Автоматизация на технологични процеси и производство. Технологии за автоматизация на производството. Технически средства за автоматизация Лекционни бележки Общи сведения за автоматизацията на технологичните

Мениджмънт, консултиране и предприемачество

Лекция 2. Главна информацияотносно техническите средства за автоматизация. Трябва да се учи общи въпросипо отношение на техническите средства за автоматизация и държавната система от индустриални инструменти и средства за автоматизация, ОСП е продиктувана от факта, че техническите средства

Лекция 2.

Общи сведения за техническите средства за автоматизация.

Необходимостта от изучаване на общи въпроси, свързани с техническото оборудване за автоматизация и държавната система на промишлени инструменти и оборудване за автоматизация (GSP) е продиктувано от факта, че техническото оборудване за автоматизация е неразделна част от GSP. Технически средстваавтоматизацията представлява основата за внедряване на информационни и управляващи системи в индустриалната и непромишлената сфера на производството. Принципите на организиране на GSP до голяма степен определят съдържанието на етапа на проектиране на техническата поддръжка на автоматизирани системи за управление на процесите (APCS). От своя страна основата на GSP са проблемно ориентирани съвкупни комплекси от технически средства.

Типичните инструменти за автоматизация могат да бъдат технически, хардуерни, софтуерни и системни.

ДА СЕ технически средства за автоматизация(TSA) включват:

• сензори;
• задвижващи механизми;
• регулаторни органи (RO);
• комуникационни линии;
• вторични инструменти (показващи и записващи);
• аналогови и цифрови управляващи устройства;
• блокове за програмиране;
• логически командни контролни устройства;
• модули за събиране и първична обработка на данни и мониторинг на състоянието на обект на технологично управление (ТОУ);
• модули за галванична изолация и нормализиране на сигнала;
• Преобразуватели на сигнали от една форма в друга;
• модули за представяне на данни, индикация, запис и генериране на управляващи сигнали;
• буферни устройства за съхранение;
• програмируеми таймери;
• специализирани изчислителни устройства, устройства за предпроцесорна подготовка.

ДА СЕ софтуерни и хардуерни средства за автоматизациявключват:

• аналогово-цифрови и цифрово-аналогови преобразуватели;
• контролни средства;
• Многоконтурни аналогови и аналогово-цифрови управляващи блокове;
• Устройства за програмно логическо управление с множество връзки;
• програмируеми микроконтролери;
• локални мрежи.

ДА СЕ инструменти за автоматизация на цялата системавключват:

• интерфейсни устройства и комуникационни адаптери;
• блокове споделена памет;
• магистрали (автобуси);
• Уреди за обща системна диагностика;
• Процесори с директен достъп за съхраняване на информация;
• операторски конзоли.

Технически средства за автоматизация в системите за управление

Всякаква система контролът трябва да извърши следнотофункции:

• събиране на информация за сегашно състояниеобект на технологичен контрол (ТОУ);
• определяне на критерии за качество на работата на ТОУ;
• намиране на оптимален режим на работа на TOU и оптимални управляващи действия, които осигуряват екстремума на критериите за качество;
• изпълнение на намерения оптимален режим на ТОУ.

Тези функции могат да се изпълняват обслужващ персоналили TCA. Има четиритип системи за управление(SU):

1) информационни;

2) автоматично управление;

3) централизиран контрол и регулиране;

4) автоматизирани системи за управление на процесите.

Информация ( ръководство) системи за управление(Фиг. 1.1) се използват рядко, само за надеждно функциониращи, прости технологични обекти за управление на TOU.

Ориз. 1.1. Структура информационна системаконтроли:

D - сензор (първичен измервателен преобразувател);

VP - вторично показващо устройство;

OPU - операторски контролен център (табла, конзоли, мнемосхеми, алармени устройства);

Устройства за дистанционно управление дистанционно(бутони, ключове, байпасни контролни панели и др.);

IM актуатор;

RO - регулаторен орган;

C - алармени устройства;

MS мнемонични диаграми.

В някои случаи системата за управление на информацията включва регулатори с директно действие и регулатори, вградени в технологичното оборудване.

В автоматичните системи за управление(фиг. 1.2) всички функции се изпълняват автоматично с помощта на подходящи технически средства.

Функциите на оператора включват:

• техническа диагностика на състоянието на СКУД и възстановяване на повредени елементи на системата;
• корекция на регулаторни закони;
• промяна на задачата;
• преход към ръчно управление;
• поддръжка на оборудването.

Ориз. 1.2. Структура на системата за автоматично управление (ACS):

KP - конвертор на кодиране;

LS - комуникационни линии (проводници, импулсни тръби);

VU - изчислителни устройства

Централизирани системи за контрол и регулиране(SCCR) (фиг. 1.3). ACS се използват за просто техническо оборудване, чиито режими на работа се характеризират с малък брой координати, а качеството на работа се характеризира с един лесно изчислим критерий. Специален случай на ACS е системата за автоматично управление (ASR).

Система за управление, която автоматично поддържа екстремна стойност на TOC, принадлежи към класа на системите за екстремен контрол.

Ориз. 1.3. Структура на централизираната система за контрол и регулиране:

OPU - операторски контролен център;

D - сензор;

NP нормализиращ преобразувател;

KP - кодиращи и декодиращи преобразуватели;

CR - централни регулатори;

MP многоканален инструмент за регистрация (печат);

C - предавариен сигнализатор;

MPP - многоканални показващи устройства (дисплеи);

MS - мнемосхема;

IM - изпълнителен механизъм;

RO - регулаторен орган;

К контролер

ASR, които поддържат определената стойност на изходната регулируема координата на TOU, се разделят на:

• стабилизиращ;
• софтуер;
• последователи;
• адаптивен.

Екстремните регулатори се използват изключително рядко.

Техническите структури на SCCR могат да бъдат два вида:

1) с индивидуални ТКА;

2) с колективни ТСА.

При първия тип система всеки канал е изграден от TCA за индивидуална употреба. Те включват сензори, нормализиращи преобразуватели, регулатори, вторични устройства, задвижващи механизми и регулаторни органи.

Отказът на един канал за управление не води до спиране на технологичното съоръжение.

Този дизайн увеличава цената на системата, но повишава нейната надеждност.

Вторият тип система се състои от TSA за индивидуална и колективна употреба. TSA за колективна употреба включва: превключвател, CP (кодиращи и декодиращи конвертори), CR (централни регулатори), MR (многоканално записващо устройство (печат)), MPP (многоканални индикиращи устройства (дисплеи)).

Цената на колективна система е малко по-ниска, но надеждността до голяма степен зависи от надеждността на колективните TSA.

При дълга комуникационна линия се използват индивидуални кодиращи и декодиращи конвертори, разположени в близост до сензорите и изпълнителните механизми. Това увеличава цената на системата, но подобрява шумоустойчивостта на комуникационната линия.

Автоматизирани системи за управление на процесите(APCS) (фиг. 1.4) е машинна система, в която TSA получава информация за състоянието на обектите, изчислява критерии за качество и намира оптимални настройки за управление. Функциите на оператора се свеждат до анализиране на получената информация и нейното прилагане с помощта на локални автоматизирани системи за управление или дистанционно управление на контролната зала.

Разграничават се следните видове системи за контрол на процеси:

• централизирана автоматизирана система за управление на процесите (всички функции за обработка на информация и контрол се изпълняват от един управляващ компютър UVM) (фиг. 1.4);

Ориз. 1.4. Структура на централизирана автоматизирана система за управление на процесите:

USO - комуникационно устройство с обект;

DU - дистанционно управление;

SOI - инструмент за показване на информация

• надзорна автоматизирана система за управление на процесите (има редица локални автоматизирани системи за управление, изградени на базата на индивидуална употреба TSA и централен компютърен компютър (CUVM), който има информационна комуникационна линия с локални системи) (фиг. 1.5);

Ориз. 1.5. Структура на системата за надзорен контрол: LR - местни регулатори

• разпределена автоматизирана система за управление на процесите - характеризира се с разделяне на функциите за обработка на информация и управление на управление между няколко географски разпределени обекта и компютри (фиг. 1.6).

Ориз. 1.6. Йерархична структура на техническите средства на SHG

СТРАНИЦА 7

Средствата за автоматизация на производството включват оборудване за техническа автоматизация (TAA) - това са устройства и инструменти, които сами по себе си могат да бъдат инструменти за автоматизация или да бъдат част от хардуерен и софтуерен комплекс. Системите за сигурност в едно модерно предприятие включват техническо оборудване за автоматизация. Най-често TCA е основен елемент на интегрирана система за сигурност.

Средствата за техническа автоматизация включват устройства за запис, обработка и предаване на информация в автоматизираното производство. С тяхна помощ автоматизираните производствени линии се наблюдават, регулират и контролират.

Системите за безопасност наблюдават производствения процес с помощта на различни сензори. Те включват сензори за налягане, фото сензори, индуктивни сензори, капацитивни сензори, лазерни сензори и др.

Сензорите се използват за автоматично извличане на информация и първоначалното й преобразуване. Сензорите се различават по принципа на действие и по чувствителността си към параметрите, които следят. Техническото оборудване за безопасност включва най-широк набор от сензори. Интегрираното използване на сензори прави възможно създаването на цялостни системи за сигурност, които контролират много фактори.

Техническите средства за информация също включват предавателни устройства, които осигуряват комуникация между сензори и контролно оборудване. При получаване на сигнал от датчиците контролната апаратура спира производствения процес и отстранява причината за аварията. Ако е невъзможно да се отстрани аварийната ситуация, оборудването за техническа безопасност дава сигнал за неизправността на оператора.

Най-често срещаните сензори, които се включват във всяка интегрирана система за сигурност, са капацитивните сензори.

Позволяват безконтактно откриване на наличието на обекти на разстояние до 25 мм. Капацитивните сензори работят на следния принцип. Сензорите са оборудвани с два електрода, между които се записва проводимостта. Ако в контролната зона има предмет, това води до промяна в амплитудата на трептене на генератора, включен в сензора. В същото време се задействат капацитивни сензори, което предотвратява навлизането на нежелани предмети в оборудването.

Капацитивните сензори се отличават със своята простота на дизайн и висока надеждност, което им позволява да се използват в най- различни областипроизводство. Единственият недостатък е малката контролна зона на такива сензори.

Посетителите също четат:

Индустриална безопасност
В повечето съвременни автоматизирани предприятия индустриалната безопасност се осигурява чрез внедряването на комплексни системи за безопасност и контрол на производството

Федерална агенция за образование

Държавно учебно заведение

висше професионално образование

"Омски държавен технически университет"

В.Н. Гудинов, А.П. Корнейчук

СРЕДСТВА ЗА ТЕХНИЧЕСКА АВТОМАТИЗАЦИЯ
Бележки от лекции

Омск 2006 г
UDC 681.5.08(075)

ББК 973.26-04я73

Ж
РЕЦЕНЗЕНТИ:
Н.С. Галдин, доктор на техническите науки, професор в катедрата по PTTM и G, SibADI,

В.В. Захаров, ръководител на отдела за автоматизация на ZAO NOMBUS.
Гудинов В.Н., Корнейчук А.П.

G Технически средства за автоматизация: Лекционни записки. – Омск: Издателство на Омския държавен технически университет, 2006. – 52 с.
Лекционните бележки предоставят основна информация за съвременните технически и софтуерно-хардуерни средства за автоматизация (TSA) и софтуерно-хардуерни комплекси (STC), принципите на тяхното изграждане, класификация, състав, предназначение, характеристики и особености на приложение в различни видове автоматизирано управление и регулиране системи за технологични процеси (АСУТП).

Лекционните конспекти са предназначени за студенти от редовно, вечерно, задочно и дистанционно обучение по специалност 220301 - “Автоматика”. технологични процесии производство."
Публикува се с решение на редакционно-издателския съвет на Омския държавен технически университет.
UDC 681.5.08(075)

ББК 973.26-04я73

© В.Н. Гудинов, А.П. Корнейчук 2006

© Държава Омск

Технически университет, 2006г

1. ОБЩА ИНФОРМАЦИЯ ЗА СРЕДСТВАТА ЗА ТЕХНИЧЕСКА АВТОМАТИЗАЦИЯ

ОСНОВНИ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Целта на дисциплината „Средства за техническа автоматизация” (ТСА) е изучаване на елементната база на системите за автоматично управление на процесите. Първо, представяме основните понятия и определения.

елемент(устройство) - структурно завършен технически продукт, предназначен да изпълнява определени функции в системите за автоматизация (измерване, предаване на сигнали, съхранение на информация, обработка, генериране на команди за управление и др.).

Автоматична система за управление (ACS)- комплект технически средстваи софтуерни и хардуерни инструменти, които взаимодействат помежду си, за да приложат определен закон за управление (алгоритъм).

Автоматизирана система за управление на процесите (APCS)- система, предназначена за разработване и прилагане на управляващи действия върху технологичен обект на управление и е система човек-машина, която осигурява автоматично събиране и обработка на информация, необходима за управление на този технологичен обект в съответствие с приетите критерии (технически, технологични, икономически).

Обект на технологичен контрол (TOU) -комплект от технологично оборудване и изпълнявания върху него технологичен процес съгласно съответните инструкции и наредби.

При създаването на съвременни автоматизирани системи за управление на процесите се наблюдава глобална интеграция и унификация на техническите решения. Основното изискване на съвременните системи за автоматично управление е отвореността на системата, когато използваните формати на данни и процедурният интерфейс са определени и описани за нея, което позволява свързването на „външни“ независимо разработени устройства и устройства към нея. През последните години пазарът на TCA се промени значително, бяха създадени много местни предприятия, които произвеждат инструменти и системи за автоматизация, появиха се системни интегратори. От началото на 90-те години, водещ чужди производители TCA започна широкото въвеждане на своите продукти в страните от ОНД чрез търговски мисии, клонове, съвместни предприятия и дилърски фирми.

Интензивното развитие и бързата динамика на пазара на съвременни технологии за управление налагат появата на литература, отразяваща актуалното състояние на ТСА. Понастоящем най-новата информация за оборудването за автоматизация на местни и чуждестранни компании е разпръсната и е представена главно в периодични издания или в глобалния интернет на уебсайтовете на производствени компании или на специализирани информационни портали като www.asutp.ru, www.mka.ru , www.industrialauto.ru. Целта на тези лекционни бележки е систематично представяне на материала за елементите и индустриалните комплекси на TSA. Рефератът е предназначен за студенти от специалност „Автоматизация на технологичните процеси и производства“, изучаващи дисциплината „Средства за техническа автоматизация“.

1.1. TCA класификация съгл функционално предназначениев самоходни оръдия

В съответствие с GOST 12997-84, целият комплекс TSA, според функционалното им предназначение в ACS, е разделен на следните седем групи (фиг. 1).

Ориз. 1. Класификация на TSA по функционално предназначение в ACS:

CS – система за управление; ОУ – обект на управление; CS – комуникационни канали;

Памет – главни устройства; UPI – устройства за обработка на информация;

USPU – усилвателно-преобразуващи устройства; UIO – устройства за показване на информация; IM – изпълнителни механизми; РО – работни органи; КУ – уреди за управление; D – сензори; VP – вторични преобразуватели

1.2. Тенденции в развитието на TCA
1. Повишена функционалност на TCA:

– във функцията за управление (от най-простия старт/стоп и автоматичен реверс до циклична и цифрова програма и адаптивно управление);

– в алармената функция (от най-обикновени електрически крушки до текстови и графични дисплеи);

– в диагностичната функция (от индикация за отворена верига до софтуерно тестване на цялата система за автоматизация);

– във функцията на комуникация с други системи (от жични комуникации до мрежови индустриални съоръжения).

2. Усложняването на елементната база означава преход от релейни контактни вериги към безконтактни веригивърху отделни полупроводникови елементи и от тях към интегрални схеми с нарастваща степен на интеграция (фиг. 2).

Ориз. 2. Етапи на развитие на електрическите превозни средства
3. Преход от твърди (хардуерни, схемни) структури към гъвкави (реконфигурируеми, препрограмируеми) структури.

4. Преход от ръчни (интуитивни) методи за проектиране на TSA към машинни, научно обосновани системи компютърно проектиране(CAD).

1.3. TCA образни методи
В процеса на изучаване на този курс могат да се използват различни методи за изобразяване и представяне на ТСА и техните компоненти. Най-често използваните са следните:

1. Конструктивен метод(фиг. 7-13) включва изобразяване на инструменти и устройства с помощта на методи машиностроителен чертежпод формата на технически чертежи, планове, общи типове, проекции (включително аксонометрични), разрези, разрези и др. .

2. Метод на веригата(Фиг. 14.16-21.23) предполага, в съответствие с GOST ESKD, представянето на TCA чрез диаграми различни видове(електрически, пневматични, хидравлични, кинематични) и видове (конструктивни, функционални, фундаментални, монтажни и др.).

3. Математически моделсе използва по-често за софтуерно реализиран TSA и може да бъде представен от:

– предавателни функции на типични динамични връзки;

– диференциални уравнения на протичащи процеси;

– логически функции за управление на изходи и преходи;

– графики на състояния, циклограми, времедиаграми (фиг. 14, 28);

– блокови схеми на функциониращи алгоритми (фиг. 40) и др.
1.4. Основни принципи на изграждане на ТСА
За изграждането на съвременни автоматизирани системи за управление на процесите са необходими различни устройства и елементи. Задоволяването на нуждите от толкова различни по качество и сложност системи за управление от оборудване за автоматизация с тяхното индивидуално разработване и производство би направило проблема за автоматизацията огромен, а гамата от инструменти и устройства за автоматизация почти неограничена.

В края на 50-те години СССР формулира проблема за създаване на единна Държавна системаИндустриални инструменти и съоръжения за автоматизация (GSP)– представляваща рационално организирана съвкупност от инструменти и устройства, които отговарят на принципите на типизация, унификация, агрегация и са предназначени за изграждане на автоматизирани системи за измерване, наблюдение, регулиране и управление на технологични процеси в различни отрасли. А от 70-те години на миналия век GSP обхваща и неиндустриални области на човешката дейност, като научни изследвания, тестване, медицина и др.

Въвеждане- това е разумно намаляване на разнообразието от избрани типове, конструкции на машини, съоръжения, устройства, до не- Голям бройнай-добрите образци от всяка гледна точка, притежаващи значими качествени характеристики. По време на процеса на типизиране се разработват и инсталират типови проекти, съдържащи основни елементи и параметри, общи за редица продукти, включително обещаващи. Процесът на типизиране е еквивалентен на групиране, класифициране на някакъв първоначален, даден набор от елементи в ограничен брой типове, като се вземат предвид действителните ограничения.

Обединение- това е намаляването на различни видове продукти и средства за тяхното производство до рационален минимум от стандартни размери, марки, форми, свойства. Внася еднаквост в основните параметри стандартни решения TCA също елиминира неоправданото разнообразие от средства с едно и също предназначение и разнообразието на техните части. Устройствата, техните блокове и модули, идентични или различни по функционално предназначение, но произтичащи от един основен дизайн, образуват единна серия.

Агрегиранее разработването и използването на ограничен набор от стандартни унифицирани модули, блокове, устройства и унифицирани стандартни структури (UTC) за изграждане на множество сложни проблемно-ориентирани системи и комплекси. Агрегирането ви позволява да създавате различни модификации на продукти на една и съща основа, да произвеждате TSA за същата цел, но с различни техническа характеристика.

Принципът на агрегиране се използва широко в много отрасли на технологиите (например модулни машини и модулни индустриални роботи в машиностроенето, IBM-съвместими компютри в системи за управление и автоматизация на обработката на информация и др.).

2. ДЪРЖАВНА СИСТЕМА ЗА ПРОМИШЛЕНИ УСТРОЙСТВА

И СРЕДСТВА ЗА АВТОМАТИЗАЦИЯ

GSP е сложна развиваща се система, състояща се от редица подсистеми, които могат да бъдат разглеждани и класифицирани от различни позиции. Нека разгледаме функционално-йерархичната и конструктивно-технологичната структура на техническите средства на GSP.
2.1. Функционално-йерархична структура на СГС

Ориз. 3. Йерархия на SHG
Отличителни черти на съвременните структури за изграждане на автоматизирани системи за управление на промишлени предприятия са: навлизането на изчислителни средства и въвеждането на мрежови технологии на всички нива на управление.

В световната практика специалистите по интегрирана автоматизация на производството също идентифицират пет нива на управление на модерно предприятие (фиг. 4), което напълно съвпада с горната йерархична структура на GSP.

На ниво дР.П.– Enterprise Resource Planning (планиране на ресурсите на предприятието) изчислява и анализира финансови и икономически показатели и решава стратегически административни и логистични проблеми.

На ниво МОН– Manufacturing Execution Systems (системи за изпълнение на производството) – задачи за управление на качеството на продукта, планиране и контрол на последователността от операции на технологичния процес, управление на производството и човешките ресурси в рамките на технологичния процес, поддръжка на производствено оборудване.

Тези две нива се отнасят до задачите на автоматизираните системи за управление (автоматизирани системи за управление на предприятието) и техническите средства, чрез които се изпълняват тези задачи - това са офис персонални компютри (ПК) и работни станции, базирани на тях, в услугите на главните специалисти на предприятие.


Ориз. 4. Пирамида на съвременното управление на производството.
На следващите три нива се решават проблеми, които принадлежат към класа на автоматизираните системи за управление на процесите (автоматизирани системи за управление на процесите).

SCADA– Надзорен контрол и събиране на данни (система за събиране на данни и надзорна (диспечерска) система) е ниво на тактическо оперативно управление, на което се решават проблемите на оптимизация, диагностика, адаптация и др.

контрол- ниво– ниво на директно (локално) управление, което се реализира на такива ТСА като: софтуер – операторски панели (дистанционни), PLC – програмируеми логически контролери, USO – комуникационни устройства с обекта.

HMI– Интерфейс човек-машина (комуникация човек-машина) – визуализира (извежда информация) хода на технологичния процес.

Вход/ Изход– Входовете/изходите на обекта на управление са

сензори и изпълнителни механизми (S/AM) на специфични технологични инсталации и работни машини.

2.2. Структурно и технологично устройство на ГСП


Ориз. 5. SHG структура
UKTS(унифициран набор от технически средства) – това е колекция различни видове технически продукти, предназначени да изпълняват различни функции, но изградени на същия принцип на работа и имащи едни и същи конструктивни елементи.

ДЕЙСТВИЯ(съвкупен комплекс от технически средства) – това е колекция различни видоветехнически продукти и устройства, свързани помежду си по функционалност, дизайн, тип захранване, ниво на входно-изходните сигнали, създадени на единна дизайнерска, софтуерна и хардуерна основа на блоково-модулен принцип. Примери за добре познати вътрешни UKTS и ACTS са дадени в таблица. 1.

PTK (софтуерно-хардуерен комплекс ) – Това е набор от микропроцесорни инструменти за автоматизация (програмируеми логически контролери, локални регулатори, комуникационни устройства с обекта), дисплеи на оператори и сървъри, индустриални мрежи, свързващи изброените компоненти, както и индустриален софтуер на всички тези компоненти, предназначени да създават разпределени автоматизирани системи за управление на процеси в различни отрасли. Примери за съвременни местни и чуждестранни хардуерни и софтуерни системи са дадени в таблица. 2.

Специфичните комплекси от технически средства се състоят от стотици и хиляди различни видове, размери, модификации и конструкции на инструменти и устройства.

Вид на продукта- това е набор от технически продукти, които са идентични по функционалност, имат един принцип на действие и имат същата номенклатура на основния параметър.

Стандартен размер- продукти от същия тип, но притежаващи собствени специфични стойностиосновен параметър.

Модификация- е колекция от продукти от един и същи вид, които имат определени характеристики на дизайна.

Екзекуция– характеристики на дизайна, които влияят на експлоатационните характеристики.

TCA комплекси Таблица 1

Тема 2

1. Сензори

Сензорът е устройство, което преобразува входното влияние на всяко физическо количествов сигнал, удобен за по-нататъшна употреба.

Използваните сензори са много разнообразни и могат да бъдат класифицирани според различни критерии (вижте таблица 1).

В зависимост от вида на входната (измерваната) величина биват: механични датчици за преместване (линейни и ъглови), пневматични, електрически, разходомери, датчици за скорост, ускорение, сила, температура, налягане и др.

Въз основа на типа изходна стойност, в която се преобразува входната стойност, се разграничават неелектрически и електрически: сензори за постоянен ток (emf или напрежение), сензори за амплитуда на променлив ток (emf или напрежение), сензори за честота на променлив ток (emf или напрежение ), сензори за съпротивление (активни, индуктивни или капацитивни) и др.

Повечето сензори са електрически. Това се дължи на следните предимства на електрическите измервания:

Електрически величиниудобно е да се предава на разстояние и предаването се извършва с висока скорост;

Електрическите величини са универсални в смисъл, че всякакви други величини могат да бъдат преобразувани в електрически величини и обратно;

Те се преобразуват точно в цифров код и ви позволяват да постигнете висока точност, чувствителност и скорост на измервателните уреди.

Въз основа на принципа на действие сензорите могат да бъдат разделени на два класа: генераторни и параметрични. Отделна група се състои от радиоактивни сензори. Радиоактивните сензори са сензори, които използват явления като промени в параметрите под въздействието на g и b лъчи; йонизация и луминесценция на определени вещества под въздействието на радиоактивно облъчване. Сензорите на генератора директно преобразуват входната стойност в електрически сигнал. Параметричните сензори преобразуват входната стойност в промяна на всеки електрически параметър (R, L или C) на сензора.

Въз основа на принципа на действие сензорите могат да бъдат разделени също на омични, реостатни, фотоелектрични (оптоелектронни), индуктивни, капацитивни и др.

Има три класа сензори:

Аналогови сензори, т.е. сензори, които произвеждат аналогов сигнал, пропорционален на промяната на входната стойност;

Цифрови сензори, които генерират импулсна поредица или двоична дума;

Двоични (двоични) сензори, които произвеждат сигнал само от две нива: „включено/изключено“ (0 или 1).

Фигура 1 - Класификация на сензори за системи за автоматизация на минни машини

Изисквания към сензорите:

Еднозначна зависимост на изходната стойност от входната стойност;

Стабилност на характеристиките във времето;

Висока чувствителност;

Малък размер и тегло;

Няма обратна връзка за контролиран процеси върху контролирания параметър;

Работа при различни работни условия;

Различни опции за монтаж.

Параметрични сензори

Параметричните сензори са сензори, които преобразуват входните сигнали в промяна на всеки параметър на електрическата верига (R, L или C). В съответствие с това се разграничават активни съпротивителни, индуктивни и капацитивни сензори.

Характерна особеност на тези сензори е, че се използват само с външен източник на захранване.

В съвременното оборудване за автоматизация широко се използват различни параметрични сензори за активно съпротивление - контактни, реостатни, потенциометрични сензори.

Контактни сензори. Най-надеждният с контактни сензориРазглеждат се магнитно управлявани запечатани контакти (тръстикови превключватели).

Фигура 1 - Схематична диаграма на сензор за тръбен превключвател

Чувствителният елемент на сензора, тръстиковият превключвател, е ампула 1, вътре в която са запечатани контактни пружини (електроди) 2, изработени от феромагнитен материал. Стъклената ампула е пълна със защитен газ (аргон, азот и др.). Стегнатостта на ампулата изключва лошо влияние(въздействие) на околната среда върху контактите, повишавайки надеждността на тяхната работа. Контактите на рийд ключ, разположен в контролирана точка в пространството, се затварят под въздействието на магнитно поле, което се създава от постоянен магнит (електромагнит), монтиран върху движещ се обект. Когато контактите на рийд превключвателя са отворени, неговото активно съпротивление е равно на безкрайност, а когато е затворено, то е почти нула.

Изходен сигнал на сензора (U изх. при натоварване R1) равен на напрежението U p на източника на захранване при наличие на магнит (обект) в контролната точка и нула при отсъствието му.

Рид превключвателите се предлагат както с изключващи, така и с изключващи контакти, както и с превключващи и поляризирани контакти. Някои видове рид ключове - KEM, MKS, MKA.

Предимствата на рийд сензорите са висока надеждност и средно време между отказите (около 10 7 операции). Недостатъкът на тръстиковите сензори е значителна промяна в чувствителността с леко изместване на магнита в посока, перпендикулярна на движението на обекта.

Рийд сензорите се използват, като правило, в автоматизацията на повдигащи, дренажни, вентилационни и конвейерни инсталации.

Потенциометрични сензори. Потенциометричните сензори са променлив резистор (потенциометър), състоящ се от плоска (лента), цилиндрична или пръстеновидна рамка, върху която е монтирана тънка жица от константан или нихром с висока съпротивление. Плъзгач се движи по рамката - плъзгащ се контакт, свързан механично с обекта (виж Фигура 2).

Чрез преместване на плъзгача с помощта на подходящо устройство можете да промените съпротивлението на резистора от нула до максимум. Освен това съпротивлението на сензора може да се променя както по линеен закон, така и по други, често логаритмични закони. Такива сензори се използват в случаите, когато е необходимо да се промени напрежението или тока във веригата на натоварване.

Фигура 2 - Потенциометричен сензор

За линеен потенциометър (вижте Фигура 2) дължина лизходното напрежение се определя от израза:

,

където x е движението на четката; k=U p / л- коефициент на пренос; U p – захранващо напрежение.

Потенциометричните сензори се използват за измерване на различни параметри на процеса - налягане, ниво и др., предварително преобразувани от чувствителен елемент в движение.

Предимствата на потенциометричните сензори са простотата на дизайна, малки размери, както и възможност за захранване с постоянен и променлив ток.

Недостатъкът на потенциометричните сензори е наличието на плъзгащ се електрически контакт, което намалява надеждността на работа.

Индуктивни сензори. Принципът на действие на индуктивния сензор се основава на промяна на индуктивността L на намотката 1, поставена върху феромагнитната сърцевина 2, при движение хкотви 3 (виж Фигура 3).

Фигура 3 - Индуктивен сензор

Сензорната верига се захранва от източник на променлив ток.

Контролният елемент на сензорите е променливо съпротивление - дросел с променлива въздушна междина.

Сензорът работи по следния начин. Под въздействието на обект котвата, приближавайки се до сърцевината, предизвиква увеличаване на потоковото свързване и следователно индуктивността на намотката. С намаляваща разлика ддо минимална стойност, индуктивното съпротивление на бобината x L = wL = 2pfL се увеличава до максимум, намалявайки тока на натоварване RL, което обикновено е електромагнитно реле. Последните, с техните контакти, управление на превключватели, защита, вериги за наблюдение и др.

Предимствата на индуктивните сензори са простотата на устройството и надеждността на работа поради липсата на механична връзка между сърцевината и арматурата, която обикновено е прикрепена към движещ се обект, чиято позиция се контролира. Функциите на котва могат да се изпълняват от самия обект, който има феромагнитни части, например скип при контролиране на позицията му в шахтата.

Недостатъците на индуктивните сензори са нелинейността на характеристиките и значителната електромагнитна сила на привличане на арматурата към сърцевината. За намаляване на силите и непрекъснато измерване на преместванията се използват сензори от соленоиден тип или те се наричат ​​диференциални.

Капацитивни сензори.Капацитивните сензори са структурно променливи кондензатори с различни конструкции и форми, но винаги с две пластини, между които има диелектрична среда. Такива сензори се използват за преобразуване на механични линейни или ъглови движения, както и налягане, влажност или ниво на околната среда в промяна на капацитета. В този случай, за да се контролират малки линейни движения, се използват кондензатори, при които въздушната междина между плочите се променя. За контролиране на ъгловите движения се използват кондензатори с постоянна междина и променлива работна площ на плочите. За контрол на нивата на пълнене на резервоари с насипни материали или течности при постоянни междини и работни зони на плочите се контролират кондензатори с диелектрична проницаемост на средата. Електрическият капацитет на такъв кондензатор се изчислява по формулата

където: S - обща площ на пресичане на плочите; δ - разстоянието между плочите; ε е диелектричната проницаемост на средата между плочите; ε 0 е диелектричната константа.

Въз основа на формата на плочите се разграничават плоски, цилиндрични и други видове променливи кондензатори.

Капацитивните сензори работят само при честоти над 1000Hz. Използването при индустриална честота е практически невъзможно поради големия капацитет (Xc = = ).

Генераторни сензори

Генераторните сензори са сензори, които директно преобразуват различни видове енергия в електрическа. Те не се нуждаят от външни източници на захранване, тъй като самите те произвеждат ЕДС Генераторните сензори използват добре известни физични явления: появата на ЕДС в термодвойките при нагряване, във фотоклетките с блокиращ слой при осветяване, пиезоелектричния ефект и явлението електромагнитна индукция .

Индукционни сензори. IN индукционни сензорипреобразуване на входно неелектрическо количество в индуцирана емф. използва се за измерване на скоростта на движение, линейни или ъглови движения. E.m.f. в такива сензори той се индуцира в бобини или намотки, направени от мед изолиран проводники поставени върху магнитопроводи от електротехническа стомана.

Микрогенераторите с малък размер, които преобразуват ъгловата скорост на даден обект в емф, чиято стойност е пряко пропорционална на скоростта на въртене на изходящия вал на изпитвания обект, се наричат ​​тахогенератори на постоянен и променлив ток. Вериги на тахогенератори с и без независима възбуждаща намотка са показани на фигура 4.

Фигура 4 - Схеми на тахогенератори с и без независима намотка на възбуждане

DC тахогенераторите са колектор електрическа колас котва и възбуждаща намотка или постоянен магнит. Последните не изискват допълнителен източник на енергия. Принципът на работа на такива тахогенератори е, че в арматурата се индуцира ЕДС, която се върти в магнитния поток (F) на постоянен магнит или намотка на полето. (E), чиято стойност е пропорционална на честотата на въртене (ω) на обекта:

E = cФn = cФω

Да запазя линейна зависимост e.m.f. в зависимост от скоростта на въртене на котвата е необходимо съпротивлението на натоварване на тахогенератора винаги да остава непроменено и да е многократно по-високо от съпротивлението на намотката на котвата. Недостатъкът на DC тахогенераторите е наличието на комутатор и четки, което значително намалява неговата надеждност. Колекторът осигурява преобразуване на променлив емф. арматури в постоянен ток.

По-надежден е AC тахогенератор, в който изходната искробезопасна намотка е разположена на статора, а роторът е постоянен магнит със съответния постоянен магнитен поток. Такъв тахогенератор не изисква колектор, а неговата променлива емф. преобразувани в постоянен ток с помощта на мостови диодни вериги. Принципът на работа на синхронен тахогенератор за променлив ток е, че когато роторът се върти от управляващия обект, в неговата намотка се индуцира променлива едс, чиято амплитуда и честота са право пропорционални на скоростта на въртене на ротора. Поради факта, че магнитният поток на ротора се върти със същата честота като самия ротор, такъв тахогенератор се нарича синхронен. Недостатъкът на синхронния генератор е, че има лагерни възли, което не е подходящо за условията на добив. Диаграмата за управление на скоростта на транспортна лента със синхронен тахогенератор е показана на фигура 5. Фигура 5 показва: 1 - магнитен ротор на тахогенератора, 2 - задвижваща ролка с протектор, 3 - транспортна лента, 4 - статорна намотка на тахогенератор.

Фигура 5 - Схема за синхронно управление на скоростта на транспортната лента

тахогенератор

За измерване на линейната скорост на движение на работните органи на скреперните транспортьори се използват магнитни индукционни сензори, които изобщо нямат движещи се части. Движещата се част (котва) в този случай са стоманените скрепери на конвейера, движещи се в магнитния поток на сензор с постоянен магнит с искробезопасна намотка. Когато стоманените скрепери пресичат магнитен поток в намотката, се индуцира променлива ЕДС, право пропорционална на скоростта на движение и обратно пропорционална на разстоянието между стоманената сърцевина на намотката и скрепера. Магнитният поток, който води до ЕРС, в намотката в този случай се променя под въздействието на стоманени стъргалки, които, движейки се над сензора, причиняват колебания в магнитното съпротивление по пътя на затваряне на магнитния поток, образуван от постоянен магнит . Диаграмата за наблюдение на скоростта на движение на работното тяло на скреперния конвейер с помощта на магнитен индукционен датчик е показана на фигура 6. Фигура 6 показва: 1 - скреперен конвейер, 2 - стоманена сърцевина, 3 - стоманена шайба, 4 - пластмасова шайба , 5 - пръстен постоянен магнит, 6 - сензорна намотка

Фигура 6 - Схема за управление на скоростта на движение на работния орган

скреперен транспортьор с магнитен индукционен сензор

Магнитоеластични сензори.Принципът на действие на магнитоеластични сензори се основава на свойството на феромагнитните материали да променят магнитната проницаемост m, когато се деформират. Това свойство се нарича магнито-еластичност, което се характеризира с магнито-еластична чувствителност

Permallay (желязо-никелова сплав) има най-висока стойност S m = 200 H/m2. Някои разновидности на пермалай, когато се удължат с 0,1%, увеличават коефициента на магнитна пропускливост до 20%. Въпреки това, за да се получат дори такива малки удължения, е необходимо натоварване от порядъка на 100 - 200 N/mm, което е много неудобно и води до необходимостта от намаляване на напречното сечение на феромагнитния материал и изисква източник на захранване с честота от порядъка на килохерца.

Структурно, магнитоеластичният сензор е намотка 1 със затворена магнитна верига 2 (виж Фигура 7). Контролираната сила P, деформираща сърцевината, променя нейната магнитна проницаемост и следователно индуктивното съпротивление на намотката. Токът на натоварване RL, например реле, се определя от съпротивлението на бобината.

Магнитоеластични сензори се използват за наблюдение на сили (например при товарене на скипове и засаждане на клетки на юмруци), скален натиск и др.

Предимствата на магнитоеластични сензори са простота и надеждност.

Недостатъци на магнитоеластични сензори - задължително скъпи материализа магнитопроводи и тяхната специална обработка.

Фигура 7 – Магнитоеластичен сензор

Пиезоелектрични сензори. Пиезоелектричният ефект е присъщ на монокристалите на някои диелектрични вещества (кварц, турмалин, Рошелска сол и др.). Същността на ефекта е, че под действието на динамични механични сили върху кристала, електрически заряди, чиято големина е пропорционална на еластичната деформация на кристала. Размерите и броят на кристалните плочи се избират в зависимост от силата и необходимото количество заряд. Пиезоелектричните сензори в повечето случаи се използват за измерване на динамични процеси и ударни натоварвания, вибрации и др.

Термоелектрически сензори. За измерване на температурите в в широки границиИзползват се термоелектрически сензори 200-2500 °C - термодвойки, които осигуряват преобразуването на топлинната енергия в електрическа е.д.с. Принципът на действие на термодвойката се основава на феномена на термоелектричния ефект, който се състои във факта, че когато съединението и краищата на термоелектродите се поставят в среда с различни температури t 1 и t 2 в кръг, образуван от термодвойка и миливолтметър се появява термо едс, пропорционална на разликата между тези температури

Фигура 8 - Диаграма на термодвойка

Проводниците А и В на термодвойките са направени от разнородни метали и техните сплави. Феноменът на термоелектрическия ефект се дава от комбинация от такива проводници А и В, мед-константан (до 300 ° C), мед-копел (до 600 ° C), хромел-копел (до 800 ° C), желязо - копел (до 800 ° C), хромел - алумел (до 1300 ° C), платина - платина-родий (до 1600 ° C) и др.

Стойността на термоемф за различни видове термодвойки варира от десети до десетки миливолта. Например, за термодвойка мед-константан тя се променя от 4,3 до –6,18 mB, когато температурата на прехода се променя от + 100 до – 260 o C.

Термисторни сензори.Принципът на работа на термисторните сензори се основава на свойството на чувствителния елемент - термистора - да променя съпротивлението при промяна на температурата. Термисторите се изработват от метали (мед, никел, атин и др.) и полупроводници (смеси от метални оксиди - мед, манган и др.). Металният термистор е направен от тел, например медна, с диаметър приблизително 0,1 mm, навита под формата на спирала върху рамка от слюда, порцелан или кварц. Такъв термистор е затворен в защитна тръба с клемни скоби, която се намира в точката за контрол на температурата на обекта.

Полупроводниковите термистори се произвеждат под формата на малки пръти и дискове с изводи.

С повишаване на температурата съпротивлението на металните термистори нараства, докато при повечето полупроводникови то намалява.

Предимството на полупроводниковите термистори е тяхната висока термична чувствителност (30 пъти повече от металните).

Недостатъкът на полупроводниковите термистори е голямото разпространение на съпротивлението и ниската стабилност, което ги прави трудни за използване при измервания. Следователно, полупроводниковите термистори в системите за автоматизация на минни технологични инсталации се използват главно за контрол на температурните стойности на обектите и тяхната термична защита. В този случай те обикновено се свързват последователно с електромагнитно реле към източника на захранване.

За измерване на температурата термисторът RK е включен в мостова верига, която преобразува измерването на съпротивлението в напрежение на изхода Uout, използван в системата за автоматично управление или измервателната система.

Мостът може да бъде балансиран или небалансиран.

Използва се балансиран мост с нулевия метод на измерване. В този случай съпротивлението R3 се променя (например със специален автоматично устройство) след промяна в съпротивлението на термистора Rt по такъв начин, че да се осигури равенство на потенциала в точките A и B. Ако скалата на резистора R3 е градуирана в градуси, тогава температурата може да се отчете въз основа на позицията на неговия плъзгач. Предимството на този метод е високата точност, но недостатъкът е сложността на измервателното устройство, което е автоматична система за проследяване.

Небалансиран мост произвежда сигнал Uout, пропорционален на прегряването на обекта. Чрез избора на съпротивленията на резисторите R1, R2, R3 се постига равновесие на моста при първоначалната температурна стойност, като се гарантира, че условието е изпълнено

Rt / R1 = R3 / R2

Ако стойността на контролираната температура и съответно съпротивлението Rt се промени, балансът на моста ще бъде нарушен. Ако свържете mV устройство със скала, градуирана в градуси към неговия изход, стрелката на устройството ще покаже измерената температура.

Индукционен разходомер

За да се контролира захранването на дренажна помпена единица, е възможно да се използват индукционни разходомери, например тип IR-61M. Принципът на работа на индукционния разходомер се основава на закона на Фарадей (закона за електромагнитната индукция).

Структурна схемаиндукционен разходомер е показан на Фигура 9. Когато проводяща течност тече в тръбопровод между полюсите на магнит, се появява ЕМП в посока, перпендикулярна на посоката на течността и в посоката на основния магнитен поток. U на електродите, пропорционална на скоростта на течността v:

където B е магнитната индукция в пролуката между магнитните полюси; d – вътрешен диаметър на тръбопровода.

Фигура 9 – Проектна схема на индукционен разходомер

Ако изразим скоростта v по отношение на обемния дебит Q, т.е.

Предимства на индукционния разходомер:

Имат лека инерция на показанията;

Вътре в работния тръбопровод няма части (следователно те имат минимални хидравлични загуби).

Недостатъци на разходомера:

Показанията зависят от свойствата на измерваната течност (вискозитет, плътност) и естеството на потока (ламинарен, турбулентен);

Ултразвукови разходомери

Принципът на работа на ултразвуковите разходомери е следният

скоростта на разпространение на ултразвук в движеща се среда от газ или течност е равна на геометричната сума от средната скорост на движение на средата v ​​и естествената скорост на звука в тази среда.

Проектната диаграма на ултразвуковия разходомер е показана на фигура 10.

Фигура 10 - Проектна схема на ултразвуков разходомер

Излъчвателят I създава ултразвукови вибрации с честота 20 Hz и по-висока, които попадат върху приемника P, който регистрира тези вибрации (той се намира на разстояние l). Дебит F е равен на

където S е площта на напречното сечение на флуидния поток; C – скорост на звука в средата (за течност 1000-1500 m/s);

t1 е продължителността на разпространение на звуковата вълна в посоката на потока от излъчвателя I1 към приемника P1;

t 2 – продължителността на разпространение на звуковата вълна срещу потока от излъчвателя I2 към приемника P2;

l е разстоянието между излъчвателя I и приемника P;

k – коефициент, отчитащ разпределението на скоростите в потока.

Предимства на ултразвуков разходомер:

а) висока надеждност и скорост;

б) способност за измерване на непроводими течности.

Недостатък: повишени изисквания за замърсяване на контролирания воден поток.

2. Устройства за предаване на данни

Информацията се прехвърля от обекта за автоматизация към управляващото устройство чрез комуникационни линии (канали). В зависимост от физическата среда, чрез която се предава информацията, комуникационните канали могат да бъдат разделени на следните видове:

– кабелни линии– електрически (симетрични, коаксиални, “ усукана двойка"и др.), оптични и комбинирани електрически кабелис оптични жила;

– захранващи електрически мрежи ниско и високо напрежение;

– инфрачервени канали;

– радио канали.

Предаването на информация по комуникационни канали може да се предава без компресиране на информация, т.е. По един канал се предава един информационен сигнал (аналогов или дискретен), а при компресиране на информация по комуникационен канал се предават много информационни сигнали. Информационното уплътняване се използва за дистанционно предаване на информация на значително разстояние (например от оборудване за автоматизация, разположено на пътно платно, до комбайн или от секция на мина на повърхността до диспечер) и може да се извърши с помощта на различни видове сигнали кодиране.

Технически системи, които осигуряват предаването на информация за състоянието на обекта и командите за управление на разстояние чрез комуникационни канали, могат да бъдат системи за дистанционно управление и измерванеили телемеханични системи. В системите за дистанционно управление и измерване всеки сигнал използва собствена линия - комуникационен канал. Колкото сигнали има, толкова комуникационни канали са необходими. Поради това при дистанционно управление и измерване броят на контролираните обекти, особено на големи разстояния, обикновено е ограничен. В телемеханичните системи само една линия или един комуникационен канал се използва за предаване на много съобщения до голям брой обекти. Информацията се предава в кодирана форма и всеки обект „знае“ своя код, така че броят на контролираните или управляваните обекти е практически неограничен, само кодът ще бъде по-сложен. Телемеханичните системи се делят на дискретни и аналогови. Дискретни системи за дистанционно управление се наричат телеалармени системи(TS), те осигуряват предаването на краен брой състояния на обекта (например „включено“, „изключено“). Аналоговите телевизионни системи за наблюдение се наричат телеметрични системи(TI), те осигуряват предаване на непрекъснати промени във всякакви параметри, характеризиращи състоянието на обекта (например промени в напрежението, тока, скоростта и др.).

Елементите, които изграждат дискретни сигнали, имат различни качествени характеристики: амплитуда на импулса, полярност и продължителност на импулса, честота или фаза на променлив ток, код при изпращане на серия от импулси. Телемеханичните системи са разгледани по-подробно в.

За обмен на информация между микропроцесорни контролери на различни системи за автоматизация, включително управляващи компютри, се използват специални средства, методи и правила за взаимодействие - интерфейси. В зависимост от метода на пренос на данни се прави разлика между паралелен и сериен интерфейс. IN паралелен интерфейс qсе предават битове данни ркомуникационни линии. IN сериен интерфейсПредаването на данни обикновено се извършва по две линии: едната непрекъснато предава часовникови (синхронизиращи) импулси от таймера, а втората носи информация.

В системите за автоматизация на минни машини най-често се използват серийни интерфейси на стандартите RS232 и RS485.

Интерфейсът RS232 осигурява комуникация между два компютъра, управляващ компютър и микроконтролер, или комуникация между два микроконтролера със скорост до 19600 bps на разстояние до 15m.

Интерфейсът RS-485 осигурява обмен на данни между няколко устройства по една двупроводна комуникационна линия в полудуплексен режим. Интерфейсът RS-485 осигурява трансфер на данни със скорост до 10 Mbit/s. Максималният обхват на предаване зависи от скоростта: при скорост 10 Mbit/s максимална дължиналиния - 120 м, при скорост 100 kbit/s - 1200 м. Броят на устройствата, свързани към една интерфейсна линия, зависи от вида на използваните в устройството трансивъри. Един предавател е проектиран да управлява 32 стандартни приемника. Приемниците се предлагат с входни импеданси от 1/2, 1/4, 1/8 от стандарта. При използване на такива приемници, общият брой на устройствата може да бъде съответно увеличен: 64, 128 или 256. Преносът на данни между контролерите се извършва съгласно правила, наречени протоколи. Протоколите за обмен в повечето системи работят на принципа главен-подчинен. Едно устройство на магистралата е главното и инициира обмена, като изпраща заявки до подчинени устройства, които се различават по логически адреси. Един от популярните протоколи е протоколът Modbus.

2. Актуатори

Изпълнение на решението, т.е. осъществява се изпълнение на управляващото действие, съответстващо на генерирания управляващ сигнал изпълнителни механизми (ED).Като цяло задвижващият механизъм е комбинация от задвижващ механизъм (AM) и регулиращ орган (RO). Местоположението на изпълнителните механизми в блоковата схема на локалната ACS е показано на фигура 11.

Фигура 11 - Местоположение на изпълнителните механизми в блоковата схема на локална система за автоматично управление

Задвижващият механизъм (AM) е устройство, предназначено да преобразува управляващите сигнали, генерирани от управляващия блок (PLC), в сигнали, удобни за въздействие върху крайната връзка на ACS - регулаторния орган (RO).

Актуаторът се състои от следните основни елементи:

изпълнителен двигател (електродвигател, бутало, мембрана);

елемент на съединителя (съединител, панта);

предавателно-преобразуващ елемент (скоростна кутия с изходящ лост или прът);

усилвател на мощност (електрически, пневматичен, хидравличен, комбиниран)

В конкретен модел MI може да липсват редица елементи (с изключение на задвижващия двигател).

Основното изискване за IM: движение на RO с възможно най-малко изкривяване на законите за управление на генерирания PLC, т.е. MI трябва да има достатъчна скорост и точност.

Основни характеристики:

а) номинална и максимална стойност на въртящия момент

върху изходящия вал (въртящ се) или сили върху изходящия прът;

б) времето на въртене на изходния вал на ИМ или хода на неговия прът;

в) максималната стойност на ъгъла или хода на изходния вал

г) мъртва зона.

Изпълнителните механизми се класифицират според следните знаци:

1) движение на регулаторния орган (ротационен и линеен);

2) дизайн(електрически, хидравлични, пневматични);

Електрически – с електродвигател и електромагнитно задвижване;

Хидравлични – със задвижвания: бутални, плунжерни, от хидромотор;

Пневматични – със задвижвания: бутало, бутало, мембрана, диафрагма, от въздушен двигател.

В практиката най-широко се използва електрическият МИ. Електрическите MI се класифицират като:

електромагнитни;

електрически мотор

Електромагнитните MI се разделят на:

IM с дискове от електромагнитни съединителипредназначени за предаване на въртеливо движение (триещи и плъзгащи съединители;

IM с електромагнитно задвижване са 2-позиционни устройства (т.е. предназначени за 2-позиционно управление), които извършват транслационно движение на задвижващите елементи според дискретния принцип: „включено - изключено“.

Електрическият двигател MI се разделя на:

еднооборотен - ъгълът на въртене на изходящия вал не надвишава 360 0. Пример: MEO (електрически еднооборотен механизъм). Използват еднофазни и трифазни (МЕОК, МЕОБ) асинхронни двигатели.

многооборотен – за дистанционно и локално управление тръбопроводна арматура(клапани).

В системите за автоматизация на минни машини като задвижващи механизми широко се използват електрически хидравлични разпределители, например тип GSD и 1RP2. Електрическият хидравличен разпределител 1RP2 е предназначен за управление на скоростта на подаване и режещите елементи на комбайна като част от автоматичните контролери на товара URAN.1M и системата за автоматизация SAUK02.2M. Електрохидравличният разпределител 1RP2 е хидравличен макарен вентил с електромагнитно задвижване с издърпване.

Регулаторният орган (РО) е крайният елемент на АСУ, който упражнява пряко контролно влияние върху ОС. RO променя потока от материал, енергия, взаимно споразумениечасти от апарати, машини или механизми по посока на нормалното протичане на технологичния процес.

Основната характеристика на RO е неговата статична характеристика, т.е. връзката между изходния параметър Y (дебит, налягане, напрежение) и стойността на хода на регулатора в проценти.

RO осигурява:

а) двупозиционно регулиране - RO портата бързо се премества от едно крайно положение в друго.

б) непрекъснато - в този случай е необходимо пропускателната характеристика на RO да бъде строго определена (шлюз, кран, дроселна клапа).

Основно условие е въвеждането в предприятията на технически средства, позволяващи автоматизация на производствените процеси ефективна работа. Разнообразие съвременни методиавтоматизацията разширява обхвата на тяхното приложение, докато разходите за механизация като правило се оправдават от крайния резултат под формата на увеличаване на обема на произведените продукти, както и повишаване на тяхното качество.

Организациите, които следват пътя на технологичния прогрес, заемат водещи позиции на пазара, осигуряват по-добри условия на труд и минимизират нуждата от суровини. Поради тази причина вече не е възможно да си представим големи предприятия без изпълнение на проекти за механизация - изключения важат само за малки занаятчийски индустрии, където автоматизацията на производството не се оправдава поради основния избор в полза на ръчното производство. Но дори и в такива случаи е възможно частично да се включи автоматизацията на някои етапи от производството.

Основи на автоматизацията

В широк смисъл автоматизацията включва създаването на такива условия в производството, които ще позволят определени задачи за производство и освобождаване на продукти да се изпълняват без човешка намеса. В този случай ролята на оператора може да бъде решаването на най-критичните задачи. В зависимост от поставените цели автоматизацията на технологичните процеси и производството може да бъде пълна, частична или комплексна. Изборът на конкретен модел се определя от сложността на техническата модернизация на предприятието поради автоматичното попълване.

В заводи и фабрики, където се прилага пълна автоматизация, обикновено механизирани и електронни системиуправлението се прехвърля цялата функционалност за контрол на производството. Този подход е най-рационален, ако условията на работа не предполагат промени. В частична форма автоматизацията се въвежда на отделни етапи от производството или по време на механизацията на автономните технически компонент, без да е необходимо създаването на сложна инфраструктура за управление на целия процес. Обикновено се прилага цялостно ниво на автоматизация на производството в определени зони - това може да бъде отдел, цех, линия и т.н. В този случай операторът контролира самата система, без да засяга прекия работен процес.

Автоматизирани системи за управление

Като начало е важно да се отбележи, че такива системи изискват пълен контролнад предприятие, завод или фабрика. Техните функции могат да се разширят до конкретно оборудване, конвейер, цех или производствена зона. В този случай системите за автоматизация на процеси получават и обработват информация от обслужвания обект и въз основа на тези данни оказват коригиращо въздействие. Например, ако работата на производствения комплекс не отговаря на параметрите на технологичните стандарти, системата ще използва специални канали, за да промени режимите си на работа според изискванията.

Обекти на автоматизация и техните параметри

Основната задача при въвеждането на средства за механизация на производството е поддържането на качествените параметри на съоръжението, което в крайна сметка ще се отрази на характеристиките на продукта. Днес експертите се опитват да не навлизат в същността технически параметриразлични обекти, тъй като теоретично внедряването на системи за управление е възможно във всеки компонент на производството. Ако разгледаме в това отношение основите на автоматизацията на технологичните процеси, тогава списъкът на обектите за механизация ще включва същите работилници, конвейери, всички видове устройства и инсталации. Може само да се сравни степента на сложност на внедряването на автоматизация, която зависи от нивото и мащаба на проекта.

По отношение на параметрите, с които работят автоматичните системи, можем да разграничим входни и изходни индикатори. В първия случай това са физическите характеристики на продукта, както и свойствата на самия обект. Във втория това са преките показатели за качество на готовия продукт.

Регулиращи технически средства

Устройствата, които осигуряват регулиране, се използват в системите за автоматизация под формата на специални аларми. В зависимост от предназначението си те могат да наблюдават и контролират различни параметри на процеса. По-специално, автоматизацията на технологични процеси и производство може да включва аларми за температура, налягане, характеристики на потока и т.н. Технически устройствата могат да бъдат изпълнени като безмащабни устройства с електрически контактни елементи на изхода.

Принципът на действие на контролните аларми също е различен. Ако разгледаме най-често срещаните температурни устройства, тогава можем да различим манометрични, живачни, биметални и термисторни модели. Конструктивният дизайн, като правило, се определя от принципа на работа, но условията на работа също оказват значително влияние върху него. В зависимост от посоката на работа на предприятието, автоматизацията на технологичните процеси и производството може да бъде проектирана, като се вземат предвид специфичните условия на работа. Поради тази причина устройствата за управление са разработени с акцент върху употребата при условия висока влажност, физически натиск или въздействието на химикали.

Програмируеми системи за автоматизация

Качеството на управление и контрол на производствените процеси значително се повиши на фона на активното снабдяване на предприятията с изчислителни устройства и микропроцесори. От гледна точка на индустриалните нужди, възможностите на програмируемия хардуер позволяват не само да се осигури ефективен контрол на технологичните процеси, но и да се автоматизира проектирането, както и да се провеждат производствени тестове и експерименти.

Компютърни устройства, които се използват на модерни предприятия, решават проблеми на регулиране и управление на технологични процеси в реално време. Такива средства за автоматизация на производството се наричат ​​изчислителни системи и работят на принципа на агрегацията. Системите включват унифицирани функционални блокове и модули, от които можете да създавате различни конфигурации и да адаптирате комплекса за работа в определени условия.

Възли и механизми в системите за автоматизация

Директното изпълнение на работните операции се осъществява от електрически, хидравлични и пневматични устройства. Според принципа на действие класификацията включва функционални и порционни механизми. Подобни технологии обикновено се прилагат в хранително-вкусовата промишленост. Автоматизацията на производството в този случай включва въвеждането на електрически и пневматични механизми, чиито конструкции могат да включват електрически задвижвания и регулаторни органи.

Електрически двигатели в системи за автоматизация

Основата на задвижващите механизми често се формира от електрически двигатели. В зависимост от вида на управлението те могат да бъдат представени в безконтактен и контактен вариант. Устройствата, които се управляват от релейни контактни устройства, могат да променят посоката на движение на работните части, когато се манипулират от оператора, но скоростта на операциите остава непроменена. Ако се предполага автоматизация и механизация на технологичните процеси с помощта на безконтактни устройства, тогава се използват полупроводникови усилватели - електрически или магнитни.

Табла и контролни табла

За инсталиране на оборудване, което трябва да осигури управление и контрол на производствения процес в предприятията, са инсталирани специални конзоли и панели. Те съдържат устройства за автоматично управление и регулиране, контролно-измервателна апаратура, защитни механизми, както и различни елементикомуникационна инфраструктура. По дизайн такъв щит може да бъде метален шкаф или плосък панел, върху който е инсталирано оборудване за автоматизация.

Конзолата от своя страна е центърът за дистанционно управление – тя е своеобразна контролна зала или операторска зона. Важно е да се отбележи, че автоматизацията на технологичните процеси и производство трябва да осигурява и достъп до поддръжка от страна на персонала. Именно тази функция до голяма степен се определя от конзоли и панели, които ви позволяват да правите изчисления, да оценявате производствените показатели и като цяло да наблюдавате работния процес.

Проектиране на системи за автоматизация

Основният документ, който служи като ръководство за технологична модернизация на производството с цел автоматизация, е схемата. Той показва структурата, параметрите и характеристиките на устройствата, които по-късно ще действат като средства за автоматична механизация. В стандартната версия диаграмата показва следните данни:

• ниво (мащаб) на автоматизация в конкретно предприятие;
• определяне на експлоатационните параметри на съоръжението, което трябва да бъде обезпечено със средства за управление и регулиране;
• характеристики на управление - пълно, дистанционно, операторско;
• възможност за блокиране на изпълнителни механизми и възли;
• конфигурация на местоположението на техническото оборудване, включително на конзоли и панели.

Спомагателни средства за автоматизация

Въпреки второстепенната роля, допълнителни устройстваосигуряват важни контролни и управленски функции. Благодарение на тях се осигурява еднаква връзка между изпълнителните механизми и човек. По отношение на оборудването със спомагателни устройства автоматизацията на производството може да включва бутонни станции, контролни релета, различни превключватели и командни панели. Има много дизайни и разновидности на тези устройства, но всички те са фокусирани върху ергономичен и безопасен контрол на ключови единици на място.