Klasifikacija opreme tehničke automatizacije na osnovu funkcionalnosti. Tehnička sredstva automatizacije. Automatski sistemi upravljanja

Menadžment, konsalting i preduzetništvo

Predavanje 2. Opšte informacije o tehničkim sredstvima automatizacije. Potreba za proučavanjem opštih pitanja koja se odnose na opremu tehničke automatizacije i državni sistem industrijskih uređaja i opreme za automatizaciju GSP diktirana je činjenicom da tehnička sredstva

Predavanje 2.

Opći podaci o tehničkim sredstvima automatizacije.

Potreba za proučavanjem opštih pitanja koja se odnose na opremu tehničke automatizacije i državni sistem industrijskih instrumenata i opreme za automatizaciju (GSP) diktirana je činjenicom da je oprema tehničke automatizacije sastavni dio GSP-a. Oprema za tehničku automatizaciju predstavlja osnovu za implementaciju informacionih i upravljačkih sistema u industrijskoj i neindustrijskoj sferi proizvodnje. Principi organizovanja GSP-a u velikoj meri određuju sadržaj faze projektovanja tehnička podrška automatizovani sistemi upravljanja procesima (APCS). Zauzvrat, osnova GSP-a su problemski orijentisani agregatni kompleksi tehničkih sredstava.

Tipični alati za automatizaciju mogu biti tehnički, hardverski, softverski i sistemski.

TO tehnička sredstva automatizacije(TSA) uključuju:

• senzori;
• aktuatori;
• regulatorna tijela (RO);
• komunikacijske linije;
• sekundarni instrumenti (prikaz i snimanje);
• analogni i digitalni upravljački uređaji;
• programski blokovi;
• logičko-komandni kontrolni uređaji;
• moduli za prikupljanje i primarnu obradu podataka i praćenje stanja tehnološkog upravljačkog objekta (TOU);
• moduli za galvansku izolaciju i normalizaciju signala;
• pretvarači signala iz jednog oblika u drugi;
• moduli za prezentaciju podataka, indikaciju, snimanje i generiranje kontrolnih signala;
• Uređaji za pohranu međuspremnika;
• Programabilni tajmeri;
• specijalizovani računarski uređaji, uređaji za pripremu predprocesora.

TO softverskih i hardverskih alata za automatizaciju uključuju:

• analogno-digitalni i digitalno-analogni pretvarači;
• sredstva kontrole;
• višestruki analogni i analogno-digitalni upravljački blokovi;
• Višekonekcijski programski logički upravljački uređaji;
• programabilni mikrokontroleri;
• lokalne mreže.

TO alati za automatizaciju širom sistema uključuju:

• uređaji sučelja i komunikacijski adapteri;
• blokovi zajedničke memorije;
• autoputevi (autobusi);
• uređaji za opću dijagnostiku sistema;
• Procesori izravnog pristupa za pohranjivanje informacija;
• operaterske konzole.

Tehnička sredstva automatizacije u sistemima upravljanja

Bilo koji sistem kontrola mora izvršiti sljedeće funkcije:

• prikupljanje informacija o trenutnom stanju tehnološkog upravljačkog objekta (TOU);
• utvrđivanje kriterijuma kvaliteta za rad TOU;
• nalaz optimalni režim funkcionisanje sistema tehničke kontrole i optimalne kontrolne radnje koje obezbeđuju ekstremne kriterijume kvaliteta;
• implementacija pronađenog optimalnog režima na TOU.

Ove funkcije se mogu obavljati servisno osoblje ili TCA. Ima ih četirivrsta kontrolnih sistema(SU):

1) informativni;

2) automatsko upravljanje;

3) centralizovana kontrola i regulacija;

4) automatizovani sistemi upravljanja procesima.

Informacije ( priručnik) kontrolni sistemi(Sl. 1.1) se rijetko koriste, samo za pouzdano funkcioniranje, jednostavne tehnološke objekte upravljanja TOU.

Rice. 1.1. Struktura upravljačkog informacionog sistema:

D - senzor (primarni mjerni pretvarač);

VP - sekundarni pokazni uređaj;

OPU - operaterski kontrolni centar (ploče, konzole, mnemodijagrami, alarmni uređaji);

Uređaji za daljinsko upravljanje (dugmad, ključevi, premosni kontrolni paneli, itd.);

IM aktuator;

RO - regulatorno tijelo;

C - alarmni uređaji;

MS mnemonički dijagrami.

U nekim slučajevima, sistem kontrole informacija uključuje regulatore direktnog djelovanja i regulatore ugrađene u procesnu opremu.

U sistemima automatskog upravljanja(Sl. 1.2) sve funkcije se izvode automatski pomoću odgovarajućih tehničkih sredstava.

Funkcije operatera uključuju:

• tehnička dijagnostika stanja ACS-a i sanacija pokvarenih elemenata sistema;
• korekcija regulatornih zakona;
• promjena zadatka;
• prelazak na ručnu kontrolu;
• održavanje opreme.

Rice. 1.2. Struktura automatskog upravljačkog sistema (ACS):

KP - pretvarač kodiranja;

LS - komunikacioni vodovi (žice, impulsne cijevi);

VU - računarski uređaji

Centralizovani sistemi kontrole i regulacije(SCCR) (slika 1.3). ACS se koriste za jednostavnu tehničku opremu, čiji režimi rada karakteriše mali broj koordinata, a kvalitet rada karakteriše jedan lako izračunat kriterijum. Poseban slučaj ACS-a je sistem automatskog upravljanja (ASR).

Upravljački sistem koji automatski održava ekstremnu vrijednost TOC-a pripada klasi sistema ekstremne kontrole.

Rice. 1.3. Struktura centralizovanog sistema upravljanja i regulacije:

OPU - operaterski kontrolni centar;

D - senzor;

NP normalizujući pretvarač;

KP - pretvarači za kodiranje i dekodiranje;

CR - centralni regulatori;

MP višekanalni alat za registraciju (print);

C - uređaj za predhitnu signalizaciju;

MPP - višekanalni uređaji za indikaciju (displeji);

MS - mnemonički dijagram;

IM - aktuator;

RO - regulatorno tijelo;

K kontroler

ASR koji podržavaju navedenu vrijednost izlazne podesive koordinate TOU-a se dijele na:

• stabilizacija;
• softver;
• sljedbenici;
• adaptivni.

Ekstremni regulatori se koriste izuzetno rijetko.

Tehničke strukture SCCR-a mogu biti dvije vrste:

1) sa pojedinačnim TCA;

2) sa kolektivnim TCA.

U prvom tipu sistema, svaki kanal je konstruisan od TCA za individualnu upotrebu. To uključuje senzore, normalizacijske pretvarače, regulatore, sekundarne uređaje, aktuatore i regulatorna tijela.

Otkazivanje jednog upravljačkog kanala ne dovodi do gašenja procesnog objekta.

Ovaj dizajn povećava troškove sistema, ali povećava njegovu pouzdanost.

Drugi tip sistema se sastoji od TSA za individualnu i kolektivnu upotrebu. TSA za kolektivnu upotrebu uključuje: prekidač, CP (konvertori za kodiranje i dekodiranje), CR (centralni regulatori), MR (višekanalni uređaj za snimanje (štampa)), MPP (višekanalni uređaji za indikaciju (displeji)).

Troškovi kolektivnog sistema su nešto niži, ali pouzdanost u velikoj mjeri zavisi od pouzdanosti kolektivnih TSA.

Kada je komunikacijska linija duga, koriste se pojedinačni pretvarači za kodiranje i dekodiranje, smješteni u blizini senzora i aktuatora. Ovo povećava cijenu sistema, ali poboljšava otpornost komunikacijske linije na buku.

Automatski sistemi upravljanja procesima(APCS) (slika 1.4) je mašinski sistem u kojem TSA dobija informacije o stanju objekata, izračunava kriterijume kvaliteta i pronalazi optimalna podešavanja upravljanja. Funkcije operatera svode se na analizu primljenih informacija i njihovu implementaciju korištenjem lokalnih automatiziranih upravljačkih sustava ili daljinskog upravljanja kontrolnom sobom.

Razlikovati sledeće vrste APCS:

• centralizovani automatizovani sistem upravljanja procesima (sve funkcije obrade informacija i upravljanja obavlja jedan kontrolni računar UVM) (slika 1.4);

Rice. 1.4. Struktura centralizovanog automatizovanog sistema upravljanja procesima:

USO - uređaj za komunikaciju sa objektom;

DU - daljinski upravljač;

SOI - alat za prikaz informacija

• nadzorni automatizovani sistem upravljanja procesima (ima veći broj lokalnih automatizovanih upravljačkih sistema izgrađenih na bazi TSA individualne upotrebe i centralnog računarskog računara (CUVM), koji ima informaciono komunikacionu liniju sa lokalnim sistemima) (Sl. 1.5);

Rice. 1.5. Struktura sistema nadzora: LR - lokalni regulatori

• distribuirani automatizovani sistem upravljanja procesima - karakteriše ga podela funkcija obrade informacija i upravljanja između nekoliko geografski raspoređenih objekata i računara (slika 1.6).

Rice. 1.6. Hijerarhijska struktura tehničkih sredstava SHG

STRANA 7

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 automatizacije: 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 osnove sistema automatskog upravljanja procesima. Prvo predstavljamo osnovne koncepte i definicije.

Element(uređaj) – strukturno zaokružen tehnički proizvod dizajniran za obavljanje određenih funkcija u sistemima automatizacije (merenje, prenos signala, skladištenje informacija, obrada, generisanje 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 objedinjavanje tehničkih rešenja. 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 stranih proizvođača TCA je započeo široko uvođenje svojih proizvoda u zemlje ZND-a putem trgovinskih misija, podružnica, zajedničkih ulaganja i dilerskih firmi.

Intenzivan razvoj i brza dinamika tržišta moderne tehnologije upravljanja 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 informativni portali, 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. Uvećanje funkcionalnost TCA:

– 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 na poluprovodniku 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 neindustrijska područja 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 instaliraju 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-a

Rice. 3. Hijerarhija SHG-ova
Distinctive Features moderne strukture izgradnja automatizovanih kontrolnih sistema industrijska preduzeća 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) i tehnička sredstva pomoću kojih se ovi zadaci realizuju - to su kancelarijski personalni računari (PC) i radne stanice zasnovane na njima u službama glavnih specijalista. preduzeće.


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.

Unos/ 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) – to je kolekcija različitih tipova tehnički proizvodi, dizajniran za obavljanje različitih funkcija, ali izgrađen na istom principu rada i ima iste strukturne elemente.

ACTS(agregatni kompleks tehničkih sredstava) – Riječ je o skupu različitih vrsta tehničkih proizvoda i uređaja, međusobno povezanih funkcionalnošću, dizajnom, vrstom napajanja, nivoom ulazno/izlaznih signala, kreiranih 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 mikroprocesorskih alata za automatizaciju (programabilni logički kontroleri, lokalni regulatori, komunikacioni uređaji sa objektom), displej panela operatera i servera, industrijske mreže koje međusobno povezuju navedene komponente, kao i industrijski softver svih ovih komponenti, dizajniran za kreiranje distribuirani automatizirani sistemi upravljanja procesima u raznim 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

Sredstva za generisanje i primarnu obradu informacija uključuju tastaturne uređaje za nanošenje podataka na kartice, trake ili druge nosače informacija mehaničkim (probijanje) ili magnetskim metodama; akumulirane informacije se prenose za naknadnu obradu ili reprodukciju. Uređaji za tastaturu, bušenje ili magnetni blokovi i predajnici koriste se za izradu proizvodnih snimača za lokalne i sistemske svrhe, koji generiraju primarne informacije u radionicama, skladištima i drugim mjestima proizvodnje.

Senzori (primarni pretvarači) se koriste za automatsko izdvajanje informacija. To su vrlo različiti uređaji u smislu principa rada koji osjećaju promjene kontroliranih parametara tehnoloških procesa. Savremena mjerna tehnologija može direktno procijeniti više od 300 različitih fizičkih, hemijskih i drugih veličina, ali to nije dovoljno za automatizaciju niza novih područja ljudske aktivnosti. Ekonomski izvodljivo proširenje opsega senzora u GPS-u postiže se objedinjavanjem osjetljivih elemenata. Osetljivi elementi koji reaguju na pritisak, silu, težinu, brzinu, ubrzanje, zvuk, svetlost, toplotno i radioaktivno zračenje koriste se u senzorima za kontrolu opterećenja opreme i njenih režima rada, kvaliteta obrade, obračuna puštanja proizvoda, praćenje njihovog kretanja na transporterima, zaliha i potrošnje materijala, izradaka, alata itd. Izlazni signali svih ovih senzora se pretvaraju u standardne električne ili pneumatske signale, koje prenose drugi uređaji.

Uređaji za prenos informacija uključuju pretvarače signala u oblike energije pogodne za emitovanje, telemehaničku opremu za prenošenje signala putem komunikacionih kanala na velike udaljenosti, prekidače za distribuciju signala do mesta gde se informacija obrađuje ili predstavlja. Ovi uređaji povezuju sve periferne izvore informacija (tastaturne uređaje, senzore) sa centralnim dijelom upravljačkog sistema. Njihova svrha je efikasno korišćenje komunikacionih kanala, eliminišući izobličenje signala i uticaj mogućih smetnji tokom prenosa preko žičnih i bežičnih linija.

Uređaji za logičku i matematičku obradu informacija obuhvataju funkcionalne pretvarače koji menjaju prirodu, oblik ili kombinaciju informacionih signala, kao i uređaje za obradu informacija prema zadatim algoritmima (uključujući računare) u cilju implementacije zakona i načina upravljanja (regulacije).

Računari za komunikaciju sa ostalim dijelovima upravljačkog sistema opremljeni su uređajima za unos i izlaz informacija, kao i uređajima za skladištenje za privremeno pohranjivanje izvornih podataka, među- i konačnih rezultata proračuna i sl. (vidi Unos podataka. Izlaz podataka, Uređaj za pohranu podataka ).

Uređaji za prezentiranje informacija pokazuju ljudskom operateru stanje proizvodnih procesa i bilježe ga najvažnijih parametara. Takvi uređaji su signalne ploče, mnemodijagrami sa vizuelnim simbolima na tabli ili kontrolnoj tabli, sekundarni pokazivač i digitalni instrumenti za indikaciju i snimanje, katodne cijevi, alfabetske i digitalne pisaće mašine.

Uređaji za generiranje upravljačkih radnji pretvaraju slabe informacijske signale u snažnije energetske impulse potrebnog oblika, neophodne za aktiviranje zaštitnih, regulacijskih ili upravljačkih aktuatora.

Osiguravanje visokog kvaliteta proizvoda povezano je s automatizacijom kontrole u svim glavnim fazama proizvodnje. Subjektivne ljudske procjene zamjenjuju se objektivnim indikatorima sa automatskih mjernih stanica povezanih sa centralnim tačkama gdje se utvrđuje izvor kvarova i odakle se šalju komande za sprječavanje odstupanja izvan tolerancije. Automatsko upravljanje pomoću računara u proizvodnji radiotehničkih i radioelektronskih proizvoda je od posebnog značaja zbog njihove masovne proizvodnje i značajnog broja kontrolisanih parametara. Ništa manje važna su završna ispitivanja pouzdanosti gotovih proizvoda (vidi Pouzdanost tehničkih uređaja). Automatizirani štandovi za funkcionalna, čvrstoća, klimatska, energetska i specijalizirana ispitivanja omogućuju brzu i identičnu provjeru tehničkih i ekonomskih karakteristika proizvoda (proizvoda).

Pogonski uređaji se sastoje od opreme za pokretanje, pogonskih hidrauličnih, pneumatskih ili električnih mehanizama (servomotori) i regulatornih tijela koja djeluju direktno na automatizirani proces. Važno je da njihov rad ne uzrokuje nepotrebne gubitke energije i smanjuje efikasnost procesa. Na primjer, prigušivanje, koje se obično koristi za regulaciju protoka pare i tečnosti, na osnovu povećanja hidraulički otpor u cevovodima se zamenjuju mašinama za formiranje protoka ili drugim, naprednijim metodama promene brzine protoka bez gubitka pritiska. Velika važnost ima ekonomično i pouzdano upravljanje električnim pogonom naizmjenične struje, korištenje električnih pokretača bez zupčanika i beskontaktnih prigušnica za upravljanje elektromotorima.

Ideja o izgradnji instrumenata za praćenje, regulaciju i kontrolu u obliku jedinica koje se sastoje od nezavisnih blokova koji obavljaju određene funkcije, implementirana u GSP, omogućila je razne kombinacije koristeći ove blokove za dobijanje širokog spektra uređaja za rešavanje različitih problema koristeći ista sredstva. Objedinjavanje ulaznih i izlaznih signala osigurava kombinaciju blokova s ​​različitim funkcijama i njihovu zamjenjivost.

GSP uključuje pneumatske, hidraulične i električnih uređaja i uređaja. Električni uređaji dizajnirani za primanje, prijenos i reprodukciju informacija su najsvestraniji.

Upotreba univerzalnog sistema industrijskih elemenata pneumatske automatizacije (USEPPA) omogućila je da se razvoj pneumatskih uređaja svede uglavnom na njihovo sklapanje od standardnih jedinica i dijelova s ​​malim brojem priključaka. Pneumatski uređaji se široko koriste za kontrolu i regulaciju u mnogim industrijama opasnim od požara i eksplozije.

GSP hidraulički uređaji se takođe sklapaju iz blokova. Hidraulički instrumenti i uređaji upravljaju opremom koja zahtijeva velike brzine za pomicanje upravljačkih elemenata sa značajnim naporom i velikom preciznošću, što je posebno važno kod alatnih mašina i automatskih linija.

U cilju što racionalnije sistematizacije GSP objekata i povećanja efikasnosti njihove proizvodnje, kao i pojednostavljenja projektovanja i konfiguracije sistema automatizovanog upravljanja, GSP uređaji se tokom razvoja kombinuju u agregatne komplekse. Agregatni kompleksi, zahvaljujući standardizaciji ulazno-izlaznih parametara i blok dizajnu uređaja, najpovoljnije, pouzdano i najekonomičnije kombinuju različita tehnička sredstva u automatizovanim sistemima upravljanja i omogućavaju montažu raznih specijalizovanih instalacija od jedinica automatizacije opšte namene.

Ciljano agregiranje analitičke opreme, mašina za ispitivanje, mehanizama za masovno doziranje sa unificiranom mjernom, računarskom i kancelarijskom opremom olakšava i ubrzava izradu osnovnih dizajna ove opreme i specijalizaciju fabrika za njihovu proizvodnju.

Tema 2

1. Senzori

Senzor je uređaj koji pretvara ulazni efekat bilo koje fizičke veličine 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 napon), senzori amplitude naizmjenične struje (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;

Nema povratnih informacija o kontrolisanog procesa i na kontrolisanom parametru;

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 isključuje loš uticaj(uticaj) 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, on aktivni otpor jednak beskonačnosti, a kada je zatvoren - gotovo 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 koji je namotana tanka žica od konstantana ili nihroma visoke otpornosti. 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 jednostavnost dizajna, male veličine, kao i mogućnost napajanja kako jednosmjernom tako 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.

Kontrolni element senzora je varijabilan reaktansa– gas sa promjenjivim zračnim razmakom.

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. Generatorski senzori koriste dobro poznate fizičke pojave: pojava EMF-a u termoparovima pri zagrevanju, u fotoćelijama sa slojem barijere kada su osvetljene, piezoelektrični efekat i fenomen elektromagnetne indukcije.

Indukcijski senzori. IN indukcijski senzori 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 komutatorske električne mašine sa armaturom i pobudnim namotom ili stalnim 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 mjerenje linearne brzine kretanja radnih tijela 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

Permallay (legura gvožđa i nikla) ​​ima najveću vrednost S m = 200 H/m2. 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 su što su potrebni skupi materijali za magnetna kola i njihova posebna obrada.

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 temperatura u širokom rasponu od 200-2500 °C koriste se termoelektrični senzori - termoparovi, koji osiguravaju pretvaranje toplinske 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 automatskim uređajem) prateći promjenu otpora termistora Rt na način da se osigura jednakost potencijala u tačkama A i B. Ako je skala od Otpornik R3 je graduisan u stepenima, a zatim se temperatura može očitati po položaju njegovog klizača. 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 napajanja drenažne pumpne jedinice moguće je koristiti indukcijske mjerače protoka, na primjer, tip IR-61M. Princip rada indukcionog merača protoka zasniva se na Faradejevom zakonu (zakon elektromagnetne indukcije).

Dijagram dizajna indukcijskog mjerača protoka prikazan je na slici 9. Kada provodna tekućina teče u cjevovodu između polova magneta, emf se pojavljuje u smjeru okomitom na smjer tekućine i u smjeru glavnog magnetskog 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, komunikacioni kanali se mogu podijeliti na sljedeće vrste:

– kablovske linije– električni (simetrični, koaksijalni, “ 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 na odgovarajući način: 64, 128 ili 256. Prijenos podataka između kontrolera se odvija 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 su klasifikovani prema sledeće znakove:

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.

višeokretni – za daljinsku i lokalnu kontrolu cevovodne armature (ventila).

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 hidraulički kolutni ventil s elektromagnetnim pogonom na povlačenje.

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).

Opće informacije o automatizaciji procesa

Procesi proizvodnja hrane

Osnovni koncepti i definicije automatizacije

Mašina(grč. automatos - samodejni) je uređaj (skup uređaja) koji funkcioniše bez ljudske intervencije.

Automatizacija je proces u razvoju mašinske proizvodnje u kojem se funkcije upravljanja i upravljanja koje su ranije obavljali ljudi prenose na instrumente i automatske uređaje.

Cilj automatizacije– povećanje produktivnosti rada, poboljšanje kvaliteta proizvoda, optimizacija planiranja i upravljanja, eliminacija ljudi od rada u uslovima opasnim po zdravlje.

Automatizacija je jedan od glavnih pravaca naučnog i tehnološkog napretka.

Automatizacija kao akademska disciplina, to je područje teorijskih i primijenjenih znanja o automatski operativnim uređajima i sistemima.

Istorija automatizacije kao grane tehnike usko je povezana sa razvojem automatskih mašina, automatski uređaji i automatizovani kompleksi. U svom povoju, automatizacija se oslanjala na teorijsku mehaniku i teoriju električna kola i sistemi i riješeni problemi koji se odnose na regulaciju pritiska u parnim kotlovima, hod parnog klipa i brzinu vrtnje električnih mašina, upravljanje radom automatskih mašina, automatske telefonske centrale i uređaje za relejnu zaštitu. Shodno tome, tehnička sredstva automatizacije u ovom periodu su razvijena i korišćena u odnosu na sisteme automatskog upravljanja. Intenzivan razvoj svih grana nauke i tehnologije krajem prve polovine 20. veka uslovio je i nagli rast tehnologije automatskog upravljanja, čija upotreba postaje sveopšta.

Drugu polovinu 20. stoljeća obilježilo je dalje usavršavanje tehničkih sredstava automatizacije i rasprostranjeno, iako neravnomjerno za različite sektore nacionalne privrede, širenje automatskih upravljačkih uređaja sa prelaskom na složenije automatski sistemi, posebno u industriji - od automatizacije pojedinačnih jedinica do kompleksne automatizacije radionica i tvornica. Posebnost je upotreba automatizacije na objektima koji su geografski udaljeni jedan od drugog, na primjer, veliki industrijski i energetski kompleksi, poljoprivredni objekti za proizvodnju i preradu poljoprivrednih proizvoda itd. Za komunikaciju između pojedinih uređaja u takvim sistemima koristi se telemehanika, koja zajedno sa upravljačkim uređajima i kontrolisanim objektima formira teleautomatske sisteme. U ovom slučaju, tehnička (uključujući telemehanička) sredstva za prikupljanje i automatsku obradu informacija postaju od velike važnosti, budući da se mnogi zadaci u složeni sistemi automatsko upravljanje se može riješiti samo uz pomoć kompjuterske tehnologije. Konačno, teorija automatskog upravljanja ustupa mjesto generaliziranoj teoriji automatskog upravljanja, koja objedinjuje sve teorijske aspekte automatizacije i čini osnovu opće teorije upravljanja.

Uvođenjem automatizacije u proizvodnju značajno je povećana produktivnost rada i smanjen udio radnika zaposlenih u različitim oblastima proizvodnje. Prije uvođenja automatizacije, zamjena fizičkog rada odvijala se kroz mehanizaciju glavnih i pomoćnih operacija proizvodnog procesa. Intelektualni rad dugo vremena ostala nemehanizovana. Trenutno, intelektualni radni poslovi postaju predmet mehanizacije i automatizacije.

Postoje različite vrste automatizacije.

1. Automatska kontrola uključuje automatski alarm, mjerenje, prikupljanje i sortiranje informacija.

2. Automatski alarm namijenjen je za obavještavanje o graničnim ili vanrednim vrijednostima bilo koje fizički parametri, o lokaciji i prirodi tehničkih prekršaja.

3. Automatsko mjerenje obezbeđuje merenje i prenos na posebne uređaje za snimanje vrednosti kontrolisanih fizičkih veličina.

4. Automatsko sortiranje vrši kontrolu i razdvajanje proizvoda i sirovina po veličini, viskoznosti i drugim pokazateljima.

5. Automatska zaštita Riječ je o skupu tehničkih sredstava koja osiguravaju prekid kontroliranog tehnološkog procesa u slučaju nenormalnih ili vanrednih stanja.

6. Automatska kontrola obuhvata skup tehničkih sredstava i metoda za upravljanje optimalnim napredovanjem tehnoloških procesa.

7. Automatska regulacija održava vrijednosti fizičkih veličina na određenom nivou ili ih mijenja prema propisanom zakonu bez direktnog ljudskog učešća.

Ovi i drugi koncepti koji se odnose na automatizaciju i upravljanje su ujedinjeni kibernetika– nauka o upravljanju složenim sistemima i procesima u razvoju, proučavanje opštih matematičkih zakona upravljanja objektima različite prirode (kibernetas (grč.) – upravnik, kormilar, kormilar).

Automatski sistem upravljanja(ACS) je skup kontrolnih objekata ( OU) i kontrolni uređaji ( UU), u međusobnoj interakciji bez ljudskog učešća, čija je akcija usmjerena na postizanje određenog cilja.

Automatski sistem upravljanja(SAR) – ukupnost OU i automatski kontroler, u interakciji jedan s drugim, osigurava da se TP parametri održavaju na datom nivou ili mijenjaju u skladu sa potrebnim zakonom, a također radi bez ljudske intervencije. ATS je vrsta samohodne puške.