Техническое обеспечение автоматизации проектирования

Техническое обеспечение САПР включает в себя различные технические средства, используемые для выполнения автоматизированного проектирования, а именно ЭВМ, периферийные устройства, сетевое оборудование, а также оборудование некоторых вспомогательных систем (например, измерительных), поддерживающих проектирование.

Используемые в САПР технические средства должны обеспечивать:

1) выполнение всех необходимых проектных процедур, для которых имеется соответствующее ПО;

2) взаимодействие между проектировщиками и ЭВМ, поддержку интерактивного режима работы;

3) взаимодействие между членами коллектива, работающими над общим проектом.

Первое из этих требований выполняется при наличии в САПР вычислительных машин и систем с достаточными производительностью и емкостью памяти. Второе требование относится к пользовательскому интерфейсу и выполняется за счет включения в САПР удобных средств ввода-вывода данных и прежде всего устройств обмена графической информацией. Третье требование обусловливает объединение аппаратных средств САПР в вычислительную сеть.

 

 

В САПР небольших проектных организаций, насчитывающих не более единиц - десятков компьютеров, которые размещены на малых расстояниях один от другого (например, в одной или нескольких соседних комнатах), объединяющая компьютеры сеть является локальной (ЛВС).

Основные характеристики ЛВС:

1. Удаленный ввод заданий (задание, введенное на одной ЭВМ может быть выполнено на другой).

2. Передача наборов данных (файлов) между ЭВМ.

3. Доступ к удаленным файлам и организация распределенных баз данных.

4. Параллельная обработка на нескольких ЭВМ.

5. Общая производительность.

6. Время доставки сообщений. Среднестатистическая величина, характеризующая интервал времени между вводом запроса и получением ответа.

В более крупных по масштабам проектных организациях в сеть включены десятки-сотни и более компьютеров, относящихся к разным проектным и управленческим подразделениям и размещенных в помещениях одного или нескольких зданий. Такую сеть называют корпоративной. В ее структуре можно выделить ряд ЛВС, называемых подсетями, и средства связи ЛВС между собой. В эти средства входят коммутационные серверы (блоки взаимодействия подсетей).

 

Для удобства модернизации сложных информационных систем их делают максимально открытыми, т. е. приспособленными для внесения изменений в некоторую часть системы при сохранении неизменными остальных частей. В отношении вычислительных сетей реализация концепции открытости привела к появлению эталонной модели взаимосвязи открытых систем (ЭМВОС), предложенной Международной организацией стандартизации (ISO — International Standard Organization). В этой модели дано описание общих принципов, правил, соглашений, обеспечивающих взаимодействие информационных систем и называемых протоколами.

Информационную сеть в ЭМВОС рассматривают как совокупность функций (протоколов), которые подразделяют на группы, называемые уровнями. Именно разделение на уровни позволяет вносить изменения в средства реализации одного уровня без перестройки средств других уровней, что значительно упрощает и удешевляет модернизацию средств по мере развития техники.

Различают семь уровней ЭМВОС:

- На физическом

- На канальном

- На сетевом

- На транспортном

- На сеансовом

- На представительном

- На прикладном

 

В качестве средств обработки данных в современных САПР широко используют рабочие станции, серверы, персональные компьютеры. Применение больших ЭВМ и в том числе суперЭВМ нехарактерно, так как они дороги и их отношение производительность — цена существенно ниже подобного показателя серверов и многих рабочих станций.

 

Доступом к сети называют взаимодействие станции (узла сети) со средой передачи данных для обмена информацией с другими станциями. Управление доступом к сети — это установление последовательности, в которой станции получают доступ к среде передачи данных.

 

26 Технико-экономическое обоснование проектных задач. – Козлицкий

 

Методы и технические средства измерения температуры. Термоэлектрические побразователи и термометры сопротивления. Нормирующие преобразователи, барьеры искробезопасности, коммуникаторы, региМетоды и технические измерения давления и уровня. Кузнецов

 

Методы и технические средства измерения температуры. Переход тепла от одного тела к другому указывает на зависимость температуры от количества внутренней энер­гии, носителями которой являются молекулы вещества. Согласно молекулярно-кинетической теории сообщаемая телу тепловая энергия, вызывающая повышение его тем­пературы, преобразуется в энергию движения молекул.

Измерить температуру какого-либо тела непосредст­венно, т. е. так, как измеряют другие физические величи­ны, например длину, массу, объем или время, не представ­ляется возможным, ибо в природе не существует эталона или образца единицы этой величины. Поэтому определе­ние температуры вещества производят посредством наблю­дения за изменением физических свойств другого, так называемого термометрического (рабочего) вещества, ко­торое, будучи приведено в соприкосновение с нагретым телом, вступает с ним через некоторое время в тепловое равновесие. Такой метод измерения дает не абсолютное значение температуры нагретой среды, а лишь разность относительно исходной температуры рабочего вещества, условно принятой за нуль.

Вследствие изменения при нагреве внутренней энергии вещества практически все физические свойства последнего в большей или меньшей степени зависят от температуры, но для ее измерения выбираются по возможности те из них, которые однозначно меняются с изменением темпера­туры, не подвержены влиянию других факторов и сравни­тельно легко поддаются измерению. Этим требованиям наиболее полно соответствуют такие свойства рабочих веществ, как объемное расширение, изменение давления в замкнутом объеме, изменение электрического сопротив­ления, возникновение термоэлектродвижущей силы и ин­тенсивность излучения положенные в основу устройства приборов для измерения температуры.

Все типы термометров принято разбивать на два класса в зависимости от методики измерений. Традиционный и наиболее массовый вид термометров – контактные термометры, отличительной особенностью которых является необходимость теплового контакта между датчиком термометра и средой, температура которой измеряется. Вторую группу составляют бесконтактные термометры, для измерения которыми нет необходимости в тепловом контакте среды и прибора, а достаточно измерений собственного теплового или оптического излучения.

Контактные приборы и методы по принципу действия разделяются на:а) термометры расширения, принцип действия которых основан на зависимости объемного расширения жидкости и линейных размеров твердых тел от температуры;б) манометрические термометры, принцип действия которых основан на изменении давления рабочего (термометрического) вещества в зависимости от температуры;в) термоэлектрические термометры (термопары), принцип действия которых основан на использовании зависимости термоэлектродвижущей силы от температуры;г) термометры сопротивления, принцип действия которых основан на зависимости электрического сопротивления чувствительного элемента(проводника или полупроводника) от температуры.Бесконтактные методы, в основе которых лежит регистрация собственного теплового или оптического излучения, можно представить следующими направлениями:а) пирометрия – измерение температуры самосветящихся объектов: пламени, плазмы, астрофизических объектов;б) радиометрия – измерение температуры по собственному тепловому излучению тел. Для невысоких и комнатных температур это излучение находится в инфракрасном диапазоне длин волн;в) тепловидение – радиометрическое измерение температуры с пространственным разрешением и с преобразованием температурного поля в телевизионное изображение, иногда с цветовым контрастом. Позволяет измерять градиенты температуры, температуру среды в замкнутых объемах, например, температуру жидкостей в резервуарах и трубах. Термоэлектрические преобразователи. Измерение температуры термоэлектрическими термометрами (термоэлектрическими преобразователями, ТЭП) основано на использовании открытого в 1821 году немецким физиком Т. Зеебеком термоэлектрического эффекта, заключающегося в генерировании термоэлектродвижущей силы (термо-ЭДС), возникающей из-за разности температур между двумя соединениями различных металлов или сплавов, образующих часть одной и той же цепи.В простейшем случае, если цепь состоит из 2-х разнородных материалов, то она носит название термопары.Под термоэлектрическим термометром принято понимать комплект, состоящий из:1) термопары, осуществляющей преобразование температуры в электрическое напряжение;2) линий связи (удлиняющих проводов);3) вторичного прибора для измерения термо-ЭДС. Принцип действия Термопара представляет собой цепь, состоящую из двух соединенных между собой разнородных проводников А и В (рис.2.7). Эти проводники называются термоэлектродами, места соединения термоэлектродов – спаями. Спай с температурой t, погружаемый в измеряемую среду, называется рабочим (измерительным) спаем термопары, второй спай с температурой t0 носит название свободного (соединительного).Зеебеком было установлено, что если t0 и t не равны, то в такой цепи будет протекать электрический ток It. Направление тока зависит от разности температур спаев. При размыкании такой цепи на концах может быть измерена термо-ЭДС. Этот эффект обладает и обратным действием, т.е. если через такую цепь пропустить электрический ток, то в зависимости от направления тока один из спаев будет нагреваться, а другой охлаждаться (эффект Пельтье). Термометры сопротивления. Действие термопреобразователей сопротивления (термометров сопротивления) основано на свойстве металлов и полупроводников изменять свое электрическое сопротивление с изменением температуры.Известно, что подавляющее большинство металлов имеет положительный температурный коэффициент электрического сопротивления. Это связано с тем, что число носителей тока – электронов проводимости – в металлах очень велико и не зависит от температуры. Электрическое сопротивление металла увеличивается с повышением температуры в связи с возрастающим рассеянием электронов на неоднородностях кристаллической решетки, обусловленным увеличением тепловых колебаний ионов около своих положений равновесия. В полупроводниках наблюдается иная картина – число электронов проводимости резко возрастает с увеличением температуры. Поэтому электрическое сопротивление типичных полупроводников столь же резко (обычно по экспоненциальному закону) уменьшается при их нагревании. При этом температурный коэффициент электрического сопротивления полупроводников на порядок выше, чем у чистых металлов.Если известна зависимость между электрическим сопротивлением Rt термопреобразователя сопротивления и его температурой t (т.е. Rt=f(t) - градуировочная характеристика), то, измеряя Rt, можно определить температуру среды.Термометры сопротивления широко применяются для измерения температуры в интервале от –260 до 850 °С. В отдельных случаях они могут быть использованы для измерения температур до 1000 °С.К числу достоинств металлических термометров сопротивления следует отнести:• высокую степень точности измерения температуры;• возможность выпуска измерительных приборов к ним со стандартной градуировкой шкалы практически на любой температурный интервал;• возможность централизации контроля температуры путем присоединения нескольких взаимозаменяемых термометров сопротивления через переключатель к одному измерительному прибору.К недостаткам термометров сопротивления относится потребность в постоянном источнике тока.К металлическим проводникам термопреобразователя сопротивления предъявляется ряд требований:1) стабильность градуировочной характеристики;2) воспроизводимость, обеспечивающая взаимозаменяемость изготавливаемых термопреобразователей сопротивления;3) нечувствительность к малым примесям;4) линейность функции Rt = f(t);5) высокое значение температурного коэффициента электрического сопротивления;6) большое удельное сопротивление;7) невысокая стоимость материала.Исследования установили, что чем чище металл, тем более он отвечает указанным требованиям и тем больше отношение R100 / R0 и температурный коэффициент электрического сопротивления α, где R100 и R0 - сопротивления материала при температуре 100 и 0°С соответственно. При снятии механических напряжений в металле путем его отжига, эти характеристики достигают максимального значения для данного металла.Из числа чистых металлов наиболее пригодными для изготовления термометров сопротивления являются платина (Pt) и медь (Cu), хотя выпускаются термометры сопротивления, выполняемые из никеля, железа, свинца, вольфрама, но в нашей стране они не получили широкого распространения.

Нормирующие преобразователи. Нормирующие измерительные преобразователи температуры предназначены для преобразования сигналов термопреобразователей - термопар и термосопротивлений - в унифицированные сигналы постоянного тока. Нормирующие измерительные преобразователи температуры формируют сигнал тока, который линейно зависит от температуры.

Применение нормирующих измерительных преобразователей температуры позволяет:

· монтировать преобразователь прямо в соединительную головку датчика или в непосредственной близости от датчика;

· усиливать сигнал в месте расположения датчика и передавать усиленный сигнал на большие расстояния, тем самым снижать влияние электромагнитных помех;

· компенсировать влияние термо-ЭДС "холодного спая" для термопар и проводить линеаризацию нелинейных НСХ термопреобразователей и поэтому использовать вторичные приборы без этой функции;

· унифицировать сигналы, используемые в системе, а значит, упрощать номенклатуру применяемых вторичных приборов;

· своевременно обнаруживать аварийные сигналы, упрощать обслуживание и ремонт систем;

· снижать затраты на компенсационные и коммуникационные провода при больших расстояниях между первичным датчиком и вторичным прибором.

Барьеры искробезопасности. Предприятия нефтехимической, химической, газоперерабатывающей промышленности, а также некоторые предприятия пищевой промышленности предъявляют особые требования к системам управления технологическими процессами. Особенностью таких производств является постоянное или временное наличие взрывоопасных газовоздушных смесей на некоторых производственных установках. Таким образом, на подобных объектах неисправности электрических цепей систем управления, такие как замыкание сигнальных цепей или попадание высокого потенциала на сигнальные цепи может вызвать искрение и спровоцировать пожар или взрыв. Помимо требований по ограничению энергии, накопляемой электрической цепью, которая зависит от величины емкости и индуктивности цепи и включенных в ее состав приборов, вид защиты «искробезопасная электрическая цепь» требует наличия специальных устройств, которые не допускают попадания высокого потенциала или прохождения высокого тока со стороны системы управления в защищенную цепь – барьеров искробезопасности. Фактически, барьеры искробезопасности являются устройствами, устанавливающимися в сигнальные цепи между системой управления и первичными преобразователями или исполнительными механизмами, защищающими цепи, расположенные во взрывоопасных зонах от возможного попадания высокого потенциала в случае неисправности системы управления или возникновение высокого тока в цепи вследствие ее короткого замыкания.

Методы и технические измерения давления. Давление является одним из важнейших физических параметров, и его измерение необходимо как в расчетных целях, например для определения расхода, количества и тепловой энергии среды, так и в технологических целях, например для контроля и прогнозирования безопасных и эффективных гидравлических режимов напорных трубопроводов, используемых на предприятии.Давлением Р называют отношение абсолютной величины нормального, то есть действующего перпендикулярно к поверхности тела, вектора силы F к площади S этой поверхности. При равномерном распределении сил давление равно частному от деления нормальной составляющей силы давления на площадь, на которую эта сила действует.Для прямого измерения давления жидкой или газообразной среды с отображением его значения непосредственно на шкале, табло или индикаторе первичного измерительного прибора применяются манометры (ГОСТ 8.271-77). Если отображение значения давления на самом первичном приборе не производится, но он позволяет получать и дистанционно передавать соответствующий измеряемому параметру сигнал, то такой прибор называют измерительным преобразователем давления (ИПД)или датчиком давления. Возможно объединение этих двух свойств в одном приборе (манометр-датчик).Манометры классифицируют по принципу действия и конструкции,по виду измеряемого давления, по применению и назначению, по типу отображения данных и другим признакамПо принципу действия манометры можно подразделить на:- жидкостные (измеряемое давление уравновешивается гидростатически столбом жидкости (воды, ртути) соответствующей высоты);- деформационные (давление определяется по величине деформации и перемещения упругого чувствительного элемента (УЧЭ) - мембраны,трубчатой пружины, сильфона);- электрические (давление определяется на основании зависимости электрических параметров: сопротивления, емкости, заряда, частоты - чувствительного элемента (ЧЭ) от измеряемого давления).- грузопоршневые (измеряемое или воспроизводимое давление гидростатически уравновешивается через жидкую или газообразную среду прибора давлением веса поршня с грузоприемным устройством и комплектом образцовых гирь);По виду измеряемого давления манометры подразделяют на:- собственно манометры (приборы для измерения избыточного и абсолютного давления);- вакуумметры (приборы для измерения разрежения);- мановакуумметры (приборы для измерения давления и разрежения);- барометры (приборы для измерения атмосферного давления);- дифференциальные манометры (дифманометры) (приборы для измерения разностного давления);- напоромеры (приборы для измерения небольших (до 20-40 кПа) избыточных давлений газовых сред);- тягомеры (приборы для измерения небольших (до 20-40 кПа) разрежений газовых сред);- тягонапоромеры (приборы для измерения небольших (до 20-40 кПа) избыточных давлений и разрежений газовых сред);- микроманометры (дифманометры с малым перепадом давления).По области применения манометры подразделяют на:- общепромышленные или технические (работающие в промышленных условиях при перепадах температур и влажности окружающей среды, вибрациях, загрязнении внешней среды и т.п.);- лабораторные (приборы повышенной точности для использования в комфортных и стабильных условиях лабораторий);- образцовые (для поверки рабочих манометров);- эталонные (хранители единиц давления с целью передачи их образцовым приборам);- специальные (применяются в экстремальных условиях: на железнодорожном транспорте, судах, котельных установках, при работе с кислотными и другими агрессивными средами).По типу отображения значений измеряемого давления манометры подразделяют на:- прямопоказывающие (с визуальным считыванием данных непосредственно по аналоговой (стрелочной) или цифровой шкале прибора);- сигнализирующие (электроконтактные) (с выдачей управляющего электрического сигнала путем замыкания или размыкания контактов при достижении измеряемым давлением заранее установленного контрольного значения);- регистрирующие (самопишущие) (с записью в память значений давления как функции времени и их отображением на электронном табло).По виду измеряемого давления ИПД подразделяются на:- преобразователи абсолютного давления (ДА);- преобразователи избыточного давления (ДИ);- преобразователи вакууметрического давления (ДВ);- преобразователи избыточного/вакууметрического давления(ДИВ);- преобразователи дифференциального давления (ДД);- преобразователи гидростатического давления (ДГ).По выходному сигналу ИПД подразделяются на:- аналоговые (измеряемое давление преобразуется в аналоговый унифицированный пневматический или электрический сигнал);- цифровые. Методы и технические измерения уровня. В настоящее время операция измерения уровня является ключевой для организации контроля и управления технологическими процессами в химическом, нефтехимическом и нефтеперерабатывающем производствах, в пищевой промышленности, промышленности строительных материалов, в системах экологического мониторинга и во многих других отраслях. К приборам для измерения уровня заполнения ёмкостей и сосудов, или уровнемерам, предъявляются различные требования: в одних случаях требуется только сигнализировать о достижении определённого предельного значения, в других необходимо проводить непрерывное измерение уровня заполнения.Существует широкая номенклатура средств контроля и измерения уровня, использующих различные физические методы: поплавковый, буйковый, ёмкостный, гидростатического давления, ультразвуковой, радарный и др. Эти методы и средства позволяют контролировать уровень различных сред: жидких (чистых, загрязнённых), пульп, нефтепродуктов, сыпучих твёрдых различной дисперсности. При выборе уровнемера необходимо учитывать такие физические и химические свойства контролируемой среды, как температура, абразивные свойства, вязкость, электрическая проводимость, химическая агрессивность и т.д. Кроме того, следует принимать во внимание рабочие условия в резервуаре или около него: давление, вакуум, нагревание, охлаждение, способ заполнения или опорожнения (пневматический или механический), наличие мешалки, огнеопасность, взрывоопасность и другие.Устройства для измерения уровня жидкостей можно подразделить наследующие:- визуальные;- поплавковые, в которых для измерения уровня используется поплавок или другое тело, находящееся на поверхности жидкости;- буйковые, в которых для измерения уровня используется массивное тело (буёк), частично погружаемое в жидкость;- гидростатические, основанные на измерении гидростатического давления столба жидкости;- электрические, в которых величины электрических параметров зависят от уровня жидкости;- ультразвуковые, основанные на принципе отражения от поверхности звуковых волн;- радарные и волноводные, основанные на принципе отражения от поверхности сигнала высокой частоты (СВЧ);- радиоизотопные, основанные на использовании интенсивности потока ядерных излучений, зависящих от уровня жидкости.Помимо классификации уровнемеров по принципу действия, эти приборы делятся на:- приборы для непрерывного слежения за уровнем;

- приборы для сигнализации о предельных значениях уровня (сигнализаторы уровня).