рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

АВТОМАТИКА И АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ Конспект лекций

АВТОМАТИКА И АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ Конспект лекций - раздел Производство, Саратовский Государственный Технический Университет...

Саратовский государственный технический университет

Кафедра «Производство строительных материалов,

изделий и конструкций» ( П С К )

 

Г.Ф. ПОВИТКОВ

 

 

АВТОМАТИКА И АВТОМАТИЗАЦИЯ

ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ

Конспект лекций

для студентов специальности ПСК

Саратов – 2010

  УДК 658. 52. 011. 56  

ПРИБОРЫ ДЛЯ АВТОМАТИЗАЦИИ

ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ

1. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ   Измерительные преобразователи - чувствительные элементы, предназначенные для измерения физических величин и…

А) Преобразователи перемещений

Измерительным преобразователем перемещений называют прибор, который в качестве входной величины использует перемещение. В зависимости от того, в какую выходную величину преобразуется перемещение, различают: реостатные, индуктивные и емкостные ИзПр.

  Рис. 3 Схема включения реостатного измерительного преобразователя

Реостатным называется ИзПр, в котором перемещение преобразуется в электрическое сопротивление. Его характеристика имеет вид: Rх = R*х/L , где Rх - сопротивление, включённое в цепь, Ом; R - полное сопротивление намотки, Ом; х - перемещение щетки, см; L - полная длина реостата, см. В общем виде для этого ИзПр Ux=f(x). Конструктивно реостатные преобразователи выполняются как приборы угловых и линейных перемещений (рис.3).

 

Рис. 4 Схема индуктивного измерительного преобразователя

 

Индуктивные Пр перемещений работают по принципу изменения полного сопротивления катушки со стальным сердечником при перемещении подвижной части - стального сердечника (якоря). Перемещение якоря вызывает изменение силы тока J= U/Z в цепи катушки и, следовательно, напряжения Uвых на выходе прибора, по которому можно судить о величине перемещения. Индуктивные преобразователи применяют при создании устройств и приборов, работающих по принципу механических перемещений (электрических манометров, динамометров, тензометров для измерения напряжений) (рис.4).

Рис. 5 Емкостной измерительный преобразователь

Емкостные Пр перемещений используют зависимость электрической емкости конденсатора от расстояния между пластинами. Электрическая емкость плоского конденсатора: С = 0,089 e*S / d , где e - диэлектрическая (относительная) проницаемость среды; S – площадь перекрытия пластин конденсатора, см; d - расстояние между пластинами, см. При перемещении пластины прибора его емкость, сила тока, проходящего через него, а следовательно, и напряжение снимаемое с выходного резистора, изменяются (это напряжение и является выходной величиной) (рис.5).

Емкостные преобразователи включаются в мостовую или резонансную схему с усилителями. Их преимущества – высокая чувствительность, относительно малые габаритные размеры и масса, небольшие усилия, необходимые для перемещения подвижной части, а также малые силы притяжения между пластинами. Недостаток: большое реактивное сопротивление при работе прибора на промышленной частоте, в связи с чем необходимо иметь приборы для повышения частоты. Используют ёмкостные преобразователи в основном для преобразования в электрические величины быстро изменяющихся параметров – давлений, вибраций, ускорений, для определения перемещений, размеров деталей.

 

Б) Преобразователи температуры

Основные ИзПр температуры: термопары и термисторы.

 

Термопара – устройство преобразующее измеряемую температуру в ЭДС. Измерение температуры при помощи рабочего конца термопары можно свести к измерению термо-ЭДС, которую развивает термопара при постоянной температуре свободного конца.

Термопары делят на две группы: из благородных и неблагородных металлов. В наименовании термопар первым обычно указывают положительный электрод, вторым - отрицательный.

Платинородий - платиновая – ТПП ( в платинородии 10% родия). Рекомендуется при постоянном использовании до 1300°C, при кратковременном – до 1600°. Компенсационные провода: медь (цвет оплётки красный) и медный сплав (оплётка – зелёная).

Платинородиевая – ТПР или ПР 30/6 – в одном электроде родия 30%, в другом – 6%. Используется для измерения температур в постоянном режиме более 1600˚С. Компенсационные провода: оба медные.

Хромель-алюмелевая – ТХА. Хромель: сплав из 89% никеля, 9,8 – хрома, 1 % - железа и 0,2 марганца. Алюмель: 94% никеля и 6% алюминия, марганца, кремния. Используют в постоянном режиме до 900˚С, кратковременно – до 1100˚. Компенсационные провода: те же - хромель (цвет оплётки фиолетовый) и алюмель (оплётка чёрного цвета) или медь (оплётка красная) и константан (оплётка коричневая).

Хромель-копелевая – ТХК. Копель: 56% меди и 44% никеля. Применяют для постоянной работы до 600˚, в кратковременном режиме – до 800˚. Компенсационные провода: те же – хромель (оплётка фиолетовая) и копель (цвет оплётки жёлтый).

Термопары из благородных металлов выполняют диаметром проволок менее 0,5 мм. Термопары из неблагородных металлов имеют электроды более 0,5 мм (часто 5 мм).

Термисторы (температурные преобразователи сопротивления) действуют по принципу изменения сопротивления проводников или полупроводников при изменении температуры.

Термометры сопротивления металлические. С увеличением температуры сопротивление большинства металлов возрастает. Однако это возрастание неодинаково для разных температур. Т.е. температурный коэффициент сопротивления постоянен только для определенного диапазона температур, характерного для данного материала. Например, для меди диапазон: -50¸+1800С; для пластины О¸6500С. В промышленности применяют платиновые (ТСП) и медные (ТСМ) термометры сопротивления. Платину используют в виде проволоки диаметром 0,05-0,07 мм; медь – не менее 0,1 мм (из-за меньшей механической прочности). Медь покрывают эмалью. Сопротивление для ТСП 10, 46 и 100 Ом; для медных – 53 и 100 Ом. Это при 00С.

Полупроводниковые термисторы (терморезисторы) резко теряют электрическое сопротивление при увеличении температуры, т.е. имеют большой отрицательный температурный коэффициент = - 100 В/Т. У них электросопротивление уменьшается на 3-6% на 10С при 200С (а у проводников всего на 0,4% на 10С). Термисторы значительно превосходят по чувствительности металлические термометры сопротивления. Это дает возможность для измерения сопротивления использовать более простые, более дешевые приборы.

Обозначение терморезистора состоит из букв, указывающих на его материал, и цифр, определяющих форму, размеры, конструкцию (например, ММТ – медно-марганцевый, КМТ – кобальто-марганцевый). Их изготовляют цилиндрическими, шайбовыми, дисковыми и бусинковыми.

 

В) Фотоэлектрические преобразователи

 

Фотоэлектрическими называют ИзПр, который реагируют на изменение освещенности. В них используются три вида фотоэффекта (т.е. изменения свойств вещества при изменении его освещенности):

- внешний фотоэффект, состоящий в том, что под влиянием световой энергии из катода электронной лампы вылетают электроны (происходит эмиссия); сила тока эмиссии зависит от освещенности катода (рис.6).

- внутренний фотоэффект, заключающийся в изменении активного сопротивления (электропроводности) полупроводника в зависимости от его освещенности (рис.7).

- вентильный фотоэффект, при котором между слоями освещаемого проводника и неосвещаемого полупроводника, разделенными тонким изоляционным слоем, возникает ЭДС, зависящая от освещенности.

Фотоэлектрические преобразователи (ФЭПр) с внешним фотоэффектом представляет собой вакуумную или газонаполненную лампу с катодом из фоточувствительного слоя. Ток в фотоэлементе появляется только под воздействием света. В промышленности используют фотоэлектропреобразователи типа ЦГ (кислородноцезиевый газонаполненный) и СЦВ (сурьмяно-цезиевый вакуумный).

Работа ФЭПр определяется вольтамперной и световой характеристиками. Вольтамперной характеристикой называется зависимость фототока преобразователя от напряжения на аноде, а световой – зависимость фототока от светового потока, падающего на катод.

Световая характеристика определяет чувствительность преобразователя: отношение фототока (в мкА) к световому потоку (в лм), вызвавшему этот ток. ФЭПр реагирует на интенсивность и частоту светового потока, поэтому различают интегральную (по интенсивности) и спектральную (по частоте) чувствительности. Интегральной чувствительностью называется сила тока фотоэлектронной эмиссии, создаваемого в преобразователе во всем диапазоне волн при падении на него единого потока (от УФ до ИК лучей включительно). Спектральная чувствительность характеризует способность преобразователя реагировать на световые колебания одной частоты (т.е. определенной длины волны).

В вакуумных ФЭПр анодный ток обусловлен только электронами, вылетающими из фотокатода, поэтому световая характеристика такого преобразователя линейна. В газонаполненных – ток создается не только электронами, вылетевшими из катода, но также электронами и ионами, получающимися в результате ионизации газа; этим объясняется нелинейность их световых характеристик (рис.6).

Чувствительность газонаполненного преобразователя больше чувствительности вакуумного. Например, при нормальном рабочем напряжении 240 В интегральная чувствительность вакуумного преобразователя типа СЦВ-4 составляет 100 мкА/лм, а газонаполненного типа ЦГ- 4 – 200 мкА/лм.

 

Схема включения фотоэлектрического преобразователя с внешним фотоэффектом в электрическую цепь Характеристика газонаполненных (Г) и вакуумных (В) фотоэлементов
  Рис 6

 

Использование фотоэлементов в схемах автоматики требует применения усили-телей с большим коэффициентом усиления.

 

Рис. 7 Схема включения в электрическую цепь преобразователя с внутренним фотоэффектом (фотосопротивления)

 

ФЭПр с внутренним фотоэффектом (фотосопротивление) состоит из светочувствительного слоя полупроводника толщиной около 1 мкм нанесенного на стеклянную или кварцевую пластинку. Ток через фотосопротивление, включенное в цепь, проходит и в темноте, но при освещении величина тока резко возрастает (рис.7).

Промышленные фотосопротивления обозначаются буквами ФС, а также буквами и цифрами, указывающими состав материала и конструкцию. Если ФС из сернистого свинца, то в обозначение еще входит буква А, из сернистого висмута – Б, из сернистого кадмия – К.

 

2. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СХЕМЫ И ДИСТАЦИОННЫЕ ПЕРЕДАЧИ

 

А) Компенсационная схема измерения

 

Компенсационный (или потенциометрический) метод измерения напряжения состоит в том, что на определенном участке электрической цепи измеряемое напряжение уравновешивается (компенсируется) известным падением напряжения (рис.8).

Рис. 8 Компенсационная схема измерения ДС

В схеме имеются: - НЭ (нормальный элемент), ЭДС которого = 1,0195 В; остается постоянным очень долго при нормальной эксплуатации.

- R1 - переменный резистор, с помощью его регулируется постоянство силы тока питания Jn.

- R2 – сравнительный резистор с постоянным сопротивлением очень большой величины, предназначен для настройки тока питания по нормальному элементу НЭ.

- R3 – реохорд со шкалой в милливольтах. У него сопротивление пропорционально его длине. Снабдив скользящий контакт стрелкой, можно подсчитать падение напряжения в мВ на единицу длины реохорда, нанести отметки на шкале в мВ или (если известна градуировка термопары) в 0С и по положению движка реохорда определять ЭДС термопары.

При измерении прежде всего устанавливают рабочий ток питания по НЭ. Для этого замыкают выключатель Р1. В основной цепи потенциометра Е – Р1 – R2 – R3 – RJ возникает питающий ток Jn; если он выбран правильно, то падение напряжения на резисторе R2 будет равно ЭДС НЭ, т.е. Uаб = R2*Jn = Енэ. Это контролируется переведением переключателя Р2 на контакт К: НЭ соединяется с концами резистора R2. Если по цепи НЭ – R2 – Г идет ток, то стрелка гальванометра отклоняется, а это значит, что Енэ ¹ R2*Jn. Передвигая движок реостата R1, изменяют силу тока Jn и добиваются такого положения, когда стрелка прибора установится на нуле: тока в цепи гальванометра нет и Енэ = Jn*R2, т.е. ток питания выбран правильно. Затем измеряют ЭДС термопары; переводят переключатель Р2 в положение И, а перемещением движка реохорда R3 устанавливают стрелку гальванометра на нуль. В этом случае измеряемая термо-ЭДС равна падению напряжения Uба, значение же Uба определяют по шкале в милливольтах.

 

Б) Измерительный мост

 

Рис. 9 Схема измерения сопротивлений с помощью измерительного моста

Если четыре резистора включить в замкнутый четырехугольник (рис.9) и в одну диагональ включить источник напряжения У, а в другую – гальванометр Г, то получится мост для измерения сопротивлений. Резисторы R1, R2 и R3 подбирают таким образом, что при замкнутых выключателях Р1 и Р2 мост оказывается в равновесном состоянии, т.е. ток через гальванометр не идет. В этом случае потенциалы точек А и В одинаковы, а напряжение UБВ = UАБ и UГВ = UАГ.

Если в уравнения подставить значения соответствующих токов и сопротивлений, разделить почленно одно уравнение на другое, то после сокращений получим R4 = R2*R3 / R1. Очевидно, что при определенных постоянных сопротивлениях R1 и R3 для создания равновесия можно подобрать определенное значение R2. Следовательно, для каждого значения R4 можно подобрать такое значение R2, что равновесие не нарушится, а ток в диагонали АВ будет равен нулю. Сопротивление резистора R2 можно отчитывать по неподвижной шкале. Зная сопротивление терморезистора и его зависимость от температуры, можно шкалу, вдоль которой движется ползунок со стрелкой П, отградуировать в 0С.

Мостовые схемы применяют для измерения сопротивления, температуры, деформации и других величин, а также как элементы сравнения при автоматическом регулировании различных параметров.

 

В) Дифференциальная измерительная схема

 

Рис. 10 Дифференциальная схема измерения

Представляет собой электрическую цепь, состоящую из двух контуров с одной общей ветвью (рис.10). В каждом из контуров действуют отдельные ЭДС Е1 и Е2 от вторичных обмоток питающего трансформатора. В каждом из контуров возникают токи J1 и J2, силы которых определяются значениями ЭДС Е1 и Е2 и сопротивлений R1 и R2. Ток в общей ветви равен разности контурных токов J1 – J2 = Jпр. Если создать равенство контурных токов, то появление тока разбаланса будет вызываться внешним воздействием, а отклонение стрелки прибора будет пропорционально измеряемому воздействию.

Дифференциальная схема проще мостовой и имеет большую чувствительность.

 

г) Дифференциально-трансформаторная система

дистанционной передачи

 

Эта система работает по принципу компенсации разности трансформированных напряжений в катушках первичного и вторичного приборов, соединенных последовательно.

Вторичная обмотка каждой катушки выполнена в виде двух секций с одинаковым число витков, причем включены эти секции во встречном направлении. Смещение плунжера внутри катушки вызывает появление напряжение разбаланса на выходе этой катушки. Обе катушки включены по дифференциальной схеме навстречу друг другу.

Если под действием измерительного устройства первичного прибора плунжер переместится, появится в этой катушке напряжение разбаланса; это же напряжение станет разбалансом и для обоих катушек: ΔU = ΔUд - ΔUв. Т.к. сигнал очень слаб, его направляют на усиление в электронный усилитель(ЭУ). Переменное напряжение, усиленное им, приводит во вращение реверсивный двигатель (РД). На оси последнего установлен профильный кулачок, который при помощи рычага перемещает сердечник катушки вторичного прибора. Сердечник перемещается в сторону уменьшения рассогласования, и когда напряжение, поступающие от катушек, будут

Рис. 11 Дифференциально-трансформаторная система передачи

равны, двигатель остановится. При работе двигателя движение передается одновременно показывающей стрелке и перу. Стрелка показывает значение измеряемой величины, а перо производит запись на дисковой диаграмме, которая вращается от своего привода (рис.11).

 

д)

Д) Сельсинная система дистанционной передачи

 

Синхронную связь в системах автоматики можно осуществлять с помощью сельсинов, которые похожи по конструкции и схеме на трехфазные синхронные генераторы. На роторе однофазная обмотка возбуждения. При подаче в нее тока в трехфазной обмотке статора будет появляться ЭДС в зависимости от положения ротора относительно статора, т.е. поворот ротора пропорционален величине ЭДС статора. Если соединить соответствующие фазы двух сельсинов (один будет датчиком, второй – приемником) и питать их роторы от одной сети, то при повороте сельсина-преобразователя под воздействием синхронизирующего момента сельсина-приемника его ротор будет поворачиваться до тех пор, пока не займет такое же положение, что и ротор первого сельсина, а угол рассогласования не станет равным нулю. Т.е. сельсин-приемник постоянно отрабатывает угол рассогласования с сельсином-преобразователем (рис.12).

 

Рис. 12 Сельсинная схема дистанционной передачи угла поворота

 

3. УСИЛИТЕЛИ

 

Усилитель – устройство, которое служит для количественного преобразования входной величины (сигнала), причем входная и выходная величины остаются одинаковыми по физической природе. При увеличении выходной величины по сравнению с мощностью входной используют энергию внешнего источника. Можно также определить усилитель как управляющее устройство, которое предназначено для изменения вспомогательной энергии, поступающей к исполнительному двигателю, в соответствии с выходной величиной измерительного преобразователя.

Основные характеристики усилителя:

- Статическая характеристика – зависимость выходной величины от входной при установившимся режиме. Например, Uвых = f (Uвх).

- Коэффициент усиления – отношение выходной величины усилителя к входной: К1 = Рвыхвх; по напряжению К2 = Uвых/Uвх.

Усилители бывают:

- непрерывного действия, в которых существует определенная зависимость между значениями выходной и входной величин, а коэффициент усиления изменяется незначительно. Это электронные, магнитные, гидравлические, пневматические.

- релейного действия, в которых выходная величина появляется лишь тогда, когда входная достигнет определенного значения. Т.е. когда нет выходного воздействия, КУ = 0, а при его появлении последний принимает свое значение. Пример: реле.

 

А) Электронные усилители

 

Электронный усилитель (ЭУ) - аппарат, осуществляющий усиление при помощи электронной лампы. Переменное напряжение, которое следует усилить, подводится к сетке и катоду лампы, а усиленное напряжение снимается в анодной цепи (рис.13). Схема на рисунке называется ступенью или каскадом усиления.

В составе ступени: лампа V, источники питания и нагрузочный резистор R1 в цепи анода. Переменное напряжение Uс подводится ко входу усилителя (сетке лампы) через разделительный конденсатор С1. Одновременно к сетке через резистор R2 подводится постоянное отрицательное напряжение от источника G2, называемое напряжением смещения.

Рис. 13 Схема усиления при помощи трехэлектродной лампы

Устройство, пода- ющее переменное напря- жение на сетку, обычно представляет собой обмот ку трансформатора и име- ет малое активное сопро- тивление. Конденсатор С1 защищает источник G2 от замыкания на это устройство. Для усиления при помощи трех электродной лампы используют дополнитель- ный источник энергии G1, питающий анодную цепь. Электрический сигнал слабой мощности, поданный на сетку лампы, вызывает подобный, но более мощный сигнал на резисторе R1.

Если в сетчатой цепи отсутствует напряжение Uвх, подлежащее усилению, то в анодной цепи лампы протекает постоянный ток JаО, сила которого определяется анодным напряжением и постоянным напряжением смещения Uсо на сетке. Появление переменного напряжения Uвх = Uс1 в цепи сетки вызывает изменение анодного тока, в котором появляется переменная составляющая с амплитудой Jа1. Следовательно, в анодной цепи протекает ток, содержащий постоянную составляющую Jа0 и переменную составляющую Jа1. В связи с этим на зажимах резистора R1 создается напряжение с постоянной составляющей Jа0*R1 и переменной Jа1*R1. Включением конденсатора, который пропускает переменный, но не пропускает постоянный ток, можно выделить переменное напряжение с амплитудой Uвых = Jа1*R1, которое и представляет собой усиленное напряжение на выходе усилителя. Амплитуда усиленного переменного напряжения больше амплитуды переменного напряжения, поданного на сетку, только в том случае если нагрузочное сопротивление резистора R1 достаточно большое. Например, если переменное напряжение, поданное на сетку, равно 4В, а в анодном токе под влиянием этого напряжения появилась переменная составляющая с амплитудой 2мА, то при нагрузочном сопротивлении резистора R = 110000 Ом Uвых = 0,002 * 110000 = 220 В. При этом коэффициент усиления к = 220/4 = 55.

 

Б) Полупроводниковые усилители

 

В качестве таковых используют триоды (транзисторы), которые представляют собой пластинку, состоящую из проводников двух различных проводимостей. Проводники образуют три зоны: крайние имеют проводимость одного рода, а средняя - другого.

На схеме (рис.14) крайние зоны триода имеют р-проводимость, а средняя - h - проводимость (h и p - проводимости характерны для проводников с электронной и дырочной проводимостями соответственно). Такой триод называют триодом типа р-h-р или триодом прямой проводимости. Могут быть триоды и обратной проводимости.

Рис. 14 Включение триода в цепь для усиления электрического сигнала

Левая зона триода называется эмиттером, средняя – базой или основанием, а правая - коллектором. На рис. 14 приведена усилительная ступень полупроводникового триода с общим заземленным основанием (базой). Полярность питающих напряжений подбирают таким образом, чтобы эмиттерный переход (р-h) работал в прямом направлении, а коллекторный (h-p) - в обратном. Поскольку сопротивление эмиттерного перехода невелико, для получения нормального тока в цепи эмиттера достаточно иметь напряжение источника G1, равное десятым долям вольта. В связи с тем, что сопротивление коллекторного перехода велико, напряжение источника G2 значительно больше напряжения источника G1 и составляет единицы или десятки В.

Основным свойством и преимуществом полупроводникового усилителя (ПУ) является влияние тока эмиттера на ток коллектора, т.е. возможность управления при помощи тока эмиттера током коллектора. На этом явлении основано усиление электрических сигналов с помощью ПУ.

Если замкнуть одновременно выключатели К1 и К2, то в переходе эмиттер-база по прежнему будет протекать электрический ток (дырочный), сила которого пропорциональна напряжению источника G1. Основной поток дырок будет втянут в электрическое поле перехода база-коллектор, под действием напряжения источника G1 дырки перейдут в коллектор К, через нагрузочное сопротивление R потекут к минусу источника G2. Чем меньше толщина базы (составляющая всего несколько микрон), тем большая часть дырок, вышедших из эмиттера, перейдет в коллектор. Обычно 92-99% дырок попадает в коллектор, образуя коллекторный ток Iк. Это явление вливания потока основных носителей (в данном случае дырок) из эмиттера в коллектор через базу называют инъекцией или впрыскиванием.

Т.о. сила тока коллектора не зависит от напряжения источника G2 и сопротивления резистора R1, а целиком определяется силой тока эмиттера, а она зависит от напряжения источника G1. Изменяя напряжение между эмиттером и базой, можно управлять силой коллекторного тока.

 

В) Магнитные усилители

 

Рис. 15 Схема магнитного усилителя

Действие магнитных усилителей (МУ) основано на использование свойств ферромагнитных материалов. На схеме МУ (рис.15) обмотки Ог, включаемые в цепь переменного тока последовательно с нагрузкой (резистором R1), обмотка, по которой пропускается постоянный ток, является обмоткой подмагничивания (управления) или входом усилителя. Резистор служит выходом усилителя.

При отсутствии тока в управляющей обмотке главная обмотка переменного тока имеет значительное индуктивное сопротивление, в связи с чем ток холостого хода магнитного усилителя мал. Подадим теперь в обмотку подмагничивания постоянный ток силой I2. Он вызовет уменьшение действующей магнитной проницаемости, т.к. увеличится напряженность магнитного поля. При этом уменьшится и индуктивность L главных обмоток, а следовательно, их полное сопротивление, и ток I1 будет возрастать.

Индуктивность обмоток L = ω2 *s*μ / l, где ω – число витков, s – площадь сечения сердечника, l – средняя длина магнитопровода. Сила тока в главных обмотках I1 = где U – напряжение сети переменного тока, r – активное сопротивление обмоток и нагрузки R1, ω = 2πf, здесь f – техническая частота тока.

Мощность, расходуемая на подмагничивание, значительно меньше мощности, выделяемой в нагрузке R1, поэтому такое устройство является усилителем.

МУ отличается большим сроком службы, допускают значительные перегрузки, надежны в работе. В отличие от электронных они не нуждаются в предварительном разогреве и готовы к действию непосредственно после включения источника питания. КПД магнитных усилителей значительно больше, чем электронных, а коэффициент усиления мощности достигает 10000 в одном каскаде. Существенным недостатком МУ является значительная их инерционность, обусловленная индуктивностью обмоток управления. Основная область применения: усиление сигналов постоянного тока и медленно изменяющихся токов.

 

Г) пневматические и гидравлические усилители

 

Эти усилители служат одновременно преобразователями и усилителями.

- Пневматические усилители (ПнУ) преобразуют механическиеимпульсы в соответствующее давление сжатого воздуха. Источник энергии – очищенный сжатый воздух давлением 20-100 кПа. Основной элемент ПнУ – устройство «сопло-заслонка» (рис.16).

 

 
Рис. 16 Схема дроссельного преобразователя «сопло-заслонка» Рис. 17 Схема струйного усилителя

 

Давление в междроссельной камере и, следовательно, выходное (командное) давление зависят от расхода воздуха через переменный дроссель; расход через сопло-заслонку зависит от положения заслонки. Отсюда следует, что, перемещая заслонку, можно изменять давление сжатого воздуха, поступающего на исполнительный механизм. Если заслонка полностью закрывает сопло, то командное давление равно давлению питания. Чем дальше заслонка от сопла, тем меньше командное давление и, наконец, оно может стать равным атмосферному. Поскольку усилие, необходимое для перемещения заслонки, значительно меньше усилия, развиваемого на штоке поршня, то это устройство является усилителем.

Для улучшения характеристики преобразователя «сопло-заслонка» применяют преобразователи с обратной связью, где используется компенсационный принцип измерения (напр. с силовой обратной связью). В качестве заслонки применяют дросселирующий шарик, иглу или золотник.

- Гидравлический усилитель в виде струйного устройства (рис.17): состоит из струйной трубки и сопловой плитки с приемными отверстиями – соплами. Рабочая жидкость – трансформаторное масло под давлением 60-100 кПа. Расстояние между осями входных отверстий 2,5 мм, так что полный ход конца трубки составляет 1,25 мм в одну сторону и столько же в другую сторону. Коэффициент усиления струйного усилителя составляет десятки тысяч. Если для перемещения струйной трубки из одного крайнего положения в другое требуется усилие, равное десяткам граммов, то усилие на поршне исполнительного механизма изменяется на сотни килограмм.

 

Д) Электромагнитные реле

 

Реле – это элемент автоматического устройства, выходная величина которого при воздействии на вход внешних физических явлений скачкообразно принимает новое значение. Этих значений чаще всего два: замкнутое и разомкнутое.

Контакты реле включаются в цепь, которая контролируется или управляется аппаратами, включаемыми в силовую цепь.

Реле могут работать под действием самых различных факторов: электрического тока, световой энергии, давления жидкости или газа, уровня жидкости и т.д. ( см.рис. в Приложении 1).

По способу присоединения различают:

- первичное реле, включаемые непосредственно в цепь управления исполнительными механизмами,

- вторичные – включаемые через измерительные трансформаторы тока или напряжения,

- промежуточные – работают от исполнительных органов других реле и предназначаются для усиления и размножения сигнала, т.е. распределения воздействия на несколько цепей.

Основные параметры реле:

- номинальные данные – сила тока, напряжение, время и другие величины, на которые рассчитаны реле;

- величина срабатывания, т.е. то значение параметра (ток, время и пр.), при котором происходит автоматическое действие реле;

- уставка реле – значение величины срабатывания, на которую отрегулировано данное реле (реле имеет некоторое количество уставок, фиксирующих величину срабатывания в определенных пределах).

Реле состоит из следующих органов:

- воспринимающего (чувствительного), который реагирует на входной параметр и преобразует его в физическую величину, необходимую для работы реле (напр. катушка);

- промежуточного, который сравнивает преобразованную величину с эталоном и по достижении ею заданного значения передает воздействие от воспринимающего органа исполнительному (противодействующие пружины и успокоители);

- исполнительного, который воздействует на управляемую цепь (контакты).

 

4. ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ И ЗАДАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА

 

А) Электрические исполнительные устройства

 

Основной частью электрических исполнительных устройств (ЭИУ) является электрический двигатель. Наиболее часто используется двухфазный асинхронный двигатель с полым немагнитным ротором. В нем две обмотки: возбуждения и управления, расположенных под углом 900. Обмотка возбуждения присоединена к сети с неизменным по амплитуде напряжением, а обмотка управления – к управляющему устройству с переменным по амплитуде напряжением сигнала. На обмотку управления подается напряжение только тогда, когда требуется привести ротор во вращение. Последовательно с обмоткой возбуждения включен конденсатор С, в связи с чем между напряжениями обмоток возникает сдвиг по фазе и, следовательно, вращающееся магнитное поле. А оно, взаимодействуя с токами, индуцируемыми в роторе, создает вращающийся момент, под воздействием которого ротор вращается. При этом частота вращения ротора регулируется изменением напряжения на обмотке управления.

Статор двигателя состоит из наружного и внутреннего статора. Наружный набран из листового электротехнической стали, на нем двухфазная обмотка. Внутренний тоже из листовой стали, но без обмотки. На валу - полый ротор в виде тонкостенного (0,3 мм) алюминиевого стакана, расположенного в зазоре между статорами (рис.18).

 

Рис. 18 Схема включения и устройство двигателя с полым ротором

Мощности этих двигателей – несколько десятков ватт. КПД – всего 20-40%. Это объясняется большими электропотерями в роторе, активное сопротивление которого велико. Ротор должен иметь большое сопротивление для того, чтобы он не вращался после снятия сигнала с обмотки управления, т.к. может потеряться управляемость.

На рис.19 схема включения исполнительного механизма типа ИМ-2/120. Время полного оборота выходного вала составляет 120 с, а номинальный момент, развиваемый на валу – 2 кгс м (19,6 Н м). Одна из обмоток включается в сеть переменного тока при помощи контактов реле

  Рис. 19 Схема включения ИМ-2/120

управляющего устройства, а другая – через конденсатор С (для создания сдвига фаз). На входном валу устанавливают два кулачка, которые управляют конечными выключателями КВ1 и КВ2, с помощью которых можно ограничить ход выходного вала ИМ в пределах 1200. Обратная связь по положению осуществляется реостатом R, движок которого связан с выходным валом ИМ. Напряжение, снимаемое с реостата, зависит от положения регулирующего органа, а направление вращения от знака сигнала, поступающего от управляющего устройства. Двигатель вращается в зависимости от того, в какую сторону отклонилась регулируемая величина от заданного значения; при этом регулирующий орган перемещается в сторону уменьшения отклонения.

У исполнительных механизмов сравнительно большой мощности в качестве приводных применяют трехфазные асинхронные двигатели.

Б) Пневматические и гидравлические

Исполнительные механизмы и устройства

Пневмосистемы значительно проще электрических. Их применяют во взрыво- и пожароопасных помещениях, при этом не используются обратные трубопроводы в… По принципу действия пневматические механизмы (ПМ) делятся на поршневые и… Поршневой ПМ имеет цилиндр, шток с поршнем и систему уплотняющих устройств. Для управления используют…

В) РеРегулирующие органы

 

Регулирующие органы служат для изменения расхода среды (газа, пара, воды, воздуха и т.п.) и непосредственно воздействуют на процессы, протекающие в агрегатах. Для регулирования расхода кускового материала и пыли применяют затворы; жидкости, пара и газа при высоких давлениях – клапаны; газа при давлении до 1000 мм в. ст. (10000 Па) – задвижки и поворотные заслонки. Используют также краны, золотники (рис.22).

Регулирующий орган характеризуется диапазоном действия, под которым понимают изменение расхода среды на перемещение органа из одного крайнего положения в другое. Работу его в пределах диапазона регулирования оценивают расходной характеристикой – зависимостью относительного расхода среды, проходящей через регулирующий орган, от его относительного перемещения: q = f(у), где q = Q/Qмах – относительный расход среды через регулирующий орган (здесь Q и Qмах – текущее и максимальное значение расхода); у = у¢/умах – относительное перемещение регулирующего органа (здесь у¢ и умах – текущее и максимальное перемещение регулирующего органа).

Наилучшим видом расходной характеристики для большинства случаев регулирования является линейная характеристика.

При выборе конструкции регулирующего органа следует учитывать перестановочное усилие, т.е. усилие, необходимое для перемещения органа. Для регуляторов прямого действия характерно повышение нечувствительности при увеличении усилия, а для регуляторов непрямого действия – увеличение мощности и габаритных размеров ИМ.

Соединяют клапаны с ИМ регуляторов при помощи тяг (жестко), тросовой связью, через кулачковый привод и непосредственно.

 

Г) Задающие и программные устройства

 

  Рис. 23 Электрическая схема задатчика типа П-16/17

Устройство, которое служит для изменения задания регулятору, т.е. для измерения того заданного значения, которое должен поддерживать регулятор, называется задающим или задатчиком. Для программного управления и регулирования применяют программные задатчики - запоминающие устройства, снабженные данными о выполнении программы. Программные задатчики выдают эти данные в требуемой по времени очередности.

Устройство задатчиков зависит от типа регулятора.

Простейшим задатчиком является пружина, натяжение которой можно изменять вручную.

Для электронных регуляторов используют задатчик типа П-16/17, предназначенный для дистанционной настройки заданного значения регулируемой величины. Он представляет собой секционированный проволочный потенциометр на 17 положений. При перемещении движка (рис.23) по часовой стрелке увеличивается напряжение U3, снимаемое с него. Это напряжение является эталоном для сравнения, например, с напряжением на индуктивном преобразователе.

Задатчиком является также моторное реле времени (одно- или многоконтактное, которое часто называют командоаппаратом).

Есть и более сложные системы задающих устройств. Так, при автоматизации печей обжига автоматическое регулирование температуры ведут по определенной программе, определяемой графиком – кривой обжига. Для этого служит программное устройство со следящей фотоголовкой. В схему программного задающего устройства входят: схема следящей системы и измерительная мостовая схема.

В основу следящей системы положен принцип слежения фотоголовкой за гранью программы, наносимой в виде линии на диаграммной ленте. Программа наносится черной тушью на диаграммную ленту (рис.24). Фотоголовка состоит из фоторезистора, являющегося чувствительным элементом следящей системы, и лампочки подсвета. Фоторезистор включен в одно из плеч мостовой схемы следящей системы. Плечи мостовой схемы образованы резистором R1, фоторезистором R2 и двумя половинами обмотки Ш силового трансформатора Т.

 

  Рис. 24 Схема следящей системы задатчика с фоторезистором

 

При увеличении (уменьшении) освещенной части фоторезистора его сопротивление уменьшается (увеличивается), а на вход усилителя следящей системы подается сигнал разбаланса. Резистор R1 служит для начальной балансировки мостовой схемы следящей системы. В зависимости от фазы входного сигнала от усилителя вал реверсивного двигателя, поворачиваясь в сторону, соответствующую этой фазе, перемещает каретку с указателем и фотоголовкой в сторону уменьшения разбаланса мостовой схемы. Когда грань программы прикроет такую часть светочувствительного слоя фоторезистора, при которой R2 = R1, мостовая схема окажется сбалансированной, сигнал равным нулю. Реверсивный двигатель (РД) остановится и будет стоять, пока движение программы не изменит соотношение затемненной и освещенной площадей фоторезистора.

Измерительная мостовая схема (рис.25), состоит из реохорда задачи R1, вторичного измерительного преобразователя – реохорда измерительного прибора R2 и подгоночных резисторов R3 и R4.

Одновременно с перемещением каретки прибора вращается ползунок реохорда задачи, связанный с выходным валом РД. Т.о. положение ползунка реохорда задачи соответствует заданной величине, а реохорда R2 – истинному значению регулируемой величины. Разность напряжений, снимая с ползунков этих реохордов, является тем сигналом, который поступает в регулирующее устройство РУ. Фаза входного сигнала зависит от того, с какого из реохордов снимается больший потенциал, т.е. от того, больше или меньше заданного программой будет истинной значение регулируемого параметра в объекте.

 

  Рис. 25 Измерительная мостовая схема задатчика

 

 

КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ [ 13 ]

 

1. Приборы для измерения давления:

- пружинные манометры,

- мембранные и сильфонные манометры,

- жидкостные манометры,

- манометры с электрической передачей показаний на расстояние,

- электроконтактные манометры,

- реле давления,

- грузопоршневые манометры.

 

2. Приборы для измерения температуры:

- термометры расширения,

- манометрические термометры,

- сигнализирующие манометрические термометры,

- термоэлектрические пирометры,

- термометры сопротивления,

- вторичные приборы - логометры и измерительные мосты,

- пирометры излучения.

 

3. Приборы для измерения количества расходуемых материалов:

- скоростные и объемные счетчики,

- расходомеры переменного перепада,

- дифференциальные манометры,

- расходомеры постоянного перепада,

- приборы для измерения количества сыпучих материалов.

 

4. Измерение уровня:

- визуальные уровнемеры,

- поплавковые уровнемеры,

- уровнемеры стекломассы – поплавковый, электроконтактный,

- гидростатические уровнемеры,

- электронные сигнализаторы уровня,

- уровнемеры для сыпучих материалов,

- радиоактивные уровнемеры,

- специальные уровнемеры (оптические, ультрозвуковые).

 

5. Определение состава газов

Газоанализаторы - ручные и автоматические.

По принципу действия:

- химические (компоненты поглощают соответствующими химреактивами),

- электрические (сравнение теплопроводности газа и воздуха),

- магнитные (определение магнитных свойств газовой смеси),

- механические (сравнение плотностей газа и воздуха).

ГЭУК-21.

 

 

ПРИНЦИПЫ ЧТЕНИЯ И ИЗОБРАЖЕНИЯ СХЕМ АВТОМАТИКИ [2, 4, 9, 14]

 

Прочитать схему автоматики – значит определять, какая установка изображена на ней, какие агрегаты и аппаратура имеются в установке, как осуществляется питание энергией, взаимодействие отдельных элементов схемы, и, наконец, как работает установка.

Кроме того, нужно знать основные законы построения схем и условные обозначения, применяемые для их начертания.

В зависимости от основного назначения схемы разделяются на структурные, функциональные, принципиальные, соединений, подключения, общие, расположения.

Структурная схема контроля и управления отражает структуру управления объектом с соблюдением иерархии системы и взаимосвязей между постами контроля и управления. Например, схемы автоматического управления технологическим процессом и схема автоматического управления и контроля (рис.26).

    а) Система автоматического контроля
б) в)
г)   Системы автоматики:   б) децентрализованная   в) централизованная   г) иерархическая
  Рис. 26 Структурные схемы

 

На рисунке предоставлены: а) система автоматического контроля работой объекта, в которой: О – объект, ИП – измерительный преобра- зователь, У – усилитель, И – источник энергии, ИЭ – исполнительные элементы (сигнализирующий прибор С, указывающий прибор УП, регистрирующий прибор РП); системы автоматики: б) децентрали- зованная, в) централизованная, г) иерархическая

 

Функциональная схема (ФС) включает: а) технологическую схему процесса или упрощенное изображение агрегатов с устройствами ввода и вывода технологических величин, подлежащих автоматизации; б) средства автоматизации, включая средства, изображаемые условными обозначениями по существующим стандартам, и линии связи между ними; в) пояснения к схеме.

ФС является основным технологическим документом, определяющим структуру и характер систем автоматизации, а также оснащение их средствами автоматизации, она служит основанием для составления ведомостей и заказанных спецификаций на приборы и средства автоматизации.

Средства автоматизации изображаются на ФС в соответствии со своими графическими условными обозначениями. Для обозначения измеряемых величин (расход, уровень, температура и т.п.) приняты буквы латинского алфавита, а функциональных признаков приборов (сигнализация, показания, регистрация, регулирование) – буквы русского алфавита.

Средства автоматизации изображаются в прямоугольниках, размещаемых в зависимости от уровня автоматизации на линиях: а)местных приборов, б) местных щитов управления, в) оперативного или центрального поста управления и т.д.

Линии связи между средствами автоматизации изображаются тонкими линиями и наносятся по кратчайшему расстоянию с наименьшим количеством изгибов и пересечений; при этом допускается пересечение объектов технологического оборудования. При необходимости на линиях связи наносятся стрелки; чтобы не усложнять схему, можно на линиях делать разрывы.

На ФС указывается предельные рабочие значения измеряемых или регулируемых величин в единицах шкалы соответствующего прибора. Всем изображенным на ФС средствам автоматизации присваиваются значения, которые сохраняются в дальнейшем во всех документах проекта.

Обозначения приборов по функциональному признаку: П - показывающий, С - самопишущий, И - интегрирующий, Сг - сигнализирующий, Им – измеряющий, См - суммирующий, Со - отрабатывающий соотношение, Пр - преобразующий, Ус - усиливающий, Ст - статистический, Ас - астатический, Из - изодромный, Дф - дифференци-альный , Пз - позиционный, Зд - задающий, Пг - программный, Сл - следящий, Об - обегающий (поисковая система), Дз - дозирующий.

Обозначение технологических величин: t - температура, р - давление, разрежение, вакуум, G - расход или количество, Н - уровень, m - влажность, ρ - плотность, - вязкость, С - концентрация, n - число оборотов в минуту, Ф - пыльность, цветность, мутность, дымность, S - положение (перемещение) регулирующего органа, в - толщина, Q - теплота сгорания (теплотворность), количество тепла, z - сила звука (шумность), f - вибрация (частота механических колебаний), l - линейное перемещение и длина, Д - доза радиоактивного излучения, Δ - разность значений двух величин (приращение).

Пример ФС: участок сложной схемы технологического контроля (рис.27).

  Рис. 27 Функциональная схема

Принципиальная схема (ПС) автоматизации раскрывает принцип действия и работы устройств и систем автоматизации, работающих от источника энергии (чаще электрической). Такие схемы разрабатываются для контроля и регулирования технологических процессов, защиты, сигнализации и являются основными чертежами для разработки рабочих монтажных чертежей и проведения пусконаладочных работ и эксплуатации.

ПС в общем виде содержат: а) цепи питания, б) элементы схем контроля, регулирования и сигнализации, в) контакты приборов и ключей, г) диаграммы, таблицы включений контактов ключей, переключателей, выключателей; д) линии связи между элементами схемы, е) необходимые пояснения и примечания.

Рекомендуется на левой части листа располагать основную схему, затем диаграммы и таблицы, поясняющие ее работу, а справа – текстовый материал таким образом, чтобы был ясен принцип действия, последовательность, режим и порядок работы узла или системы в целом. ПС электрические составляются с использованием условных графических изображений. Контакты реле, коммутирующих устройств, приборов показываются в положении, при котором отсутствует ток в цепях. Положения переключателей оговариваются в примечании.

Подробно методика составления схем изложена в пособии [ 1 ].

Некоторые условные обозначения приборов управления и защиты: Контакторы - линейные (первый, второй) - 1Л,2Л; реверсивные (вперед, назад) - 1В, 2В, 1Н, 2Н; ускорения - 1У, 2У, 3У; торможения - 1Т, 2Т. Реле: ускорения (первое, второе, третье) - 1РУ, 2РУ, 3РУ; скорости - РС; промежуточное - РП, времени - РВ, максимальное - РМ, тепловое - РТ. Командоаппараты: путевой выключатель – ПВ, конечный выключатель – КВ, командоконтроллер - КК, кнопка управления - КУ, контактный термометр - ТК, сигнальная лампа - ЛС, звуковой сигнализатор - ЗС и т.д.

В качестве примера ПС: схема сигнализации температуры (рис.28а) и схема аварийно-предупредительной сигнализации (рис.28б).

 

  Рис. 28 Принципиальные схемы

 

АВТОМАТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

АСУ ОБЪЕКТОВ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ   В системе, включающей объекты непрерывного действия (ОНД), между входными и выходными величинами всех элементов…

Логические операции и элементы

 

Элементы электрических схем, реализующие логические операции, принято называть логическими. Логика - это совокупность наук о формах и законах мышления, о математико-логических законах исчисления, о наиболее общих законах мышления, а математическая логика - наука о применении математических методов для решения различных логических задач. Предметом рассмотрения алгебры логики являются и так называемые высказывания, под которыми понимаются любые утверждения, о которых можно сказать, является ли утверждение истинными или ложными. Высказывания оценивают только с точки зрения их истинности или ложности. Никакие другие признаки (хорошее высказывание, плохое высказывание и пр.) в алгебре логики не рассматриваются. Одновременно истинных и ложных высказываний не существует. Если высказывание истинно, то говорят, что его значение истинности равно единице, если оно ложно, то его значение истинности равно нулю. Два высказывания называются эквивалентными, если их значения истинности одинаковы. Таким образом, значения истинности высказывания – переменная величина, которая может принимать только два дискретных значения – 0 или 1 подобно цифрам в двоичной системе счисления. В виду этого появляется возможность применять двоичную систему счисления для подсчетов значений истинности различных высказываний. Высказывания могут быть простыми и сложными. Сложные высказывания получаются в результате объединения простых высказываний с помощью так называемых логических функций.

Логические элементы, реализующие логические операции, строятся из разнообразных электрических схем. При этом простые высказывания соответствуют сигналам, поступающим на вход схемам, а сложные высказывания – выходным сигналам. Если сигнал есть, то значение истинности того высказывания, которому оно соответствует, равно 1; если сигнала нет, то значение истинности высказывания равно 0.

Основными логическими операциями являются: отрицание - НЕ; умножение - И; сложение - ИЛИ.

Операция НЕ означает отрицание исходного высказывания. В электрических схемах она реализуется логическим элементом НЕ. То есть эта операция означает, что сигнал на выходе схемы появляется в том случае, если нет сигнала на ее входе, и наоборот, сигнал на выходе схемы отсутствует, если есть сигнал на ее входе. Такую операцию называют инверсией, а логический элемент НЕ - инвертором.

Операция И представляет собой такую связь между простыми высказываниями, в результате которой сложное высказывание истинно только тогда, когда одновременно истинны все образующие его простые высказывания. Такую операцию называют конъюнкцией. В электрических схемах, реализующих логическую операцию И, сигнал на выходе появляется лишь в том случае, если есть сигналы одновременно на всех ее входах. Схема, воспроизводящая операцию логического умножения, называется схемой совпадения, а элемент, реализующий ее - конъюнктором.

Операция ИЛИ означает такую связь между простыми высказываниями, в результате которой сложное высказывание истинно тогда, когда истинно хотя бы одно из составляющих его простых высказываний, и ложно только в случае ложности всех простых высказываний. Такую операцию называют дизъюнкцией, а элемент, ее реализующей - дизъюнктором. В электрических схемах, реализующих операцию ИЛИ, сигнал на выходе схемы появляется в том случае, если подан сигнал хотя бы на один из ее входов.

Т.к. входы и выходы логических элементов могут быть в двух состояниях; «сигнал есть», «сигнала нет» («включено», «выключено»), то для создания логических схем и элементов надо применять устройства с релейной характеристикой. Для построения логических элементов можно использовать любые физические явления, для которых свойственны скачкообразные переходы из одного состояния в другое. На основании требований высокой надежности целесообразно применять бесконтактные полупроводниковые двоичные элементы, которые по сравнению с релейно-контактными имеют ряд преимуществ. С помощью первых логических операций можно реализовать в форме двух уровней электрического напряжений (высокого и низкого) или электрических импульсов (положительного и отрицательного), что соответствует 1 и 0.

 

  Рис. 34 Схемы для реализации логических операций при помощи электромеханических реле

 

На рис.34а показана схема для реализации операции НЕ: при подаче на вход сигнала 1 на выходе возникает сигнал 0; это эквивалентно включению в цепь обмотки реле Р входного размыкающего контакта К1; при срабатывании (размыкании) К1 реле Р отключается.

При реализации функции И (рис.34б) входной сигнал 1 возникает только при наличии на всех входах элемента сигнала 1. Это соответствует последовательному соединению контактов К1, К2, К3. В случае отсутствия хотя бы одного входного сигнала 1 на выходе схемы получается логический нуль, т.е. если хотя бы один контакт не включен, реле Р не срабатывает.

Операция логического сложения ИЛИ (рис. 34в) воспроизводит заданную зависимость выходного сигнала от нескольких входных таким образом, что сигнал 1 на выходе элемента получается при наличии сигнала 1 хотя бы на одном из его входов. В контактном исполнении это соответствует параллельному включению замыкающих контактов К1, К2, К3 нескольких реле: при замыкании любого из них (входной сигнал 1) включается реле Р (на выходе появляется сигнал 1).

Элементарными являются также операции ПОВТОРЕНИЕ и ВРЕМЯ (задержка).

Операция ПОВТОРЕНИЕ осуществляет повторение значения входного сигнала и имеет смысловое значение ТО ЖЕ (рис.34г). Элемент, реализующий эту операцию, называется повторителем. При подаче управляющего сигнала 1 на выходе повторителя также формируется сигнал 1. В контактном исполнении это соответствует включению замыкающего контакта К, что приводит к срабатыванию реле Р.

Операция ВРЕМЯ реализуется элементом выдержки времени. Сигнал 1 на его выходе появляется с некоторой задержкой после поступления управляющего сигнала 1 на вход. В контактных схемах временная зависимость осуществляется с помощью контакта К реле времени (рис.34д), включающего нейтральное реле Р.

Символическая запись, указанная, в какой последовательности требуется выполнить комбинационные и временные операции с двоичными сигналами для преобразования входных сигналов в выходные, называется алгоритмом формирования командных или управляющих сигналов.

Командные сигналы задают интервалы времени работы исполнительных механизмов (ИМ) в различных режимах. Управляющие сигналы определяют характер воздействий на ИМ: непрерывный, периодический, импульсный. Выходные коммутаторы подключают обмотки ИМ к питающей цепи при воздействии управляющих сигналов.

В ОДД применяют нерегулируемые электрические ИМ, которые работают в номинальном режиме или в двух режимах: номинальном и при пониженной скорости. Режим пониженной скорости используют для более точной отработки задания автоматической системой. При управлении электромагнитными клапанами и односкоростными электродвигателями такой режим осуществляется кратковременными включениями исполнительного механизма.

Алгоритмы формирования командных сигналов зависят от характеристики объекта и вида управления ИМ. Для ОДД основными видами управления являются шаговое, временное, блокированное, селекторное, стартстопное, цифровое и аналоговое.

При шаговом управлении формируется серия командных импульсов, число которых определяет угол поворота вала шагового ИМ.

При временном управлении ИМ может включаться с задержкой относительно начала пускового сигнала или отключаться с задержкой после его окончания. Эти задержки могут быть реализованы совместно. Кроме того, ИМ может включаться на определенный интервал времени после начала пускового сигнала или его окончания.

При блокированном управлении командные сигналы зависят от блокировочных связей между ИМ и датчиками, переключателями и другими элементами системы, формирующими двоичные сигналы. Здесь используются датчики контроля давления, скорости, наличия и уровня материалов и т.п., имеющие релейную характеристику. Блокировочная связь может быть разрешающей или запрещающей включение ИМ при определенных условиях, альтернативной и комбинированной. Пример – комплекс, содержащий три ИМ. Резервный ИМЗ включается, если не работает один из двух основных ИМ: ИМ1 и ИМ2. В этом случае осуществляется альтернативная блокировочная связь ИМЗ с элементами, характеризующими состояние (работает или не работает) основных ИМ1 и ИМ2. При наличии только одного из указанных блокировочных сигналов (от ИМ1 или от ИМ2) включается резервный ИМЗ.

При селекторном управлении командные сигналы включения ИМ формируется по совпадению селектирующего сигнала с сигналами, определяющими переход управляемого объекта в заданное состояние (переход в зону одного датчика; в зону, ограниченную двумя датчиками; маятниковое движение в зоне, ограниченной датчиками). Так, при управлении нереверсивными электродвигателем используется один датчик. При управлении реверсивным двигателем используется два датчика с механическим запоминанием срабатывания.

При стартстопном управлении начало командного сигнала определяется стартовым сигналом, а окончание – сигналом остановки. В этом случае алгоритм формирования командных сигналов в основном определяется временным соотношением между сигналами.

Цифровое и аналоговое управление осуществляется по рассогласованию между заданными и истинными значениями координаты, характеризующей состояние управляемого объекта.

 

 

ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМ

АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ

 

Определения и классификация

 

Автоматизация производства (АП) - это процесс в развитии машинного производства, при котором функции управления и контроля, ранее выполнявшиеся человеком, передаются приборам и автоматическим устройствам. По степени автоматизации различают частичную, комплексную и полную автоматизацию производства.

 

Частичная АП представляет собой автоматизацию отдельных операций или технологических процессов. Она применяется в тех случаях, когда человек практически не может управлять производственными процессами из-за их сложности, быстротечности. Частично автоматизируется, как правило, действующее производственное оборудование. Системы частичной автоматизации называются локальными системами.

 

При комплексной автоматизации участок, цех или завод работают как единый автоматический комплекс. При этом автоматизация охватывает все основные производственные функции предприятия, хозяйства, службы. Она целесообразна лишь при высокоразвитом производстве на базе совершенной технологии и прогрессивных методов управления с применением надежного производственного оборудования, действующего по заданной или самоорганизующейся программе. Функции человека при этом ограничиваются общим контролем и управлением.

При полной автоматизации, которая представляет собой высшую ступень, предусматривается передача всех функций управления комплексно-автоматизированным производством и контроля над ним автоматическим системам управления. Она проводится тогда, когда автоматизируемое производство рентабельно, устойчиво, его режимы практически неизменны, а возможные отклонения заранее могут быть учтены.

 

Степень автоматизации определяется прежде всего ее экономической эффективностью и целесообразностью.

Система управления, выбранная для достижений представленной цели, в сочетании с комплексом технических средств для измерения, регулирования, сбора информации и человеком-оператором образует автоматизированную систему управления.

Системы, которые могут функционировать в соответствии с заданным алгоритмом без непрерывного участия оператора, называются автоматическими системами.

По функциональному признаку они разделяются на автоматические системы контроля и автоматические системы управления.

 

Автоматические системы контроля.

Автоматические системы, выполняющие функции контроля, называются автоматическими системами контроля (АСК) и являются одним из видов… Все операции АСК производят по заданной программе, в исполнение которой может… Каждая автоматическая система контроля характеризуется техническими параметрами, к которым относятся: характер…

Автоматические системы управления.

АСУ представляют собой совокупность управляемого объекта и автоматического управляющего устройства, взаимодействующих между собой. Такие системы… В тех случаях, когда технологический процесс осуществляют несколько…  

Основные свойства и характеристики регулируемых объектов

На процесс регулирования оказывают влияние как свойства регулирующей части системы, так и свойства регулируемого объекта. Рабочий процесс объекта связан с преобразованием какой-нибудь материальной… Основными свойствами и характеристиками регулируемых объектов являются: самовыравнивание, запаздывание, постоянная…

Качество и показатели качества процесса

Автоматического регулирования

Устойчивость систем автоматического регулирования (АР) является необходимым условием их нормального действия. Под устойчивостью понимают свойство… Устойчивой является система АР с затухающим переходным процессом. Для… Помимо устойчивости к переходному процессу системы АР предъявляются требования, обуславливающие его качественные…

Связи в системах автоматического регулирования.

Элементы систем автоматического регулирования связаны между собой. Связи, образующие путь передачи воздействий между элементами системы АР,… Связи, направленные от регулятора к регулируемому объекту, называют прямыми, а связи, между измерительным органом и…

АВТОМАТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ

ПРОИЗВОДСТВ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ

АВТОМАТИЗАЦИЯ АРМАТУРНЫХ РАБОТ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ИЗДЕЛИЙ  

Автоматическая машина для сварки арматурных сеток

На каждый электрод в машине имеется пневмоцилиндр ПЦ1 для протяжки продольной арматуры, в точке сварки арматура обжимается и перемещается электрод… Машина работает так. Сначала дается сигнал на включение всех ПЦ1, которые… Примером может служить также автоматическая сварочная машина типа АТМС-14 х 25-7, предназначенную для сварки сеток…

Автоматизация процесса предварительного напряжения арматуры

Существуют два способа преднапряжения бетона. По первому способу бетон до укладки в форму обжимают арматурой, растянутой и закрепленной на… Арматуру можно натягивать электромеханическим; механическим и… При механическом способе применяется гидродомкраты, грузовые устройства и специальные навивочные машины.

Автоматизированный контроль и сигнализация работы

Конвейерного транспорта

  - Автоматизированный контроль скорости движения ленты осуществляется с помощью… - Автоматизированный контроль величины проскальзывания ленты конвейера можно осуществлять с помощью импульсного реле…

Автоматизированное управление конвейерным транспортом

    Рис. 35 Структурная схема автоматического управления конвейерной линией   Поток материала можно направлять в различные расходные бункера с помощью многопозиционного механизма - поворотной…

Системы управления

Мостовыми и козловыми кранами

В зависимости от степени автоматизации рабочих процессов системы управления кранами могут быть полуавтоматами и автоматами. В полуавтоматизированных… В полуавтоматизированных системах может осуществляться местное или… Системы дистанционного управления по проводам целесообразно применять для кранов с малыми скоростями передвижения,…

Автоматизированное регулирование производительности дробилок

Задача автоматизированного регулирования процесса дробления заключается в обеспечении оптимальной производительности дробилки за счет максимальной… Для обеспечения оптимальной производительности дробилок их оснащают… При изменении гранулометрических характеристик и твердости материала обеспечить максимальную производительность…

Классификация технологических дозаторов и весов.

 

- Автоматизированные весы и весовые дозаторы для сыпучих материалов и жидкостей делятся на две группы: дискретного и непрерывного действия.

Дозаторы дискретного действия обеспечивают автоматизацию циклических процессов производства и в зависимости от способа дозирования материала могут быть объемными или весовыми. Последние обеспечивают более высокую точность дозирования.

Весовые дозаторы дискретного действия выполняются однофракционными, двухфракционными и многофракционными. Однофракционные дозаторы предназначены для дозирования одного вида материала. Продолжительность цикла дозирования в многофракционных дозаторах равна сумме времени взвешивания каждого вида материала в отдельности. В весовых дозаторах дискретного действия взвешиваемый материал гравитационно или с помощью питателя поступает в весовой ковш (бункер), подвешенный на системе грузоприемных рычагов, соединенных с весоизмерительным устройством. Выгрузка материала из дозатора происходит по окончании взвешивания требуемой дозы через дно весового ковша, которое открывается по команде, подаваемой оператором или автоматизированным устройством.

Весовые дозаторы непрерывного действия предназначены для выдачи определенной массы материала в единицу времени, обеспечивая требуемую производительность - массовый расход сыпучих материалов и жидкостей. Автоматизированное непрерывное дозирование производится двумя типами дозаторов: бункерным и ленточным.

Бункерные дозаторы основаны на измерении чувствительным элементом и датчиком времени расхода во времени материала из питателя и суммируя его интегратором по мере загрузки или опорожнения бункера. Система автоматики этого дозатора обеспечивает регулирование расхода питателя пропорционально изменению массы материала в бункере. Такие системы наиболее удобны для дозирования жидкостей.

Ленточные дозаторы - наиболее распространенные весовые дозаторы непрерывного действия для сыпучих материалов. В них осуществляется преобразование с помощью чувствительного элемента потока материала, поступающего из питателя, в весовую нагрузку на конвейер и измерение скорости его движения с помощью датчика скорости ленты. Отождествляя скорость ленты конвейера (при постоянной скорости ленты) со скоростью потока и интегрируя по времени сигнал, пропорциональной нагрузке на конвейер, получим суммарную массу материала за определенное время. При переменной скорости ленты конвейера интегрируется его производительность - произведение нагрузки и скорости.

Автоматизированные конвейерные весы - предназначаются для взвешивания материала, движущегося в потоке. По принципу действия интегрирующих устройств автоматизированные конвейерные весы делятся на весы дискретного и непрерывного действия, которые отличаются дискретным и непрерывным учетом материалов, перемещаемых на ленте конвейера. Каждая из этих групп весов разделяется на весы, встраиваемые в действующие конвейеры, и весы с коротким весовым конвейером, являющимся неотъемлемой грузоприемной частью весов.

Конвейерные весы с дискретной системой регистрации основаны на взвешивании участков ленты конвейера, передающих нагрузку на весы каждый раз, когда лента переместится на длину участка, равного теоретической длине конвейера (платформы). К весовым устройствам дискретного действия относятся также весы для взвешивания тарных и штучных грузов (вагонные и автомобильные весы).

Конвейерные весы с непрерывной системой регистрации предназначены для определения массы материала, прошедшего через весы, и характеризуются непрерывным взвешиванием путем интегрирования по времени функции погонной нагрузки по длине ленты конвейера.

 

Автоматическое управление дозаторами дискретного действия

 

Основными требованиями, предъявленными к автоматическим системам управления дозаторами дискретного действия, является отсечка материала, поступающего в весовой бункер дозатора при достижении заданной дозы компонента. При этом для обеспечения достаточно высокой точности дозирования необходимо учитывать возможную динамическую перегрузку.

В зависимости от способа контроля массы материала можно осуществлять стартстопное, аналоговое или цифровое управление ИМ питателей дозаторов. При стартстопном управлении контроль массы осуществляется путевыми выключателями, фиксирующими положение стрелки в определенных точках циферблата. При аналоговом и цифровом управлении контроль массы осуществляется путем преобразования угла поворота стрелки в аналоговый сигнал или цифровой код.

 

Автоматическое управление дозаторами непрерывного действия

Весовой дозатор НД (питатель, грузоприемное устройство) – объект регулирования - и регулятор производительности (датчик весового расхода,… При дозировании сыпучих материалов используют питатели принудительного… Для автоматического управления дозаторами НД могут использоваться регуляторы различных типов: позиционные (Пз),…

Автоматическое взвешивание материалов

В железнодорожных вагонах и автотранспорте.

Автоматическое взвешивание материалов в вагонах производится с помощью вагонных весов. Большинство из них позволяет взвешивать вагоны во время их… В зависимости от способа взвешивания автоматические вагонные весы разделяются… а) весы, у которых длина весовой платформы достаточна для установки всего вагона, а индикаторное устройство весов…

Автоматическое регулирование вязкости бетонной смеси

В бетоносмесителях принудительного перемешивания для регулирования вязкости бетонной смеси можно использовать зависимость мощности, потребляемой… При высокой точности дозирования компонентов водоцементное соотношение… .

Автоматизация термовлажностной

Обработки изделий с контролем прочности

Более 90% продукции заводов сборного железобетона подвергается термовлажностной обработке с целью интенсификации твердения бетона. Наиболее… Автоматическое управление процессами тепловой обработки материалов и изделий… · регулированием параметров теплоносителя;

Многоканальное регулирование параметров тепловых установок

Одним из способов снижения затрат на аппаратуру автоматики, а также повышения надёжности работы аппаратуры является использование многоканального… Вследствие временного разделения каналов многоканальные регуляторы относятся к… В промышленности работают : в системе КТС ЛИУС комплекс КМ-1201-1 на 16 каналов управления, в системе АСКР-ЭЦ –…

Прибор для измерения давления газовой среды в печах

Давление, как правило, измеряют в начале студочной части печи (тотчас за экраном) на уровне порядка 200 – 250 мм выше поверхности стекломассы. Для…   Весь балансирующий механизм установлен на коромысле. Там же установлен и реохорд - двигатель 9 для дистанционной…

Автоматическое управление переводом пламени

В стекловаренных печах

Существует много различных систем автоматического управвления переводом пламени, отличающихся друг от друга только методами осуществления блокировки… Переключение методов управления (автоматическое или ручное) осуществляется… Одновременно возбуждаются аварийное реле времени РВА (цепь 7) и реле отключения регуляторов режима печи РОР (цепь 16).…

Приложение 1

 

Механические реле (а – реле с ртутными контактами; б – манометрическое реле; в – реле с мембраной) 1 – лопатка, 2 – рычаг, 3 – ось, 4 – ртутный контакт, 5 – пружинная трубка, 6 – металлический стакан, 7 – плоская или гофрированная мембрана, 8 – тяга
Электромагнитное реле (1 – сердечник, 2 – катушка, 3 – якорь, 4 – оттяжная пружина, 5 – контактные пружины)
Электромагнитное реле типа РКН (1 – сердечник, 2 – скоба, 3 – якорь, 4 – катушка, 5 – контактные пружины)
Поляризованное реле типа РП (1 – катушка, 2 – магнитопровод, 3 – полюсные наконечники, 4 – якорь, 5 – силуминовая рамка, 6 – контактная пружина, 7 – подвижные контакты, 8 – неподвижные контакты, 9 – керамический мостик)
Промежуточное реле типа ЭП (1 – катушка, 2 – клеммы катушки, 3 – якорь, 4 – валик, 5 – подвижные контакты, 6 – пружины, 7 – неподвижные контакты, 8 – зажимы-клеммы контактов)
Моторное реле времени типа МРВ-60 (1 – редуктор, 2 – диски времени, 3 – контакты, 4 – катушка, 5 – паузный механизм)

 

– Конец работы –

Используемые теги: автоматика, Автоматизация, производственных, процессов, Конспект, лекций0.2

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: АВТОМАТИКА И АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ Конспект лекций

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным для Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Еще рефераты, курсовые, дипломные работы на эту тему:

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ по дисциплине Технология и организация производства продукции и услуг Тема 1. Организация производственного процесса
по дисциплине Технология и организация производства продукции и услуг... Тема Организация производственного процесса... Основные понятия...

ОПОРНЫЙ КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ ПО ДИСЦИПЛИНЕ: Автоматизация процессов управления человеческими ресурсами
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования... Санкт Петербургский государственный Политехнический университет... ФГБОУ ВПО СПбГПУ...

Учебная дисциплина Производственная и пожарная автоматика Часть 1. Производственная автоматика
Часть Производственная автоматика... Тема Приборы контроля параметров технологических процессов... Практическое занятие Электронные приборы для измерения неэлектрических величин...

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ по курсу Архитектурное материаловедение Конспект лекций по курсу Архитектурное материаловедение
ФГОУ ВПО ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ... ИНСТИТУТ Архитектуры и искусств... КАФЕДРА ИНЖЕНЕРНО строительных ДИСЦИПЛИН...

Психодиагностика. Конспект лекций ЛЕКЦИЯ № 1. Истоки психодиагностики Психодиагностика: конспект лекций
Психодиагностика конспект лекций... А С Лучинин...

Модуль I. Тема 1.1. Понятие об автоматике, роль автоматики в автоматизации технологических процессов на производстве
Введение... Тема Понятие об автоматике роль автоматики в автоматизации технологических процессов на производстве...

История мировых религий: конспект лекций История мировых религий. Конспект лекций ЛЕКЦИЯ № 1. Религия как феномен культуры Классификация религий
История мировых религий конспект лекций... С Ф Панкин...

Психиатрия. Конспект лекций. ЛЕКЦИЯ № 1. Общая психопатология Психиатрия: конспект лекций
Психиатрия конспект лекций... Текст предоставлен литагентом http litres ru...

Конспект лекций по дисциплине Экономика недвижимости: конспект лекций
Государственное бюджетное образовательное учреждение... высшего профессионального образования... Уральский государственный экономический университет...

Устранение слабых сторон заводского технологического процесса, а также снижения трудоемкости и себестоимости технологического процесса механической обработки путем перевода технологического процесса с устаревших моделей оборудования на более современные
Графическая часть содержит 10 листов формата А1, в качестве приложений приведены спецификации на разработанные нами приспособления и… Объектом разработки является технологический процесс механической обработки… Эффективность данного производства, его технический прогресс, качество выпускаемой продукции во многом зависят от…

0.079
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • По категориям
  • По работам