„
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
MINISTERSTWO EDUKACJI
NARODOWEJ
Aleksandra Tomczak
Stosowanie układów automatyki i sterowania
311[31].Z2.05
Poradnik dla nauczyciela
Wydawca
Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy
Radom 2006
„
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
1
Recenzenci:
mgr inż. Jacek Malec
mgr Barbara Przedlacka
Opracowanie redakcyjne:
mgr inż. Małgorzata Urbanowicz
Konsultacja:
dr inż. Bożena Zając
Korekta:
Poradnik stanowi obudowę dydaktyczną programu jednostki modułowej 311[31].Z2.05
„Stosowanie układów automatyki i sterowania” zawartego w modułowym programie
nauczania dla zawodu technik technologii chemicznej.
Wydawca
Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy, Radom 2006
„
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
2
SPIS TREŚCI
1. Wprowadzenie
2. Wymagania wstępne
3. Cele kształcenia
4. Przykładowe scenariusze zajęć
5. Ćwiczenia
5.1. Podstawowe pojęcia automatyki
3
5
6
7
11
11
5.1.1. Ćwiczenia
5.2. Układy regulacji automatycznej
11
13
5.2.1. Ćwiczenia
5.3. Sterowanie procesami i automatyzacja produkcji
5.3.1. Ćwiczenia
6. Ewaluacja osiągnięć uczniów
7. Literatura
13
16
16
19
33
„
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
3
1. WPROWADZENIE
Przekazujemy Państwu Poradnik dla nauczyciela, który będzie pomocny w prowadzeniu
zajęć dydaktycznych w szkole kształcącej w zawodzie technik technologii chemicznej
w jednostce modułowej „Stosowanie układów automatyki i sterowania”.
W poradniku zamieszczono:
−
wymagania wstępne,
−
wykaz umiejętności, jakie uczeń opanuje podczas zajęć,
−
przykładowe scenariusze zajęć,
−
propozycje ćwiczeń, które mają na celu ukształtowanie umiejętności praktycznych
uczniów,
−
wykaz literatury, z jakiej uczniowie mogą korzystać podczas nauki.
Wskazane jest, aby zajęcia dydaktyczne były prowadzone różnymi metodami ze
szczególnym uwzględnieniem:
−
tekstu przewodniego,
−
metody projektów,
−
ćwiczeń praktycznych.
Formy organizacyjne pracy uczniów mogą być zróżnicowane, począwszy od samodzielnej
pracy uczniów do pracy zespołowej.
W celu przeprowadzenia sprawdzianu wiadomości i umiejętności ucznia, nauczyciel może
posłużyć się zamieszczonym w rozdziale 6 zestawem zadań testowych i sprawdzianem
praktycznym. W rozdziale 6 podano również:
−
plan testu,
−
punktację zadań,
−
propozycje norm wymagań,
−
instrukcję dla nauczyciela,
−
instrukcję dla ucznia,
−
kartę odpowiedzi,
−
zestaw zadań testowych.
„
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
4
Schemat układu jednostek modułowych
311[31].Z2
Techniczne podstawy
procesów wytwarzania
półproduktów i produktów
przemysłu chemicznego
311[31].Z2.01
Stosowanie aparatów
i urządzeń przemysłu
chemicznego
311[31].Z2.02
Posługiwanie się
dokumentacją techniczną
311[31].Z2.04
Pomiary parametrów
procesowych
311[31].Z2.03
Stosowanie typowych
powiązań podstawowych
procesów w instalacjach
przemysłu chemicznego
311[31].Z2.06
Eksploatacja maszyn,
aparatów i urządzeń
przemysłu chemicznego
311[31].Z2.05
Stosowanie układów
automatyki
i sterowania
„
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
5
2. WYMAGANIA WSTĘPNE
Przystępując do realizacji programu jednostki modułowej uczeń, powinien umieć:
−
korzystać z różnych źródeł informacji,
−
stosować się do przepisów bhp obowiązujących w czasie wykonywania ćwiczeń,
−
zorganizować stanowisko pracy zgodnie z wymogami ergonomii,
−
określać zastosowanie podstawowych procesów chemicznych i fizycznych w technologii
chemicznej,
−
czytać proste schematy blokowe.
„
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
6
3. CELE KSZTAŁCENIA
W wyniku realizacji jednostki modułowej, uczeń powinien umieć:
−
wyjaśnić pojęcia: regulacja, obiekt regulacji, charakterystyka obiektu regulacji, regulator,
siłownik, element wykonawczy, sterowanie układy sterowania,
−
scharakteryzować budowę i zasadę działania urządzeń regulacji i sterowania,
−
rozróżnić znormalizowane symbole urządzeń regulacji i sterowania,
−
scharakteryzować zasady regulacji podstawowych parametrów procesowych,
−
zorganizować stanowisko pracy laboratoryjnej,
−
dokonać regulacji podstawowych parametrów procesowych,
−
określić zasady sterowania podstawowymi procesami fizycznymi i chemicznymi,
−
rozróżnić na schematach urządzenia sterowania i regulacji,
−
określić przemysłowe zastosowanie urządzeń regulacji i sterowania,
−
podać przykłady stosowania urządzeń regulacji i sterowana w podstawowych procesach
fizycznych i chemicznych przemysłu chemicznego,
−
zastosować wymagane przepisy bhp oraz ochrony przeciwpożarowej podczas
wykonywania prac laboratoryjnych i w warunkach przemysłowych.
„
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
7
4. PRZYKŁADOWE SCENARIUSZE ZAJĘĆ
Scenariusz zajęć 1
Osoba prowadząca ……………………………………………….
Modułowy program nauczania: Technik technologii chemicznej 311[31]
Moduł:
Techniczne podstawy procesów wytwarzania półproduktów i produktów
przemysłu chemicznego 311[31].Z2
Jednostka modułowa:
Stosowanie układów automatyki i sterowania 311[31].Z2.05
Temat: Znormalizowane symbole urządzeń regulacji i sterowania.
Cel ogólny: kształtowanie umiejętności rozróżniania znormalizowanych symboli urządzeń
stosowanych w automatyce.
Po zakończeniu zajęć edukacyjnych uczeń potrafi:
−
analizować normę,
−
rozróżniać znormalizowane symbole urządzeń stosowanych w automatyce,
−
określać parametry fizyczne i chemiczne podlegające regulacji.
Metody nauczania–uczenia się:
−
ćwiczenia praktyczne.
Formy organizacyjne pracy uczniów:
−
grupowa jednolita.
Czas: 45 minut.
Środki dydaktyczne:
−
norma PN-89/M-42007.01 „Automatyka i pomiary przemysłowe Oznaczenia na
schematach. Podstawowe symbole graficzne i postanowienia ogólne”,
−
schemat automatyzacji kolumny destylacyjnej,
−
literatura z rozdziału 7.
Przebieg zajęć:
1. Sprawy organizacyjne.
2. Nawiązanie do tematu, omówienie celów zajęć.
3. Zorganizowanie stanowiska pracy do wykonania ćwiczenia.
4. Realizacja tematu:
−
zapoznanie się z normą PN-89/M-42007.01„Automatyka i pomiary przemysłowe
Oznaczenia na schematach. Podstawowe symbole graficzne i postanowienia ogólne”,
−
zapoznanie się ze schematem automatyzacji kolumny destylacyjnej,
−
porównanie symboli znajdujących się na schemacie z oznaczeniami zawartymi
w normie,
−
wypisanie elementów automatyki oznaczonych na schemacie,
−
określenie miejsc, w których znajdują się elementy podane w punkcie 4.
„
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
8
5. Po wykonaniu ćwiczenia uczeń określa, jakie parametry fizyczne i chemiczne są
regulowane na schemacie automatyzacji kolumny destylacyjnej.
6. Uczeń wskazuje swoje mocne i słabe strony.
7. Nauczyciel analizuje prace uczniów.
8. Grupa wspólnie z nauczycielem dokonuje oceny prac.
Zakończenie zajęć
Praca domowa
Odszukaj w literaturze schemat automatyzacji kolumny rektyfikacyjnej i na podstawie normy
PN-89/M-42007.01 „Automatyka i pomiary przemysłowe. Oznaczenia na schematach.
Podstawowe symbole graficzne i postanowienia ogólne” i schematu określ, jakie elementy
automatyki wykorzystywane są do automatyzacji procesu.
Sposób uzyskania informacji zwrotnej od ucznia po zakończonych zajęciach:
−
anonimowe ankiety ewaluacyjne dotyczące sposobu prowadzenia zajęć i zdobytych
umiejętności.
„
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
9
Scenariusz zajęć 2
Osoba prowadząca …………………………………….………….
Modułowy program nauczania: Technik technologii chemicznej 311[31]
Moduł: Techniczne podstawy procesów wytwarzania półproduktów i produktów przemysłu
chemicznego 311[31].Z2
Jednostka modułowa: Stosowanie układów automatyki i sterowania 311[31].Z2.05
Temat: Regulacja natężenia przypływu wody według wskazań rotametru.
Cel ogólny: kształtowanie umiejętności regulacji podstawowych parametrów procesowych.
Po zakończeniu zajęć edukacyjnych uczeń potrafi:
−
zmierzyć natężenie przepływu wody za pomocą rotametru,
−
ustawiać nastawy zaworów regulacyjnych według wskazań rotametru,
−
regulować natężenie przepływu wody.
Metody nauczania–uczenia się:
−
ćwiczenia praktyczne.
Formy organizacyjne pracy uczniów:
−
indywidualna jednolita.
Czas: 90 minut.
Środki dydaktyczne:
−
stanowisko do pomiaru natężenia przepływu,
−
tablice z danymi zależności gęstości wody od jej temperatury,
−
materiał nauczania jednostki modułowej 331[31].Z2.05,
−
literatura z rozdziału 7.
Przebieg zajęć:
1. Czynności porządkowe.
2. Omówienie celów lekcji oraz przepisów bhp.
3. Omówienie szczegółowych zasad sporządzania sprawozdania.
4. Ćwiczenia praktyczne:
– odszukanie temperatury wzorcowania rotametru,
– wykonanie regulacji przepływu zgodnie z instrukcją zamieszczoną w Poradniku dla
ucznia,
– obliczenie współczynnika poprawkowego (w przypadku jeżeli pomiar odbywa się
w innej temperaturze niż wzorcowanie rotametru).
5. Przygotowanie tabeli wyników.
6. Uporządkowanie stanowisk pracy.
„
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
10
Zakończenie zajęć
Praca domowa
Przygotuj sprawozdanie z dzisiejszego ćwiczenia. Pamiętaj o podaniu wniosków.
Sposób uzyskania informacji zwrotnej od ucznia po zakończonych zajęciach:
−
anonimowe ankiety ewaluacyjne dotyczące sposobu prowadzenia zajęć, trudności podczas
realizowania zadania i zdobytych umiejętności.
„
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
11
5. ĆWICZENIA
5.1. Podstawowe pojęcia automatyki
5.1.1. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Na podstawie normy PN-89/M-42007.01 „Automatyka i pomiary przemysłowe
Oznaczenia na schematach. Podstawowe symbole graficzne i postanowienia ogólne”
i schematu przedstawiającego automatyzację kolumny destylacyjnej określ jakie elementy
automatyki wykorzystywane są do automatyzacji procesu destylacji.
Wskazówki do realizacji
Przed przystąpieniem do realizacji ćwiczenia, nauczyciel powinien omówić zakres
i technikę wykonania ćwiczenia oraz sposób prezentacji wyników pracy. Zapoznać uczniów
z zasadami bezpiecznej pracy.
Sposób wykonania ćwiczenia
Uczeń powinien:
1) zapoznać się z normą PN-89/M-42007.01,
2) zapoznać się ze schematem automatyzacji kolumny destylacyjnej (rys.6 w Poradniku dla
ucznia),
3) porównać symbole znajdujące się na schemacie z oznaczeniami zawartymi w normie,
4) podać elementy automatyki oznaczone na schemacie,
5) zakreślić miejsce na schemacie, w którym znajdują się elementy podane w punkcie 4,
6) zapisać wnioski.
Zalecane metody nauczania–uczenia się:
–
ćwiczenia praktyczne.
Środki dydaktyczne:
−
norma PN-89/M-42007.01 „Automatyka i pomiary przemysłowe Oznaczenia na
schematach. Podstawowe symbole graficzne i postanowienia ogólne”,
−
schemat automatyzacji kolumny destylacji,
−
literatura z rozdziału 7.
Ćwiczenie 2
Przeprowadzono eksperyment, w którym skokowo zmieniano nastawę zaworu
zamontowanego na rurociągu do przesyłu ropy naftowej i odczytywano natężenie przepływu
po każdorazowej zmianie rozwarcia. Wartość natężenia przepływu odczytywano dopiero
po ustaleniu się jego wartości. Wyniki tego badania znajdują się w tabeli poniżej. Wykreśl
charakterystykę tego zaworu i określ jej rodzaj.
„
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
12
Tabela wyników
Nastawa zaworu [%]
Natężenie przepływu [dm
3
/min]
0
0
20
0,8
40
2,2
60
4,5
80
8
100
12
Wskazówki do realizacji:
Przed przystąpieniem do realizacji ćwiczenia, nauczyciel powinien omówić jego zakres
i techniki wykonania oraz zapoznać uczniów z zasadami bezpiecznej pracy.
Sposób wykonania ćwiczenia
Uczeń powinien:
1) zapoznać się z materiałem nauczania rozdział 4.1.1,
2) określić na podstawie treści zadania, w jakim stanie (ustalonym czy przejściowym) badano
pracę zaworu,
3) narysować wykres zależności natężenia przepływu od rozwarcia zaworu,
4) określić, jaki rodzaj funkcji (liniowej czy innej) przedstawia przygotowany wykres,
5) określić rodzaj wykreślonej charakterystyki,
6) ocenić poprawność wykonanego zadania,
7) przedstawić wyniki pracy.
Zalecane metody nauczania–uczenia się:
–
metoda tekstu przewodniego.
Środki dydaktyczne:
−
papier milimetrowy,
−
przybory kreślarskie,
–
literatura z rozdziału 7.
„
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
13
5.2. Układy regulacji automatycznej
5.2.1. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Zbadaj układ regulacji poziomu cieczy w zbiorniku.
Wskazówki do realizacji:
W ćwiczeniu można zastosować dźwigowy regulator poziomu cieczy. Najwygodniej
zawór 3 wykonać jako element obrotowy, np.: wykorzystując kurek gazowy o większej
średnicy, zmodyfikowany w ten sposób, aby natężenie odpływu zmieniało się płynnie zależnie
od kąta ustawienia pokrętła. W przewodzie dopływu cieczy też należy zastosować zawór.
Przed rozpoczęciem ćwiczenia należy omówić sposób jego wykonania, przepisy bhp i podać
zasady sporządzania sprawozdania.
Sposób wykonania ćwiczenia
Uczeń powinien:
1) zapoznać się z materiałem nauczania jednostki modułowej 331[31].Z2.05,
2) zapoznać się z literaturą jednostki modułowej 331[31].Z2.05,
3) zapoznać się z układem regulacji (schemat w załączniku do ćwiczenia w Poradniku dla
ucznia),
4) wyznaczyć rodzinę charakterystyk statycznych zbiornika, czyli zależność poziomu cieczy
h od natężenia dopływu Q
1
dla różnych kątów α ustawienia pokrętła zaworu
regulacyjnego (element 3),
5) wyjaśnić przebieg tych charakterystyk,
6) wyjaśnij, czy znając rodzinę charakterystyk h = f(Q
1
); α = const., można naszkicować
charakterystykę h = f(α); Q
1
= const,
7) zaprezentować wykonanie ćwiczenia w postaci sprawozdania.
Zalecane metody nauczania–uczenia się:
–
ćwiczenia praktyczne.
Środki dydaktyczne:
–
materiał nauczania jednostki modułowej 331[31].Z2.05,
–
literatura z rozdziału 7,
–
ćwiczeniowy układ regulacji poziomu cieczy w zbiorniku zgodny z schematem,
–
papier milimetrowy.
Ćwiczenie 2
Porównaj układy regulacji stężeń jonów wodorowych: podstawowego i kaskadowego,
z pomocniczym czynnikiem sterującym w postaci roztworu kwasu lub zasady.
Wskazówki do realizacji:
Przed przystąpieniem do realizacji ćwiczenia nauczyciel powinien omówić jego zakres
i techniki wykonania. Powinien również zapoznać uczniów z zasadami bezpiecznej pracy.
„
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
14
Sposób wykonania ćwiczenia
Uczeń powinien:
1) zapoznać się z materiałem nauczania jednostki modułowej 331[31].Z2.05,
2) zapoznać się z literaturą jednostki modułowej 331[31].Z2.05,
3) zapoznać się z załącznikiem (załącznik do ćwiczenia w Poradniku dla ucznia),
4) ustalić miejsca pomiaru pH cieczy,
5) opisać zasady działania regulatorów,
6) wyjaśnić, czym się różni układ regulacji kaskadowy od podstawowego,
7) wybrać z zaproponowanych układów, układ regulacji stężenia jonów wodorowych, jeżeli
chcemy uzyskać dużą dokładność sterowania,
8) zaproponować czynnik pomocniczy, jeżeli pH jest za niskie,
9) zaprezentować wykonanie ćwiczenia w postaci sprawozdania.
Zalecane metody nauczania–uczenia się:
–
metoda tekstu przewodniego.
Środki dydaktyczne:
–
materiał nauczania jednostki modułowej 331[31].Z2.05,
–
literatura z rozdziału 7,
−
załącznik.
Ćwiczenie 3
Przeprowadź regulację natężenia przepływu wody zgodnie ze wskazaniami rotametru.
Wskazówki do realizacji:
W zależności od wyposażenia stanowiska pomiarowego, regulację natężenia przepływu
można wykonać również na podstawie wskazań innych przepływomierzy. Przed
przystąpieniem do realizacji ćwiczenia nauczyciel powinien omówić zakres i technikę
wykonania ćwiczenia oraz przepisy bhp obowiązujące podczas wykonywania pomiarów.
Powinien również podać zasady sporządzenia sprawozdania.
Sposób wykonania ćwiczenia
Uczeń powinien:
1) zapoznać się z materiałem nauczania jednostki modułowej 331[31].Z2.05,
2) zapoznać się z literaturą jednostki modułowej 331[31].Z2.05,
3) zapoznać się z przepisami bhp obowiązującymi przy wykonywaniu ćwiczenia,
4) sprawdzić temperaturę wzorcowania rotametru,
5) odszukać w tablicach gęstość wody w temperaturze wzorcowania rotametru,
6) uruchomić przepływ wody,
7) odczytać temperaturę wody,
8) odszukać w tablicach gęstość wody w temperaturze pomiaru,
9) regulować przepływ wody, poprzez zmianę nastawu zaworu regulacyjnego, ustawiając
pływak rotametru kolejno w sześciu położeniach,
10) odczytać położenie pływaka rotametru dla kolejnych 6 nastaw zaworu regulacyjnego,
11) obliczyć współczynnik poprawkowy dla wskazań rotametru zgodnie z załącznikiem (jeżeli
zmierzona temperatura wody jest różna od temperatury wzorcowania rotametru),
„
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
15
12) obliczyć wskazania rotametru po uwzględnieniu współczynnika poprawkowego,
13) przygotować sprawozdanie w wykonania ćwiczenia zgodnie zasadami podanymi przez
nauczyciela.
Zalecane metody nauczania–uczenia się:
–
ćwiczenia praktyczne.
Środki dydaktyczne:
–
stanowisko do pomiaru natężenia przepływu,
–
tablice z danymi zależności gęstości wody od jej temperatury,
–
materiał nauczania jednostki modułowej 331[31].Z2.05,
–
literatura z rozdziału 7.
Ćwiczenie 4
Narysuj schemat regulacji temperatury w wymienniku ciepła połączonym z reaktorem
kontaktowym, jeżeli ciecz poreakcyjna nie może być zbytnio ochłodzona (zaworem
trójdrożnym bocznikuje się ciecz wprowadzaną do reaktora), a na odpływie cieczy
poreakcyjnej z wymiennika instaluje się termometr kontrolny.
Wskazówki do realizacji:
Przed przystąpieniem do realizacji ćwiczenia nauczyciel powinien omówić zakres
ćwiczenia oraz sposób prezentacji wyników pracy.
Sposób wykonania ćwiczenia
Uczeń powinien:
1) zapoznać się z materiałem nauczania jednostki modułowej 331[31].Z2.05,
2) zapoznać się z literaturą jednostki modułowej 331[31].Z2.05,
3) zapoznać się z schematem regulacji temperatury w wymienniku ciepła połączonym
z reaktorem kontaktowym,
4) ustalić:
– czy wymiennik ciepła jest zainstalowany przed, czy za reaktorem;
– co stanowi czynnik grzewczy w wymienniku,
5) wyjaśnić rolę zaworu trójdrożnego,
6) opisać zasadę działania regulatora,
7) narysować na podstawie ustalonych informacji, schemat regulacji temperatury
w wymienniku ciepła połączonym z reaktorem kontaktowym, jeżeli ciecz poreakcyjna nie
może być zbytnio ochłodzona (zaworem trójdrożnym bocznikuje się ciecz wprowadzaną
do reaktora), a na odpływie cieczy poreakcyjnej z wymiennika instaluje się termometr
kontrolny,
8) zaprezentować wykonanie ćwiczenia w postaci sprawozdania.
Zalecane metody nauczania–uczenia się:
–
metoda tekstu przewodniego.
Środki dydaktyczne:
–
materiał nauczania jednostki modułowej 331[31].Z2.05,
–
literatura z rozdziału 7,
−
załącznik (z Poradnika dla ucznia).
„
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
16
5.3. Sterowanie procesami i automatyzacja produkcji
5.3.1. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Zbadaj układ automatycznej regulacji centrali klimatyzacyjnej. Wyznacz wskaźniki jakości
układu regulacji
.
Wskazówki do realizacji:
W przypadku jeżeli szkoła nie dysponuje stanowiskiem do badania działania komory
klimatyzacyjnej, ćwiczenie można przeprowadzić podczas wycieczki dydaktycznej na wyższą
uczelnię techniczną posiadającą takie stanowisko lub wykorzystać program komputerowy
symulujący pracę komory klimatyzacyjnej.
Przed przystąpieniem do realizacji ćwiczenia nauczyciel powinien omówić zakres
i technikę wykonania ćwiczenia oraz przepisy bhp obowiązujące podczas wykonywania
pomiarów. Powinien również podać szczegółowe zasady sporządzenia sprawozdania.
Sposób wykonania ćwiczenia
Uczeń powinien:
1) zapoznać się z materiałem nauczania jednostki modułowej 331[31].Z2.05,
2) zapoznać się z literaturą jednostki modułowej 331[31].Z2.05,
3) zapoznać się ze schematem układu automatycznej regulacji komory klimatyzacyjnej
(załącznik do ćwiczenia w Poradniku dla ucznia),
4) zapoznać się ze schematem stanowiska pomiarowego (załącznik do ćwiczenia
w Poradniku dla ucznia),
5) przeprowadzić badanie przemian cieplnych wewnątrz komory klimatyzacyjnej przed
wprowadzeniem zakłócenia zgodnie z instrukcją dołączoną do ćwiczenia,
6) przeprowadzić rejestrację przebiegów czasowych wielości regulowanych (temperatury
w komorze, temperatury w pomieszczeniu klimatyzowanym, wilgotności) zgodnie
z instrukcją załączoną do ćwiczenia,
7) przeprowadzić badanie przemian cieplnych wewnątrz komory klimatyzacyjnej po ustaleniu
się nowego stanu równowagi zgodnie z instrukcją dołączoną do ćwiczenia,
8) przygotować sprawozdanie z ćwiczenia zgodnie z zasadami podanymi przez nauczyciela.
Zalecane metody nauczania–uczenia się:
–
ćwiczenia praktyczne.
Środki dydaktyczne:
−
stanowisko do badania pracy centrali klimatyzacyjnej,
−
stoper,
−
schemat układu automatycznej regulacji centrali klimatyzacyjnej,
−
literatura z rozdziału 7.
Ćwiczenie 2
Narysuj schemat sterowania komputerowego procesem suszenia w suszarkach
obrotowych metodą kombinowaną (regulacja według wilgotności i czasu suszenia). Bęben
suszarni obraca się, powodując przesuwanie się suszonego materiału w kierunku wylotu.
„
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
17
Utrata wilgotności następuje poprzez bezpośredni styk suszonego surowca z gorącym
powietrzem.
Wskazówki do realizacji:
Przed przystąpieniem do realizacji ćwiczenia nauczyciel powinien omówić zakres
i technikę wykonania ćwiczenia oraz sposób prezentacji wyników pracy.
Powinien również
podpisać z uczniami kontrakt na wykonanie projektu, omówić zasady przygotowania
prezentacji i kryteria oceny projektu.
Sposób wykonania ćwiczenia
Uczeń powinien:
1) zapoznać się z materiałem nauczania jednostki modułowej 331[31].Z2.05,
2) zapoznać się z literaturą jednostki modułowej 331[31].Z2.05,
3) określić, jakie parametry procesu muszą być mierzone przez układ sterowania,
4) dobrać sposób regulacji wilgotności w bębnie,
5) wybrać rodzaj sterowania komputerowego (nadrzędne czy bezpośrednie),
6) określić, jakie urządzenia układu sterowania należy zainstalować w układzie,
7) narysować uproszczony schemat układu sterowania,
8) zaprezentować przygotowany projekt na forum klasy
Zalecane metody nauczania–uczenia się:
–
metoda projektów.
Środki dydaktyczne:
–
materiał nauczania jednostki modułowej 331[31].Z2.05,
–
literatura z rozdziału 7.
Ćwiczenie 3
Sterowanie z zastosowaniem komputerowego modelu instalacji komponowania benzyn
strumieniami różnych komponentów naftowych i syntetycznych.
Wskazówki do realizacji:
W celu przeprowadzania poniższego ćwiczenia konieczne jest zorganizowanie wycieczki
po oddziale komponowania benzyn na terenie rafinerii lub zakładu rafineryjno-
petrochemicznego.
Przed przystąpieniem do realizacji ćwiczenia nauczyciel powinien zapoznać uczniów
z przepisami bhp obowiązującymi na terenie zakładu przemysłowego. Powinien omówić zakres
i technikę wykonania ćwiczenia, ze szczególnym uwzględnieniem sposobu wypełnienia karty
obserwacji. Należy zwrócić uwagę na konieczność zadawania pytań oprowadzającemu grupę
personelowi zakładu, w celu zdobycia potrzebnych, do wykonania ćwiczenia, informacji. Przed
wejściem na teren zakładu nauczyciel powinien również rozdać instrukcje i karty obserwacji.
Sposób wykonania ćwiczenia
„
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
18
Uczeń powinien:
1) zapoznać się z obowiązującymi na terenie oddziału przepisami bhp i stosować
się do nich,
2) pobrać od nauczyciela instrukcję i kartę obserwacji,
3) zapoznać się z instalacją komputerowo sterowanego procesu komponowania benzyn,
4) wypisać niezbędny zestaw urządzeń potrzebnych do realizacji komputerowego systemu
sterowania,
5) zebrać maksimum informacji o stosowanych urządzeniach do regulacji i sterowania
wielkością strumieni masy poszczególnych komponentów,
6) wyjaśnić złożoność technologiczną procesu komponowania benzyn wysokooktanowych
z kilkunastu strumieni składników naftowych i syntetycznych,
7) zaprezentować wyniki pracy w postaci sprawozdania.
Zalecane metody nauczania–uczenia się:
–
wycieczka dydaktyczna,
–
metoda tekstu przewodniego.
Środki dydaktyczne:
−
karta obserwacji,
−
instrukcja dla ucznia.
„
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
19
6. EWALUACJA OSIĄGNIĘĆ UCZNIA
Przykłady narzędzi pomiaru dydaktycznego
Test dwustopniowy do jednostki modułowej
„Stosowanie układów
automatyki i sterownia”
Test składa się z 20 zadań wielokrotnego wyboru, z których:
−
zadania 1, 2, 3, 4, 9, 11, 12, 13, 14, 16, 18, 19, 20 są z poziomu podstawowego,
−
zadania 5, 6, 7, 8, 10, 15, 17 są z poziomu ponadpodstawowego.
Punktacja zadań: 0 lub 1 punkt
Za każdą prawidłową odpowiedź uczeń otrzymuje 1 punkt. Za złą odpowiedź lub jej brak
uczeń otrzymuje 0 punktów.
Proponuje się następujące normy wymagań – uczeń otrzyma następujące
oceny szkolne:
−
dopuszczający – za rozwiązanie co najmniej 9 zadań z poziomu podstawowego,
−
dostateczny – za rozwiązanie co najmniej 13 zadań z poziomu podstawowego,
−
dobry – za rozwiązanie 16 zadań, w tym co najmniej 3 z poziomu ponadpodstawowego,
−
bardzo dobry – za rozwiązanie 19 zadań, w tym co najmniej 6 z poziomu
ponadpodstawowego.
Klucz odpowiedzi: 1. b, 2. c, 3. b, 4.d, 5.a, 6.a, 7.b, 8.c, 9.c, 10.a, 11.c, 12.d,
13.c, 14.a, 15.c, 16.b, 17.d, 18.d, 19.a, 20.b
Plan testu
Nr
zad.
Cel operacyjny
(mierzone osiągnięcia ucznia)
Kategoria
celu
Poziom
wymagań
Poprawna
odpowiedź
1. Wyjaśnić pojęcie układ regulacji
B
P
b
2.
Wyjaśnić pojęcie charakterystyka
statyczna obiektu regulacji
B
P
c
3. Wyjaśnić pojęcie siłownik
B
P
b
4. Rozróżnić rodzaje układów regulacji
B
P
d
5.
Rozróżnić elementy budowy zaworu
nastawczego
C
PP
a
6.
Scharakteryzować zasadę działania
siłownika elektromagnetycznego
C
PP
a
7.
Rozróżnić na schematach urządzenia
regulacji
C
PP
b
8.
Podać przykłady stosowania urządzeń
regulacji
C
PP
c
„
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
20
Nr
zad.
Cel operacyjny
(mierzone osiągnięcia ucznia)
Kategoria
celu
Poziom
wymagań
Poprawna
odpowiedź
9. Rozpoznać typy regulatorów ciągłych
A
P
c
10.
Rozróżnić charakterystyki regulatorów
w postaci wykresów
C
PP
a
11.
Rozróżnić typy regulatorów ze względu
na źródło zasilania
A
P
c
12.
Podać rolę blokad w układach
sterowania
B
P
d
13.
Scharakteryzować układy regulacji
pneumatycznej
B
P
c
14.
Rozróżnić znormalizowane symbole
regulacji
B
P
a
15.
Scharakteryzować regulatory
w zależności od sygnału nastawienia
C
PP
c
16.
Ocenić zagrożenie przeciwpożarowe
w warunkach przemysłowych
C
P
b
17.
Podać zasady sterowania procesem
suszenia ciał stałych
C
PP
d
18.
Podać przykłady stosowania urządzeń
regulacji w procesie sterowania
rektyfikacją
B
P
d
19. Wyjaśnić pojęcie sterowanie nadrzędne
B
P
a
20.
Podać urządzenia do kontroli procesu
technologicznego
A
P
b
„
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
21
Przebieg testowania
Instrukcja dla nauczyciela
1. Ustal z uczniami termin przeprowadzenia sprawdzianu z wyprzedzeniem co najmniej
jednotygodniowym.
1. Omów cel stosowania pomiaru dydaktycznego.
2. Zapoznaj uczniów z rodzajem zadań podanych w zestawie oraz z zasadami punktowania.
3. Omów z uczniami sposób udzielania odpowiedzi (karta odpowiedzi).
4. Zapewnij uczniom możliwość samodzielnej pracy.
5. Rozdaj uczniom zestawy zadań testowych i karty odpowiedzi, podaj czas przeznaczony
na udzielanie odpowiedzi.
6. Postaraj się stworzyć odpowiednią atmosferę podczas przeprowadzania pomiaru
dydaktycznego (rozładuj niepokój, zachęć do sprawdzenia swoich możliwości).
7. Kilka minut przed zakończeniem sprawdzianu przypomnij uczniom o zbliżającym się
czasie zakończenia udzielania odpowiedzi.
8. Zbierz karty odpowiedzi oraz zestawy zadań testowych.
9. Sprawdź wyniki i wpisz do arkusza zbiorczego.
10. Przeprowadź analizę uzyskanych wyników sprawdzianu i wybierz te zadania, które
sprawiły uczniom największe trudności.
11. Ustal przyczyny trudności uczniów w opanowaniu wiadomości i umiejętności.
12. Opracuj wnioski do dalszego postępowania, mającego na celu uniknięcie niepowodzeń
dydaktycznych – niskie wyniki przeprowadzonego sprawdzianu.
Instrukcja dla ucznia
1. Przeczytaj uważnie instrukcję.
2. Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi.
3. Zapoznaj się z zestawem zadań testowych.
4. Test zawiera 20 zadań wielokrotnego wyboru o różnym stopniu trudności. W każdym
zadaniu tylko jedna odpowiedź jest prawidłowa.
5. Udzielaj odpowiedzi tylko na załączonej karcie odpowiedzi, stawiając w odpowiedniej
rubryce znak X. W przypadku pomyłki należy błędną odpowiedź zaznaczyć kółkiem,
a następnie ponownie zakreślić odpowiedź prawidłową.
6. Pracuj samodzielnie, bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcję z wykonanego zadania.
7. Kiedy udzielenie odpowiedzi będzie Ci sprawiało trudność, wtedy odłóż jego rozwiązanie
na później i wróć do niego, gdy zostanie Ci czas wolny.
8. W czasie pracy możesz korzystać z kalkulatora do wykonywania niezbędnych obliczeń.
9. Na rozwiązanie testu masz 45 minut.
Powodzenia
Materiały dla ucznia:
– instrukcja,
– zestaw zadań testowych,
– karta odpowiedzi.
„
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
22
ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH
1. Układem regulacji nazywamy:
a) urządzenie lub zespół urządzeń sterujących procesem,
b) zespół składający się z obiektu sterowania i urządzenia sterującego,
c) proces lub kilka procesów podlegających regulacji,
d) zespół składający się z urządzenia nastawczego i elementu wykonawczego.
2. Charakterystyką statyczną obiektu regulacji nazywamy:
a) zależność sygnału wyjściowego od wartości sygnału wejściowego w stanie
przejściowym,
b) zależność sygnału wejściowego od wartości sygnału wyjściowego w warunkach
nieustalonych,
c) zależność sygnału wyjściowego od wartości sygnału wejściowego w stanie ustalonym,
d) zależność sygnału wejściowego od wartości sygnału wyjściowego w warunkach
ustalonych.
3. Siłownikiem nazywamy element:
a) nastawczy elementu wykonawczego,
b) napędowy elementu nastawczego,
c) wykonawczy regulatora,
d) napędowy obiektu regulacji.
4. Układ sterowania, który składa się z ciągu prostych zadań następujących kolejno po sobie,
nazywamy sterowaniem:
a) ekstremalnym,
b) optymalnym,
c) nadążnym,
d) sekwencyjnym.
5. Na przedstawionym schemacie zaworu regulacyjnego element oznaczany cyfrą 1 to:
a) przepona,
b) grzybek,
c) gniazdo,
d) dławnica.
„
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
23
6. Siłownik elektromagnetyczny powoduje otwarcie zaworu, dzięki podniesieniu trzbienia
na skutek:
a) przepływu prądu przez uzwojenie elektromagnesu,
b) przepływu prądu przez trzbień,
c) nacisku sprężyny zwrotnej na membranę,
d) nacisku sprężyny zwrotnej na trzbień.
7. Załączony schemat przedstawia:
a) zawór kulowy,
b) zawór grzybkowy,
c) siłownik elektromagnetyczny
d) siłownik tłokowy.
8. Do regulacji temperatury w reaktorze, w którym występują po sobie trzy podstawowe
etapy różniące się wartościami regulowanej temperatury i są określone funkcją czasu,
należy zastosować układ regulacji:
a) stałowartościowy,
b) stabilizacyjny,
c) programowy,
d) nadążny.
9. Proporcjonalność pomiędzy uchybem regulacji a sygnałem nastawienia występuje
w regulatorze::
a) PD,
b) PI,
c) P,
d) I.
„
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
24
10. Charakterystyka statyczna regulatora przedstawionego w postaci wykresu
jest właściwa dla regulatora:
a) dwustawnego ze strefą neutralną,
b) dwustawnego,
c) trójstawnego,
d) proporcjonalnego.
11. Regulatory zasilane z zewnętrznego źródła energii olejem mineralnym doprowadzanym za
pośrednictwem pomp, to regulatory:
a) bezpośrednie,
b) pneumatyczne,
c) hydrauliczne,
d) elektryczne.
12. W wielu operacjach prowadzonych w przemyśle chemicznym stosuje się układy
uniemożliwiające wykonanie pewnych czynności, gdy nie zostały wykonane wszystkie
poprzednie. Są to:
a) sygnalizatory,
b) regulatory,
c) siłowniki,
d) blokady.
13. W układach regulacji pneumatycznej do sprężania powietrza montuje się sprężarki
tłokowe, które są źródłem zanieczyszczenia powietrza zasilającego mgłą olejową. Aby ją
usunąć, należy zastosować:
a) filtr,
b) chłodnicę,
c) odolejacz,
d) wyparkę.
Wartość zadana
„
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
25
14. Schemat przedstawia regulację:
a) ciśnienia na odpływie,
b) ciśnienia na dopływie,
c) stężenia jonów wodorowych na odpływie,
d) stężenia jonów wodorowych na dopływie.
15. Do regulatorów nie ciągłych zaliczamy regulator:
a) proporcjonalny,
b) całkujący,
c) dwustawny,
d) różniczkujący.
16. W miejscach, w których istnieje zagrożenie pożarowe, nie należy stosować regulatorów:
a) bezpośrednich,
b) pośrednich elektrycznych,
c) pośrednich pneumatycznych,
d) pośrednich hydraulicznych.
17. Tradycyjny proces sterowania suszeniem ciał stałych polega na regulacji:
a) ilości powietrza wilgotnego wprowadzanego do procesu,
b) temperatury powietrza wilgotnego wprowadzanego do procesu,
c) wilgotności powietrza wprowadzanego do procesu,
d) ilości powietrza suchego wprowadzanego do procesu.
18. Jeden ze sposobów regulacji procesu rektyfikacji opiera się na pomiarze stężenia jednego
ze składników. Pomiar ten dokonywany jest za pomocą:
a) rotametru,
b) elektrody jonoselektywnej,
c) konduktometru,
d) analizatora automatycznego.
19. W sterowaniu nadrzędnym komputer nadzoruje przebieg procesu technologicznego
poprzez:
a) zmianę nastaw regulatorów,
b) własne urządzenia pośredniczące,
c) zmianę ustawień czujników,
d) własne urządzenia nadzorujące.
20. Do urządzeń kontroli informujących o przebiegu procesu nie należą:
a) rejestratory,
b) sensory chemiczne,
c) mierniki wskazujące,
d) telewizja przemysłowa.
„
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
26
KARTA ODPOWIEDZI
Imię i nazwisko..........................................................................................
Stosowanie układów automatyki i sterowania
Zakreśl poprawną odpowiedź
,
wpisz brakujące części zdania lub wykonaj rysunek.
Nr
zadania
Odpowiedź
Punkty
1.
a
b
c
d
2.
a
b
c
d
3.
a
b
c
d
4.
a
b
c
d
5.
a
b
c
d
6.
a
b
c
d
7.
a
b
c
d
8.
a
b
c
d
9.
a
b
c
d
10.
a
b
c
d
11.
a
b
c
d
12.
a
b
c
d
13.
a
b
c
d
14.
a
b
c
d
15.
a
b
c
d
16.
a
b
c
d
17.
a
b
c
d
18.
a
b
c
d
19.
a
b
c
d
20.
a
b
c
d
Razem:
„
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
27
Test typu próba pracy
Proponowany test sumujący jest przeznaczony do przeprowadzenia po zakończonym procesie
kształcenia w module „Stosowanie układów automatyki i sterowania”. Test ma charakter
próby pracy z zadaniami nisko symulowanymi i pozwala na ocenę umiejętności uczniów
w zakresie:
– posługiwania się instrukcją,
– organizacji stanowiska pracy laboratoryjnej,
– badania dynamiki zmian pH w zbiorniku przepływowym,
– wykreślenia charakterystyki skokowej obiektu regulacji.
Test ma charakter sprawdzający, tzn. ukierunkowany jest na porównanie wyników
z założonymi w programie celami kształcenia.
Instrukcja dla nauczyciela
1. Czas trwania testu 90 minut.
2. Należy przygotować indywidualne stanowisko pracy dla każdego ucznia.
3. Zapewnić dostęp do literatury potrzebnej do wykonania zadania.
4. Omówić z uczniami przebieg testu praktycznego.
5. Podczas testu nauczyciel pełni rolę obserwatora.
Uczeń może maksymalnie otrzymać 19 punktów.
Punktacja dla testu
–
test uczeń zaliczy jeśli uzyska 8 punktów,
–
ocena dostateczna 11–13 punktów,
–
ocena dobra 14–16 punktów,
–
ocena bardzo dobra 17–19 punktów.
Instrukcja dla ucznia
1. Przeczytaj uważnie instrukcję.
2. Zanim przystąpisz do zadania, zaplanuj pracę. Pomoże Ci w tym KARTA PRACY.
3. Odpowiedzi wpisuj w wyznaczonych miejscach KARTY.
4. Pracuj samodzielnie.
5. Po zakończeniu zadania oddaj nauczycielowi KARTĘ PRACY.
6. Powodzenia.
Na wykonanie zadania masz 90 minut.
Powodzenia
„
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
28
Treść zadania
Zapoznaj się ze schematem i opisem układu regulacji pH w zbiorniku (reaktorze),
przygotuj odczynniki, dokonaj uruchomienia układu zgodnie z załącznikiem.
Zbadaj dynamikę zmian pH w zbiorniku przepływowym, polegającą na wykonaniu
skokowej zmiany wydajności pompki P
1
, dozującej roztwór kwasu siarkowego(VI).
Badany reaktor przepływowy z umieszczonym w pewnej odległości od niego czujnikiem
pH, stanowią obiekt odniesienia z opóźnieniem. Wyznacz podstawowe parametry dynamiczne
obiektu regulacji na podstawie zmian pH w funkcji czasu. Określ w warunkach statycznych
zmianę ΔpH, odpowiadającą skokowej zmianie wydajności pompki P
1
o
1
V
Δ & , oblicz
wzmocnienie obiektu regulacji K
0
w obszarze jego pracy A =
1
V
Δ & , K
0
= ΔpH/
1
V
Δ & .
Przełącznikiem suwakowym na pokrywie pompki dozującej P
1
nastaw wydajność x1
i włącz pompkę. Wydajność dozownika roztworu Na
2
SO
4
1
V
& = 7,5 cm
3
/min.
Regulator pH włącz na pracę ręczną. Pokrętło ręcznego nastawiania wydajności pompki
dozującej roztwór H
2
SO
4
2
V
& obrócić w lewo do oporu i włącz pompkę P
2
. Pokrętłem
2
V
& ustaw na mierniku wartość 15 jednostek (odpowiada to wydajności dozowania H
2
SO
4
2
V
& = 15 cm
3
/min). Obserwując zapis rejestratora, zaczekaj, aż pH cieczy opuszczającej
reaktor ustali się. Przygotuj sekundomierz i tabelkę z rubrykami pH i τ.
Po ustaleniu się pH, jednocześnie uruchom pomiar czasu i przełącznikiem suwakowym
dwukrotnie powiększ wydajność pompki P
1
1
V
& = 15 cm
3
/min. Co 20 sekund zapisuj odczyt ze
wskazania pH-metru, aż do jego ponownego ustalenia. Co pewien czas sprawdzaj natężenie
przepływu wody przez zbiornik. Zaznacz na taśmie rejestratora warunki doświadczenia.
Pomiary powtórz w przeciwnym kierunku (dwukrotnie zmniejszając wartość
1
V
& ),
po wprowadzeniu dodatkowego opóźnienia transportowego. W tym celu wydłuż drogę cieczy
między reaktorem a czujnikiem pH w następujący sposób. Między Z
4 a
Z
5
wstaw odcinek węża
gumowego długości 2 m. Uruchom ponownie przepływ, otwierając ściskacze Z
4
Z
5
.
Po ustaleniu się wskazań pH-metru, wykonaj podobnie jak poprzednio, pomiary
charakterystyki dynamicznej skokowej obiektu regulacji z dodatkowym opóźnieniem
transportowym. Zaznacz na taśmie rejestratora warunki doświadczenia.
Sporządź sprawozdanie. [5]
Działanie Twoje powinno przebiegać w trzech etapach:
Etap I – faza przygotowawcza:
– zapoznaj się z układem regulacji,
– przygotuj odczynniki.
Etap II – faza realizacyjna:
−
zorganizuj stanowisko do pracy analitycznej,
−
uruchom układ,
−
zbadaj dynamikę zmian pH w zbiorniku przepływowym,
−
napisz sprawozdanie z przebiegu oznaczenia:
−
zamieść tabele z wynikami pomiarów,
−
wykres dwóch charakterystyk skokowych obiektu regulacji,
−
wyznacz wzmocnienie układu regulacji K
0
,
−
wnioski,
−
pamiętaj o stosowaniu zasad bhp.
Etap III – faza oceniająca:
– określ, co zrobiłbyś inaczej, gdybyś wykonanie zadania mógł powtórzyć.
„
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
29
Załączniki:
Schemat układu regulacji pH [5]
Układ regulacji [5]
Przez zbiornik (reaktor) ZB przepływa z natężeniem przepływu
o
V
& woda wodociągowa.
Wartość
o
V
& mierzy rotametr RT. Ze zbiornika woda odpływa przez przelew PL, który
umożliwia napełnienie zbiornika do stałego poziomu.
Część wody ze zbiornika przepływa przez zawory Z
4,
Z
5
oraz czujnik pehametryczny
z antymonową elektrodą pomiarową A i kalomelową elektroda odniesienia K. Metalowa
elektroda antymonowa jest czyszczona mechanicznie szczotką S, obracana miniaturowym
silnikiem elektrycznym. Elektrodę kalomelową łączy z czujnikiem mostek solny wypełniony
2-molowym roztworem KCl.
Do zbiornika jest dozowany mikropompką P
1
z wydajnością
1
V
&
,
roztwór węglanu sodu.
Druga mikropompka (P
2
) dozuje z wydajnością
2
V
& roztwór kwasu siarkowego(VI). Oba
roztwory są mieszane w zbiorniku z przepływającą wodą, mieszadłem magnetycznym M.
Wydajność pompki P
1
dozującej roztwór Na
2
CO
3
może być zmieniana skokowo ręcznie.
Wydajność pompki dozującej roztwór H
2
SO
4
(P
2
) może być płynnie nastawiona ręcznie lub
regulowana automatycznie za pośrednictwem regulatora RG.
Przy pracy automatycznej, regulator ma za zadanie utrzymać na wypływie ze zbiornika
stałą wartość pH (regulacja stałowartościowa). Wielkość regulowana (y) z pehametru jest
w tym celu porównywana z wielkością zadaną (w) z zadajnika ręcznego, a sygnał wyjściowy
wielkości regulującej (u) regulatora zmienia wydajność pompki dozującej P
2
.
W momencie zwiększania się pH cieczy opuszczającej zbiornik ponad wartość zadaną
(y > w), u rośnie, pompka P
2
zwiększa wydajność dozowania kwasu i pH spada. Gdy
y = w, pompka P
2
utrzymuje stałą wydajność. Gdy pH cieczy na wpływie zbiornika spada,
y < w, u maleje i pompka P
2
zmniejsz wydajność, doprowadzając do podwyższenia się wartość
pH. Wielkość wzmocnienia proporcjonalnego regulatora może być nastawiana odpowiednim
„
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
30
pokrętłem (X
p
). Przebieg zmian pH cieczy opuszczającej zbiornik jest rejestrowany w
rejestratorze RS.
Przygotowanie odczynników [5]
Należy przygotować 2 dm
3
roztworu 1-molowego Na
2
CO
3
w zlewce przez rozpuszczenie
bezwodnej soli w wodzie destylowanej, oraz 2 dm
3
roztworu kwasu siarkowego(VI)
0,2-molowego przez rozcieńczenie stężonego kwasu 96% o gęstości 1,84 g/cm
3
.
Uruchomienie układu [5]
Zamknąć zawór (ściskacz) spustowy Z
3
, odkręcić całkowicie zawór odcinający wodę
wodociągową Z
1
i korzystając ze wskazań rotametru nastawić zaworem regulacyjnym
Z
2
przepływ wody przez zbiornik
o
V
& = 2,0 dm
3
/min. Korzystać z lewej podziałki
i środkowego pierścienia pływaka rotametru. Okresowo należy kontrolować natężenie
przepływu wody
o
V
& .
Po napełnieniu się zbiornika do przelewu, otworzyć ściskacze Z
4
i Z
5
na przewodzie
doprowadzającym wodę do czujnika pH-metrycznego. Sprawdzić, czy woda przepływa przez
czujnik!
Włączyć zasilanie elektryczne całego układu W
s
na tablicy czujnika pH. Powinna zaświecić
się
lampka
sygnalizacyjna.
Następnie
uruchomić
mieszadło
magnetyczne
oraz
pH-metr. Wyłączyć zasilanie regulatora pH (S) oraz rejestratora. Uruchomić przesuw taśmy
rejestratora. Liniowa szybkość przesuwu taśmy rejestratora wynosi 2 mm/min.
Otworzyć ściskacz Z
6
na przewodzie łączącym elektrodę kalomelową z czujnikiem
pH. Przy wyłączonych obu pompkach dozujących, wskaźniki pH-metru i rejestratora powinny
wskazywać identyczną wartość pH = 7 ± 1.
„
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
31
Karta pracy
Nazwisko i imię ucznia
Data
Uzyskana liczba punktów
Lp.
Zadanie
Odpowiedź
Obliczenia
Wykonanie
1.
Przygotowanie
odczynników
Zasady
bezpiecznej
pracy
Tabelaryczne
zestawienie
wyników
pomiarów
2.
Zbadanie
dynamiki zmian
pH
w zbiorniku
Wykresy
charakterystyk
skokowych
obiektu
regulacji
3.
Wnioski
„
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
32
Karta obserwacji
Lp.
Czynność
Maksymalna
liczba
punktów
Uzyskana
liczba
punktów
Obliczenia
1
Wykonanie
1
1.
Przygotowanie
odczynników
Ustalenie zasad bezpiecznej pracy
1
Ustawienie przepływu wody
przez zbiornik
o
V
& = 2,0 dm
3
/min
1
Uruchomienie mieszadła
i pH-metru
1
Sprawdzenie rejestratora
1
2.
Uruchomienie układu
(wykonanie
czynności zgodnie z
instrukcją)
Sprawdzenie poprawności
działania układu
1
Wykonanie pomiarów
4
Sporządzenie tabel z wynikami
pomiarów
4
Narysowanie wykresów
2
3.
Zbadanie dynamiki
zmian pH
w zbiorniku
Wyznaczenie K
0
1
4.
Wnioski
1
„
Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
33
7. LITERATURA
1. Aparatura kontrolno-pomiarowa w przemyśle chemicznym. Praca zbiorowa. WSiP,
Warszawa 1978
2. Ćwiczenia laboratoryjne z ogrzewnictwa, wentylacji i klimatyzacji. Część III Praca
zbiorowa. Wydawnictwo Politechniki Łódzkiej, Łódź 1985
3. Kordowicz-Sot A.: Automatyka i robotyka. Układy regulacji automatycznej. WSiP,
Warszawa 1999
4. Kostro J.: Elementy urządzenia i układy automatyki. WSiP, Warszawa 1994
5. Ludwicki M.: Laboratorium pomiarów i automatyki w przemyśle spożywczym.
Wydawnictwo Politechniki Łódzkiej, Łódź 1986
6. Pochopień B.: Automatyka przemysłowa dla elektroników. WSiP, Warszawa 1985
7. Pułaczewski J.: Automatyka w przemyśle chemicznym. WSiP, Warszawa 1975
8. Pułaczewski J.: Podstawy regulacji automatycznej. WSiP, Warszawa 1986
9. Tuszyński K.: Pomiary i automatyka w przemyśle chemicznym. WSiP, Warszawa 1982
10. csrg.ch.pw.edu.pl/tutorials
11. terminator.ia.polsl.gliwice.pl/dydaktyka- Instytut Automatyki Politechniki Śląskiej
12. www.pg.gda.pl/chem/Katedry/Analityka
13. www.polna.com.pl- Zakłady Automatyki „Polna” S.A.
14. www.zsp.polsl.pl/przedmioty//d_mp_ele
15. PN-89/M-42007 Automatyka i pomiary przemysłowe.