«Электротехника и авТоматиЗация мелиоративных и водохозяйственных систем»
Рекомендовано Учебно-методическим объединением
По образованию в области сельского хозяйства в качестве
Учебно-методического комплекса для студентов высших учебных заведений по специальности 1–74 05 01 «Мелиорация
И водное хозяйство»
Горки 2011
Рекомендовано методической комиссией мелиоративно-строительного факультета (протокол №______ от ______________ 2011).
Составитель: доцент кафедры строительства и эксплуатации ГМС, кандидат технических наук Л.И. КУМАЧЕВ
Рецензенты: М.А.ШУХ, канд. техн. наук, доцент кафедры строительства и эксплуатации ГМС, Т.Д. ЛАГУН, канд. техн. наук, доцент кафедры мелиорации и водного хозяйства
Компьютерный набор и верстка Д.Т.Лагун
Ó Составление. Л.И, Кумачев, 2010
Ó Учреждение образования
“Белорусская государственная
сельскохозяйственная академия”, 2010
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
1.1. Актуальность изучения учебной дисциплины
«Электротехника и автоматизация мелиоративных и водохозяйственных систем» - это учебная дисциплина, посвященная изучению устройств и работы наиболее распространенных систем автоматики, имеющих широкое применение в гидромелиорации, в системах сельскохозяйственного водоснабжения и водоотведения.
Известно, что одним из наиболее эффективных путей энерго-ресурсосбережения является автоматизация технологических процессов, разработка и внедрение в производство инновационных технологий, неотъемлемым компонентом которых так же является их автоматизация.
Содержание учебной дисциплины соответствует требованиям образовательного стандарта РБ «Высшее образование, первая ступень, специальность 1-74 0501 – мелиорация и водное хозяйство».
Учебная дисциплина относится к специальным дисциплинам вузовского комплекса. Освоение дисциплины базируется на компетенциях, приобретенных ранее студентами при изучении дисциплин: гидротехнические сооружения, насосы и насосные станции, системы водоснабжения и водоотведения, осушительные, осушительно-увлажнительные и оросительные системы, а так же отдельных разделов математики и физики.
1.2. Цели и задачи учебной дисциплины
Цель учебной дисциплины – формирование знаний, умений и профессиональных компетенций по электротехнике и автоматизации мелиоративных и водохозяйственных систем, а так же развитие и закрепление академических и социально-личностных компетенций.
Основными задачами дисциплины являются: освоение основ электротехники и автоматизации мелиоративных и водохозяйственных систем, приобретение навыков анализа технологических процессов, формулирование задач их автоматизации с целью энерго-ресурсосбережения, а так же оценки экономического эффекта энерго-ресурсосбережения от автоматизации.
1.3. Требования к уровню освоения содержания
учебной дисциплины
В результате изучения дисциплины студент должен закрепить следующие академические (АК) и социально-личностные (СЛК) компетенции, предусмотренные образовательным стандартом:
АК-1. Уметь применять базовые научно-теоретические знания для решения теоретических и практических производственных задач.
АК-2. Владеть приемами сравнительного анализа в области автоматизации процессов.
АК-3. Уметь работать самостоятельно.
АК-4. Владеть междисциплинарным подходом при решении возникающих проблем.
СЛК-1. Обладать способностью к межличностным коммуникациям.
СЛК-2. Уметь работать в коллективе.
Студент должен обладать следующими профессиональными компетенциями (ПК), предусмотренными образовательным стандартом Республики Беларусь «Высшее образование, первая ступень, специальность 1-74 05 01 «Мелиорация и водное хозяйство»»:
ПК-1. Выполнять анализ производственных процессов.
ПК-2. Формулировать задачи их автоматизации.
ПК-3. Составлять алгоритм функционирования системы автоматизации.
ПК-4. Оценивать возможность улучшения устаревших инженерных систем путем их автоматизации.
ПК-5. Рассчитывать величину энерго-ресурсосбережения, полученного от автоматизации.
Для приобретения компетенций ПК-1 – ПК-5 студент должен знать:
- основные подходы к проблемам автоматизации технологических процессов;
- устройство, назначение и применение основных элементов автоматики;
- приемы составления схем автоматики;
- методику расчетов величины энерго-ресурсосбережения, получаемого от автоматизации.
Студент должен уметь и быть способным:
- правильно сформулировать цель автоматизации;
- разработать схему автоматизации;
- выбрать необходимые элементы автоматики;
- произвести расчеты по энерго-ресурсосбережению.
ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Автоматическое регулирование - это процесс автоматического поддержания параметра объекта на заданном уровне или изменения его по заданному закону.
Автоматическая система управления это совокупность управляющего устройства и объекта управления.
Автоматическая сигнализация - предназначена для оповещения обслуживающего персонала о нарушениях в технологическом процессе.
Автоматическое измерение - это процесс автоматического определения значения физической величины в заданной точке объекта и передачи результата на регистрирующее или показывающее устройство.
Автоматическая защита - это автоматическое выключение оборудования в результате возникших нарушений в технологическом процессе.
Автоматическая блокировка - это автоматическое недопущение неправильного начала технологического процесса.
Алгоритм управления - это последовательность выполнения операций, воздействующих на объект.
Автоматизированный электропривод - это электропривод, в котором предусматривается выработка человеком только начального управляющего воздействия.
Автоматический электропривод - это электропривод, в котором предусматривается участие человека только в надзоре за электромеханической системой.
Абсолютная погрешность измерения - это разность между результатом измерения величины и ее действительным значением.
Активные элементы цепи - это все источники электрической энергии и ряд приемников тока, для описания работы которых необходимо вводить э.д.с.
Аналоговый прибор - измерительный прибор, показания которого являются непрерывной функцией измеряемой величины.
Величина (сила) электрического тока - это количество электричества (заряд) проходящее сквозь поверхность, равную поперечному сечению проводника, в единицу времени.
Входной сигнал - это внешняя физическая величина, оказывающая воздействие на элемент автоматики.
Выходной сигнал - это физическая величина, которая появляется на выходе элемента в результате преобразований в нем самом.
Внутренний участок цепи - это ее участок, образуемый источником тока.
Внешний участок цепи - это ее участок, образованный элементами-приемниками.
Возмущение - это непланируемое изменение управляемой величины, характеризующей состояние объекта.
Датчик - это элемент автоматики, измеряющий физическую величину и преобразующий ее в выходной сигнал.
Двигатель - это устройство, преобразующее различные виды подводимой к нему энергии в механическую.
Дифференциал реле - это разница значений порога срабатывания и порога отпускания реле.
Емкость - это свойство элемента электрической цепи накапливать заряды и возбуждать ими электрическое поле.
Заданная величина - это величина, характеризующая требуемое (или опасное) значение регулируемого или контролируемого параметра.
Задатчик - это элемент автоматики, с помощью которого можно задать системе автоматически требуемое значение регулируемого или контролируемого параметра.
Исходное состояние реле - это его состояние при отсутствии внешнего воздействия на него.
Информационная автоматическая система - это система, в которой воздействие на объект формируется под влиянием информации, получаемой от датчиков.
Исполнительный элемент - это устройство, непосредственно воздействующее на объект регулирования (управления).
Интегрирующий прибор - это измерительный прибор, в котором подводимая к нему величина суммируется во времени.
Измерительный преобразователь - измеряет искомую величину и вырабатывает выходной сигнал в виде, удобном для передачи, обработки или хранения.
Измерение - это процесс определения значения интересующей физической величины опытным путем.
Индуктивность - это параметр элемента электрической цепи, преобразующего электрический ток в собственное магнитное поле.
Источник питания - это элемент электрической цепи, предназначенный для генерирования электрической энергии.
Контур электрической цепи - это любой замкнутый участок цепи.
Кратковременный режим - это режим работы электродвигателя, при котором его температура во время работы не достигает установившегося значения, а во время паузы снижается до температуры окружающей среды.
Комплексная автоматизация - это автоматизация всех операций технологического процесса, за исключением операций анализа его протекания и внесения поправок.
Монтажная схема - это схема, на которой показаны соединения составных частей электроустановки, разводка проводов и кабелей, их сечения, способы прокладки, места соединения.
Максимальная мощность внешней цепи - это мощность при условии равенства ее сопротивления внутреннему сопротивлению источника.
Магнитный усилитель - это бесконечное электромагнитное устройство, предназначенное для управления мощностью, поступающей от источников в нагрузку.
Мгновенное значение тока - это значение изменяющегося тока в рассматриваемый момент времени.
Неавтоматизированный электропривод - это такой электропривод, в котором предусматривается участие человека в выработке управляющих воздействий.
Нуль-орган - это сравнивающий элемент автоматики, воспринимающий на одном входе фактическую величину, а на другом - заданную величину сигнала и формирующий выходной сигнал и его знак, как результат отличия двух входных сигналов.
Номинальный резким источника - это его режим работы, при котором напряжение, ток и мощность его соответствует расчетным значениям.
Несинусоидальный ток - это ток, закон изменения которого отличен от гармонического.
Обратная связь - это связь между элементами автоматической системы в направлении от объекта к регулятору.
Относительная погрешность измерения - это отношение абсолютной погрешности к значению измеренной величины.
Пассивные элементы цепи - это элементы, которые не могут реализовать свои свойства без воздействия на них посторонних источников тока.
Переменный ток - это электрический ток, величина и направление которого не остаются постоянными.
Передаточный коэффициент - это отношение значения выходного сигнала элемента автоматики к значению входного сигнала.
Периодические токи - это токи, мгновенные значения которых повторяются через определенные промежутки времени.
Период - это наименьший промежуток времени, по истечении которого мгновенное значение тока повторяется.
Прибор сравнения (блок сравнения) - устройство, сравнивающее величину измеренного параметра и его требуемого значения.
Приемник электрической энергии - это элемент электрической цепи, использующий электрическую энергию.
Принципиальная электрическая схема - это схема, составленная из элементов автоматики с изображением соединений между ними и путей прохождения тока.
Повторно-кратковременный режим - это режим работы электродвигателя, при котором его температура не достигает установившегося значения ни во время работы, ни во время паузы.
Показывающий прибор - это измерительный прибор представляющий результат измерения в виде отсчета.
Полная автоматизация - это автоматизация всех операций технологического процесса, включая операции анализа и коррекции процесса.
Порог срабатывания реле - это значение входного сигнала, при котором оно переходит из исходного состояния во второе.
Порог отпускания реле - это значение входного сигнала, при котором оно переходит из второго состояния в исходное.
Последовательное соединение - это соединение элементов цепи, при котором по ним проходит один и тот же ток.
Постоянный ток - электрический ток, величина и направление которого остаются постоянными.
Программная автоматическая система - это система, в которой воздействие на объект формируется согласно наперед заданной программе.
Продолжительный резким - это режим работы электродвигателя такой длительности, при котором его температура достигает во время работы установившегося значения.
Прямая связь - это связь между элементами автоматики системы в направлении от регулятора к объекту.
Регулирование по отклонению - это автоматическое воздействие на объект по величине отклонения регулируемой величины от заданного значения.
Регулирование по возмущению - это автоматическое воздействие на объект в зависимости от величины непланируемого внешнего воздействия на него.
Режим холостого хода источника - это режим, при котором ток в нем равен нулю.
Режим короткого замыкания - это режим, при котором на внешних зажимах источника напряжение равно нулю.
Реле - это элемент автоматики, выходной сигнал которого принимает два (три) фиксированных значения при плавном изменении входного сигнала.
Система с разомкнутым контуром - это система автоматики, в которой входными воздействиями являются только внешние воздействия.
Система с замкнутым контуром - это система автоматики, в которой входными воздействиями являются не только внешние воздействия, но и воздействия со стороны объекта.
Система непрерывного регулирования - это такая система, у которой воздействие на объект есть непрерывная функция времени, пропорциональная воздействующей величине.
Система прерывистого регулирования - это система воздействия на объект, у которой это воздействие представляется собой ряд последовательных импульсов, параметры которых зависят от воздействующей величины.
Система релейного регулирования - это система воздействия на объект, у которой имеется только два значения фиксированных воздействий на объект.
Синусоидальный ток - это ток, мгновенное значение которого изменяется по гармоническому закону.
Сопротивление - это параметр элемента электрической цепи, имеющего свойство поглощать из нее энергию преобразовывать ее в другие виды энергии.
Средства измерения - это технические средства, используемые при измерениях физических величин.
Стабилизатор - это элемент автоматики, поддерживающий постоянное значение выходного сигнала, несмотря на изменение входного.
Статическая характеристика элемента автоматики - это графическая зависимость между входным и выходным сигналами этого элемента.
Схема электрической цепи - это графическое изображение соединений элементов цепи с помощью стандартных условных обозначений.
Трехфазная цепь - это электрическая цепь, по которой проходят три синусоидальных тока, отличающихся по фазе.
Управление в технических системах - это процесс воздействия на объект в соответствии с заданным алгоритмом управления.
Управляемый объект - это часть общей системы, нуждающейся в воздействии автоматики.
Управляемая величина - это параметр объекта, величина которого изменяется под влиянием регулятора.
Усилитель - это элемент автоматики, увеличивающий мощность входного сигнала, не внося изменений в его физическую природу.
Участок цепи - это часть электрической цепи, содержащая выделенные в ней элементы.
Функциональная схема - это схема автоматической системы, составленная в виде функциональных блоков, с указанием направлений воздействий между ними.
Цифровой измерительный прибор - в котором непрерывная измеряемая величина преобразуется в дискретную, подвергается цифровому кодированию, а результат измерения представляется в цифровой форме.
Частичная автоматизация - это автоматизация только отдельных операций в технологическом процессе.
Частота тока - это число периодов в одну секунду.
Электрическая цепь - совокупность устройств, процессы в которых могут быть описаны с помощью понятий об электрическом токе, напряжении и электродвижущей силе (э.д.с.)
Электрический ток - это направленное движение носителей электрических зарядов.
Электродвижущая сила (э.д.с.) - это основное свойство источника - электрической энергии, выражающееся в способности создавать и поддерживать разность потенциалов на разомкнутом участке цепи, а так же возбуждать и поддерживать электрический ток в замкнутой цепи.
Электропривод - электромеханическое устройство, состоящее из электродвигателя, передаточного, исполнительного и управляющего устройств.
Элементы электрической цепи - это отдельные устройства, входящие в состав электрической цепи.
Элемент автоматики - это составная часть системы автоматики, выполняющая определенные функции.
СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
Введение………………………………………………………………….12
Тема 1. Мелиоративные системы как объекты автоматизации.
1.1. Степень автоматизации мелиоративных систем…………………..14
1.2. Автоматический контроль за состоянием оборудования и
сооружений ………………………………………………………….14
1.3. Автоматическая защита от ненормальных режимов работы и
повреждений………………………………………………………....14
1.4. Автоматизация работы отдельного объекта………………………14
1.5. Очередность автоматизации………………………………………..15
1.6. Объекты автоматизации…………………………………………….15
Контрольные вопросы по теме 1…………………………………...15
Тема 2. Классификация систем автоматизации…………………….16
2.1. Общие сведения о системах автоматизации……………………….16