видеть и принимать решение.

Кроме этого, при отклонении параметров от заданных значений система сигнализирует об этом звуковыми и световыми сигналами.

В основном это, так называемые, диспетчерские системы. Например, на химическом производстве, на пульте управления процессом оператор видит на, так называемой, мнемосхеме положение кранов, вентилей трубопроводов химических веществ (закрыт – открыт), состояние насосов (включен - выключен), значение параметров процесса в разных точках (температура, давление, концентрация примеси и т.п.). Или другой пример – на железной дороге у диспетчера на общей мнемосхеме станции видно положение стрелок, состояние семафоров, положение составов.

На станочных агрегатах типа «обрабатывающий центр» имеется система контроля состояния режущего инструмента, которая контролирует геометрические размеры инструмента и при недопустимом износе выдается сигнал на замену инструмента.

Среди систем автоматического контроля выделяются системы автоматической сигнализации. В их задачу входит оповещение обслуживающего персонала о ходе технологического процесса, о возникновении опасности, об аварийных режимах работы оборудования, требующих принятия неотложных мер. Виды сигналов зависят от степени опасности. При поступлении сигналов о наиболее опасных недопустимых режимах для привлечения внимания обслуживающего персонала, как правило, применяются прерывистые звуковые сигналы, яркие вспышки ламп, звонки, сирены.

Автоматические системы защиты

Автоматические системы защиты не только подают сигналы обслуживающему персоналу об аварийных режимах работы оборудования, но и останавливают его. Автоматическая защита применяется повсеместно в промышленности и в быту, на транспорте и в энергетике.

Автоматические системы играют важную роль в обеспечении безопасности, не только производства, но и для работающих на предприятиях сотрудников и населения ближайших территорий.

Системы аварийной защиты таких объектов, как атомный реактор, играют важную роль и значение для безопасности уже в масштабе не только одной страны, а нескольких.

Эти системы имеют автономное питание, собственные датчики, и исполнительные механизмы. От них требуется высокие быстродействие и надежность. Для повышения надежности системы делаются многоканальными, т.е. функции дублируются.

Основные требования к системам автоматического управления.

Системы автоматического управления являются очень ответственной частью производственного комплекса. Поэтому к ним предъявляются специальные требования, которым они должны отвечать.

Точность управления

Под точностью управления понимается величина отклонения фактического значения регулируемого параметра от заданной величины. Например, заданная величина температуры в электрической печи 300 0С. Фактическое значение 295 0С. Разница составляет 5 0С. Это и есть точность системы управления. Отклонение может быть как в большую сторону, так и в меньшую. Поэтому точность определяют как ±5 0С. Точность может выражаться как в натуральных единицах, так и в процентах. Так, в нашем примере 5 0С составит 1.7% от заданных 300 0С. Это означает, что фактическое значение параметра может находиться в пределах 295 – 305 0С или 300±5 0С, или 3000С ±1.7%.

Надежность

Надежность - в технике это комплексное свойство технического объекта, состоящее в его способности выполнять (при определенных условиях эксплуатации) заданные функции, сохраняя свои основные характеристики в установленных пределах.

Надежность измеряется вероятностью безотказной работы либо временем наработки на отказ

В данном случае под надежностью понимается количество часов непрерывной работы системы до первого отказа (так называемая наработка на отказ) и срок службы оборудования в годах. Например, система должна проработать 10000 часов работы до первого отказа (поломки) и срок службы системы должен быть не менее 10 лет. Это и есть показатели надежности системы.

Для повышения надежности применяют дублирование систем и элементов.

Безопасность

Под безопасностью систем управления понимается не только безопасность для обслуживающего персонала, но и выполнение требования, чтобы при выходе из строя системы управления или ее части объект управления не пришел в аварийное состояние. Другими словами при любой поломке системы управления объект управления должен прийти в безопасное исходное состояние, и ни при каких случаях не должно случиться аварии с объектом. Например, при отказе системы управления электрической печью должен отключиться электрический ток. Это особенно актуально для объектов, авария которых грозит катастрофическими последствиями, как для работников производства и населения, так и для окружающей природы.

Для обеспечения безопасности еще на стадии проектирования учитывают требования безопасности. Кроме этого, применяется дублирование систем, ставятся дополнительно системы защиты, которые, в случае поломки системы управления, приводят объект в исходное состояние (отключают).

Удобство в эксплуатации

Система должна быть удобной в эксплуатации. В это понятие входит множество показателей. Например, чем меньше система требует внимания и напряжения оператора, чем меньше устает оператор за смену, чем меньше времени требуется на устранение неполадок, чем меньше времени тратится на подготовку и обучение персонала, тем система удобнее и лучше. К удобству эксплуатации относится и удобство считывания информации с показывающих приборов и устройств. Все эти требования входят в комплекс эргономических параметров, которые разработчики должны учитывать при создании систем управления.

Многоуровневые АСУ. Основные понятия.

При автоматизации сложных технологических процессов часто строятся многоуровневые системы управления. В таких системах на нижнем уровне находятся объекты со своими системами управления. Каждая система управляет своим объектом автономно. На верхнем уровне находится управляющее устройство, как правило, это компьютер, который управляет работой систем нижнего уровня.

Например, имеется поточная линия гибкого автоматизированного производства (ГАП) состоящая из станков с числовым программным управлением (ЧПУ). Каждый такой станок имеет свою систему управления на базе микроЭВМ. Если связать все микроЭВМ станков с одним общим компьютером и обеспечить его соответствующей программой. То мы получим двухуровневую систему управления поточной линией станков. С компьютера верхнего уровня можно менять рабочие программы станков для обработки других деталей или запрашивать информацию о количестве обработанных деталей, о состоянии инструмента и других параметров рабочего процесса. Многоуровневые системы строятся для управления сложными процессами, которые, в свою очередь, состоят из множества процессов.

Примерами могут служить система управления единой энергетической системой страны, система управления линией выпуска бензина на нефтеперерабатывающем заводе, система управления крупным газопроводом с множеством перекачных станций и т.п.

4. Фронтальный опрос (тестирование) на закрепление нового материала

1.      Назовите виды систем автоматического управления.

2.      Чем отличаются регулирующие системы от следящих?

3.      О чем сигнализируют системы контроля и сигнализации?

4.      Основное назначение систем аварийной защиты?

5.      Что такое точность регулирования.

6.      Что такое надежность системы?

6.      Что означает безопасность системы?

6.      Что включает в себя понятие удобства в эксплуатации?

5. Подведение итогов занятия, сообщение оценок.

6. Задание на дом: раздаточный материал на основе электронного издания Кочеткова П.С. “Автоматизация производства на базе ЭВТ”; опорный конспект

7. Уборка кабинета