background image

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   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  

background image

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

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

background image

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

SPIS TREŚCI

                    

 

1. Wprowadzenie 
2. Wymagania wstępne  
3. Cele kształcenia 
4. Przykładowe scenariusze zajęć  
5. Ćwiczenia 

5.1. Podstawowe pojęcia automatyki 




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 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

background image

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

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. 

 

 

background image

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

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 

background image

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

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. 

 

 

background image

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

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. 

 

background image

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

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. 

background image

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

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.

 

background image

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

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. 
 

 

 

background image

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. 

 

background image

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. 

 

background image

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

12 

Tabela wyników 

Nastawa zaworu [%] 

Natężenie przepływu [dm

3

/min] 

20 

0,8 

40 

2,2 

60 

4,5 

80 

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. 

background image

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.

 

background image

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),  

background image

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).

 

background image

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. 

background image

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  
 
 
 

background image

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.

 

background image

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 

2. 

Wyjaśnić pojęcie charakterystyka 
statyczna obiektu regulacji 

3.  Wyjaśnić pojęcie siłownik 

4.  Rozróżnić rodzaje układów regulacji 

5. 

Rozróżnić elementy budowy zaworu 
nastawczego 

PP 

6. 

Scharakteryzować zasadę działania 
siłownika elektromagnetycznego 

PP 

7. 

Rozróżnić na schematach urządzenia 
regulacji 

PP 

8. 

Podać przykłady stosowania urządzeń 
regulacji 

PP 

background image

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 

10. 

Rozróżnić charakterystyki regulatorów  
w postaci wykresów 

PP 

11. 

Rozróżnić typy regulatorów ze względu 
na źródło zasilania 

12. 

Podać rolę blokad w układach 
sterowania 

13. 

Scharakteryzować układy regulacji 
pneumatycznej 

14. 

Rozróżnić znormalizowane symbole 
regulacji 

15. 

Scharakteryzować regulatory 
w zależności od sygnału nastawienia 

PP 

16. 

Ocenić zagrożenie przeciwpożarowe 
w warunkach przemysłowych 

17. 

Podać zasady sterowania procesem 
suszenia ciał stałych 

PP 

18. 

Podać przykłady stosowania urządzeń 
regulacji w procesie sterowania 
rektyfikacją 

19.  Wyjaśnić pojęcie sterowanie nadrzędne 

20. 

Podać urządzenia do kontroli procesu 
technologicznego 

 

background image

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. 

background image

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. 

 
 

background image

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. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

background image

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 

background image

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. 

background image

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. 

 

2. 

 

3. 

 

4. 

 

5. 

 

6. 

 

7. 

 

8. 

 

9. 

 

10. 

 

11. 

 

12. 

 

13. 

 

14. 

 

15. 

 

16. 

 

17. 

 

18. 

 

19. 

 

20. 

 

Razem:   

 

 

 

background image

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 

background image

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

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. 

background image

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

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

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 

background image

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. 

background image

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 

 
 
 
 
 

background image

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 

 

32 

Karta obserwacji 

 

Lp. 

Czynność  

Maksymalna 

liczba 

punktów 

Uzyskana 

liczba 

punktów 

Obliczenia 

 

 

Wykonanie  

 

 

1. 

Przygotowanie 
odczynników 

Ustalenie zasad bezpiecznej pracy  

 

 

Ustawienie przepływu wody 
przez zbiornik 

o

V

&  = 2,0 dm

3

/min 

 

Uruchomienie mieszadła  
i pH-metru 

 

Sprawdzenie rejestratora 

 

 

2. 

Uruchomienie układu 
(wykonanie 
czynności zgodnie z 
instrukcją) 

Sprawdzenie poprawności 
działania układu 

 

Wykonanie pomiarów 

 

 

Sporządzenie tabel z wynikami 
pomiarów 

 

 

Narysowanie wykresów 
 

 

3. 

Zbadanie dynamiki 
zmian pH  
w zbiorniku 

Wyznaczenie K

 

 

4. 

Wnioski 

 

 
 
 

 

 

background image

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.