Методические указания и контрольные задания для студентов заочников Салаватского индустриального колледжа по специальности 1806

Салаватский индустриальный колледж

АВТОМАТИКА

Методические указания и контрольные задания

для студентов – заочников

Салаватского индустриального колледжа

по специальности 1806

«Техническая эксплуатация и обслуживание

электрического и электромеханического оборудования»

2003

Методические указания составлены в соответствии

с рабочей программой по дисциплине «Автоматика»

по специальности 1806 «Техническая эксплуатация и

обслуживание электрического и электромеханического

оборудования»

Заместитель директора по учебной работе

____________________ Бикташева Г.А.

Составитель:

Преподаватель

Салаватского индустриального

колледжа Колеганов М.Е.

Рецензент Кобякова Ф.А

Ответственный за выпуск Денисов А.Б.

Содержание

1. Введение 4

2. Программа учебной дисциплины 7

3. Перечень лабораторных работ 28

4. Задание для контрольной работы 29

5. Литература 33

1. Введение

Целью изучения дисциплины «Автоматика» является усвоение студентами основ автоматики: элементов автоматики, систем автоматики и телемеханики, автоматизации работы инженерного оборудования. Данная учебная дисциплина является общепрофессиональной и базируется на знаниях, полученных студентами при изучении

дисциплины «Теоретические основы электротехники», «Основы промышленной электро-

ники», «Электрические машины и аппараты», «Основы микропроцессорной техники»,

«Измерительная техника». В свою очередь эта дисциплина является базовой при изучении

таких дисциплин, как «Системы автоматического управления электоприводами»,

«Электрический привод», «Электроснабжение отрасли». В результате изучения

дисциплины студент должен:

- Иметь представления:

- о роли и месте дисциплины в сфере профессиональной деятельности;

- о прикладном характере дисциплины в рамках специальности;

- о новейших достижениях и перспективах развития средств автоматики;

· Знать:

- устройство, принцип действия, область применения элементов автоматики;

- классификацию систем автоматического регулирования;

- элементы теории автоматического регулирования;

- типовые звенья , исследования , стабилизацию систем автоматического

регулирования;

- качество, устойчивость систем регулирования;

- принципы проектирования систем автоматики;

- автоматизацию работы инженерного оборудования.

- Уметь:

- читать схемы систем электроавтоматики;

- проводить экспериментальные исследования различных элементов автоматики и

и систем электроавтоматики;

- пользоваться измерительной техникой, инструментами при выполнении

экспериментальных работ.

Рекомендуемые контрольные задания с краткими методическими указаниями для

студентов-заочников колледжа по учебной дисциплине «Автоматика» составлены в

соответствии с учебным планом по специальности 1806 «Техническая эксплуатация,

обслуживание и ремонт электрического и электромеханического оборудования».

Рабочая программа по данной дисциплине является общей для всех форм обучения.

Учитывая специфику заочного обучения, практические знания и опыт студентов, учебным планом отводится на изучение дисциплины 12 часов, включая 6 часов на лабораторные работы и 6 на аудиторные занятия, выполнение одной домашней контрольной работы.

При самостоятельном изучении дисциплины необходимо овладевать знаниями основ автоматики. При этом необходимо конспектировать наиболее важные узловые вопросы тем. Перед изучением каждого раздела программы необходимо проводить обзорные занятия, дающие представление о практическом применении изучаемого материала данного раздела.

После обзорных занятий студенту следует приступить к выполнению домашней контрольной работы, вариант которой соответствует личному шифру.

В задании на контрольную работу предусмотрены ответы на вопросы. Ответы на вопросы контрольного задания должны быть полными, последовательными и логичными, сопровождаться рисунками, схемами, графиками, диаграммами. Условные графические и буквенно-цифровые обозначения в электрических схемах следует выполнять в соответствии с ГОСТ ЕСКД.

Перед ответом на вопрос контрольного задания следует изучить соответствующий раздел учебника, обобщить и выбрать краткий, но достаточно аргументированный ответ на все требования данного вопроса.

Контрольную работу следует выполнять аккуратно и грамотно, пользуясь рекомендациями, полученными на обзорных занятиях, и оформлять в соответствии с требованиями ГОСТ 2. 105-95 «Общие требования к текстовым документам». Работа должна выполняться самостоятельно и в срок учебного графика, представляться на рецензию в колледж.

При возникновении трудностей в выполнении домашней контрольной работы студенты могут получить консультацию преподавателя данной учебной дисциплины.

2. Программа учебной дисциплины

Тематический план

Таблица 2

Наименование разделов и тем	Максим.учеб. нагрузка студента	Кол-во аудиторных часов при очной форме обучения			Самостоятельн. работа студента
		Всего	Лабор. работа	Практ. работа
1	2	3	4	5	6
Введение Раздел 1. Общие сведения Тема 1.1. Основные определения, понятия автоматики ,телемеханики, кибернетики… Тема 1.2. Принципиальные структурные, функциональные схемы систем электроавтоматики. Раздел 2. Элементы автоматики Тема 2.1. Основные характеристики элементов автоматики. Тема 2.2.Источники питания устройств эл. автоматики Тема 2.3. Датчики систем электроавтоматики. Тема 2.4. Магнитоуправляемые контакты и измерительные схемы. Тема 2.5. Реле и переключающие устройства в системах электроавтоматики. Тема 2.6. Электронные и оптоэлектронные устройства электроавтоматики Тема 2.7. Устройства с цифровыми преобразователями и микропроцессоры в системах элетроавтоматики. Тема 2.8 Магнитные усилители Тема 2.9. Тиристорные усилители-преобразователи и коммутационные устройства в системах автоматики. Тема 2.10.Логические элементы и системы дискретной автоматики. Раздел 3. Системы автоматики и телемеханики Тема 3.1. Общие сведения и классификация систем автоматического регулирования. Тема 3.2. Элементы теории автоматического регулирования. Тема 3.3. Типовые звенья исследования стабилизации систем автоматического регулирования. Тема 3.4. Качество и устойчивость систем регулирования. Тема 3.5. Системы телемеханики. Раздел 4. Автоматизация работы инженерного оборудования Тема 4.1. Принцип проектирования систем автоматики. Тема 4.2. Автоматизация управления освещением. Тема 4.3. Автоматизация электроснабжения. Тема 4.4. Автоматизация вентиляционных, насосных, компрессорных установок	2 4 2 2 58 2 4 10 4 8 4 4 6 4 6 16 2 2 2 4 4 12 2 4 4 2	2 4 2 2 40 2 4 6 2 6 4 2 4 4 6 14 2 2 2 4 4 12 2 4 4 2		14 2 4 4 2 2 2 2 4 2 2	18 4 2 2 2 2 2 2 2 2 2
Итого	92	72		20	20

Содержание учебной дисциплины и методические указания

Введение

Общая характеристика дисциплины и ее роль в подготовке техников-электриков.

Цели и задачи дисциплины, связь ее с другими учебными дисциплинами. Роль автоматики в области развития техники и технологии, в комплексной автоматизации технологических процессов. Краткий обзор и тендеции развития автоматики.

Студент должен:

- Иметь представление:

- о новейших достижениях и перспективах развития средст автоматики

· Знать:

- прикладное значение учебной дисциплины;

- объем, структуру, порядок изучения учебной дисциплины;

- значение дисциплины в подготовке техников-электриков.

- Уметь:

-проявлять самостоятельность, инициативу, прилежание при изучении дисциплины.

Методические указания

Данная тема является вводной и должна дать понятие о значимости данной дисциплины об самоорганизации студента при ее изучении.

Вопросы для самоконтроля

Каково прикладное значение учебной дисциплины «Автоматизация»?
Какая учебная, методическая, нормативно-техническая литература необходима при самостоятельном изучении дисциплины?
Каков порядок изучения дисциплины?

Литература: [1] c. 4 ÷ 6; [2] c.4 ÷ 5; [3] c.3 ÷ 5

Раздел 1. Общие сведения

Тема 1.1. Основные определения, понятия автоматики,

телемеханики, кибернетики.

Студент должен:

- Иметь представление:

- о новейших достижениях и перспективах развития автоматики, телемеханики,

кибернетики.

· Знать:

- определения и понятия автоматики и кибернетики.

- Уметь:

- правильно использовать понятия в процессе изучения дисциплины и в практической

деятельности.

Определения и понятия: автоматика, автоматизация; частичная, полная, комплексная, автоматизация; автоматический контроль, сигнализация, блокировка, автоматическая защита, автоматическое регулирование и т.д.

Определения и понятия : телемеханика, телемеханическая система, система телеуправления, система телеконтроля,, канал связи и т.д.

Определения и понятия : кибернетика, теория программирования, теория систем управления и т.д.

Методические указания

Данная тема является вводной при изучении основ автоматики и поэтому должна дать

понятия и определения, что облегчит изучение следующих разделов и тем учебной

дисциплины.

Вопросы для контроля:

1. Что такое автоматика и автоматизация?

2. Какие виды автоматизации различают?

3. Как классифицируется автоматизация в зависимости от выполняемых функций?

4. Что такое телемеханика и какова область ее применения?

5. Назовите основные понятия и определение телемеханики.

Литература: [1] с. 7 ÷ 19; [2] c. 6 ÷ 7; [3] c.6 ÷ 10.

Тема 1.2. Принципиальные, структурные, функциональные

схемы систем электроавтоматики.

Студент должен:

- Иметь представление:

- о нормативно – технической документации, определяющих правила выполнения

схем.

· Знать:

- условные графические и буквенно-цифровые обозначения применяемые в схемах

систем эл. автоматики;

- правила выполнения схем.

- Уметь:

- читать схемы систем эл. автоматики, вычерчивать их в соответствии с требованиями

ЕСКД.

Виды и типы схем, их назначение, правила выполнения. Условные графические и буквенно-цифровые обозначения в схемах систем электроавтоматика.

Методические указания

Принято системы электроавтоматики изображать на чертежах в виде схем, поясняющих принцип действия, структуру, монтаж. Для изучения дисциплины,

практической деятельности техников-электриков необходимо знать правила выполнения эл. схем всех видов и уметь их читать.

Вопросы для самоконтроля:

Что собою представляет принципиальная схема и для чего она нужна?
Что собою представляет функциональная схема и для чего она нужна?
Что собою представляет структурная схема и для чего она нужна?

Литература: [2] c.8-14

Раздел 2. Элементы автоматики

Тема 2.1.Основные характеристики элементов автоматики.

Студент должен:

- Иметь представление:

- о новейших достижениях и перспективах развития автоматики в части ее элементов

(резистор, конденсатор, реле, трансформатор, усилитель и т.д.)

· Знать:

- классификацию элементов автоматики и их статические и динамические

характеристики;

- передаточные функции и переходные характеристики типовых динамических

звеньев.

- Уметь:

- оценивать элементы автоматики, анализируя их характеристики.

Общие сведения о функциональных элементах автоматики. Классификация элементов. Статические и динамические характеристики элементов. Передаточные функции и переходные характеристики типовых динамических звеньев.

Методические указания

Системы автоматики состоят из ряда взаимосвязанных элементов, выполняющих

определенные функции и обеспечивающие в комплексе венсь процесс управления.

Чтобы знать целое – системы, необходимо изучить части-элементы и прежде всего их

разновидности и характеристики.

Вопросы для самоконтроля:

Как классифицируются элементы систем автоматики?
Назовите основные статические характеристики элементов автоматики.
Назовите динамические характеристики элементов автоматики.
Что такое коэффициент передачи и порог чувствительности элемента?
Что такое переходной процесс элемента и что собою представляет переходная характеристика элемента?

Литература : [1] c. 20 ÷ 26; [3] c. 10 ÷ 18

Тема

2.2

Источники питания устройств

электроавтоматики.

Студент должен:

- Иметь представление:

- о новейших достижениях и перспективах развития источников питания устройств

электроавтоматики.

· Знать:

- виды, характеристики, назначение, схемы источников питания;

- Уметь:

- выбрать необходимый источник питания и включить его в электрическую схему;

Источники питания: назначение, виды, общая характеристика. Источники переменного тока. Источники постоянного тока. Стабилизация напряжения источников питания.

Методические указания

Устройство электроавтоматики не может функционировать без источников питания. Поэтому для успешного изучения следующих тем дисциплины, необходимо хорошо изучить данную. При этом необходимо иметь ввиду то, что источники питания должны обеспечивать стабильность тока I, напряжения U, частоты f и других величин

и параметров.

Вопросы для самоконтроля:

Какие требования предъявляются к источникам питания устройств электроавтоматики?
Что собою представляют источники постоянного тока: схемы, сглаживании пульсации и т.д. ?
Как осуществляется стабилизация выходного напряжения источников питания?

Литература: [2] c. 15 ÷ 24.

Тема 2.3. Датчики систем автоматики:

Студент должен:

- Иметь представление:

- о новейших достижениях и перспективах развития автоматики вообще и датчиков в

частности.

· Знать:

- классификацию, устройство, принцип действия, схемы включения датчиков.

- Уметь:

-выбирать необходимый датчик и включить его в электросхему.

Общая характеристика и классификация датчиков. Устройство, принцип действия, схема включения, область применения датчиков.

Методические указания

Датчики – преобазователи входной величины любой физической природы в величину на выходе более удобную для работы системы в целом. Роль датчиков при автоматизации технологических процессов огромна. Они представляют информацию о протекании процесса. Все это обязывает студентов прилежнее изучать данную тему.

Вопросы для самоконтроля:

Как классифицируются датчики по входной величине?
Как классифицируются электрические датчики?
Охарактеризуйте датчики – модуляторы и перечислите их.
Охарактеризуйте датчики – генераторы и перечислите их.

Литература: [1] c. 27 ÷ 47; [2] c.24 ÷ 43; [3] c.19 ÷ 49

Тема 2.4. Магнитоуправляемые контакты и измерительные

схемы.

Студент должен:

- Иметь представление:

- о новейших достижениях и перспективах развития автоматики в части

коммутационных ее элементов.

· Знать:

- устройство, принцип действия, назначение магнитоуправляемых контактов и

измерительных схем

- Уметь:

- применять магнитоуправляемые контакты и измерительные схемы для

автоматизации работы инженерного оборудования.

Общие сведения, принципы действия, конструкция и область применения магнитоуправляемых контактов. Общие сведения, назначение мостовых, компенсационных, дифференциальных схем.

Методические указания

В системах автоматики широко применяются устройства позволяющие

коммутировать цепи для прохождения сигнала, к числу которых можно отнести

магнитоуправляемые контакты. Измерительные схемы применяются с целью

измерения контролируемых величин и преобразования полученного сигнала в

удобной для дальнейшего использования . Знание этой темы необходимо для

успешного усвоения последующих.

Вопросы для самоконтроля:

Устройство и принцип действия магнитоуправляемых контактов.
Назовите примеры использования магнитоуправляемых контактов.
Что такое мостовая измерительная схема и область ее применения?
Что такое компенсационная измерительная схема и ее назначение?

Литература : [1] c. 47 ÷ 57; [2] c.51÷ 52; [3] c. 94 ÷ 95.

Тема 2.5. Реле и переключающие устройства в системах

электроавтоматики

Студент должен:

- Иметь представления:

- о новейших достижениях и перспективах развития автоматики в части реле и

переключающих устройствах.

· Знать:

- устройство, принцип действия, характеристики, назначение реле и переключающих

устройств.

- Уметь:

-выбирать необходимое реле, переключающее устройство и включать его в

электросхему.

Основные характеристики, виды, устройство, принцип действия, назначение реле и

переключающих устройств.

Методические указания

Реле самый распространенный элемент автоматики. К реле относятся устройства, преобразующие плавное изменение входной величины в скачкообразное изменение

выходной. Реле широко применяются в системах автоматики в качестве элементов управления и защиты, дискретных датчиков и усилителей, размножителей сигналов и логических элементов в электроустановках при автоматизированном управлении и регулировании различных технологических процессов. Путевые переключатели широко используют при автоматизации процессов, связанных с перемещениями механизмов или обрабатываемых материалов. Поэтому знание этой темы важно при изучении следующих тем дисциплины и практической деятельности в рамках избранной профессии.

Вопросы для самоконтроля:

Что такое реле и каковы его основные характеристики?
Устройство, принцип действия, основные параметры электромагнитных реле.
Устройство, эл. схема, принцип действия, назначение электронных реле.
Что такое поляризованное реле, его устройство, принцип действия, назначение?
Что такое путевые переключающие устройства, их разновидности и область применения?

Литература: [1] c. 58 ÷ 64; [2] c. 44 ÷ 73; [3] c. 89 ÷ 115.

Тема 2.6. Электронные и оптоэлектронные устройства

электроавтоматики

Студент должен:

- Иметь представление:

- о новейших достижениях и перспективах развития электронных и оптоэлектронных

устройствах электроавтоматики.

· Знать:

- устройство, принцип действия, характеристики фотоэлектрических реле и оптронов;

- Уметь:

- выбирать необходимые фотоэлектрические реле для применения его в схемах

систем электроавтоматики.

Устройство, принцип действия, схемы электронных, полупроводниковых, фотоэлектрических реле. Оптроны и их применение в схемах управления и контроля.

Методические указания

В современных системах электроавтоматики широко используют дискретные и

аналоговые электронные устройства. В качестве аналоговых электронных устройств автоматики применяют усилители низкой частоты, усилители постоянного тока,

полупроводниковые элементы , основанные на внутреннем фотоэффекте (фоторезисторы, фотодиоды). К дискретным относятся: триггеры, реле, логические

устройства и т.д. Фоторезисторы и фотодиоды применяются как воспринимающий элемент в фотоделе. Самостоятельной областью электроники и микроэлектроники является оптоэлектроника. Оптоэлектронные элементы используют для генерации,

передачи, преобразования, запоминания и хранения информатики.

Вопросы рассматриваемые этой темой имеют большое прикладное значение и требуют прилежного их изучения.

Вопросы для самоконтроля:

Что собою представляет фоторезистор и фотодатчик на его основе?

Приведите схемы.

Что собою представляет фотодиод и фотодатчик на его основе?

Приведите схему.

Дайте анализ работы схемы фотореле на базе фоторезистора.
Дайте анализ работы схемы фотореле на базе фотодиода.
Что такое оптоэлектроника и оптрон?
Приведите схемы и объясните принцип работы различных оптронов.

Литература: [2] c. 73 ÷ 86; [3] c. 103 ÷ 104.

Тема 2.7. Устройства с цифровыми преобразователями и

микропроцессорами в системах электоавтоматики

Студент должен:

- Иметь представление:

- о новейших достижениях и перспективах развития устройств с цифровыми

преобразователями и микропроцессорами.

· Знать:

- принцип работы, структурные схемы преобразователей, устройств представления

информации, микропроцессоров.

- Уметь:

- дать объяснение назначения преобразователей, микропроцессоров в схемах систем

электроавтоматики.

Общие сведения о вычислительных системах. Аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи. Устройства представления информации оператору в вычислительных системах. Микропроцессоры.

Методические указания

Вычислительные системы: управляющие вычислительные машины, цифровые регуляторы, цифровые следящие системы,

Устройства, содержащие средства аналого-цифровой и цифро-аналоговой техники на основе больших интегральных схем, микропроцессоры позволили улучшить качество управления агрегатами и технологическими объектами, снизить время протекания процессов, повысить точность поддержания регулируемых параметров с микроминиатюризацией и увеличением надежности и технико-экономических показателей. Это техника настоящего и будущего, поэтому тот, кто готовит себя работать по избранной специальности должен знать ее в совершенстве.

Вопросы для самоконтроля:

Что такое аналого-цифровой преобразователь? Привести схему.
Что такое цифро-аналоговый преобразователь? Привести схему.
Какие существуют устройства представления информации оператору в вычислительных системах?
Что такое микропроцессор? Привести структурную схему.

Литература: [1] c. 111 ÷ 170; [2] c. 86 ÷ 96; [3] c. 229 ÷ 298 .

Тема 2.8. Магнитные усилители.

Студент должен:

- Иметь представление:

- о новейших достижениях и перспективах развития магнитных усилителей.

· Знать:

- устройство, принцип действия, схемы магнитных усилителей.

- Уметь:

- выбрать усилитель, включить его в схему и исследовать его в работе.

Общие сведения, виды устройство, принцип действия магнитных усилителей. Схемы магнитных усилителей.

Методические указания

Магнитные усилители широко применяются в системах автоматики, что обусловлено

рядом их преимуществ, таких как высокая надежность и долговечность, нечувствительность к большим механическим перегрузкам, устойчивость в работе при больших перепадах температур и влажности, высокий КПД и коэффициент усиления.

Знание этой темы необходимо для успешного усвоения последующих и применения его в практической деятельности.

Вопросы для самоконтроля:

Схема и принцип работы дроссельного магнитного усилителя.
Схема и принцип работы однотактного магнитного усилителя.
Схема и принцип работы двухтактного магнитного усилителя.

Литература: [1] c. 65 ÷ 71 ; [3] c. 61 ÷ 72

Тема 2.9. Тиристорные усилители – преобразователи и

коммутационные устройства в системах автоматики

Студент должен:

- Иметь представление:

- о новейших достижениях и перспективах развития тиристорных элементов в

системах автоматики.

· Знать:

- основные характеристики тиристоров, схемы управления тиристорами, схемы

усилительно-преобразовательных и коммутационных устройств.

- Уметь:

- выбрать необходимый тип тиристора, схему усилительно-преобразовательного,

коммутирующего устройств и включить их в схему системы электроавтоматики.

Тиристоры и их основные характеристики. Схемы управления тиристорами. Тиристорные усилительно-преобразовательные и коммуникационные устройства: тиристорные пускатели, контакторы, реле, тиристорные преобразователи постоянного тока и т.д.

Методические указания

В современных системах электроавтоматики широко применяют тиристорные устройства: коммутирующие устройства (пускатели, контакторы, реле, ключи, переключатели); усилительно-преобразовательные (однофазные и трехфазные двухполупериодные преобразователи); регуляторы и т.д. И поэтому слабые знания вопросов этой темы или отсутствие таковых не позволяет освоить учебную дисциплину в целом.

Вопросы для самоконтроля:

1. Что такое тиристоры и каковы их характеристики?

2. Что собою представляет однофазный двухполупериодный тиристорный преобразователь?

3. Вычертить схему тиристорного статического контактора и пояснить ее работу.

4. Что подразумевается под тиристорными коммутирующими устройствами?