МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева» ТЕXНИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ И ПРИБОРЫ Методические указания по выполнению курсового проекта для студентов направленийподготовки бакалавров 15.03.04«Автоматизация технологических процессов и производств»и27.03.04«Управление в технических системах» очной и заочной форм обучения Красноярск 2020 2 МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева» Г.И. Чмых ТЕХНИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ И ПРИБОРЫ Утверждено редакционно-издательским советом университета в качестве методических указаний по выполнению курсового проекта для студентов направлений подготовки бакалавров 15.03.04 «Автоматизация технологических процессов и производств» и 27.03.04 «Управление в технических системах» всех обучения Красноярск 2020 3 УДК621.3 ББК Ч Рецензент: Канд. техн. наук доцент кафедры автоматизации производственных процессов Гофман П.М. (Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева) Чмых Г.И. Ч Технические измерения и приборы: методические указания по выполнению курсового проекта для студентов направлений подготовки бакалавров 15.03.04 «Автоматизация технологических процессов и производств» и 27.03.04 «Управление в технических системах»всех форм обучения/ Г.И.Чмых; СибГУ им. М. Ф. Решетнева. – Красноярск. 2020, - 48 с. Целью методических указаний к курсовому проекту является обеспечение студентов материалом для выполнения курсового проекта по дисциплине «Технические измерения и приборы». В методических указаниях приводятся сведения о задачах, структуре курсового проекта, требованиях к выполнению структурных элементов проекта, примерная тематика, варианты к выполнению расчетной части задания, необходимый дидактический и справочный материал, Методические указания могут быть использованы студентами, изучающими курсы «Технические измерения и приборы», «Автоматика и автоматизация технологических процессов» © СибГТУ им. М. Ф. Решетнева», 2020 © Г.И.Чмых 4 ОГЛАВЛЕНИЕ ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ…………………………………………………………. 1ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ……………………………………… 2 СТРУКТУРА КУРСОВОГО ПРОЕКТА……………………………………. 3 ТРЕБОВАНИЯ К СТРУКТУРНЫМ ЭЛЕМЕНТАМ ПОЯСНИТЕЛЬНОЙ ЗАПИСКИ……………………………................................................................. 4 МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ПРОЕКТИРОВАНИЮ……………….. 4.1Разработка схема автоматизации технологических процессов…… 4.2Требования к выполнению схемы автоматизации………………. 4.3 Спецификацмя оборудовыания изделий и материалов…………… 4.4 Расчет сопротивлений потенциометрической измерительной схемы………………………………………………………………………. 4.5 Расчет шкалы ротаметра……………………………………………... 4.6 Расчет контуров взаимозаменяемости с полуповодниковыми терморезисторами………………………………………………………… 5 ПОРЯДОК ПРЕДСТАВЛЕНИЯ КУРСОВОГО ПРОЕКТА……………… 6 КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ……………………………………………… БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК…………………………………..…… ПРИЛОЖЕНИЕ А Пример оформления титульного листа курсового проекта………………………………………………………………………… ПРИЛОЖЕНИЕ Б Пример оформления бланка задания на курсовой проект…………………………………………………………………………….. ПРИЛОЖЕНИЕ В Темы курсовы проектов…………………………………... ПРИЛОЖЕНИЕ Г Форма таблицы к схемам автоматизации (функциональной)………………………………………………………………… ПРИЛОЖЕНИЕ Д Основные надписи и дополнительные графы к ним…… ПРИЛОЖЕНИЕ Е К расчету шкалы ротаметра…............................................... 5 7 7 8 10 10 14 16 17 25 29 32 33 35 37 38 40 42 42 45 5 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ Учебным планом по направлениям подготовки бакалавров 150304 и 270304 по дисциплине «Технические измерения и приборы» предусмотрено выполнение курсового проекта. Курсовой проект при очной форме обучения выполняется в течение шестого семестра и должен быть представлен к защите в зачетную неделю. При заочной форме обучения курсовой проект выполняется в межсессионный период и представляется к началу зачетно-экзаменационной сессии в соответствии с учебным планом. Выполнение курсового проекта способствует формированию у обучающихся профессиональных компетенций в соответствии с федеральными государственными образовательными стандартами высшего образования по направлениям подготовки 27.03.04 «Управление в технических системах» профиля подготовки «Системы и средства автоматизации технологических процессов», 15.03.04 «Автоматизация технологических процессов и производств» профиля подготовки «Автоматизация технологических процессов и производств химической отрасли». Цель работы – систематизация, закрепление и расширение теоретических знаний и практических навыков при решении конкретных задач автоматизации производств на современном уровне достижения науки и техники. Темой проекта разработка схемы автоматизации некоторым технологическим процессом. Выполнение курсового проекта способствует более глубокому пониманию курса и получению практических навыков чтения и разработки схем автоматизации, а также выбора и расчета средств контроля и сигнализации для конкретных условий эксплуатации. Выполнение курсового проекта должно базироваться на использовании межгосударственных, государственных и отраслевых стандартов Российской Федерации и руководящих документов и способствовать приобретению компетенций, предусмотренных учебными планами: - по направлению 27.03.04: а) общепрофессиональные компетенции (ОПК): 1) способность учитывать современные тенденции развития электроники, измерительной и вычислительной техники, информационных технологий в своей профессиональной деятельности (ОПК-7); б) профессиональные компетенции (ПК): 1) способность осуществлять сбор и анализ исходных данных для расчѐта и проектирования систем и средств автоматизации и управления (ПК5); 6 2) способность производить расчѐты и проектирование отдельных блоков и устройств систем и средств автоматизации и управления и выбирать стандартные средства автоматики, измерительной и вычислительной техники для проектирования систем автоматизации и управления в соответствии с техническим заданием (ПК-6); - по направлению 15.03.04: а) общепрофессиональные компетенции (ОПК): 1) способность участвовать в разработке технической документации, связанной с профессиональной деятельностью (ОПК-5); б) профессиональные компетенции (ПК): 1)способность участвовать в разработке проектов по автоматизации производственных и технологических процессов, технических средств и систем автоматизации , контроля, диагностики, испытаний, управления процессами, жизненным циклом продукции и ее качеством, в практическом освоении и совершенствовании данных процессов, средств и систем(ПК-7); 2) способность определять номенклатуру параметров продукции и технологических процессов ее изготовления, подлежащих контролю и измерению, устанавливать оптимальные нормы точности продукции, измерений и достоверности контроля, разрабатывать локальные поверочные схемы и выполнять проверку и отладку систем и средств автоматизации технологических процессов, контроля, диагностики, испытаний, управления процессами, жизненным циклом продукции и ее качеством, а также их ремонт и выбор,; осваивать средства обеспечения автоматизации и управления (ПК-9); 3) способностью проводить эксперименты по заданным методикам с обработкой и анализом их результатов, составлять описания выполненных исследований и подготавливать данные для разработки научных обзоров и публикаций (ПК20); 4) способность составлять научные отчеты по выполненному заданию и участвовать во внедрении результатов исследований и разработок в области автоматизации технологических процессов и производств, автоматизированного управления жизненным циклом продукции и ее качеством (ПК-21); 5) способность участвовать в разработке программ учебных дисциплин и курсов на основе изучения научной, технической и научнометодической литературы, а также собственных результатов исследований, в постановке и модернизации отдельных лабораторных работ и практикумов по дисциплинам профилей направления (ПК22). 7 1 ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ 1.1 Задачи курсового проекта 1.1.1 Разработать схему автоматизации контроля и сигнализации технологического процесса (объекта автоматизации). 1.1.2 Рассчитать сопротивления принципиальной электрической схемы потенциометра, контуров взаимозаменяемости с полупроводниковыми терморезисторами (термисторами). 1.1.3 Рассчитать статическую характеристику ротаметра. 1.2 Исходные данные 1.2.1Технологическая схема процесса (объекта управления). 1.2.2 Данные для расчета измерительных преобразователей и принципиальных схем приборов. 1.2.3 Исходные данные для п. 1.1.1 выбираются в соответствии с технологическим процессом по материалам производственной практики или по литературным источникам для технологических процессов из предлагаемой тематики (Приложении В). 1.2.4 Исходные данные для расчета выбираются согласно заданному варианту. Варианты заданий приводятся в разделе 4 методических указаний (таблицы 3, 4, 5). Варианты заданий выдает руководитель 2 СТРУКТУРА КУРСОВОГО ПРОЕКТА Курсовой проект содержит текстовую часть (пояснительную записку – 30-45 листов машинописного текста формата А4 по ГОСТ 2.301–68) и графическую часть (1 лист формата А2) 2.1 Пояснительная записка Материал в пояснительной записке располагают в следующем порядке: - титульный лист; - задание на проектирование; - аннотация; - содержание; - введение; - основная часть; - заключение; - список использованных источников; - приложения. 8 2.2 Графическая часть проекта 2.2.1 Графическая часть отражает результаты разработки системы автоматизации технологического процесса (объекта автоматизации). 2.2.2 Графическая часть представляет чертеж схемы автоматизации заданного технологического процесса 3 ТРЕБОВАНИЯ К СТРУКТУРНЫМ ПОЯСНИТЕЛЬНОЙ ЗАПИСКИ ЭЛЕМЕНТАМ 3.1 Титульный лист Титульный лист является первым листом пояснительной записки и выполняется в соответствии с ГОСТ 2.105-95 и СТО 7.5.04-2019 «Система менеджмента качества. Общие требования к построению изложения и оформлению работ обучающихся». Форма титульного листа приведена в Приложении А. 3.2 Задание Задание на проектирование представляется в форме, приведенной в Приложении Б. 3.3 Аннотация 3.3.1 Аннотация представляет краткие сведения, позволяющие быстро составить предварительное представление о выполненной работе. 3.3.2 В начале аннотации приводятся ключевые слова (5-10 слов или словосочетаний), характеризующие содержание работы. 3.3.2 В конце аннотации указывают объем графической части и пояснительной записки – количество листов с указанием формата, иллюстраций, таблиц, использованных источников. 3.3.3 На листе аннотации помещают основную надпись для первых листов текстовых документов по ГОСТ Р 21.1101 (Форма 5). 3.4 Содержание 3.4.1 Содержание оформляют после того, как работа над текстовым документом закончена. 3.4.2 Содержание включает наименование всех структурных элементов пояснительной записки и перечень приложений с указанием номеров страниц, на которых размещены их заголовки. 3.4.3 Заголовки структурных элементов, разделов и подразделов в содержании должны полностью соответствовать заголовкам в тексте. 9 3.4.4 Номера и заголовки подразделов начинают с абзацного отступа, равного двум - трем знакам относительно номеров разделов. 3.4.5Последнее слово каждого заголовка соединяют отточием с соответствующим ему номером страницы. З.5 Введение Во введении приводятся обоснование важности и актуальности темы, краткая характеристика задач проекта, используемых методов расчета, перечень задач проекта, выполненных на ЭВМ. 3.6 Основная часть Основная часть содержит разделы: З.6.1 Разработка схемы автоматизации технологическим процессом - Описание технологического процесса и характеристика объекта автоматизации. - Выбор параметров контроля, регулирования и сигнализации. - Обоснование структуры системы контроля и управления объектом. - Обоснование выбора технических средств измерения и сигнализации - Описание схемы автоматизации. - Спецификация оборудования, изделий и материалов 3.6.2 Расчет измерительных схем приборов контроля и измерительных преобразователей - Расчет измерительной схемы потенциометра. - Расчет шкалы ротаметра; - Расчет контуров взаимозаменяемости с полупроводниковыми терморезисторами. 3.7 Заключение Заключение должно содержать выводы, сделанные на основании выполненной работы. В нем дается оценка полученных результатов. 3.8 Список использованных источников Список использованных источников должен содержать перечень источников, ссылка на которые имеется в тексте. Сведения об источниках необходимо давать в соответствии с ГОСТ Р 7.0.100 – 2018. 10 4 МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ПРОЕКТИРОВАНИЮ 4.1 Разработка схемы автоматизации технологическим процессом 4.1.1 Характеристика технологического объекта управления При описании технологического процесса необходимо указать а) состав объекта автоматизации (основное и вспомогательное оборудование со встроенными в него запорными и регулирующими органами); б) основные характеристики оборудования; в) функциональные связи между оборудованием; г) физические и химические процессы, протекающие в агрегатах объекта автоматизации; д) характеристики выходной продукции, входного сырья, потребляемых материалов; з) сведения об условиях эксплуатации. 4.1.2 Выбор параметров контроля, регулирования и сигнализации Технологические параметры, характеризующие режимы работы, их номинальные значения и допустимые отклонения (таблица 1); Таблица 1 – Параметры технологического процесса Наименование оборудования сушильная камера трубопровод подачи греющего агента в калорифер Наименование параметра температура Среда сушильный агент (паровоздушная смесь) психрометрическая сушильный разность агент температура пар давление пар расход пар Номинальное Допустимые значение отклонения параметра 80-100 ОС ±2 ОС 7-15 ОС ±0,5 ОС 140 ОС 0,4МПа 0,15кг/с ±2 ОС ±0,005 МПа ±0,001кг/с 4.1.3 Обоснование структуры контроля и управления объектом При разработке проекта автоматизации в первую очередь необходимо решить, с каких мест те или иные участки объекта будут управляться, где будут размещаться пункты управления, операторские помещения и какая будет взаимосвязь между ними, т.е. необходимо решить вопросы выбора структуры управления объектом автоматизации. Структуру выбирают в зависимости от сложности объекта и выполняемых системой функций: одноуровневую централизованную, одноуровневую децентрализованную или многоуровневую (ф). В первом случае управление осуществляется с одного пункта управления, во втором – 11 отдельные части сложного объекта управляются из самостоятельных пунктов управления. Большинство из промышленных объектов в настоящее время представляют собой сложные комплексы, отдельные части которых расположены на значительном расстоянии друг от друга. В этом случае целесообразно применять многоуровневые системы, технической базой которых, кроме систем автоматического контроля и регулирования, являются ЭВМ. Такие системы называются автоматизированными системами управления АСУТП. Для автоматизированного (автоматического и с участием оперативного персонала) управления технологическими процессами во всех режимах работы объекта система должна обеспечивать выполнение большого числа информационных, управляющих и вспомогательных функций. К информационным функциям относятся: а) контроль данных, характеризующих текущее состояние оборудования; б) анализ ретроспективы уровней и отклонений регулируемых параметров режима на задаваемых отрезках времени; в) информация о появлении дефектов оборудования в зоне ответственности оперативного персонала и прогноз их развития; г) информация об отклонении контролируемых параметров режима от нормы и технологических ограничениях, препятствующих реализации заданных режимов работы объекта в целом или отдельных технологических установок; д) предупредительная и аварийная сигнализация; ж) сигнализации о срабатывания противоаварийной автоматики; з) регистрация и хранение обобщенной информации о характерных нестационарных режимах технологических и электрических установок. К управляющим функциям, выполняемым автоматически, относятся: а) автоматическое регулирование или автоматическое непрерывное управление, задачей которого является организация непрерывного воздействия на объект с целью поддержания заданных значений технологических параметров или изменения их по требуемому закону; б) логическое (дискретное) управление, предназначенное для автоматического выполнения дискретных операций типа "открыть/закрыть", "включить/выключить", в соответствии с алгоритмами логических преобразований: пошагового управления, блокировок, АВР; в) технологические защиты, предназначенные для автоматического выполнения дискретных операций по управлению технологическим и электрическим оборудованием в аварийных ситуациях с целью защиты персонала и предотвращения развития аварий и, связанных с этим, повреждением оборудования. 12 К управляющим функциям, выполняемым оперативным персоналом с использованием средств АСУ ТП (дистанционное управление) относятся: а) выполнение операций по управлению исполнительными органами, коммутационными аппаратами и т. д.; б) перевод на ручное управление при отказе функций автоматического управления; в) резервирование функций, выполняемых автоматически, при отказах на любых уровнях иерархии управления; г) оптимизация статических и динамических режимов работы оборудования путем изменения заданных значений регулируемых параметров или другой коррекции алгоритмов автоматического управления. Таблица 2 – Информационные и управляющие функции системы Наименование Наименование Информационные и управляющие функции системы оборудования параметра Контроль Регулирование, показание регистрация сигнализация управление сушильная температура + + + камера сушильного агента влажность + + + сушильного агента трубопровод расход пара + + + подачи пара давление пара + + температура + + + пара Сведения об управляющих и информационных функциях системы рекомендуется оформить в виде таблицы, пример которой приведен ниже. На основании анализа управляющих и информационных функций разрабатываемой системы определяется структура системы, определяются пункты контроля и управления. 4.1.4 Обоснование выбора технических средств измерения и сигнализации В этом пункте для каждого контура контроля и регулирования необходимо пояснить, на каком основании выбраны технические средства. При этом необходимо учитывать следующие требования: - технологические; - системные; - экономические; - монтажно-эксплуатационные и др. Технологические требования зависят от характеристики объекта автоматизации и определяются: 13 - по виду измеряемого параметра (приборы температуры, давления, расхода, уровня и т.д.); - по величине параметра (диапазон шкалы прибора, верхний предел); - по характеру измеряемой среды (жидкость, газ, твердое вещество, кусковые, сыпучие однородные и компонентные массы, нормальная и высоко- или низкотемпературная, вязкая, эмульсия, агрессивная, взрывопожароопасная); - по характеру окружающей среды - внешние воздействующие факторы (механические - ударно-вибрационные, климатические, биологические, радиационные, электромагнитные и др.); по конструктивным характеристикам технологического оборудования, трубопроводов (высота, длина, ширина, глубина, диаметр, толщина стенок, материал, наличие движущихся частей, скорость движения или вращения); - по месту установки прибора или отборного устройства; - по размещению объекта (расстояние от мест установки датчиков, преобразователей и исполнительных механизмов до пунктов контроля и управления с учетом прокладки импульсных и командных линий). Системные требования зависят от: - серийности выпуска современных отечественных и импортных технических средств; - степени функционального развития (многофункциональность и модификация, комплектность поставки); - вида потребляемой энергии (электрические, пневматические, комбинированные); - надежности (средняя наработка на отказ, ресурс, гарантийный срок); - унификации входных и выходных сигналов (по току, напряжению); - энергетических параметров (напряжение и частота питающей сети, сопротивление нагрузки, потребляемая мощность); - взаимозаменяемости составных частей (блочно-модульный принцип построения, быстродействие; - метрологических характеристик (класс точности, предел допускаемой основной погрешности, номинальная статическая характеристика); Экономические требования определяются стоимостной категорией и оптимальными соотношениями ―цена/качество‖, ―цена/параметры‖, ―цена/производительность‖, затраты на монтаж и др. Монтажно-эксплуатационные требования определяют: - особенности установки на объекте, технологическом трубопроводе, в непосредственной близости от технологического оборудования, на панели; - габаритные размеры монтажной части (зоны); 14 - удобство монтажа, эксплуатации и ремонта. Комплекс технических средств по своему составу, функциональным и техническим возможностям должен быть достаточным для реализации поставленных задач. Выбирая технические средства, необходимо ориентироваться на новейшие, отечественные и импортные, удовлетворяющие наибольшему количеству вышеперечисленных требований. 4.1.5 Пояснения к графической части должны содержать сведения, не имеющиеся на схеме, например, - описание контуров контроля и управления; -особенности выбора мест расположения отборных и исполнительных устройств, датчиков, преобразователей, вторичных приборов, УВК; - перечень стандартов и нормативных документов, использованных при изображении. 4.2 Требования к выполнению схемы автоматизации 4.2.1 Схему автоматизации в проекте выполняют развернутым способом, при котором на схеме показывают как объект автоматизации, так и состав комплекса технических средств каждого контура контроля и регулирования. Содержание схемы должно соответствовать требованиям ГОСТ 21.408-2013, РД 50-34.698. При выполнении схемы автоматизации нужно учитывать требования ГОСТ 21.208-2013, СТО 7.5.04-2019 «Система менеджмента качества. Общие требования к построению, изложению и оформлению работ обучающихся». 4.2.2. На схеме автоматизации показывают: - технологическое оборудование и коммуникации (трубопроводы, газоход,воздуховоды) автоматизируемого объекта; - комплексы технических средств, включающие приборы и средства автоматизации или контуры контроля, регулирования и управления; - щиты и пульты, агрегатированные комплексы, электронные вычислительные машины (ЭВМ); - линии связи между отдельными элементами приборных комплексов, а также линии связи датчиков, преобразователей, исполнительных механизмов с вычислительными машинами, в том числе линии беспроводной связи; таблицу условных обозначений, не предусмотренных действующими стандартами (Приложение Г); - необходимые пояснения к схеме; - основную надпись и дополнительные графы (Приложение Д). 4.2.3 Технологическое оборудование при развернутом способе выполнения схемы автоматизации изображают в верхней части схемы 15 Технологическое оборудование изображают на схеме автоматизации упрощенно, с соблюдением требований следующих стандартов: ГОСТ 2.780, ГОСТ 2.782, ГОСТ 2.788, ГОСТ 2.789, ГОСТ 2.790, ГОСТ 2.791, ГОСТ 2.792, ГОСТ 2.793, ГОСТ 2.794, ГОСТ 2.795. Трубопроводную запорную арматуру в системах автоматизации (не регулирующую) изображают по ГОСТ 2.785. На линиях трубопроводов наносят стрелки по ГОСТ 2.721, указывающие направление потока вещества. В месте обрыва трубопровода ставят стрелку и дают пояснение. Например: ―От насосов‖ или ―К фильтру‖. Обозначение технологических трубопроводов в зависимости от протекающих в них сред – по ГОСТ 14202. 4.2.4 Приборы и средства автоматизации показывают в соответствии с их местом расположения (на оборудовании, пультах, щитах) условными обозначениями по ГОСТ 21.208-2013. Графические условные обозначения электроаппаратуры, а именно: звонков, сирен, гудков принимают по ГОСТ 2.741, сигнальные лампы (табло) – по ГОСТ 2.732. Приборы и средства автоматизации, встраиваемые в технологические трубопроводы, изображают на схеме непосредственно в разрыве трубопроводов (сужающие устройства, ротаметры, счетчики, датчики индукционных расходомеров, регулирующие и запорные органы), а устанавливаемые на технологическом оборудовании рядом с соответствующим оборудованием. Остальные технические средства автоматизации показывают условными графическими изображениями в прямоугольниках, расположенных в нижней части схемы. Каждому прямоугольнику присваивают заголовки, в соответствии с показанными в них техническими средствами. Первым располагают прямоугольник, в котором показывают приборы, конструктивно не связанные с технологическим оборудованием, с заголовком «Приборы местные», ниже прямоугольники, обозначающие щиты и пульты, а также комплексы технических, если они есть в системе, например, щит контроллеров и др. 4.2.5 Буквенные обозначения измеряемых величин и функциональных признаков приборов указывают в верхней части условного графического обозначения по ГОСТ 21.208-2013. Буквенные обозначения измеряемых величин и функциональных признаков приборов, не обусловленных ГОСТ 21.208-2013, должны сопровождаться необходимыми пояснениями на схеме. 4.2.6 Всем приборам, средствам автоматизации и электроаппаратуре, изображенным на схеме, присваивают позиции, которые указывают в нижней части условного графического изображения технического средства автоматизации. Позиция состоит из цифрового обозначения 16 соответствующего контура и буквенного обозначения каждого элемента, входящего в контур (в зависимости от последовательности прохождения сигнала). Позиции проставляют арабскими цифрами (каждому контуру) и буквенными индексами – строчными буквами русского алфавита (отдельным элементам, входящим в контур), например: 1а, 1б и т.д. Отдельным местным приборам, не входящим в комплекты (показывающим термометрам, манометрам и т.п.), присваиваются позиции, состоящие только из порядкового номера. Электроаппаратуре, изображенной на схемах автоматизации, присваивают буквенно-цифровые обозначения, принятые в соответствии с ГОСТ 2.710 (следует использовать двухбуквенный код обозначений, например: HL1, SB1, KM1). 4.2.6 Линии связи между приборами и средствами автоматизации на схеме изображают однолинейно сплошными линиями по ГОСТ 2.303 и подводят к символу прибора в любой точке условного графического обозначения. Для сложных объектов с большим количеством применяемых приборов и средств автоматизации, когда изображение непрерывных линий связи затрудняет чтение схемы, допускается их разрывать. Оба конца линий связи в местах разрыва нумеруют одной и той же арабской цифрой. На участках линий связи со стороны приборов, изображенных в прямоугольнике ―Приборы местные‖, слева указывают предельные рабочие значения измеряемых или регулируемых величин по ГОСТ 8-417. Для приборов, встраиваемых непосредственно в технологическое оборудование или трубопроводы и не имеющих линий связи с другими приборами, предельное значение величин указывают возле обозначений приборов. Толщину линий на схеме автоматизации выбирают на основании ГОСТ 2.303. Рекомендуется использовать линии следующей толщины: 1) контурные линии (для агрегатов, установок, технологических аппаратов) – от 0,2 до 0,6 мм; 2) линии трубопроводов – от 0,8 до 1,0 мм; 3) линии приборов и средств автоматизации – от 0,5 до 0,6 мм; 4) импульсные и командные линии – от 0,3 до 0,5 мм; 5) прямоугольников, изображающих щиты, пульты, агрегатированные комплексы и т.п. – от 0,5 до 0,6 мм; 6) линии выносок – от 0,2 до 0,3 мм. 4.3 Спецификация оборудования, изделий и материалов Спецификация оборудования, изделий и материалов выполняют по ГОСТ 21.110-95 после оформления схемы автоматизации и присвоения 17 позиций всем средствам контроля и управления, изображенным на схеме.Приборы рекомендуется записывать по параметрическим группам (приборы давления, температуры, расхода и т.д.). Спецификацию оформляют в виде приложения. На первом листе спецификации помещают основную надпись для текстовых документов по ГОСТ Р21.1101 (форма 5), на последующих листах – по ГОСТ Р21.1101 (форма 6) (Приложение Д). 4.4 Расчет сопротивлений измерительной схемы потенциометра 4.4.1 Общие сведения Для измерения температуры в комплекте термоэлектрическими преобразователями (ТЭП) применяются милливольтметры, потенциометры, и нормирующие измерительные преобразователи. Выпускаемые промышленностью автоматические потенциометры, различаясь конструктивным исполнением, имеют практически одну и ту же типовую измерительную схему (рисунок 1). Рисунок 1– Принципиальная электрическая схема автоматического потенциометра При решении задач автоматического контроля и регулирования на практике бывает необходимым для конкретного объекта изменить стандартные пределы измерения температуры на заданный диапазон или использовать другой тип термопары. 18 В принципиальной схеме приняты обозначения: E (t,t0) – ТЭДС термопары, t–измеряемая температура, t0 – расчетное значение температуры свободных концов термопары, А1, В1 – удлинительные провода; ИПС – стабилизированный источник питания; Rн.р. нормированное сопротивление реохорда; R’п- резистор для установки диапазона измерения; R’н- резистор для установки начального значения шкалы ; rн и rп– подгоночные резисторы; λ – нерабочие участки реохорда; Rб – балансный резистор; Rk - контрольный резистор; RМ - медное сопротивление; R’1 и R”1- резисторы в цепи источника питания для ограничения и регулирования рабочего тока; НИ – нуль-индикатор (устройство, с помощью которого фиксируется нуль – отсутствие разности потенциалов между точками а и с схемы). 4.4.2 Исходные данные: - тип термоэлектрического преобразователя (термопары); - диапазон шкалы (значения температуры начала и конца шкалы tH и tK); - расчетное и возможное значения температуры свободных концов термопары; - нормированное значение сопротивления реохорда. 4.4.3 Для заданных начального tH и конечного tK значений температуры термоэлектрического преобразователя необходимо рассчитать сопротивления измерительной схемы потенциометра. Варианты задания приведены в таблице 3. В таблице 4 приведены номинальные значения параметров потенциометра, применяемых при расчете для всех вариантов. 4.4.4 Описание принципиальной схемы В основу работы потенциометров положен компенсационный метод измерения, основанный на уравновешивании измеряемой ЭДС E (t,t0) известным падением напряжения, создаваемым током от дополнительного источника. Компенсационный метод характеризуется высокой точностью измерения. В автоматических потенциометрах для формирования компенсирующего напряжения используется мостовая измерительная схема, обеспечивающая высокую точность и чувствительность прибора и позволяющая автоматически вводить поправку на изменение температуры свободных концов ТЭП, а также легко изменять пределы измерения и градуировку шкалы прибора. Термоэлектрический преобразователь АВ подключается к прибору с помощью удлинительных проводов А1и В1. 19 Таблица 3– Варианты заданий для расчета измерительной схемы потенциометра Расчетное Возможное Нормированное значение значение значение температуры температуры сопротивления Диапазон Номер Тип ТЭП о свободных реохорда свободных варианта шкалы, С концов ТЭП концов ТЭП , оС , оС 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 ТПП (R) ТПП (R) ТПП (R) ТПП (S) ТПП (S) ТПП (S) ТПП (B) ТПП (B) ТПП (B) ТЖК(J) ТЖК(J) ТЖК(J) ТМК(T) ТМК(T) ТМК(T) ТХК(Е) ТХК(Е) ТХК(Е) ТХА(К) ТХА(К) ТХА(К) ТНН(N) ТНН(N) ТНН(N) ТХК(L) ТХК(L) ТХК(L) ТМК(M) ТМК(M) ТМК(M) ТВР(А-1) ТВР(А-1) ТВР(А-1) ТВР(А-2) ТВР(А-2) ТВР(А-2) ТВР(А-3) ТВР(А-3) ТВР(А-3) ТМК(M) 200 – 1000 0 -1500 0-1000 -50 -100 100-600 0-1000 0-1500 0-500 200-800 -100-500 200-1000 0-500 0-400 -200-0 -100-100 0-500 200-800 -100-200 0-200 200-600 0-150 0-1000 -200-0 100—600 0-300 -50-250 0-500 -200-0 0-100 -100-100 1000-2500 500-2000 0-1000 500-1500 0-500 100-1000 1000-1800 500-1000 1000-2000 0-100 20 30 20 20 20 30 30 30 30 20 20 20 20 20 30 30 30 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 30 30 30 30 30 30 30 20 20 20 30 20 20 50 35 40 45 40 40 45 35 40 30 35 40 45 50 35 40 45 35 40 45 50 15 35 40 45 10 35 40 45 35 40 45 35 40 30 35 40 40 35 45 90 100 90 90 90 100 100 100 100 90 90 90 90 90 100 100 100 90 90 90 90 90 90 90 90 90 90 100 100 100 100 100 100 100 90 90 90 100 90 90 20 Для питания схемы используется источник стабилизированного питания ИПС, в котором напряжение переменного тока 6,3 В выпрямляется и стабилизируется в выходное напряжение постоянного тока 5 В при нагрузке 1000 Ом и токе нагрузки 5 мА. Напряжение между точками c и d при этом равно 1019 мВ. Реохорд автоматического потенциометра – переменный калиброванный резистор. Основные элементы реохорда – рабочая спираль и токоотвод То. Нормированное сопротивление реохорда представляет параллельное соединение реохорда и – шунта для подгонки сопротивления реохорда до заданного нормированного значения = . (1) Нормированное значение реохорда для выпускаемых автоматических потенциометров равно 90±0,1 Ом или 100±0,1 Ом. Для изменения диапазона измерения параллельно включается сопротивление , при этом общее сопротивление реохордной группы (приведенное сопротивление реохорда) равно = ; , (2) где – подгоночный резистор, устанавливаемый для удобства градуировки прибора. Назначение резисторов измерительной схемы: резистор предназначен для установки диапазона измерения и определяется в соответствии с формулой (2); резистор служит для установки начального значения шкалы прибора; его значение определяется выражением + , где - подгоночный резистор – балластный резистор для установки при различных градуировках определенного значения сопротивления верхней ветви измерительной схемы bad, а следовательно, и значения рабочего тока I1=3 мА; – предназначен для контроля рабочего тока I2=2 мА при поверке и градуировке прибора; – вспомогательный резистор из медной проволоки для автоматического введения поправки на изменение температуры свободных концов ТЭП. Сопротивления подгоночных резисторов и принимаются равными 0,5-0,7 Ом. Обозначения параметров, принятых при расчете – температура начала шкалы; 21 температура конца шкалы расчетное значение температуры свободных концов ТЭП; возможное значение температуры свободных концов ТЭП; – значение ТЭДС термопары при температуре рабочего конца и температуре свободных концов , что соответствует начальному значению шкалы; – значение ТЭДС термопары при температуре рабочего конца и температуре свободных концов , что соответствует конечному значению шкалы; = – диапазон измерений прибора. Номинальные значения параметров принципиальной схемы потенциометра: и оминальные значения силы токов в верхней и нижней ветвях измерительной схемы, соответственно, при расчетном значении сопротивления и нормальной температуре окружающего воздуха; = + силы тока в цепи источника питания; – выходное напряжение ИПС при заданной нагрузке ; – номинальное значение падения напряжения на резисторе при нормальной температуре окружающего воздуха. 4.4.4 Порядок выполнения 1) Пользуясь номинальными статическими характеристиками (НСХ) термопар (ГОСТ Р 8.585 – 2001), определить значения термоэлектродвижущей силы (ТЭДС) для начала и конца шкалы , , соответственно; значение ТЭДС при температуре t, равной расчетному значению температуры свободных концов, и температуре свободных концов, равной 0оС, значение ТЭДС при температуре t, равной возможному значению температуры свободных концов, и температуре свободных концов, равной 0оС. Номинальные статические характеристики термопар представляют значения ТЭДС термопар в зависимости от температуры их рабочих концов при постоянной температуре свободных концов, равной 0оС. В расчете температура свободного конца отлична от нуля. Значения ТЭДС при этом определяются по формулам (3) (4) – значение ТЭДС при температуре, равной расчетному значению температуры свободных концов, и температуре свободного конца, равной 0оС. 22 Диапазон измерений прибора определяется выражением ( ) . (5) 2) Исходные данные записать в таблицу 4. В таблице указать данные в соответствии с вариантом задания и номинальные значения параметров потенциометра, применяемых при расчете для всех вариантов. Таблица 4– Исходные данные для расчета измерительной схемы потенциометра Наименование параметра Обозначение Значение 0 Шкала прибора, C Обозначение термоэлектрического преобразователя ТХА(К) (тип термопары) Расчетное значение температуры свободных концов 20 0 термометра, C Возможное значение температуры свободных 40 0 концов термометра, C ТЭДС, соответствующая начальному значению шкалы, мВ ТЭДС, соответствующая конечному значению шкалы, мВ Диапазон измерений, мВ Нормированное значение сопротивления реохорда, 90 Rн.р Ом Нерабочие участки реохорда 0,025 (2λ = 0,05) λ Нормированное номинальное значение падения 1019 напряжения на резисторе RK, мВ Выходное напряжение ИПС, мВ 5 Номинальное значение силы тока в цепи ИПС, мА I0, 5 Сопротивление нагрузки ИПС, Ом 1000 Номинальное значение силы тока в верхней ветви I1 3 измерительной схемы прибора, мА Номинальное значение силы тока в нижней ветви 2 измерительной схемы прибора, мА Температурный коэффициент электрического α 4,25·10-3 сопротивления меди, К-1 3) Используя формулу (2) для определения Rпр и выражение для диапазона измерений (4) ( ) = (4) 23 получим выражение для определения сопротивления резистора (5) где λ – нерабочие участки реохорда (рисунок 1). 4) Определяем приведенное сопротивление реохорда Rпр по выражению (2). 5) Проверяем правильность расчета сопротивления Rпр . (6) 3) Сопротивления контрольного резистора поскольку при номинальном значении тока падение напряжения на нем должно быть равным . 6) Расчет сопротивлений резисторов Rн и Rб выполняется на основе законов Кирхгофа. Если измерительная схема потенциометра при термоЭДС , соответствующей начальному значению шкалы, уравновешена, т.е. ток в цепи термопары равен нулю, то будем иметь для контура сbaABHИс (рисунок 1) (8) для контура сdaABHИс (9) 4) Пользуясь уравнениями (8), (9), определим Rб и Rн , . (10) (11) 7) При выводе формулы для определения значения сопротивления резистора RМ учитывается его изменение при изменении температуры 24 свободных концов до значения значении температуры t ( и выражение (8) при произвольном ) (12) 8) Сопротивление резистора RМ ( ( ) ( ) ) )=E(tcp,t0)= ( ) ( ) . (13) (14) 9) Сопротивление резисторов в цепи источника питания R1=R’1+R” (15) где - сопротивление измерительной схемы относительно точек b и d при температуре свободных концов термопары t0. 10) Следует иметь в виду, что при расчете RМ по формуле (13) для всех значений )≠E(tcp,t0) в пределах диапазона измерений возможно изменение показаний прибора за счет не полной компенсации изменения ЭДС, вызванного изменением температуры свободных концов. Оценить изменения показаний потенциометра для конечного значения шкалы при изменении температуры свободных концов термометра от t0 = 20 °С до t’0,°С можно по формуле ( ) . (15) 11) Проверка правильности расчета сопротивлений резисторов измерительной схемы потенциометра: (16) 12) Из выражения (15) следует, что изменение показаний прибора прямо пропорционально разности 25 4.5 Расчет шкалы ротаметра 4.5.1 Общие сведения Ротаметр относится к расходомерам обтекания, называемых также расходомерами постоянного перепада давлений. В ротаметрах в качестве измерительной части применяется вертикальная коническая трубка с помещенным в нее поплавком, по которой снизу вверх проходит измеряемый поток. В отличие от расходомеров переменного перепададавлений, в которых мерой расхода является перепад давлений на сужающем устройстве, имеющем постоянную площадь сечения, в ротаметрах изменение расхода вызывает перемещение поплавка на некоторую высоту и изменение площади кольцевого зазора между стенками конической трубки и поплавком, телом обтекания, т.е.площади отверстия сужающего устройства. При постоянном весе поплавка перепад давлений до и после поплавка остается постоянным. Для местных измерений применяются ротаметры со стеклянной трубкой, на которой наносятся деления (рисунок 2). Для дистанционного измерения применяются ротаметры с электрической дистанционной передачей. 4.5.2 Задание к расчету Рассчитать условную шкалу ротаметра на 100 делений для измерения расхода жидкости или газа. Варианты заданий приведены в таблице 4. В основу метода расчета шкалы положена теория подобия, с помощью которой устанавливаются соотношения между группами безразмерных критериев и параметрами устройства. Рисунок 2 – Трубка ротаметра (а), поплавок ротаметра (б) 26 Таблица 5 – Варианты задания к расчету ротаметра Вариант Вещество 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 азот аргон аммиак углекислый газ водород воздух сероводород метан ацетилен метиловый спирт хлор этан окись углерода кислород вода этанол этанол анилин ацетон азотная кислота вода бромбензол толуол двуокись углерода ацетон ацетилен этиловый спирт (96%) нитробензол анилин метиловый спирт Вес поплавка, Н 0,0158 0,0158 0,0158 0,0235 0,0158 0,0158 0,0235 0,0158 0,0158 0,0235 0,0235 0,0158 0,0235 0,0158 0,0235 0,0235 0,0361 0,0235 0,0235 0,0361 0,0361 0,0361 0,0361 0,0361 0,0235 0,0235 0,0235 0,0361 0,0361 0,0361 Температура, оС 25 40 30 25 50 30 20 30 30 50 40 50 40 20 20 50 20 40 50 25 50 25 30 30 50 25 30 20 25 25 4.5.3 Исходные данные для расчета: - трубка ротаметра имеет конусность К = 0,01 и длину шкалы l = 0,25 м; - диаметр трубки в месте нулевого деления шкалы D0=0,0171, м; - объѐм поплавка V = 3,075*10-6 м3 (материал сталь Х18719Т); - диаметр миделя поплавка d= 0,0164 м; - шкала имеет 11 оцифрованных делений, расстояния от нулевого деления равны: l0 = 0,l1= 0,025 м,l2= 0,050 м, ,,,; l10= 0,25 м; - вещество (в соответствии с заданным вариантом (таблица 5)); - температура среды (в соответствии с заданным вариантом). 4.5.4Порядок выполнения 1) Определить физические свойства вещества, необходимые для расчета 27 - динамическая вязкость вещества µ, Па*с, - плотность вещества ρ, кг/м3, - кинематическая вязкость вещества v = µ / ρ, м2/с. 2) Определить диаметр трубки D10 - диаметр 100% отметки (рисунок 2а) в месте деления шкалы для максимального расхода Q по формуле: D10 = D0 + Кl10. (17) 3) Определить высоту поднятия поплавка над сечением трубки, диаметр которого равен диаметру миделя поплавка d: где h0 –расстояние от нулевого сечения диаметром D0 до сечения диаметром d (высота нулевой отметки). 4) Определить высоту поднятия поплавка для всех оцифрованных отметок hi = h0 + li; (19) li = Δl * i; где i = 1, 2,3, … , 10; Δl=0,025 м. 5) Вычислить безразмерные параметры ai для оцифрованных отметок шкалы ai = hi/d: a0, a1, … , a10 (значения округлять до двух значащих цифр после запятой). 6) Определить вес поплавка в измеряемой среде: G= G0 – Vρg, (20) где V – объм поплавка, м3, ρ – плотность вещества, кг/м3, g=9,81, м/с2 – ускорение свободного падения. 7) Определить значение безразмерной величины v2ρ/G и еѐ десятичный логарифм. Значение lg(v2ρ/G) должно находиться в пределах от - 9,5 до - 4,5. 8) Определить значения безразмерной величины lg(Q/υd) для всех оцифрованных отметок, где Q– объѐмный расход. Для этого используют номограммы (рисунки Е1-Е5 Приложения Е), представляющие зависимость величины lg(Q/υd) от lg(v2ρ/G) при определенных значениях параметра а=h/d (4,5, . . . , 19), которые указываются справа от линий. Расчетные значения ai чаще не совпадают со значениями, указанными на номограммах. Поэтому при определении lg(Q/υd) для 28 промежуточных значений ai, отсутствующих на графике, применяют приближенную формулу нелинейной интерполяции: где х – расстояние от искомой точки до нижней кривой; m= h/d– значение а для нижней кривой от искомой точки; n= h/d– значение а для верхней кривой от искомой точки. b– расстояние между нижней и верхней кривыми. Пример определения значения х для a0 приведен в приложении Е. 9) Определить расход в л/ч для всех оцифрованных точек шкалы ротаметра. 10) Все полученные данные свести в таблицу 6. Таблица 6– Расчетные данные li ai=hi/d А 0 4,27 0,29 lg(v2ρ/G) lg(Q/υd) 3,35 Q/υd υd, м3/с 2238,721 Q, м3/с Q,л/ч 79358,76 22044,1 0,025 0,05 0,075 0,28208 * 10-6 - 8,7 … 0,225 0,25 - 11) Построить график зависимости расхода Q, л/час от высоты поднятия поплавка li, через каждые 10% шкалы (или делений шкалы, %). 12) Выполнить чертеж трубки ротаметра в масштабе. Чертеж оформить на листе формата А4, учитывая требования выполнения графической части. 29 4.6 Расчет контуров взаимозаменяемости с полупроводниковыми терморезисторами 4.6.1 Общие сведения Простота устройства, высокий температурный коэффициент, малые размеры, широкий диапазон омических сопротивлений являются ценными качествами, способствующими применению полупроводниковых терморезисторов (термисторов) в практике технологических измерений. Однако наряду с указанными достоинствами они обладают и рядом недостатков, в частности, ограниченным пределом измерения температуры, разбросом характеристик однотипных преобразователей и т.п, что во многих случаях затрудняет их применение. Статическая характеристика терморезистора Rт(Т)=Аexp( ) , (22) где А и В – постоянные коэффициенты, определяемые свойствами полупроводниковой массы, геометрией терморезистора и т.п.; Т - абсолютная температура, К; е – основание натуральных логарифмов; Нелинейную температурную характеристику терморезистора можно изменить в необходимом направлении с помощью параллельно и последовательно включенных сопротивлений, независимых от температуры. Это позволяет получить цепи или контуры взаимозаменяемости с небольшим разбросом характеристик для терморезисторов, существенно отличающихся друг от друга по своим номиналам. 4.6.2 Задание к расчету Необходимо рассчитать сопротивления контуров взаимозаменяемости для двух терморезисторов (термисторов). Расчетная схема состоит из параллельно соединенных термистора RТ и резистора Rш, последовательно с которыми включен резистор RД (рисунок 3). Рисунок 3 – Схема контура взаимозаменяемости 30 Данные для расчета приведены в таблице 7, где для каждого варианта указаны: 1) полные сопротивления контуров Rʹ1=Rʹ2=Rʹ при tʹ=20 0C; Rʺ1=Rʺ2=Rʺ при tʺ=100 0C; 2) коэффициентов А1 и В1 для первого термистора; А2 и В2 – для второго. Таблица 7- Варианты заданий к расчету контуров взаимозаменяемости с полупроводниковыми терморезисторами Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 Rʹ,Oм Rʺ,Ом А1, Ом В1, К А2, Ом В2, К 700 700 700 700 720 720 720 720 740 740 740 740 760 760 760 760 780 780 780 780 800 800 800 800 820 820 820 820 840 840 840 840 620 600 580 560 640 620 600 580 660 640 620 600 680 660 640 620 700 680 660 640 720 700 680 660 740 720 700 680 760 740 720 700 1,01 1,12 1,13 1,14 1,15 1,16 1,17 1,18 1,19 1,20 1,21 1,22 1,23 1,24 1,25 1,26 1,27 1,28 1,29 1,30 1,31 1,32 1,33 1,34 1,35 1,36 1,37 1,38 1,39 1,40 1,39 1,38 1720 1730 1740 1750 1760 1770 1780 1790 1800 1810 1820 1830 1840 1850 1860 1870 1880 1890 1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020 2030 1,20 1,21 1,22 1,23 1,24 1,25 1,26 1,27 1,28 1,29 1,30 1,31 1,32 1,33 1,34 1,35 1,36 1,37 1,38 1,39 1,40 1,41 1,42 1,43 1,44 1,45 1,46 1,47 1,48 1,49 1,50 1,49 1700 1710 1720 1730 1740 1750 1760 1770 1780 1790 1800 1810 1820 1830 1840 1850 1860 1870 1880 1890 1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 31 В пределах измерения температуры от tʹ до tʺ необходимо выполнить условие взаимозаменяемости: R1=f1(T), R2=f2(T), f1(T)= f2(T)=R(Т), где R1, R2 – полные сопротивления контуров с различными терморезисторами. 3) Формулы для расчета резисторов Rш1 и Rд1 контура с терморезистором Rт1 находят, исходя из системы уравнений: где Rʹ и Rʺ- заданные сопротивления контуров; и - сопротивления терморезистора на границах температурного интервала, т.е. при 20 и 100 0С. Решая систему уравнений (23), (34), получим √ √ [ где ] , - (27) 4.5.5 Порядок выполнения 1) Рассчитать температурную зависимость RТ=f(Т) для терморезисторов при значениях температуры 20, 40, 60, 80 и 100 0С по уравнению (22). Результаты записать в таблицу. Таблица 8 - Температурная зависимость терморезисторов Терморезистор 1 (RT1) Терморезистор 2(RT2) Температура, Сопротивление, Температура, Сопротивление, К Ом К Ом 293,15 507,199 293,15 509,847 32 3) Используя формулы (25), (26), рассчитать значения сопротивлений резисторов и . Не допускается грубое округление полученных значений. В дальнейших расчетах использовать точные значения сопротивлений резисторов. 4) Проверить правильность определения и по исходным уравнениям (23), (24). Погрешность расчета не должна превышать при этом 0,001 Ом. 5) Записать исходные уравнения контура с терморезистором и . 6) Рассчитать значения сопротивлений и и выполнить проверку правильность расчета. 7) Определить сопротивления контуров взаимозаменяемости при значениях температуры 40, 60, 80 ОС. 8) Найти кратность уменьшения сопротивления при tʹ и tʺ для терморезисторов и контуров взаимозаменяемости , , . (23) 9) Построить графики температурных зависимостей RТ=f(Т) для терморезисторов и R=f(Т) для контуров взаимозаменяемости. 5 ПОРЯДОК ПРЕДСТАВЛЕНИЯ КУРСОВОГО ПРОЕКТА Курсовой проект должен быть выполнен в указанные сроки и представлен на проверку руководителю. Если в расчетах используются данные, не соответствующие заданному варианту, курсовой проект возвращается для доработки без проверки. Курсовой проект может быть не допущен к защите при существенных ошибках при выполнении разделов «Задания», а также при грубых нарушениях правил оформления работы. В докладе студент освещает цель и задачи работы, раскрывает сущность проекта, Объясняет схему автоматизации. Методику расчетов . Решение об оценке курсового проекта принимает руководитель (или комиссия) по результатам анализа представленного документа, доклада студента и его ответов на вопросы. 33 6 КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Принцип работы автоматического потенциометра 2. Принцип работы и конструкция термоэлектрического преобразователя (термопары) 3. Что собой представляет НСХ (номинальная статическая характеристика) термопары 4. Как определяется термо-ЭДС термопары 5. Влияние температуры свободного конца термопары на результат измерения 6. Каким образом осуществляется поправка на температуру свободных концов в автоматическом потенциометре? 7. Как изменится термо-ЭДС термопары при увеличении температуры свободных концов? 8. Что собой представляет компенсационный метод измерения? 9. Как получить математическое выражения равновесия потенциометрической схемы измерения? 10. Показать на принципиальной схеме потенциометра участок измерительной схемы, на котором формируется компенсирующая разность потенциалов. 11. Объяснить состав принципиальной схемы автоматического потенциометра и назначение элементов, входящих в схему 12. Что собой представляет реохорд и его назначение в схеме потенциометра 13. Назначение резистора Rм, на основе каких данных он рассчитывается 14. Почему сопротивление Rм выполняется из меди? 15. Как подсоединяется термопара к измерительному прибору (потенциометру, милливольтметру) 16. Что такое диапазон измерения прибора. Как определяется диапазон измерения потенциометра. 17. Принцип работы и устройство ротаметра 18. Другое название ротаметра – расходомер постоянного перепада давлений. Как это объяснить? 19. Как определяется вес поплавка в среде? 20. Какие параметры необходимо знать при расчете статической характеристики ротаметра? 21. Как пользоваться номограммой для определения расхода? 22. Для чего трубка ротаметра выполняется конусной? 23. Назначение, принцип работы и устройство термисторов 24. Для чего рассчитываются контура взаимозаменяемости? 34 25. Принципиальная схема контура взаимозаменяемости, как рассчитывается сопротивление контура 26. Исходные уравнения для вывода формул для расчета сопротивлений Rши Rд 27. Статическая характеристика термистора 28. Достоинства и недостатки термисторов 29. Какие измерительные приборы могут быть использованы при применении термистора в качестве датчика (первичного измерительного преобразователя) 30. Объяснить состав оборудования технологической части схемы автоматизации, функциональные связи между отдельными агрегатами. Краткое описание технологического процесса 31. Объяснить принятую в курсовом проекте структуру системы управления 32. Что необходимо учитывать при выборе средств измерения 33. Объяснить порядок расположения буквенных обозначений в условных графических обозначениях средств автоматизации. 34. Что понимают под термином контур контроля, регулирования и управления на схемах автоматизации 35. Как располагают средства автоматизации, входящие в контур, при развернутом методе построения схемы автоматизации? 36. Что собой представляют функциональные признаки прибора, какими буквами они обозначаются 37. Позиционные обозначения приборов и средств автоматизации на схемах автоматизации и порядок их присвоения и записи в условных изображениях 38. Что обозначает первая буква в условном обозначении 39. Что нужно учитывать при выборе приборов и других средств автоматизации для контура контроля, регулирования, управления, сигнализации 40. Объяснить принцип работы первичных преобразователей (датчиков), входящих в схему автоматизации 41. Объяснить состав контуров контроля, регулирования, управления, сигнализации, предусмотренные в проекте. 42. Основные технические характеристики выбранных средств автоматизации, подтверждающие правильность выбора 43. Какие средства автоматизации располагаются в непосредственной близости от оборудования или встраиваются в трубопроводы 44. Какие средства принято изображать в прямоугольнике, обозначающем «Приборы по месту 35 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1 РД 50-680-88. Методические указания. Автоматизированные системы. Основные положения; введ. 01-01-90 // Информационная технология. - ГОСТ 34.201-89. - Москва, 1991. – С. 38-44. – Текст: непосредственный. 2 РД 50-682-89. Методические указания. Информационная технология. Комплекс стандартов и руководящих документов на автоматизированные системы. Основные положения; введ. 01-01-90 до 0101-93 // Информационная технология. - ГОСТ 34.201-89. - Москва, 1989. – С. 28-34. – Текст: непосредственный. 3 РД 50-34.698-90. Методические указания. Информационная технология. Комплекс стандартов и руководящих документов на автоматизированные системы. Требования к созданию документов; введ. 0101-92 // Информационная технология. ГОСТ 33.201-89. Москва, 1991. – С. 64104. – Текст: непосредственный 4 Р 50-34.119-90. Рекомендация. Информационная технология. Комплекс стандартов и руководящих документов на автоматизированные системы. Архитектура локальных вычислительных сетей в системах промышленной автоматизации. Основные положения; введ. 01-01-92 // Информационная технология. - ГОСТ 34.201-89. - Москва, 1991. – С. 128143.– Текст: непосредственный. 5 Проектирование систем автоматизации технологических процессов: справочное пособие / А. С. Клюев, Б.В. Глазов, А.Х. Дубровский, А.А. Клюев; под ред. А. С. Клюева. – 3-е изд.,стереотипное. – Москва: ИД «Альянс», 2008. – 464 с.– Текст: непосредственный 6 Проектирование автоматизированных систем: методические указания по курсовому проектированию для студентов специальности 210200 всех форм обучения и учащихся техникумов и колледжей / В.Ф. Тарченков. – Красноярск: СибГТУ, 2006. – 88 с. – Текст: непосредственный. 7 Должиков В.А. Технические измерения и приборы: учебное пособие к выполнению курсового проекта для студентов направления «Автоматика и управление» специальности Автоматизация технологических процессов и производств всех форм обучения / В.А. Должиков. – Красноярск: СибГТУ, 2008. – 52 с. – Текст: непосредственный. 8 Зингель Т.Г. Системы управления химико-технологическими процессами. Функциональные схемы автоматизации: учебное пособие к практическим занятиям, курсовому и дипломному проектированию для студентов химико-технологических специальностей очной и заочной форм 36 обучения / Т.Г. Зингель. – 2-е изд., перераб. и доп. – Красноярск:СибГТУ, 2012. – 270 с. – Текст: непосредственный. 9 Фарзане Н.Г., Илясов Л.В., Азим-заде А.Ю. Технологические измерения и приборы: учеб. для студентов вузов по спец. «Автоматизация технологических процессов и производств» / Н.Г. Фарзане, Л.Г. Илясов, А.Ю. Азим-заде. – Москва: Высш. шк., 1989. – 456 с. – Текст: непосредственный. 10 Кулаков М. В. Технологические измерения и приборы для химических производств: учеб. для студентов вузов / М.В. Кулаков. – Москва: Машиностроение, 1988 – 424 с. – Текст: непосредственный. 11 Датчики давления: тематический каталог / Промышленная группа «Метран». – Челябинск: – 2018. – 313 с.– Текст: непосредственный. 12 Кангин, А.В. Аппаратные и программные средства систем управления. Промышленные сети и контроллеры: учебное пособие / В. В. Кангин, В.А. Козлов. – Москва: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2010. – 418 с.: ил. – (Автоматика). – Текст: непосредственный 13 РМ 4-206-95. Системы автоматизации. Спецификация оборудования, изделий и материалов. Указания к выполнению. Пособие к ГОСТ 21.110-95. – Москва: ГКПИ Проектмонтажавтоматика, 1996. – 46 с.– Текст: непосредственный. 14 Зингель, Т.Г. Автоматизация целлюлозно-бумажных производств: монография / Т.Г. Зингель. – Красноярск: СибГТУ, 2007. – 250 с. – Текст: непосредственный. 15 Зингель, Т.Г. Автоматизация лесохимических производств: монография / Т.Г. Зингель. – Красноярск: СибГТУ, 2013. – 332 с.. – Текст: непосредственный. 16 Зингель, Т.Г. Автоматизация биотехнологических производств: монография / Т. Г. Зингель. – Красноярск: СибГТУ, 2008. – 270 с.. – Текст: непосредственный. 17 Зингель, Т.Г. Системы управления химико-технологическими процессами. Автоматизация нефтехимических производств: учебное пособие для студентов направления 220700.62 очной и заочной форм обучения / Т.Г. Зингель. – Красноярск: СибГТУ, 2013. – 240 с.. – Текст: непосредственный. 37 ПРИЛОЖЕНИЕ А (обязательное) Пример оформления титульного листа курсового проекта Министерство наукии высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М.Ф.Решетнева» Институтинформатики и телекоммуникаций Кафедра автоматизации производственных процессов КУРСОВОЙ ПРОЕКТ __________________________________________ тема проекта _________________________________________________________ Руководитель______________________________ подпись, дата Обучающийся __________________ номер группы, зачетной книжки ___________ подпись, дата Красноярск 20 инициалы, фамилия ____________ инициалы, фамилия 38 ПРИЛОЖЕНИЕ Б (рекомендуемое) Пример оформления бланка задания на курсовой проект Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнѐва» Институт информатики и телекоммуникаций Кафедра автоматизации производственных процессов Учебная дисциплина: Технические измерения и приборы ЗАДАНИЕ на курсовой проект Тема: Разработка схемы автоматизации процесса сушки пиломатериалов Обучающийся ________Андрей Петрович Сахаров_______________ (фамилия, имя, отчество) Группа ________________ Направление _______________________ Руководитель _____________________ __В.С. Иванов__________ (подпись)(инициалы, фамилия) 39 Продолжение ПРИЛОЖЕНИЯ Б 1 Исходные данные_______________________________________ а) Объект автоматизации (технологический процесс, агрегат, аппарат). Объект автоматизации выдается руководителем курсового проекта на основании материалов производственной практики или иных документов. в) Расчетная часть Таблица 1- Данные к расчету измерительной схемы потенциометра Исходные данные Тип ТЭП Диапазон шкалы, оС Расчетное значение температуры свободных концов ТЭП,оС Возможное значение температуры свободных концов ТЭП,оС Нормированное значение сопротивления реохорда, Ом ТПП(R) 100 – 500 20 35 90 Вариант 2 Таблица 2 – Данные к расчету шкалы ротаметра Исходные данные Вариант 6 Измеряемая среда (вещесво) Углекислый газ Вес поплавка, Н Температура среды,оС 0,147 40 Таблица 3 – Данные к расчету контуров взаимозаменяемости Вариант 33 Сопротивление контура при температуре 20оС R’, Ом 840 Исходные данные Сопротивление контура при А1, температуре 100оС Ом R’, Ом 720 1,35 В1, К А2, Ом В2, К 1960 1,42 1940 2 Перечень графического материала: схема автоматизации 3 Перечень вопросов, которые должны быть отражены в пояснительной записке: - описание технологического процесса - выбор параметров контроля, сигнализации и регулирования - обоснование выбора средств контроля и сигнализации - описание структуры системы контроля и управления - описание схемы автоматизации - спецификация оборудования, изделий и материалов - писание методики расчетов, выводы по результатам расчетов Срок сдачи обучающимся КП «_____» __________________ 20_ г. Руководитель ВКР _____________________ ___________В.С. Иванов________ (подпись) (инициалы и фамилия) Задание принял к исполнению _________________А.П. Сахаров________________ (подпись) (инициалы и фамилия) «_________» _______________20____ 40 ПРИЛОЖЕНИЕ В (справочное) Темы курсовых проектов Целлюлозно-бумажные производства [14] 1) Проект автоматизации мокрой части сушильной машины для выпуска целлюлозы; 2) Проект автоматизации процесса получения варочного раствора в целлюлозно-бумажном производстве; 3) Проект автоматизации пароконденсатной системы бумагоделательной машины; 4) Проект автоматизации размольно-подготовительного отделения бумажной фабрики; 5) Проект автоматизации процесса варки бисульфитной целлюлозы; 6) Проект автоматизации процесса промывки целлюлозы; 7) Проект автоматизации процесса регенерации извести в производстве сульфитной целлюлозы; 8) Проект автоматизации содорегенерационного котла в производстве сульфитной целлюлозы; 9) Проект автоматизации процесса каустизации щѐлока в производстве целлюлозы; Лсохимические производства [15] 1) Проект автоматизации отделения первичной обработки и плавления живицы; 2) Проект автоматизации отделения отстаивания и осветления терпентина; 3) Проект автоматизации канифолеварочного отделения; 4) Проект автоматизации процесса ректификации экстракционного скипидара-сырца; 5) Проект автоматизации процесса полимеризации канифоли; 6) Проект автоматизации производства политерпенов; 7) Проект автоматизации процесса получения провитаминного концентрата; 8) Проект автоматизации производства хвойного лечебного экстракта; 9) Проект автоматизации вертикальной непрерывно действующей реторты в пиролизном производстве; 10) Проект автоматизации аппарата периодического действия для этерификации уксусной кислоты бутанолом; 41 11) Проект автоматизации процесса фракционированной разгонки смолы периодическим методом; 12) Проект автоматизации процесса экстракции древесной зелени; 13) Проект автоматизации процесса ректификации продуктов пиролиза угля; Биотехнологические производства [16]: 1) Проект автоматизации метанольной колонны в производстве спирта; 2) Проект автоматизации эпюрационной колонны; 3) Проект автоматизации спиртовой колонны в производстве этилового спирта; 4) Проект автоматизации гидролизного отделения биохимического завода; 5) Проект автоматизации процесса очистки фурфурольного конденсата в очистной колонне; 6) Проект автоматизации бражной колонны; 7) Проект автоматизации процесса выращивания кормовых дрожжей; 8) Проект автоматизации ферментации и концентрирования кормовыхдрожжей; - Нефтехимические производства [17]: 1) Проект автоматизации разделения нефтегазовой смеси; 2) Проект автоматизации процесса электрообессоливания нефти; 3) Проект автоматизации атмосферной перегонки нефти; 4) Проект автоматизации битумной установки для производства товарных нефтяных битумов; 5) Проект автоматизации процесса гидрокрекинга при переработке нефти; 6) Проект автоматизации реакторного блока установки сернокислотного алкилирования; 7) Проект автоматизации я установки утилизации сероводородного газа. 43 ПРИЛОЖЕНИЕ Г (справочное) Форма таблицы к схемам автоматизации (функциональным) ПРИЛОЖЕНИЕ Д (справочное) Основные надписи и дополнительные графы к ним Д 1) Основная надпись и дополнительные графы к ней для схем (первый лист) по ГОСТ Р 21.1101 (Форма 3) Д2)Основная надпись и дополнительные графы к ней для текстовых документов (первый лист) по ГОСТ Р 21.1101 (Форма 5) 44 Д3) Основная надпись и дополнительные графы к ней для чертежей и текстовых документов (последующие листы) по ГОСТ Р 21.1101 (Форма 6) Д4) Указания к заполнению основной надписи и дополнительных граф к ней В графах основной надписи и дополнительных графах к ней (номера граф на форматах показаны в скобках) указывают: 45 1) в графе 1 - обозначение документа, рекомендуется составлять, исходя из следующей структуры (см. рисунок Е1), а также с учетом ГОСТ 2.102, ГОСТ 2.701. Например, схема автоматизации функциональная: КП. 000001.001. А2; пояснительная запискаКП. 000001.001. ПЗ 2) в графе 2 - наименование предприятия; 3) в графе 3 - наименование объекта автоматизации (цех, отделение, аппарат); 4) в графе 4 - вид и тип схемы по ГОСТ 2.701 (например, Схема автоматизации функциональная); 5) в графе 5 - наименование документа, (Пояснительная записка- для текстовых документов; наименование изделия, объекта – для чертежей); 6) в графе 6 - условное обозначение стадии ― Курсовой проект‖ - КП, ―Курсовая работа‖ - КР; 7) в графе 7 - порядковый номер листа. На документах, состоящих из одного листа, графу не заполняют; 8) в графе 8 - общее число листов документа. Графу заполняют только на первом листе; 9) в графе 9 - наименование или различительный индекс организации, разработавшей документ (например: СибГУ – ИИТК, группа БАТ18-01); 10) в графе 10 - характер работы (разработал - ―Разраб.‖, проверил ―Пров.‖, технический контроль - ―Т. контр.‖, нормоконтроль - ―Н. контр.‖, утвердил - ―Утв.‖); 11) в графах 11-13 - фамилии и подписи лиц, указанных в графе 10, и дату подписания; 12) графы 14-22–в курсовом проекте не заполняют; 13) в графе 23 - обозначение материала детали (графу заполняют только на чертежах деталей); Е5) Структура обозначения документа КП 000001.005.ПЗ Код документа (КП) Код классификационной характеристики Обозначение основного конструкторского документа (пояснительная записка) Регистрационный номер (вариант) Рисунок Д1 –Построение обозначения документа 46 ПРИЛОЖЕНИЕ Е (справочное) К расчету шкалы ротаметра Е1 Номограммы для расчета ротаметра Рисунок Е1 Рисунок Е2 47 Продолжение ПРИЛОЖЕНИЯ Е Рисунок Е3 Рисунок Е4 48 Продолжение ПРИЛОЖЕНИЯ Е b х Рисунок Е5 Е2 Пример определения расстояния х по номограмме. Для рассчитанного значение безразмерного параметра lg(v2ρ/G) выбирают соответствующую номограмму. Допустим, lg(v2ρ/G) = -8,7 (рисунок К4); h0=0,07; a0 = h0/d=0,07/0,0164=4,27. Искомая точка находится между линиями4 и 5, т.е. m=4, n=5. =0.29*b. Искомая точка лежит на вертикальной прямой, проведенной от отметки -8,7 на оси абсцисс, на расстоянии 0,29*bот нижней кривой. Соответствующее значениеlg(Q/υd) равно 3,28. 49 Методические указания Чмых Галина Ильинична ТЕХНИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ И ПРИБОРЫ Редакционно-издательский отдел Сиб ГУ им. М.Ф. Решетнева 660037. Г. Красноярск, пр. им. газ. «Красноярский рабочий», 50 51
