Лыков, А.Н

А.Н. Лыков

АВТОМАТИЗАЦИЯ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
И ПРОИЗВОДСТВ

Утверждено

Редакционно-издательским советом университета

в качестве учебного пособия

Издательство
Пермского государственного технического университета

УДК 62-52

Л88

Рецензенты:

зав. кафедрой «Информационные технологии
и автоматизированные системы»
Пермского государственного технического университета

д-р экон. наук, проф. Р.А. Файзрахманов;

начальник отдела электропривода ООО «Тяжпромэлектропроект»
канд. техн. наук, доц. Г.А. Сторожев

Л88 Автоматизация технологических процессов и производств: учеб. пособие / А.Н. Лыков. – Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2008. – 423 с.

ISBN 978-5-398-00116-7

Излагаются основы автоматизации технологических процессов и производств. Рассмотрены социально-экономические предпосылки, история и тенденции развития систем автоматизации, информационные потоки, формы и преобразователи информации. Более подробно рассмотрены системы автоматизации в отраслях, превалирующих в Пермском крае, – машиностроении (аппаратное и программное построение систем с ЧПУ) и энергетике (автоматизированные системы учета и контроля энергоресурсов, котельные установки, турбомеханизмы).

Предназначено для студентов, обучающихся по направлениям 220300 «Автоматизированные технологии и производства», 140600 «Электротехника, электромеханика и электротехнологии». Может быть полезно также для преподавателей и инженеров, работающих в области автоматизации отраслей машиностроения и энергетики.

УДК 62-52

Издано в рамках приоритетного национального проекта
«Образование» по программе Пермского государственного технического университета «Создание инновационной системы формирования профессиональных компетенций кадров и центра инновационного развития региона на базе многопрофильного технического университета»

ISBN 978-5-398-00116-7 © ГОУ ВПО

«Пермский государственный

технический университет», 2008

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ....................................................................................................................... 6

1. ЭФФЕКТИВНОСТЬ АВТОМАТИЗАЦИИ. НАДЕЖНОСТЬ.......................... 7

1.1. Необходимость автоматизации........................................................................... 7

1.2. Факторы, влияющие на эффективность автоматизации............................. 13

1.3. Показатели социально-экономической эффективности............................. 14

1.4. «Подводные камни» при автоматизации....................................................... 15

1.5. Качество с позиций надежности...................................................................... 17

1.6. Проблемы с надежностью в России................................................................ 18

2. Автоматизация в машиностроении, системы ЧПУ.............. 21

2.1. Системы автоматизации в машиностроении................................................. 21

2.2. История развития СЧПУ (до 1990 года)......................................................... 24

2.3. Классификация существующих СЧПУ........................................................... 27

2.4. Промышленные роботы...................................................................................... 29

2.4.1. Промышленные роботы (история начального развития).............. 29

2.4.2. Необходимость роботов.......................................................................... 30

2.4.3. Сферы применения роботов................................................................... 30

2.4.4. Примеры применения роботов............................................................... 31

2.5. Словарь терминов и определений в СЧПУ.................................................... 32

3. Информация в системах автоматизации................................... 34

3.1. Точность информации......................................................................................... 34

3.2. Дискретизация по уровню и по времени непрерывного сигнала............ 36

3.3. Аппаратные информационные уровни.......................................................... 38

3.4. Преобразователи информации......................................................................... 38

3.5. Уровни управления в системах автоматизации.......................................... 39

3.6. Тенденции в построении производственных систем.................................. 40

3.7. Фазы информационных преобразований для станка с СЧПУ................. 43

3.8. Стандартизация и унификация средств автоматизации........................... 44

4. Кодирование информации....................................................................... 46

4.1. Буквенные коды.................................................................................................... 46

4.2. Буквенно-цифровые коды................................................................................... 48

4.3. Цифровые коды..................................................................................................... 51

5. Интегральные преобразователи информации........................ 55

5.1. Интегральные догические микросхемы......................................................... 55

5.2. Цифроаналоговые преобразователи (ЦАП).................................................. 57

5.3. Аналого-цифровые преобразователи (АЦП)................................................ 60

5.4. Цифроаналоговый процессор КМ1813ВЕ1.................................................. 65

6. Преобразователи информации............................................................. 67

6.1. Преобразователь «частота – напряжение»................................................... 67

6.2. Преобразователь «частота – код»................................................................... 69

6.3. Преобразователь «код – частота»................................................................... 70

6.4. Преобразователь «унитарный код – фаза»................................................... 73

6.5. Преобразователь «фаза – код»......................................................................... 74

6.6. Преобразователь «фаза – напряжение»......................................................... 74

6.7. Узлы гальванической развязки в системах автоматизации..................... 76

7. Управляющие программы СЧПУ........................................................... 80

7.1. Структура управляющих программ для станков с ЧПУ........................... 80

7.2. Значения символов адресов.............................................................................. 81

7.3. Формат кадра УЧПУ............................................................................................ 82

7.4. Повышение языкового уровня управляющих программ........................... 89

8. САП станков и роботов............................................................................... 91

8.1. Подготовка управляющей программы (УП)................................................. 91

8.2. Системы автоматизированного программирования УП........................... 92

8.3. Системы CAD/CAM............................................................................................ 101

8.3.1. Система AutoCAD................................................................................... 104

8.3.2. Система bCAD.......................................................................................... 105

8.3.3. Система ГеММА-3D при производстве технологической
оснастки на оборудовании с ЧПУ...................................................... 110

8.3.4. Продукты ADEM CAD/CAM................................................................. 111

8.3.5. ГРАФИКА-81............................................................................................. 113

8.3.6. БАЗИС 3.5................................................................................................... 116

8.3.7. SOLID EDGE.............................................................................................. 120

9. Интерполяция. АППАРАТНЫЕ СТОЙКИ ЧПУ..................................... 125

9.1. Траектории движения....................................................................................... 125

9.2. Основные задачи при интерполяции............................................................ 126

9.3. Математическое решение уравнений движения....................................... 127

9.4. Реализация интегрирования в СЧПУ............................................................ 128

9.5. СЧПУ «Контур-2ПТ»......................................................................................... 130

9.6. СЧПУ «Н22»......................................................................................................... 130

9.7. СЧПУ «Н33»......................................................................................................... 133

9.8. Блок задания скорости (БЗС) аппаратной стойки ЧПУ.......................... 133

10. Системы связи СЧПУ со станком.................................................. 139

10.1. Позиционные кодовые СЧПУ....................................................................... 139

10.2. Позиционная счетно-импульсная СЧПУ................................................... 140

10.3. Контурные СЧПУ............................................................................................. 140

10.4. Частичная инвариантность по управлению............................................ 141

10.5. Первые поколения контурных СЧПУ..........................................................144

10.6. Фазовый индикаторный и разностный режимы
работы устройства связи с электроприводом......................................... 144

10.7. Расчетные соотношения для фазовых систем......................................... 146

10.8. Микропроцессорные стойки ЧПУ............................................................... 148

11. Микропроцессорные СЧПУ и тенденции развития............ 150

11.1. Архитектура и возможности микропроцессорных систем управления
типа СNС до 1990 года (однопроцессорные МПС КМ85, 2Р-32М,
2С42-45, многопроцессорные МПС Нейрон И3, МС2101, 3С150, S8600) 150

11.2. Новые системы ЧПУ........................................................................................ 160

11.2.1. Архитектура открытой системы ЧПУ............................................ 160

11.2.2. Открытое ядро ЧПУ............................................................................. 162

11.2.3. Системы ЧПУ с web-доступом......................................................... 164

11.2.4. Система понятий стандарта ISO 14649........................................ 166

11.2.5. ЧПУ, воспринимающие стандарт STEP-NC................................. 168

11.2.6. Среда разработки управляющих программ для систем ЧПУ

AdvancEd.................................................................................................. 169

11.3. Примеры интеллектуальных СЧПУ последнего поколения................ 186

12. АСУ ТП................................................................................................................... 188

12.1. Примеры АСУ ТП, в том числе на предприятиях в Пермском крае
(ELMATIC-100, DIMATIC XP, Проконтроль К и Проконтроль П,
ТДС 3000, MICON МДС-100 и МДС-200, Квинт,
FISHER – ROSENMAUT SYSTEM FOXBORO-ECKART и др.)........... 189

12.2. ЛВС: доступ к каналу, способы кодирования, типы сообщений,
сетевые системы................................................................................................ 210

13. Автоматизированные системы контроля
и учета энергоресурсов (АСКУЭ)............................................................ 220

13.1 Требования к автоматизированным системам контроля
и учета энергоресурсов.................................................................................... 220

13.2 Уровни АСКУЭ................................................................................................... 226

13.3 Коммерческие и технические АСКУЭ......................................................... 228

13.4 Первичные измерительные приборы............................................................ 230

13.5 Первые российские АСКУЭ............................................................................ 231

13.6 Современные АСКУЭ....................................................................................... 237

13.7 АСКУЭ бытовых потребителей..................................................................... 242

13.8. Энергосбережение и АСКУЭ......................................................................... 258

14. Автоматизация котельных................................................................ 266

14.1. Описание и классификация котельных установок................................. 266

14.2. Котельная как объект регулирования........................................................ 274

14.3. Регулирование нагрузки котла.................................................................... 282

14.4. Регулирование уровня воды в барабане котла....................................... 286

14.5. Регулирование температуры перегретого пара...................................... 293

14.6. Управление вентилятором............................................................................ 294

14.7. Управление дымососом................................................................................. 300

14.8. Система управления шиберами................................................................... 308

14.9. Автоматика безопасности котельной........................................................ 309

14.10. Определение параметров объекта регулирования, регуляторов
и настройка АСР............................................................................................ 319

15. Автоматизация турбомеханизмов и энергосбережение 347

15.1. Характеристика турбомеханизмов............................................................. 347

15.2. Расчет мощности на валу турбомеханизма............................................. 348

15.3. Регулирование производительности турбомеханизмов....................... 352

15.4. Особенности регулирования скорости турбомеханизмов................... 359

15.5. Расчет экономической эффективности применения
частотно-регулируемого электропривода................................................ 364

Список литературы................................................................................................... 368

Приложение.................................................................................................................. 372

Список сокращений.................................................................................................... 421

Дата добавления: 2015-05-29