Развитие комплексной автоматизации и механизации производственных процессов в промышленности
Министерство труда, занятости и социальной защиты РТ
Государственное бюджетное образовательное учреждение среднего профессионального образования
Нижнекамский нефтехимический колледж
Специальность 240404
Контрольная работа
по дисциплине
Автоматизация технологических процессов
Выполнил
Проверил
2013
Вопрос 1
Развитие комплексной
Производственные предприятия являются основным звеном единого народнохозяйственного комплекса. Главной задачей предприятия являются всемерное удовлетворение общественных потребностей народного хозяйства в его продукции с высокими потребительскими свойствами и качеством при минимальных затратах, увеличение вклада в ускорение социально-экономического развития страны и обеспечение на этой основе роста благосостояния своего коллектива и его членов.
Производственное предприятие
первостепенное значение обязано придавать
активизации человеческого
Для решения указанных задач
на всех производственных предприятиях
необходимо добиваться резкого уменьшения,
а в перспективе ликвидации тяжелого
физического, монотонного и
На современном этапе
Необходимость внедрения гибких автоматизированных производств диктуется высокими темпами научно-технического прогресса, быстрой сменяемостью объектов производства. Производственные процессы, основанные на применении автоматических линий с жесткой системой автоматического управления, многопозиционном и многоинструментальном технологическом оборудовании, не могут быстро переналаживаться на выпуск другой продукции. Это приводит к тому, что устаревшие модели техники (автомобили, тракторы, вагоны и их части) выпускаются до тех пор, пока не наступит предельный износ технологического оборудования. А это приводит к сдерживанию научно-технического прогресса не только у производителей техники, но и у ее потребителей (например, выпуск моделей вагонов с малой грузоподъемностью и погонной нагрузкой не позволяет формировать тяжеловесные поезда в пределах существующей длины станционных путей и тем самым повышать пропускную способность железных дорог более быстрыми темпами, выпуск поглощающих аппаратов автосцепки с небольшой энергоемкостью не позволяет повысить скорость формирования поездов и т. П.).
Необходимость автоматизации производственных
процессов в основном, во вспомогательном
и обслуживающем производствах
обусловлена не только задачей повышения
производительности труда, но и социальным
фактором. Она характеризуется
Под автоматизацией производства понимается
комплексная конструкторско-
Различают частичную, полную и комплексную автоматизацию производства. Под частичной понимают автоматизацию процессов, при которой часть затрат энергии людей заменена затратами энергии неживой природы, включая управление. При частичной автоматизации может быть автоматизировано, например, управление, а регулирование и контроль выполняет рабочий.
Под полной понимают автоматизацию процессов, при которой все затраты энергии людей заменены затратами энергии неживой природы включая управление. Полная автоматизация предполагает автоматизацию управления, регулирования и контроля. Рабочий в этом случае производит настройку и наладку устройств, включает их и отключает после выполнения автоматической машиной заданного числа циклов.
Автоматизация любых производственных процессов должна строиться на основании трех принципов:
1) принципа достижения конечного
результата, характеризующегося тем,
что средства автоматизации
2) принципа комплексности,
3) принципа необходимости, характеризующегося тем, что средства автоматизации должны применяться там, где без них нельзя обойтись и где они обеспечивают повышение эффективности производства.
1.2. Этапы развития автоматики и автоматизации производственных процессов
Автоматизация производственных
процессов в своем развитии проходит
три этапа. Первый – автоматиза
Автоматизация рабочего цикла машин потребовала создания специальных устройств (регуляторов), обеспечивающих поддержание заданных параметров при работе машины. Первый в мире промышленный автоматический регулятор был создан в 1765 г. Русским механиком И.И. Ползуновым. Регулятор служил для поддержания постоянного уровня воды в котле паровой машины. Измерительный орган – поплавок, перемещаясь, изменял подачу жидкости пропорционально изменению ее уровня. Принцип управления – реакция измерительного органа на отклонение управляемой величины от заданного значения, использованный И. И. Ползуновым, является основным принципом управления и в современных системах.
Первый этап автоматизации характеризуется разработкой по мере развития техники универсальных автоматов и полуавтоматов (превышают по производительности неавтоматизированные станки, но имеют худшую мобильность), специализированных и специальных автоматов и полуавтоматов (специализированные машины переналаживаются на обработку узкой группы однотипных изделий, а специальные проектируются для конкретного изделия и поэтому имеют наибольшую производительность), агрегатных станков (решают проблемы автоматизации массового производства) и станков с числовым программным управлением (ЧПУ) (отличаются высокой мобильностью и высокой степенью автоматизации).
Высшей формой автоматизированного производства на первом этапе являются поточные линии из полуавтоматов и автоматов, где основные технологические процессы выполняются автоматически, а межстаночная транспортировка, накопление заделов, контроль качества, удаление отходов осуществляются вручную или механизированным способом. Для межстаночной транспортировки и загрузки станков могут применяться автооператоры и промышленные роботы. Первые простейшие промышленные роботы (теперь их называют автооператоры) появились в начале 60-х годов.
Появление станков с ЧПУ и промышленных роботов дало возможность создания гибких технологических комплексов, решающих задачи автоматизации операций на новом техническом уровне.
Автоматизация отдельных машин или технологических операций достаточно широко применяется на вагоностроительных, вагоноремонтных заводах и в вагонных депо. Первые автоматические установки, манипуляторы и поточно-механизированные линии для ремонта вагонов и их частей были разработаны и внедрены в начале 60-х годов в вагонном депо Московка. В настоящее время вагоноремонтные заводы, вагонные депо начинают применять станки с ЧПУ (ВРЗ им. Войтовича и др.), промышленные роботы (вагонное депо Люблино) и манипуляторы.
Второй этап автоматизации – ав
Этот этап автоматизации базируется на полной механизации технологических процессов, системах дистанционного контроля и управления. Он характеризуется автоматизацией всего производственного процесса. Первая в СССР автоматическая линия была создана в 1939 г. Преимущество автоматических линий заключается в возможности варьирования числом машин-автоматов, встраиваемых в линию.
Автоматическая специальная линия с использованием манипулятора на операции чистовой обработки подступичной части и накатки действует на Крюковском вагоностроительном заводе, на Попаснянском ВРЗ – автоматизированная поточная линия ремонта колесных пар.
Автоматические и
Создание гибкой производственной системы (ГПС) дало возможность проектировать гибкие автоматизированные линии, которые позволяют решать вопросы автоматизации не только массового, но и серийного производства. Первые ГПС появились в США в 1967г., Японии и Великобритании – 1969 г. Около 75 % всех функционирующих ГПС предназначены для изготовления плоских и корпусных деталей.
Третий
этап автоматизации – комплексн
Этот этап автоматизации
характеризуется применением
Вопрос 13.
Укажите назначения нормирующих преобразователей. Приведите схему и поясните принцип работы нормирующего преобразователя типа НП-П3.
Преобразователь нормирующий типа
НП-П3 предназначен для преобразования
сигналов дифференциально-
Преобразователь НП-П3 применяется
для работы с манометрами дифманометрами
и расходометрами, дифференциально-
Преобразователь предназначен для эксплуатации в следующих условиях:
- источник питания — сеть переменного тока с напряжением 220В с допустимыми отклонениями от +10% до -15%, с частотой(50±1)Гц и коэффициентом высших гармоник не более 5%;
- температура окружающего воздуха от +5 до +50°С;
- относительная влажность воздуха до 80% при температуре 35°С и более низких температурах без конденсации влаги;
- внешние магнитные поля напряженность до 400 А/м;
- вибрация с частотой до 25Гц с амплитудой виброперемещения не более 0,1 мм.
Преобразователь не предназначен для работы во взрывоопасных и пожароопасных помещениях, а также в помещениях, содержащих в воздухе примеси агрессивных веществ.
Структурная схема преобразователя приведена на рисунке 1.
Рисунок
1 Структурная схема преобразователя
УПТ — усилитель постоянного тока, М — магазин комплексной взаимноиндуктивности, 1 — демодулятор, 2 — операционный усилитель, 3 — полупроводниковый усилитель, 4 — устройство обратной связи, 5 — устройство контроля исправности, 6 — полупроводниковый стабилизатор, 7 — корректор, ПП-приборы-потребители уницированного сигнала, ПСН — приемник сигнала неисправности, ИН — источник напряжения постоянного тока 10-126 (питание устройства контроля), Н — нагрузка приемника сигнала неисправности (820Ом), ДТ — дифтрансформаторный датчик.
Напряжение переменного тока с магазина взаимоиндуктивности Р-5017 (дифтрансформатора Д1) преобразовывается демомулятором 1 в пропорциональное напряжение постоянного тока и суммируется с напряжением корректора 7.
Результирующий сигнал усиливается операционным 2 и полупроводниковым 3 усилителем постоянного тока, охваченными глубокой отрицательной обратной связью через устройство обратной связи 4, позволяющее, в случае необходимости, линеаризовать характеристику комплекта датчик — преобразователь.
В преобразователях, имеющих линеаризатор, линеаризация выходной характеристики комплекта осуществляется методом кусочно- линейной аппроксимации, который позволяет с точностью до 0,5-1,0% линеаризовать характеристики используемых датчиков.
Питание магазина взаимоиндуктивности Р5017 (дифтрансформатор датчика) и демодулятора осуществляется от полупроводникового стабилизатора напряжения переменного тока 6.
Для контроля исправности усилительного тракта преобразователя исправности линии связи преобразователя с датчиком и нагрузкой в схему преобразователя введено специальное устройство контроля 5.
Описание принципиальной схемы
Переменное напряжение со вторичной обмотки магазина взаимноиндуктивности Р-5017 (дифтрансформатора) через разделительный трансформатор Т1, обеспечивающий гальваническую развязку между входом и выходом преобразователя, поступает на вход однополупериодного фазочувствительного выпрямителя (демодулятора), собранного на микросхеме А1. Переключающее напряжение для демодулятора снимается с обмотки 1-5 трансформатора Т2.
Нормирующий преобразователь рассчитан на работу с датчиком как без перехода плунжера через нейтраль, так и с переходом плунжера через нейтраль с унифицированным выходным сигналом. Во втором случае фаза выходного сигнала датчика, изменяясь на 180°, изменяет полярность напряжения на выходе демодулятора. Для чего, чтобы входной сигнал усилителя постоянного тока был неизменной полярности, в него вводится постоянное смещение через резистивный делитель, который обеспечивает смещение «НУЛЯ» преобразователя.
Диапазон коррекции «НУЛЯ» определяется потенциометром R2 преобразователя и резистором R7.
Усилитель постоянного тока выполнен на микросхеме А3 и транзистор V23. Для повышения входного сопротивления операционного усилителя А3 сигнал на его вход подается через эмиттерный повторитель на микросхеме А2, чем обеспечивается температурная стабильность усилителя постоянного тока.
Нагрузка преобразователя
Конденсатор С10 служит для уменьшения пульсации выходного тока. Усилитель постоянного тока охвачен глубокой отрицательной обратной связью по току, чем обеспечивается стабильность усилителя и уменьшается зависимость выходного сигнала преобразователя от сопротивления нагрузки.
Обратная связь обеспечивается резистором R28 и резисторным делителем R40-R43 и R4 преобразователя. Глубина обратной связи может изменяться с помощью потенциометра R4 преобразователя «ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ», что позволяет настраивать преобразователь для работы с датчиками, имеющими разные выходные сигналы.
Устройство контроля исправности преобразователя и линии связи датчик-преобразователь и преобразователь-нагрузка выполнено на микросхеме А4 и транзисторе V24 и представляет собой ключевую схему, срабатывающую при появлении на его входе сигналов положительной и отрицательной полярности с заданным уровнем, устанавливаемым резистивными делителями R20, R21, R30, R31.
Вопрос 19.
На каком принципе работают жидкостные приборы контроля давления. Приведите схемы приборов и укажите какие виды давлений ими можно измерить.
Приборы для измерения давления по назначению можно разделить на три основные группы: барометры, манометры и вакуумметры. Барометры служат для измерения атмосферного давления, манометры – для измерения избыточного давления, вакуумметры – для измерения разрежения. Применяются также и комбинированные приборы.
По конструкции приборы применяются трех основных видов: жидкостные, механические и электрические.
Жидкостные приборыприменяютсядля измерения всех видов давления. Жидкостные барометры, так же как и другие жидкостные приборы, основаны на принципе сообщающихся сосудов и применяются в двух основных вариантах: чашечные и сифонные (рис. 6.2).
Жидкостной барометр-стеклянная трубка с запаянным одним концом. В качестве жидкости обычно применяется ртуть. Давление столба ртути в трубке уравновешивается атмосферным давлением. При изменении атмосферного давления измеряется высота ртутного столба, которая и служит мерой давления.
Рис. 6.2. Жидкостные барометры:
а– чашечный; б – сифонный
Жидкостные манометрыприменяются различных видов и конструктивных вариантов. По типу применяемой жидкости жидкостные манометры делятся на пьезометры и ртутные манометры. В пьезометрах в качестве рабочей жидкости используется та же жидкость, давление которой измеряется. В свою очередь, каждая из групп делится на две подгруппы: на обычные приборы для измерения давления в жидкости и приборы для измерения разности давлений – дифференциальные манометры.
Пьезометр-вертикальная стеклянная трубка, верхний конец которой открыт в атмосферу, а нижний присоединен к сосуду в том месте, где требуется измерить избыточное давление (рис. 6.3).
Рис. 6.3. Жидкостные пьезометры:
а– обычный; б – дифференциальный
Применяя основное уравнение гидростатики ко всей жидкости, заключенной в пьезометре, получим
pабс = pат + rgh, (6.3)
где pабс – абсолютное давление в жидкости на уровне присоединения пьезометра, h – высота подъема жидкости в пьезометре – пьезометрическая высота.
Из уравнения (6.3) следует, что избыточное (манометрическое) давление на высоте присоединения пьезометра равно
pизб= pабс - pат = rgh.
Отсюда пьезометрическая высота равна
h= (pабс - pат)/rg= pизб/rg.
Если на свободную поверхность
покоящейся жидкости действует атмосферное
давление, то пьезометрическая высота
для любой точки
Для замера разности давлений в двух сосудах или в двух точках одного сосуда применяют дифференциальные пьезометры(см. рис.6.3). Можно показать, что
p1- p2 = rg(h1 - h2),
то есть разность уровней в трубках прямо пропорциональна разности давлений в сосудах.
Ртутные манометрыпредназначены для измерения давлений жидкостей и газов в больших пределах, чем это можно осуществить с помощью, например, водяных пьезометров. Ртутный манометр состоит из резервуара с жидкостью и стеклянной трубки, присоединенной к этому резервуару. Давление определяется по разности уровней ртути в резервуаре и стеклянной трубке (рис.6.4).
а
Рис. 6.4. Жидкостные манометры:
а– обычный; б – дифференциальный
pизб= pабс - pат = rртgh.
Так как плотность ртути
в 13,6 раза выше плотности воды, то высота
подъема ртути в стеклянной трубке
будет во столько же раз меньше подъема воды в пьезометре,
Аналогично дифференциальным пьезометрам
для измерения разности давлений требуютсядифференциальныертутн
Жидкостные вакуумметрыпо устройству и работе принципиально не отличаются от жидкостных манометров (рис. 6.5). Кроме того, разрежение может определяться по разности уровней жидкости в резервуаре и стеклянной трубке(см. рис. 4.5, б).
Рис. 6.5. Жидкостные ваккууметры:
а– обычный; б – дифференциальный
Вопрос 34.
Уровнемеры для жидкостей.
Уровнемеры, приборы для измерения или контроля уровня жидкостей и сыпучих материалов в резервуарах, хранилищах, технологических аппаратах химических производств и т. п. Приборы для определения количества жидкости или сыпучего материала с целью их учета и сигнализации о переполнении бункеров, расходных баков и других сосудов называют уровнемерами широкого диапазона измерений. Последний определяется в данном случае геометрическими размерами сосудов. Эти приборы снабжены шкалами с делениями, которые находятся по одну сторону от нулевой отметки (расположена в начале отсчета); шкалы градуируются в см, дм и м. При необходимости поддержания уровня на заданной высоте приборы показывают величину его отклонения от нормального положения и называют уровнемерами узкого диапазона измерений (100-150 мм). Шкалы данных приборов имеют деления по обе стороны от нулевой отметки (находится посередине) и градуируются в мм и см.
Уровнемеры для жидкостей
По принципу действия эти уровнемеры разделяются на визуальные, поплавковые, гидростатические, электрические, ультразвуковые, радиоизотопные.
Визуальные уровнемеры (рис. 1) - простейшие измерители уровня жидкости. К технологическому аппарату 1 через запорные вентили 2 подсоединено указательное стекло (трубка 3). Аппарат и трубка представляют собой сообщающиеся сосуды, поэтому уровень H жидкости в трубке всегда равен ее уровню в аппарате и отсчитывается по шкале.
Поплавковые уровнемеры. Чувствительный элемент - поплавок, находящийся на поверхности жидкости (рис. 2, а).Поплавок 1 уравновешивается грузом 3, который связан с поплавком гибким тросом 2. Уровень жидкости определяется положением груза относительно шкалы 4. Пределы измерений устанавливают в соответствии с принятыми значениями верхних (ВУ) и нижних (НУ) уровней.
Значительно надежнее тонущие поплавки - массивные буйки (рис. 2, б). При изменении уровня жидкости по закону Архимеда изменяется действующая на конец рычага 2 выталкивающая сила (вес буйка 1). Соотв. изменяющийся момент сил, действующих на рычаг 2, от буйка передается через вал 5, закрепленный в донышке 7, на трубку 6 и уравновешивается моментом ее скручивания. Изменение угла скручивания трубки пропорционально величине уровня.
Гидростатические уровнемеры. И
Рис. 2. Поплавковые уровнемеры: а - с плавающим поплавком; б - с тонущим поплавком.
Рис. 4. Дифманометрические уровнемеры: измерение уровня в открытом резервуаре (а)и аппарате, работающем под давлением (б).
Дифманометрические уровнемеры позволяют измерять уровень в открытых (атм. давление) или закрытых (давление либо разрежение) резервуарах (рис. 4). Относительно постоянный уровень жидкости в одном из колен измерит, прибора (дифманометра), а следовательно, и в контролируемом аппарате обеспечивается уравнительным сосудом (наполнен до определенного уровня той же жидкостью, что и в аппарате). Высота столба жидкости в другом колене дифманометра изменяется с изменением уровня в аппарате. Каждому значению уровня в нем отвечает некоторый перепад давления, обусловленный расстоянием по высоте между аппаратом и прибором. Если аппарат работает при атмосферном давлении, уравнительный сосуд размещают на отметке нулевого уровня (рис. 4, а), если под давлением - на высоте максимального уровня (рис. 4, б).
Пьезометрические уровнемеры
(рис. 5) основаны на принципе гидравлического
затвора (обычно водяного). Для измерения
уровня используют воздух или инертный
газ, который под давлением р продув
Вопрос 51.
Какими методами измеряют концентрацию растворов?
- Концентрация вещества– отношен
ие числа частиц компонента системы (смеси, раствора, сплава), его количества или массы к объёму системы.В ЦБП почти во всех технологических процессах возн икает необходимость измерения и контроля малых и больших концентраций веществ в водных растворах, преимущественно достаточно сложных по своему составу но, как правило, электролитических.Величину концентрации волокна в воде обычно определяют по гидравлическим свойствам массных потоков. Существуют два метода косвенного измерения концентрации.По первому методу величину концентрации волокна в массе определяют по величине гидродинамического напора Н при истечении массы через местные сопротивления, обычно через изогнутую трубу определенного диаметра или через открытый наклонный лоток. При этом скорость истечения необходимо поддерживать постоянной.Приборы, основанные на принципе измерения концентрации по внутреннему трению, состоят из разного рода насадок, погружаемых и массу и вращающихся в ней с помощью двигателя. Реактивный момент, вызываемый торможением насадки массой, зависит от ее концентрации. - 3. Измерение состава и свойств веществаПри анализе свойств и состава веществ в целлюлозно-бумажном производстве производят измерения:концентрации одной жидкости (или газа) в смеси других жидкостей или газов; концентрации ионов водорода в растворах (или расплавах) (рН – метры, оксредметры) и других;концентрации твердых частиц, пузырьков газа, капель жидкости (тумана) в жидкости или газе (концентратомеры механических смесей и др.);количества влаги в газе, жидкости или твердом теле (влагомеры);плотности массы определенных объемов или площадей веществ и материалов (плотномеры, массомеры, измерители массы 1м2бумажного полотна или картона);фракционного состава древесных волокон;качественных и количественных характеристик бумаги и картона;качественных показателей бумаги и картона (механические характеристики: вес 1м2, белизна, просвет, воздухопроницаемость, зольность, электроизоляционные свойства и др.).
- 4. Электрохимические измерителиЭлектрохимические измерители концентрации делятся на:кондуктометрические концентратомеры, основанные на измерении электрической проводимости или сопротивления электролитических ячеек;рН-метры - основанные на измерении электродных потенциалов;полярографические концентратомеры, в которых осуществляется снятие кривых поляризации или определение интенсивности прохождения света.Ионизационный принцип анализа основан на измерении ионного тока в исследуемой среде. Указанный метод позволяет измерить абсолютную концентрацию и состав газовых смесей. К группе ионизационных измерителей концентрации относятся широко распространенные масс-спектрометры, позволяющие разделить и идентифицировать положительные ионы анализируемого вещества по их массе.Ионизационные измерители