3493
.pdfМинистерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Воронежский государственный лесотехнический университет им. Г.Ф. Морозова»
ТЕХНИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ И ПРИБОРЫ
Методические указания к выполнению курсового проекта для студентов
по направлению подготовки
15.03.04 - Автоматизация технологических процессов и производств
Воронеж, 2016
УДК 658.5.011.56
Поляков, С. И. Технические измерения и приборы [Текст]: метод. ука-
зания к выполнению курсового проекта для студентов по направлению под-
готовки 15.03.04 - Автоматизация технологических процессов и производств
/ С. И. Поляков; Мин-во обр-я и науки Рос. Фед., ФГБОУ ВО «ВГЛТУ». –
Воронеж, 2016. 32 с.
Печатается по решению редакционно-издательского совета ФГБОУ ВО «ВГЛТУ»
Рецензент: профессор кафедры автоматизации технологических про-
цессов и производств Воронежского государственного архитектурно-
строительного университета В.И. Акимов
2
ВВЕДЕНИЕ В программе дисциплины "Технические измерения и приборы» для
высших учебных заведений по направлению подготовки 15.03.04 – Автома-
тизация технологических процессов и производств (уровень бакалавриата),
указано, что целью изучения дисциплины является формирование у студен-
тов знаний необходимых для выбора, создания и эксплуатации автоматизи-
рованных средств технических измерений, а также информационного и мет-
рологического обеспечения автоматизированных систем управления техно-
логическими процессами (АСУ ТП).
В результате освоения дисциплины студент должен:
– знать: назначение, принципы построения и сущность Государствен-
ной системы промышленных приборов и средств автоматизации (ГСП); ос-
новные понятия теории измерения; классификацию существующих средств измерений и их метрологические характеристики; существующие методы и средства измерения геометрических, механических величин, температуры,
давления, расхода, уровня, определения состава и свойств веществ, экологи-
ческих параметров, качества изделий; виды и принципы функционирования вторичных приборов и преобразователей сигналов; виды, структуру и воз-
можности измерительных информационных систем (ИИС);
– уметь: проектировать, разрабатывать и эксплуатировать измеритель-
ные каналы геометрических, механических величин, температуры, давления,
расхода, уровня, определения состава и свойств веществ, экологических па-
раметров, качества изделий.
– владеть: навыками построения измерительных каналов основных технических (технологических) величин.
При курсовом проектировании студент должен закрепить знания по изучаемой дисциплине. Тема курсового проекта данной дисциплины согла-
совывается с тематикой проекта по дисциплине "Автоматизация технологи-
ческих процессов и производств" для одного и того же объекта автоматиза-
3
ции. Задача методических указаний заключается в изложении требований по выполнению и оформлению курсового проекта, а также выполнения отдельных разделов с применением компьютерной техники.
Выполнение курсового проекта студентами производится за счет самостоятельной работы при организации регулярных консультаций. Целью выполнения курсового проекта является закрепление знаний, полученных на аудиторных занятиях. Тема курсовых проектов – «Разработка измерительного канала». Каждый студент получает индивидуальные исходные данные.
Таблица 1
№ п/п |
Наименование разделов курсового проекта |
|
1 |
Описание физической сущности измеряемого технологического |
|
параметра |
||
|
||
2 |
Структурное моделирование измерительного канала |
|
3 |
Разработка принципиальной схемы измерительного канала |
|
4 |
Выбор комплекса технических средств измерительного канала |
|
5 |
Выбор передаточных функций отдельных звеньев измерительного |
|
канала |
||
|
||
6 |
Анализ характеристик отдельных звеньев измерительного канала |
|
|
Рекомендации по использованию разработанного измерительного |
|
7 |
канала для технологических процессов деревообрабатывающей от- |
|
|
расли |
1 СИСТЕМА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО КАНАЛА Выполнение курсового проекта является завершающим этапом обуче-
ния студентов по дисциплине " Технические измерения и приборы", достижение цели которого заключается в систематизации, закреплении и расширении теоретических знаний и практических навыков при решении конкретных задач на современном научно-технической уровне.
В процессе выполнения курсового проекта решаются основные задачи формирования будущего инженера: умение составлять технические задания на разработку измерительного канала при проектировании систем автоматизации, выполнять проектно-расчетные работы на стадиях технического и ра-
4
бочего проектирования; обучение передовым методам инженерного проекти-
рования, методам ведения научно-исследовательской работы при конкретном проектировании. Выполнение курсового проекта должно базироваться на ис-
пользовании комплексных систем стандартов в соответствии с Государст-
венной системой стандартизации (ГСС).
2 ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО КАНАЛА Курсовой проект выполняется по трем основным разделам:
-Структурное моделирование измерительных каналов;
-Выбор комплекса технических средств измерительной системы и пе-
редаточных функций средств измерений;
- Метрологическое обеспечение средств измерений.
Графическая часть состоит из 4-х листов формата А3-А4 и включает принципиальную схему соединений датчиков со вторичной измерительной аппаратурой, иллюстрации расчетной части в виде графиков характеристик,
структурную схему измерительного канала, внешний вид и установку датчи-
ков на технологический объект.
Текстовая часть проекта (25-30 страниц текста) содержит описание объекта измерения и разработанных структурных схем, схем соединений и подключений, обоснование структуры моделирования измерительного кана-
ла и его аппаратурной реализации, примеры заказных спецификаций на сред-
ства измерений, обоснование выбора передаточных функций средств измере-
ний, рекомендации по использованию разработанной измерительной систе-
мы для технических (технологических) процессов.
3 СТРУКТУРНЫЕ СХЕМЫ При разработке структурной схемы измерительного канала следует об-
ращать внимание на то, каким образом будет передаваться измерительный сигнал, где будут размещаться модули обработки информации, какова дол-
5
жка быть взаимосвязь между ними и какова будет блочно-иерархическая структура канала измерения.
Пример разработки структурной схемы изображен на рис. 1. Схема включает в себя промышленный ПК с ПО «ОИК Диспетчер НТ», позволяю-
щий осуществлять сбор, обработку и накопление всех видов телеинформации
(включая информацию от цифровых преобразователей, устройств РЗиА, цен-
тральной сигнализации, учета энергии и пр.) непосредственно на объекте, ор-
ганизовывать локальные рабочие места для персонала и обеспечивать по-
ставку информации на системы верхнего уровня по неограниченному числу каналов связи.
Рис. 1. Структурная схема командного пункта «Исеть» Пример описания функциональных возможностей:
Такое исполнение КП подходит для крупных подстанций.
Передача на верхний уровень может осуществляться по стандартным протоколам ГОСТ Р МЭК 60870-5-101 / 104, по фирменному протоко-
6
лу INTERLINK и другим — список поддерживаемых протоколов обме-
на;
Синхронизация реального времени на уровне КП осуществляется сред-
ствами контроллера «Синком-IP4» или добавлением в комплектацию измерительного контроллера «Синком-IPT»;
При необходимости передачи данных на верхний уровень по распро-
странѐнным ранее протоколам («Гранит», «Компас», «ТМ-512») приме-
няется мостовой контроллер;
Пример размещения аппаратуры КП в монтажном шкафу;
Аппаратура КП может быть при необходимости разнесена на несколько шкафов при помощи расширения CAN-шины или оптических удлините-
лей.
Структурные схемы представляют собой графическое изображение структуры измерения сигналов и управления. Структурные схемы в виде прямоугольников и окружностей изображают основные подразделения объ-
екта измерения с указанием их наименования, основные узлы систем измере-
ния и управления (датчики, исполнительные устройства, подсистемы контро-
ля, сигнализации и т.п.), вычислительные комплексы и линии связи между отдельными элементами системы управления с указанием (стрелкой) направ-
ления передачи информации или воздействий. Для простых объектов допус-
кается не разрабатывать структурные схемы управления, ограничиться толь-
ко измерительной частью, но в этом случае в пояснительной записке необхо-
димо давать соответствующие пояснения структуры измерения и управления.
4 СОДЕРЖАНИЕ ГРАФИЧЕСКОЙ ЧАСТИ В графической части проекта студентом разрабатываются
– локальные измерительные системы автоматизации: схема принципи-
альная (электрическая) измерения интересующих технических величин, ра-
ботающих в автоматическом режиме;
7
–схема структурная микропроцессорных систем;
–схема принципиальная измерительного блока;
–схема функциональной структуры информационной измерительной системы;
–схема структурная информационно-вычислительного комплекса.
4.1 ОБОЗНАЧЕНИЯ ЕДИНИЦ ИЗМЕРЕНИЯ Значения контролируемых и регулируемых величин должны простав-
ляться в единицах согласно ГОСТ 8.417-81 (CТ СЭВ 1052-78). Обозначения некоторых наиболее распространенных единиц приведены в таблице 2.
Обозначения единиц следует проставлять после числовых значений ве-
личин в строку с ними (без переноса на следующую строку).
Между последней цифрой числа и обозначением единицы следует ос-
тавлять пробел (исключение составляют обозначения в виде знака поднятого над строкой, перед которыми пробела не оставляют).
При указании значений величин с предельными отклонениями следует заключать числовые значения вместе с предельными отклонениями в скобки и обозначения единиц помещать после скобок или проставлять обозначения единиц и после числового (номинального) значения величины, и после еѐ предельного отклонения. Например: (100+0,1) кг или 100 кг 0,1 кг.
Точку как знак сокращения в обозначении единиц не ставят.
Буквенные обозначения единиц, входящих в произведение (в случае производных единиц), следует отделять точками на средней линии, как зна-
ками умножения. Вместо точек можно применять пробелы, если это не при-
водит к недоразумениям.
В качестве знака деления в буквенных обозначениях единиц должна применяться только одна черта: косая или прямая. Допускается применять обозначения единиц в виде произведения обозначений единиц, возведѐнных в степени (положительные и отрицательные).
8
Таблица 2
ОБОЗНАЧЕНИЯ ЕДИНИЦ НЕКОТОРЫХ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН
Наименование ве- |
Наименование |
Обозначение еди- |
Примечание |
|
личины |
единицы |
ницы |
|
|
|
|
русское |
междуна- |
|
|
|
|
родное |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
Длина |
Метр |
м |
m |
|
|
Астрономическая |
|
|
|
|
единица |
а.е. |
ua |
1а.е. 1,5 1011 м |
|
Микрон |
мкм |
m |
1мкм = 10-5 м |
Площадь |
Метр квадратный |
м2 |
m2 |
|
|
Гектар |
га |
ha |
1га = 104 м |
Объѐм |
Метр кубический |
м3 |
m2 |
|
|
Литр |
л |
l |
|
Масса |
Килограмм |
кг |
kg |
|
|
Тонна |
т |
t |
|
|
Атомная единица |
а.е.м. |
|
1а.е.м. 1,66 10-27 |
|
массы |
|
u |
кг |
Время |
Секунда |
с |
S |
|
|
Минута |
мин |
min |
|
|
Час |
Ч |
h |
|
|
Сутки |
с |
d |
|
Сила, вес |
Ньютон |
Н |
N |
1кгс 9,81 Н |
Давление, механи- |
Паскаль |
Па |
Pa |
1кгс/см2 98100 |
ческое напряже- |
|
|
|
Па |
ние, модуль упру- |
|
|
|
|
гости |
|
|
|
|
Энергия, работа, |
Джоуль |
Дж |
J |
1эрг = 10-7 Дж |
количество тепло- |
|
|
|
|
ты |
|
|
|
|
Мощность, поток |
Ватт |
Вт |
W |
1д.с. 735,5 Вт |
энергии |
|
|
|
|
Сила тока |
Ампер |
А |
A |
|
Температура |
Кельвин |
К |
K |
1К = 1 С |
|
Градус Цельсия |
С |
С |
|
Сила света |
Кандела |
кд |
cd |
|
Плоский угол |
Радиан |
рад |
Rad |
|
|
Градус |
… |
|
|
|
Минута |
… |
|
|
|
Секунда |
… |
|
|
Телесный угол |
Стерадиан |
ср |
Sr |
|
Частота |
Герц |
Гц |
Hz |
|
9
Количество элек- |
Кулон |
Кл |
C |
|
тричества |
|
|
|
|
Полная мощность |
Вольт-Ампер |
В А |
V A |
|
Реактивная мощ- |
Вар |
вар |
var |
|
ность |
|
|
|
|
Электрическая ѐм- |
Фарада |
Ф |
F |
|
кость |
|
|
|
|
Электрическое со- |
Ом |
Ом |
|
|
противление |
|
|
|
|
Электрическая |
Сименс |
См |
S |
|
проводимость |
|
|
|
|
Поток магнитной |
Вебер |
Вб |
Wb |
|
энергии |
|
|
|
|
Индуктивность |
Генри |
Гн |
H |
|
Световой поток |
Люмен |
лм |
lm |
|
Освещѐнность |
Люкс |
лк |
lx |
|
4.2 ОФОРМЛЕНИЕ ОСНОВНОЙ НАДПИСИ Форма и пример выполнения основной надписи на чертежах схем ав-
томатизации вообще и функциональных схем в частности приведены на рис. 3. Эта форма несколько отличается от принятой в проектных организациях
(указанием темы проекта и правилом построения обозначения документа).
Вграфе (1) указывают тему проекта.
Вграфе (2) - обозначение (шифр) документа. При этом первые две цифры обозначает год выполнения (защиты) проекта, следующие за годом цифры – номер приказа на дипломное проектирование; предпоследние две
(три) цифры – номер темы проекта по приказу; последние две цифры – номер листа в данном проекте.
В графе (3) - наименование предприятия, в состав которого входит объ-
ект автоматизации.
В графе (4) - наименование объекта автоматизации (цеха, участка, ли-
нии, агрегата, технологического процесса и т.п.).
Вграфа (5) - наименование схемы.
Вграфе (6) - стадия проектирования; прячем буквы "ДП" означают
"Дипломный проект", буквы "КП" - 'Курсовой проект".
10