МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ДЛЯ КУРСОВОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ МЕЖДИСЦИПЛИНАРНОГО КУРСА МДК 01.02 СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
учебно-методическое пособие

ОБЛАСТНОЕ ГОСУДАСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ «НОВООСКОЛЬСКИЙ КОЛЛЕДЖ»

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ДЛЯ КУРСОВОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

МЕЖДИСЦИПЛИНАРНОГО КУРСА

МДК 01.02 СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ

Специальность 35.02.08. Электрификация и автоматизация сельского  хозяйства.

2021-09-23

Рассмотрено

На заседании  ПЦК

дисциплин профессионального цикла

Протокол №1 от 28 августа 2021год

Председатель комиссии  Е.А.Ярных

Разработчик : В.Н.Михайличенко – преподаватель « Новооскольский колледж»

                                                       АННОТАЦИЯ

           Методические указания по курсовому  проектированию МДК 01.02 Системы автоматизации сельскохозяйственных предприятий  разработаны для студентов по специальности 35.02.08 Электрификация и автоматизация сельского хозяйства. Содержат перечень тем курсовых проектов по автоматизации технологических процессов, а также описание их состава объема и содержания. В методических указаниях отражены вопросы анализа технологических процессов, обоснования принципа их автоматизации, изучения и математического описания объектов автоматизации, проектирования систем автоматического управления, оценки надежности и экономической эффективности систем.

СОДЕРЖАНИЕ

1. Общие  положения.
2. Перечень тем курсовых проектов  по автоматизации  технологических  процессов.
3. Состав  объём  и содержание  курсового  проекта.
4. Введение.
5. Обоснование целесообразности автоматизации технологического процесса. определение цели и задач проекта.
6. Анализ  технологического процесса
7. Обоснование целесообразности автоматизации технологического процесса. Определение цели и задач проекта ( 2% от объема)
8. Обоснование целесообразности автоматизации технологического процесса. Определение цели и задач проекта ( 2% от объема)                                                          
9. Выбор и расчет технических средств автоматики.
10. .Анализ динамических свойств САУ (10 % от объема)
11. Разработка пультов и щитов управления. Выбор проводов и                           пуско - защитной аппаратуры (10% от объема)
12. Оценка надежности работы САУ. Расчет периодичности технического обслуживания системы. Определение состава службы КИП иА
13. Оценка экономической эффективности САУ

1.ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

        Курсовой проект по МДК 01.02 «Системы автоматизации сельскохозяйственных предприятий» является завершающим этапом изучения основной образовательной программы указанного МДК и  подготовительным этапом к выполнению дипломного проекта студентами  по специальностям 35.02.08. «Электрификации и автоматизации сельского хозяйства».

     В процессе выполнения курсового проекта у студентов систематизируются и закрепляются знания по технологическим процессам и их режимам, комплексной механизации и электрификации производства, средствам автоматики и теории автоматического управления, проектированию и эксплуатации систем автоматического управления и другим разделам технических дисциплин, связанных с автоматизацией сельскохозяйственного производства.

Кроме того, выполнение курсового проекта определяет формирование умения и накопление навыков использования теоретических знаний, справочной информации и результатов научно-исследовательских работ при решении практических задач проектирования и эксплуатации систем.Студент выбирает тему курсового проекта из нижеприведенного перечня. По согласованию с преподавателем студент может положить в основу курсового проекта свою научно- исследовательскую или конструкторскую разработку, выполненную в процессе своей производственной деятельности или в порядке личной инициативы. В процессе проектирования студенты могут получать консультацию  преподавателя. Зачет (оценка) по курсовому проекту выставляется по результатам его защиты в период экзаменационной сессии.

Курсовое проектирование должно выполняться на основе последних достижений индустриальных технологий сельскохозяйственного производства, современного технологического оборудования и средств автоматики с учетом требований действующих нормативов, методик расчетов и типовых проектных решений. Материалы по курсовому проектированию должны быть оформлены в соответствии с действующими ГОСТами и требованиями ЕСКД

ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ КУРСОВЫХ ПРОЕКТОВ  ПО АВТОМАТИЗАЦИИ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

1. Автоматизация очистительно-сушильных комплексов типа КЗС.
2. Автоматизация зерноочистительных агрегатов типа ЗАВ.
3. Автоматизация зерносушилок СЗШ-8 и СЗШ-16.
4. Автоматизация барабанных зерносушилок СЗПБ-2, СЗСБ-4 и СЗСБ-8.
5. Автоматизация процесса активного вентилирования зерна.
6. Автоматизация шахтной зерносушилки.

8. Автоматизация управления температурой в ангарных теплицах.
9. Автоматизация управления температурой в блочных теплицах.
10. Автоматизация управления вентиляцией в блочных теплицах.
11. Автоматизация управления температурой поливной воды в теплице.
12. Автоматизация управления поливом с помощью устройства УТ-12.
13. Автоматизация овощехранилищ с использованием устройства ШАУ-АВ.
14. Автоматизация управления температурой в овощехранилище с помощью оборудования «Среда-1».
15. Автоматизация фруктохранилищ.
16. Автоматизация процессов для приготовления травяной муки.
17. Автоматизация процесса гранулирования кормов.
18. Автоматизация процесса брикетирования кормов.
19. Автоматизация процесса приготовления комбикормов.
20. Автоматизация кормораздаточных поточных линий для КРС.
21. Автоматизация управления раздачей кормов платформенными кормораздатчиками.
22. Автоматизация раздачи жидких кормов.
23. Автоматизация управления вытяжными вентиляционными установками

«Климат-4» на основе станции ШАП-5701.

24. Автоматизация управления вытяжными вентиляционными установками

«Климат-4» на основе станции МК-ВУ3.

25. Автоматизация приточно-отопительной установки для животноводческих

помещений.

26. Автоматизация управления калориферной установкой электроподогрева СФОА.
27. Автоматизация управления теплогенераторами типа ТГ-1,5 и ТГ-2,5.
28. Автоматизация установок местного обогрева животных ИКУФ-1.
29. Автоматизация линии уборки и погрузки навоза транспортерами типа ТСМ-9Б.
30. Автоматизация процесса пневматического транспортирования навоза.
31. Автоматизация доильной установки.
32. Автоматизация процесса управления линией кормления птиц.
33. Автоматизация управления вентиляцией птичников.
34. Автоматизация управления увлажнением воздуха в птичниках.
35. Автоматизация инкубаторов.
36. Автоматизация управления освещением в птичнике.
37. Автоматизация пометоуборочных установок.
38. Автоматизация облучения птиц на птицефабриках.
39. Автоматизация управления котельным оборудованием.
40. Автоматизация электроводонагревательных установок.
41. Автоматизация управления электродным водогрейным и паровым котлами.
42. Автоматизация холодильных установок
43. Автоматизация управления башенными водонапорными установками.
44. Автоматизация управления безбашенной водонапорной станцией.
45. Автоматизация процесса пастеризации молока.
46. Автоматизация процессов переработки и консервации овощей.
47. Автоматизация линии ремонта сельскохозяйственной техники.

СОСТАВ, ОБЪЕМ И СОДЕРЖАНИЕ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

В состав расчетно-пояснительной записки входят следующие разделы:

1. Введение (порядковый номер не присваивается).
2. Анализ технологического процесса.
3. Обоснование целесообразности автоматизации процесса. Определение цели и задач проекта.
4. Обзор современных технических средств по автоматизации технологического процесса.
5. Обоснование принципа автоматизации технологического процесса. Составление функциональной схемы системы автоматического управления (САУ) и функциональной схемы автоматизации технологического процесса.
6. Анализ объекта автоматизации.
7. Проектирование САУ.

1. Разработка принципиальных схем САУ.
2. Выбор и расчет технических средств автоматики.
3. Анализ динамических показателей работы САУ.
4. Разработка пультов и щитов управления. Выбор проводов и пуско- защитной аппаратуры.

8. Оценка надежности работы САУ. Расчет периодичности технического обслуживания системы. Определение состава службы КИПиА.
9. Оценка экономической эффективности САУ.
10. Заключение (порядковый номер не присваивается).
11. Список использованной литературы.

Графическая часть проекта включает:

Лист 1. Технологическая схема автоматизируемого процесса. Графики, схемы и чертежи, иллюстрирующие принцип автоматизации. Функциональная схема САУ. Функциональная схема автоматизации технологического процесса.

Лист 2. Принципиальная схема САУ.

ВВЕДЕНИЕ (3% от объема)

       При написании введения (впрочем, как и других разделов расчетно- пояснительной записки) следует придерживаться принципа «от общего к частному». Так, в начале введения следует остановиться на основных задачах отечественного сельского хозяйства, привести количественные данные по объемам производства различных видов с.-х. продукции. Далее изложение необходимо конкретизировать по отношению к отрасли: животноводству, растениеводству, пчеловодству и т.д. Затем следует еще более узкая конкретизация материала по виду продукции и условиям ее производства. Например, выращивание овощей в условиях защищенного грунта, производство молока на фермах КРС с беспривязным содержанием животных. При этом материал желательно сопровождать современными количественными показателями, иллюстрируя их динамику и научно обосновывая оптимальные значения.

Наконец, из всего производственного цикла следует выделить технологический процесс, предложенный для автоматизации в рамках задания на курсовое проектирование. Здесь следует охарактеризовать значение комплексной механизации и электрификации производства. Необходимо показать, что без применения современных средств автоматики достижение поставленных рубежей невозможно. Таким образом, введение к курсовому проекту доказывает целесообразность предстоящей работы и позволяет приблизиться к формулированию цели и задач проекта.

АНАЛИЗ   ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО     ПРОЦЕССА (10% от объема)

Разработку любой системы автоматизации начинают с анализа технологического процесса. Технологический процесс представляет собой совокупность целенаправленных операций, выполняемых одной или несколькими машинами. По возможности анализ технологического процесса следует производить в два этапа. На первом этапе, стараясь избегать упоминания о машинах, агрегатах и оборудовании, привести биологические основы процесса. Например, при анализе процесса пастеризации молока подробно изложить цель и сущность пастеризации, проследить историю развития различных методов первичной обработки молока, привести количественные характеристики режимов пастеризации, произвести их сравнительный анализ. Здесь же целесообразно выявить зависимость эффективности пастеризации от тщательности выдерживания ее параметров. Например, если студент планирует заниматься автоматизацией процесса пастеризации с точки зрения поддержания температуры и продолжительности нагрева молока, то здесь необходимо уточнить и наглядно представить зависимость кислотности продукта от отклонения экспозиции.

На втором этапе анализа следует разобраться в технических средствах для реализации исследуемого процесса. Применительно к нашему примеру здесь следует привести различные схемы пастеризаторов: для порционной и поточной обработки. В этом же разделе необходимо подойти к конструкции конкретного промышленного пастеризатора. Именно того пастеризатора, работу которого предстоит автоматизировать. Следует привести подробные технические характеристики выбранного пастеризатора, изобразить его общий вид, разобраться в особенностях эксплуатации.

Вместе с тем анализ технологического процесса в два этапа возможен не всегда. В этих случаях физическая (или биологическая) сущность процесса рассматривается без отрыва от технических средств. Однако и в том, и в другом случае необходимо с максимальной точностью изучить технологию и изобразить процесс графически в виде технологической схемы.

ОБОСНОВАНИЕ ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ АВТОМАТИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЦЕЛИ И ЗАДАЧ ПРОЕКТА ( 2% от объема)

Содержание этого небольшого раздела является логическим завершением предыдущего. Действительно, анализ предложенного технологического процесса в свете основной идеи введения показал, что автоматизация представляет собой прием, обеспечивающий существенное повышение эффективности производства.

Здесь необходимо сформулировать основную цель, достигаемую автоматизацией, а также определить перечень решаемых при этом задач. Цель и задачи проекта не должны быть искусственными, надуманными. Они должны органически вытекать из требований технологического режима и оставаться недостигнутыми при использовании традиционного оборудования. Формулируя цель и задачи будущей работы, надо хорошо представлять — что даст внедрение автоматизации и чем может быть обусловлен экономический эффект.

Экономическую эффективность автоматизации можно определить только после завершения проекта, когда полностью выбраны все элементы оборудования. Вместе с тем предварительное технико-экономическое обоснование должно быть сделано до начала разработки. Прежде всего необходимо определить источник экономической эффективности, то есть фактор, за счет которого она может быть достигнута. Источниками экономической эффективности могут быть:

1. повышение производительности труда;
2. высвобождение рабочей силы;
3. экономия топлива и электроэнергии;
4. экономия материалов ( кормов, лекарств, удобрений, гербицидов и т.д.);
5. улучшение качества продукции, увеличение сроков хранения;
6. повышение надежности оборудования;
7. повышение уровня организации производства;
8. улучшение информации о процессе и ее использования для управления;
9. повышение продуктивности, сохранности животных и птиц;
10. экономия основных фондов.

Кроме того, автоматизация может привести к положительному социальному эффекту, заключающемуся в исключении монотонного и неквалифицированного труда. Рост производительности оборудования, экономии энергии и материалов могут привести к эффекту, эквивалентному увеличению производственной мощности, уменьшению дефицита в рабочей силе. Повышение качества продукции всегда равноценно ее количественному росту, так как ведет к экономии ресурсов. Все эти источники должны быть четко сформулированы и обоснованы.

Необходимо различать трудовой, энергетический, материальный. структурный и технологический эффекты автоматизации. На этапе технико- экономического обоснования важно выяснить, какой из этих эффектов основной. Если эффект достигается путем повышения производительности труда и высвобождения рабочей силы, то он называется трудовым. Для его оценки необходимо подсчитать экономию заработной платы.

Если основной эффект достигается благодаря экономии топлива или электроэнергии, то его называют энергетическим. Эффект от экономии материалов является материальным. К нему также можно отнести эффект за счет повышения надежности систем автоматики. Эффекты от повышения продуктивности, качества продукции и срока ее хранения составляют технологический эффект. Наконец, структурный эффект достигается за счет того, что отпадает потребность в постоянном присутствии человека. Высвобождаются рабочие проходы, необходимые для обслуживания машин, средства механизации и автоматизации сращиваются с технологическим оборудованием, которое становится дешевле. Таким образом, структурный эффект определяется снижением капитальных затрат и по крайней мере двух составляющих эксплуатационных издержек: затрат на амортизацию и на текущий ремонт.

ОБОСНОВАНИЕ ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ АВТОМАТИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЦЕЛИ И ЗАДАЧ ПРОЕКТА ( 2% ОТ ОБЪЕМА)

    Известно, что для автоматизации одних и тех же процессов в разное время разрабатывались и выпускались различные устройства. Например, для управления микроклиматом в картофелехранилищах могут быть использованы комплекты оборудования «ШАУ-АВ» и «Среда-1», для управления вентиляционным оборудованием в животноводческих помещениях — системы «Климат-4» и «МКВАУ-3» и т.д. По существу, при написании этого раздела ведется работа с технической литературой. Однако задачей является не просто описание известных систем, а их критический анализ. При этом в первую очередь следует отмечать те недостатки существующего оборудования, которые, по мнению студента, могут быть устранены в процессе дальнейшего проектирования.

При выполнении раздела обычно возникает вопрос: насколько подробно надо описывать известные технические решения? — Поскольку материал носит описательный характер, не следует перегружать объем расчетно- пояснительной записки технологическими и в особенности электрическими схемами. Нет необходимости приводить данные исследовательского плана, подробные описания последовательности работы электрических схем управления, комментировать временные диаграммы работы, давать описания пультов и щитов. Вместе с тем здесь необходимо словесно описать работу оборудования и основные принципы автоматического управления. Размещенного в этом разделе материала должно быть достаточно для принятия решения о направлении проектирования.

ОБОСНОВАНИЕ ПРИНЦИПА АВТОМАТИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА. СОСТАВЛЕНИЕ

ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ САУ (5% от объема)

На данном этапе работы предстоит составить общее представление о принципе автоматизации технологического процесса. Необходимо найти место проектируемой САУ в общепринятой классификации. Это позволит четче формулировать текущие задачи и решительнее приступать к составлению схем. Разрабатываемую САУ необходимо классифицировать по уровню автоматизации управляемых системой функций: система децентрализованного, централизованного, автоматизированного или автоматического контроля и управления. Кроме того, САУ следует определить по виду алгоритма управления (неадаптивная, адаптивная), по назначению (контроля, защиты, технологического управления), по принципу управления (по отклонению, по возмущению, комбинированная, иерархическая), по задачам управления (стабилизации, следящая, программная), по виду структуры (замкнутая, разомкнутая), по числу контуров (одноконтурная, многоконтурная), по действия на управляющий орган (прямого, косвенного действия), по характеру установившегося состояния (статическая, астатическая, встречной компенсации, комбинированная), по характеру физических процессов (непрерывная, дискретная), по линейности (линейная, квазилинейная, релейная, цифровая).

Ответы на поставленные вопросы должны быть обоснованными, подкрепленными ссылками на предложенный технологический процесс. В результате осуществленной классификации будут вырисовываться основные взаимосвязи отдельных элементов САУ. Эти взаимосвязи должны быть отражены в функциональной схеме САУ и функциональной схеме автоматизации технологического процесса

АНАЛИЗ ОБЪЕКТА АВТОМАТИЗАЦИИ. (10% от объема)

Поскольку многие современные сельскохозяйственные технологические процессы являются довольно сложными, для создания работоспособных САУ необходимо располагать полной информацией об объекте автоматизации. Как правило, объект автоматизации задан, а проектирование системы сводится к проектированию управляющего устройства. Однако в том случае, если проектирование автоматизации проводится одновременно с технологическим проектированием, правомерно прежде сформулировать требования к самому объекту автоматизации. Для этого необходимо прежде всего выявить его статические, динамические и энергетические характеристики, а также оценить управляемость объекта и определить меры для улучшения его характеристик.

После того как возможности улучшения объекта реализованы в виде проектных предложений, рекомендуется переходить к разработке требований к управляющему устройству. С целью улучшения качества функционирования заданного технологического процесса необходимо в первую очередь выявить управляемые параметры, а также управляющие и возмущающие воздействия. Рассмотрим эту процедуру на примере управления микроклиматом животноводческого помещения.

ПРОЕКТИРОВАНИЕ САУ ( 45% от объема)

РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНЫХ СХЕМ САУ ( 15% от объема)

На принципиальной схеме все элементы системы изображаются в соответствии с условными обозначениями во взаимосвязи между собой. Из принципиальной схемы должен быть ясен принцип ее действия и физическая природа протекающих в ней процессов. Принципиальные схемы могут быть электрическими, гидравлическими, пневматическими, кинематическими и комбинированными. Элементы принципиальных схем следует изображать в соответствии со стандартом. Изображение элементов должно соответствовать выключенному состоянию (обесточенному, при отсутствии избыточного давления, вращающего момента и т.п.) всех цепей схемы и при отсутствии внешних воздействий. Схема должна быть логически последовательной и читаться слева направо и сверху вниз. Каждому элементу принципиальной схемы присваивают буквенно-цифровое обозначение. Буквенное обозначение обычно представляет собой сокращенное наименование элемента, а цифровое в порядке возрастания и в определенной последовательности условно показывает нумерацию элементов, считая слева направо и сверху вниз. Для сложных схем, как правило, расшифровывают сокращенные буквенные и цифровые обозначения.

В подавляющем большинстве случаев в современных САУ используется электрическая энергия. Причем электроэнергия присутствует и в силовых частях (для питания электронагревателей, осветительных приборов, электродвигателей и др.), и в цепях управления (в релейно-контактных схемах, схемах на логических элементах, микропроцессорах). Поэтому в основном для иллюстрации работы САУ применяются принципиальные электрические схемы.

При разработке САУ технологическими процессами принципиальные электрические схемы обычно выполняют применительно к отдельным самостоятельным установкам или участкам системы, например, изображают схему управления запорной задвижкой, схему дистанционного управления насосом, схему сигнализации уровня жидкости в резервуаре и т.д. На основании таких схем составляют полные электрические схемы, охватывающие комплекс установок или агрегатов и дающие полное представление о связях между всеми элементами устройств управления, блокировки, защиты и сигнализации. Примером схем такого вида может служить принципиальная электрическая схема управления водонапорной станцией, состоящей из основного насоса, измерителей уровня, схемы включения насоса, цепей контроля, сигнализации, а также блокировочных устройств, обеспечивающих отключение питания при неполнофазном режиме и при отсутствии воды в скважине.

Разработка принципиальных электрических схем всегда содержит определенные элементы творчества и требует умелого применения типовых функциональных узлов, оптимальной компоновки их в единую схему с учетом удовлетворения предъявляемых к схемам требований, а также возможного упрощения и минимизации схем. В практике проектирования принципиальных электрических схем наряду с требованиями обеспечения минимальных капитальных затрат, уменьшения сроков и стоимости монтажных работ, а также минимальных эксплуатационных расходов сформировались дополнительные требования: схемы должны обеспечивать высокую надежность, простоту и экономичность, четкость функционирования при аварийных режимах, удобство оперативной работы и удобство эксплуатации.

Принципиальные электрические схемы обычно разрабатывают в следующей последовательности:

1. На основании функциональной схемы автоматизации технологического процесса составляют четко сформулированные технические требования, предъявляемые к электрической части.
2. Применительно к сформулированным требованиям устанавливают условия и последовательность действия схемы.
3. Каждое         из заданных условий действия схемы изображают в виде тех или иных элементарных цепей, отвечающих данному условию действия.
4. Элементарные цепи объединяют в одну общую схему.
5. Производят выбор аппаратуры и электрический расчет параметров отдельных элементов (сопротивлений обмоток реле, нагрузки контактов и т.п.).
6. Схему корректируют в соответствии с возможностями принятой аппаратуры.
7. Проверяют схему с точки зрения возможности возникновения ложных цепей или ее неправильной работы при повреждениях элементарных цепей или контактов.
8. Рассматривают возможные вариантные решения и принимают окончательную схему применительно к имеющейся аппаратуре.

Все элементы на принципиальных электрических схемах изображают в виде условных графических обозначений. При этом допускается пропорциональное увеличение или уменьшение размеров обозначений. Условные графические обозначения в схемах выполняют совмещенным или разнесенным способом. При совмещенном способе составные части элементов изображают на схеме в собранном виде, со всеми их катушками, контактами и другими частями. При этом соединения выполняют от аппарата к аппарату, а сами аппараты на схеме располагают таким образом, чтобы соединения получались наиболее простыми и наглядными. При разнесенном способе условные графические обозначения составных частей элементов располагают в разных местах схемы таким образом, чтобы отдельные цепи изделия были изображены наиболее наглядно. В этом случае принципиальная электрическая схема состоит из ряда цепей, расположенных слева направо или сверху вниз в порядке последовательности действия отдельных элементов схемы во времени. Предпочтительно располагать отдельные цепи в горизонтальной строке, для того чтобы они читались слева направо, а вся схема в целом — сверху вниз, аналогично чтению текстового материала.

Все линии связи между аппаратами на принципиальных электрических схемах должны быть показаны по возможности полностью. Если их графическое изображение затрудняет чтение схемы, то линии связи допускается обрывать. Обрыв линии при этом заканчивается стрелками. Толщина линий электрической связи на схемах зависит от форматов схемы и размеров условных графических обозначений и должна быть в пределахт 0,2.0,6 мм. Рекомендуемая толщина линий электрической связи 0,3 .0,4 мм. Главные (силовые) цепи на чертежах принципиальных электрических схем обычно выполняют в развернутом виде в многолинейном изображении. Для наглядности силовые цепи и их элементы рекомендуется выделять более толстыми линиями.

Схемы управления, регулирования, защиты, измерения и сигнализации должны выполняться с изображением всех фаз переменного тока или обоих полюсов постоянного тока. Элементы аппаратов, входящих в схему, следует соединять короткими, легко обозреваемыми линиями с возможно меньшим числом пересечений.

Катушки магнитных пускателей и реле желательно располагать по одной или нескольким вертикальным линиям при горизонтальном начертании отдельных цепей или по одной или нескольким горизонтальным линиям при вертикальном начертании. Контакты реле, переключателей и других аппаратов также рекомендуется располагать по одной или нескольким вертикальным иди горизонтальным линиям. Если электрическая схема не помещается по длине в пределах одной вертикальной колонки, то она может быть размещена в нескольких колонках.

При наличии в принципиальной электрической схеме однотипных цепей допускается приводить первую, вторую и через разрыв в линии связи — последнюю, при этом необходимо учитывать цифровое обозначение опущенных цепей. К условному буквенно-цифровому обозначению элементов схемы, применяемой для нескольких агрегатов, слева добавляют цифру, соответствующую номеру агрегата или системы. Об этом обязательно делают отдельную запись в примечании (например, 1КМ5 обозначает пятый магнитный пускатель в схеме управления первым агрегатом). При наличии в схеме приборов, регулирующих процесс по определенному закону, в поясняющем тексте указывают значения настроечных параметров (коэффициент пропорциональности, время изодрома, предварения и др.), а если эти параметры неизвестны, то приводят их ориентировочные значения с указанием то го, что они подлежат уточнению при пусконаладочных работах.

Неразъемные соединения изображают на схеме темными точками диаметром несколько большим, чем толщина линий, разъемные — светлыми точками диаметром 1,5.. .2 мм.

Против каждой цепи управления с правой стороны (или внизу) схемы, на расстоянии 10.15 мм от линии питающего участка делают поясняющую надпись, оформленную в виде таблицы. Эти надписи должны быть краткими, четкими и пояснять назначение или наименование операции рабочего цикла с указанием его длительности, например: «Пуск агрегата витаминной муки АВМ», «Реле контроля состоявшегося пуска агрегата АВМ, 60 с». Над схемой управления указывают значения напряжения и род тока, который питает цепь управления.

Каждую цепь управления нумеруют. Номер цепи проставляют слева у линии питающего участка против нумеруемой линии сверху вниз и слева направо. Под каждым контактом (или слева от него), управляемым реле, проставляют номер цепи, в которую оно включено. А в таблице поясняющих надписей в зоне наличия контактов проставляют номера цепей, в которые включены главные контакты реле.

Для всех электрических приборов и аппаратов, имеющих контактные системы, которые настраиваются и работают в зависимости от протекания технологического процесса или устанавливаемого режима, вычерчивают диаграммы замыкания контактов. Над каждой диаграммой указывают наименование аппарата или прибора. Например, «Диаграмма замыкания контактов универсального переключателя А1» или «Диаграмма замыкания контактов путевых выключателей...».

Каждому элементу принципиальных электрических схем присваивают условное позиционное обозначение, которое характеризует наименование аппарата или устройства и его функциональное назначение (двухбуквенный код по ГОСТ 2.710-81). Для маркировки рекомендуется применять следующие группы чисел:

• цепи управления, регулирования, измерения - основная группа 1.399,

резервная 1001.1399, 2001.2399 и т.д.;

• цепи сигнализации — основная 800.999, резервная 1400.1799, 2400.2799 и т.д.
• цепи питания — основная 800. 999, резервная 1800.1999, 2800 .2999

и т.д.

Информацию о примененной в принципиальной электрической схеме аппаратуре приводят в перечне аппаратуры, который помещают над основной надписью и заполняют сверху вниз с разбивкой аппаратуры по признаку места установки ее, а именно: «щит насосной станции», «щит релейный», «аппаратура по месту». Внутри выделенной группы аппаратуру располагают по признакам функциональных групп, например: «аварийная сигнализация», «устройство мигающего света», «блок питания».

Одним из главных проектных документов САУ современными технологическими процессами являются принципиальные электрические схемы питания средств автоматики. Главное требование, предъявляемое к системам электропитания, — надежность (бесперебойность) обеспечения энергией, качество электроэнергии, экономичность, удобство и безопасность обслуживания. В разрабатываемых САУ следует по возможности применять напряжения, принятые в распределительных сетях системы электроснабжения автоматизируемого объекта. На зажимах электроприемников систем автоматизации допускаются следующие отклонения напряжения (если нет других указаний):

• на зажимах контрольно-измерительных приборов, регулирующих устройств и т.д. — не более ± 5% номинального;
• на зажимах электродвигателей исполнительных механизмов — от -5 до

+10%;

• на зажимах электроламп систем сигнализации — от -2,5% до +5%;
• на зажимах аппаратов управления (катушки реле, пускателей и т.д.) —

не более указанных заводами-изготовителями или при отсутствии указаний — от-5 до +10%;

Вопрос о необходимости резервирования в системе электропитания средств автоматики следует решать с учетом резервирования в системе электроснабжения объекта с соблюдением следующих положений:

9. Число независимых вводов к системам электропитания должно быть равно числу независимых вводов, питающих объект в целом. Если на объекте имеются потребители различных категорий, то электроприемники системы электропитания средств автоматики относятся к потребителям высшей категории.
10. Пропускную способность каждой питающей линии системы электропитания средств автоматики определять по стопроцентной нагрузке данной системы.
11. Режим работы питающих линий системы электропитания средств автоматики применять таким же, каким является режим самого источника питания.
12. Предусматривать устройства автоматического ввода резерва непосредственно в системах электропитания средств автоматики в случаях, когда питающие линии этих систем проложены в неблагоприятных условиях или имеются другие факторы, способствующие возникновению в них повреждений

В качестве источников питания управляющих устройств, как правило, используют распределительные щиты системы электроснабжения автоматизируемого объекта. Источник питания должен иметь достаточную мощность и обеспечивать требуемое напряжение у электроприемников. Следует разделять питание двигательной нагрузки САУ и схем контрольно-измерительных приборов и средств автоматизации. Если обеспечить перечисленные требования невозможно, в схемах питания предусматривают специальные меры, например повышение, стабилизациию напряжения и т.д.

Схемы питания разрабатывают после того, как завершена разработка принципиальных схем управления и выбраны все необходимые элементы. Затем классифицируют блоки и элементы по роду тока и напряжению питания. Все элементы разбивают на группы, требующие питания постоянным или переменным током, напряжением промышленной, повышенной или высокой частоты, однофазным или трехфазным. Выделяют необходимые напряжения и требования к их стабильности.

В общем случае чертежи схем питания должны содержать:

1. питающие сети;
2. распределительные сети;
3. аппаратуру коммутации источников питания и потребителей электроэнергии;
4. аппаратуру защиты;
5. преобразователи частоты;
6. аппаратуру понижения (повышения), выпрямления и стабилизации напряжения;
7. аппаратуру измерения и контроля;
8. название потребителей;
9. общие пояснения и приложения.

В последнее время на практике широкое применение нашел модульный принцип изготовления блоков питания. При этом собирают следующие модули:

• модуль выпрямителей;
• модуль фильтров;
• модуль стабилизации напряжения;
• понижающий трансформатор;
• измерительную и управляющую аппаратуру.

Графический материал схемы питания располагают в левой стороне листа, а текстовый — в нижней части листа и справа. Схему блока питания вычерчивают только в вертикальном изображении цепей, то есть вниз от питающих линий до потребителей, под которыми располагают таблицу поясняющих надписей.

ВЫБОР И РАСЧЕТ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ АВТОМАТИКИ

(10 % от объема)

При проектировании САУ сельскохозяйственными технологическими процессами необходимо использовать, как правило, серийно выпускаемые приборы, средства автоматики и микропроцессорную технику. Выбор аппаратуры управления, контроля, сигнализации, защиты и блокировки осуществляется по следующим условиям:

• выбранная аппаратура должна в полной мере удовлетворять функциональным требованиям и режиму управления (ручной, автоматический);
• номинальное напряжение, сила и род тока должны соответствовать расчетным значениям;
• число полюсов и порядок их включения, наличие блок-контактов и их

исполнение должны соответствовать расчетным;

• конструктивное исполнение аппаратов должно соответствовать условиям среды;
• защитные аппараты должны обеспечивать надежную защиту цепей управления и принцип селективности.

Исходя из перечисленных условий, составляется техническая характеристика аппаратуры, а затем по каталогам выбирается соответствующий тип устройства, рекомендованного для использования в сельском хозяйстве. Техническая характеристика на аппаратуру составляется на основании функциональной схемы автоматизации технологического процесса и принципиальной электрической схемы. При этом должны быть приняты во внимание режимы работы технологического оборудования: нормальный, разгонный — выведение на нормальный режим или остановка процесса, анормальный — нарушение нормального хода процесса, аварийный — при ошибочных действиях персонала или нарушении электроснабжения.

Например, терморегулятор в принципиальной схеме управления вытяжной вентиляцией «Климат-4» должен обеспечивать ступенчатое (с дифференциалом 1... 5оС) включение и отключение трех групп вентиляторов на шкале температур от 10 до 20 оС. В случае прекращения теплоснабжения одна группа вентиляторов должна продолжать работу независимо от температуры. При пожаре вентиляция должна отключиться полностью и т.д.

Выбор аппаратуры на другое напряжение производится только в случае ограничения технических возможностей. При этом устройство или параметры блока питания должны быть скорректированы. Род тока (постоянный, переменный, одно- или трехфазный) выбирается так же, как и напряжение, по номиналам источника питания. Число полюсов коммутирующих аппаратов и порядок их работы определяются в результате подсчета количества подключенных к ним функционально разделенных цепей прямого и инверсного порядка. Для многопозиционных переключателей результаты этого подсчета сводят в диаграмму. Характеристика среды дается для групп аппаратов, устанавливаемых в тех или иных местах или в шкафах. Приборы и аппараты, устанавливаемые по месту, подвергаются воздействию окружающей среды (вибрации, местных температурных полей, влаги и т.д.). Для шкафов принимаются условия помещений, где они установлены, а для приборов и аппаратов, установленных внутри шкафов, принимаются условия, соответствующие исполнению шкафов.

Охарактеризуем некоторые особенности по выбору и расчету наиболее распространенных технических средств.

ВЫБОР КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ

Помимо учета вышеперечисленных общих требований при выборе контрольно-измерительных приборов необходимо принимать во внимание условия контроля и измерения, размеры и характер контролируемого объекта, расстояние между точкой измерения и вторичным прибором и механические воздействия. Кроме того, должны быть выдержаны требования по точности, чувствительности и инерционности, а также соблюдены условия охраны труда. Необходимо стремиться применять унифицированную аппаратуру (приборы одной информационной системы, одного завода-изготовителя), что облегчит обслуживание системы и позволит сократить количество запасных приборов и средств автоматики. При выборе контрольно-измерительных приборов необходимо руководствоваться следующими метрологическими показателями:

• для контроля и регулирования производственных процессов с высокой

степенью точности следует применять приборы класса точности 0,2 (погрешность ± 0,2%) со стандартной шириной поля записи 250 мм;

• для измерения, регистрации и регулирования технологических процессов, допускающих применение приборов средней точности измерения и записи, необходимо использовать приборы класса точности 0,5 (погрешность ± 0,5%) со стандартной шириной поля записи 160 мм;
• для мнемонических схем, пультов, а также контроля и сигнализации в системах автоматического управления, не требующих высокой точности, рекомендуются приборы класса точности 1 (погрешность ±1%) с шириной поля записи 100 мм;
• шкалы показывающих и самопишущих приборов выбирают таким образом, чтобы характерные значения измеряемых величин укладывались во вторую половину или последнюю треть шкалы; в некоторых случаях допустимо использовать несколько приборов с разными шкалами для контроля одной и той же величины при разных режимах работы (например, температуры теплоносителя в сушилках при разных режимах сушки продуктов).При выборе контрольно-измерительных приборов необходимо учитывать их инерционность, которая должна быть значительно меньше инерционности объекта:

τизм < (0,2...0,3) τ об и Тизм < (0,2...0,3) Тоб,

где τизм и  τ об — величины чистого запаздывания контрольно - измерительного прибора и объекта соответственно;

Тизм и Тоб — постоянные времени контрольно-измерительного прибора и объекта соответственно.

Выбор регуляторов

В современных САУ сельскохозяйственными технологическими процессами находят применение регуляторы как непрерывного, так и позиционного действия.

Среди регуляторов непрерывного действия наибольшее распространение получили пропорциональные (П-), интегральные (И-), пропорционально- интегральные или изодромные (ПИ-), пропорционально-дифференциальные (ПД-), а также пропорционально-интегрально-дифференциальные или         изодромные с предварением (ПИД-) законы регулирования. На сегодняшний день известен целый ряд методик по выбору оптимальных регуляторов. Однако всех их объединяет необходимость предварительного математического описания объектов автоматизации и обязательность наличия информации о требуемых показателях качества управления.

Напомним, основными достоинствами П-регулятора являются быстродействие и большой запас устойчивости процесса. Благодаря этим качествам регулятор можно использовать в тех случаях, когда в объекте отсутствует самовыравнивание и наблюдаются частые и резкие возмущающие воздействия. В то же время П- регулятору присуще остаточное отклонение (статическая ошибка), что снижает точность управления. К достоинствам И- регулятора следует отнести его точность, а также возможность использования с объектами, в которых допускаются значительные колебания нагрузки. Недостаток

И- регулятора заключается в замедленности действия. В этой связи его рекомендуется применять в объектах с самовыравниванием, небольшим запаздыванием и допускающих хоть и значительные, но в то же время плавные и редкие колебания нагрузки. ПИ-регуляторы можно применять для объектов как с самовыравниванием, так и без него в тех случаях, когда необходима высокая точность регулирования при больших, но плавных изменениях нагрузки. ПД- регуляторы могут иметь либо прямое, либо обратное предварение, то есть сигнал на выходе регулятора может соответственно либо опережать входной, либо отставать от него. ПД-регуляторы промышленность выпускает в виде специальных приставок, предназначенных для уменьшения колебаний и ускорения затуханий переходных процессов в САУ. Для объектов с большой постоянной времени рекомендуется применять блоки с прямым предварением, а для объектов с малой постоянной времени — с обратным. ПИД-регуляторы рекомендуется применять на объектах, не допускающих статической неравномерности. У таких объектов нагрузка меняется часто и резко. При этом объекты могут иметь значительное запаздывание.

Выбранный закон регулирования, а следовательно, и регулятор должны обеспечить один из типовых переходных процессов. Однако в зависимости от значений параметров настройки регулятора количественные показатели режимов работы САУ могут быть разными. Поэтому следующим этапом проектирования является расчет коэффициента передачи, времени изодрома и времени предварения регулятора.

Характер переходного процесса нелинейных систем с позиционными регуляторами определяется статической характеристикой релейного элемента, а также видом объекта (статический, астатический, с запаздыванием, без запаздывания). Если в проектируемой САУ используется двухпозиционный регулятор с гистерезисной статической характеристикой, а объект автоматизации обладает инерционностью, то управляемая величина может начать изменяться по периодическому закону. В этом случае в системе образуется автоколебательный режим, параметры которого подлежат расчету. Чтобы повысить точность работы САУ, в контур регулирования вводят дифференцирующие элементы, а релейный регулятор охватывают инерционной положительной обратной связью. Сделать это можно следующим образом. Если в схеме имеется датчик, реагирующий на отклонение управляемой величины, то помимо него в схему включают датчик, реагирующий на скорость этого отклонения. Суммарный сигнал должен попасть в регулятор, и он срабатывает с упреждением, компенсируя влияние запаздывания объекта.

Выбор датчиков

К датчикам САУ предъявляют следующие требования: линейность и однозначность статической характеристики (допускаемая нелинейность не должна превышать 0,1...3%), высокие чувствительность (крутизна) и разрешающая способность, стабильность характеристик во времени, быстродействие; устойчивость к химическим воздействиям контролируемой и окружающей среды (первичные преобразователи заключены в защитные оболочки), высокая перегрузочная способность; взаимозаменяемость однотипных устройств, минимальное обратное влияние на контролируемый параметр; удобство монтажа и обслуживания.

Как правило, датчик выбирают в два этапа. На первом этапе определяют разновидность датчика по роду контролируемого параметра. На втором этапе, когда выбраны все элементы САУ, по каталогу находят типоразмер датчика. При этом датчик рекомендуется подбирать таким образом, чтобы измеряемая величина находилась в пределах 1/3...2/3 диапазона его измерения. Особое внимание необходимо обращать на быстродействие (инерционность) датчико

Выбор исполнительных механизмов

В сельскохозяйственном производстве наибольшее распространение получили электрические исполнительные механизмы, которые подразделяются на электромагнитные (соленоидные приводы) и электродвигательные.

Соленоидные приводы управляют различными регулирующими и запорными клапанами, вентилями и золотниками, работающими по дискретному принципу «открыто-закрыто». Их выбор сводится к расчету катушки электромагнита по напряжению и развиваемому тяговому усилию. Электр о- двигательные исполнительные механизмы подразделяют на одно- и многооборотные К однооборотным относятся механизмы типа МЭОБ, МЭОК, ДР- М,

ДР-1М, ИМ-2/120, ИМТМ-4/2,5 и другие, а к многооборотным — механизмы вращательного действия типа МЭМ, двигатели постоянного тока типа МИ.СП, ДПМ, асинхронные двухфазные двигатели типа ДНД, АДТ, АДП и т.п. Если ход запорно-регулирующих органов прямолинейный, то применяют исполнительные механизмы типа МЭП.

Особенность однооборотных исполнительных механизмов заключается в том, что выходной вал проворачивается с постоянной скоростью на угол, не превышающий 360о . Так, например, для механизма типа МЭО-4/100 максимальный угол поворота выходного вала составляет 90 или 240о [10].

Электродвигательные исполнительные механизмы выбирают в зависимости от значения момента, необходимого для вращения поворотных заслонок:

Мз = к/(Мр+МТ),

где к - коэффициент, учитывающий затяжку сальников и загрязненность

трубопровода, к = 2...3.

Мр - реактивный момент, обусловленный стремлением потока вещества

закрыть заслонку;

Мт - момент трения в опорах.

В свою очередь

Мр = 0,07 ∆РроDу3, где ∆Рро — перепад давления на заслонке (рекомендуется при расчете

принимать ∆Рро, равным избыточному давлению перед заслонкой);

Dy — диаметр заслонки.

Момент трения в опорах:

Мт = 0,785Dy Риrшλ,

где Ри — избыточное давление перед заслонкой;

rш — радиус шейки вала заслонки;

λ — коэффициент трения в опорах, λ=0,15.

Необходимо следить за тем, чтобы момент вращения на валу выбираемого исполнительного механизма был не меньше момента, необходимого для вращения заслонки.

Выбор регулирующих органов

По принципу воздействия на объект регулирующие органы подразделяются на дросселирующие и дозирующие. Так, при регулировании потоков газа и жидкостей применяют различные дроссельные заслонки, клапаны, шиберы и т.д., а при регулировании расхода сыпучих материалов — тарельчатые и скребковые питатели, секторные затворы, дозаторы и т.д. В зависимости от конструктивных особенностей каждый регулирующий орган можно определить тремя качественными показателями:

• пропускной способностью Кп;
• пропускной характеристикой, устанавливающей зависимость пропуск

ной способности Kv от перемещения S затвора при постоянном перепаде давления;

• расходной характеристикой (зависимостью в рабочих условиях отно

сительного расхода m среды от степени открытия регулирующего органа: µ = Q1/Qmax где Q1 — расход среды, при некотором положении регулирующего органа; Qmax — расход среды при полностью открытом регулирующем органе)

При выборе регулирующего органа в первую очередь необходимо оценить его расходную характеристику, которая для большинства автоматических систем должна быть линейной и однозначной. Это требование определяется тем, что тангенс угла наклона касательной к расходной характеристике равен коэффициенту передачи регулирующего органа.

Известно, что коэффициент передачи разомкнутой САУ можно представить произведением:

Крс = КрКроК,

где Кр — коэффициент передачи регулятора;

Кро — коэффициент передачи регулирующего органа;

К — коэффициент передачи остальных элементов разомкнутой САУ.

При проектировании САУ регулятор подбирают с таким значением Кр, при котором Кро будет оптимальным. Компенсируя возмущение в системе, регулирующий орган будет занимать различные положения. Если его расходная характеристика линейная, то Кро= const, и при всех режимах качество регулирования будет оптимальным. Если же расходная характеристика регулирующего органа нелинейная, то это требование выполняться не будет. В связи с этим особые требования предъявляются к кинематике сочленения регулирующего органа с исполнительным механизмом. Ее подбирают такой,

чтобы компенсировать нелинейность расходной характеристики. Другой дефект расходной характеристики регулирующего органа, который также необходимо учитывать при проектировании систем автоматики, — ее неоднозначность, носящая гистерезисный характер. Причиной этого являются зазоры. Допускается гистерезис с шириной петли не более 3.5 % рабочего хода регулирующего органа.

АНАЛИЗ ДИНАМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ САУ (10 % от объема)

В начале выполнения настоящего раздела необходимо сформулировать цель предстоящей работы. По существу, здесь возможны только два альтернативных варианта.

Во-первых, расчет может носить проверочный (или аналитический) характер, при котором на основе функциональной схемы САУ составляется ее структурная схема, а затем она подвергается всестороннему исследованию. Выбирая этот вариант, необходимо помнить, что анализ САУ на удовлетворение требованиям к устойчивости и качеству работы потребует наличия информации обо всех звеньях структурной схемы. При этом нужно знать не только функциональные назначения и особенности звеньев, но и их статические и динамические характеристики. И если статические характеристики могут быть представлены в виде графиков, то для задания динамических характеристик потребуются дифференциальные уравнения или передаточные функции.

Во-вторых, расчет может быть проектным (или синтетическим). При выполнении этого расчета необходимо располагать точной информацией только об одном звене системы — объекте автоматизации, а также уметь сформулировать требования к показателям качества проектируемой САУ. Далее, пользуясь одной из многочисленных методик, необходимо подобрать (рассчитать) математические описания управляющего устройства и его составных частей. Завершается расчет выявлением оптимального закона управления, реализуемого регулятором. Используя синтетический метод расчета, можно избежать риска получения негативного результата, который всегда имеется при аналитическом подходе.

Напомним основные этапы расчета.

Аналитический подход

Статические характеристики звеньев задаются графически. Здесь необходимо обратить внимание на линейность этих характеристик. Если характеристики линейны, для их математического описания достаточно уравнений прямых или коэффициентов передачи. Если характеристики нелинейны, необходимо предпринять меры к их обоснованной линеаризации или смириться с нелинейностью и выбрать математический язык для их описания. Это могут быть z-, w-преобразования или другие математические языки. Если в системе имеются явно выраженные нелинейные звенья, а другие ее звенья обладают инерционностью, то в такой системе возможно образование автоколебаний. Тогда дальнейший расчет будет сводиться к анализу этих автоколебаний, то есть к определению их амплитуды и частоты. Здесь можно воспользоваться методом гармонической линеаризации, а для несложных типовых сочетаний характеристик линейных и нелинейных звеньев — готовой таблицей.

При известных передаточных функциях звеньев САУ и схеме их соединения следует определить общее математическое описание системы (передаточную функцию). Затем, построив логарифмическую частотную характеристику или выделив характеристическое уравнение и воспользовавшись специальными критериями, необходимо определить устойчивость САУ. При недостижении устойчивости в результате первичного расчета можно попытаться получить желаемый результат параметрической коррекцией .

Достигнув устойчивости САУ, следует переходить к оценке качества ее работы. Здесь можно порекомендовать построение кривой переходного процесса с последующим определением соответствующих показателей . Оценку качества работы САУ можно произвести и по коэффициентам ошибок в установившемся режиме, по скорости и по ускорению . И вновь при недостижении требуемых показателей необходимо прибегать к параметрической или структурной коррекции.

Синтетический подход

Значения требуемых показателей качества работы САУ определяются из требований технологического процесса. Далее, зная передаточную функцию объекта автоматизации, подбирается передаточная функция оптимального управляющего устройства. Это можно сделать аналитически , задаваясь мерой глубины оптимизации. С целью упрощения выбора оптимального управляющего устройства для одноконтурной аналоговой САУ по известной передаточной функции объекта автоматизации и значениям допустимых коэффициентов ошибок можно воспользоваться готовой таблицей . Учитывая, что управляющее устройство состоит из ряда элементов (например, последовательно соединенных датчика, регулятора, исполнительного механизма и регулирующего органа), полученный алгоритм управления необходимо привести к собственно регулятору:

                  Wрег.опт(Р)=Wуу.опт(Р)/Wдатч.(Р)Wи.м.(Р)Wр.о.(Р)

РАЗРАБОТКА ПУЛЬТОВ И ЩИТОВ УПРАВЛЕНИЯ. ВЫБОР ПРОВОДОВ И ПУСКО-ЗАЩИТНОЙ АППАРАТУРЫ (10% от объема)

Средства контроля, сигнализации и управления размещают в специальных щитах и пультах, что позволяет не только сконцентрировать их в одном месте, но и предохранить от вредных воздействий. Аппаратуру в щитах и пультах размещают на поворотных рамах, устанавливаемых внутри и на фасадных панелях.

При выборе типа щитов, пультов и места их установки следует руководствоваться следующим:

• панельные щиты предназначены для установки в в специальных щитовых помещениях (диспетчерских, аппаратных и т п.) с доступом туда только обслуживающего персонала;
• шкафные щиты предназначены для установки непосредственно в производственных помещениях;
• исполнение щитов и пультов, а также аппаратов и приборов, устанавливаемых на них, должно отвечать условиям окружающей среды производственного или щитового помещения.

Для определения размеров щитов и пультов необходимо:

• уточнить вид, количество и размеры устанавливаемой в каждом щите (пульте) аппаратуры;
• распределить приборы, аппараты по монтажным панелям щита (пульта);
• составить схему размещения каждой монтажной панели с учетом правил расположения приборов и аппаратов, а также монтажных промежутков;
• по максимальным размерам панелей выбрать требуемые размеры щита (пульта).

В настоящем разделе проекта необходимо провести детальный выбор (по схемам размещения по всем панелям) основного щита (пульта), а характеристики остальных щитов оформить в виде таблицы.

В проекте должна быть разработана следующая документация, обеспечивающая надежный монтаж:

• электрическая схема соединений (монтажная);
• электрическая схема рядов зажимов;

-таблица подключения проводок.

Электрическую схему соединений выполняют без масштаба для всех панелей и сторон щита (пульта), на которых расположены приборы, аппаратура, средства автоматики и сборки зажимов. При этом отдельную панель ограничивают контуром, над которым приводят ее наименование и изображение (например, «левая стенка», «вид с монтажной стороны» и т.д.). Внутри контура панели изображают контуры приборов и аппаратов, ряды зажимов, причем их взаимное расположение должно соответствовать расположению на щите (общий вид щита), а внутри контуров приборов показывают схемы внутренних соединений. Над каждым аппаратом в виде дроби записывают: в числителе — панельный номер аппарата, состоящий из сочетания номера монтажной единицы и порядкового номера аппарата в ее пределах, в знаменателе — позиционное обозначение аппарата по схеме соединений. Например: 02 08 / К16,

где 02 — номер монтажной единицы; 08 — порядковый номер аппарата в этой монтажное единице; К16 — позиционное обозначение аппарата.

Порядковый номер монтажной единицы в пределах одной панели (блока) обозначают числом от 01 до 99 арабскими цифрами (если на панели только одна монтажная единица, то номер опускают). Номер монтажной единицы присваивают группе аппаратов (или одному аппарату), обозначенной на общем виде щита (пульта) единым контуром, а номер аппарата в монтажной группе показывают на соответствующей схеме подключения. Позиционное обозначение аппарата должно соответствовать обозначениям этого аппарата на функциональной и принципиальной схемах.

Сборкам зажимов присваивают буквенное обозначение ХТ и порядковый номер.

Соединение аппаратов между собой и со сборками зажимов выполняют, как правило, адресным способом:

• адрес для провода от ряда зажимов к аппарату составляют из номера зажима и позиционного обозначения аппарата, например, Х5К8;
• адрес провода от аппарата к ряду зажимов составляют из номера монтажной единицы, буквы Х, и номера зажима, например, 12 Х8;
• если все аппараты одной панели относятся к одной монтажной единице, то ее номер опускают - Х8, Х32;
• адрес для провода от зажима одного аппарата к зажиму другого составляют из номера монтажной единицы, панельного номера и номера зажима другого аппарата, например 01 0541, если на панели расположена одна монтажная единица, то ее номер 0541;
• перемычки между зажимами аппарата показывают четкими сплошными линиями с внешней стороны контура аппарата;
• допускается соединение между сигнальными лампами и табло, расположенными рядом, изображать в виде перемычки;

адрес провода проставляют у его торца, а над ним помещают маркировочный номер этого провода по принципиальной схеме.

Электрическую схему соединений рядов зажимов выполняют в виде отдельного чертежа. Относительное расположение рядов на чертеже должно соответствовать их расположению на панели при виде со стороны монтажа. Необходимо указывать место расположения каждого ряда зажимов (левая боковина, правая боковина).

Таблицу подключения проводок схемы соединений выполняют также отдельным чертежом на листах формата А1. При их заполнении необходимо соблюдать следующие требования:

• для многосекционных щитов таблицу каждой секции выполнять с нового листа и начинать с заголовка «Секция №....»;
• в таблицах сначала записывать электрические проводки, а затем трубные;
• проводники записывать в пределах всего щита, как правило, по возрастанию номеров маркировки цепей в принципиальной схеме.

Проводникам следует задавать наикратчайшие расстояния, учитывая расположение приборов и аппаратуры в щите в виде с внутренней стороны.

Схемы внешних соединений показывают, каким способом выполняют внешние соединения щитов, пультов, датчиков и исполнительных механизмов. Ими пользуются при монтаже проводок. На схеме внешних соединений в виде прямоугольников показывают щиты, пульты и исполнительные механизмы, а в виде кружков — двигатели и датчики. Электрические связи показывают сплошными линиями толщиной 0,4.1,0 мм. На проводах показывают номера провода или кабеля, марку, площадь сечения и длину. Как правило, на том же чертеже показывают и схемы трубных проводок. На схемах внешних соединений приводят также перечень кабелей, проводов и труб. В перечень включают: кабельную продукцию, провода, компенсационные провода, бесшовные, газоводопроводные, медные, полиэтиленовые и резиновые трубы, металлорукава, соединительные коробки, запорную арматуру, материалы и узлы устройств заземления.

Сечения проводников питающей и распределительной сетей выбирают по условиям нагрева электрическим током и механической прочности с последующей проверкой по потере напряжения. Сечения проводников на любом участке сетей должны удовлетворять всем трем условиям. Кроме того, расчетный ток нагрузки проводов согласовывают с номинальным током защитного аппарата. Для линий, защищаемых только от коротких замыканий, допустимая кратность номинального тока или тока срабатывания защитного аппарата к длительно допустимому току проводок и кабелей должна быть не более:

• 3-кратной от номинального тока плавких вставок предохранителей;
• 4,5 -кратного тока уставки автоматического выключателя, имеющего

только электромагнитный расцепитель (отсечку);

• номинального тока расцепителя автоматического выключателя с нере

гулируемой обратнозависимой характеристикой (независимо от наличия или отсутствия отсечки);

-1,5-кратного тока трогания расцепителя автоматического выключателя с регулируемой обратнозависимой от силы тока характеристикой.

Если в автоматическом выключателе есть отсечка, то ее кратность срабатывания ограничивается.

Общий порядок выбора аппаратов защиты и сечений проводов и кабелей сводится к следующему:

1. определяют длительные и кратковременные расчетные токи линий

(например, при пуске электродвигателей);

2. выбирают защитные аппараты по значению расчетных токов;
3. выбирают сечения проводников по расчетным токам линии и по усло

виям соответствия выбранным аппаратам защиты;

4. проверяют, надежно ли действуют защитные аппараты при коротком

замыкании в наиболее удаленной точке сети;

5. проверяют, правильно ли выбраны провода и кабели по условиям ме

ханической прочности (по минимально допустимому сечению), а если необходимо, то сечения проводов проверяют по допустимой потере напряжения.

Приведенные положения можно использовать при выборе сечений проводов и кабелей, расположенных в обычных помещениях и установках. Для взрыво- и пожароопасных установок и помещений допустимая длительная токовая нагрузка проводников питающей и распределительной сети (за исключением помещений и установок В-1б и В-1г) должна быть не менее:

• для проводников с резиновой и аналогичной по тепловым характери

стикам изоляцией — 125% номинального тока плавкой вставки или тока уставки автоматического выключателя, имеющего только максимально действующий расцепитель; для этих же проводов — 100% тока трогания расцепителей автомата с регулируемой обратнозависимой от тока характеристикой;

• для кабелей с бумажной изоляцией — 100% номинального тока плавкой

вставки или тока уставки автомата с максимальным токовым расцепи- телем или 80% тока трогания расцепителей автомата с регулируемой обратнозависимой от тока характеристикой;

• для проводников всех марок — 100% номинального тока расцепителя

автомата с регулируемой обратнозависимой от тока характеристикой.

Кроме того, проводники ответвлений к короткозамкнутым электродвигателям исполнительных механизмов должны иметь допустимую длительную токовую нагрузку не менее 125% номинального тока электродвигателя.

В производственных помещениях проводники выполняют изолированными проводами в защитных трубах, стальных коробах и каналах. Кабельные проводки прокладывают открыто на кабельных конструкциях, а также в стальных лотках, коробах и каналах. В наружных установках изолированные провода раскладывают в стальных коробах или трубах по конструкциям зданий и сооружений, технологическим и кабельным эстакадам. Для этих целей можно также использовать каналы, тоннели и коллекторы, проложенные для силовых кабелей.

Скрытые электропроводки систем автоматизации выполняют в исключительных случаях, когда это диктуется требованиями архитектурного оформления зданий и помещений. Для электропроводок систем автоматизации применяют алюминиевые и медные изолированные провода и кабели. Причем медные провода и кабели рекомендуется использовать лишь в специальных случаях: в цепях термометров сопротивления и термопар, в цепях измерения, управления, контроля, питания и сигнализации напряжением до 60 В, во взрывоопасных установках, подверженных вибрации для электропроводок в чердачных помещениях со сгораемыми конструкциями.

В помещениях классов В-1а, В-II, В-11а, В-11б и наружных установках класса В-1г электропроводки необходимо выполнять изолированными проводами в стальных защитных трубах или бронированными кабелями, прокладываемыми открыто по кабельным конструкциям, в стальных лотках или каналах.

Во взрывоопасных помещениях классов В-I и В-1а не допускается применять кабели с алюминиевой оболочкой.

В наружных установках и взрывоопасных помещениях допускается использовать провода и кабели с алюминиевыми жилами (за исключением помещений классов В-I и В-1а) при условии, что используются взрывозащи- щенные аппараты и приборы, позволяющие присоединять алюминиевые проводники. Минимально допустимые сечения жил проводов и кабелей электропроводок систем автоматизации должны быть: в цепях напряжением 60 В

 не менее 0,2 мм (диаметр 0,5 мм) для медных и 2,5 мм для алюминиевых

проводников, а в цепях напряжением свыше 60 В — не менее 1 мм для медных и 2,5 мм для алюминиевых. Минимально допустимое сечение жил проводов и кабелей электропроводок во взрыво- и пожароопасных установках

 должно быть 1,5 мм для медных и 2,5 мм для алюминиевых проводников.

Электропроводки систем автоматизации разного назначения допускается объединять в одной защитной трубе, в одном канале короба, в одном кабеле и в одном пучке проводов, проложенных в лотках. Совместная прокладка допускается при напряжениях до 440 В постоянного и 400 В переменного тока. Исключение составляют измерительные цепи приборов и средств автоматизации, в которых при совместной прокладке возникают допустимые помехи, а также взаиморезервируемые цепи питания и управления и стационарно прокладываемые цепи питания электроинструмента и освещения щитов напряжением до 36 В, применение которого диктуется требованиями техники безопасности.

ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ САУ

(6 % от объема)

Содержание этого раздела проекта должно согласовываться с материалом, изложенным при обосновании целесообразности автоматизации технологического процесса. Теперь наступает пора проверить правильность своих предположений об источниках эффективности автоматизации и доказать результативность работы с помощью общепринятых показателей.

Итак, автоматизацию можно считать эффективной, когда с ее внедрением повышается производительность всего производства, сокращаются прямые и капитальные затраты, удешевляется продукция и улучшается ее качество, облегчается труд человека, повышается культура труда. Для оценки экономической эффективности применяются различные показатели, наиболее важными из которых являются производительность труда, годовые эксплуатационные издержки, срок окупаемости капитальных затрат и нормативный коэффициент экономической эффективности. Однако какими бы показателями мы не пользовались, три важнейших величины должны быть рассчитаны в обязательном порядке: капитальные затраты, эксплуатационные издержки и объем годовой валовой продукции. Причем эти величины должны быть рассчитаны для двух вариантов. Первый из них является базовым, исходным, отражающим состояние производства до внедрения систем автоматизации. Второй вариант, называемый также проектным, предусматривает реализацию проектных решений.

Капитальные затраты — одна из основных исходных расчетных величин, Они складываются из стоимости средств автоматики с учетом их доставки, монтажа и наладки, затрат на модернизацию действующей техники и технологии, стоимости строительства и реконструкции зданий в связи с внедрением автоматизации, остаточной стоимости средств, подлежащих ликвидации при внедрении устройств автоматики за вычетом стоимости, полученной от реализации части ликвидируемых основных средств.

Годовые эксплуатационные издержки складываются в основном из амортизационных отчислений, отчислений на текущий ремонт, затрат на зарплату обслуживающего персонала, стоимости электроэнергии, топлива и смазочных материалов и некоторых других годовых расходов.

Повышение производительности труда определяется либо количеством произведенной в единицу времени продукции, либо количеством времени, затраченного на производство единицы продукции. Повышение производительности труда за счет средств автоматизации оценивают по уменьшению затрат труда:

∆P =(Рб - Рп)100/Рб,

и по годовой экономии труда:

Эт= (Рб – Рп)Qп

где Рб и Рп — затраты труда на единицу продукции или вид работы в базовом и проектном вариантах соответственно варианте; Qn — производство продукции за год в проектном варианте. Срок окупаемости капитальных затрат на автоматизацию определяется так

Т = (Кп – Кб) / ( Эб – Эп), где Кб и Кп — капитальные затраты базового и проектного варианта соответственно;

Эб и Эп — годовые эксплуатационные издержки базового и проектного варианта соответственно.

Чем меньше срок окупаемости, тем эффективнее автоматизация. Расчетный срок окупаемости сравнивают с нормативным сроком окупаемости, который для сельскохозяйственного производства принят пяти годам.

Нормативный коэффициент экономической эффективности дополнительных капитальных вложений представляет собой обратную нормативному сроку окупаемости величину. Для сельского хозяйства он установлен равным 0,2.

Применение средств автоматизации повышает технологичность производства за счет сокращения числа и времени простоев, применения наиболее прогрессивных способов производства, типизации и унификации технологических операций.

Эффективность автоматизации можно определить по приведенным или расчетным затратам, которые находят по следующей формуле:

ПЗ = Е Куд + Эуд,

где Е = 0,2;

Куд —удельные капитальные затраты проектного варианта;

Эуд — удельные годовые эксплуатационные издержки проектного варианта.

Наглядную картину об эффективности внедрения средств автоматизации дает показатель рентабельности производства:

Рент. = (Ц -  С) 100/ С,

где Ц — оптовая цена реализации произведенной продукции;

С — себестоимость производства продукции.

Результаты анализа экономической эффективности САУ целесообразно свести в таблицу.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ (2% от объема)

Заключительная часть проекта, по существу, представляет собой резюме по всем разделам проделанной работы. Здесь необходимо сформулировать основные технические решения, привести результаты анализа объекта автоматизации и краткое описание наиболее существенных разработок.

Кроме того, в заключении следует изложить основные решения по проектированию нестандартных элементов, рекомендации по повышению надежности и ремонтопригодности, мероприятия по охране труда и технике безопасности, сообщить об источниках технико-экономической эффективности.

После краткого резюме об основных проектных решениях необходимо сделать выводы о преимуществах и недостатках разработанной системы, сопоставить ее с базовым вариантом. На этом этапе следует отметить влияние автоматизации на производительность труда, затраты энергии, материалов и других ресурсов, отметить динамические свойства и прочие характеристики системы.

Здесь же необходимо оценить патентоспособность предложенной разработки, дать рекомендации по изменению технологии, продемонстрировать социальный эффект автоматизации, ее влияние на условия и безопасность труда. Целесообразно закончить проект указаниями о перспективах дальнейшей автоматизации, о возможности модернизации элементной базы и улучшения системы эксплуатации средств и систем автоматики.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ (1% от объема)

Основные источники:

1.И.Ф.Бородин ,С.А.Андреев ,Автоматизация технологических процессов Москва «Юрайт» 2019 год – 386с- (Серия : Профессиональное образование)

Дополнительные источники

1.И.Ф.Бородин ,С.А.Андреев ,Автоматизация технологических процессов Москва «Колос» 2005 год – 306с

2.Л.И.Селевцов ,А.Л.Селевцов ,Автоматизация технологических процессов   Москва «Академия» 2012 – 352с

3.Ю.Д. Сибикин ,Справочник по эксплуатации электрооборудования                               Москва «Форум» 2015

4.Е.Ф. Щербаков ,Электрические аппараты Москва «Форум» 2015год

5.В.Ю. Шишмарев Автоматизация технологических процессов М Академия 2016

Электронные образовательные ресурсы

1. http://forca.ru/knigi/arhivy/montazh-ekspluataciya-i-remont-selskohozyaystvennogo-elektrooborudovaniya-28.html
2. http://electricalschool.info/main/elsnabg/155-priemniki-jelektricheskojj-jenergii.html
3. http://www.chesm.org/
4. http://k-elektro.ru/index.php/nashi-uslugi/elektromontaz/116-montaz-naladka-elektrooborudoania