Klasifikacija opreme tehničke automatizacije na osnovu funkcionalnosti. Automatizacija tehnoloških procesa i proizvodnje. Tehnologije automatizacije proizvodnje. Federalna agencija za obrazovanje

Federalna agencija za obrazovanje

Državna obrazovna ustanova

visoko stručno obrazovanje

"Omski državni tehnički univerzitet"

V.N. Gudinov, A.P. Korneychuk

ALATI TEHNIČKE AUTOMATIZACIJE
Bilješke sa predavanja

Omsk 2006
UDK 681.5.08(075)

BBK 973.26-04ya73

G
RECENZENTI:
N.S. Galdin, doktor tehničkih nauka, profesor Katedre za PTTM i G, SibADI,

V.V. Zakharov, šef odeljenja za automatizaciju ZAO NOMBUS.
Gudinov V.N., Korneichuk A.P.

G Tehnička sredstva automatizacija: Bilješke sa predavanja. – Omsk: Izdavačka kuća Omskog državnog tehničkog univerziteta, 2006. – 52 str.
Bilješke s predavanja pružaju osnovne informacije o savremenim tehničkim i softversko-hardverskim alatima za automatizaciju (TSA) i softversko-hardverskim kompleksima (STC), principima njihove konstrukcije, klasifikaciji, sastavu, namjeni, karakteristikama i karakteristikama primjene u različitim automatiziranim kontrolama i regulacijama. sistemi tehnoloških procesa (APCS).

Bilješke sa predavanja namijenjene su studentima redovnih, večernjih, dopisnih i na daljinu na specijalnosti 220301 - „Automatizacija tehnoloških procesa i proizvodnje“.
Objavljeno odlukom uredničkog i izdavačkog saveta Omskog državnog tehničkog univerziteta.
UDK 681.5.08(075)

BBK 973.26-04ya73

© V.N. Gudinov, A.P. Korneychuk 2006

© Država Omsk

Tehnički univerzitet, 2006

1. OPĆE INFORMACIJE O ALATIMA TEHNIČKE AUTOMATIZACIJE

OSNOVNI POJMOVI I DEFINICIJE
Svrha predmeta “Tehnički alati za automatizaciju” (TSA) je proučavanje elementarne baze sistema automatska kontrola tehnološkim procesima. Prvo predstavljamo osnovne koncepte i definicije.

Element(uređaj) – strukturno zaokružen tehnički proizvod dizajniran za obavljanje određenih funkcija u sistemima automatizacije (mjerenje, prijenos signala, skladištenje informacija, obrada, generiranje upravljačkih komandi, itd.).

Automatski kontrolni sistem (ACS)– skup tehničkih uređaja i softvera i hardvera koji međusobno djeluju u cilju implementacije određenog zakona upravljanja (algoritma).

Automatizovani sistem upravljanja procesima (APCS)– sistem dizajniran za razvoj i implementaciju kontrolnih radnji na tehnološki objekt upravljanja i čovjek-mašina je sistem koji obezbjeđuje automatsko prikupljanje i obradu informacija potrebnih za upravljanje ovim tehnološkim objektom u skladu sa prihvaćenim kriterijumima (tehničkim, tehnološkim, ekonomskim).

Objekat tehnološke kontrole (TOU) - skup tehnološke opreme i tehnološki proces koji se na njoj sprovodi prema odgovarajućim uputstvima i propisima.

Prilikom kreiranja savremenih automatizovanih sistema upravljanja procesima, uočava se globalna integracija i unifikacija tehnička rješenja. Osnovni zahtjev savremenih sistema automatskog upravljanja je otvorenost sistema, kada su za njega definisani i opisani formati podataka koji se koriste i proceduralni interfejs, koji omogućava povezivanje „spoljašnjih“ nezavisno razvijenih uređaja i uređaja na njega. Iza poslednjih godina Tržište TCA značajno se promijenilo, stvorena su mnoga domaća preduzeća koja proizvode alate i sisteme za automatizaciju, a pojavili su se i sistemski integratori. Od ranih 90-ih, vodeći strani proizvođači TCA počeli su široko uvoditi svoje proizvode u zemlje ZND-a kroz prodajne urede, podružnice, zajednička ulaganja i dilerske firme.

Intenzivan razvoj i brza dinamika tržišta moderna tehnologija upravljanje zahtijevaju pojavu literature koja odražava trenutno stanje TCA. Trenutno su najnovije informacije o opremi za automatizaciju domaćih i stranih kompanija raštrkane i uglavnom su predstavljene u časopisima ili na globalnom Internetu na web stranicama proizvodnih kompanija ili na specijalizovanim informativnim portalima kao što su www.asutp.ru, www.mka.ru , www.industrialauto.ru. Svrha ovog predavanja je sistematski prikaz materijala o elementima i industrijskim kompleksima TSA. Sažetak je namijenjen studentima specijalnosti „Automatizacija tehnoloških procesa i proizvodnje“ koji izučavaju disciplinu „Alati tehničke automatizacije“.

1.1. Klasifikacija TSA prema funkcionalnoj namjeni u ACS

U skladu sa GOST 12997-84, cijeli TSA kompleks, prema funkcionalnoj namjeni u ACS-u, podijeljen je u sljedećih sedam grupa (slika 1).

Rice. 1. Klasifikacija TSA prema funkcionalnoj namjeni u ACS:

CS – sistem upravljanja; OU – kontrolni objekat; CS – komunikacioni kanali;

Memorija – glavni uređaji; UPI – uređaji za obradu informacija;

USPU – uređaji za pojačavanje i pretvaranje; UIO – uređaji za prikaz informacija; IM – aktuatori; RO – radna tijela; KU – upravljački uređaji; D – senzori; VP – sekundarni pretvarači

1.2. Trendovi razvoja TCA
1. Povećana TCA funkcionalnost:

– u upravljačkoj funkciji (od najjednostavnijeg start/stop i automatskog rikverca do cikličkog i numeričkog programa i adaptivnog upravljanja);

– u funkciji alarma (od najjednostavnijih sijalica do tekstualnih i grafičkih displeja);

– u dijagnostičkoj funkciji (od indikacije otvorenog kola do softverskog testiranja cjelokupnog sistema automatizacije);

– u funkciji komunikacije sa drugim sistemima (od žičanih komunikacija do umreženih industrijskih objekata).

2. Komplikacija baze elemenata znači prijelaz sa relejnih kontaktnih kola na beskontaktna kola bazirana na poluvodičima pojedinačni elementi, a od njih do integrisanih kola sve većeg stepena integracije (slika 2).

Rice. 2. Faze razvoja električnih vozila
3. Prelazak sa krutih (hardver, kola) struktura na fleksibilne (rekonfigurabilne, reprogramabilne) strukture.

4. Prelazak sa ručnih (intuitivnih) metoda projektovanja TSA na mašinske, naučno zasnovane sisteme kompjuterski potpomognuto projektovanje(CAD).

1.3. TCA metode snimanja
U procesu izučavanja ovog predmeta, različite metode prikazivanja i prezentacije TCA i njihovih komponente. Najčešće korišteni su sljedeći:

1. Konstruktivna metoda(Sl. 7-13) uključuje prikazivanje instrumenata i uređaja pomoću metoda mašinski crtež u obliku tehničkih crteža, rasporeda, općih pogleda, projekcija (uključujući aksonometrijske), presjeka, presjeka itd. .

2. Metoda kola(Sl. 14.16-21.23) pretpostavlja, u skladu sa GOST ESKD, predstavljanje TSA sa strujnim krugovima različitih tipova (električni, pneumatski, hidraulični, kinematički) i tipovi (strukturni, funkcionalni, fundamentalni, instalacijski itd.).

3. Matematički model se češće koristi za softverski implementiran TSA i može biti predstavljen sa:

– funkcije prijenosa tipičnih dinamičkih veza;

– diferencijalne jednačine tekućih procesa;

– logičke funkcije za kontrolu izlaza i prijelaza;

– grafikoni stanja, ciklogrami, vremenski dijagrami (sl. 14, 28);

– blok dijagrami funkcionisanja algoritama (sl. 40) itd.
1.4. Osnovni principi izgradnje TCA
Za izgradnju modernih automatizovanih sistema upravljanja procesima potrebni su razni uređaji i elementi. Zadovoljavanje potreba upravljačkih sistema tako različitog kvaliteta i složenosti za opremu za automatizaciju njihovim individualnim razvojem i proizvodnjom učinilo bi problem automatizacije ogromnim, a raspon instrumenata i uređaja za automatizaciju gotovo neograničenim.

Krajem 50-ih godina SSSR je formulisao problem stvaranja ujedinjenog Državni sistem industrijskih instrumenata i opreme za automatizaciju (GSP)– predstavlja racionalno organizovan skup instrumenata i uređaja koji zadovoljavaju principe tipizacije, unifikacije, agregacije, a namenjeni su za izgradnju automatizovanih sistema za merenje, praćenje, regulaciju i upravljanje tehnološkim procesima u različitim delatnostima. A od 70-ih GSP pokriva i neindustrijske oblasti ljudske aktivnosti, kao što su naučna istraživanja, testiranje, medicina itd.

Tipkanje- ovo je razumno svođenje raznolikosti odabranih tipova, dizajna mašina, opreme, uređaja, na mali broj najboljih uzoraka sa bilo koje tačke gledišta, koji imaju značajne kvalitativne karakteristike. Tokom procesa tipizacije razvijaju se i ugrađuju standardni dizajni koji sadrže osnovne elemente i parametre zajedničke za niz proizvoda, uključujući i one koji obećavaju. Proces tipizacije je ekvivalentan grupisanju, klasifikovanju nekog početnog, datog skupa elemenata u ograničen broj tipova, uzimajući u obzir stvarna ograničenja.

Ujedinjenje– to je svođenje raznih vrsta proizvoda i sredstava za njihovu proizvodnju na racionalan minimum standardnih veličina, marki, oblika, svojstava. Unosi uniformnost u osnovne parametre standardnih TCA rješenja i eliminira neopravdanu raznolikost sredstava iste namjene i heterogenost njihovih dijelova. Uređaji, njihovi blokovi i moduli, identični ili različiti po svojoj funkcionalnoj namjeni, ali izvedeni iz jednog osnovnog dizajna, čine jedinstvenu seriju.

Agregacija je razvoj i upotreba ograničenog spektra standardnih unificiranih modula, blokova, uređaja i unificiranih standardnih struktura (UTC) za izgradnju mnogih složenih problema orijentiranih sistema i kompleksa. Agregacija vam omogućava da kreirate različite modifikacije proizvoda na istoj osnovi, proizvodite TSA za istu svrhu, ali sa različitim tehničke karakteristike.

Princip agregacije se široko koristi u mnogim granama tehnologije (na primjer, modularne mašine i modularni industrijski roboti u mašinstvu, IBM kompatibilni računari u sistemima upravljanja i automatizacije obrade informacija itd.).

2. DRŽAVNI SISTEM INDUSTRIJSKIH UREĐAJA

I SREDSTVA AUTOMATIZACIJE

GSP je složen sistem u razvoju koji se sastoji od niza podsistema koji se mogu posmatrati i klasifikovati sa različitih pozicija. Razmotrimo funkcionalno-hijerarhijsku i konstruktivno-tehnološku strukturu tehničkih sredstava GSP-a.
2.1. Funkcionalno-hijerarhijska struktura SHG-ova

Rice. 3. Hijerarhija SHG-ova
Karakteristike savremenih struktura za izgradnju automatizovanih sistema upravljanja industrijskim preduzećima su: prodor računarskih alata i uvođenje mrežnih tehnologija na svim nivoima upravljanja.

U svjetskoj praksi stručnjaci za integriranu automatizaciju proizvodnje također razlikuju pet nivoa upravljanja savremeno preduzeće(Sl. 4), što se u potpunosti poklapa sa gornjom hijerarhijskom strukturom SHG-a.

Na nivou ER.P.– Planiranje resursa preduzeća (planiranje resursa preduzeća) izračunava i analizira finansijske i ekonomske pokazatelje i rešava strateške administrativne i logističke probleme.

Na nivou MES– Manufacturing Execution Systems (sustavi za izvršenje proizvodnje) – poslovi upravljanja kvalitetom proizvoda, planiranje i kontrola redosleda operacija tehnološkog procesa, upravljanje proizvodnim i ljudskim resursima u okviru tehnološkog procesa, održavanje proizvodne opreme.

Ova dva nivoa odnose se na zadatke automatizovanih sistema upravljanja (automatizovani sistemi upravljanja preduzećima), a tehnička sredstva uz pomoć kojih se ovi zadaci realizuju su kancelarijski. personalni računari(PC) i radne stanice zasnovane na njima u uslugama glavnih stručnjaka preduzeća.


Rice. 4. Piramida savremenog upravljanja proizvodnjom.
Na sljedeća tri nivoa rješavaju se problemi koji pripadaju klasi automatizovanih sistema upravljanja procesima (automatizovani sistemi upravljanja procesima).

SCADA– Nadzorna kontrola i akvizicija podataka (prikupljanje podataka i nadzorni (dispečerski) kontrolni sistem) je nivo taktičkog operativnog upravljanja na kojem se rješavaju problemi optimizacije, dijagnostike, adaptacije itd.

Kontrola- nivo– nivo direktne (lokalne) kontrole, koja se implementira na TCA kao što su: softver – operaterski paneli (daljinski), PLC – programabilni logički kontroleri, USO – komunikacioni uređaji sa objektom.

HMI– Interfejs čovjek-mašina (komunikacija čovjek-mašina) – vizualizira (prikazuje informacije) napredak tehnološkog procesa.

Input/ Izlaz– Ulazi/izlazi kontrolnog objekta su

senzori i aktuatori (S/AM) specifičnih tehnoloških instalacija i radnih mašina.

2.2. Strukturna i tehnološka struktura GSP-a


Rice. 5. SHG struktura
UKTS(jedinstveni set tehničkih sredstava) – Ovo je skup različitih vrsta tehničkih proizvoda dizajniranih za obavljanje različitih funkcija, ali izgrađenih na osnovu istog principa rada i sa istim strukturnim elementima.

ACTS(agregatni kompleks tehničkih sredstava) – to je kolekcija razne vrste tehnički proizvodi i uređaji međusobno povezani funkcionalnošću, dizajnom, vrstom napajanja, nivoom ulazno/izlaznih signala, kreirani na jedinstvenom dizajnu, softveru i hardveru po blok-modularnom principu. Primjeri poznatih domaćih UKTS i ACTS dati su u tabeli. 1.

PTK ( softverski i hardverski kompleks ) – ovo je skup alata za automatizaciju mikroprocesora (programabilni logički kontroleri, lokalni regulatori, komunikacioni uređaji sa objektom), displej panela operatera i servera, industrijske mreže, povezivanje navedenih komponenti, kao i industrijski softver za sve ove komponente, dizajniran za kreiranje distribuiranih automatizovanih sistema upravljanja procesima u različitim industrijama. Primeri savremenih domaćih i stranih hardverskih i softverskih sistema dati su u tabeli. 2.

Specifični kompleksi tehničkih sredstava sastoje se od stotina i hiljada različitih tipova, veličina, modifikacija i dizajna instrumenata i uređaja.

Vrsta proizvoda- ovo je skup tehničkih proizvoda koji su identični u funkcionalnosti, imaju jedinstven princip rada i imaju istu nomenklaturu glavnog parametra.

Standardna veličina– proizvodi iste vrste, ali imaju svoje specifične vrijednosti glavnog parametra.

Modifikacija- je zbirka proizvoda iste vrste koji imaju određene karakteristike dizajna.

Izvršenje– karakteristike dizajna koje utiču na karakteristike performansi.

TCA kompleksi Tabela 1

Alati za automatizaciju su tehnička sredstva dizajnirana da pomognu državnim službenicima u rješavanju problema informacija i proračuna. Upotreba alata za automatizaciju povećava efikasnost upravljanja, smanjuje troškove rada državnih službenika i povećava valjanost donesenih odluka. Alati za automatizaciju uključuju sljedeće grupe alata (slika 3.4):

Elektronička računala (računala);

uređaji za interfejs i razmjenu (USD);

Uređaji za prikupljanje i unos informacija;

Uređaji za prikaz informacija;

Uređaji za dokumentiranje i bilježenje informacija;

automatizirane radne stanice;

softverski alati;

softverski alati;

Alati za informacijsku podršku;

sredstva jezičke podrške.

Elektronski kompjuteri klasificirano:

a) kako je predviđeno– opšte namene (univerzalni), problemski, specijalizovani;

b) po veličini i funkcionalnost - superračunari, veliki računari, mali računari, mikroračunari.

Superračunari pružaju rješenja za složene vojno-tehničke probleme i

zadaci za obradu velikih količina podataka u realnom vremenu.

Veliki i mali računari omogućavaju kontrolu složenih objekata i sistema. Mikroračunari su dizajnirani da rješavaju informacijske i računske probleme u interesu određenih službenika. Trenutno je široko razvijena klasa mikroračunara koji se zasnivaju na personalnim računarima (PC).

Zauzvrat, personalni računari se dijele na stacionarne i prijenosne. Stacionarni računari uključuju: desktop, prenosive, notepade, džepne. Sve komponente desktop računara napravljene su u obliku zasebnih blokova. Prijenosni računari tipa “Lop Top” izrađuju se u obliku malih kofera težine 5 – 10 kilograma. PC prijenosno računalo tipa ″Notebook″ ili ″Sub Notebook″ ima veličinu mala knjiga i svojim karakteristikama odgovara desktop računarima. Džepni računari tipa “Palm Top” imaju veličinu notebook računara i omogućavaju snimanje i uređivanje malih količina informacija. Prijenosni računari uključuju elektronske

sekretarice i elektronske bilježnice.

Uparivanje i dijeljenje uređaja dizajnirani su tako da usklade parametre signala internog kompjuterskog interfejsa sa parametrima signala koji se prenose komunikacijskim kanalima. Štaviše, ovi uređaji obavljaju i fizičko usklađivanje (oblik, amplituda, trajanje signala) i podudaranje koda. Uređaji za sučelje i razmjenu uključuju: adaptere (mrežne adaptere), modeme, multipleksere. Adapteri i modemi obezbeđuju koordinaciju računara sa komunikacionim kanalima, a multipleksori koordinaciju i prebacivanje jednog računara i više komunikacionih kanala.

Uređaji za prikupljanje i unos informacija. Prikupljanje informacija u svrhu njihove naknadne obrade na kompjuteru vrše službenici kontrolnih tijela i specijalni informacioni senzori u sistemima upravljanja oružjem. Za unos informacija u računar koriste se sljedeći uređaji: tastature, manipulatori, skeneri, grafički tableti i uređaji za unos govora.

Tastatura je matrica tipki spojenih u jednu cjelinu, i elektronska jedinica za pretvaranje pritiska na tipku u binarni kod.

Manipulatori (pokazivački uređaji, uređaji za kontrolu kursora) zajedno sa tastaturom povećavaju korisničko iskustvo. Povećana upotrebljivost prvenstveno je posljedica mogućnosti brzog pomicanja kursora po ekranu. Trenutno se u PC računarima koriste sljedeće vrste manipulatora: džojstik (poluga postavljena na kućište), svjetlosna olovka (koristi se za formiranje slika na ekranu), manipulator tipa miša, skener - za unos slika u PC, grafički tableti - za formiranje i unos slika u PC, sredstva za govorni unos.

Uređaji za prikaz informacija prikaz informacija bez dugotrajne fiksacije. To uključuje: displeje, grafičke ploče, video monitore. Displeji i video monitori služe za prikaz informacija unesenih sa tastature ili drugih uređaja za unos, kao i za davanje poruka korisniku i rezultata izvršavanja programa. Grafički displeji pružaju vizuelni prikaz tekstualnih informacija u obliku puzeće linije.

Uređaji za snimanje dokumentacije i informacija dizajnirani su za prikazivanje informacija na papiru ili drugim medijima kako bi se osiguralo dugotrajno skladištenje. Klasa ovih uređaja uključuje: uređaje za štampanje, eksterne uređaje za skladištenje podataka (ESD).

Uređaji za štampanje ili štampači su dizajnirani da izlaze alfanumeričke (tekst) i grafičke informacije na papir ili sličan medij. Najviše se koriste matrični, inkjet i laserski štampači.

Savremeni računar sadrži najmanje dva uređaja za skladištenje: flopi magnetni disk (FMD) i hard magnetni disk (HDD). Međutim, u slučajevima obrade velikih količina informacija, gore navedeni diskovi ne mogu osigurati njihovo snimanje i pohranu. Za snimanje i skladištenje velikih količina informacija koriste se dodatni uređaji za skladištenje: magnetni diskovi i trake, optički uređaji (ODD), DVD uređaji. Pogoni tipa GCD pružaju visoku gustinu snimanja, povećanu pouzdanost i izdržljivost skladištenja informacija.

Automatizovane radne stanice(AWS) su radna mjesta državnih službenika, opremljena opremom za komunikaciju i automatizaciju. Glavno sredstvo automatizacije kao dio automatiziranog radnog mjesta je PC.

Matematički alati je skup metoda, modela i algoritama neophodnih za rješavanje informacijskih i računskih problema.

Softverski alati je zbirka programa, podataka i programskih dokumenata neophodan za osiguranje funkcionisanja samog računara i rješavanje informacijskih i računskih problema.

Alati za informacijsku podršku – Ovo je skup informacija potrebnih za rješavanje informacijskih i računskih problema. Informaciona podrška obuhvata stvarne nizove informacija, sistem za klasifikaciju i kodiranje informacija i sistem za objedinjavanje dokumenata.

Alati za jezičku podršku – skup sredstava i metoda za predstavljanje informacija koji omogućavaju njihovu obradu na računaru. Osnova lingvističke podrške su programski jezici.

Oprema za tehničku automatizaciju (TAA) je dizajnirana da kreira sisteme koji obavljaju određene tehnološke operacije, u kojima se ljudima uglavnom dodeljuju kontrolne i upravljačke funkcije.

Na osnovu vrste energije koja se koristi, oprema za tehničku automatizaciju se klasificira na: električni, pneumatski, hidraulični I kombinovano. Elektronski alati za automatizaciju svrstavaju se u posebnu grupu, jer su, koristeći električnu energiju, dizajnirani za obavljanje posebnih računskih i mjernih funkcija.

Oprema tehničke automatizacije se prema svojoj funkcionalnoj namjeni može podijeliti u skladu sa standardnim dijagramom automatskog upravljačkog sistema na aktuatori, pojačala, korektivne i mjerne uređaje, pretvarači, računarski i interfejs uređaji.

Izvršni element - Ovo je uređaj u sistemu automatske regulacije ili upravljanja koji djeluje direktno ili preko odgovarajućeg uređaja na regulacijski element ili objekt sistema.

Regulacioni element vrši promjenu načina rada upravljanog objekta.

Električni aktuator sa mehaničkim izlazom - elektromotor- koristi se kao terminalno pojačalo mehaničke snage. Učinak objekta ili mehaničkog opterećenja na aktuator je ekvivalentan učinku unutrašnje ili prirodne povratne sprege. Ovaj pristup se koristi u slučajevima kada je potrebna detaljna strukturna analiza svojstava i dinamičkih karakteristika pokretačkih elemenata, uzimajući u obzir djelovanje opterećenja. Električni aktuator sa mehaničkim izlazom sastavni je dio automatskog pogona.

električni pogon - Ovo je električni aktuator koji pretvara upravljački signal u mehaničko djelovanje dok ga istovremeno pojačava u snazi ​​zbog vanjskog izvora energije. Pogon nema posebnu glavnu povratnu vezu i kombinacija je pojačala snage, električnog aktuatora, mehaničkog prijenosa, izvora napajanja i pomoćni elementi, ujedinjene određenim funkcionalnim vezama. Izlazne veličine električnog pogona su linearna ili kutna brzina, vučna sila ili moment, mehanička snaga itd. Električni pogon mora imati odgovarajuću rezervu snage neophodnu da u prinudnom režimu utiče na kontrolisani objekat.

Električni servomehanizam je servo pogon koji obrađuje ulazni kontrolni signal uz pojačavanje svoje snage. Elementi električnog servomehanizma pokriveni su posebnim elementima povratne sprege i mogu imati internu povratnu spregu zbog opterećenja.

Mehanički prenos Električni pogon ili servomehanizam koordinira unutrašnji mehanički otpor aktuatora sa mehaničkim opterećenjem - regulacionim tijelom ili kontrolnim objektom. Mehanički prijenosnici uključuju različite mjenjače, poluge, mehanizme poluge i druge kinematičke elemente, uključujući prijenose s hidrauličnim, pneumatskim i magnetskim nosačima.

Električni napajanja aktuatori, uređaji i servomehanizmi se dijele na izvore praktično beskonačne snage, čija je vrijednost unutrašnjeg otpora blizu nule, i izvore ograničene snage sa vrijednošću unutrašnjeg otpora različitom od nule.

Pneumatski i hidraulični aktuatori su uređaji koji koriste plin, odnosno tekućinu, pod određenim pritiskom kao nosilac energije. Ovi sistemi zauzimaju jako mjesto među ostalom opremom za automatizaciju zbog svojih prednosti, koje, prije svega, uključuju pouzdanost, otpornost na mehaničke i elektromagnetne utjecaje, visok omjer razvijene pogonske snage prema vlastitoj težini i sigurnost od požara i eksplozije.

Osnovni zadatak aktuatora je da pojača signal koji stiže na njegov ulaz do nivoa snage dovoljnog da ima potreban efekat na objekat u skladu sa navedenim ciljem upravljanja.

Važan faktor pri izboru aktuatora je da se osiguraju navedeni indikatori kvaliteta sistema sa raspoloživim energetskim resursima i dozvoljenim preopterećenjima.

Karakteristike aktuatora moraju se odrediti analizom automatiziranog procesa. Takve karakteristike aktuatora i servomehanizama su energetske, statičke, dinamičke karakteristike, kao i tehničke, ekonomske i operativne karakteristike.

Obavezni zahtjev za pogon aktuatora je minimiziranje snage motora uz osiguravanje potrebnih brzina i okretnih momenta. To dovodi do minimiziranja troškova energije. Veoma važni faktori pri odabiru aktuatora ili servomehanizma postoje ograničenja težine, ukupne dimenzije i pouzdanost.

Važne komponente sistema automatizacije su uređaji za pojačanje i korekciju. Uobičajeni zadaci koje rješavaju uređaji za korekciju i pojačavanje sistema automatizacije su formiranje potrebnih statičkih i frekvencijskih karakteristika, sinteza povratne sprege, koordinacija sa opterećenjem, osiguranje visoke pouzdanosti i unifikacija uređaja.

Uređaji za pojačavanje snaga signala se pojačava do nivoa potrebnog za upravljanje aktuatorom.

Posebni zahtjevi za korektivne elemente sistema sa promjenjivim parametrima su mogućnost i lakoća restrukturiranja strukture, programa i parametara korektivnih elemenata. Uređaji za pojačavanje moraju ispunjavati određene tehničke uslove za specifičnu i maksimalnu izlaznu snagu.

Struktura uređaja za pojačavanje je, po pravilu, višestepeni pojačavač sa složenim povratnim vezama, koje se uvode radi poboljšanja njegovih statičkih, dinamičkih i operativnih karakteristika.

Uređaji za pojačavanje koji se koriste u sistemima automatizacije mogu se podijeliti u dvije grupe:

1) električni pojačivači sa izvorima električne energije;

2) hidraulični i pneumatski pojačivači, koji koriste tečnost ili gas kao glavni nosilac energije.

Izvor energije ili nosilac energije određuje najbitnije karakteristike uređaja za pojačavanje automatizacije: statičke i dinamičke karakteristike, specifičnu i maksimalnu snagu, pouzdanost, operativne i tehničko-ekonomske pokazatelje.

Električna pojačala uključuju elektronske vakuumske, jonske, poluvodičke, dielektrične, magnetne, magnetsko-poluprovodničke, električne mašine i elektromehanička pojačala.

Kvantni pojačivači i generatori čine posebnu podgrupu uređaja koji se koriste kao pojačivači i pretvarači slabih radio i drugih signala.

Korektivni uređaji generirati signale korekcije za statičke i dinamičke karakteristike sistema.

U zavisnosti od vrste uključenja u sistem, linearni korektivni uređaji se dijele na tri tipa: serijski, paralelni korektivni elementi i korektivna povratna sprega. Upotreba jedne ili druge vrste uređaja za korekciju određena je praktičnošću tehničke implementacije i operativnim zahtjevima.

Preporučljivo je koristiti korektivne elemente sekvencijalnog tipa ako je signal čija je vrijednost funkcionalno povezana sa signalom greške nemoduliran električni signal. Najjednostavnija je sinteza sekvencijalnog korektivnog uređaja u procesu projektovanja upravljačkog sistema.

Korekcioni elementi paralelnog tipa pogodni su za upotrebu pri formiranju složenog zakona upravljanja uz uvođenje integrala i derivata signala greške.

Korektivna povratna sprega, koja pokriva pojačala ili aktuatore, najčešće se koristi zbog jednostavnosti svoje tehničke implementacije. U ovom slučaju, ulaz elementa povratne sprege prima signal relativno visokog nivoa, na primjer, iz izlaznog stupnja pojačala ili motora. Korištenje korektivnih povratnih informacija omogućava smanjenje utjecaja nelinearnosti onih sistemskih uređaja koji su njima obuhvaćeni, pa je u nekim slučajevima moguće poboljšati kvalitet procesa upravljanja. Korektivna povratna sprega stabilizuje statičke koeficijente pokrivenih uređaja u prisustvu smetnji.

Sistemi automatske regulacije i upravljanja koriste električne, elektromehaničke, hidraulične i pneumatske korektivne elemente i uređaje. Električni korektivni uređaji najjednostavnije se implementiraju korištenjem pasivnih četveropola, koji se sastoje od otpornika, kondenzatora i induktiviteta. Kompleksni električni uređaji za korekciju takođe uključuju razdvajajuće i uparivanje elektronskih elemenata.

Elektromehanički korektivni uređaji, pored pasivnih četveropola, uključuju tahogeneratore, impelere, diferencirajuće i integrirajuće žiroskope. U nekim slučajevima, uređaj za elektromehaničku korekciju može biti implementiran u obliku mosnog kola, u čijem je jednom kraku priključen elektromotor aktuatora.

Hidraulički i pneumatski uređaji za korekciju mogu se sastojati od posebnih hidrauličnih i pneumatskih filtera uključenih u povratne petlje glavnih elemenata sistema, ili u obliku fleksibilnih povratnih petlji za pritisak (razliku pritisaka), brzinu protoka radnog fluida ili vazduha.

Korektivni elementi sa podesivim parametrima osiguravaju prilagodljivost sistema. Implementacija takvih elemenata vrši se pomoću relejnih i diskretnih uređaja, kao i računara. Takvi elementi se obično nazivaju logičkim korektivnim elementima.

Računar koji radi u realnom vremenu u zatvorenoj kontrolnoj petlji ima praktično neograničene računarske i logičke mogućnosti. Osnovna funkcija kontrolnog računara je izračunavanje optimalnih kontrola i zakona koji optimizuju ponašanje sistema u skladu sa jednim ili drugim kriterijumom kvaliteta tokom njegovog normalnog rada. Velika brzina kontrolnog računala omogućava, uz glavnu funkciju, obavljanje niza pomoćnih zadataka, na primjer, uz implementaciju složenog linearnog ili nelinearnog digitalnog korektivnog filtera.

U nedostatku računara u sistemima, preporučljivo je koristiti nelinearne korektivne uređaje jer oni imaju najveće funkcionalne i logičke mogućnosti.

Regulacioni uređaji Oni su kombinacija aktuatora, uređaja za pojačavanje i korekciju, pretvarača, kao i računarskih i interfejs jedinica.

Informaciju o parametrima kontrolnog objekta io mogućim vanjskim utjecajima koji utiču na njega upravljački uređaj prima od mjerni uređaj. Mjerni uređaji u opštem slučaju sastoje se od osetljivih elemenata koji opažaju promene u parametrima kojima se proces reguliše ili kontroliše, kao i od dodatnih pretvarača koji često obavljaju funkcije pojačanja signala. Zajedno sa osjetljivim elementima, ovi pretvarači su dizajnirani da pretvaraju signale jedne fizičke prirode u drugu, koja odgovara vrsti energije koja se koristi u automatskom regulacijskom ili upravljačkom sistemu.

U automatizaciji uređaji za pretvaranje ili pretvarači Riječ je o elementima koji ne vrše direktno funkcije mjerenja reguliranih parametara, pojačavanja signala ili korekcije svojstava sistema u cjelini i nemaju direktan uticaj na regulatorno tijelo ili kontrolirani objekat. Uređaji za pretvaranje u ovom smislu su srednji i obavljaju pomoćne funkcije povezane s ekvivalentnom transformacijom količine jedne fizičke prirode u oblik pogodniji za stvaranje regulatornog efekta ili u svrhu koordinacije uređaja koji se razlikuju po vrsti energije na izlaz jednog i ulaz drugog uređaja.

Računarski uređaji za opremu za automatizaciju se po pravilu grade na bazi mikroprocesorskih alata.

Mikroprocesor- softverski kontrolisan alat koji obavlja proces obrade i upravljanja digitalnim informacijama, izgrađen na jednom ili više integrisanih kola.

Glavni tehnički parametri mikroprocesora su dubina bita, kapacitet adresabilne memorije, svestranost, broj internih registara, prisustvo mikroprogramske kontrole, broj nivoa prekida, tip memorije steka i broj glavnih registara, kao i sastav softvera. Na osnovu širine riječi, mikroprocesori se dijele na mikroprocesore s fiksnom širinom riječi i modularne mikroprocesore s promjenjivom širinom riječi.

Mikroprocesorskim putem su strukturno i funkcionalno zaokruženi proizvodi računarske i kontrolne opreme, izgrađeni u obliku ili na bazi mikroprocesorskih integrisanih kola, koji se sa stanovišta zahteva za ispitivanje, prijem i isporuku smatraju jedinstvenom celinom i koriste se u izgradnji složenijih mikroprocesorskih alata ili mikroprocesorskih sistema.

Strukturno se mikroprocesorska sredstva izrađuju u obliku mikrokola, jednopločnog proizvoda, monobloka ili standardnog kompleksa, a proizvodi nižeg nivoa strukturne hijerarhije mogu se koristiti u proizvodima najvišeg nivoa.

Mikroprocesorski sistemi - To su računarski ili upravljački sistemi izgrađeni na bazi mikroprocesorskih alata koji se mogu koristiti autonomno ili integrirati u kontrolirani objekt. Strukturno, mikroprocesorski sistemi se izrađuju u obliku mikrokola, proizvoda sa jednom pločom, monoblok kompleksa ili nekoliko proizvoda navedenih tipova, ugrađenih u opremu kontrolisanog objekta ili napravljenih autonomno.

Prema obimu primjene, tehnička sredstva automatizacije mogu se podijeliti na tehnička sredstva automatizacije rada na industrijska proizvodnja i tehnička sredstva za automatizaciju drugog rada, čija je najvažnija komponenta rad u ekstremnim uslovima u kojima je ljudsko prisustvo opasno po život ili nemoguće. U potonjem slučaju, automatizacija se provodi na temelju posebnih stacionarnih i mobilnih robota.

Tehnička sredstva automatizacije hemijske proizvodnje: Referenca. ur./V.S.Balakirev, L.A.Barsky, A.V.Bugrov, itd. - M.: Hemija, 1991. –272 str.

Definicija “objekta automatizacije” uključuje širok spektar tehničkih objekata (metalurške peći, transport, razne mašine i drugi tehnički uređaji), kao i proizvodni procesi koje može obavljati jedna ili čitav kompleks tehnoloških jedinica, instalacija ili mašina u interakciji sa sistemom upravljanja. U ovoj fazi ljudskog razvoja, automatizacija se aktivno uvodi u sve sfere ljudskog života.

Kontinuirano unapređenje i implementacija sistema automatizacije su apsolutno međusobno povezani procesi. S jedne strane, za modernizaciju različitih industrija potrebno je razviti i implementirati sisteme mehanizacije i automatizacije u već operativne mehanizme, a s druge strane, prilikom kreiranja potpuno nove tehnologije, potrebno je obezbijediti načine za njenu efikasnu automatizaciju.

Prema svojoj hijerarhiji, tehnička sredstva automatizacije dijele se u dvije klase:

• Sistemi za automatizovanu (automatsku) regulaciju ACS-a i upravljanje ACS-om;
• Uređaji, elementi i podsistemi automatskih upravljačkih sistema i samohodnih topova;

Zajednički funkcionalni dio oba sistema je objekt regulacije (kontrole). Kontrolni objekat – upravljani dio sistema (mašina ili skup mašina), čiji uspostavljeni režim rada mora biti podržan od strane upravljačkog dijela sistema u skladu sa prethodno odabranim upravljačkim zadatkom.

Upravljački sistem (CS) je dinamički zatvoreni kompleks koji se sastoji od kontrolisanih objekata i tri podsistema: logičko-računarskog, informacionog i izvršnog. Opšti dijagram je prikazan ispod:

Informacioni podsistem je skup tehničkih sredstava za prijem, prezentovanje i prenošenje informacija. Sredstva čija je svrha dobijanje i transformacija primarnih informacija o unutrašnjim i eksternim faktorima rada objekata pod kontrolom obuhvataju merne i osetljive elemente, analizatore, senzore primarne informacije i druge uređaje. Ova kategorija takođe uključuje sredstva za predstavljanje i prenos informacija u obliku koji je pogodan za sistem upravljanja - prijemnici, uređaji za kodiranje/dekodiranje, predajnici, komunikacioni kanali i tako dalje.

Logičko-računarski sistem – tehnička sredstva čiji je zadatak obrada informacija.

Glavni zadatak alata za obradu informacija je razvoj rješenja potrebnih za postizanje kontrolnih zadataka formuliranih u tehničkim specifikacijama za proizvodnju samohodnih topova. Ova rješenja se obično implementiraju u obliku master ili upravljačkih signala. Tehnička sredstva za obradu informacija uključuju niz analognih i digitalnih računarskih alata, uključujući mikrokontrolere.

Zovu se tehnička sredstva koja se koriste za generiranje kontrolnih signala i direktno upravljanje objektom izvršni podsistem . Tehnička sredstva izvršnih podsistema uglavnom uključuju električne pogone, kao i regulatore rasvjete i temperature, elektromagnete hidrauličnih mehanizama i tako dalje.

Upravljački sistemi, u čijem radu, uključujući faze donošenja odluka i razvoja upravljačkih radnji, nema učešća operatera (operator samo posmatra proizvodni proces) su pozvani ACS sistemi automatskog upravljanja .

Zovu se upravljački sistemi u kojima su računari (digitalni, analogni ili hibridni) uključeni u donošenje odluka operatera automatizovani sistemi ACS kontrola.

Tema 2

1. Senzori

Senzor je uređaj koji pretvara ulazni utjecaj bilo kojeg fizička količina u signal pogodan za dalju upotrebu.

Korišteni senzori su vrlo raznoliki i mogu se klasificirati prema različitim kriterijima (vidi tabelu 1).

U zavisnosti od vrste ulazne (mjerene) veličine razlikuju se: senzori mehaničkog pomaka (linearni i kutni), pneumatski, električni, mjerači protoka, brzine, ubrzanja, sile, temperature, pritiska itd.

Na osnovu vrste izlazne vrijednosti u koju se ulazna vrijednost pretvara, razlikuju se neelektrični i električni: senzori jednosmjerne struje (EMF ili naponski), senzori amplitude naizmjenična struja(EMF ili napon), senzori frekvencije naizmjenične struje (EMF ili napon), senzori otpora (aktivni, induktivni ili kapacitivni) itd.

Većina senzora je električni. To je zbog sljedećih prednosti električna mjerenja:

Električne veličine pogodan je za prijenos na daljinu, a prijenos se vrši velikom brzinom;

Električne veličine su univerzalne u smislu da se sve druge veličine mogu pretvoriti u električne veličine i obrnuto;

Oni se precizno pretvaraju u digitalni kod i omogućavaju postizanje visoke tačnosti, osjetljivosti i brzine mjernih instrumenata.

Na osnovu principa rada senzori se mogu podijeliti u dvije klase: generatorske i parametarske. Posebnu grupu čine radioaktivni senzori. Radioaktivni senzori su senzori koji koriste pojave kao što su promjene parametara pod utjecajem g i b zraka; jonizacija i luminiscencija određenih supstanci pod uticajem radioaktivnog zračenja. Senzori generatora direktno pretvaraju ulaznu vrijednost u električni signal. Parametarski senzori pretvaraju ulaznu vrijednost u promjenu bilo kojeg električnog parametra (R, L ili C) senzora.

Na osnovu principa rada senzori se mogu podijeliti i na omske, reostatske, fotoelektrične (optoelektronske), induktivne, kapacitivne itd.

Postoje tri klase senzora:

Analogni senzori, odnosno senzori koji proizvode analogni signal proporcionalan promjeni ulazne vrijednosti;

Digitalni senzori koji generiraju niz impulsa ili binarnu riječ;

Binarni (binarni) senzori koji proizvode signal samo dva nivoa: “uključeno/isključeno” (0 ili 1).

Slika 1 – Klasifikacija senzora za sisteme automatizacije rudarskih mašina

Zahtjevi za senzore:

Nedvosmislena zavisnost izlazne vrednosti od ulazne vrednosti;

Stabilnost karakteristika tokom vremena;

Visoka osjetljivost;

Mala veličina i težina;

Odsustvo povratnog uticaja na kontrolisani proces i na kontrolisani parametar;

Rad u različitim uslovima rada;

Različite mogućnosti ugradnje.

Parametrijski senzori

Parametarski senzori su senzori koji pretvaraju ulazne signale u promjenu bilo kojeg parametra električnog kola (R, L ili C). U skladu s tim razlikuju se aktivni otporni, induktivni i kapacitivni senzori.

Karakteristična karakteristika od ovih senzora je da se koriste samo sa eksternim izvorom napajanja.

U modernoj opremi za automatizaciju široko se koriste različiti parametarski aktivni senzori otpora - kontaktni, reostatski, potenciometrijski senzori.

Kontaktni senzori. Najpouzdaniji sa kontaktni senzori Razmatraju se magnetski kontrolirani zatvoreni kontakti (reed prekidači).

Slika 1 – Šematski dijagram senzora reed prekidača

Senzorski element senzora, reed prekidač, je ampula 1, unutar koje su zapečaćene kontaktne opruge (elektrode) 2 od feromagnetnog materijala. Staklena ampula je napunjena zaštitnim gasom (argon, azot, itd.). Nepropusnost ampule eliminira štetan utjecaj (utjecaj) okoline na kontakte, povećavajući pouzdanost njihovog rada. Kontakti reed prekidača koji se nalaze u kontrolisanoj tački u prostoru su zatvoreni pod uticajem magnetnog polja, koje stvara permanentni magnet (elektromagnet) instaliran na pokretnom objektu. Kada su kontakti reed prekidača otvoreni, njegov aktivni otpor je jednak beskonačnosti, a kada je zatvoren, gotovo je nula.

Izlazni signal senzora (U izlaz na opterećenju R1) jednak naponu U p izvora napajanja u prisustvu magneta (objekta) u kontrolnoj tački i nula u njegovom odsustvu.

Reed prekidači su dostupni i sa sklopnim i prekidnim kontaktima, kao i sa prekidačkim i polarizovanim kontaktima. Neke vrste reed prekidača - KEM, MKS, MKA.

Prednosti reed switch senzora su visoka pouzdanost i srednje vrijeme između kvarova (oko 10 7 operacija). Nedostatak reed senzora je značajna promjena osjetljivosti sa blagim pomakom magneta u smjeru okomitom na kretanje objekta.

Reed senzori se po pravilu koriste u automatizaciji instalacija dizanja, odvodnje, ventilacije i transportera.

Potenciometrijski senzori. Potenciometrijski senzori su varijabilni otpornik (potenciometar) koji se sastoji od ravnog (trakastog), cilindričnog ili prstenastog okvira na kojem je postavljena tanka žica od konstantana ili nihroma sa visokim otpornost. Klizač se kreće duž okvira - klizni kontakt koji je mehanički povezan sa objektom (vidi sliku 2).

Pomicanjem klizača pomoću odgovarajućeg pogona možete promijeniti otpor otpornika od nule do maksimuma. Štaviše, otpor senzora se može mijenjati i prema linearnom zakonu i prema drugim, često logaritamskim, zakonima. Takvi senzori se koriste u slučajevima kada je potrebno promijeniti napon ili struju u krugu opterećenja.

Slika 2 - Potenciometrijski senzor

Za dužinu linearnog potenciometra (vidi sliku 2). l izlazni napon je određen izrazom:

,

gdje je x kretanje četke; k=U p / l- koeficijent prenosa; U p – napon napajanja.

Potenciometrijski senzori se koriste za mjerenje različitih parametara procesa - tlaka, nivoa, itd., prethodno konvertiranih senzornim elementom u pokretu.

Prednosti potenciometrijskih senzora su njihova jednostavnost dizajna, mala veličina i mogućnost napajanja istosmjernom i naizmjeničnom strujom.

Nedostatak potenciometrijskih senzora je prisutnost kliznog električnog kontakta, što smanjuje pouzdanost rada.

Induktivni senzori. Princip rada induktivnog senzora zasniva se na promjeni induktivnosti L zavojnice 1, postavljene na feromagnetsko jezgro 2, pri kretanju x sidra 3 (vidi sliku 3).

Slika 3 - Induktivni senzor

Kolo senzora se napaja iz izvora naizmjenične struje.

Upravljački element senzora je promjenjiva reaktanca - prigušnica s promjenjivim zračnim rasporom.

Senzor radi na sljedeći način. Pod utjecajem objekta, armatura, približavajući se jezgru, uzrokuje povećanje veze fluksa i, posljedično, induktivnosti zavojnice. Sa smanjenjem jaza d na minimalnu vrijednost, induktivna reaktancija zavojnice x L = wL = 2pfL raste do maksimuma, smanjujući struju opterećenja RL, koja je obično elektromagnetski relej. Potonji, sa svojim kontaktima, upravljanjem prekidačima, zaštitom, krugovima za nadzor itd.

Prednosti induktivni senzori– jednostavnost uređaja i pouzdanost rada zbog nepostojanja mehaničke veze između jezgre i armature, obično pričvršćene za pokretni objekt, čiji se položaj kontroliše. Funkcije sidra može obavljati sam objekt koji ima feromagnetne dijelove, na primjer preskakanje prilikom kontrole njegovog položaja u oknu.

Nedostaci induktivnih senzora su nelinearnost karakteristika i značajna elektromagnetna sila privlačenja armature prema jezgru. Za smanjenje sila i kontinuirano mjerenje pomaka koriste se senzori solenoidnog tipa ili se nazivaju diferencijalnim.

Kapacitivni senzori. Kapacitivni senzori su strukturno promjenjivi kondenzatori različitih izvedbi i oblika, ali uvijek sa dvije ploče, između kojih se nalazi dielektrični medij. Takvi senzori se koriste za pretvaranje mehaničkih linearnih ili kutnih kretanja, kao i pritiska, vlažnosti ili nivoa okoline u promjenu kapaciteta. U ovom slučaju, za kontrolu malih linearnih kretanja, koriste se kondenzatori u kojima se mijenja zračni razmak između ploča. Za kontrolu kutnih pomaka koriste se kondenzatori sa konstantnim razmakom i promjenjivom radnom površinom ploča. Za praćenje nivoa punjenja rezervoara rasuti materijali ili tečnosti sa konstantnim prazninama i radnim površinama ploča - kondenzatori sa dielektričnom konstantom sredine koja se kontroliše. Električni kapacitet takvog kondenzatora izračunava se po formuli

gdje je: S - Ukupna površina presjeka ploča; δ - rastojanje između ploča; ε je dielektrična konstanta medija između ploča; ε 0 je dielektrična konstanta.

Na osnovu oblika ploča razlikuju se ravni, cilindrični i drugi tipovi varijabilnih kondenzatora.

Kapacitivni senzori rade samo na frekvencijama iznad 1000Hz. Upotreba na industrijskoj frekvenciji je praktično nemoguća zbog visoke kapacitivnosti (Xc = = ).

Senzori generatora

Generatorski senzori su senzori koji direktno pretvaraju različite vrste energije u električnu energiju. Ne zahtijevaju eksterne izvore napajanja, jer sami proizvode emf.Senzori generatora koriste dobro poznate fizičke fenomene: pojavu emf u termoparovima kada se zagrijavaju, u fotoćelijama sa blokirajućim slojem kada su osvijetljene, piezoelektrični efekat i fenomen elektromagnetne indukcije .

Indukcijski senzori. U indukcijskim senzorima, pretvaranje ulazne neelektrične veličine u indukovanu emf. koristi se za mjerenje brzine kretanja, linearnih ili kutnih kretanja. E.m.f. u takvim senzorima indukuje se u zavojnicama ili namotajima od bakra izolovana žica i postavljena na magnetna jezgra od elektro čelika.

Mikrogeneratori male veličine koji pretvaraju kutnu brzinu objekta u emf, čija je vrijednost direktno proporcionalna brzini rotacije izlaznog vratila ispitnog objekta, nazivaju se tahogeneratori istosmjerne i naizmjenične struje. Krugovi tahogeneratora sa i bez nezavisnog pobudnog namotaja prikazani su na slici 4.

Slika 4 - Šeme tahogeneratora sa i bez nezavisnog pobudnog namotaja

DC tahogeneratori su kolektori električni automobil sa armaturom i namotajem polja ili permanentnim magnetom. Potonji ne zahtijevaju dodatni izvor napajanja. Princip rada ovakvih tahogeneratora je da se emf inducira u armaturi, koja rotira u magnetskom toku (F) stalnog magneta ili namota polja. (E), čija je vrijednost proporcionalna frekvenciji rotacije (ω) objekta:

E = cFn = cFω

Za održavanje linearne zavisnosti emf. ovisno o brzini rotacije armature, potrebno je da otpor opterećenja tahogeneratora uvijek ostane nepromijenjen i da je višestruko veći od otpora namotaja armature. Nedostatak DC tahogeneratora je prisutnost komutatora i četkica, što značajno smanjuje njegovu pouzdanost. Kolektor omogućava konverziju naizmjenične emf. sidri se D.C..

Pouzdaniji je tahogenerator naizmjenične struje, u kojem se izlazni intrinzično siguran namotaj nalazi na statoru, a rotor je permanentni magnet sa odgovarajućim konstantnim magnetnim fluksom. Takav tahogenerator ne zahtijeva kolektor, već njegovu promjenjivu emf. pretvaraju se u jednosmjernu struju pomoću sklopova mostnih dioda. Princip rada sinkronog tahogeneratora naizmjenične struje je da kada rotor rotira kontrolni objekt, u njegovom namotu se inducira promjenjiva emf, čija su amplituda i frekvencija direktno proporcionalne brzini rotacije rotora. Zbog činjenice da se magnetni tok rotora rotira na istoj frekvenciji kao i sam rotor, takav se tahogenerator naziva sinkronim. Nedostatak sinhronog generatora je što ima ležajeve, što nije prikladno za rudarske uslove. Dijagram za kontrolu brzine transportne trake sa sinhronim tahogeneratorom prikazan je na slici 5. Na slici 5 prikazani su: 1 - magnetni rotor tahogeneratora, 2 - pogonski valjak sa gazećim slojem, 3 - transportna traka, 4 - namotaj statora tahogenerator.

Slika 5 - Šema za kontrolu brzine sinhrone transportne trake

tahogenerator

Za merenje linearna brzina Za mjerenje kretanja radnih dijelova strugačkih transportera koriste se senzori magnetske indukcije koji uopće nemaju pokretne dijelove. Pokretni dio (armatura) u ovom slučaju su čelični strugači transportera, koji se kreću u magnetskom toku senzora trajnog magneta sa intrinzično sigurnim zavojnicama. Kada čelični strugači prođu kroz magnetni tok u zavojnici, inducira se varijabilna emf, direktno proporcionalna brzini kretanja i obrnuto proporcionalna razmaku između čeličnog jezgra zavojnice i strugača. Magnetski fluks, koji dovodi do emf, u zavojnici se u ovom slučaju mijenja pod utjecajem čeličnih strugača, koji, krećući se iznad senzora, uzrokuju fluktuacije magnetskog otpora duž putanje zatvaranja magnetnog fluksa formiranog od permanentnog magneta. . Dijagram za praćenje brzine kretanja radnog tijela strugačkog transportera pomoću senzora magnetske indukcije prikazan je na slici 6. Na slici 6 je prikazano: 1 - strugač transporter, 2 - čelično jezgro, 3 - čelična podloška, ​​4 - plastična podloška , 5 - prstenasti trajni magnet, 6 - zavojnica senzora

Slika 6 - Šema za kontrolu brzine kretanja radnog tijela

strugač sa senzorom magnetne indukcije

Magnetoelastični senzori. Princip rada magnetoelastičnih senzora temelji se na svojstvu feromagnetnih materijala da mijenjaju magnetnu permeabilnost m kada su deformirani. Ovo svojstvo se naziva magnetoelastičnost, a karakteriše ga magnetoelastična osjetljivost

Najviša vrijednost S m = 200 H/m2 je baziran na permalaju (legura željeza i nikla). Neke vrste permalaja, kada se izduže za 0,1%, povećavaju koeficijent magnetne permeabilnosti i do 20%. Međutim, za postizanje čak i tako malih izduženja potrebno je opterećenje reda veličine 100 - 200 N/mm, što je vrlo nezgodno i dovodi do potrebe za smanjenjem poprečnog presjeka feromagnetnog materijala i zahtijeva izvor napajanja sa frekvencija reda kiloherca.

Konstruktivno, magnetoelastični senzor je zavojnica 1 sa zatvorenim magnetnim krugom 2 (vidi sliku 7). Kontrolirana sila P, deformirajući jezgro, mijenja njegovu magnetsku permeabilnost i, posljedično, induktivni otpor zavojnice. Struja opterećenja RL, na primjer, relej, određena je otporom zavojnice.

Magnetoelastični senzori se koriste za praćenje sila (na primjer, prilikom utovara skipova i sadnje kaveza na šakama), pritiska stijena itd.

Prednosti magnetoelastičnih senzora su jednostavnost i pouzdanost.

Nedostaci magnetoelastičnih senzora - potrebno skupi materijali za magnetna jezgra i njihovu specijalnu obradu.

Slika 7 – Magnetoelastični senzor

Piezoelektrični senzori. Piezoelektrični efekat je svojstven monokristalima nekih dielektričnih supstanci (kvarc, turmalin, Rochelleova sol, itd.). Suština efekta je da pod djelovanjem dinamičkih mehaničkih sila na kristal, na njegovim površinama nastaju električni naboji čija je veličina proporcionalna elastičnoj deformaciji kristala. Dimenzije i broj kristalnih ploča se biraju na osnovu jačine i potrebne količine punjenja. Piezoelektrični senzori se u većini slučajeva koriste za mjerenje dinamičkih procesa i udarnih opterećenja, vibracija itd.

Termoelektrični senzori. Za mjerenje temperature u u širokim granicama Koriste se termoelektrični senzori od 200-2500 °C - termoparovi, koji osiguravaju pretvaranje toplotne energije u električnu emf. Princip rada termoelementa zasniva se na fenomenu termoelektričnog efekta, koji se sastoji u tome da kada se spoj i krajevi termoelektroda stave u okruženje sa različitim temperaturama t 1 i t 2 u krug koji formira termopar i milivoltmetra, pojavljuje se termo emf, proporcionalna razlici između ovih temperatura

Slika 8 - Dijagram termoelementa

Provodnici A i B termoparova izrađeni su od različitih metala i njihovih legura. Fenomen termoelektričnog efekta daje kombinacija takvih vodiča A i B, bakar-konstantan (do 300°C), bakar - kopel (do 600°C), hromel - kopel (do 800°C), gvožđe - kopel (do 800°C), hromel - alumel (do 1300°C), platina - platina-rodijum (do 1600°C) itd.

Vrijednost termo-emf za različite tipove termoparova kreće se od desetina do desetina milivolti. Na primjer, za termoelement bakar-konstantan mijenja se od 4,3 do –6,18 mB kada se temperatura spoja promijeni od + 100 do – 260 o C.

Termistorski senzori. Princip rada termistorskih senzora zasniva se na svojstvu senzorskog elementa - termistora - da mijenja otpor kada se temperatura promijeni. Termistori se izrađuju od metala (bakar, nikal, atin, itd.) i poluprovodnika (mješavine metalnih oksida - bakra, mangana itd.). Metalni termistor je napravljen od žice, na primjer, prečnik bakra otprilike 0,1 mm, spiralno namotana na okvir od liskuna, porcelana ili kvarca. Takav termistor je zatvoren u zaštitnu cijev sa terminalnim stezaljkama, koja se nalazi na kontrolnoj točki temperature objekta.

Poluvodički termistori se proizvode u obliku malih šipki i diskova sa vodovima.

Sa povećanjem temperature, otpor metalnih termistora raste, dok kod većine poluvodičkih opada.

Prednost poluvodičkih termistora je njihova visoka termička osjetljivost (30 puta veća od metalnih).

Nedostatak poluvodičkih termistora je veliki raspon otpora i niska stabilnost, što ih čini teškim za korištenje za mjerenja. Stoga se poluvodički termistori u sistemima automatizacije rudničkih procesnih postrojenja uglavnom koriste za kontrolu temperaturnih vrijednosti objekata i njihove termičke zaštite. U ovom slučaju, oni su obično povezani serijski s elektromagnetnim relejem na izvor napajanja.

Za mjerenje temperature, termistor RK je uključen u mostno kolo, koje mjerenje otpora pretvara u napon na izlazu Uout, koji se koristi u sistemu automatskog upravljanja ili mjernom sistemu.

Most može biti balansiran ili neuravnotežen.

Balansirani most se koristi sa nultom metodom mjerenja. U ovom slučaju, otpor R3 se mijenja (na primjer, posebnim automatski uređaj) nakon promjene otpora termistora Rt na način da se osigura jednakost potencijala u tačkama A i B. Ako je skala otpornika R3 graduirana u stepenima, tada se temperatura može očitati na osnovu položaja njegov klizač. Prednost ove metode je visoka tačnost, ali nedostatak je složenost mjernog uređaja, koji je automatski sistem za praćenje.

Neuravnotežen most proizvodi signal Uout, proporcionalan pregrijavanju objekta. Odabirom otpora otpornika R1, R2, R3 postiže se ravnoteža mosta na početnoj vrijednosti temperature, osiguravajući ispunjenje uvjeta

Rt / R1= R3 / R2

Ako se promijeni vrijednost kontrolirane temperature i, shodno tome, otpora Rt, ravnoteža mosta će biti poremećena. Ako spojite mV uređaj sa skalom postupnom u stupnjevima na njegov izlaz, igla uređaja će pokazati izmjerenu temperaturu.

Indukcijski mjerač protoka

Za kontrolu hrane pumpna jedinica Za odvodnju moguće je koristiti indukcijske mjerače protoka, na primjer, tip IR-61M. Princip rada indukcionog merača protoka zasniva se na Faradejevom zakonu (zakon elektromagnetne indukcije).

Strukturni dijagram indukcijski mjerač protoka prikazan je na slici 9. Kada provodna tekućina teče u cjevovodu između polova magneta, emf se javlja u smjeru okomitom na smjer tekućine iu smjeru glavnog magnetnog fluksa. U na elektrodama, proporcionalno brzini fluida v:

gdje je B magnetna indukcija u procjepu između polova magneta; d – unutrašnji prečnik cevovoda.

Slika 9 – Dijagram dizajna indukcijskog mjerača protoka

Ako brzinu v izrazimo kroz zapreminski protok Q, tj.

Prednosti indukcijskog mjerača protoka:

Imaju blagu inerciju očitavanja;

Unutar radnog cjevovoda nema dijelova (zato imaju minimalne hidraulične gubitke).

Nedostaci merača protoka:

Očitavanja zavise od svojstava tečnosti koja se meri (viskoznost, gustina) i prirode strujanja (laminarno, turbulentno);

Ultrazvučni mjerači protoka

Princip rada ultrazvučnih mjerača protoka je takav

brzina širenja ultrazvuka u pokretnom mediju plina ili tekućine jednaka je geometrijskom zbroju prosječne brzine kretanja medija v i prirodne brzine zvuka u ovom mediju.

Dijagram dizajna ultrazvučnog mjerača protoka prikazan je na slici 10.

Slika 10 - Dijagram dizajna ultrazvučnog mjerača protoka

Emiter I stvara ultrazvučne vibracije frekvencije od 20 Hz i više, koje padaju na prijemnik P, koji te vibracije registruje (nalazi se na udaljenosti l). Brzina protoka F je jednaka

gdje je S površina poprečnog presjeka protoka tekućine; C – brzina zvuka u mediju (za tečnost 1000-1500 m/s);

t1 je trajanje prostiranja zvučnog talasa u pravcu strujanja od emitera I1 do prijemnika P1;

t 2 – trajanje prostiranja zvučnog talasa protiv strujanja od emitera I2 do prijemnika P2;

l je rastojanje između emitera I i prijemnika P;

k – koeficijent koji uzima u obzir distribuciju brzina u protoku.

Prednosti ultrazvučnog merača protoka:

a) visoka pouzdanost i brzina;

b) sposobnost mjerenja neprovodnih tekućina.

Nedostatak: povećani zahtjevi za kontaminacijom kontroliranog protoka vode.

2. Uređaji za prijenos podataka

Informacije se prenose od objekta automatizacije do upravljačkog uređaja preko komunikacijskih linija (kanala). Ovisno o fizičkom mediju kroz koji se informacije prenose, komunikacijski kanali se mogu podijeliti na sledeće vrste:

– kablovske linije – električne (simetrične, koaksijalne, “ upredeni par“, itd.), optičko i kombinirano električni kablovi sa jezgrima od optičkih vlakana;

– energetske niskonaponske i visokonaponske električne mreže;

– infracrveni kanali;

– radio kanale.

Prijenos informacija putem komunikacionih kanala može se prenositi bez kompresije informacija, tj. Jedan informacijski signal (analogni ili diskretni) prenosi se preko jednog kanala, a kompresijom informacija, mnogi informacijski signali se prenose preko komunikacijskog kanala. Zbijanje informacija se koristi za daljinski prijenos informacija na znatnim udaljenostima (na primjer, od opreme za automatizaciju koja se nalazi na putu do šišača ili od dijela rudnika do površine do dispečera) i može se obaviti korištenjem različitih vrsta signala kodiranje.

Tehnički sistemi koji obezbjeđuju prijenos informacija o stanju objekta i kontrolne komande na daljinu putem komunikacijskih kanala mogu se sistemi daljinskog upravljanja i merenja ili telemehanički sistemi. U sistemima za daljinsko upravljanje i mjerenje svaki signal koristi svoju liniju - komunikacijski kanal. Koliko signala ima, toliko je potrebno i komunikacijskih kanala. Stoga, kada daljinski upravljač i mjerenja, broj kontroliranih objekata, posebno na velikim udaljenostima, obično je ograničen. U telemehaničkim sistemima, samo jedna linija ili jedan komunikacijski kanal se koristi za prijenos više poruka velikom broju objekata. Informacije se prenose u kodiranom obliku, a svaki objekat „zna” svoj kod, tako da je broj kontrolisanih ili upravljanih objekata praktično neograničen, samo će kod biti složeniji. Telemehanički sistemi se dijele na diskretne i analogne. Diskretni sistemi daljinskog upravljanja se nazivaju telealarmni sistemi(TS), obezbeđuju prenos konačnog broja stanja objekta (na primer, „uključeno“, „isključeno“). Analogni televizijski nadzorni sistemi se nazivaju telemetrijski sistemi(TI), oni pružaju prijenos kontinuiranih promjena u bilo kojim parametrima koji karakteriziraju stanje objekta (na primjer, promjene napona, struje, brzine itd.).

Elementi koji čine diskretne signale imaju različite kvalitativne karakteristike: amplitudu impulsa, polaritet i trajanje impulsa, frekvenciju ili fazu naizmjenične struje, šifru u slanju serije impulsa. Telemehanički sistemi su detaljnije razmotreni u.

Za razmjenu informacija između mikroprocesorskih kontrolera različitih uređaja sistema automatizacije, uključujući upravljačke računare, koriste se posebna sredstva, metode i pravila interakcije - interfejsi. U zavisnosti od načina prenosa podataka, pravi se razlika između paralelnih i serijskih interfejsa. IN paralelni interfejs q bitovi podataka se prenose preko q komunikacijske linije. IN serijski interfejs Prijenos podataka se obično vrši preko dvije linije: jedna kontinuirano prenosi taktne (sinhronizirajuće) impulse sa tajmera, a druga prenosi informacije.

U sistemima automatizacije rudarskih mašina najčešće se koriste serijski interfejsi standarda RS232 i RS485.

RS232 interfejs omogućava komunikaciju između dva računara, kontrolnog računara i mikrokontrolera, odnosno komunikaciju između dva mikrokontrolera brzinom do 19600 bps na udaljenosti do 15m.

Interfejs RS-485 omogućava razmjenu podataka između više uređaja preko jedne dvožične komunikacione linije u poludupleks modu. RS-485 interfejs omogućava prenos podataka brzinom do 10 Mbit/s. Maksimalni domet prijenosa ovisi o brzini: pri brzini od 10 Mbit/s maksimalna dužina linija - 120 m, pri brzini od 100 kbit/s - 1200 m. Broj uređaja povezanih na jednu liniju interfejsa zavisi od vrste primopredajnika koji se koriste u uređaju. Jedan predajnik je dizajniran za kontrolu 32 standardna prijemnika. Prijemnici su dostupni sa ulaznim impedancijama od 1/2, 1/4, 1/8 standardne. Kada se koriste takvi prijemnici, ukupan broj uređaja se može povećati u skladu s tim: 64, 128 ili 256. Prijenos podataka između kontrolera vrši se prema pravilima koja se nazivaju protokoli. Protokoli razmjene u većini sistema rade na principu master-slave. Jedan uređaj na autoputu je glavni i pokreće razmjenu slanjem zahtjeva slave uređajima koji se razlikuju po logičkim adresama. Jedan od popularnih protokola je Modbus protokol.

2. Aktuatori

Izvršenje rješenja, tj. provodi se implementacija kontrolne akcije koja odgovara generiranom upravljačkom signalu aktuatori (ED). Općenito, aktuator je kombinacija aktuatora (AM) i regulatornog tijela (RO). Položaj aktuatora u blok dijagramu lokalnog ACS-a prikazan je na slici 11.

Slika 11 - Položaj aktuatora u blok dijagramu lokalnog automatskog upravljačkog sistema

Aktuator (AM) je uređaj dizajniran za pretvaranje upravljačkih signala koje generiše upravljačka jedinica (PLC) u signale pogodne za utjecaj na krajnju vezu ACS-a - regulatorno tijelo (RO).

Pogon se sastoji od sljedećih osnovnih elemenata:

izvršni motor (elektromotor, klip, membrana);

element kvačila (spojnica, šarka);

mjenjač-pretvarač (mjenjač sa izlaznom polugom ili šipkom);

pojačivač snage (električni, pneumatski, hidraulični, kombinovani)

U specifičnom MI modelu, određeni broj elemenata (osim motora aktuatora) može nedostajati.

Glavni zahtjev za IM: kretanje RO sa najmanjim mogućim izobličenjem zakona upravljanja generiranog PLC-a, tj. MI mora imati dovoljnu brzinu i tačnost.

Glavne karakteristike:

a) nominalna i maksimalna vrijednost momenta

na izlaznu osovinu (rotaciono) ili sile na izlaznu šipku;

b) vrijeme rotacije izlaznog vratila IM ili hod njegove šipke;

c) maksimalnu vrijednost ugla ili hoda izlaznog vratila

d) mrtva zona.

Aktuatori se klasifikuju prema sledećim kriterijumima:

1) kretanje regulacionog tela (rotaciono i linearno);

2) projektovanje (električni, hidraulični, pneumatski);

Električni – sa elektromotornim i elektromagnetnim pogonima;

Hidraulični – sa pogonima: klip, klip, od hidrauličnog motora;

Pneumatski – sa pogonima: klip, klip, membrana, dijafragma, od zračnog motora.

U praksi se najviše koristi električni MI. Električni MI se klasifikuju kao:

elektromagnetski;

elektromotor

Elektromagnetni MI se dijele na:

IM sa pogonima od elektromagnetnih kvačila dizajnirani su da prenose rotaciono kretanje (frikciona i klizna kvačila;

IM sa solenoidnim pogonom su uređaji s 2 položaja (tj. dizajnirani za 2-položajnu kontrolu) koji izvode translacijsko kretanje pogonskih elemenata prema diskretnom principu: "uključeno - isključeno".

Elektromotori MI se dijele na:

jednookretni - kut rotacije izlaznog vratila ne prelazi 360 0. Primjer: MEO (električni jednookretni mehanizam). Koriste jednofazne i trofazne (MEOK, MEOB) asinhrone motore.

multi-turn – za daljinsko i lokalno upravljanje cevovodne armature(ventili).

U sistemima automatizacije rudarskih mašina, električni hidraulički razdjelnici, na primjer tipovi GSD i 1RP2, imaju široku primjenu kao aktuatori. Električni hidraulički razdjelnik 1RP2 dizajniran je za kontrolu brzine posmaka i reznih elemenata kombajna kao dio automatskih regulatora opterećenja URAN.1M i sistema automatizacije SAUK02.2M. Elektrohidraulični razdjelnik 1RP2 je hidraulični kolutni ventil sa elektromagnetni pogon vučni tip.

Regulatorno tijelo (RO) je završni element ACS-a koji vrši direktan kontrolni uticaj na OS. RO menja protok materijala, energije, relativni položaj delova aparata, mašina ili mehanizama u pravcu normalnog toka tehnološkog procesa.

Glavna karakteristika RO je njegova statička karakteristika, tj. odnos između izlaznog parametra Y (protok, pritisak, napon) i vrijednosti hoda regulatora u procentima.

RO obezbjeđuje:

a) dvopoložajna regulacija - RO kapija se brzo pomiče iz jednog ekstremnog položaja u drugi.

b) kontinuirano - u ovom slučaju je potrebno da propusna karakteristika RO bude striktno definisana (zasun, slavina, leptir ventil).