Метрология_2часть

658.51.011.5(07)
П 784	№ 1671

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ и НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования ТАГАНРОГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

РАДИОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра систем автоматического управления

Т.А. ПЬЯВЧЕНКО

ПРОГРАММА,

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

и

КОНТРОЛЬНЫЕ РАБОТЫ

по дисциплине

Технические средства автоматизации и управления

Для студентов специальностей 210100 и 210200 дневной и безотрывной форм обучения

Второе издание, дополненное и переработанное

Таганрог 2005

УДК 658.51.011.5.001.2(075.5)

Пьявченко Т. А. Программа, методические указания и контрольные работы по дисциплине “Технические средства автоматизации и управления”. Второе издание, дополненное и переработанное. Таганрог: 2005. 58с.

Приводится рабочая программа, содержание контрольных работ. Даются рекомендации по их выполнению и методические указания по изучению дисциплины “Технические средства автоматизации и управления”. В приложениях приводится информация о технических средствах фирм Advantech и Octagon Systems, а так же описание предлагаемых к изучению объектов управления. Для студентов специальностей 210100 и 210200 дневной и безотрывной форм обучения.

Библиогр. 17 назв.

© Пьявченко Тамила Алексеевна © Таганрогский государственный радиотехнический университет, 2005г.

2

ВВЕДЕНИЕ

Практически во всех отраслях народного хозяйства в настоящее время существует тенденция к увеличению мощности технологических агрегатов, росту их комплексности, повышению производительности, непрерывному усложнению технологий. Управление такими высококомплексными агрегатами и другими крупномасштабными производствами намного сложнее, чем управление отдельными объектами, и требует взаимоувязки, согласования работы всех элементов комплекса. Это привело к созданию сложных иерархических распределенных систем управления на основе автоматизированных рабочих мест диспетчеров и операторов, управляющих контроллеров, модулей аналогового и цифрового ввода-вывода, объединенных локальными и промышленными сетями.

1.ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ

Цель дисциплины состоит в изучении студентами технических средств (ТС), используемых для решения задач контроля и управления, особенностей выбора ТС исходя из системных требований, принципов построения систем автоматизации и управления на базе стандартных модулей.

В соответствии с поставленной целью выделены следующие задачи дисциплины:

-изучение основных типовых структур и технических средств систем автоматизации и управления (САиУ) техническими объектами и технологическими процессами;

-изучение управляющих ЭВМ, управляющих вычислительных комплексов (УВК), промышленных (индустриальных) микроЭВМ, микроконтроллеров для целей управления, программируемых логических контроллеров, однокристальных контроллеров. Получение навыков выбора типа контроллера исходя из системных требований;

-изучение технических средств получения информации о состоянии объекта управления, датчиков, измерительных преобразователей;

-изучение технических средств использования командной информации и воздействия на объект управления, исполнительных устройств, регулирующих органов, приобретение навыков их выбора из имеющейся номенклатуры;

-изучение технических средств приема, преобразования и передачи измерительной и командной информации по каналам связи;

3

- изучение аппаратно-программных средств распределенных

САиУ;

- изучение устройств связи с объектом управления, систем передачи данных, интерфейсов систем автоматизации и управления;

Изучение курса состоит из:

-самостоятельного изучения учебной и специальной литературы;

-прослушивания лекций;

-выполнения контрольных работ.

2.ОСНОВНАЯ И ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА

Основная литература

1.Родионов В.Д., Терехов В.А., Яковлев В.Б. Технические средства АСУ ТП: учеб. пособие для вузов по спец. «Автоматизация и управление в технических системах». М.: Высш. шк., 1989. 263с.: ил.

2.Пьявченко Т.А. Автоматизированные системы управления технологическими процессами и техническими объектами: учебное пособие. Таганрог: ТРТУ.1997. 128с.: ил.

3.Таланов В.Д. Технические средства автоматизации. Под ред. А.С. Клюева. Изд. 2-е перераб. и доп. - М.: Фирма “Испо-Сервис”, 2002. - 248с.: ил.

4.Петров С.Ю., Власов Н.О. и др. Регистрирующие приборы, программируемые контроллеры, датчики: Спр. пособие// Под ред. С.Ю. Петрова. СПб: НПК «Оазис», 2000.

5.Курсовое и дипломное проектирование по автоматизации производственных процессов: учеб. пособие/ под ред. И.К. Петрова. –

М.:Высш. шк. 1986. – 352 с.; ил.

6.Багдатьев Е.Е. и др. Датчики теплофизических и механических параметров. М.: Радиотехника. 1998.

7.Иыуду К.А. Надежность, контроль и диагностика вычислительных машин и систем: учеб. пособие для вузов. М.: Высш.

шк., 1989. 216с.: ил.

Дополнительная литература

8. Автоматические приборы, регуляторы и вычислительные системы. Справочное пособие/Под ред. Б. Д. Кошарского. Л.: Машиностроение (Ленингр. отделение). 1976. 488с.

4

9.Бесекерский В.А., Изранцев В.В. Системы автоматического управления с микроЭВМ. М.: Наука. 1987. 320с.

10.Пьявченко Т.А. Учебно-методическое пособие по выполнению курсового проекта по дисциплинам «Автоматизированное управление в технических системах», «Проектирование микропроцессорных систем промышленной электроники». Таганрог: Изд-

во ТРТУ. 1999. 48с.

11.Сопряжение датчиков и устройств ввода данных с компьютерами: Пер. с англ./ под ред. У. Томпкинса, Дж. Уэбстера. М.:

Мир, 1992. 529с.

12.Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. Ежемесячный научно-технический и производственный журнал.

13.Приборостроение и средства автоматизации. Энциклопедический справочник. Ежемесячный журнал.

14.Современные технологии автоматизации. Ежеквартальный журнал.

3.МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ТЕМАМ КУРСА**

3.1.Основные понятия и определения

Предмет курса, его цели и задачи. Содержание курса и его связь с другими дисциплинами специальности.

Примеры систем автоматизации и управления. Характеристика технических средств, на базе которых построены рассматриваемые системы.

Основные понятия курса. Назначение и проблемы проектирования технических средств (ТС) систем автоматизации и управления. Типовой состав комплекса технических средств (КТС) для систем автоматизации и управления (СА и У). Принципы и технология типизации КТС. Примеры. Этапы проектирования ТС. Л1, с.3 – 38; Л2, с.3

–22; Л3, с. 6 – 38; Л4, с. 5 – 13; Л5, с. 4 – 7.

**При составлении методических указаний были использованы отдельные фрагменты методической разработки: Гайдук А.Р., Самойленко А.П., Холодков В.В. Программа, методические указания и контрольные работы по курсу “Автоматизированные системы управления технологическими процессами”. Таганрог: Изд-во ТРТУ. 1990. 33с.

5

Методические указания

Автоматизация производственных процессов – один из основных способов повышения производительности труда, эффективности производства и качества продукции. С усложнением производства, агрегатов и машин возникла необходимость в автоматизации не отдельных операций, а всего технологического процесса в целом, как единой системы.

Основные задачи СА и У: обработка информации по технологическим и технико-экономическим критериям, согласование отдельных этапов процесса, формирование управляющих воздействий, оптимизация технико-экономических критериев с учетом ограничений; контроль безаварийности хода процесса. Решению указанных задач подчинена иерархическая структура управления в СА и У.

При изучении темы необходимо выяснить различия и особенности основных типов СА и У: информационно-изме-рительных, информационно-управляющих; супервизорного и непосредственного управления; рассмотреть техническую структуру СА и У и назначение основных ее компонентов: нормирующих преобразователей, аппаратных RC-фильтров, вторичных приборов, регуляторов, датчиков, исполнительных механизмов, устройств связи с оператором-технологом, а также функции, для выполнения которых предназначены эти элементы. Следует обратить внимание на типизацию КТС, ее особенности на примере серии ADAM.

Контрольные вопросы

1.Перечислите основные задачи, решаемые СА и У.

2.Суть иерархического принципа управления в СА и У.

3.Приведите функциональные схемы СА и У различного назначения.

4.Какова роль оператора в СА и У?

5.Какова техническая структура СА и У?

6.Назначение компонентов технической структуры.

7.Представьте информационную структуру в СА и У.

8.Что собой представляют модули серии ADAM?

3.2. Государственная система приборов и средств автоматизации (ГСП)

Общие принципы построения ГСП – оптимизация проектирования и эксплуатации и повышение эффективности САиУ. При рассмотрении структуры ГСП обратите внимание на возможность ее

6

декомпозиции по уровням иерархии и функциональному назначению элементов. Важным моментом является функциональная полнота каждой ветви и каждого комплекса ГСП. Л.1, с.39 – 72; Л5 с. 65 – 73; Л.12 – Л14.

Контрольные вопросы

1.Какие принципы положены в основу построения ГСП?

2.Что такое конструктивная унификация?

3.Что такое категория конструкции?

4.Опишите понятие функционально-параметрического ряда.

3.3. Устройства получения, преобразования и передачи информации о состоянии процесса

Первичные измерительные, информирующие преобразователи; классификация и их характеристики. Последовательное, дифференциальное, логометрическое, компенсационное соединение; каналы связи, интерфейсы. Типы наиболее распространенных интерфейсов. Устройство связи с объектом (УСО). ЦАП, АЦП, согласующие устройства. Коммутаторы каналов УСО. Устройства передачи цифровых данных. Л1 с. 72 – 114; Л2 c.22 – 39; Л4 c39 – 102; Л4 c.149 – 155; Л9 c.28 – 54; Л11 c.178 – 185; Л12 - Л14.

Методические указания

При изучении темы необходимо обратить внимание на сопряжение и согласование первичных информирующих преобразователей с каналом связи и устройством обработки информации. Изучить назначение отдельных устройств получения, преобразования и передачи информации о состоянии процесса.

Контрольные вопросы

1.Назовите основные характеристики первичного преобразователя (датчика).

2.Каково назначение нормирующего преобразователя?

3.Что такое канал связи?

4.Что такое интерфейс?

5.Для реализации, каких функций в СА и У предназначено УСО?

6.Что такое согласующее устройство?

7.Назначение мультиплексоров.

7

3.4.Микропроцессоры, микроЭВМ и контроллеры в СА и У

Цифровые средства обработки информации в СА и У, управляющие ЭВМ, микроЭВМ, программируемые логические контроллеры, программируемые компьютерные контроллеры, однокристальные микроконтроллеры; программное обеспечение СА и У. Системные требования к цифровым средствам обработки информации в СА и У. Методика выбора цифровых средств обработки информации на основании системных требований. Л. 1, с.114 – 150; Л.2, с. 44 – 74, с. 74103; Л9, с. 16 – 168; Л12 - Л14.

Методические указания

При изучении темы необходимо понять, в чем заключается отличие управляющих ЭВМ от универсальных. Изучить характерные особенности микроЭВМ, программируемых логических контроллеров, программируемых компьютерных контроллеров, однокристальных микроконтроллеров, обратить внимание на прикладной характер программного обеспечения для контроля и управления различными объектами. В качестве критерия выбора цифровых управляющих устройств обычно используют, наряду со стоимостной оценкой, оценку их производительности, т.е. расчет требуемых быстродействия, длины разрядной сетки, объема памяти. После оценки указанных параметров выбирают те технические средства, которые удовлетворяют поставленным в ТЗ системным требованиям. К последним обычно относят точность, быстродействие, стоимость и надежность.

Контрольные вопросы.

1.В чем особенность цифровых управляющих устройств?

2.Что такое программируемые логические контроллеры?

3.Каковы отличительные особенности программируемых компьютерных контроллеров?

4.Особенности и содержание программного обеспечения микроЭВМ и микроконтроллеров.

5.Из чего складывается оценка производительности цифрового управляющего устройства? Как оцениваются отдельные параметры?

6.Критерии выбора цифровых управляющих устройств?

8

3.5. Информационно-управляющие вычислительные комплексы для целей контроля и управления в СА и У

Аппаратно-программные средства распределенных СА и У, локальные управляющие вычислительные сети (ЛУВС), технические средства и методы управления доступом к моноканалам ЛУВС. Скоростные интерфейсы передачи и хранения информации, распределенные системы ввода-вывода. Особенности функционирования информационно-управляющих вычислительных комплексов (ИУВК). Функциональная и структурная организации ИУВК. Структурная организация ИУВК с радиальным интерфейсом, с единой магистралью.

Л.1, с. 150 – 185; Л.2, с.5 – 20; Л.3, с. 38 – 99, с.124 – 131, с.239 – 249; Л9, с. 5 – 16; Л12 – Л14.

Методические указания

При изучении темы необходимо обратить внимание на вопросы типизации, унификации и агрегатирования технических средств, привести примеры локальных и промышленных сетей. Рассмотреть особенности построения и функционирования распределенных систем сбора и обработки информации.

Контрольные вопросы

1.Что такое распределенные системы сбора и обработки информации? Примеры.

2.Аппаратно-программные средства распределенных систем автоматизации и управления.

3.Локальные и промышленные управляющие вычислительные сети, технические средства и методы управления доступом к ним.

4.Назначение и особенности скоростных интерфейсов передачи и хранения информации.

3.6.Устройства преобразования, обработки, хранения информации и выработки команд управления

Технические средства обработки, хранения информации и выработки командных воздействий. Автоматические регуляторы. Модульные программируемые контроллеры. Типовые микропроцессорные установки. Программируемые логические контроллеры. Регулирующие микропроцессорные контроллеры РЕМИКОНТ-120, РЕМИКОНТ-130, ЛОМИКОНТ. Л.1, с. 185 – 218; Л.2, с. 34 –

9

41; Л3, с. 99 – 230; Л.4, с. 123 – 231; Л5, с. 44 – 50; Л.8, с. 228 – 252; Л9, с. 16 – 25.

Методические указания

Изучить принципы построения автоматических регуляторов с типовыми алгоритмами регулирования, назначение и способы реализации таких блоков, как преобразователь входной величины, усилительное устройство, блок функциональной обратной связи. При изучении темы необходимо обратить внимание на отличительные особенности цифровой реализации типовых законов управления. Рассмотреть принципы построения ремиконта как автономного устройства получения, преобразования и выдачи аналоговой и дискретной информации.

Контрольные вопросы

1.Каковы типовые законы регулирования?

2.Назначение и способы реализации автоматических регуляторов.

3.Каковы особенности цифровой реализации типовых законов управления?

4.Каковы принципы построения контроллеров РЕМИКОНТ?

5.Для чего используются программируемые логические контроллеры?

3.7. Исполнительные механизмы и устройства промышленных систем автоматики

Общие сведения. Технические средства использования командной информации и воздействия на объект управления. Исполнительные устройства, регулирующие органы. Расчет регулирующих органов. Выбор исполнительных устройств. Л.1, с. 218 – 227; Л.2, с. 38 – 40; Л.5, с. 114 – 117; Л.8, с. 259 – 265; Мартыненко И.И., Лысенко В.Ф. Проектирование систем автоматики. – М.: Агропромиздат, 1990 г.

Методические указания

Изучить классификацию исполнительных механизмов (ИМ). Особое внимание уделить электрическим ИМ. Рассмотреть позиционные ИМ, ИМ постоянной и переменной скорости. Построение сервоприводов

10