Автоматизація систем водопостачання і водовідведення

Автоматизація систем водопостачання і водовідведення

Славутський індустріальний коледж

АВТОМАТИЗАЦІЯ СИСТЕМ ВОДОПОСТАЧАННЯ ТА ВОДОВІДВЕДЕННЯ

Зулькайдарова М. А.

Мананкіна Е. І.

Баширов М. Г.

ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА

Робоча програма навчальної дисципліни «Автоматизація систем водопостачання і водовідведення» передбачає вивчення студентами основ автоматизації в обсязі 76 годин.

В результаті вивчення дисципліни студенти повинні знати:

основні характеристики та області застосування комплексу технічних засобів автоматизації;

принципи автоматичного регулювання;

принципи побудови схем автоматизації;

типові схеми автоматизації технологічних процесів;

застосування обчислювальної техніки в управлінні технологічними процесами.

Студенти повинні вміти:

вибирати за заданими умовами, за довідковою літературою і каталогам засоби автоматизації;

працювати з вторинними приладами;

читати і складати функціональні схеми автоматизації технологічних процесів;

використовувати обчислювальну техніку в управлінні технологічними процесами.

Вивчення програмного матеріалу ґрунтується на знаннях, отриманих студентами при вивченні дисциплін:

Процеси і апарати нафтогазопереробних виробництв;

Основи технології нафтохімічного синтезу;

Загальна електротехніка.

При вивченні навчального матеріалу і виконанні контрольних робіт необхідно дотримуватися єдність термінології і позначень відповідно до діючих стандартів.

Для закріплення теоретичних знань та набуття необхідних умінь і навичок передбачається виконання лабораторно-практичних робіт в обсязі, передбаченому навчальним планом.

Вимоги до знань і вмінь студентів наведені після кожної теми відповідних розділів програми.

Після опрацювання будь-якої теми необхідно для самоконтролю без допомоги підручника сформулювати основні принципи і положення вивченого матеріалу.

З цієї навчальної дисципліни кожному студенту необхідно виконати 3 контрольні роботи.

ЗМІСТ НАВЧАЛЬНОЇ

ДИСЦИПЛІНИ

Вступ

Цілі і завдання дисципліни "Автоматизація технологічних процесів переробки нафти і газу".

Розвиток автоматизації виробництв, вплив на якість продукції і підвищення ефективності виробництва. Роль автоматизації в охороні навколишнього

середовища, економії енергоресурсів. Використання обчислювальної техніки в управлінні технологічними процесами.

Зв`язок з іншими дисциплінами. Основні поняття, визначення, терміни, що застосовуються в даній дисципліні.

Студент повинен:

мати уявлення :

про зміст дисципліни;

про зв`язок з іншими дисциплінами;

про новітні досягнення і перспективи розвитку в області автоматизації систем водопостачання та водовідведення.

Методичні вказівки

Дана тема є вступної і повинна дати основні поняття про автоматизацію систем водопостачання та водовідведення.

Системи темлоснабженія, водопостачання, канаалізаціі, опалення, вентиляції та конденціонірованія повітря являють собою складний комплекс пристроїв, роботи яких взаімосязана, тому їх автоматизація набуває особливо важливого значення. Рівень розвитку автоматичних систем контролю і управління систем водопостачання і водовідведення в значній мірі визначає технічний процес водопостачання та водовідведення.

Завдання автоматизації полягає в здійсненні автоматичного управління різними технологічними процесами. Техніка управління всіма процесами принципово одна і та ж. Вона заснована на правилах і законах, загальних для цих процесів.

Питання для самоперевірки:

1. Призначення автоматичного контролю та автоматичного регулювання.

2. Що означає "автоматизація технологічного процесу"?

3. Яким чином автоматизація технологічних процесів впливає на охорону навколишнього середовища?

РОЗДІЛ 1 Основні елементи автоматичних пристроїв

Тема 1.1 Датчики та вимірювальні схеми

Студент повинен:

? основні типи датчиків;

? види схем вимірювань;

вміти:

правильно вибирати тип застосовуваного датчика;

правильно вибирати схему вимірів.

Визначення і класифікація датчиків. Принцип дії і пристрій датчиків електричних і неелектричних величин. Мостова, диференціальна і компенсаційна схеми вимірювань.

Методичні вказівки

Засоби автоматизації складаються з окремих, пов`язаних між собою елементів, в яких відбуваються якісні або колтческтвенние перетворення фізичного параметра виробничого процесу. Окремі елементи здійснюють передачу перетвореного параметра від попереднього елемента до наступного.

Датчиком називають початковий елемент автоматичної системи сприймає первинно зміна того чи іншого фізичного параметра і перетворює ці зміни в зміни іншого параметра, зручного для передачі на відстань і впливу на наступні елементи автоматичної системи.

Основною характеристикою датчика є чутливість S, т. Е відношення зміна величини вихідного сигналу Y до зміни вхідного сигналу Х датчика:

S =

Найбільшого поширення набули датчики, в яких неелектричні параметри перетворюються в електричні. Такі датчики можна поділити на дві групи:

? параметричні, в яких зміна вхідної величини перетвориться в зміну параметра електричної цінуй - активне, індуктивне або ємнісний опір;

? генераторні, в яких аналогічна зміна неелектричної величини перетвориться в електрорушійну силу.

Крім електричних датчиків, в системах автоматичного управління, застосовують пневматичні, які перетворять зміна регульованого параметра у вихідний сигнал, який представляє собою тиск стисненого повітря.

Для підключення датчиків в схеми автоматичного управління застосовують такі схеми:

? бруківку;

? диференціальну;

? компенсаційну.

Питання для самоперевірки:

1. Який елемент називають датчиком?

2. На які групи можна поділити електричні датчики?

3. У чому полягає принцип компенсації?

4. На чому заснований принцип дії фотоелектричних датчиків?

Тема 1.2 Реле, підсилювачі і перетворювачі

Студент повинен:

знати:

? основні типи реле і підсилювачів;

? принцип дії реле;

? область застосування реле, підсилювачів, перетворювачів;

? значення стандартних сигналів системи ГСП;

вміти:

правильно вибирати тип застосовуваного реле, підсилювача і перетворювача.

Класифікація реле. Принцип дії, область застосування: електромагнітного реле, електронного, безконтактного, реле часу, командоаппаратов.

Поняття про гідравлічних і пневматичних підсилювачах. Принцип дії і область застосування електричних підсилювачів: електронних магнітних і електромагнітних.

Перетворювачі сигналів Державної системи приладів (ГСП).

Методичні вказівки

Реле - апарати, що здійснюють переривчасте стрибкоподібне управління. Таке переривчасте вплив на процес називається релейним керуванням. Класифікують реле за різними ознаками. Залежно від роду сприймаються фізичних величин реле діляться на:

електричні,

теплові,

механічні,

оптичні,

рівня,

швидкості,

акустичні.

Електричні реле за принципом дії поділяють на електромагнітні (нейтральні і поляризовані), магнітоелектричні, електронні, іонні, індукційні, а по параметру - на реле струму, напруги, потужності, частоти, зсуву фаз. Теплові реле ділять за принципом дії на реле з лінійним розширенням і реле з плавленням. Механічні реле ділять по сприймається параметру на реле сили, переміщення, швидкості, прискорення, частоти.

Потужність сигналів, які надходять від чутливих елементів, датчиків, в більшості випадків недостатньо для безпосереднього переміщення регулюючого органу, тому застосовують підсилювачі. По виду використовуваної допоміжної енергії підсилювача діляться на гідравлічні, пневматичні, електричні.

3. На чому заснований принцип дії теплових реле?

4. Призначення реле часу і принцип дії.

Тема 1.3 Виконавчі механізми і регулюючі органи

Студент повинен:

знати:

основні типи виконавчих механізмів;

характеристики регулюючих органів;

область застосування виконавчих механізмів та регулюючих органів;

вміти:

правильно вибирати тип застосовуваного виконавчого механізму і регулюючого органу.

Основні визначення і класифікація. Гідравлічні, пневматичні і електричні виконавчі механізми.

Типи регулюючих органів, їх характеристики і область застосування.

Методичні вказівки

Система виконавчих пристроїв (СІП) є основною частиною Державної системи приладів (ГСП). Ці пристрої складаються з регулюючого органу та виконавчого механізму, який може бути обладнано додатковими приладами (дублерами, позіционерамі).

СИУ передбачається побудова уніфікованих виконавчих пристроїв по блочно - модульним принципом, тобто. Е створення всіх виконавчих пристроїв системи з декількох уніфікованих базових блоків і вузлів, що дозволяє розширити їх номенклатуру без великих виробничих витрат на впровадження.

Системою виконавчих пристроїв передбачається комплектування регулюючих органів виконавчими механізмами наступних видів: пневматичними мембранними пружинами, мембранними безпружинні, поршневими, електричними і механізмами зі змішаним видом енергії.

На водопровідних і каналізаційних спорудах застосовуються такі основні типи регулюючих органів: засувки, заслінки, шибери, клапани, вентилі.

2. Дайте визначення виконавчого механізму і регулюючого органу.

3. Які основні типи регулюючих органів знаєте?

4. На які основні типи поділяються електричні виконавчі механізми?

Тема 1.4 Використання обчислювальної техніки в системах автоматичного управління

Студент повинен:

знати:

структурну схему мікропроцесорної техніки;

вміти:

правильно вибирати тип застосовуваного мікроконтролера.

Мікропроцесорна техніка і мікроконтролери. Функції обчислювальних пристроїв в схемах автоматики. Оптимальне проектування і експлуатація систем водопостачання за допомогою обчислювальної техніки. Логічні елементи в промисловій автоматиці.

Методичні вказівки

При управлінні виробничим процесом часто буває необхідно робити математичні операції. При автоматичному управлінні ці операції повинні виконуватися автоматично на різних обчислювальних пристроях: аналогових і цифрових. В аналогових пристроях величини змінюються безперервно як за рівнем, так і за часом. У цифрових пристроях існує тільки два рівня, умовно звані 1 і 0, по часу величини змінюються дискретно. Перевага цифрових пристроїв над аналоговими засноване на наступних факторах:

цифрові пристрої допускають велику ступінь інтеграції в складі мікросхем, в даний час в одній мікросхемі розміщується десятки мільйонів транзисторів;

на відміну від аналогових дані в цифрових пристроях не залежать від температури навколишнього середовища, вологості. тиску, напруги харчування;

точність цифрових пристроїв необмежена.

Цифро - аналогові (ЦАП) і аналого - цифрові (АЦП) перетворювачі є пристроями сполучення аналогової (підсилювачі, фільтри т ін.) І цифрової апаратури. Від характеристик багато в чому залежать параметри всієї апаратури цифрової обробки сигналів.

ЦАП призначені для перетворення цифрових кодів в аналогові величини - напруга, струм, опір. Побудова ЦАП засновано на підсумовуванні напруг або струмів, пропорційним ваг двійкових розрядів.

АЦП призначені для перетворення аналогової величини (напруги, струму) в цифровий код.

Автоматичні системи, що включають обчислювальні пристрої можна поділити на три групи:

? інформаційні системи автоматичного контролю,

? командні розімкнуті системи,

? замкнуті системи автоматичного управління.

Питання для самоперевірки:

1. Які пристрої називають ЦАП І АЦП?

2. Перелічіть основні функції обчислювальних пристроїв

3. Як здійснюється управління технологічним процесом в замкнутих системах автоматичного управління?

4. Які логічні елементи застосовуються в системах автоматики?

Тема 1.5 Побудова схем автоматизації виробничих процесів

Студент повинен:

знати:

основні ГОСТи на побудову схем автоматизації;

вміти:

правильно складати автоматичні схеми з використанням ГОСТів.

Типи схем і правила побудови. Основні ГОСТи на побудову схем автоматизації.

Методичні вказівки

При проектуванні використовуються загальноприйняті правила складання схем автоматизації.

Єдина система конструкторської документації (ЕСКД) визначає чотири види схем: електричні, гідравлічні, пневматичні та кінематичні.

Основним технологічним документом, що визначає структуру і функціональні зв`язки між технологічним процесом і засобами контролю і управління, є функціональна схема. Тому необхідно при вивченні даної теми насамперед з`ясувати основні принципи виконання функціональних схем. Для виконання функціональних схем необхідно познайомитися з ГОСТ 21.404-85 «Автоматизація технологічних процесів. Умовні позначення приладів і засобів автоматизації. »

Питання для самоперевірки:

Яким чином на схемах зображують графічно засоби автоматизації?

Як будується умовне буквене позначення засобів автоматизації?

Які схеми називаються типовими?

Особливості проектування схем автоматизації.

Що називається специфікацією обладнання?

Розділ 2 Автоматизація технологічного контролю

Тема 2.1 Метрологічна служба і її завдання. Забезпечення єдності засобів і методів вимірювань

Студент повинен:

знати:

структурну схему метрологічної служби підприємства;

основні завдання Державних і відомчих метрологічних служб;

порядок проведення перевірок вимірювальних приладів;

Основні завдання метрологічної служби щодо забезпечення єдності і правильності вимірювань в країні. Структура і організація робіт Державних і відомчих метрологічних служб. Метрологічне обслуговування і контроль заходів вимірювальних приладів на виробництві. Порядок і проведення повірки мір вимірювальних приладів.

Засоби і методи вимірювання як об`єкти стандартизації. Державна система забезпечення єдності вимірювань. Еталони і їх роль в підтримці єдності вимірювань.

Методичні вказівки

Метрологічний нагляд здійснюють проведенням перевірок засобів вимірювальної техніки, метрологічну ревізією та метрологічну експертизою.

Технічною основою метрологічного забезпечення на підприємстві є наступні операції:

відтворення одиниць фізичних величин за допомогою робочих еталонів або зразкових засобів вимірювань;

введення в експлуатацію загальнопромислових робочих засобів вимірювань;

передача розмірів одиниць фізичних величин робочим засобам вимірювань шляхом обов`язкової державної і відомчої повірки;

використання і розробка стандартних довідкових даних про фізичні сталі та властивості речовин і матеріалів.

Метрологічний нагляд здійснюється єдиної метрологічною службою країни, підпорядкований Державному комітету Росії по стандартам.

Нагляд і перевірка здійснюється самостійною організацією, підпорядкованої безпосередньо цьому комітету. Допускається нагляд і перевірка силами підприємств та установ - відомчий нагляд. Основне завдання відомчих метрологічних служб - забезпечення єдності і достовірності вимірювань шляхом забезпечення повсюдного дотримання вимог нормативно - технічних документів державної системи забезпечення єдності вимірювань.

Півроку - сукупність дій, вироблених для оцінки похибок засобів вимірювань і встановлення їх придатності до застосування.

Засоби вимірювання піддають первинної, періодичної, позачергової і інспекційної повірки.

Розрізняють зразкові і робочі заходи та вимірювальні прилади. Зразкові міри і прилади призначені для зберігання і відтворення одиниць виміру, повірки та градуювання всякого роду заходів і вимірювальних приладів. Вони підрозділяються на еталони, заходи і вимірювальні прилади.

До стандартам відносяться прилади і заходи, що служать для відтворення і зберігання одиниць з найвищою досяжною при даному стані вимірювальної техніки точністю.

Питання для самоперевірки:

1. Основні завдання відомчих і державних метрологічних служб.

2. Дайте визначення еталону.

3. Які засоби вимірювань називають вимірювальним приладом, вимірювальним перетворювачем?

4. Дати визначення повірки.

5.Який клас і розряд можуть мати зразкові прилади?

Тема 2.2 Загальні відомості з вимірювальної техніки і класифікація контрольно-вимірювальних приладів

Студент повинен:

знати:

класифікацію вимірювальних приладів;

основні види похибок;

структурні схеми автоматичного контролю;

вміти:

визначати абсолютну, відносну, наведену похибки;

складати структурні схеми дистанційного і Телевимірювальні контролю.

Державна система приладів: структура та функції. Методи вимірювань. Похибка вимірювань. Класифікація вимірювальних приладів: за принципом дії, по вхідних і вихідних сигналів, по контрольованим параметром. Схема місцевого, дистанційного і Телевимірювальні контролю.

Методичні вказівки

Державна система промислових приладів і засобів автоматизації (ГСП) являє собою сукупність виробів, призначених для отримання, обробки та використання інформації, що забезпечують інформаційне, енергетичне і конструктивне сполучення виробів в автоматизованих системах. а також економічно доцільну точність, надійність, і довговічність.

ГСП об`єднує ряди максимально уніфікованих блоків і пристроїв, що мають стандартні параметри вхідних і вихідних сигналів, нормалізовані габарити, приєднувальні розміри і параметри харчування.

Вимірювання називається процес отримання досвідченим шляхом числового співвідношення між вимірюваною величиною і деяким її значенням, прийнятим за одиницю порівняння.

Існують різні методи вимірювань:

прямі (метод безпосередньої оцінки, нульовий, диференціальний, порівняння);

непрямі (сукупні, спільні)

Незалежно від ретельності вимірювання і досконалості вимірювальної апаратури абсолютно точно визначити істинне значення вимірюваної величини неможливо, т. Е виникає якась - то похибка. Похибки поділяють на систематичні, випадкові і промахи.

Питання для самоперевірки

1. Які вимірювання називаються прямими?

2. Яка похибка називається абсолютною?

3. Як поділяються прилади тиску за принципом дії?

4. Основні функції ДСП.

Тема 2.3 Вимірювання тиску і рівня рідини

Студент повинен:

знати:

? класифікацію приладів вимірювання тиску;