1. Основные понятия и определения теории автоматического управле ния

• Название: 1. Основные понятия и определения теории автоматического управле ния
• Дата: 28.11.2022
• Размер: 4.71 Mb.
• Имя файла: Metod_SUHTP_280302_2017.pdf
• Тип: Документы; #816961
• страница: 25 из 27

2 Формулировка задания и его объем
Самостоятельная работа состоит из трех заданий. Номер варианта задачи, определяется номером, под которым студент числится в журнале учёта посещения занятий.
Задание 1.
Определить устойчивость системы автоматического управления химико- технологического процесса по критериям Гурвица, Рауса и Михайлова.
Характеристическое уравнение системы:
0 4
3 2
2 3
1 4
0









a
p
a
p
a
p
a
p
a
Коэффициенты характеристического уравнения даны в таблице №1.
Задание 2.
Исследовать систему управления технологическим оборудованием в химико- технологической промышленности по заданной структурной схеме (см. приложение 1).
1. Составить структурную схему САУ с учетом звеньев.
2. Указать элементы сравнения, сумматор и обратные связи.
3. Найти общую передаточную функцию.
4. Записать характеристическое уравнение разомкнутой и замкнутой системы и по нему определить устойчивость системы по одному из критериев Гурвица, Рауса, Михайлова (на выбор).
Задание 3.
(3.4)

1. Разработать схему автоматизации с применением программно-логического контроллера, составить спецификацию на приборы и средства автоматизации.
Технологическая схема крашения ткани. Т = 40 0
С

2 0
С;
L=400

10 мм; F — контроль расхода.
Предусмотреть: регулирование температуры в красильной ванне; регулирование уровня; расход пара — контроль и суммирование.
2. Разработать схему автоматизации с применением электрических приборов с дистанционной передачей показаний, составить спецификацию на приборы и средства автоматизации.
Технологическая схема автоклава
(периодический процесс).
Т = 150 0
С

2 0
С; L = 4м

10 мм; Р = 2,5 МПа.
Предусмотреть: измерение давления в аппарате; регулирование температуры в автоклаве; измерение уровня и автоматическую отсечку подачи исходного раствора; дистанционное управление на загрузку и выгрузку автоклава. пар конденсат исходная смесь раствор конденсат пар

3. Разработать схему автоматизации с применением программно-логического контроллера, составить спецификацию на приборы и средства автоматизации.
Технологическая схема сушильного агрегата. Соотношение газ-воздух 1:3.
Температура в печи 1000 0
С. Разрежение 50 кПа. Температура в сушилке 400 0
С.
Предусмотреть: измерение расхода газа на горелку; регулирования соотношения газ-воздух 1:3; регулирование температуры в топке.
4. Разработать схему автоматизации с применением электрических приборов с дистанционной передачей показаний, составить спецификацию на приборы и средства автоматизации.
Технологическая схема верха ректификационной колонны. Перепад давления колонны
5 кПа. Температура после конденсатора 20 0
С. Расход флегмы 0,3 л/мин. Уровень дистиллята 1м.
Газ
Воздух
Сушилка
Топка

Предусмотреть: регулирование температуры после конденсатора; регулирование уровня в приемнике дистиллята; контроль расхода флегмы на колонну.
5. Разработать схему автоматизации с применением программно-логического контроллера, составить спецификацию на приборы и средства автоматизации.
Технологическая схема низа ректификационной колонны. Температура в колонне 80 0
С. Уровень в кубе 400 мм. Расход исходной смеси 0,5 л/мин.
Предусмотреть: регулирование температуры в колонне; регулирование уровня в кубе колонны; регулирование расхода исходной смеси. исходная смесь пар охлаждающая вода флегма приемник дистиллята колонна конденсатор

6. Разработать схему автоматизации с применением программно-логического контроллера, составить спецификацию на приборы и средства автоматизации.
Технологическая схема емкостного химического реактора.
Температура в колонне 80 0
С, уровень в реакторе L = 1,6 м, расход исходной смеси
4 м
3
/ч.
Хладоагент
Продукт
Исх. компонент
V
H
Предусмотреть: регулирование температуры в реакторе; контроль и сигнализацию уровня в реакторе; контроль расхода исходной смеси.
7. Разработать схему автоматизации с применением электрических приборов с дистанционной передачей показаний, составить спецификацию на приборы и средства автоматизации.
Технологическая схема нейтрализатора. рН = 7

0,2рН. F = 5 м
3
/ч. L = 2м.
Предусмотреть: регулирование расхода исходной смеси; регулирование рН на выходе из нейтрализатора; контроль уровня в нейтрализаторе. раствор извести исходная смесь

8. Разработать схему автоматизации с применением электрических приборов с дистанционной передачей показаний, составить спецификацию на приборы и средства автоматизации.
Технологическая схема ванны никелирования.
Т = 80 0
С , L = 800 мм.
Предусмотреть: регулирование температуры в ванне; регулирование уровня в ванне; контроль расхода теплоносителя.
9. Разработать схему автоматизации с применением программно-логического контроллера, составить спецификацию на приборы и средства автоматизации.
Технологическая схема теплообменника.
Т = 65 0
С, F = 45 м
3
/ч.
Теплоноситель
Исходный
раствор дный раствор пар
G
п

, t вых

, t вх конденсат

Предусмотреть: регулирование температуры среды на выходе теплообменника; регулирование расхода исходной среды на теплообменник; контроль расхода пара.
Таблица 1 – Коэффициенты характеристического уравнения.
№ варианта
а
0
а
1
а
2
а
3
а
4 1
8 18 26 12 14 2
13 7
16 2
14 3
2 18 6
12 3
4 2
6 8
2 14 5
3 8
16 2
14 6
1 18 16 2
28 7
3 5
6 12 8
8 0
4 17 12 8
9 8
9 16 2
5 10 3
15 6
2 18 11 13 9
6 2
4 12 2
7 16 4
5 13 13 9
16 2
5 14 2
8 6
2 13 15 0
14 7
3 18 16 9
23 15 12 6
17 3
18 16 3
14 18 12 7
8 14 5
19 0
18 16 2
3 20 13 28 16 20 14 21 8
18 26 14 12 22 13 7
16 14 2
23 2
18 6
3 12 24 2
6 8
14 2
25 3
8 16 14 2

№ варианта
а
0
а
1
а
2
а
3
а
4 26 1
18 16 28 2
27 3
5 6
8 12 28 5
4 17 8
12 29 8
9 16 5
2 30 3
15 6
18 2
31 13 9
6 4
2 32 2
7 16 5
4 33 13 9
16 5
2 34 2
8 6
13 2
35 8
14 7
18 3
36 9
23 15 6
12 37 3
18 16 14 3
38 12 7
8 5
14 39 2
18 16 3
2 40 13 28 16 14 20 41 3
8 16 14 2
42 1
18 16 28 2
43 3
5 6
8 12 44 5
4 17 8
12 45 8
9 16 5
2 46 3
15 6
18 2
47 13 9
6 4
2 48 2
7 16 5
4 49 13 9
16 5
2 50 2
8 6
13 2

Приложение 1. т
-
+
W
1
(p)
W
2
(p)
W
3
(p)
W
6
(p)
W
4
(p)
W
5
(p)
X
вх
(p)
Y
вых
(p)
2
-
+
+
W
1
(p)
W
2
(p)
W
3
(p)
W
6
(p)
W
4
(p)
W
5
(p)
X
вх
(p)
1
Y
вых
(p)

-
+
W
1
(p)
W
2
(p)
W
3
(p)
W
4
(p)
W
5
(p)
X
вх
(p)
Y
вых
(p)
-
4
-
+
+
W
1
(p)
W
2
(p)
W
3
(p)
W
4
(p)
W
5
(p)
X
вх
(p)
3
Y
вых
(p)

-
+
W
1
(p)
W
2
(p)
W
3
(p)
W
4
(p)
W
6
(p)
W
5
(p)
X
вх
(p)
Y
вых
(p)
6
-
+
W
1
(p)
W
2
(p)
W
3
(p)
W
4
(p)
W
5
(p)
X
вх
(p)
Y
вых
(p)
5

-
+
+
W
1
(p)
W
2
(p)
W
3
(p)
W
4
(p)
W
5
(p)
X
вх
(p)
W
6
(p)
8
-
+
W
1
(p)
W
2
(p)
W
3
(p)
W
6
(p)
W
4
(p)
W
5
(p)
X
вх
(p)
Y
вых
(p)
-
7
Y
вых
(p)

-
+
W
1
(p)
W
3
(p)
W
4
(p)
W
5
(p)
W
2
(p)
X
вх
(p)
Y
вых
(p)
10
-
+
W
1
(p)
W
2
(p)
W
3
(p)
W
6
(p)
W
5
(p)
X
вх
(p)
Y
вых
(p)
-
9

-
-
W
1
(p)
W
2
(p)
W
3
(p)
W
6
(p)
W
5
(p)
X
вх
(p)
Y
вых
(p)
-
W
4
(p)
12
-
+
W
1
(p)
W
2
(p)
W
3
(p)
W
6
(p)
W
5
(p)
X
вх
(p)
Y
вых
(p)
-
11

-
-
+
W
1
(p)
W
2
(p)
W
5
p)
W
4
(p)
W
5
(p)
X
вх
(p)
W
3
p)
Y
вых
(p
)
14
-
+
W
1
(p)
W
2
(p)
W
3
(p)
W
4
(p)
W
5
(p)
X
вх
(p)
Y
вых
(p)
-
-
13

-
+
W
1
(p)
W
2
(p)
W
4
(4)
W
3
(p)
W
5
(p)
X
вх
(p)
+
Y
вых
(p)
16
-
+
W
1
(p)
W
2
(p)
W
5
(p)
W
4
(p)
W
6
(p)
X
вх
(p)
W
3
p)
+
Y
вых
(p
)
15

-
+
W
1
(p)
W
3
(p)
W
4
(p)
W
5
(p)
W
2
(p)
X
вх
(p)
Y
вых
(p)
18
-
+
W
1
(p)
W
2
(p)
W
4
(p)
W
5
(p)
X
вх
(p)
W
3
p)
+
Y
вых
(p
)
17

-
-
W
1
(p)
W
2
(p)
W
3
(p)
W
6
(p)
W
5
(p)
X
вх
(p)
Y
вых
(p)
-
W
4
(p)
20
-
+
W
1
(p)
W
3
(p)
W
4
(p)
W
5
(p)
W
2
(p)
X
вх
(p)
Y
вых
(p)
W
6
(p)
19

-
+
W
1
(p)
W
2
(p)
W
4
(p)
W
5
(p)
X
вх
(p)
W
3
p)
Y
вых
(p
)
+
22
-
+
W
1
(p)
W
2
(p)
W
4
(p)
W
5
(p)
X
вх
(p)
W
3
p)
Y
вых
(p
)
21

-
-
W
1
(p)
W
2
(p)
W
3
(p)
W
6
(p)
W
5
(p)
X
вх
(p)
Y
вых
(p)
-
W
4
(p)
24
-
+
W
1
(p)
W
2
(p)
W
3
(p)
W
6
(p)
W
5
(p)
X
вх
(p)
Y
вых
(p)
-
23

Таблица 2 – Варианты заданий к расчету экранирующего действия и контрольные вопросы.
Контрольные вопросы
3 Порядок выбора темы и освещение проблемы
Исходные данные для расчетов по заданиям выдаются по многовариантным исходным данным. Студент выбирает номер своего варианта по двум последним цифрам зачетки. Ознакомившись с соответствующей литературой по рекомендуемому списку, студент приступает к выполнению самостоятельной работы.
4 Общие требования к написанию самостоятельной работы
Целью самостоятельной работы является проверка усвоения студентом соответствующих разделов дисциплины «Системы управления химико-
технологическими процессами». К оформлению самостоятельной работы предъявляются следующие требования:
1. Основные результаты, полученные при расчетах, оформляются в виде пояснительной записки. Рисунки, графики и схемы (в том числе и заданные условием задачи) должны быть выполнены в соответствии с ГОСТ.
2. Пояснительная записка выполняется на листах формата А4. Поля: верхнее и нижнее – 20 мм, левое – 30 мм, правое – 15 мм. Листы должны быть пронумерованы. Размер шрифта – 14, междустрочный интервал – полуторный.
Титульный лист оформляется по стандартному образцу.
3. Пояснительная записка должна содержать тексты заданий, схемы и исходные данные расчетного варианта.
4. Перед решением заданий необходимо указать, какие расчетные методы предполагается использовать, привести математическую запись этих законов и методов. Расчетную часть работы рекомендуется выполнить с применением математических оболочек и в конце текста необходимо прилагать распечатки, отражающие машинный расчет.

5. Структура самостоятельной работы должна соответствовать пунктам задания. Отдельные части должны иметь заголовки, комментарии и выводы.
Записи и формулировки должны быть точными и ясными. При решении задачи различными методами одну и ту же величину необходимо обозначать одинаковыми буквенным символом, а при численных значениях должны быть указаны единицы измерения. Графики, диаграммы и эскизы рекомендуется выполнять в масштабе с указанием единиц измерения по координатным осям. В конце пояснительной записки должен быть приведен список использованных источников.
Задание на контрольную работу выдается преподавателем каждому студенту индивидуально, при этом указывается вариант задания. Предлагаемые к решению задания должны рассматриваться и решаться по мере прочтения лекционного материала. Успешное выполнение самостоятельной работы зависит от систематического и планомерного выполнения графика календарного плана.
Таблица 3 – Сроки представления материалов самостоятельной работы
Разделы задания
Наименование разделов
Объем в
%
Срок представления
Выдача задания на контрольную работу
–
1 неделя
1
Решение первой задачи
35%
2-3 неделя
2
Решение второй задачи
25%
4-5 неделя
3 40%
6-8 неделя
4
Представление самостоятельной работы на проверку преподавателю
100% не позднее
9-10 недели
5
Защита работы
11 неделя
5 Порядок защиты и ответственность студента за выполнение
самостоятельной работы
5.1 Студент допускается к защите самостоятельной работы, если в ней не содержится ошибок принципиального характера и соблюдены все требования, предъявляемые к оформлению.
5.2. Защита самостоятельной работы осуществляется в устной форме после ее проверки преподавателем и отметки о разрешении к защите.
6 Список рекомендуемой литературы

Основная литература:
1. Теория автоматического управления : учеб. пособие / М.М. Савин, В.И. Лачина.
– Ростов н/Д : Феникс, 2012. – 469 с.
2. Бесекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического управления. –
СПб., Профессия,2009. – 752 с.
3. Теория автоматического управления с практикумом/ Н.В. Корнеев,
Ю.С.Кустарёв, Ю.Я. Морговский. – М.: Издательский центр «Академия», 2011,
– 224 с.
4. Беспалов А.В., Харитонов Н.И. Системы управления химико-технологическими процессами. – М.: ИКЦ «Академкнига», 2010. – 690 с.
Список дополнительной литературы
1. Бабаева С.Г. Теория автоматического управления. Учебное пособие.
Ставрополь, 1996г.
2. Иващенко Н.И. Автоматическое регулирование. Теория и элементы систем. –
М., 2000г.
3. Кулаков М.В. Технологические измерения и приборы для химических производств. – М.: Химия, 2002г.
4. Шувалов В.В. Автоматизация производственных процессов химической промышленности. – М.: Химия, 1999г.
5. Теория автоматического управления/ Под редакцией Ю.М. Соломенцева. – М.:
Высшая школа, 1999.
6. Стефани Е.П. Основы построения АСУ ТП. Учебное пособие. – М.:
Энергоиздат, 1996г.
7. Беспалов А.В., Харитонов Н.И. Задачник по системам управления химико- технологическими процессами. – М.: ИКЦ «Академкнига», 2007.
8. Государственный стандарт автоматизации технологических процессов. Под ред.
В.Н.Огурцова. – М.: Госстандарт, 2000г

Приложение 1

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ
КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ
Методические указания по выполнению функциональной схемы автоматизации
Функциональная схема автоматизации (ФСА)
Функциональная схема автоматизации является основным техническим документом, определяющим структуру и функциональные связи между технологическим процессом и средствами контроля и управления. На схеме показывают с помощью условных обозначений:
 основное технологическое оборудование;
 коммуникации потоков жидкостей, газов и пара
 приборы и средства автоматизации
Изображение технологического оборудования на ФСА должно соответствовать его действительной конфигурации, оно изображается упрощенно, без масштаба и второстепенных конструкций.
На стадии «рабочие чертежи» разрабатывается следующая техническая документация:
- структурные и функциональные схемы автоматических систем;

-принципиальные электрические, гидравлические, пневматические схемы управления, регулирования, блокировки, сигнализации, а также электрические схемы питания;
-общие виды и монтажные схемы щитов и пунктов;
-схемы внешних электрическихи трубных проводок, а также их монтажные чертежи;
-чертежи установки аппаратуры, щитов и пультов;
В функциональных схемах автоматизации, последовательности буквенных обозначений должно быть следующей:
1. обозначение основной измеряемой величины;
2. обозначение, дополнительное (уточняющее основную) измеряемую величину;
3. обозначение функционального признака прибора.
Схема построения кода условного обозначения прибора систем автоматизации.
Функциональные признаки, если несколько в одном приборе, то порядок расположения следующий : I, R, C, S, A.
В нижней части окружности, наносится обозначение позиций (цифровые или буквенно-цифровые).
Функциональная схема автоматического контроля и управления предназначена для отображения основных технических решений, принимаемых при проектировании систем автоматизации технологических процессов.
При создании функциональной схемы определяют:
1) целесообразный уровень автоматизации технологического процесса;
2) принципы организации контроля и управления технологическим процессом;
3) технологическое оборудование, управляемое автоматически, дистанционно или в обоих режимах по заданию оператора;
4) перечень и значения контролируемых и регулируемых параметров;
5) методы контроля, законы регулирования и управления;

6) объем автоматических защит и блокировок автономных схем управления технологическими агрегатами;
7) комплект технических средств автоматизации, вид энергии для передачи информации;
8) места размещения аппаратуры на технологическом оборудовании, на щитах и пультах управления.
На функциональной схеме изображаются системы автоматического контроля, регулирования, дистанционного управления, сигнализации, защиты и блокировок. Все элементы систем управления показываются в виде условных изображений и объединяются в единую систему линиями функциональной связи.
Элементы щита и пульта управления изображаются на функциональной схеме автоматизаций. Вверхняя часть в функциональной схемы приводится схема процесса или объекта управления и условного обозначения датчиков прибора измерения предназначенных для измерения технологического параметра , т.е. первичные преобразователь.
Вторичные приборы контроля и управления, т.е. элементы щита и пульта управления изображается в нижнем части схемы в виде прямоугольники произвольных размеров. Внутри контура прямоугольника располагается условные обозначения приборов, средств автоматизации аппараты управления и сигнализации.
Связь между первичным преобразователем и вторичными приборами показывается сплошной линией или обрыв линии с нумерацией .
Существует два способа выполнения функциональных схем автоматизации: развернутый и упрощенный.
При выполнении упрощенным способом на схемах показывают отборные устройства, первичные приборы, регулирующие устройства, исполнительные механизмы и одно условное изображение устройства контроля и управления независимо от того, сколько блоков и устройств в него входят. На этих схемах обычно не показывают щиты контроля, операторские пункты . Такие схемы создаются на начальных стадиях проектирования.
При выполнении ФСА развернутым способом условное обозначение приборов и СА показывается для каждого отдельно существующего функционального блока.
Щиты контроля и управления показывают в нижней части чертежа при помощи условных прямоугольников.
Преимуществом развернутого способа является большая наглядность и возможность легкой и быстрой ориентации в распределении аппаратуры по пунктам управления. Достоинством упрощенного способа является меньшая трудоемкость составления схем автоматизации и непосредственное ее совмещение со схемой технологического процесса.
На основании схемы автоматизации разрабатывается заказная спецификация на приборы и СА.
В системах автоматического контроля и управления различными технологическими процессами значительное место занимают электрические приборы, аппараты, устройства, которые служат для обеспечения управления, блокировки, сигнализации и защиты.

Для изображения взаимной электрической связи приборов и устройств служат электрическая схема. По своему назначению электрические схемы подразделяются на принципиальные, полные и монтажные.
Принципиальные схемы служат для того, чтобы наиболее просто и наглядно условно изобразить устройства, входящие в схему, показать взаимную электрическую связь между ее отдельными элементами с учетом последовательности работы, т.е. дать представление о принципе действия
Полные схемы. На основании принципиальных схем в некоторых случаях составляют полные электрические схемы, охватывающие весь комплекс агрегатов.