Рабочая программа для направления 550. 200 «Автоматизация и управление» и для специальности: 210100 Управление и информатика в технических системах

Загрузка...

скачать

Министерство образования Российской Федерации

Томский политехнический университет

УТВЕРЖДАЮ:

Декан факультета АВТ

___________ Мельников Ю. С.

«____»_____________ 1999 г.

ЭЛЕМЕНТЫ И УСТРОЙСТВА СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

Рабочая программа для направления 550.200 - «Автоматизация и управление» и

для специальности: 210100 - Управление и информатика в технических системах

Факультет Автоматики и вычислительной техники АВТФ

Обеспечивающая кафедра Автоматики и компьютерных систем

Курс 4

Семестр 7

Учебный план набора 1999 года

Распределение учебного времени

Лекции - 48 часов (ауд.)

Лабораторные занятия - 16 часов (ауд.)

Практические (семинарские) занятия - 16 часов (ауд.)

Всего аудиторных занятий - 80 часов (ауд.)

Самостоятельная (внеаудиторная)

работа - 64 часа
^

Общая трудоёмкость - 144 часа

Экзамен в 7 семестре - 5 часов (ауд.)

1999 г.

1. Рабочая программа составлена на основе учебного плана ТПУ по подготовке бакалавров по направлению 550200 - Автоматизация и управление и инженеров по специальности 210100 - Управление и информатика в технических системах, Государственных образовательных стандартов по направлению 550200 (1993 г.) и специальности 210100 (1995 г.).

Рассмотрена и Одобрена на заседании обеспечивающей кафедры Автоматики и компьютерных систем 3 февраля 2000 г. протокол №7.

2. Разработчик

Доцент кафедры АиКС ___________________ В. В. Курганов

3. Зав. обеспечивающей кафедрой АиКС ___________________ Г. П. Цапко

4. Рабочая программа согласована с факультетом, выпускающими кафедрами специальности; соответствует действующему плану.

Зав. выпускающей кафедрой АиКС ___________________ Г. П. Цапко

Аннотация

Элементная база, на которой строятся системы управления, существенно влияет на их качественные показатели, в первую очередь, на погрешность и быстродействие. Поэтому специалисту в области автоматики необходимо знать физические принципы, на которых строятся современные элементы и устройства, уметь оптимизировать условия их работы в системах управления, обладать достаточными знаниями для правильного выбора элементов и расчета их характеристик, владеть навыками наладки и настройки устройств, построенных на различной элементной базе.

В связи с изложенным курс «Элементы и устройства систем управления» является одним из базовых курсов специальности 210100 и направления 550200.

Курс состоит из трех основных частей:

датчики;
электромагнитные устройства автоматики;
электромашинные устройства автоматики.

В результате изучения курса студенты должны получить необходимые теоретические знания и практические навыки по выбору и расчету элементов и устройств автоматики применительно к условиям их работы в системах управления.

Изучение дисциплины базируется на знаниях, полученных студентами из курсов: теоретические основы электротехники, электроника и теория управления.

^ The abstract

The element base, on which the control systems build, essentially influences their qualitative parameters, first of all, on an error and speed. Therefore it is necessary to the expert in the field of automatics to know physical principles, on which the modern elements and devices build to be able to optimize conditions of their work in control systems, to have sufficient knowledge for a correct choice of elements and account of their characteristics, to own skills of adjustment of devices constructed on various element base.

In connection with stated the rate " Elements and devices of control systems " is one of base rates of a specialty 210100 and direction 550200.

The rate consists of three basic:

1) gauges;

2) electromagnetic devices of automatics;

3) electromachine devices of automatics.

As a result of study the parts the students should receive necessary theoretical knowledge and practical skills at a choice both account of elements and devices of automatics with reference to conditions of their work in control systems.

The study of discipline is based on knowledge received by the students from rates: theoretical bases the electrical engineers, electronics and theory of management.

1. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ учебной ДИСЦИПЛИНЫ

1.1. Цель преподавания дисциплины

Курс «Элементы и устройства систем управления» предназначен для изучения приборов, преобразователей и других элементов автоматики, наиболее часто встречаемых в технологических процессах, получения достаточных знаний для правильного выбора и принятия основных решений при создании систем управления различными технологическими процессами.

^ 1.2. Задачи изложения и изучения курса

Задача курса «Элементы и устройства систем управления» состоит в изучении наиболее часто встречаемых в технологических процессах элементов автоматики. В результате изучения дисциплины студент должен:

- общие представления о Государственной системе промышленных приборов и средств автоматизации (ГСП);

- знать принцип действия приборов и преобразователей различных физических величин: давления, температуры, скорости, перемещения, ускорениям и т. д., а также физических явлений, положенных в основу их функционирования;

- знать назначение принцип действия и области применения электромагнитных и электромашинных элементов автоматики.

Данный курс должен способствовать формированию у студентов инженерного подхода к проблемам автоматизации.

^ 1.3. Перечень дисциплин, необходимых для усвоения курса

Изучению данной дисциплины должны предшествовать следующие курсы: физика, химия, электротехника, электроника, теория автоматического управления.

^ 1.4. Перечень дисциплин, базирующихся на знаниях данной дисциплины

Учебный материал данной дисциплины является одним из основополагающих для изучения следующих курсов:

технические средства систем автоматики и управления (9-й семестр);
микропроцессорные системы управления (8-й семестр);
проектирование систем управления (8-й семестр).

2. СОДЕРЖАНИЕ теоретического раздела ДИСЦИПЛИНЫ

^ 2.1. Датчики (20 часов)

2.1.1. Введение, Государственная система промышленных приборов и средств автоматизации

Задачи и содержание курса. Общие сведения об элементах и устройствах систем управления. Классификация элементов и устройств по функциональному назначению. Государственная система промышленных приборов и средств автоматизации (ГСП). Основные определения ГСП. Средства измерения системы ГСП, структура средств измерения.

Основы построения средств ГСП. Принципы построения систем: агрегатирования, минимизации номенклатуры, реализации в изделиях рациональных эстетических и эргономических требований. Основные характеристики средств ГСП: конструктивные, надёжностные, метрологические. Нормативно-техническая документация (3 часа).

2.1.2. Первичные преобразователи информации. Классификация преобразователей. Погрешности преобразователей. Чувствительность. Характеристики преобразователей. Статические характеристики. Линеаризация характеристик. Входное и выходное сопротивление преобразователей. Унификация выходных сигналов преобразователей. (2 часа)

Преобразователи (приборы) управляемых величин и физические явления, положенные в основу их функционирования.

Давление. Средства и способы измерения. Виды давлений. Физические явления, положенные в основу измерения давлений. Жидкостные приборы измерения давления с гидростатическим уравновешиванием: поплавковые манометры и колокольные дифманометры. Деформационные манометры. Приборы с сильфонным измерительным элементом. Преобразователи давления. Деформационные измерительные преобразователи давления, основанные на методе прямого преобразования: индуктивные, дифференциально- трансформаторные, емкостные, тензорезистивные, пьезоэлектрические. (4 часа)

Температура. Средства и способы измерения. Физические явления, положенные в основу измерения температуры. Термометры. Классификация термометров. Манометрические и термоэлектрические термометры. Способы компенсации термоЭДС холодных концов термоэлектрических термометров. Термопреобразователи сопротивления. Основные схемы измерения, работающие в комплекте с термопреобразователями сопротивления. Пирометры. (2 часа)

Количества и расходы жидкости, газа, пара. Средства и способы измерения. Физические явления, положенные в основу измерения количества и расходов веществ. Основные понятия и определения. Счетчики и расходомеры. Счетчики с овальными шестернями, лопастные и скоростные счетчики. Расходомеры переменного перепада давления (дроссельные расходомеры). Принцип действия и виды стандартных сужающих устройств. Электромагнитные расходомеры. (3 часа)

Средства и способы измерения уровня. Классификация средств измерения уровня и физические явления, положенные в основу измерения их функционирования. Поплавковые и буйковые уровнемеры. Гидростатические, электрические, акустические и радиоизотопные средства измерения уровня. (1 часа)

Средства и способы измерения физико-химических свойств жидкостей и газов

Классификация физико-химических свойств. Средства измерения плотности. Плотномеры и основные принципы, положенные в основу их функционирования. Средства измерения вязкости. Вискозиметры, основные принципы, положенные в основу их функционирования. Приборы для анализа состава смесей (концентраций) жидкостей и газов – анализаторы. Теоретические основы и принцип действия анализаторов при измерении концентрации компонентов в бинарной и псевдобинарной смеси. Термокондуктометрические, магнитные, диффузионные, сорбционные, диэлькометрические, испарительные и конденсационные, оптические анализаторы. Хромотографы. Принцип действия хромотографических анализаторов. (3 часа)

Датчики скорости, ускорения, угловых и линейных перемещений, вибрации, усилий и т. д. (2 часа)

^ 2.2. Электромагнитные устройства автоматики (14 часов)

2.2.1. Основные сведения о теории магнетизма и магнитных материалах. Основные понятия и определения. Внутренний и внешний магнитные моменты. Магнитные характеристики материалов. (2 часа)

2.2.2. Магнитные усилители. Принцип действия магнитного усилителя (МУ), область его рационального применения. Идеальный нереверсивный МУ и его характеристики. Обратная связь в МУ. Нереверсивные МУ с обратной связью, их статические характеристики. Реверсивные МУ с обратной связью и выходом на переменном и постоянном токах. МУ в режиме бесконтактного реле. (4 часа)

2.2.3. Принцип работы трансформаторов. Трансформаторы в системах автоматики. (2 часа)

2.2.4. Электромагнитные реле. Реле нейтральные и поляризованные, их характеристики. электромагнитные реле переменного тока. Динамические характеристики электромагнитных реле. Контакторы и пускатели. Конструкции контакторов и контактных групп. Искрогашение. (4 часа)

2.2.5. Импульсное перемагничивание сердечников с прямоугольной петлёй гистерезиса. Логические устройства на магнитных элементах. Феррит-транзисторные и феррит-диодные ячейки. (2 часа)

^ 2.3. Электромашинные устройства автоматики

2.3.1. Электромашинные устройства как элемент или объект системы. Электропривод как исполнительное устройство системы управления. Электрические машины. Генераторный и двигательный режим. Обратимость электрических машин. (2 часа)

2.3.2. Электрические машины переменного тока. Принцип действия и устройство машин переменного тока, Асинхронные и синхронные машины. Вращающееся магнитное поле, условия его возникновения. Асинхронные машины с короткозамкнутым и фазным ротором. (4 часов)

2.3.3. Электрические машины постоянного тока. Принцип действия электрической машины постоянного тока. Работа машины постоянного тока в генераторном и двигательном режимах. Двигатели независимого, последовательного и смешанного возбуждения. (4 часа)

2.3.4. Электрические машины как преобразователи механических величин в электрические. Тахогенераторы, сельсины, поворотные трансформаторы, фазовращатели. (4 часа)

3. Содержание практического раздела дисциплины

^ 3.1. Перечень лабораторных работ (16 часов)

№	Наименование темы	Кол-во часов*
1	Изучение принципа действия автоматических потенциометров и релейных САУ, созданных на их основе.	2
2	Релейный генератор импульсов	2
3	Датчики давления. Конструкция и принципы действия.	2
4	Электромагнитные силовые элементы. Реле, контакторы и пускатели. Конструкция и принцип действия.	2
5	Конструкция микромашин постоянного тока	2
6	Электродвигательные ИУ. МЭО. Конструкция и способ включения МЭО для управления задвижкой	2
7	Нереверсивный магнитный усилитьель	2
8	Электромагнитный стабилизатор напряжения	2
9	Электромашинный усилитель	2
10	Системы автоматического включения резерва	2

*Лабораторные работы выполняются по выбору в рамках запланированных аудиторных занятий.

^ 3.2. Тематика практических занятий (16 часов)

3.2.1. Построение и исследование систем автоматики с помощью

программы PSpice. (4 часа)

3.2.2. Прямой расчет сужающих устройств. (4 часа)

3.2.3. Обратный расчет сужающих устройств. (2 часа)

3.2.4. Способы управления электромеханическими и электромагнитными элементами автоматики (2 часа).

Электромагнитные реле. Способы коррекции характеристик реле. (2 часа)
Расчет резистивных датчиков температуры (выбор и согласование с измерительным преобразователем) (2 часа)

4. Программа Самостоятельной познавательной деятельности

(64 часа)

4.1. Подготовка к лекционным занятиям 18 часов.

4.2. Подготовка к лабораторным занятиям 8 часов.

4.3. Колокольные манометры 2 часа.

4.4. Пирометры. Принцип действия 4 часа.

4.5. Стандартные сужающие устройства. Области применения 4 часа.

4.6. Сорбционные анализаторы. Принцип действия 4 часа.

4.7. Электромашинный усилитель 8 часов

4.8. Работа с технической литературой по темам курса 16 часов

5. Текущий и итоговый контроль

Текущий контроль по усвоению студентами теоретического материала проводится в три этапа после изучения наиболее крупных разделов курса:

датчики;
электромагнитные устройства автоматики;
электромашинные устройства автоматики.

Контроль заключается в ответе на вопросы не требующие длительной подготовки (время ответа не более 1 мин.)

Перечень вопросов, выносимых на текущий контроль по первому разделу курса.

Естественный сигнал.
Работоспособность устройства (графическое пояснение работоспособности).
Смысл принципа агрегатирования.
Примеры унифицированных сигналов тока и напряжения.
Как подразделяются средства ГСП в зависимости от окружающей среды?
1 кгс/см² = ______ кПа (допускается округление).
На чём основан принцип работы жидкостного манометра?
Перечислите чувствительные элементы деформационных манометров.
Какой вид имеет сечение манометрической трубки?
Назначение трибко-секторного механизма.
На чем основан принцип действия деформационного термометра?
В чем заключается термоэлектрический эффект?
Способы компенсации термоЭДС, создаваемой свободными концами термопары.
Что является мерой температуры при измерении её с помощью неуравновешенного моста?
На чём основан принцип действия пирометров?
Как называются технические средства для измерения количества вещества?
Приведите примеры сужающих устройств.
Принцип действия кондуктометрических уровнемеров.
Как классифицируются смеси по количеству компонентов?
Какие смеси называются псевлобинарными?
На какие стадии разбивается процесс измерения состава многок5омпонентной газовой смеси?
На чём основан принцип измерения частоты вращения в стробоскопическом методе?

Перечень вопросов, выносимых на текущий контроль по второму разделу курса.

Чему равна напряженность Н в точке В, которая находится на расстоянии 10 см от линейного проводника с током 12,3 А?
Что показывает относительная магнитная проницаемость вещества?
Что характеризует намагниченность J?
Как классифицируются магнитные свойства веществ в зависимости от величины и направления J?
Что называется индукцией насыщения В_S?
Что называется остаточной индукцией В_r?
Что называется коэрцитивной силой Н_С?
Приведите пример простейшего магнитного усилителя (МУ).
С какой целью в цепь управляющей обмотки включен дроссель?
Почему простейший МУ называют нереверсивным МУ?
Приведите графический вид зависимости тока в рабочей I_~ обмотке от тока управления I_y I_~=f(I_y).
Приведите основное уравнение идеального МУ.
Приведите основное уравнение идеального МУ с положительной обратной связью.
При каких условиях МУ с обратной связью может работать как бесконтактное магнитное реле?
Какие МУ называются реверсивными?
На чём основан принцип действия магнитных запоминающих устройств?
Перечислите основные характеристики релейных элементов. (Оценка за ответ максимальная, если приведено не менее 7 характеристик).
Приведите пример трёхпозиционного релейного элемента.
Срабатывание реле происходит при величине тока в обмотке 10 мА, а отпускание при 2 мА. Чему равен коэффициент запаса?

Перечень вопросов, выносимых на текущий контроль по третьему разделу курса.

Приведите классификацию электрических машин по назначению.
Назовите основные признаки генераторного режима.
Назовите основные признаки двигательного режима.
Перечислите общие способы повышения КПД двигателей и генераторов.
В чём заключается обратимость электрических машин?
Входной сигнал трансформатора имеет следующий вид 40*sin80t. Количество витков в первичной обмотке 100, во вторичной – 10. Чему равно напряжение на выходе трансформатора?
Что понимают под полюсным делением электрической машины?
Назначение вращающегося магнитного поля в электрических машинах. При каких условиях возможно возникновение вращающегося магнитного поля?
Чему равна скорость вращения магнитного поля?
Что называют скольжением электрической машины?
Назначение пускорегулирующего реостата в электрических машинах с фазным ротором.
Основное конструктивное отличие асинхронных электрических машин от синхронных.
Назначение коллектора в электрических машинах постоянного тока.
Что измеряет тахогенератор?
На чём основан принцип действия тахогенератора?

Текущий контроль по усвоению студентами практического материала проводится по следующим темам:

прямой расчет сужающих устройств;
обратный расчет сужающих устройств.

Образец задания

Исходные данные

Тип вещества вода
Наибольший расход вещества Q_max, т/ч 40
Наименьший расход вещества Q_min, т/ч 0
Рабочая температура Т_раб ,°С 150
Избыточное давление Р_изб, кгс/см² 6
Барометрическое давление окр. среды Р_бар, кгс/см² 1
Допустимая потеря давления на сужающем устройстве

Р_п, кгс/см² -

Диаметр трубопровода D₂₀, мм 100
Материал трубопровода Ст20
Материал сужающего устройства Ст12Х18Н9Т

Найти внутренний диаметр сужающего устройства d₂₀.

Выполнить обратный расчет сужающего устройства.

Варианты заданий

	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
Среда	вода	вода	вода	вода	вода	вода	вода	вода	вода	вода	вода	вода	вода	вода	вода
Q_max	40	6	20	16	100	50	30	40	20	6	2	5	100	40	60
Q_min	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
Т_раб	130	100	90	100	80	120	110	80	60	40	90	35	110	50	90
Р_изб	10	6	6	4	10	6	4	4	12	16	6	10	16	4	6
Р_бар	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1
Р_п	-	-	0,1	-	0,1	0,05	-	0,2	-	-	0,1	0,1	-	-	0,1
D₂₀	100	80	120	100	80	120	120	80	100	80	40	80	200	120	100

6. Перечень рекомендуемой литературы

Основная

Фарзане Н. Г., Илясов Л. В., Азим-Заде А. Ю. Технологические измерения и приборы: Учебник для студентов по спец. «Автоматизация технологических процессов и производств». – М.: Высшая школа, 1989. - 456 с., ил.
Иванова Г. М. и др. Теплотехнические измерения и приборы: Учебник для вузов /Г. М. Иванова, Н. Д. Кузнецов, В. С. Чистяков. – М.: Энергоатомиздат, 1984. – 232 с., ил.
Д. Э.Брускин, А. Е. Зохорович, В. С. Хвостов. Электрические машины и микромашины. Учебное пособие для приборостроительных специальностей вузов. – М.: Высшая школа, 1971. – 432 с., илл.
Миловзоров В. П. Электромагнитные устройства автоматики: Учебник для вузов. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Высшая школа, 1983. – 408 с., ил.

Дополнительная

5. Боднер В. А., Алферов А. В. Измерительные приборы: Учебник для вузов: В 2 т. - М.: Издательство стандартов, 1986.

6. Устройства и элементы систем автоматического регулирования и управления /Книга 1. Измерительные устройства, преобразующие элементы и устройства. /Под. Ред. В. В. Солодовникова – М.: Машиностроение. 1973 г.

7. Устройства и элементы систем автоматического регулирования и управления /Книга 2. Усилительные устройства, преобразующие элементы и устройства. /Под. Ред. В. В. Солодовникова – М.: Машиностроение. 1975 г.

8. Устройства и элементы систем автоматического регулирования и управления /Книга 3. Исполнительные устройства и сервомеханизмы. /Под. Ред. В. В. Солодовникова – М.: Машиностроение. 1976 г.

9. Монтаж средств измерений и автоматизации: Справочник /К. А. Алексеев, В. С. Антипин, А. Л. Галанин и др.; Под ред. А. С. Клюева. –3-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1988. – 488 с., ил.

10. Промышленные приборы и средства автоматизации: Справочник /В. Я. Баранов, Т. Х. Безновская, В. А. Бек и др.; Под общ. Ред. В. В. Черенкова. Л.: Машиностроение. Ленинградское отделение. 1987. – 847 с., ил.

11. Розенблат М. П. Магнитные элементы автоматики и вычислительной техники. – М.: Наука, 1974 г.

12. Периодические издания, в т. ч. журналы: «Приборы и системы управления», «Метрология».

13. Нормативно-техническая документация, ГОСТы, РД.

Скачать 216,56 Kb.

оставить комментарий

Дата	28.09.2011
Размер	216,56 Kb.
Тип	Рабочая программа, Образовательные материалы

Добавить документ в свой блог или на сайт

плохо

не очень плохо

средне

хорошо

отлично

Ваша оценка этого документа будет первой.

Ваша оценка:

Разместите кнопку на своём сайте или блоге:

Загрузка...

База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2017
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации