Документ представляет собой комплект контрольно-измерительных материалов для проверки знаний и умений студентов по автоматизации технологических процессов. ФОС разработан в соответствии с требованиями федерального государственного образовательного стандарта и предназначен для проведения текущего контроля успеваемости и промежуточной аттестации в форме дифференцированного зачёта.
Содержание фонда оценочных средств структурировано по основным разделам дисциплины и включает следующие компоненты:
1. Структура комплекта КОС
✓ Фонд охватывает 3 раздела дисциплины: "Средства измерений", "Основы теории автоматического регулирования", "Автоматизация типовых процессов биотехнологических производств".
✓ Для текущего контроля предусмотрены 3 контрольные работы (по разделам), каждая состоит из тестовой части (закрытые задания) и теоретических вопросов (открытые задания).
✓ Промежуточная аттестация представлена перечнем из 40 вопросов для подготовки к дифференцированному зачёту.
2. Структура и критерии оценки контрольных работ
Для всех контрольных работ установлена единая
система оценивания:
✓ 5 заданий закрытой формы (тесты с выбором одного или нескольких ответов) — 2 балла за каждое.
✓ 5 заданий открытой формы (развёрнутые теоретические вопросы) — 2 балла за каждое.
✓ Максимальный балл — 20.
✓ "Отлично" — 18–20 баллов; "Хорошо" — 14–17 баллов; "Удовлетворительно" — 10–13 баллов; "Неудовлетворительно" — менее 10 баллов.
3. Текущий контроль (контрольная работа № 1. Средства измерений)
Часть 1. Тестовые задания (10 вопросов):
✓ Государственная система промышленных приборов (ГСП) — система стандартов, устанавливающая классификацию, обозначения и требования к приборам и средствам автоматизации.
✓ Средства измерения температуры: термопреобразователи сопротивления (ТСМ), манометрические термометры.
✓ Принцип работы термопары — возникновение термо-ЭДС в месте контакта двух разнородных металлов.
✓ Дифференциальный манометр (дифманометр) применяется для измерения расхода методом переменного перепада давления и для измерения уровня по гидростатическому принципу.
✓ Ротаметр — расходомер постоянного перепада давления (обтекания).
✓ Поплавковый уровнемер не подходит для измерения уровня сыпучих материалов.
✓ Психрометр — прибор для измерения относительной влажности воздуха.
✓ Унифицированный сигнал 4–20 мА — для дистанционной передачи измерительной информации от датчика в опасной зоне к прибору на щите управления.
✓ Ареометр — для измерения плотности жидкости.
✓ Манометрический термометр состоит из термобаллона, капиллярной трубки и измерительного манометра (не требует внешнего питания).
Часть 2. Теоретические вопросы (5 вопросов):
Классификация приборов для измерения давления по принципу действия (жидкостные, пружинные, электрические); устройство и принцип работы пружинного манометра с трубкой Бурдона.
Метод измерения расхода по переменному перепаду давления; сужающие устройства (диафрагма, сопло, труба Вентури), их отличия.
Сравнение поплавкового и гидростатического (пьезометрического) уровнемеров: принципы действия, достоинства, недостатки, области применения в биохимическом производстве.
Приборы для контроля вязкости (вискозиметры) и плотности (ареометры, денсиметры) в биотехнологическом производстве.
Основная цель создания ГСП; значение системы условных обозначений для чтения технической документации и схем автоматизации.
4. Текущий контроль (контрольная работа № 2. Основы теории автоматического регулирования)
Часть 1. Тестовые задания (10 вопросов):
✓ Система автоматического регулирования (САР) — совокупность объекта управления и регулятора, взаимодействующих без участия человека.
✓ Состав замкнутой САР: чувствительный элемент (датчик), задающее устройство, исполнительный механизм, регулирующий орган.
✓ Обратная связь — передача сигнала с выхода объекта на вход регулятора для коррекции управляющего воздействия.
✓ Классификация систем регулирования по способу выработки управляющего сигнала: по отклонению, по возмущению, комбинированные.
✓ П-регулятор — управляющий сигнал пропорционален отклонению регулируемого параметра от заданного значения.
✓ ПИ-закон регулирования обеспечивает наивысшую точность в установившемся режиме (отсутствие статической ошибки).
✓ Исполнительный механизм преобразует электрический сигнал регулятора в механическое перемещение регулирующего органа.
✓ Регулирующие органы: односедельный клапан, поворотная заслонка, шаровая крановая задвижка.
✓ Самовыравнивание объекта — способность возвращаться к новому установившемуся значению без участия регулятора.
✓ Щиты и пульты управления — вспомогательные средства автоматизации.
Часть 2. Теоретические вопросы (5 вопросов):
Классификация САР: статические и астатические системы (принципиальное отличие, области применения).
Сравнительная характеристика П-, И- и ПИ-законов регулирования: статическая ошибка, время регулирования, колебательность. Выбор закона для поддержания температуры в биохимическом реакторе.
Автоматический регулятор: определение, классификация по виду энергии (электрические, пневматические, гидравлические); преимущества и недостатки в условиях биохимического производства.
Взаимосвязь исполнительного механизма и регулирующего органа; устройство и принцип действия односедельного клапана; применение в биохимическом производстве.
Вспомогательные средства автоматизации: усилители, преобразователи сигналов, реле, щиты и пульты управления; роль щитов и пультов, конструктивные разновидности.
5. Текущий контроль (контрольная работа № 3. Автоматизация типовых процессов биотехнологических производств)
Часть 1. Тестовые задания (10 вопросов):
✓ В процессе ферментации автоматическому контролю подлежат: температура, pH, концентрация растворённого кислорода, пенообразование.
✓ Для контроля pH в ферментере используется стеклянный электрод со встроенным термокомпенсатором.
✓ Технологический кондиционер поддерживает параметры воздуха (температура, влажность, чистота), подаваемого в ферментер.
✓ Дозаторы жидкости работают по принципам объёмного, весового и временного дозирования.
✓ Для дозирования сыпучих компонентов применяется шнековый дозатор.
✓ АСУ ТП — человеко-машинная система для сбора, обработки информации и выработки управляющих воздействий.
✓ SCADA-система выполняет сбор данных, визуализацию, регистрацию и архивирование параметров, сигнализацию отклонений.
✓ В теплообменнике объектами автоматизации могут быть температура продукта, расход пара, уровень конденсата.
✓ Автоматизация сушки направлена на поддержание температуры, влажности продукта, скорости движения воздуха и давления.
✓ Система аварийной защиты предназначена для предотвращения аварий (отключение оборудования, перевод в безопасное состояние).
Часть 2. Теоретические вопросы (5 вопросов):
Основные группы приборов технологического контроля в биохимическом производстве: приборы контроля температуры, влажности, давления, расхода, уровня, pH; особенности эксплуатации, примеры.
Значение автоматического дозирования для качества продукции; сравнение дозаторов жидкости и сыпучих материалов; типовые схемы автоматизации узлов дозирования.
Определение АСУ ТП, задачи и критерии эффективности; виды обеспечения (техническое, программное, информационное, организационное); роль оператора-технолога.
Функциональная схема автоматизации: назначение в проектной документации, правила построения, условные обозначения приборов по ГОСТ 21.208-2013.
Автоматизация типового процесса (теплообмен или сушка): цель, контролируемые параметры, датчики, регулирующие органы, закон регулирования, взаимодействие оператора с системой.
6. Промежуточная аттестация (дифференцированный зачёт)
Перечень из 40 вопросов, охватывающих все разделы дисциплины:
✓ Раздел 1. Средства измерений: понятие измерения, методы измерений; ГСП — классификация и стандартизация; манометрические термометры, термопреобразователи сопротивления, термопары; классификация приборов для измерения давления, пружинные манометры; дифференциальные манометры; расходомеры переменного перепада давления, ротаметры; объёмные и скоростные счётчики жидкости; поплавковые и гидростатические уровнемеры; приборы для измерения влажности, вязкости и плотности; система дистанционной передачи измерительной информации (унифицированные сигналы).
✓ Раздел 2. Основы теории автоматического регулирования: САР — определение, основные элементы; отличие САУ от САР; объект регулирования (ёмкость, самовыравнивание, запаздывание); принципы регулирования (по отклонению, по возмущению, комбинированный); законы регулирования (П, И, Д, ПИ, ПИД); автоматические регуляторы (классификация по виду энергии); регулирующие органы и исполнительные механизмы; вспомогательные средства автоматизации; щиты и пульты управления.
✓ Раздел 3. Автоматизация типовых процессов: технологические параметры в биохимическом производстве; контроль и регулирование pH (pH-метр); технологический кондиционер; дозаторы жидких и сыпучих компонентов; АСУ ТП (задачи, структура, подсистемы, SCADA); функциональные схемы автоматизации (ГОСТ 21.208-2013); автоматизация теплообмена, сушки, смешения; системы аварийной защиты и блокировок; каскадное и программное регулирование; механизация и автоматизация (различие); требования безопасности при эксплуатации средств автоматизации; роль КИПиА в обеспечении качества продукции.
7. Критерии оценки зачёта
✓ "Отлично" — последовательное, связное изложение, глубокое понимание материала, правильные ответы на основные и дополнительные вопросы.
✓ "Хорошо" — твёрдое усвоение основного материала, но допущены несущественные пропуски.
✓ "Удовлетворительно" — знание узловых тем, но изложение упрощённое, с ошибками и затруднениями.
✓ "Неудовлетворительно" — бессистемное изложение, незнание узловых вопросов.
8. Формируемые компетенции
Освоение дисциплины направлено на развитие общих (ОК 01, ОК 02, ОК 07, ОК 09) и профессиональных компетенций (ПК 1.1, ПК 1.2, ПК 2.1, ПК 2.4, ПК 2.6), что обеспечивает формирование у студентов:
✓ Умений различать процессы механизации и автоматизации; понимать разницу между измерением, регулированием и контролем; выбирать средства автоматизации исходя из требований производственного процесса; применять инструменты и оборудование согласно НТД.
✓ Знаний о структуре и классификации автоматических систем управления, видах датчиков и приборов (температура, давление, расход, уровень, pH, влажность, вязкость, плотность), принципах действия регуляторов и контроллёров, типах обратных связей, правилах безопасной эксплуатации средств автоматизации, принципах построения АСУ ТП и функциональных схем автоматизации.
ФОС по автоматизации технологических процессов носит комплексный характер и позволяет всесторонне оценить как теоретические знания (ГСП, средства измерений, законы регулирования, структура АСУ ТП), так и практические навыки (выбор оборудования, чтение схем, настройка систем регулирования), обеспечивая готовность будущих техников-технологов к работе с современными системами автоматизации в биохимическом производстве.
✓ 5 заданий закрытой формы (тесты с выбором одного или нескольких ответов) — 2 балла за каждое.
✓ 5 заданий открытой формы (развёрнутые теоретические вопросы) — 2 балла за каждое.
✓ Максимальный балл — 20.
✓ "Отлично" — 18–20 баллов; "Хорошо" — 14–17 баллов; "Удовлетворительно" — 10–13 баллов; "Неудовлетворительно" — менее 10 баллов.
3. Текущий контроль (контрольная работа № 1. Средства измерений)
Часть 1. Тестовые задания (10 вопросов):
✓ Государственная система промышленных приборов (ГСП) — система стандартов, устанавливающая классификацию, обозначения и требования к приборам и средствам автоматизации.
✓ Средства измерения температуры: термопреобразователи сопротивления (ТСМ), манометрические термометры.
✓ Принцип работы термопары — возникновение термо-ЭДС в месте контакта двух разнородных металлов.
✓ Дифференциальный манометр (дифманометр) применяется для измерения расхода методом переменного перепада давления и для измерения уровня по гидростатическому принципу.
✓ Ротаметр — расходомер постоянного перепада давления (обтекания).
✓ Поплавковый уровнемер не подходит для измерения уровня сыпучих материалов.
✓ Психрометр — прибор для измерения относительной влажности воздуха.
✓ Унифицированный сигнал 4–20 мА — для дистанционной передачи измерительной информации от датчика в опасной зоне к прибору на щите управления.
✓ Ареометр — для измерения плотности жидкости.
✓ Манометрический термометр состоит из термобаллона, капиллярной трубки и измерительного манометра (не требует внешнего питания).
Часть 2. Теоретические вопросы (5 вопросов):
Классификация приборов для измерения давления по принципу действия (жидкостные, пружинные, электрические); устройство и принцип работы пружинного манометра с трубкой Бурдона.
Метод измерения расхода по переменному перепаду давления; сужающие устройства (диафрагма, сопло, труба Вентури), их отличия.
Сравнение поплавкового и гидростатического (пьезометрического) уровнемеров: принципы действия, достоинства, недостатки, области применения в биохимическом производстве.
Приборы для контроля вязкости (вискозиметры) и плотности (ареометры, денсиметры) в биотехнологическом производстве.
Основная цель создания ГСП; значение системы условных обозначений для чтения технической документации и схем автоматизации.
4. Текущий контроль (контрольная работа № 2. Основы теории автоматического регулирования)
Часть 1. Тестовые задания (10 вопросов):
✓ Система автоматического регулирования (САР) — совокупность объекта управления и регулятора, взаимодействующих без участия человека.
✓ Состав замкнутой САР: чувствительный элемент (датчик), задающее устройство, исполнительный механизм, регулирующий орган.
✓ Обратная связь — передача сигнала с выхода объекта на вход регулятора для коррекции управляющего воздействия.
✓ Классификация систем регулирования по способу выработки управляющего сигнала: по отклонению, по возмущению, комбинированные.
✓ П-регулятор — управляющий сигнал пропорционален отклонению регулируемого параметра от заданного значения.
✓ ПИ-закон регулирования обеспечивает наивысшую точность в установившемся режиме (отсутствие статической ошибки).
✓ Исполнительный механизм преобразует электрический сигнал регулятора в механическое перемещение регулирующего органа.
✓ Регулирующие органы: односедельный клапан, поворотная заслонка, шаровая крановая задвижка.
✓ Самовыравнивание объекта — способность возвращаться к новому установившемуся значению без участия регулятора.
✓ Щиты и пульты управления — вспомогательные средства автоматизации.
Часть 2. Теоретические вопросы (5 вопросов):
Классификация САР: статические и астатические системы (принципиальное отличие, области применения).
Сравнительная характеристика П-, И- и ПИ-законов регулирования: статическая ошибка, время регулирования, колебательность. Выбор закона для поддержания температуры в биохимическом реакторе.
Автоматический регулятор: определение, классификация по виду энергии (электрические, пневматические, гидравлические); преимущества и недостатки в условиях биохимического производства.
Взаимосвязь исполнительного механизма и регулирующего органа; устройство и принцип действия односедельного клапана; применение в биохимическом производстве.
Вспомогательные средства автоматизации: усилители, преобразователи сигналов, реле, щиты и пульты управления; роль щитов и пультов, конструктивные разновидности.
5. Текущий контроль (контрольная работа № 3. Автоматизация типовых процессов биотехнологических производств)
Часть 1. Тестовые задания (10 вопросов):
✓ В процессе ферментации автоматическому контролю подлежат: температура, pH, концентрация растворённого кислорода, пенообразование.
✓ Для контроля pH в ферментере используется стеклянный электрод со встроенным термокомпенсатором.
✓ Технологический кондиционер поддерживает параметры воздуха (температура, влажность, чистота), подаваемого в ферментер.
✓ Дозаторы жидкости работают по принципам объёмного, весового и временного дозирования.
✓ Для дозирования сыпучих компонентов применяется шнековый дозатор.
✓ АСУ ТП — человеко-машинная система для сбора, обработки информации и выработки управляющих воздействий.
✓ SCADA-система выполняет сбор данных, визуализацию, регистрацию и архивирование параметров, сигнализацию отклонений.
✓ В теплообменнике объектами автоматизации могут быть температура продукта, расход пара, уровень конденсата.
✓ Автоматизация сушки направлена на поддержание температуры, влажности продукта, скорости движения воздуха и давления.
✓ Система аварийной защиты предназначена для предотвращения аварий (отключение оборудования, перевод в безопасное состояние).
Часть 2. Теоретические вопросы (5 вопросов):
Основные группы приборов технологического контроля в биохимическом производстве: приборы контроля температуры, влажности, давления, расхода, уровня, pH; особенности эксплуатации, примеры.
Значение автоматического дозирования для качества продукции; сравнение дозаторов жидкости и сыпучих материалов; типовые схемы автоматизации узлов дозирования.
Определение АСУ ТП, задачи и критерии эффективности; виды обеспечения (техническое, программное, информационное, организационное); роль оператора-технолога.
Функциональная схема автоматизации: назначение в проектной документации, правила построения, условные обозначения приборов по ГОСТ 21.208-2013.
Автоматизация типового процесса (теплообмен или сушка): цель, контролируемые параметры, датчики, регулирующие органы, закон регулирования, взаимодействие оператора с системой.
6. Промежуточная аттестация (дифференцированный зачёт)
Перечень из 40 вопросов, охватывающих все разделы дисциплины:
✓ Раздел 1. Средства измерений: понятие измерения, методы измерений; ГСП — классификация и стандартизация; манометрические термометры, термопреобразователи сопротивления, термопары; классификация приборов для измерения давления, пружинные манометры; дифференциальные манометры; расходомеры переменного перепада давления, ротаметры; объёмные и скоростные счётчики жидкости; поплавковые и гидростатические уровнемеры; приборы для измерения влажности, вязкости и плотности; система дистанционной передачи измерительной информации (унифицированные сигналы).
✓ Раздел 2. Основы теории автоматического регулирования: САР — определение, основные элементы; отличие САУ от САР; объект регулирования (ёмкость, самовыравнивание, запаздывание); принципы регулирования (по отклонению, по возмущению, комбинированный); законы регулирования (П, И, Д, ПИ, ПИД); автоматические регуляторы (классификация по виду энергии); регулирующие органы и исполнительные механизмы; вспомогательные средства автоматизации; щиты и пульты управления.
✓ Раздел 3. Автоматизация типовых процессов: технологические параметры в биохимическом производстве; контроль и регулирование pH (pH-метр); технологический кондиционер; дозаторы жидких и сыпучих компонентов; АСУ ТП (задачи, структура, подсистемы, SCADA); функциональные схемы автоматизации (ГОСТ 21.208-2013); автоматизация теплообмена, сушки, смешения; системы аварийной защиты и блокировок; каскадное и программное регулирование; механизация и автоматизация (различие); требования безопасности при эксплуатации средств автоматизации; роль КИПиА в обеспечении качества продукции.
7. Критерии оценки зачёта
✓ "Отлично" — последовательное, связное изложение, глубокое понимание материала, правильные ответы на основные и дополнительные вопросы.
✓ "Хорошо" — твёрдое усвоение основного материала, но допущены несущественные пропуски.
✓ "Удовлетворительно" — знание узловых тем, но изложение упрощённое, с ошибками и затруднениями.
✓ "Неудовлетворительно" — бессистемное изложение, незнание узловых вопросов.
8. Формируемые компетенции
Освоение дисциплины направлено на развитие общих (ОК 01, ОК 02, ОК 07, ОК 09) и профессиональных компетенций (ПК 1.1, ПК 1.2, ПК 2.1, ПК 2.4, ПК 2.6), что обеспечивает формирование у студентов:
✓ Умений различать процессы механизации и автоматизации; понимать разницу между измерением, регулированием и контролем; выбирать средства автоматизации исходя из требований производственного процесса; применять инструменты и оборудование согласно НТД.
✓ Знаний о структуре и классификации автоматических систем управления, видах датчиков и приборов (температура, давление, расход, уровень, pH, влажность, вязкость, плотность), принципах действия регуляторов и контроллёров, типах обратных связей, правилах безопасной эксплуатации средств автоматизации, принципах построения АСУ ТП и функциональных схем автоматизации.
ФОС по автоматизации технологических процессов носит комплексный характер и позволяет всесторонне оценить как теоретические знания (ГСП, средства измерений, законы регулирования, структура АСУ ТП), так и практические навыки (выбор оборудования, чтение схем, настройка систем регулирования), обеспечивая готовность будущих техников-технологов к работе с современными системами автоматизации в биохимическом производстве.
✅