ПЛАН ЗАНЯТИЯ № 4 Дисциплина: ОП.05.«Автоматизация технологических процессов»

ПЛАН ЗАНЯТИЯ № 4

Дисциплина: «Автоматизация технологических процессов»

Тема: Основные технические средства автоматизации

Тема занятия: Датчики температуры, давления, перемещения, уровня, количества вещества. Управляющие устройства.

Цели занятия:

Обучающая: способствовать усвоению знаний учащимися о датчиках, как одной из основных составных частей системы управления. Показать устройство некоторых датчиков и принцип действия. Показать примеры промышленных датчиков; способствовать усвоению знаний учащимися об управляющих устройствах систем автоматического управления. Познакомить с принципом действия таких устройств основными характеристиками и с некоторыми промышленными образцами

Развивающая: Способствовать развитию Умений определять цели и приоритеты в учебной работе. Способствовать развитию абстрактного, логического мышления.

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.      Расскажите об автоматизированных системах управления. Назовите основные отличия от автоматических систем.

2.      Назовите сферы применения АСУ.

3.      расскажите о работе автоматизированной системы управления

4.      Приведите примеры АСУ. Охарактеризуйте их.

3. Объяснение и конспектирование нового материала:

Датчиком называется устройство, которое преобразует физическую величину в электрическую. Датчики – это очень многочисленный класс устройств.

Датчики различаются по той физической величине, которую они измеряют. Например, датчики температуры, давления, перемещения, скорости, уровня и т.п. Кроме этого, датчики одного класса различаются по физическому принципу, положенному в основу преобразования физической величины в электрическую и по конструкции.

Начнем изучение датчиков с датчиков температуры. И первый из них это термометр сопротивления. В нем используется физическое свойство металлов, в данном случае медь или платина, изменять электрическое сопротивление под действием температуры окружающей среды. В металлическом защитном корпусе располагается катушка тонкой медной или платиновой проволоки, концы которой выведены наружу. Под действием температуры изменяется сопротивление проволоки, причем прямо пропорционально. Если составить таблицу соответствия электрического сопротивления температуре (такая таблица называется тарировочной), то, измеряя электрическое сопротивление датчика, можно определить температуру. Такими датчиками измеряется температура в диапазоне от 0 до +600 0С. В отдельных случаях до 1300 0С.

Другим примером служит датчик - термопара.

Принцип его действия основан на том, что нагревание или охлаждение контактов между проводниками, отличающимися химическими или физическими свойствами, сопровождается возникновением термоэлектродвижущей силы (термоЭДС). Термопара состоит из двух металлов, сваренных на одном конце (спай). Эта часть ее помещается в месте замера температуры. Два свободных конца подключаются к измерительной схеме. Чем больше разность температуры спая и холодных концов, тем больше ЭДС на концах термопары.

Термопары применяются при температурах от -100°С до +1500 °С (в зависимости от типа прибора, типа термопары и материалов, контактирующих с измеряемой средой.

Датчики давления. Одним из примеров такого датчика служит потенциометрический датчик давления.

Он состоит из измерительной камеры и потенциометра (переменного сопротивления). Одна стенка камеры представляет собой чувствительную мембрану, которая с помощью рычага соединяется с движком потенциометра. При подаче давления в камеру мембрана изгибается и перемещает движок потенциометра. На вход потенциометра подается постоянное напряжение. С выхода потенциометра снимается напряжение, которое пропорционально положению движка, а значит, давлению в камере. Такими датчиками измеряются давления от 0 до 600 атм (60 Мпа). Датчики давления на других принципах действия могут измерять давления до нескольких тысяч атм.

Датчики перемещения. Измеряют как линейные перемещения, так и угловые. Они могут быть построены на основе потенциометров или на основе катушек индуктивности с подвижным сердечником.

В первом случае перемещение чувствительного органа перемещает движок потенциометра и выходное сопротивление(или напряжение) пропорционально перемещению.

В индукционном датчике используется катушка индуктивности, сердечник которой соединен с чувствительным органом и перемещается вместе с ним. От положения сердечника в катушке зависит индуктивное сопротивление, и, следовательно, величина переменного тока, протекающего по катушке. Диапазоны измерений этих датчиков зависят от конкретного типа и колеблются от 0 до 250 и более мм.

Датчики уровня. Измеряют уровень жидких или сыпучих веществ в емкостях. Для измерения уровня электропроводных жидкостей используются контактные датчики уровня. Датчик имеет ряд стержней разной длины, которые опускаются в емкость. Стержни присоединены к цепочке резисторов, таким образом, что при достижении жидкостью уровня стержня образуется электрическая цепь: стенка емкости – жидкость – стержень – цепочка резисторов. При этом, стержень как бы замыкает часть цепочки, подключенной до него и общее сопротивление цепочки уменьшается. Таким образом, электрическое сопротивление датчика говорит об уровне жидкости. Датчики такого типа дискретные, т.е. уровень измеряется ступеньками.

Поплавковые датчики используют тот же принцип цепочки резисторов, только замыкающими элементами служат, так называемые, «герконы» - герметичные магнитоуправляемые контакты. Цепочка резисторов с контактами расположена в герметичной пластмассовой трубке. Концы цепочки выведены наружу. Вдоль трубки свободно перемещается поплавок, на внутренней стороне которого расположен магнит. Датчик располагается вертикально в емкости. Поплавок плавает по поверхности жидкости. Магнит своим полем воздействует на ближайший магнитный контакт и замыкает его. Сопротивление цепочки резисторов соответственно меняется. При изменении уровня жидкости поплавок смещается и при этом замыкается другой контакт. Величина сопротивления датчика говорит об уровне жидкости. В зависимости от исполнения диапазон измерений от 0 до 1500 мм относительного расстояния.

Для точного и непрерывного измерения уровня используются датчики на других физических принципах, например на основе потенциометра или ультразвуковые.

Датчики количества вещества используют либо принцип измерения веса вещества либо измеряют объем вещества, проходящий через калиброванное отверстие. Часто они представляют собой несколько датчиков в одной конструкции. В простом варианте датчик измеряет перемещение чашки пружинных весов. Это перемещение пропорционально весу. Другие датчики – расходомеры измеряют объем жидкости или газа, проходящий по трубопроводу по числу оборотов вертушки в измерительной камере.

Управляющие устройства

Управляющие устройства делятся на два класса: аналоговые (их называют регуляторами) и цифровые, которые относятся к категории устройств Электронно-вычислительной техники (ЭВТ). Цифровые устройства управления, в свою очередь, различаются по устройству, назначению, и возможностям на три вида:

·         микроЭВМ.

·         программируемые контрóллеры.

·         конечные автоматы.

Рассмотрим вначале принцип действия устройства управления.

Все выше названные устройства в своем составе имеют процессор и память, в которой находится управляющая программа. Но это цифровые устройства, то есть они могут воспринимать и обрабатывать информацию только в цифровом виде. А датчики выдают электрический сигнал непрерывного вида, как говорят, в аналоговом виде. Значит, для того, чтобы процессор мог обработать информацию от датчика, эту информацию нужно преобразовать в цифровой вид. Для этого используются специальные цифро-аналоговые преобразователи ЦАП. Они с установленной дискретностью, например, один раз в 0,1 сек. выдают цифровой код, соответствующий величине аналогового сигнала в данный момент времени.

В принципе, любой персональный компьютер можно превратить в управляющее устройство системы автоматического управления, оснастив его преобразователями сигналов датчиков и сигналов для исполнительных устройств. Необходимо также установить и соответствующую программу с алгоритмом управления.

4. Фронтальный опрос (тестирование) на закрепление нового материала

1.      Какие датчики мы с вами изучили?

2.      Какой принцип заложен в основу датчика температуры – термопару?

3.      Расскажите принцип действия потенциометрического датчика давления.

4.      Назовите известные вам типы датчиков уровня.

5.      Чем отличается поплавковый датчик от контактного?

6. На какие два класса делятся устройства управления?

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