Системы автоматических устройств и их назначение

Системы автоматических устройств выполняют функцию управления, регулирования, контроля и защиты как технологических процессов, так и машин, оборудования и системы в целом.

Развитие техники в строительном производстве идет по пути максимальной механизации и автоматизации производственных процессов. Образцами широкой автоматизации технологических процессов в строительном производстве являются автоматизированные заводы по производству бетона, железобетонных конструкций и др.

Элементы автоматических устройств, применяемых в автоматических системах, могут быть электрическими, пневматическими и гидравлическими.

Современное автоматическое устройство включает в себя датчики, дистанционные передачи, преобразователи, реле, измерительные приборы и исполнительные органы. В простых автоматических устройствах некоторые из этих элементов (например, дистанционная передача, измерительные приборы и др.) могут отсутствовать.

Наиболее сложной функцией автоматики является автоматическое регулирование, состоящее в поддержании без участия человека на постоянном уровне величин, определяющих протекание технологического процесса. Объект, в котором процесс в той или иной мере автоматически регулируется, называется регулируемым объектом, а величины, подлежащие регулированию,— регулируемыми параметрами. Регулировать можно один или несколько параметров объекта регулирования.

Выбранный для конкретных условий автоматический регулятор должен поддерживать в определенных пределах величину и продолжительность отношения регулируемого параметра, т. е. обеспечить устойчивое регулирование. Устойчивым является регулирование, плавно изменяющее регулируемый параметр либо без колебаний, либо с небольшими затухающими колебаниями.

По назначению различают регуляторы расхода, давления, температуры и т. д.

По способу действия автоматические регуляторы подразделяются на непосредственного действия, в которых усилие, необходимое для перемещения регулирующего органа, создается изменением регулируемого параметра без применения постороннего источника энергии, и непрямого (косвенного) действия, работающие с использованием постоянного источника энергии.

Регуляторы делятся также на регуляторы прерывного и непрерывного действия. В прерывном случае регулятор или его связь с регулирующим органом включается периодически, во втором — непрерывно воздействует на регулирующий орган до тех пор, пока регулируемая величина не совпадет с заданным значением.

Регулируемый объект вместе с присоединенным к нему автоматическим регулятором называется системой автоматического регулирования (САР).

Система автоматического регулирования является замкнутой системой, в которой отключения регулируемой величины от заданного значения преобразуются автоматически в воздействие на регулирующий орган.

Характерной особенностью большинства автоматических устройств является наличие обратной связи. Обнаружив отклонение регулируемой величины от требуемого значения, чувствительный элемент регулятора посылает командный импульс к регулирующему органу, который уменьшает или увеличивает перемещение рабочего органа.

Сигнализирующие устройства автоматических устройств могут быть выполнены со звуковыми, световыми и электромагнитными сигналами.

Для звуковых сигналов используются звонки, гудки и сирены, для световых — электрические лампочки, для электромагнитных сигнальных реле — бленкеры. При подаче тока в катушку бленкера выпадает сигнализирующая пластинка — флажок. С помощью перечисленных устройств сигнализируется либо включение и отключение тех или иных агрегатов, либо состояние их неисправности.

Блокировка в автоматических устройствах служит для предотвращения подключения механизмов в непредусмотренное время. Устройства для блокировки бывают электрические, механические, пневматические и гидравлические. В автоматизированных устройствах наиболее широко применяется электрическая блокировка. В частности, в электроприводах она служит для обеспечения определенных переключений или последовательности пуска и остановки механизмов, связанных межу собой общей технологической зависимостью.

Под блокировкой механизмов и устройств понимается такая электрическая или механическая связь между их пусковыми аппаратами, которая ставит в зависимость действие одного механизма или устройства от другого.

В строительном производстве часто используются группы транспортеров, требующих согласованной работы. Работа транспортеров связывается между собой, а иногда, в зависимости от необходимости, также и с работой других механизмов. Эти связи осуществляются целым рядом электрических блокировочных цепей. В целях предотвращения возможных завалов в случае непредвиденной остановки одного из транспортеров должна быть обеспечена автоматическая остановка всех транспортеров, предшествующих ему по ходу потока.

 

 

14. Датчики. Физические эффекты в пассивных и активных датчиках.

Датчик – это устройство, которое под воздействием измеряемой величины выдает эквивалентный сигнал S, обычно электрический (заряд, ток, напряжение), являющейся функцией измеряемой величины:

S = F(m),

где S - выходная величина датчика.

m - входная измеряемая величина.

Физическая связь между mиsможет быть самой разнообразной, на вид функции влияют материалы, конструкция датчика, технология, окружающая среда и др. Проще всего определять вид функцииFэкспериментально при градуировке. Но грамотно спроектировать датчик, получать оптимальную точность, чувствительность и другие параметры, его характеризующие, можно только на основе понимания физики его работы и основных количественных соотношений, её характеризующих.

Таблица 3 - Физические эффекты, используемые для построения активных датчиков

Измеряемая величина	Используемый эффект	Выходная величина
Температура	Термоэлектрический эффект Пироэлектрический эффект	Напряжение Заряд
Поток оптического излучения	Внешний фотоэффект Внутренний фотоэффект в полупроводниках с p-nпереходом Фотоэлектромагнитный эффект	Ток Напряжение Напряжение
Сила, давление, Ускорение	Пьезоэлектрический эффект	Заряд
Скорость	Электромагнитная индукция	Напряжение
Перемещение	Эффект Холла	Напряжение

Таблица 4 - Физические принципы преобразования величин, используемых для построения пассивных датчиков

Измеряемая величина	Электрический параметр, изменяющийся под действием измеряемой величины	Используемые материалы (тип)
Температура Сверхнизкие температуры Поток оптического излучения Деформация Перемещение Влажность Уровень	Сопротивление Диэлектрическая проницаемость Сопротивление Сопротивление Магнитная проницаемость, сопротивление, ёмкость Диэлектрическая проницаемость, сопротивление Диэлектрическая проницаемость, коэффициент преломления	Металлы (платина, никель, медь), полупроводники Стекло, керамика Полупроводники Сплавы никеля, легированный кремний Ферромагнетики магниторезистивные материалы, висмут, антимонид индия Хлористый литий, окись алюминия, полимеры. Жидкие материалы

 

 

15. Общая структурная схема управления и контроля. ГОС

Всякое управление предполагает наличие объекта управления и управляющего органа. Объекты управления чрезвычайно разнообразны: предприятия, сложная технологическая установка, отрасль народного хозяйства, живой организм или его часть, учебное заведение, город, область, республика. Управление представляет собой сложный информационный процесс. Желательно, чтобы управление осуществлялось наилучшим образом, было оптимальным.

С С являются для каждого проектного объекта основным проектным документом, т.к. ими устанавливаются оптимальные каналы административно-технического и оперативного управления технологическим процессом для достижения наивысших эксплуатационных показателей. В СС управления и контроля отображаются особенности технологического характера данного производства, а также технические средства, используемые при создании локальных систем контроля и автоматизации.

Рис 1. Структурная схема системы управления

Благодаря, определенному взаимодействию между СУ и объектом системы автоматизации, обеспечивается требуемый результат работы объекта, который характеризуется величинами Х, т.е. это величины характеризующие целесообразность конечного продукта, отдельные параметры, определяющие ход ТП, его экономичность и обеспечение безаварийности режима работы ТП. Работа комплексного объекта автоматизации характеризуется вспомогательными параметрами У, которые должны контролироваться и регулироваться. Это величины, характеризующие работу установок, подготовки технологического пара, насосных отделений и т.д. В процессе работы на объект поступают возмущающие воздействия f, которые вызывают отклонение параметров Х от требуемых значений. Информация о текущих значения Х и У поступает в СУ и сравнивается с заданным значениемg. В результате чего система управления вырабатывает управляющие воздействия е для компенсации отклонений выходного параметра. Т.о. объект автоматизации состоит из связанных друг с другом участков управления, которые могут быть представлены в виде отдельных установок или в виде локальных каналов управления отдельными параметрами одних и тех же установок.

Процесс управления – это информационный процесс, заключающийся в сборе информации о ходе процесса, передаче ее в пункты накопления и переработки, анализе поступающей, накопленной и справочной информации, принятии решения на основе выполненного анализа, выработке соответствующего решения на основе выполненного анализа, выработке соответствующего управляющего воздействия и доведения его до объекта управления. Каждая фаза процесса управления протекает во взаимодействии с окружающей средой при воздействии различного рода помех. Цели, принципы и границы управления зависят от сущности решаемой задачи.

Рис.2 Процесс управления как информационный процесс

Система управления – совокупность взаимодействующих между собой объекта управления и органа управления, деятельность которых направлена на достижение заданной цели управления.

 

16. САР, САУ, АСУ ТП. Их основные отличия.

Как было сказано ранее, сбор, обработка и анализ информации о технологическом процессе и работе оборудования относится к сфере контроля. Рассматриваемое включение человека в систему управления происходит на этапе принятия решения по результатам анализа, т.е. уже по результатам контроля. Поэтому та часть технических средств системы управления, которая выполняет операции контроля, работая без вмешательства человека, может быть рассмотрена как отдельная система автоматического контроля (САК) [3, 7]. Когда говорят об автоматизированной или автоматической системе управления, всегда подразумевают наличие в ее составе САК.

Кроме систем контроля и управления есть еще одна разновидность автоматических систем. Она связана с частным случаем управления, имеющим целью поддерживать постоянство или изменение по заданному закону какого-то одного технологического параметра. Эта разновидность управления называется регулированием, и реализует ее система автоматического регулирования (САР) или просто автоматический регулятор [15] *4. Примером такой системы является холодильник. Здесь термореле срабатывает, когда температура в холодильной камере становится выше допустимой, и включается двигатель компрессора, который действует до тех пор, пока термореле не «обнаружит», что температура снизилась достаточно, и не отключит электропитание двигателя.

Реальные АСУ ТП являются комбинированными, т.е. одни технологические параметры поддерживаются с помощью САР, другие отслеживаются техническими средствами самой АСУ, в состав которой входит и САК. Развитие средств вычислительной техники привело к созданию систем управления, где человек выполняет роль оператора. Дальнейшее развитие приведет к появлению замкнутых систем управления, где роль человека сводится к наблюдению. Следует заметить, что только с использованием в системах управления дешевых и производительных микро ЭВМ появилась реальная возможность построения гибких и интеллектуальных систем, которые могут осуществить изменение параметров, смену структуры и алгоритма управления. Это

осуществляется за счет переключения на выполнение другого фрагмента управляющей программы, хранящейся в памяти ЭВМ [10, 23].

Обычно в состав автоматизированных систем входят САУ более низкого уровня, управляющие отдельными агрегатами сложной технологической цепи или линии. Здесь может входить множество автоматических регуляторов, поддерживающих, скажем, скорость, давление и температуру на заданных уровнях, и целый ряд автоматических устройств, осуществляющих защиту агрегатов от перегрузок или предназначенных для управления выведения этих агрегатов на рабочий режим и их останова. В состав такой системы обычно входят и устройства, осуществляющие оптимизацию режима работы и 14

 

называемые экстремальными регуляторами, например, минимизирующие расход электроэнергии. Однако основные параметры процесса задает с пульта оператор, наблюдающий за работой установки в целом. В состав такой современной системы входят и компьютеры, которые могут, как непосредственно управлять параметрами процесса, так и работать в режиме «советчика», вырабатывая рекомендации для оператора и оставляя за ним окончательное решение.

 

17 Датчик. Сигнал. Виды датчиков.

В промышленной электронике индуктивные, оптические и другие датчики применяются очень широко. Долго и постоянно имею с ними дело, и вот решил написать статью, поделиться знаниями. Статья будет обзорной (если хотите, научно-популярной).

Виды датчиков

Итак, что вообще такое датчик. Датчик — это устройство, которое выдаёт определённый сигнал при наступлении какого-либо определённого события. Иначе говоря, датчик при определённом условии активируется, и на его выходе появляется аналоговый (пропорциональный входному воздействию) или дискретный (бинарный, цифровой, т.е. два возможных уровня) сигнал.

Точнее можем посмотреть в Википедии: Датчик (сенсор, от англ. sensor) — понятие в системах управления, первичный преобразователь, элемент измерительного, сигнального, регулирующего или управляющего устройства системы, преобразующий контролируемую величину в удобный для использования сигнал.

Там же и много другой информации, но у меня своё, инженерно-электронно-прикладное, видение вопроса.

Датчиков бывает великое множество. Перечислю лишь те, с которыми приходится сталкиваться электрику и электронщику.

Индуктивные. Активируется наличием металла в зоне срабатывания. Другие названия — датчик приближения, датчик присутствия, индуктивный выключатель, бесконтактный датчик или выключатель. Смысл один, и не надо путать. По-английски пишут «proximity sensor».

Оптические. Другие названия — фотодатчик, фотоэлектрический датчик, оптический выключатель. Такие применяются и в быту, называются «датчик освещённости»

Емкостные. Срабатывает на наличие практически любого предмета или вещества в поле активности.

Давления. Давления воздуха или масла нет — сигнал на контроллер или рвёт аварийную цепь.

Концевые выключатели (электрический датчик). Это обычный пассивный выключатель, который срабатывает, когда на него наезжает или давит объект.

Датчики могут называться также сенсорами или инициаторами.

Пока хватит, перейдём к теме статьи.