Основными функциональными элементами автоматики

Для управления технологическими процессами и созданными АСУ выпускаются специальные устройства – управляющий вычислительный комплекс (УВК). Где применяется агрегатный принцип (выпускаются отдельные унифицированные блоки, выполняющие определённые функции, что позволяет создать СУ для решения той или иной задачи).

Государственная система приборов (ГСП) созданная у нас и выпускающая устройства которые по функциональному признаку делятся на следующие группы.

I. Устройства для получения информации о ходе процесса (первичные преобразователи или датчики).

II. Устройства для передачи информации на расстоянии (преобразователи и линии связи)

III. Устройства для обработки информации и выработки команд управления.

IV.Устройства для дистанционной передачи команд управления.

V. Устройства для воздействия на управляемый процесс (исполнительные механизмы – ИМ регулирующие органы – РО).

ГСП унифицированы, все входные и выходные сигналы с различных элементов, что позволяет их сочетать.

1)Задающие элементы (устройства) (ЗУ) - позвoляющие устанавливать предписанное (заданное) значение выходной переменной ОУ или программу ее изменения.Как правило эта величина задается в косвенном виде (температура задается значением напряжения, давление – значением натяга прунжины). Таким элементом может быть пружина, эталонное сопротивление, опорный полупроводниковый диод, потенциометр и т.п. В следящих САУ задающим устройством может быть рука человека (пилота) и маломощный двигатель;

2)Чувствительный элемент (ЧЭ) - предназначен для измерения выходной переменной ОУ, а также для измерения возмущений. Чувствительный элемент вместе с преобразователем, оформленные в отдельный конструктивный элемент называют датчиком. Конструктивное отличие ЧЭ от точных измерительных приборов заключается в том, что уменьшен диапазон измерения и увеличена мощность сигнала на ее выходе;

3)Усилители - служат для усиления сигнала ЧЭ или специальной измерительной схемы, к которой подключается датчик (схемы сравнения);

4)Элементы сравнения - служат для сравнения заданного и полученного значения выходной переменной ОУ. Иногда элементы сравнения не имеют собственного конструктивного исполнения;

5)Исполнительные элементы (ИЭ, ИМ) - предназначены для создания управляющего воздействия на ОУ, т.е. он воздействует на ОУ через регулирующий орган - являясь для него приводом. Если ИЭ создает механическое перемещение регулирующего органа, то его называют сервомотором или серводвигателем;

6)Регулирующий орган (РО) - элемент системы, изменяющий поток энергии или вещества в ОУ (это вентиль, клапан, задвижка, и т.д.);

7)Преобразовательные элементы - используют для преобразования входной его величины в выходную, отличную от входной либо по физической природе, либо количественно и удобную для дальнейшего использования или передачи;

8)Корректирующие (КУ) и стабилизирующие устройства служат для изменения динамических свойств элементов или системы. Такими элементами служат RC - цепочки, операционные усилители с обратной связью, дифференцирующие элементы.

Основным элементом САУ является объект управления (ОУ) - технические устройства, установки, технологические процессы, требуемый режим работы которых поддерживается извне с помощью специально организованных воздействий. В качестве ОУ могут выступать: двигатели, источники энергии, движущиеся в пространстве объекты, технологические установки, нагревательные печи , а также локальные САУ.

Параметры, характеризующие состояние ОУ и существенные для процесса управления называют выходными переменными (координатами), или выходными сигналами системы.

Любой элемент системы, также как и ОУ, может испытывать (воспринимать) внешние воздействия. Точки системы, в которых приложены внешние воздействия, называют входами, а сами внешние воз-

действия могут быть разделены на задающие и возмущающие воздействия. Задающее воздействие формируется ЗУ, возмущающие - нагрузка ОУ, воздействия окружающей среды, воздействия, обусловленные внутренним изменением ОУ.

Конструктивно на ОУ устанавливаются датчик для измерения управляемой переменной; регулирующий орган с исполнительным механизмом (элементом). В состав промышленно выпускаемых регуляторов входят следующие функциональные элементы: задающее устройство, элемент сравнения (арифметико-логическое устройство), преобразователи, усилители, корректирующие устройства.

При математическом описании САУ отдельно описывают ОУ вместе с регулирующим органом и датчиком, а уравнения всех остальных элементов системы составляют алгоритм управления (закон регулирования) управляющего устройства.

Сигналы, связанные с источниками информации о задачах и результатах управления называют полезными входными сигналами, все остальные сигналы - помехи.

Понятие входов и выходов условно и относится всегда только к определенной системе. Системы с одним входом и одним выходом называют одномерными (ОУ - однопараметровый). САУ с несколькими входами и выходами называют многомерной. Они всегда являются многоконтурными.

Управляющее устройство –служит для обеспечение режимов работы ОУ и поддержания регулируемой величины на заданном уровне. В качестве УУ используется РО (регулятор) – это совокупность усилительных и управляющих устройств которые используются для коммутации и алгебраического суммирования измерительного сигнала и для выработки требуемого закона регулирования управляющих воздействий на исполнительный механизм (ИМ).

ВОСПРИНИМАЮЩИЕ ЭЛЕМЕНТЫ АВТОМАТИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ

Датчиком или первичным преобразователем, называют конструктивно обособленное устройство, содержащее: воспринимающий (чувствительный) элемент, который воспринимает изменение контролируемой величины, и преобразователь, преобразующий контролируемую величину в величину, удобную для передачи по линиям связи и дальнейшего использования.

Входная величина-величина, воспринимаемая и преобразуемая датчиком, входные величины можно разделить на два класса.

1. Первый класс включает величины характеризующие протекание процессов. Сюда входят: энергетические величины, характеризующие интенсивность протекания процесса или параметры источника энергии (ток, напряжение, перемещение, скорость, расход и т.п.);параметрические величины, характеризующие нагрузку (сопротивление, упругость, масса и т.п.).

2. Второй класс включает величины характеризующие свойство и состав вещества. Выходной сигнал датчика представляет собой определенное изменение несущей величины (тока, напряжения, давления) используемое для передачи информации. Изменение (модуляция) несущей величины может осуществляться по амплитуде, временному признаку (изменение частоты, длительности воздействия, порядка чередования воздействия), а также по пространственному признаку.

В ряде случаев датчики имеют на выходе изменяющееся оммическое, индуктивное или емкостное сопротивления и расчитаны на использование совместно с измерительными схемами. Такой датчик характеризуется не выходным сигналом (получаемым после измерительной схемы), а выходным параметром (изменением сопротивления, индуктивности, емкости). Поэтому их принято называть параметрическими.

Большинство датчиков преобразует входную неэлектрическую величину в электрический сигнал.

Наиболее употребляемыми являются: напряжение постоянного тока низкого уровня изменяющееся в пределах от 0 до 20-50 мв, получаемое от термопар, тензодатчиков; давление воздуха 20-100 кПа.

Датчики, применяемые для автоматизации в промышленности, должны выдавать выходные унифицированные сигналы в соответствии с требованиями ГСП (Государственной системы приборов). Датчики, выходным сигналом которых является напряжение, должны отвечать ряду: 0, 1В; 0, 2 В; 0, 5 В; 1 В; 5 В; 10 В; 20 В. Датчики, выходным сигналом которых является ток, должны отвечать ряду: 1mА ; 2mА;5mA; 10mA; 20mА. Унификация выходных сигналов датчиков необходима для использования их в системах АСУ ТП с управляющими ЦВМ.

Аналого-цифровые преобразователи (АЦП) на входе ЦВМ обслуживают обычно группу датчиков, различных по принципу действия и выходным сигналам, но унифицированных по значению и виду выходного сигнала.

Датчики в системах автоматики являются элементами, поставляющими информацию о контролируемой (регулируемой) величине.

Параметры датчиков имеют решающее значение при формировании управляющего воздействия на объект управления, в связи с этим к датчикам предъявляются очень жесткие требования по точности преобразования входной величины, стабильности преобразования при воздействии помех, изменений условий эксплуатации и т.п.

Датчики, как и любой элемент автоматики обладает, определенной совокупностью характеристик и параметров, которые определяют его эксплуатационные и технологические особенности. Одной из главных характеристик является статическая характеристика датчика. Статическая характеристика-функциональная зависимость между изменением входной х и выходной у величинами в установившемся (статическом) режиме у=f(х), когда эти сигналы не изменяются по времени или меняются с постоянной скоростью. Наиболее приемлемой для большинства случаев является линейная характеристика

у=sх

Величина S называется чувствительностью датчика, при S характеристика принимает релейный характер.

АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД

Электропривод представляет собой механическое устройство, с помощью которого регулируется передвижение рабочего органа технологического механизма. Эл. привод может обладать силовыми исполнительными механизмами и входить в состав автоматического регулятора как исполнительный механизм.

В понятие эл.привода включается: электрическая система, состоящая из двигателя и блока управления этим двигателем. Если система управления снабжена средствами автоматического управления, то такой привод называется автоматизированный. Система управления такого привода выполняет следующие функции: управление пуском и торможением,

поддержанием заданной скорости или изменение ее по определенному закону, защита эл. двигателя от перегрузок и остановка при аварийных режимах, блокировка двигателя от самовключения при подаче напряжения после кратковременного его отсутствия, обеспечение определенной последовательности пуска и сигнализации.

Схемы управления эл.привода могут быть однотактные и многотактные. В 1-м случае состояния исполнительных элементов зависят только от состояния входных сигналов в каждый момент времени.

Многотактные системы зависят от последовательности поступления входных сигналов.

В автоматизированных приводах объектом регулирования является двигатель соответственно можно регулировать как частоту вращения, ток, напряжение, вращающий момент и т.д..

Управление осуществляется с помощью логико-программных устройств, которые могут описываться логическими функциями.

Логико-программные устройства могут выполнять управление по функциям:

Времени, когда включение – отключение двигателя происходит по истечению какого-то заданного промежутка времени;

По функции пути, когда вкл/откл происходит в зависимости от положения рабочих органов;

Смешанная функция.

Схемы управления могут состоять из контактных элементов, бесконтактных или микросхем.

К контактным относиться электромагнитное реле. Мощные реле называются контакторами – это реле предназначенные для коммутации силовых цепей. Реле применяется так же для коммутации слаботочных цепей управления.

Датчики перемещения

; ; ; (проволока намотана равномерно); ; .

Аналогичные датчики применяются для измерения углового перемещения. В этом случае каркас выполнен в виде тора.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: