Файл: Методические указания по подготовке к экзамену на повышение квалификации Электромеханик по средствам автоматики и приборам технологического оборудования.docx

Акционерное общество «Уральская Сталь»

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

по подготовке к экзамену на повышение квалификации

«Электромеханик по средствам автоматики и приборам технологического оборудования»

Квалификация: 5-6 разряды


г. Новотроицк

2020

Содержание

1. 
   Специальная часть
   
   1. 
      Состав персонального компьютера: основные характеристики.
      
   2. 
      Безбумажный видеографический регистратор
      
   3. 
      Возможные неисправности датчиков давления и способы их устранения
      
   4. 
      Инфракрасный пирометр: принцип работы, характеристики и примеры применения.
      
   5. 
      Термопары: принцип действия, градуировки, преимущества и недостатки.
      
   6. 
      Микропроцессор персонального компьютера: функции, структура и технические характеристики.
      
   7. 
      Датчики измерения расхода: принципы измерения, примеры применения, достоинства и недостатки.
      
   8. 
      Датчики измерения давления: принципы измерения, технические характеристики и схема подключения.
      
   9. 
      Мегомметр: назначение, требования безопасности при применении.
      
   10. 
       Термометры сопротивления: принцип действия, градуировка, схемы подключения.
       
   11. 
       Программируемые логические контроллеры: назначение, состав, применение и преимущества
       
   12. 
       Сетевое оборудование автоматизированной системы управления технологическим процессом.
       
   13. 
       Цифро-аналоговый преобразователь: назначение, применение и характеристики.
       
   14. 
       Аналогово-цифровой преобразователь: назначение, применение и характеристики.
       
   15. 
       Топология сетей: достоинства и недостатки.
       
   16. 
       Средства измерения в составе автоматизированной системы управления технологическим процессом
       

1. 
   Специальная часть
   

1.1 Состав персонального компьютера: основные характеристики.
Персональный компьютер представляет собой сложное электронное устройство, предназначенное для выполнения широкого круга задач. Это могут быть различные вычисления, расчеты, прослушивание музыки, просмотр видео, различные офисные задачи, игры и многое другое.

Персональный компьютер может быть стационарным или мобильным. К мобильным компьютерам относят ноутбуки, нетбуки и планшеты.

Стационарный компьютер также в последнее время претерпел изменения, но в большинстве случаев представляет собой системный блок, монитор, устройства ввода (клавиатура и мышь), аудиоустройства (колонки, наушники и микрофон), а также другие периферийные устройства (принтер, сканер и т.п.).

Для нормального функционирования персонального компьютера необходим лишь системный блок, монитор, клавиатура и мышь.

Так же необходима операционная система, в большинстве случаев используют Windows, но так же можно использовать Linux.

Системный блок

Основным узлом персонального компьютера является системный блок. Он представляет собой корпус, чаще всего металлический вертикальный коробок, на передней панели которого расположены кнопки включения и дисководы. На заднюю стенку выведены все необходимые разъемы и кабели. Системный блок состоит из блока питания, материнской платы (она же системная плата или «материнка»), жесткого диска (HDD), видеокарты, процессора (CPU), оперативной памяти (ОЗУ), дисководов (CD/DVD), звуковой платы и сетевой платы. Зачастую сетевая и звуковая платы выполняются интегрированными в материнскую плату, то есть радиоэлементы платы распаяны прямо на материнской плате.

Блок питания

Блок питания выполнен в виде отдельного коробка, который расположен вверху сзади системного блока и имеет несколько кабелей питания всех элементов системного блока.

Материнская плата

Материнская плата является самой большой в системном блоке печатной платой, на которую устанавливаются все основные узлы компьютера (CPU, ОЗУ, видеокарта), также она имеет разъемы для подключения жесткого диска и дисководов, а также шлейфов портов USB и разъемы, выходящие на заднюю панель корпуса. Материнская плата выполняет согласование работы всех устройств компьютера.

Процессор

Процессор представляет собой микросхему, предназначенную для выполнения основных вычислительных операций. Процессоры выпускаются двумя фирмами AMD и Intel. В зависимости от производителя процессора отличается и разъем (место его установки), поэтому при выборе материнской платы следует это не забывать. Вы просто не вставите процессор AMD в материнскую плату для процессоров Intel.

Видеокарта

Видеокарта представляет собой отдельную печатную плату, установленную в разъем PCI Express материнской платы и предназначена для вывода изображения на экран монитора. Она обрабатывает полученную информацию и преобразует в аналоговый и цифровой видеосигнал, который через разъем по кабелю поступает на монитор. На видеокарте, как правило, установлен процессор (GPU) и оперативная видеопамять.

Оперативная память

Оперативная память представляет собой одну или несколько небольших плат, установленных в специальные разъемы на материнской плате (DDR). Оперативная память обеспечивает временное хранение промежуточных данных при работе компьютера. Оперативная память характеризуется скоростью доступа и объемом памяти. На сегодняшний день наиболее быстрая память имеет стандарт DDR4.

Жесткий диск

Жесткий диск является постоянным хранилищем данных, это могут быть как пользовательские данные, так и системные или временные. На жестком диске хранится операционная система, без которой нормальная работа компьютера будет невозможна. Также операционная система может использовать жесткий диск для сохранения содержимого оперативной памяти (например, в режиме гибернации). Представляет собой жесткий диск закрытый металлический параллелепипед, который через разъем (SATA) подключается к материнской плате.

Монитор

Монитор компьютера служит для графического представления информации, которая безусловно понятно пользователю ПК. В последнее время выпускаются исключительно жидкокристаллические дисплеи (ЖК). Мониторы могут быть оснащены цифровым и/или аналоговым видео разъемами (DVI, HDMI).

Клавиатура

Клавиатура является неотъемлемым устройством ввода любого компьютера. Клавиатура представляет собой группы клавиш для ввода символьной информации. Также многие современные клавиатуры оснащаются дополнительными клавишами, например, для управления медиаплеерами и различными программами.

Мышь

Мышь предназначена для перемещения системного указателя по объектам операционной системы – окнам. Обычно мышь имеет две кнопки и колесо прокрутки. Технически мыши могут быть оптическими и лазерными. Последние имеют более высокую точность и качество работы.

Дополнительные периферийные устройства персонального компьютера выполняют роль помощников и предназначены для расширения возможностей персонального компьютера. Аудиоколонки (динамики) предназначены для воспроизведения звука, принтер – для получения бумажной копии любого электронного документа или изображения, сканер – позволяет создать электронный образ с бумажного носителя и т.д. К компьютеру можно подключить и другие периферийные специализированные и диагностические устройства, которые практически безгранично расширяют область его применения.

2. 
   Безбумажные видеографические регистраторы
   

Регистраторы видеографические — важная часть любой АСУ ТП. Видеографические регистраторы позволяют измерять, регулировать и регистрировать температуру или другие неэлектрические величины (частота, давление, расход и т.д.) преобразованные в унифицированные электрические сигналы силы тока, напряжения или активное сопротивление постоянному току. Также регистраторы видеографические (безбумажные) позволяют передавать данные в системы верхнего уровня по цифровым интерфейсам RS-232, RS-485 (Modbus RTU) и Ethernet (Modbus TCP).
Видеографические регистраторы отличаются от бумажных моделей способом хранения архивных данных. Безбумажные регистраторы позволяют сохранять всю полученную информацию во внутренней памяти прибора. Архивные данные можно перенести на ПК при помощи USB картs памяти или по цифровому интерфейсу Ethernet.

Видеографические регистраторы позволяют визуализировать данные в виде графика, гистограммы, таблицы, стрелочного индикатора, комбинированных вариантов или «мнемосхем». Вся информация отображается на встроенном цветном LCD-экране.

Видеографический безбумажный регистратор ЭЛМЕТРО-ВиЭР-104К

Видеографический безбумажный регистратор ЭЛМЕТРО-ВиЭР-104К (10,4”) предназначен для измерения, регистрации, визуализации и преобразования электрических сигналов от датчиков и приборов: тока и напряжения постоянного тока, сопротивления, термометров сопротивления, термопар, пирометров, цифровых сигналов (RS-485, CAN, Ethernet), а также вычисления расхода сред. Регистратор выполнен в щитовом исполнении. Регистратор имеет экран с сенсорной клавиатурой (емкостного типа), общепромышленное и взрывозащищенное ([Exia] IIC) исполнения. Во взрывозащищенном исполнении все входы имеют взрывозащиту вида "искробезопасная электрическая цепь" с маркировкой [Exia] IIC.

Регистраторы ЭлМетро-ВиЭР-104К предназначены для замены бумажных самописцев и могут выступать как системы сбора и передачи данных в систему управления, т.к. имеют интерфейсы RS-485 (Modbus RTU), CAN 1.0/2.0 и Ethernet (Modbus TCP). Регистраторы ЭЛМЕТРО-ВиЭР-104К выполняют функции регулирования, сигнализации, математической обработки измеряемых параметров. Отображение измеряемых параметров может производиться в виде трендов, шкал, чисел, трендов + шкал, циферблатов и мнемосхем с широким выбором настроек отображения.

Использование мнемосхем техпроцесса намного облегчает понимание информации, особенно в аварийных ситуациях на объекте. Жидкокристалический дисплей с сенсорной клавиатурой упрощает процесс конфигурирования и управления регистратором. Имеется возможность построения распределенных систем сбора и регистрации данных на базе регистратора ЭЛМЕТРО-ВиЭР-104К, используя внешние модули ввода вывода ЭЛМЕТРО-МВВ. Регистраторы могут использоваться практически во всех отраслях промышленности, в том числе для ответственных и опасных производств:

Металлургия – многоканальные исполнения (контроль большого количества параметров), вандалоустойчивая конструкция (лицевая панель защищена закаленным стеклом 5мм);

Энергетика и Машиностроение – одно и двухканальные исполнения (установка на оперативный контур, прокатные линии и прочее);

Нефтяные, химические и газовые производства – взрывозащищенное исполнение.

Благодаря расширенным математическим и логическим возможностям, могут выполнять функции схожие с возможностями промышленных контроллеров с поддержкой ПИД-регулирования. Также могут использоваться в качестве вычислителей расхода сред по перепаду давления, корректоров газа (вычисление расхода в соответствии с ГОСТ 8.586.(1-5)-2005).

Технические характеристики:

Модель ЭлМетро-ВиЭР-104К имеет металлический корпус, на лицевой панели TFT-дисплей диагональю 264 мм (10,4”) и разрешением 800х600 пикселей. Подсветка дисплея – светодиодная. Лицевая панель полностью закрыта закаленным стеклом толщиной 5 мм, что обеспечивает защиту дисплея от механических повреждений, а также от пыли и влаги. Клавиатура сенсорная (емкостного типа), «нажатие» на кнопку сопровождается свечением светодиода над ней. Многоканальные регистраторы имеют «слотовую» конструкцию (cлот – разъем для установки платы). Имеется 6 слотов ввода/вывода, в которые, устанавливаются те или иные платы (платы аналоговых входов, платы токовых выходов и т.д.), тип и количество плат определяется при заказе. Центральный процессор регистратора производит опрос всех аналоговых, дискретных и частотно-импульсных входов, выдает команды управления токовыми выходами и выходными реле. Обработанная процессором информация хранится во внутренней энергонезависимой памяти и отображается на дисплее. Конструкция регистратора исключает наличие коммутатора. Каждый аналоговый вход имеет свой АЦП. Таким образом, опрос каналов идет параллельно, т. е. все каналы опрашиваются одновременно. Благодаря этому достигается более высокая надежность и быстродействие – цикл измерения по всем каналам 0,1 с. Встроенные интерфейсы позволяют обмениваться данными с компьютером или с другими устройствами с интерфейсами.

Регистраторы ЭЛМЕТРО-ВиЭР-104К имеют три исполнения:

• 
  общепромышленное (многоканальное);
  
• 
  общепромышленное одно- и двухканальное;
  
• 
  взрывозащищенное (ВиЭР-104К-Ex) - маркировка взрывозащиты [Exia] IIC.
  

Максимальное количество математических каналов до 64.

Максимальное количество каналов можно увеличить до 64 при подключении внешних модулей ввода вывода ЭЛМЕТРО-МВВ или ЭЛМЕТРО-МВВ-02-Ex.

Для обеспечения питания подключаемых датчиков в конфигурацию регистратора может входить:

• 
  одноканальный источник питания (на плате 1АВ1АЕ1ИП):
  
• 
  выходное напряжение – (24±2) В;
  
• 
  максимальный выходной ток – 25 мА;
  
• 
  встроенная защита от КЗ и перегрузки;
  
• 
  напряжение изоляции – 1500 В (среднеквадратическое значение) ко входу питания

защита от КЗ или перегрузки на выходе.

Плата источников питания 4ИП может обеспечивать питание до 16-ти датчиков с питанием от токовой петли 4-20 мА, подключенных к регистратору. Плата источников питания ИП является самостоятельным источником питания и работает отдельно от аналоговых входов с каналами питания датчиков АП и АВП.

Взрывозащита

В исполнении ЭЛМЕТРО-ВиЭР-104К-Ex аналоговые входы имеют искрозащищенное исполнение. Маркировка - [Exia]IIC. Регистраторы устанавливаются во взрывобезопасной зоне. Взрывозащищенные исполнения регистраторов соответствуют требованиям нормативных документов: ГОСТ Р 51330.0 (МЭК 60079-0:1998), ГОСТ Р 51330.10 (МЭК 60079-11:1999).

Гальваническая развязка

Все входные и выходные цепи регистратора имеют межканальную гальваническую изоляцию.

Условия эксплуатации

Регистратор по устойчивости к климатическим воздействиям соответствует исполнению УХЛ категории 3 по ГОСТ 15150, группы исполнения С3 по ГОСТ 12997, и предназначен для работы при температуре:

Для общепромышленного исполнения: 0...+55 °С (опционально: -10 …+50 °С, 0...+60 °С).

Для взрывозащищенного исполнения: 0…+50 °С.

Степень защиты от пыли и влаги по ГОСТ 14254:

• 
  IP54 – со стороны передней панели;
  
• 
  IP20 – со стороны задней панели.
  

Электромагнитная совместимость

Регистратор соответствует ГОСТ Р 51522-99 для оборудования класса А, критерий качества функционирования В.

Энергопотребление

Общепромышленное исполнение:

- от сети переменного однофазного тока частотой 47…63 Гц и напряжением 220 В ± 20%;

- от сети постоянного тока напряжением 185…340 В (полярность подключения роли не играет).

Взрывозащищенное исполнение:

- от сети переменного однофазного тока частотой 47…63 Гц и напряжением 176…250 В.

Мощность, потребляемая регистратором от сети питания при номинальном напряжении питания – не более 30 В·А, потребляемый в установившемся режиме от сети ток – не более 140 мА.

---

Масса

Масса регистратора - не более 4,5 кг.

Надежность

Средняя наработка на отказ – не менее 40 000 ч.

Средний срок службы – не менее 10 лет.

Поверка

Периодичность поверки регистраторов – 3 года.
1.3 Возможные неисправности датчика давления и способы их устранения

Ошибка	Причина	Решение
Отсутствие выходного сигнала	Повреждение линии	Проверьте кабель на предмет повреждений и убедитесь в его правильном положении
	Ошибка подключения	Проверьте соответствие кабельного разъема и, при необходимости, обратитесь к инструкции по установке и эксплуатации
	Неверная полярность
На дисплее отображается слишком низкое давление	Поступающее давление слишком низкое из-за загрязнения входного отверстия	−Проверьте входное отверстие на загрязнения и аккуратно, не касаясь мебмрану, прочистите его. −Если измеряемая среда грязная, необходимо установить фильтр в месте присоединения к процессу. −При необходимости используйте преобразователь давления с плоской мембраной.
	Преобразователь давления протекает в месте присоединения к процессу	Проверьте уплотнительную прокладку на наличие разрыва или повреждений (проверьте совместимость материала прокладки с измеряемой средой).
Сигнал постоянный, но не превышает определенное значение даже при увеличении давления	Входное отверстие заблокировано	−Аккуратно прочистите входное отверстие, не касаясь мембраны чувствительного элемента. −Установите перед входным отверстием фильтр. −Используйте преобразователь давления с плоской мембраной.
	Слишком низкая температура (ниже -40 °C)	Измерительная ячейка пьезорезистивного сенсора давления содержит жидкость, которая может затвердевать при температуре ниже -40 °C. В таком случае должен быть выбран преобразователь давления, оптимизированный для низких температур
Выходной сигнал показывает высокое значение и остается неизменным	Превышен допустимый диапазон измерений. При работе в превышаемом диапазоне датчик не выйдет из строя, но не будет отображать корректные результаты измерения. Выходной сигнал достиг максимальной отметки и не может ее превысить.	Необходимо выбрать преобразователь давления, подходящий для измеряемого диапазона.
Выходной сигнал показывает слишком низкое значение и не превышает его даже при повышении давления	Давление на входе слишком низкое	Входное отверстие заблокировано (см. выше).
	Слишком высокая нагрузка токового сигнала (электроника, подключенная к датчику, принимает слишком много тока)	Уменьшите нагрузку токового сигнала, используя спецификацию/руководство по эксплуатации.
	Слишком низкая нагрузка вольтового сигнала	Увеличьте нагрузку вольтового сигнала, используя спецификацию/руководство по эксплуатации.
	Рабочее напряжение слишком низкое	Рабочее напряжение должно быть увеличено в соответствии с руководством по эксплуатации.
	Слишком широкий диапазон измерения преобразователя давления	Необходимо выбрать прибор, соответствующий диапазону измерения. Диапазон измерения должен быть около 75% от возможностей устройства.
Смещение нуля (нулевая отметка сигнала слишком высокая)	Мембрана деформирована недопустимо высоким давлением	−Преобразователь давления неисправен. −Необходимо подобрать преобразователь с подходящим диапазоном измерения.
	Мембрана деформирована или разорвана пиками давления
	Слишком сильное усилие затяжки при монтаже датчика (измерительная ячейка разрушена)	Эта проблема более характерна для приборов с диапазоном измерения низкого давления. Обратите внимание на максимальное усилие затяжки при установке (см. Инструкцию по монтажу).
Выходной сигнал сильно изменяется под влиянием температуры	Заблокирован подвод атмосферного давления (в основном в приборах с низким диапазоном давления до 25 бар)	Проверьте на загрязнения подвод атмосферного давления. Также удостоверьтесь, что установка была произведена корректно.
Сильные колебания выходного сигнала	Повреждены контакты	Поврежден кабель или разъем.
	Сильные вибрации или пульсация в процессе	Датчик резонирует. В идеале, перед выбором датчика необходимо уточнить допустимую ударную нагрузку. Удароустойчивые приборы характеризуются герметичной электроникой и не имеют регулируемых потенциометров.
Помехи выходного сигнала	Слишком много электромагнитных помех	Удостоверьтесь в том, что кабели экранированы. Электромагнитные помехи можно предотвратить правильной установкой.
	Разность потенциалов измерительного устройства и процесса	Проверьте заземление преобразователя давления.
Выходной сигнал пропадает через некоторое время работы	Электронные компоненты повреждены вследствие высокой рабочей температуры	Технологическая среда должна быть достаточно охлаждена температурным разделителем, например, элементом с охлаждающими ребрами или охладительной секцией.

---

.

4. 
   Инфракрасный пирометр: Принцип работы, характеристики и примеры применения.
   

Пирометр, или его равнозначные названия – инфракрасный термометр (термодетектор, даталоггер температуры), — это точный инженерный прибор нового поколения для бесконтактного и быстрого измерения температурных показателей на расстоянии до трех метров от исследуемого объекта.

В основе его работы лежит принцип определения по тепловому электромагнитному излучению практически любого объекта температурного значения его поверхности. Это позволяет контролировать и своевременно регулировать температуру и ее перепады в промышленных и бытовых объектах, их деталях и элементах.

Базисом конструкции прибора является детектор инфракрасного (теплового) излучения, интенсивность и спектр которого напрямую зависит от температуры поверхности объекта. Встроенная электронная система измерения фиксирует данные и отображает их на дисплее в удобном формате для дальнейшего анализа пользователем.

Стандартный пирометр представляет собой пистолет, с небольшим жидкокристаллическим дисплеем, на котором отображаются замерянные показатели температурных режимов. Небольшая и удобная панель управления, лазерная наводка и высокая точность при близком контакте с объектом делают инструмент весьма востребованным среди технического и инженерного персонала.


Устройство пирометра формирует следующие технические характеристики приборов:

◾оптическое разрешение (кратность варьируется в пределах 2…600);

◾рабочий диапазон температур (-50…+4000°С);

◾измеряемое разрешение;

◾быстродействие (в современных моделях менее секунды, что особенно актуально при измерении быстро меняющихся показаний).
Обычно пирометры обладают небольшими, компактными габаритными размерами; устройство отображение информации может быть как аналоговым, так и цифровым. Диаметр объекта излучения должен составлять не менее 13-15 мм.
Современные модели могут обладать расширенным функционалом:

◾функцией внутренней памяти для хранения данных замеров;

◾определением минимального и максимального показателей серии измерений;

---

◾подача звукового или визуального сигнала при достижении заданного порогового значения.

Работа пирометра заключается в идентификации тепловых волн, излучающихся от нагреваемой поверхности. Схема прибора изображена ниже.



1 — Измеряемый объект
2 — Тепловое излучение
3 — Оптика
4 — Зеркало
5 — Видоискатель
6 — Ось видоискателя
7 — Измерительно-счетное устройство
8 — Электронный преобразователь
9 — Корпус
10 — Кнопка
11 — Датчик

Тепловое излучение поступает на датчик пирометра через раструб. В датчике энергия тепла преобразуется в сигнал электрического тока. Мощность этого полученного сигнала имеет зависимость от температуры исследуемого объекта. Чем больше температура, тем большая величина тока возникает в датчике.

Далее сигнал поступает на электронный преобразователь, который подает информацию на жидкокристаллический экран. Одной из разновидностей пирометров являются тепловизоры, которые работают по принципу сравнивания спектра излучения тепла с образцовым спектром.

Технические параметры

Функционирование пирометров сопровождается своими определенными параметрами, которые учитываются при выборе модели прибора, основные из таких параметров рассмотрим подробнее.

Оптическое разрешение

Этот параметр определяет площадь исследуемого предмета для измерения температуры, и зависит от угла обзора объектива прибора, чем больше угол обзора, тем больше возможная площадь исследования, с учетом удаленности до объекта.

Основным условием выполнения точного исследования является наведение прибора именно на измеряемую поверхность. Если захват площади будет больше, то температура определится с большой погрешностью. Оптическим разрешением называется величина отношения размера (диаметра) захвата пирометра к удаленности до объекта.

Этот параметр зависит от модели устройства и колеблется в значительных пределах: от 2:1 до 600:1. Показатель с более высоким разрешением относится к профессиональным пирометрам, используемым для измерения температуры поверхностей в промышленном производстве. Для бытовых условий вполне подойдут модели пирометров с оптическим разрешением 10:1.

---