Класификация на средствата за техническа автоматизация по функционалност. Технически средства за автоматизация. Автоматизирани системи за управление

Мениджмънт, консултиране и предприемачество

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 устройства и оборудване за автоматизация GSP, 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. Средствата за техническа автоматизация представляват основата за внедряването 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 техническа поддръжкаавтоматизирани 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 текущото състояние на обекта на технологичен контрол (ТОУ);
• определяне на критерии за качество на работата на ТОУ;
• находка оптимален режимфункциониране на системата за технически контрол и оптимални контролни 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 на информационната система за управление:

D - сензор (първичен измервателен преобразувател);

VP - вторично показващо устройство;

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

Устройства за дистанционно управление (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.

Разграничете следните видове APCS:

• 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

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 бележки са предназначени за студенти от редовно, вечерно, задочно и дистанционно обучение по специалност 220301 - „Автоматизация на технологичните процеси и производството“.
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)– набор от технически устройства и софтуер и хардуер, които взаимодействат помежду си, за да реализират 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. Отзад последните годиниПазарът 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. Класификация на TSA по функционално предназначение в ACS

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. Увеличение функционалност 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 веригина полупроводник отделни елементи, а 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, различни методи за изобразяване и представяне на TCA 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 изгледи, проекции (включително аксонометрични), сечения, разрези и др. .

2. Метод на веригата(Фиг. 14.16-21.23) предполага, в съответствие с GOST ESKD, представянето на TSA с вериги от различни типове (електрически, пневматични, хидравлични, кинематични) и видове (структурни, 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 система за индустриални инструменти и оборудване 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, оборудване, устройства до малък брой най-добри образци от всяка гледна точка, които имат 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. Той внася еднаквост в основните параметри на стандартните TCA решения и елиминира неоправданото разнообразие от средства с едно и също предназначение и разнородността 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 модерни структуриизграждане на автоматизирани системи за управление индустриални предприятияса: навлизането на изчислителните средства и въвеждането на мрежови технологии на всички нива на управление.

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

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 от 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 съвкупност от различни видове технически изделия и устройства, свързани помежду си по функционалност, дизайн, тип захранване, ниво на входно-изходните сигнали, създадени на единна конструктивна, 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 със собствени специфични стойности на основния 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

Средствата за генериране и първична обработка на информация включват клавиатурни устройства за нанасяне на данни върху карти, ленти или други носители на информация чрез механични (пробиващи) или магнитни методи; натрупаната информация се предава за последваща обработка или възпроизвеждане. Клавиатурни устройства, щанцоващи или магнитни блокове и предаватели се използват за създаване на производствени записващи устройства за локални и системни цели, които генерират първична информация в цехове, складове и други места на производство.

Сензорите (първични преобразуватели) се използват за автоматично извличане на информация. Те са много разнообразни по принцип на работа устройства, които усещат промените в контролираните параметри на технологичните процеси. Съвременната измервателна техника може директно да оцени повече от 300 различни физични, химични и други величини, но това не е достатъчно за автоматизиране на редица нови области на човешката дейност. Икономически целесъобразно разширяване на обхвата на сензорите в GPS се постига чрез унифициране на чувствителните елементи. Чувствителни елементи, които реагират на натиск, сила, тегло, скорост, ускорение, звук, светлина, топлинно и радиоактивно излъчване, се използват в сензори за контрол на натоварването на оборудването и неговите режими на работа, качеството на обработка, отчитане на освобождаването на продуктите, следене на движението им по конвейери, запаси и разход на материали, детайли, инструменти и др. Изходните сигнали на всички тези сензори се преобразуват в стандартни електрически или пневматични сигнали, които се предават от други устройства.

Устройствата за предаване на информация включват преобразуватели на сигнали във форми на енергия, удобни за излъчване, телемеханично оборудване за предаване на сигнали по комуникационни канали на дълги разстояния, превключватели за разпространение на сигнали до места, където се обработва или представя информация. Тези устройства свързват всички периферни източници на информация (клавиатурни устройства, сензори) с централната част на системата за управление. Целта им е ефективно използванекомуникационни канали, елиминирайки изкривяването на сигнала и влиянието на евентуални смущения по време на предаване по жични и безжични линии.

Устройствата за логическа и математическа обработка на информация включват функционални преобразуватели, които променят естеството, формата или комбинацията от информационни сигнали, както и устройства за обработка на информация по зададени алгоритми (включително компютри) с цел прилагане на закони и режими на управление (регулиране).

Компютрите за комуникация с други части на системата за управление са оборудвани с устройства за въвеждане и извеждане на информация, както и устройства за съхранение за временно съхранение на изходни данни, междинни и крайни резултати от изчисления и др. (вижте Въвеждане на данни. Изход на данни, Устройство за съхранение ).

Устройствата за представяне на информация показват на човека оператор състоянието на производствените процеси и го записват най-важните параметри. Такива устройства са сигнални табла, мнемонични диаграми с визуални символи върху табла или контролни панели, вторична стрелка и цифрови уреди за показване и запис, електроннолъчеви тръби, азбучни и цифрови пишещи машини.

Устройствата за генериране на управляващи въздействия преобразуват слабите информационни сигнали в по-мощни енергийни импулси с необходимата форма, необходими за задействане на защитните, регулиращи или управляващи изпълнителни механизми.

Осигуряването на високо качество на продуктите е свързано с автоматизация на контрола на всички основни етапи на производството. Субективните човешки оценки се заменят с обективни индикатори от автоматични измервателни станции, свързани с централни точки, където се определя източникът на дефекти и откъдето се изпращат команди за предотвратяване на отклонения извън допустимите граници. Автоматичното управление с помощта на компютри в производството на радиотехнически и радиоелектронни продукти е от особено значение поради тяхното масово производство и значителен брой контролирани параметри. Не по-малко важни са окончателните тестове за надеждност на готовите продукти (виж Надеждност на техническите устройства). Автоматизирани стендове за функционални, якостни, климатични, енергийни и специализирани тестове ви позволяват бързо и идентично да проверявате техническите и икономически характеристики на продуктите (продуктите).

Задвижващите устройства се състоят от стартово оборудване, задвижващи хидравлични, пневматични или електрически механизми (сервомотори) и регулаторни органи, които действат директно върху автоматизирания процес. Важно е тяхната работа да не води до ненужни загуби на енергия и да намали ефективността на процеса. Например дроселиране, което обикновено се използва за регулиране на потока пара и течности, базирано на увеличение хидравлично съпротивлениев тръбопроводите те се заменят с въздействащи машини за формиране на потока или други, по-напреднали методи за промяна на скоростта на потока без загуба на налягане. Голямо значениеима икономично и надеждно управление на AC електрическо задвижване, използване на безредукторни електрически задвижвания и безконтактни баласти за управление на електродвигатели.

Идеята за изграждане на инструменти за наблюдение, регулиране и управление под формата на звена, състоящи се от независими блокове, които изпълняват определени функции, реализирани в GSP, направи възможно различни комбинацииизползване на тези блокове за получаване на широка гама от устройства за решаване на различни проблеми, използвайки едни и същи средства. Обединяването на входните и изходните сигнали осигурява комбинирането на блокове с различни функции и тяхната взаимозаменяемост.

GSP включва пневматични, хидравлични и електрически устройстваи устройства. Електрическите устройства, предназначени да приемат, предават и възпроизвеждат информация, са най-универсални.

Използването на универсална система от промишлени пневматични елементи за автоматизация (USEPPA) направи възможно намаляването на развитието на пневматичните устройства главно до сглобяването им от стандартни възли и части с малък брой връзки. Пневматичните устройства се използват широко за контрол и регулиране в много пожаро- и взривоопасни индустрии.

Хидравличните устройства на GSP също се сглобяват от блокове. Хидравличните инструменти и устройства управляват оборудване, което изисква високи скорости за преместване на управляващите елементи със значително усилие и висока точност, което е особено важно в машинните инструменти и автоматичните линии.

За да се систематизират най-рационално GSP съоръженията и да се повиши ефективността на тяхното производство, както и да се опрости проектирането и конфигурацията на автоматизираните системи за управление, GSP устройствата се комбинират в агрегатни комплекси по време на разработката. Агрегатните комплекси, благодарение на стандартизацията на входно-изходните параметри и блоковия дизайн на устройствата, най-удобно, надеждно и икономично комбинират различни технически средства в автоматизирани системи за управление и позволяват сглобяването на различни специализирани инсталации от автоматизирани единици с общо предназначение.

Целенасоченото обединяване на аналитично оборудване, машини за изпитване, масови дозиращи механизми с унифицирано измервателно, изчислително и офис оборудване улеснява и ускорява създаването на основни дизайни на това оборудване и специализацията на заводите за тяхното производство.

Тема 2

1. Сензори

Сензорът е устройство, което преобразува входния ефект на всяко физическо количество в 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 електрически 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 особеностна 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, то активно съпротивлениеравен на безкрайност, а при затворен - почти нула.

Изходен сигнал на сензора (U изх. при товар 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 навита тънка жица от константан или нихром с високо 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 променлив реактивно 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.

Предимства индуктивни сензори– простота на устройството и надеждност на работа поради липсата на механична връзка между сърцевината и арматурата, обикновено прикрепена към движещ се обект, чието положение 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 наблюдение на нивата на пълнене на резервоара насипни материалиили течности с постоянни междини и работни зони на плочите - кондензатори с диелектрична проницаемост на средата, която се контролира. 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, защото самите те произвеждат е.д.с.. Генераторните сензори използват добре познати физични явления: появата на ЕМП в термодвойки при нагряване, във фотоклетки с бариерен 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 колекторна електрическа машина с 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

За поддържане на линейната зависимост на е.д.с. 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. котви в D.C..

По-надежден е тахогенератор за променлив ток, в който изходната искробезопасна намотка е разположена на статора, а роторът е постоянен магнитсъс съответен 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.

Недостатъците на магнитоеластични сензори са, че са необходими скъпи материали за магнитни вериги 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, върху неговите повърхности възникват електрически заряди, чиято величина 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 температури в широк диапазон от 200-2500 °C се използват термоелектрически сензори - 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 меден диаметърприблизително 0,1 mm, навит спираловидно 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 тази на 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 чрез специално автоматично устройство) след промяната на съпротивлението на термистора Rt по такъв начин, че да се осигури равенство на потенциала в точките А и В. Ако скалата на резистор R3 е градуиран в градуси, тогава температурата може да се отчете от 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).

Проектната диаграма на индукционен разходомер е показана на фигура 9. Когато проводяща течност тече в тръбопровод между полюсите на магнит, се появява емф 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 предаване на информация за състоянието на обект и команди 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. Следователно, когато дистанционнои 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, хидравличен, пневматичен);

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:

ИМ със задвижвания от електромагнитни съединители са предназначени 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.

многооборотни – за дистанционно и локално управление на тръбопроводна арматура (вентили).

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. РО променя материалния поток, енергията, взаимното разположение на части 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).

Обща информация за автоматизацията на процесите

процеси хранителна продукция

Основни понятия и дефиниции на автоматизацията

машина(на гръцки automatos - самодействащ) е устройство (комплект от устройства), което функционира без човешка намеса.

Автоматизацияе процес в развитието на машинното производство, при който функциите за управление и контрол, изпълнявани преди това от хората, се прехвърлят на инструменти и автоматични устройства.

Целта на автоматизацията– повишаване на производителността на труда, подобряване на качеството на продуктите, оптимизиране на планирането и управлението, премахване на хората от работа в опасни за здравето условия.

Автоматизацията е едно от основните направления на научно-техническия прогрес.

Автоматизациякато академична дисциплина, това е област на теоретични и приложни знания за автоматично работещи устройства и системи.

Историята на автоматизацията като технологичен клон е тясно свързана с развитието на автоматичните машини, автоматични устройстваи автоматизирани комплекси. В началния си етап автоматизацията се основава на теоретичната механика и теорията електрически веригии системи и решава проблеми, свързани с регулиране на налягането в парни котли, ход на парно бутало и скорост на въртене на електрически машини, управление на работата на автомати, автоматични телефонни централи и устройства за релейна защита. Съответно техническите средства за автоматизация през този период са разработени и използвани по отношение на системите за автоматично управление. Интензивното развитие на всички отрасли на науката и технологиите в края на първата половина на 20-ти век предизвика и бързото развитие на технологията за автоматично управление, чието използване става всеобщо.

Втората половина на 20-ти век бе белязана от по-нататъшното усъвършенстване на техническите средства за автоматизация и широкото, макар и неравномерно за различните сектори на националната икономика, разпространение на устройства за автоматично управление с прехода към по-сложни автоматични системи, особено в индустрията - от автоматизация на отделни агрегати до комплексна автоматизация на цехове и фабрики. Особеност е използването на автоматизация в съоръжения, които са географски отдалечени един от друг, например големи промишлени и енергийни комплекси, селскостопански съоръжения за производство и преработка на селскостопански продукти и др. За комуникация между отделните устройства в такива системи се използва телемеханика, която заедно с устройствата за управление и контролираните обекти образуват телеавтоматични системи. В този случай техническите (включително телемеханични) средства за събиране и автоматична обработка на информация стават от голямо значение, тъй като много задачи в сложни системиавтоматичното управление може да бъде решено само с помощта на компютърна технология. И накрая, теорията на автоматичното управление отстъпва място на обобщена теория на автоматичното управление, която обединява всички теоретични аспекти на автоматизацията и формира основата на общата теория на управлението.

Въвеждането на автоматизация в производството значително увеличи производителността на труда и намали дела на работниците, заети в различни области на производството. Преди въвеждането на автоматизацията, замяната на физическия труд ставаше чрез механизация на основните и спомагателните операции на производствения процес. Интелектуална работа за дълго времеостана немеханизирана. В момента операциите на интелектуалния труд стават обект на механизация и автоматизация.

Има различни видове автоматизация.

1. Автоматичен контролвключва автоматична аларма, измерване, събиране и сортиране на информация.

2. Автоматична алармаима за цел да уведоми за гранични или аварийни стойности на всякакви физически параметри, относно местоположението и характера на техническите нарушения.

3. Автоматично измерванеосигурява измерване и предаване на специални записващи устройства на стойностите на контролираните физически величини.

4. Автоматично сортиранеизвършва контрол и разделяне на продукти и суровини по размер, вискозитет и други показатели.

5. Автоматична защита Това е набор от технически средства, които осигуряват прекратяване на контролиран технологичен процес при възникване на извънредни или аварийни условия.

6. Автоматичен контролвключва набор от технически средства и методи за управление на оптималното протичане на технологичните процеси.

7. Автоматично регулиранеподдържа стойностите на физическите величини на определено ниво или ги променя според необходимия закон без пряко човешко участие.

Тези и други понятия, свързани с автоматизацията и управлението, са обединени от кибернетика– наука за управление на сложни развиващи се системи и процеси, изучаваща общите математически закони за управление на обекти от различно естество (kibernetas (гръцки) – управител, кормчия, кормчия).

Автоматична система за управление(ACS) е набор от контролни обекти ( OU) и устройства за управление ( UU), взаимодействащи помежду си без човешко участие, чието действие е насочено към постигане на конкретна цел.

Автоматична система за управление(SAR) – съвкупност OUи автоматичен контролер, взаимодействайки помежду си, гарантира, че параметрите на ТР се поддържат на дадено ниво или се променят според изисквания закон, и също така работи без човешка намеса. ATS е вид самоходно оръдие.