Автоматизация технологического оборудования

Негосударственное частное образовательное учреждение высшего образования «Технический университет УГМК» АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ код дисциплины по учебному плану Б1.В.ДВ.6.02 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ Целью изучения дисциплины «Автоматизация технологического оборудования» является формирование у студентов знаний о принципах построения, составе, назначении, характеристиках и особенностях применения технических средств автоматизации общепромышленного и отраслевого назначения. СОСТАВ КУРСА 1. Аудиторные занятия (лекции – 4 часа в 6 семестре и практические занятия 8 часов в 7 семестре). 2. Самостоятельная работа, которая включает изучение теоретического курса (в 6 и 7 семестрах в объёме 87 часов). 3. Контрольная работа, которую надо выполнить к 7 семестру. 4. Экзамен в 7 семестре. 1. 2. 3. 4. 5. 6. Литература для самостоятельной подготовки Бархоткин В. А. Системы автоматического управления: Учеб. пособие. Часть 1. – М: Изд-во МИЭТ, 2004. – 172 с. ГОСТ 34.003-90. «Межгосударственный стандарт. Информационная технология. Комплекс стандартов на автоматизированные системы. Автоматизированные системы. Термины и определения». Лукас В. А. Теория автоматического управления техническими системами: Учеб. Пособие для вузов. – 4-е издание, исправленное. – Екатеринбург: Изд-во УГГУ, 2005. – 677 с. Дядик В. Ф. Теория автоматического управления: учебное пособие / В. Ф. Дядик, С. А. Байдали, Н. С. Криницын; Национальный исследовательский Томский политехнический университет. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2011. – 196 с. Болдырев Д. В. Идентификация объектов управления: Метод. Указания к практическим занятиям. – Невиномысск: Изд-во Северокавказского федерального университета, 2013. – 42 с Дилигенская А. Н. Идентификация объектов управления: Учеб. Пособие. – Самара: Самарский государственный технический университет, 2009. – 136 с. 7. Поляков К. Ю. Основы теории цифровых систем управления: Учеб. пособие. – СПб: Изд-во СПбГМТУ, 2006. – 161 с. 8. Малай Г. П. Линейные и цифровые системы управления: метод. пособие по выполнению курсовых проектов и работ / Г. П. Малай. – Хабаровск : Изд-во ДВГУПС. - 2013. – 51 с 9. Томский политехнический университет. Лекция №3. Программируемые логические контроллеры. Классификация. 10. Томский политехнический университет. Лекция №7. Взаимодействие микропроцессора с внешней средой: интерфейсы и протоколы. 11. Томский политехнический университет. Лекция №8. Взаимодействие микропроцессора с внешней средой: устройства ввода-вывода. 12. Петров И. В. Программируемые контроллеры. Стандартные языки и приёмы прикладного проектирования / под ред. проф. В. П. Дъяконова. – М: СОЛОН-Пресс, 2004. – 256 с 13. Автоматизация технологических процессов на горнорудных предприятиях: Справочное пособие / Под. Ред. В. С. Виноградова. – М: Недра, 1984. – 167 с 14. Царегородцев М. Е. Автоматизация многочерпаковых драг : М. Е. Царегородцев, В. Б. Пономарев, Ю. Е. Царегородцев, Красноярск: Изд-во Краснояр. Ун-та, 1989. – 400 с. Перечень тем для самостоятельной работы студентов 1. 2. 3. 4. Основные понятия автоматизации. Классификация систем автоматизации. Принципы автоматического управления. Автоматизированные системы управления технологическими процессами. Современные принципы построения. 5. Классификация объектов управления и их математическое описание. 6. Методы идентификации объектов управления (ОУ). 7. Системы управления с регуляторами. 8. Законы регулирования. 9. Анализ устойчивости систем автоматического управления (САУ). 10.Оценка качества управления. 11.Определение настроечных коэффициентов промышленных регуляторов. 12.Применение современных математических пакетов для оптимизации. Перечень тем для самостоятельной работы студентов 13. Цифровые системы управления. 14. Программируемые логические контроллеры. 15. Автоматизация процесса бурения. 16. Автоматизация роторных экскаваторов. 17. Автоматизация карьерных экскаваторов и экскаваторовдраглайнов. 18. Автоматизация многочерпаковых драг. 19. Автоматизация дробления и измельчения на обогатительных фабриках. 20. Автоматизация подъёмно-транспортных машин и установок (шахтные подъёмные машины, ленточные конвейеры). 21. Автоматизация добычных машин. 22. Автоматизация машин и установок для транспортирования жидких сред и газов, сжатия газов (вентиляторы и насосы, компрессоры). 1. Основные понятия автоматизации 1. Основные понятия автоматизации Автоматизация технологического процесса – это применение энергии неживой природы в технологическом процессе или его составных частях, полностью управляемых людьми, осуществляемое в целях сокращения трудовых затрат, улучшения условий производства, повышения объёма выпуска и качества продукции. Применительно к конкретным технологическим процессам – это может быть автоматизация процессов шахт и рудников, процессов обогатительных фабрик и т. п. Автоматизация технологического процесса может быть реализована: • при помощи автоматических систем, когда выполнение технологического процесса и управление им осуществляется без непосредственного участия людей; • при помощи автоматизированных систем, когда выполнение технологического процесса и управление им осуществляется с непосредственным участием людей. Понятие «автоматизированный», в отличие от понятия «автоматический», подчёркивает необходимость участия человека в отдельных операциях, как в целях сохранения контроля над процессом, так и в связи со сложностью или нецелесообразностью автоматизации отдельных операций. В зависимости от вида деятельности выделяют, например, следующие виды АС: автоматизированные системы управления (АСУ), системы автоматизированного проектирования (САПР), автоматизированные системы научных исследований (АСНИ) и др. В зависимости от вида управляемого объекта (процесса) АСУ делят, например, на АСУ технологическими процессами (АСУ ТП), АСУ предприятиями (АСУП) и т. д. В свою очередь системы автоматизации технологического оборудования относятся к локальным системам автоматического управления, входящими в качестве составных частей в систему АСУ ТП. Функционально АСУ ТП, в свою очередь входят в качестве составных частей в АСУП (АСОДУ – автоматизированная система оперативного диспетчерского управления), которая представляет собой многоуровневую систему сбора данных и управления, с определённым кругом задач, решаемых на каждом уровне: I уровень – уровень локальных технологических объектов (объектовых контроллеров, датчиков и исполнительных устройств) - на которых выполняется контроль параметров и состояния оборудования, локальное автоматическое управление и регулирование всего технологического производства в рамках объекта; II уровень – уровень локальных (объектовых, подсистемных) операторских станций (АРМ) – на которых выполняется контроль параметров, состояния оборудования, управление технологическими процессами; III уровень – операторские станции (АРМ) диспетчерской службы АСОДУ – имеющие централизованные информационно-измерительные функции, с возможностью управления объектами; IV уровень – АРМ руководства (начальник, гл. инженер, главные специалисты по направлениям, начальники участков и др.), имеющие информационно-измерительные функции, с вычислением всех необходимых показателей производства. Литература для самостоятельного изучения вопроса: 1. Бархоткин В. А. Системы автоматического управления: Учеб. пособие. Часть 1. – М: Изд-во МИЭТ, 2004. – 172 с. (раздел 1.1) 2. ГОСТ 34.003-90. «Межгосударственный стандарт. Информационная технология. Комплекс стандартов на автоматизированные системы. Автоматизированные системы. Термины и определения» (разделы 1, 2, 3, 7). 2. Классификация систем автоматизации (технологического оборудования) Кроме указанной выше классификации автоматизации подразделяются на: системы По характеру алгоритма управления различают разомкнутые (а), замкнутые (с обратной связью) (б) и комбинированные системы (в) (УУ – устройство управления, ОУ – объект управления). В зависимости от числа каналов обратной связи различают одноконтурные (б) и многоконтурные системы. По характеру применяемых сигналов различают непрерывные и дискретные (импульсн ые, релейные) системы. По характеру изменения управляемой величины системы делят на стабилизирующие, программного управления и следящие. По количеству выходных параметров различают одномерные и многомерн ые системы. По расположению измерительных и сигнальных устройств относительно управляемого объекта, контроль и управление разделяют на местные и дистанционные. Литература для самостоятельного изучения вопроса: Лукас В. А. Теория автоматического управления техническими системами: Учеб. Пособие для вузов. – 4-е издание, исправленное. – Екатеринбург: Изд-во УГГУ, 2005. – 677 с. (раздел 1.3) 3. Принципы автоматического управления Литература для самостоятельного изучения вопроса: Бархоткин В. А. Системы автоматического управления: Учеб. пособие. Часть 1. – М: Изд-во МИЭТ, 2004. – 172 с. (раздел 1.2) 4. Автоматизированные системы управления технологическими процессами. Современные принципы построения Развитие АСУ ТП можно условно разделить на три этапа: Первый этап внедрение систем автоматического регулирования (САР). Объектами управления на этом этапе являются отдельные параметры, установки, агрегаты; решение задач стабилизации, программного управления, слежения переходит от человека к САР. У человека появляются функции расчёта задания и параметров настройки регуляторов. Второй этап – автоматизация технологических процессов. Объектом управления становится рассредоточенная в пространстве система; с помощью систем автоматического управления (САУ) реализуются всё более сложные законы управления, решаются задачи оптимального и адаптивного управления, проводится идентификация объекта и состояний системы. Характерной особенностью этого этапа является внедрение систем телемеханики в управление технологическими процессами. Человек все больше отдаляется от объекта управления, между объектом и диспетчером выстраивается целый ряд измерительных систем, исполнительных механизмов, средств телемеханики, мнемосхем и других средств отображения информации (СОИ). Третий этап – автоматизированные системы управления технологическими процессами – характеризуется внедрением в управление технологическими процессами вычислительной техники. Вначале – применение микропроцессоров, использование на отдельных фазах управления вычислительных систем; затем активное развитие человеко-машинных систем управления, инженерной психологии, методов и моделей исследования операций и, наконец, диспетчерское управление на основе использования автоматических информационных систем сбора данных и современных вычислительных комплексов. Литература для самостоятельного изучения вопроса: УРФУ. Автоматизация и информатизация технологических процессов в металлургии: Принципы построения АСУ ТП https://media.ls.urfu.ru/632/1730/4201/5265/ Архитектура современных АСУ ТП https://media.ls.urfu.ru/632/1730/4203/ 5. Классификация объектов управления и их математическое описание Классификация объектов управления Литература для самостоятельного изучения вопроса: 1. Дядик В. Ф. Теория автоматического управления: учебное пособие / В. Ф. Дядик, С. А. Байдали, Н. С. Криницын; Национальный исследовательский Томский политехнический университет. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2011. – 196 с (разделы 1.3, 1.4). 2. Лукас В. А. Теория автоматического управления техническими системами: Учеб. Пособие для вузов. – 4-е издание, исправленное. – Екатеринбург: Изд-во УГГУ, 2005. – 677 с (стр. 26…31, 16…20, 78…86, 159…201). 6. Методы идентификации объектов управления При изучении любых объектов (технических систем, процессов, явлений) основной задачей является построение их моделей. Как результат познания модель представляет собой отображение в той или иной форме свойств, закономерностей, физических и других характеристик, присущих исследуемому объекту. Идентификация – это определение параметров и структуры математической модели, обеспечивающей наилучшее совпадение выходных координат объекта и модели при одинаковых входных воздействиях. Иными словами идентификация – процедура построения модели объекта по результатам измерения и обработки входных и выходных сигналов объекта. Подход к построению модели на основе идентификации называют также экспериментальным подходом, в отличие от аналитического, когда модель выводится на основании основных законов физики, химии, электротехники, материального или энергетического баланса. К выбору метода идентификации нельзя подойти однозначно, поскольку в самой постановке задачи заранее предполагается неопределённость (неполнота знаний об объекте, ограничения в наблюдениях объекта во времени, неточность измерения сигналов на входе и на выходе объекта и т. п.). Для решения задач идентификации разработано большое число методов, учитывающих особенности объектов, условия их функционирования, способ тестирования и математическую основу анализа экспериментальных данных, вид получаемых моделей и т. п. Литература для самостоятельного изучения вопроса: 1. УРФУ. Избранные главы теории управления: Проблема идентификации и подходы к её решению https://media.ls.urfu.ru/569/1534/3706/4302/2639/ 2. Болдырев Д. В. Идентификация объектов управления: Метод. Указания к практическим занятиям. – Невиномысск: Изд-во Северо-кавказского федерального университета, 2013. – 42 с (разделы 1.1, 1.2). 3. Дилигенская А. Н. Идентификация объектов управления: Учеб. Пособие. – Самара: Самарский государственный технический университет, 2009. – 136 с (раздел 1). 7. Системы управления с регуляторами Управляющее устройство – это и есть регулятор. Литература для самостоятельного изучения вопроса: Лукас В. А. Теория автоматического управления техническими системами: Учеб. Пособие для вузов. – 4-е издание, исправленное. – Екатеринбург: Изд-во УГГУ, 2005. – 677 с (разделы 1.1…1.4). 8. Законы регулирования Законом регулирования называется математическое выражение, описывающее зависимость между входом автоматического регулятора и его выходом. Различают линейные и нелинейные законы регулирования. Законы автоматического регулирования: • пропорциональный (П); • интегральный (И); • дифференциальный (Д); • пропорционально-интегральный (ПИ); • пропорционально-дифференциальный (ПД); • пропорционально-интегрально-дифференциальный (ПИД). Литература для самостоятельного изучения вопроса: Типовые законы регулирования https://allrefrs.ru/4-32482.html 9. Анализ устойчивости систем автоматического управления (САУ) Литература для самостоятельного изучения вопроса: Лукас В. А. Теория автоматического управления техническими системами: Учеб. Пособие для вузов. – 4-е издание, исправленное. – Екатеринбург: Изд-во УГГУ, 2005. – 677 с (стр. 252…264). 10. Оценка качества управления Литература для самостоятельного изучения вопроса: Лукас В. А. Теория автоматического управления техническими системами: Учеб. Пособие для вузов. – 4-е издание, исправленное. – Екатеринбург: Изд-во УГГУ, 2005. – 677 с (стр. 304…310). 11. Определение настроечных коэффициентов промышленных регуляторов В любом случае в основе метода лежит цель, которую надо достичь при настройке регулятора. Обычно в качестве таких целей выступают устойчивость и качество системы, в которую входит регулятор. Литература для самостоятельного изучения вопроса: Лукас В. А. Теория автоматического управления техническими системами: Учеб. Пособие для вузов. – 4-е издание, исправленное. – Екатеринбург: Изд-во УГГУ, 2005. – 677 с (раздел 7.1, стр. 362…369). 12. Применение современных математических пакетов для оптимизации Литература для самостоятельного изучения вопроса: 1. Matlab: где её применяют https://www.itweek.ru/themes/detail.php?ID=46804 2. Моделирование систем автоматического управления в среде MATLAB.mp4 13. Цифровые системы управления Литература для самостоятельного изучения вопроса: 1. Поляков К. Ю. Основы теории цифровых систем управления: Учеб. пособие. – СПб: Изд-во СПбГМТУ, 2006. – 161 с (стр. 10…16). 2. Малай Г. П. Линейные и цифровые системы управления: метод. пособие по выполнению курсовых проектов и работ / Г. П. Малай. – Хабаровск : Изд-во ДВГУПС. - 2013. – 51 с (раздел 3.2). 14. Программируемые логические контроллеры Программируемый логический контроллер (ПЛК, PLC) - это программно-управляемый дискретный автомат, имеющий некоторое множество входов, подключенных посредством датчиков к объекту управления, и множество выходов, подключенных к исполнительным устройствам. Программируемый логический контроллер (ПЛК, PLC) - это программно-управляемый дискретный автомат, имеющий некоторое множество входов, подключенных посредством датчиков к объекту управления, и множество выходов, подключенных к исполнительным устройствам. 1. 2. 3. 4. Литература для самостоятельного изучения вопроса: Томский политехнический университет. Лекция №3. Программируемые логические контроллеры. Классификация. Томский политехнический университет. Лекция №7. Взаимодействие микропроцессора с внешней средой: интерфейсы и протоколы. Томский политехнический университет. Лекция №8. Взаимодействие микропроцессора с внешней средой: устройства ввода-вывода. Петров И. В. Программируемые контроллеры. Стандартные языки и приёмы прикладного проектирования / под ред. проф. В. П. Дъяконова. – М: СОЛОН-Пресс, 2004. – 256 с (глава 1). 15. Автоматизация процесса бурения Литература для самостоятельного изучения вопроса: 1. Автоматизация технологических процессов на горнорудных предприятиях: Справочное пособие / Под. Ред. В. С. Виноградова. – М: Недра, 1984. – 167 с (раздел 5.3). 16. Автоматизация роторных экскаваторов Литература для самостоятельного изучения вопроса: 1. Автоматизация технологических процессов на горнорудных предприятиях: Справочное пособие / Под. Ред. В. С. Виноградова. – М: Недра, 1984. – 167 с (раздел 6.5). 17. Автоматизация карьерных экскаваторов и экскаваторов-драглайнов Литература для самостоятельного изучения вопроса: 1. Автоматизация технологических процессов на горнорудных предприятиях: Справочное пособие / Под. Ред. В. С. Виноградова. – М: Недра, 1984. – 167 с (разделы 6.3, 6.4). 18. Автоматизация многочерпаковых драг Литература для самостоятельного изучения вопроса: 1. Царегородцев М. Е. Автоматизация многочерпаковых драг : М. Е. Царегородцев, В. Б. Пономарев, Ю. Е. Царегородцев, Красноярск: Изд-во Краснояр. Ун-та, 1989. – 400 с (разделы 1.1…1.5, 2.1). 19. Автоматизация дробления и измельчения на обогатительных фабриках Литература для самостоятельного изучения вопроса: 1. Автоматизация технологических процессов на горнорудных предприятиях: Справочное пособие / Под. Ред. В. С. Виноградова. – М: Недра, 1984. – 167 с (разделы 14, 15). 20. Автоматизация подъёмно-транспортных машин и установок (шахтные подъёмные машины, ленточные конвейеры) Литература для самостоятельного изучения вопроса: 1. Автоматизация технологических процессов на горнорудных предприятиях: Справочное пособие / Под. Ред. В. С. Виноградова. – М: Недра, 1984. – 167 с (раздел 10). 2. Толпежников Л. И. Автоматическое управление процессами шахт и рудников. Учебник для вузов. 2-е изд., перераб и доп. – М: Недра, 1985. – 352 с (разделы 4, 5). 21. Автоматизация добычных машин Литература для самостоятельного изучения вопроса: 1. Толпежников Л. И. Автоматическое управление процессами шахт и рудников. Учебник для вузов. 2-е изд., перераб и доп. – М: Недра, 1985. – 352 с (раздел 1). 22. Автоматизация машин и установок для транспортирования жидких сред и газов, сжатия газов (вентиляторы и насосы, компрессоры) Литература для самостоятельного изучения вопроса: 1. Автоматизация технологических процессов на горнорудных предприятиях: Справочное пособие / Под. Ред. В. С. Виноградова. – М: Недра, 1984. – 167 с (разделы 11, 12, 13).