Автоматизация систем водоснабжения и водоотведения

Салаватский индустриальный колледж

АВТОМАТИЗАЦИЯ СИСТЕМ ВОДОСНАБЖЕНИЯ И ВОДООТВЕДЕНИЯ

Зулькайдарова М. А.

Мананкина Е. И.

Баширов М. Г.

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Рабочая программа учебной дисциплины «Автоматизация систем водоснабжения и водоотведения» предусматривает изучение студентами основ автоматизации в объеме 76 часов.


В результате изучения дисциплины студенты должны знать:

основные характеристики и области применения комплекса технических средств автоматизации;

принципы автоматического регулирования;

принципы построения схем автоматизации;

типовые схемы автоматизации технологических процессов;

применение вычислительной техники в управлении технологическими процессами.

Студенты должны уметь:

выбирать по заданным условиям, по справочной литературе и каталогам средства автоматизации;

работать с вторичными приборами;

читать и составлять функциональные схемы автоматизации технологических процессов;

использовать вычислительную технику в управлении технологическими процессами.

Изучение программного материала основывается на знаниях, полученных студентами при изучении дисциплин:

Процессы и аппараты нефтегазоперерабатывающих производств;

Основы технологии нефтехимического синтеза;

Общая электротехника.

При изучении учебного материала и выполнении контрольных работ необходимо соблюдать единство терминологии и обозначений в соответствии с действующими стандартами.

Для закрепления теоретических знаний и приобретения необходимых умений и навыков предусматривается выполнение лабораторно-практических работ в объеме, предусмотренном учебным планом.

Требования к знаниям и умениям студентов приведены после каждой темы соответствующих разделов программы.

После проработки какой-либо темы необходимо для самоконтроля без помощи учебника сформулировать основные принципы и положения изученного материала.

По данной учебной дисциплине каждому студенту необходимо выполнить 3 контрольные работы.

СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОЙ

ДИСЦИПЛИНЫ

Введение

Цели и задачи дисциплины "Автоматизация технологических процессов переработки нефти и газа" .

Развитие автоматизации производств, влияние на качество продукции и повышение эффективности производства. Роль автоматизации в охране окружающей

среды, экономии энергоресурсов. Использование вычислительной техники в управлении технологическими процессами.

Связь с другими дисциплинами. Основные понятия, определения, термины, применяемые в данной дисциплине.

Студент должен:

иметь представление :

о содержании дисциплины;

о связи с другими дисциплинами;

о новейших достижениях и перспективах развития в области автоматизации систем водоснабжения и водоотведения.

Методические указания

Данная тема является вводной и должна дать основные понятия об автоматизации систем водоснабжения и водоотведения.

Системы темлоснабжения, водоснабжения, канаализации, отопления, вентиляции и конденционирования воздуха представляют собой сложный комплекс устройств, работы которых взаимосязана, поэтому их автоматизация приобретает особо важное значение. Уровень развития автоматических систем контроля и управления систем водоснабжения и водоотведения в значительной мере определяет технический процесс водоснабжения и водоотведения.

Задача автоматизации состоит в осуществлении автоматического управления различными технологическими процессами. Техника управления всеми процессами принципиально одна и та же. Она основана на правилах и законах, общих для этих процессов.

Вопросы для самопроверки:

1. Назначение автоматического контроля и автоматического регулирования.

2. Что значит "автоматизация технологического процесса"?

3. Каким образом автоматизация технологических процессов влияет на охрану окружающей среды ?

РАЗДЕЛ 1 Основные элементы автоматических устройств

Тема 1.1 Датчики и измерительные схемы

Студент должен:

? основные типы датчиков;

? виды схем измерений;

уметь:

правильно выбирать тип применяемого датчика;

правильно выбирать схему измерений.

Определение и классификация датчиков. Принцип действия и устройство датчиков электрических и неэлектрических величин. Мостовая, дифференциальная и компенсационная схемы измерений.

Методические указания

Средства автоматизации состоят из отдельных, связанных между собой элементов, в которых происходят качественные или колтческтвенные преобразования физического параметра производственного процесса. Отдельные элементы осуществляют передачу преобразованного параметра от предыдущего элемента к последующему.

Датчиком называют начальный элемент автоматической системы воспринимающий первично изменение того или иного физического параметра и преобразующий эти изменения в изменения другого параметра, удобного для передачи на расстояние и воздействия на последующие элементы автоматической системы.

Основной характеристикой датчика является чувствительность S, т. е отношение изменение величины выходного сигнала Y к изменению входного сигнала Х датчика:

S=

Наибольшее распространение получили датчики, в которых неэлектрические параметры преобразуются в электрические. Такие датчики можно подразделить на две группы:

? параметрические, в которых изменение входной величины преобразуется в изменение параметра электрической цени – активное, индуктивное или емкостное сопротивление;

? генераторные, в которых аналогичное изменение неэлектрической величины преобразуется в электродвижущую силу.

Кроме электрических датчиков, в системах автоматического управления, применяют пневматические, которые преобразуют изменение регулируемого параметра в выходной сигнал, представляющий собой давление сжатого воздуха.

Для подключение датчиков в схемы автоматического управления применяют следующие схемы:

? мостовую;

? дифференциальную;

? компенсационную.

Вопросы для самопроверки:

1. Какой элемент называют датчиком?

2. На какие группы можно подразделить электрические датчики?

3. В чем состоит принцип компенсации?

4. На чем основан принцип действия фотоэлектрических датчиков?

Тема 1.2 Реле, усилители и преобразователи

Студент должен:

знать:

? основные типы реле и усилителей;

? принцип действия реле;

? область применения реле, усилителей, преобразователей;

? значения стандартных сигналов системы ГСП;

уметь:

правильно выбирать тип применяемого реле, усилителя и преобразователя.

Классификация реле. Принцип действия, область применения: электромагнитного реле, электронного, бесконтактного, реле времени, командоаппаратов.

Понятие о гидравлических и пневматических усилителях. Принцип действия и область применения электрических усилителей: электронных магнитных и электромагнитных.

Преобразователи сигналов Государственной системы приборов (ГСП).

Методические указания

Реле - аппараты, осуществляющие прерывистое скачкообразное управление. Такое прерывистое воздействие на процесс называется релейным управлением. Классифицируют реле по различным признакам. В зависимости от рода воспринимаемых физических величин реле делятся на:

электрические,

тепловые,

механические ,

оптические,

уровня,

скорости,

акустические.

Электрические реле по принципу действия подразделяют на электромагнитные (нейтральные и поляризованные ), магнитоэлектрические, электронные, ионные, индукционные, а по параметру – на реле тока, напряжения, мощности, частоты, сдвига фаз. Тепловые реле делят по принципу действия на реле с линейным расширением и реле с плавлением. Механические реле делят по воспринимаемому параметру на реле силы, перемещения, скорости, ускорения, частоты.

Мощность сигналов, получаемых от чувствительных элементов, датчиков, в большинстве случаев недостаточно для непосредственного перемещения регулирующего органа, поэтому применяют усилители. По виду используемой вспомогательной энергии усилителя делятся на гидравлические, пневматические, электрические.

3. На чем основан принцип действия тепловых реле?

4. Назначение реле времени и принцип действия.

Тема 1.3 Исполнительные механизмы и регулирующие органы

Студент должен:

знать:

основные типы исполнительных механизмов;

характеристики регулирующих органов;

область применения исполнительных механизмов и регулирующих органов;

уметь:

правильно выбирать тип применяемого исполнительного механизма и регулирующего органа.

Основные определения и классификация. Гидравлические, пневматические и электрические исполнительные механизмы.

Типы регулирующих органов, их характеристики и область применения.

Методические указания

Система исполнительных устройств (СИУ) является основной частью Государственной системы приборов (ГСП). Эти устройства состоят из регулирующего органа и исполнительного механизма, который оснащается дополнительными приборами ( дублерами, позиционерами).

СИУ предусматривается построение унифицированных исполнительных устройств по блочно – модульному принципу, т. е создание всех исполнительных устройств системы из нескольких унифицированных базовых блоков и узлов, что позволяет расширить их номенклатуру без больших производственных затрат на внедрение.

Системой исполнительных устройств предусматривается комплектование регулирующих органов исполнительными механизмами следующих видов: пневматическими мембранными пружинами, мембранными беспружинными, поршневыми, электрическими и механизмами со смешанным видом энергии.

На водопроводных и канализационных сооружениях применяются следующие основные типы регулирующих органов: задвижки, заслонки, шиберы, клапаны, вентили.

2. Дайте определение исполнительному механизму и регулирующему органу.

3. Какие основные типы регулирующих органов знаете?

4. На какие основные типы подразделяются электрические исполнительные механизмы?

Тема 1.4 Использование вычислительной техники в системах автоматического управления

Студент должен:

знать:

структурную схему микропроцессорной техники;

уметь:

правильно выбирать тип применяемого микроконтроллера.

Микропроцессорная техника и микроконтроллеры. Функции вычислительных устройств в схемах автоматики. Оптимальное проектирование и эксплуатация систем водоснабжения с помощью вычислительной техники. Логические элементы в промышленной автоматике.

Методические указания

При управлении производственным процессом часто бывает необходимо производить математические операции. При автоматическом управлении эти операции должны выполнятся автоматически на различных вычислительных устройствах: аналоговых и цифровых. В аналоговых устройствах величины изменяются непрерывно как по уровню, так и по времени. В цифровых устройствах существует только два уровня, условно называемые 1 и 0, по времени величины изменяются дискретно. Преимущество цифровых устройств над аналоговыми основано на следующих факторах:

цифровые устройства допускают большую степень интеграции в составе микросхем, в настоящее время в одной микросхеме размещается десятки миллионов транзисторов;

в отличие от аналоговых данные в цифровых устройствах не зависят от температуры окружающей среды, влажности. давления, напряжения питания;

точность цифровых устройств неограничена.

Цифро – аналоговые (ЦАП) и аналого – цифровые (АЦП) преобразователи являются устройствами сопряжения аналоговой (усилители, фильтры т др.) и цифровой аппаратуры. От характеристик во многом зависят параметры всей аппаратуры цифровой обработки сигналов.

ЦАП предназначены для преобразования цифровых кодов в аналоговые величины – напряжение, ток, сопротивление. Построение ЦАП основано на суммировании напряжений или токов, пропорциональным весам двоичных разрядов.

АЦП предназначены для преобразования аналоговой величины (напряжения, тока) в цифровой код.

Автоматические системы, включающие вычислительные устройства можно подразделить на три группы:

? информационные системы автоматического контроля,

? командные разомкнутые системы,

? замкнутые системы автоматического управления.

Вопросы для самопроверки:

1. Какие устройства называют ЦАП И АЦП?

2. Перечислите основные функции вычислительных устройств

3. Как осуществляется управление технологическим процессом в замкнутых системах автоматического управления?

4. Какие логические элементы применяются в системах автоматики?

Тема 1.5 Построение схем автоматизации производственных процессов

Студент должен:

знать:

основные ГОСТы на построение схем автоматизации;

уметь:

правильно составлять автоматические схемы с использованием ГОСТов.

Типы схем и правила построения. Основные ГОСТы на построение схем автоматизации.

Методические указания

При проектировании используются общепринятые правила составления схем автоматизации.

Единая система конструкторской документации (ЕСКД) определяет четыре вида схем: электрические, гидравлические, пневматические и кинематические .

Основным технологическим документом, определяющим структуру и функциональные связи между технологическим процессом и средствами контроля и управления, является функциональная схема. Поэтому необходимо при изучении данной темы прежде всего выяснить основные принципы выполнения функциональных схем. Для выполнения функциональных схем необходимо познакомиться с ГОСТ 21.404-85 «Автоматизация технологических процессов. Условные обозначения приборов и средств автоматизации.»

Вопросы для самопроверки:

Каким образом на схемах изображают графически средства автоматизации?

Как строится условное буквенное обозначение средств автоматизации?

Какие схемы называются типовыми?

Особенности проектирования схем автоматизации.

Что называется спецификацией оборудования?

Раздел 2 Автоматизация технологического контроля

Тема 2.1 Метрологическая служба и ее задачи. Обеспечение единства средств и методов измерений

Студент должен:

знать:

структурную схему метрологической службы предприятия;

основные задачи Государственных и ведомственных метрологических служб;

порядок проведения поверок измерительных приборов;

Основные задачи метрологической службы по обеспечению единства и правильности измерений в стране. Структура и организация работ Государственных и ведомственных метрологических служб. Метрологическое обслуживание и контроль мер измерительных приборов на производстве. Порядок и проведение поверки мер измерительных приборов.

Средства и методы измерения как объекты стандартизации. Государственная система обеспечения единства измерений. Эталоны и их роль в поддержании единства измерений.

Методические указания

Метрологический надзор осуществляют проведением поверок средств измерений, метрологической ревизией и метрологической экспертизой.

Технической основой метрологического обеспечения на предприятии являются следующие операции:

воспроизведение единиц физических величин с помощью рабочих эталонов или образцовых средств измерений;

ввод в эксплуатацию общепромышленных рабочих средств измерений;

передача размеров единиц физических величин рабочим средствам измерений путем обязательной государственной и ведомственной поверки;

использование и разработка стандартных справочных данных о физических константах и свойствах веществ и материалов.

Метрологический надзор осуществляется единой метрологической службой страны, подчиненный Государственному комитету России по стандартам.

Надзор и поверка осуществляется самостоятельной организацией, подчиненной непосредственно этому комитету. Допускается надзор и поверка силами предприятий и учреждений – ведомственный надзор. Основная задача ведомственных метрологических служб – обеспечение единства и достоверности измерений путем обеспечения повсеместного соблюдения требований нормативно – технических документов государственной системы обеспечения единства измерений.

Поверка – совокупность действий, производимых для оценки погрешностей средств измерений и установления их пригодности к применению.

Средства измерений подвергают первичной, периодической, внеочередной и инспекционным поверкам.

Различают образцовые и рабочие меры и измерительные приборы. Образцовые меры и приборы предназначены для хранения и воспроизведения единиц измерения, поверки и градуировки всякого рода мер и измерительных приборов. Они подразделяются на эталоны, меры и измерительные приборы.

К эталонам относятся приборы и меры, служащие для воспроизведения и хранения единиц с наивысшей достижимой при данном состоянии измерительной технике точностью.

Вопросы для самопроверки :

1. Основные задачи ведомственных и государственных метрологических служб.

2. Дайте определение эталону.

3. Какие средства измерений называют измерительным прибором, измерительным преобразователем?

4. Дать определение поверки.

5.Какой класс и разряд могут иметь образцовые приборы?

Тема 2.2 Общие сведения по измерительной технике и классификация контрольно-измерительных приборов

Студент должен:

знать:

классификацию измерительных приборов;

основные виды погрешностей;

структурные схемы автоматического контроля;

уметь:

определять абсолютную, относительную, приведенную погрешности;

составлять структурные схемы дистанционного и телеизмерительного контроля.

Государственная система приборов: структура и функции. Методы измерений. Погрешность измерений. Классификация измерительных приборов: по принципу действия, по входным и выходным сигналам, по контролируемому параметру. Схема местного, дистанционного и телеизмерительного контроля.

Методические указания

Государственная система промышленных приборов и средств автоматизации (ГСП) представляет собой совокупность изделий, предназначенных для получения, обработки и использования информации, обеспечивающих информационное, энергетическое и конструктивное сопряжение изделий в автоматизированных системах. а также экономически целесообразную точность, надежность, и долговечность.

ГСП объединяет ряды максимально унифицированных блоков и устройств, имеющих стандартные параметры входных и выходных сигналов, нормализованные габариты, присоединительные размеры и параметры питания.

Измерение называется процесс получения опытным путем числового соотношения между измеряемой величиной и некоторым ее значением, принятым за единицу сравнения.

Существуют различные методы измерений:

прямые ( метод непосредственной оценки, нулевой, дифференциальный, сравнения);

косвенные ( совокупные, совместные)

Независимо от тщательности измерения и совершенства измерительной аппаратуры абсолютно точно определить истинное значение измеряемой величины невозможно, т. е возникает какая – то погрешность. Погрешности разделяют на систематические, случайные и промахи.

Вопросы для самопроверки

1. Какие измерения называются прямыми?

2. Какая погрешность называется абсолютной?

3. Как подразделяются приборы давления по принципу действия?

4. Основные функции ГСП.

Тема 2.3 Измерение давления и уровня жидкости

Студент должен:

знать:

? классификацию приборов измерения давления;

По материалам сайта: http://pandia.ru