Кафедра Автоматики и управления

Р.Ф.Марданов

Курс: Технические измерения и информационно – измерительная техника в энергообеспечении предприятий.

Письменные лекции.

Казань 2017г

Оглавление

Лекция 1. Современная промышленная автоматика. Распределенные системы управления. 7

Часть 1. Состав и архитектура 7

Введение. 7

1. Системы промышленной автоматики. Общая характеристика 7

1.1. Виды систем ПА: 8

1.2. Обобщенная архитектура систем ПА 10

1.3. Локальная автоматика (АСУ Л) 12

1.4. Интегрирующая автоматика (АСУ ТП). 15

1.5. Обеспечение нормального функционирования АСУ 16

1.6. Требования к архитектуре конкретной АСУ 18

Контрольные вопросы 19

Лекция 2. Состав СПА. Датчики 20

2.1. Основные понятия и общая классификация 20

2.2. Аналоговые (измерительные) датчики. Основные понятия и классификации 20

2.3. Общая структурная схема измерительных датчиков 22

2.4. Датчики измерительные. Классификация по глубине преобразования 23

2.5. Датчики измерительные. Основные конструктивные особенности 27

2.6. Датчики. Общие технические характеристики 28

2.6.1. Передаточная функция (ПФ) 28

2.6.2. Диапазон измеряемых значений (FS)- 29

2.6.3. Точность (погрешности) 29

2.6.4. Ошибка калибровки 30

Контрольные вопросы 31

Лекция 3. Состав СПА. Термо и - тензодатчики 33

3.1. Термоэлектронные преобразователи (Термопары) 33

3.2. Термопреобразователи сопротивления (терморезисторы) 35

3.3. Термодатчики. Термисторы. 39

3.4. .Термопреобразователи полупроводниковые интеллектуальные). 43

Контрольные вопросы 46

Лекция 4. Состав СПА. Пирометры 48

4.1. Методы пирометрии 48

4.2. Физика пирометрии 50

4.3. Основные характеристики пирометров 55

4.4. Примеры исполнений пирометров: 58

Контрольные вопросы 60

Лекция 5. Состав СПА. Тензодатчики, преобразователи давления 62

5.1. Тензорезисторы 62

5.2. Измерение давления в автоматизированных системах 66

5.2.1. Давление, его виды и единицы измерения 66

5.2.2. Классификация средств измерения давления 68

5.2.3. Общепромышленные измерительные преобразователи давления 73

5.2.4. Установка и использование измерительных ПД в АСКУЭ. 75

5.2.5. Общие рекомендации 78

Контрольные вопросы 78

Лекция 6. Состав СПА. Средства ввода - вывода 79

6.1. Общая характеристика 79

6.2. Ввод аналоговых сигналов 80

6.3. Вывод аналоговых сигналов 85

6.4. Ввод дискретных сигналов 87

6.5. Вывод дискретных сигналов 89

6.6. Ввод частоты, периода и счет импульсов 91

6.7. Модули управления движением 92

Контрольные вопросы 95

Лекция 7. Состав СПА. Средства программного управления 96

7.1. Состав и общая классификация 96

7.2. Программирование и управление СПУ 99

7.3. СПУ. Контроллеры 99

7.4. Принцип действия и характеристики контроллера в системах автоматизации 101

7.5. Примеры контроллеров 104

7.6. Общие характеристики промкомпьютеров 106

7.7. Общие характеристики промкомпьютеров 108

Контрольные вопросы 109

Лекция 8. Состав СПА. Инструментальные системы программирования на языках МЭК 61131-3 110

8.1. Язык релейно-контактных схем LD 111

8.2. Список инструкций IL 112

8.3. Структурированный текст ST 112

8.4. Диаграммы функциональных блоков FBD 112

8.5. Функциональные блоки стандартов МЭК 61499 и МЭК 61804 113

8.6. Последовательные функциональные схемы SFC 114

8.7. Инструментальные средства программирования 115

Контрольные вопросы 117

Лекция 9. Состав СПА. Средства человеко-машинного интерфейса 118

9.1. ЧМИ как элемент системы управления 118

9.2. Психологические модели 120

9.3. Теория 2-уровневой памяти 122

9.4. Мысленные модели сложных систем 123

9.5. Управление уровнем сложности системы 125

9.6. Интерфейс пользователя как средство работы со сложными системами 127

9.7. Оборудование для интерфейса пользователя 128

9.8. Проектирование интерфейса пользователя 130

9.9. Отображение информации о процессе 134

9.10. Оценка интерфейса пользователя 136

9.11. Графический интерфейс пользователя. Система X Window 137

Контрольные вопросы 139

Лекция 10. Состав СПА Средства АСУ ТП (Программного управления интегрирующие). 140

10.1. Общая характеристика программного обеспечения 140

10.2. Развитие программных средств интегрирующей автоматизации 140

10.3. Графическое программирование 141

10.4. Графический интерфейс 142

10.5. Открытость программного обеспечения 142

10.6. Информационная связь с физическими устройствами 143

10.7. Базы данных 143

10.8. Операционные системы реального времени 144

10.9. Состав ПА. ОРС-стандарт 146

10.10. ОРС DA-сервер 147

10.11. ОРС HDA-сервер 149

10.12. Спецификация ОРС UA 150

10.13. ОРС DA-сервер в среде MS Excel 154

10.14. SCADA -системы 155

10.15. Функции SCADA 155

10.16. Свойства SCADA 158

10.17. Предложения рынка 160

Контрольные вопросы 161

Лекция 11.Информационные (проводные) сети промавтоматики 162

11.1. Промышленные сети контроллеров 162

11.2. Архитектура промышленных сетей 163

11.2.1. Модель ISO/OSI 163

11.2.2. Топология промышленных сетей 166

11.2.3. Методы доступа к линиям связи 168

11.2.4. Физическая реализация каналов передачи данных. Интерфейсы 169

11.2.5. Физическая реализация каналов передачи данных. Кабели 171

11.2.6. Активное оборудование промышленных сетей 177

11.3. Открытые промышленные сети 181

11.3.1. Cенсорные сети 183

11.3.2. Контроллерные сети 187

11.3.3. Универсальные сети 190

11.4. Характеристики промышленных сетей 202

Лекция 12. Беспроводные локальные сети 206

12.1. Общая характеристика 206

12.2. Проблемы беспроводных сетей и пути их решения 207

12.3. Bluetooth 214

12.4. ZigBee и IEEE 802.15.4 215

12.5. Wi-Fi и IEEE 802.11 223

12.6. Сравнение беспроводных сетей 225

Лекция 13. Современная промышленная автоматика. 227

Часть 2. Общие характеристики распределенных систем. 227

13.1. Распределенные системы автоматизации 227

13.1.1. Локальные РСУ 228

13.2. Применение Интернет-технологий 229

13.2.1. Основные понятия Интернет- технологий 230

13.2.2. Принципы управления через Интернет 231

13.2.3. Микро-веб-серверы 233

13.3. Открытость АСУ 233

13.3.1. Свойства открытых систем 235

13.3.2. Средства достижения открытости 237

13.3.3. Достоинства и недостатки открытости 238

Контрольные вопросы 240

Лекция 14. Характеристики АСУ. Безопасность 241

14.1. Функциональная безопасность 242

14.2. Виды опасных промышленных объектов 244

14.3. Требования к безопасности использования технических устройств 245

14.4. Взрыво- пожароопасные промышленные объекты 245

14.4.1. Классификация взрывоопасных зон 246

14.4.2. Классификация взрывоопасности технологических блоков 247

14.4.3. Взрывопожарная и пожарная опасность 248

14.4.4. Маркировка взрывозащищенного оборудования 250

14.4.5. Монтаж взрывоопасного технологического оборудования 252

14.5. Искробезопасная электрическая цепь 253

14.5.1. Блоки искрозащиты 255

14.5.2. Правила применения искробезопасных устройств 256

Контрольные вопросы 257

Лекция 15. Характеристики АСУ. Надежность и резервирование 259

15.1. Основные понятия и определения 259

15.2. Резервирование ПЛК и устройств ввода-вывода 263

15.2.1. Общие принципы резервирования 263

15.2.2. Модули ввода и датчики 266

15.2.3. Модули вывода 269

15.2.4. Процессорные модули 273

15.2.5. Резервирование источников питания 277

Контрольные вопросы 277

Лекция 16. Характеристики АСУ. Помехоустойчивость. 278

16.1. Общая характеристика помех 278

16.1.1. Технические характеристики помех 278

16.2. Основные источники внешних помех 279

16.2.1. Помехи из сети электроснабжения 279

16.2.2. Молния и атмосферное электричество 282

16.2.3. Статическое электричество 284

16.2.4. Электромагнитные помехи 285

16.3. Другие типы помех 287

16.4. Защита от внешних помех 287

16.4.1. Защита от помех электропитания 50 Гц 287

16.4.2. Защита от молний технических средств ПА 287

16.4.3. Защита от молний промышленных сетей 290

16.4.4. Стандарты и методы испытаний по ЭМС 291

16.5. Источники внутренних помех в проводных каналах передачи сигналов 294

16.5.1. Источники сигнала 294

16.5.2. Приемники сигнала 296

16.5.3. Прием сигнала заземленного источника 297

16.5.4. Прием сигнала незаземленных источников 298

16.5.5. Дифференциальные каналы передачи сигнала 299

16.5.6. Помеховые модели средств ввода-вывода систем автоматизации 301

16.5.7. Паразитные кондуктивные связи 302

16.5.8. Индуктивные и емкостные связи 303

Контрольные вопросы 305

Лекция 17. Характеристики АСУ. Помехоустойчивость. Заземление 306

17.1. Определения 306

17.2. Цели заземления 307

17.3. Защитное заземление зданий 308

17.4. Автономное заземление 309

17.5. Заземляющие проводники 309

17.6. Модель земли 309

17.7. Виды заземлений 311

17.8. Защита от помех. Экранирование и заземление 312

17.8.1. Гальванически связанные цепи 312

17.8.2. Экранирование сигнальных кабелей 314

17.8.3. Гальванически развязанные цепи 317

17.8.4. Экраны кабелей на электрических подстанциях 317

17.8.5. Экраны кабелей для защиты от молнии 318

17.8.6. Заземление при дифференциальных измерениях 318

17.8.7. Интеллектуальные датчики 318

17.8.8. Монтажные шкафы 319

17.8.9. Распределенные системы управления 321

17.8.10. Чувствительные измерительные цепи 321

17.8.11. Исполнительное оборудование и приводы 321

17.8.12. Заземление в промышленных сетях. 321

17.8.13. Заземление на взрывоопасных объектах 322

17.8.14. Верификация заземления и экранирования 323

17.9. Гальваническая развязка 323

Контрольные вопросы 325

Сокращения 326

Приложение 1. Кодировка степеней защиты от воздействия окружающей среды. 327

Приложение 2. Распределенная система сбора данных и управления ADAM-5000(Advantech) 327

Список использованных источников 329