Введение. для занятий по дисциплине

ПРАКТИКУМ

для занятий по дисциплине

"Автоматизированные системы управления"

для обучающихся по программам бакалавриата по направлению подготовки 19.03.03 – Продукты питания животного происхождения

Профиль – Технология мяса и мясных продуктов

Профиль – Технология молока и молочных продуктов

Орел – 2014

Практикум составлен на основании требований Федерального Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования № 466 по направлению подготовки 19.03.03 Продукты питания животного происхождения, квалификация (степень) «бакалавр», утвержденного приказом Министерством образования и науки РФ от 03.06.2013 г.

Составитель:

К.т.н., доцент Т.А. Сенькина, Орел ГАУ _________

Рецензенты:

К.б.н., доцент кафедры технология и товароведение продуктов питания, Корниенко Н.Н., ФГБОУ ВПО «Госуниверситет – УНПК»

К.с.-х.н., доцент кафедры биотехнологии И.В. Горькова, ОрелГАУ

Практикум рассмотрен и утвержден учебно-методическим Советом ФГБОУ ВПО ОрелГАУ

(протокол № __ от ________________).

Введение

Автоматикой называется отрасль науки, изучающая теорию и принципы построения систем управления производственными процессами, действующих без непосредственного участия человека.

Как область науки, автоматизация возникла на базе теории автоматического регулирования, основы которой были заложены в работах Дж. К. Максвелла (1868), И.А. Вышеградского (1872-1878), А. Столоды (1898) и др. В самостоятельную научно-техническую дисциплину оформилась в 1940 гг.

Автоматизация производства – это процесс развития машинного производства, при котором функции контроля и управления, ранее выполнявшиеся человеком, передаются техническим устройствам (средствам и приборам автоматизации).

К первым автоматическим устройствам относятся автоматический регулятор уровня воды в паровом котле, изобретенный в 1765 г. русским механиком Н.И. Ползуновым, и регулятор частоты вращения кривошипа в паровой машине английского механика Дж. Уатта (1784).

Цели автоматизации производства следующие:

- сокращение численности обслуживающего персонала,

- повышение качества продукции,

- снижение расходов сырья и различных видов энергии,

- сокращение отходов производства,

- повышение ритмичности производства,

- повышение производительности труда, увеличение объемов выпускаемой продукции,

- улучшение труда обслуживающего персонала и устранение вредных факторов, влияющих на здоровье работников,

- улучшение экологии производства.

По степени контроля и управления производством техническими средствами можно выделить такие уровни автоматизации.

Частичная автоматизация (локальная) – автоматизация отдельных аппаратов, машин, технологических операций. Проводится, когда управление процессами, вследствие их сложности или скоротечности, практически недоступно человеку. (оператору). При этом учитывается экономическая эффективность внедрения простых автоматических устройств и требования техники безопасности и экологии. Частично автоматизируется, как правило, действующее оборудование. Современное оборудование, требующее автоматизации, выпускается обычно уже автоматизированным.

К частичной автоматизации относится также автоматизация управленческих работ. Локальная автоматизация широко применяется на предприятиях пищевой промышленности.

Комплексная автоматизация предусматривает автоматизацию технологического участка, цеха или предприятия, функционирующих как единый целый, автоматизированный комплекс. Комплексная автоматизация предприятия охватывает все производственные функции соответствующей структуры предприятия. Она целесообразна при относительно стандартной по качеству, легко транспортирующейся продукции, применении надежного, безотказного оборудования.

Отдельно в рамках комплексной системы автоматизации предприятия можно рассматривать комплексную автоматизацию управления предприятием, под которой следует понимать комплексную систему автоматизации управления финансово-хозяйственной деятельностью предприятия, обеспечивающую принятие обоснованных управленческих решений на основе качественной и достоверной информации, получаемой с помощью современных управленческих решений на основе качественной и достоверной информации, получаемой с помощью современных управленческих и информационных технологий. Она обеспечивает ведение оперативного, бухгалтерского и управленческого учета и строится на основе единого информационного пространства, охватывая и координируя всю совокупность управленческих процессов предприятия.

Комплексной автоматизации на современном уровне развития техники подвергаются предприятия пищевой и перерабатывающей промышленности, из которых наиболее сложной является мясная отрасль из-за нестандартности сырья и сложности его транспортирования.

Полная автоматизация – высшая ступень автоматизации, при которой все функции контроля и управления производством (на уровне предприятия) передаются техническим средствам.

Автоматизация производства предполагает наличие надежных, относительно простых по устройству и управлению машин, механизмов и аппаратов.

При внедрении систем автоматизации желателен непрерывный технологический процесс, обеспечивающий удобство транспортирования сырья, материалов, полуфабрикатов и готовой продукции.

Таким образом, автоматизация производства предполагает его максимальную механизацию и непрерывность технологического процесса.

Тема 1. «ОСНОВЫ ИЗМЕРЕНИЙ И ПРИБОРЫ»

Цель: ознакомиться с основными терминами и определениями, используемыми в системе автоматизации производства

Задание 1. Изучить основные понятия о единицах измерения, способах и средствах измерений

Величины, характеризующие отдельные стадии технологического процесса, называются параметрами. Так, процесс расщепления жиров в автоклавах характеризуется двумя параметрами – температурой и давлением. Измеряя параметры, можно судить, в каком направлении протекает процесс.

Параметры определяются и контролируются технологическими измерениями, сущность которых состоит в том, что измеряемую величину сравнивают с однородной, принятой за единицу.

Единицы измерения делятся на основные, производные, когерентные, кратные и дольные.

Основные единицы устанавливаются произвольно, независимо от других единиц. Главное условие выбора основных единиц – возможность точного их воспроизведения. К числу основных единиц относятся метр, килограмм и т. п.

Производные единицы – единицы производных физических величин, образуемые по определяющим эти единицы уравнениям из других единиц данной системы. Например, 1 м²/с – единица кинематической вязкости в системе СИ.

Когерентные единицы – производные единицы, связанные с другими единицами системы уравнениями, в которых числовой коэффициент принят равным единице. Например, единица скорости 1 м/с.

Кратные и дольные единицы образуются путем умножения или деления основной или производной единицы на определенную степень числа 10. Наименование кратных и дольных единиц получается добавлением специальных приставок к названию основной единицы. Например, «кило» – для единицы в 10³ больше исходной, «гекто» – для единицы в 10² больше исходной, «санти» – в 10 раз меньше исходной и т. п.

Совокупность единиц измерения, охватывающих определенную область величин, называется системой единиц. Развитие науки и техники привело к появлению ряда систем единиц: СГС, МКС, МТС, МКГСС и др. Использование различных систем единиц затрудняет измерения и выполнение технических расчетов.

Для унификации в области измерений разработана когерентная Международная система единиц (СИ), основными единицами которой являются:

- метр (м) – единица длины,

- килограмм (кг) – единица массы,

- секунда (с) – единица времени,

- ампер (А) – единица силы электрического тока,

- кельвин (К) – единица температуры,

- кандела (кд) – единица силы света,

- моль (моль) – единица количества вещества.

Сравнение измеряемых величин с единицами измерения производится различными способами: прямыми, косвенными и совокупными.

Прямыми измерениями называются такие, при которых искомое значение величины находят непосредственно из опытных данных (например, измерение массы на циферблатных весах, длины с помощью линейки). Прямые измерения могут осуществляться различными методами: непосредственной оценки, дифференциальным, нулевым компенсационным.

Первый заключается в определении величины непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора (например, измерение давления пружинным манометром, массы на циферблатных весах). Такой метод отличается простотой и быстротой, поэтому широко используется в приборах промышленного контроля. Недостатком метода является невысокая точность измерения.

Дифференциальный метод состоит в том, что на измеряемый прибор воздействует разность измеряемой величины и известной (образцовой), после чего искомая величина находится путем алгебраического сложения. Этот метод обеспечивает более высокую точность измерения и применяется в приборах автоматического анализа состава и свойств веществ.

Нулевой компенсационный метод основан на уравновешивании искомой контролируемой величины известной. При этом результирующий эффект воздействия величин на прибор сравнения доводят до нуля. Этот метод используется в приборах контроля технологических параметров сахарного, масло-жирового, хлебопекарного и других производств пищевой промышленности.

Косвенными измерениями называются такие, при которых значение измеряемой величины определяют по результатам прямых измерений одной или нескольких величин, связанных с искомой величиной определенной зависимостью – формулой (например, измерение температуры при помощи измерения сопротивления металлического термометра, определение плотности однородного тела по его массе и геометрическим размерам). Косвенные измерения достаточно точны и широко применяются при контроле производственных процессов.

Совокупными измерениями называются такие, при которых числовые значения измеряемой величины определяются путем решения ряда уравнений, получаемых в результате прямых измерений одной или нескольких однородных величин (например, определение температурного коэффициента линейного расширения по результатам измерения длины при различных температурах). Совокупные измерения применяются в лабораторной и исследовательской практике.

Средства измерения физических величин состоят из мер и измерительных приборов.

Мерой называется физическое тело, вещество или устройство, предназначенное для конкретного воспроизведения единицы измерений, либо ее кратного или дольного значения (например, гири, измерительные колбы, калибры, измерительные линейки, образцовые сопротивления). В качестве мер могут быть использованы некоторые вещества, обладающие характерными физическими свойствами (например, постоянством температуры плавления, кипения). Однако с помощью мер можно измерять лишь незначительное число величин. Большинство же измерений выполняют измерительными приборами.

Прибором называется средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем. Любой прибор при централизованном контроле состоит из первичного преобразователя, канала связи и вторичного прибора.

Первичный преобразователь – первый в измерительной цепи – преобразует измерительную величину в выходной сигнал, удобный для передачи по каналу связи.

Неотъемлемой частью преобразователя является чувствительный элемент, непосредственно воспринимающий контролируемый параметр и преобразующий его в первичный сигнал (например, чувствительным элементом манометрического термометра является упругая трубчатая пружина, заполненная газом. Давление этого газа, изменяющееся при изменении температуры, преобразуется упругим элементом в перемещение – естественный выходной сигнал).

Величина, которую первичный преобразователь воспринимает и контролирует, называется входной, или входным сигналом (например, давление, подводимое к манометру и измеряемое им).

Величина, измеренная на выходе первичного преобразователя, называется выходной, или выходным сигналом (например, показание манометра, отсчитываемое по шкале).

Прибор может иметь один или несколько измерительных преобразователей (ИП).

Прибор с унифицированным выходным сигналом состоит из первичного ИП и вторичного ИП, преобразующего естественную выходную величину (перемещение, напряжение) первичного ИП в унифицированный сигнал.

Обычно на выходе первичного ИП мощность выходного сигнала недостаточна для преобразования его в унифицированный сигнал, поэтому вторичный ИП комплектуется усилительными элементами.

Канал связи, представляющий собой комплекс технических средств, предназначен для передачи сигнала от первичного преобразователя ко вторичному прибору и выполняется в виде трубки для передачи пневматического и гидравлического сигналов или провода для передачи электрического сигнала.

Каналы связи оказывают существенное влияние на качество работы приборов: большая длина пневматических трубок увеличивает запаздывание показаний прибора; сопротивление проводов, соединяющих термометр сопротивления с прибором, влияет на результат измерения, занижая его.

Вторичный прибор – устройство, воспринимающее сигнал от первичного преобразователя и преобразующее его в форму, удобную для установления результата измерения (показания стрелки на шкале, записи на диаграмме).