Klassifizierung technischer Automatisierungsgeräte nach Funktionalität. Automatisierung technologischer Prozesse und Produktion. Technologien zur Produktionsautomatisierung. Bundesamt für Bildung

Bundesamt für Bildung

Staatliche Bildungseinrichtung

höhere Berufsausbildung

„Staatliche Technische Universität Omsk“

V.N. Gudinov, A.P. Korneytschuk

TECHNISCHE AUTOMATISIERUNGSWERKZEUGE
Vorlesungsnotizen

Omsk 2006
UDC 681.5.08(075)

BBK 973.26-04ya73

G
REZENSIONEN:
N.S. Galdin, Doktor der technischen Wissenschaften, Professor der Abteilung für PTTM und G, SibADI,

V.V. Zakharov, Leiter der Automatisierungsabteilung von ZAO NOMBUS.
Gudinov V. N., Korneichuk A. P.

G Technische Mittel Automatisierung: Vorlesungsskript. – Omsk: Verlag der Staatlichen Technischen Universität Omsk, 2006. – 52 S.
Das Vorlesungsskript vermittelt grundlegende Informationen über moderne technische und Software-Hardware-Automatisierungswerkzeuge (TSA) und Software-Hardware-Komplexe (STC), die Prinzipien ihrer Konstruktion, Klassifizierung, Zusammensetzung, Zweck, Eigenschaften und Anwendungsmerkmale in verschiedenen automatisierten Steuerungs- und Regelungssystemen Systeme technologischer Prozesse (APCS).

Das Vorlesungsskript richtet sich an Studierende des Vollzeit-, Abend-, Fern- und Fernstudiums im Fachgebiet 220301 – „Automatisierung technologischer Prozesse und Produktion“.
Veröffentlicht durch Beschluss des Redaktions- und Verlagsrates der Staatlichen Technischen Universität Omsk.
UDC 681.5.08(075)

BBK 973.26-04ya73

© V.N. Gudinov, A.P. Korneychuk 2006

© Staat Omsk

Technische Universität, 2006

1. ALLGEMEINE INFORMATIONEN ZU TECHNISCHEN AUTOMATISIERUNGSWERKZEUGEN

GRUNDLEGENDE KONZEPTE UND DEFINITIONEN
Ziel des Kurses „Technische Automatisierungstools“ (TSA) ist das Studium der elementaren Grundlagen von Systemen automatische Kontrolle technologische Prozesse. Zunächst stellen wir die grundlegenden Konzepte und Definitionen vor.

Element(Gerät) – ein strukturell vollständiges technisches Produkt, das dazu bestimmt ist, bestimmte Funktionen in Automatisierungssystemen auszuführen (Messung, Signalübertragung, Informationsspeicherung, Verarbeitung, Erzeugung von Steuerbefehlen usw.).

Automatisches Kontrollsystem (ACS)– eine Reihe technischer Geräte sowie Soft- und Hardware, die miteinander interagieren, um ein bestimmtes Kontrollgesetz (Algorithmus) umzusetzen.

Automatisiertes Prozessleitsystem (APCS)– ein System zur Entwicklung und Umsetzung von Kontrollmaßnahmen an einem technologischen Kontrollobjekt und ist ein Mensch-Maschine-System, das die automatische Sammlung und Verarbeitung von Informationen ermöglicht, die zur Steuerung dieses technologischen Objekts gemäß anerkannten Kriterien (technisch, technologisch, wirtschaftlich) erforderlich sind.

Technologisches Kontrollobjekt (TOU) - eine Reihe von technologischen Geräten und der darauf gemäß den einschlägigen Anweisungen und Vorschriften durchgeführte technologische Prozess.

Bei der Erstellung moderner automatisierter Prozessleitsysteme wird auf globale Integration und Vereinheitlichung geachtet technische Lösungen. Die Hauptanforderung an moderne automatische Steuerungssysteme ist die Offenheit des Systems, wenn die verwendeten Datenformate und die prozedurale Schnittstelle dafür definiert und beschrieben werden, was den Anschluss „externer“, unabhängig entwickelter Geräte und Geräte daran ermöglicht. Hinter letzten Jahren Der TCA-Markt hat sich erheblich verändert, viele inländische Unternehmen wurden gegründet, die Automatisierungstools und -systeme herstellen, und Systemintegratoren sind entstanden. Seit den frühen 90er Jahren begannen führende ausländische Hersteller von TCA, ihre Produkte über Vertriebsbüros, Niederlassungen, Joint Ventures und Händlerfirmen in großem Umfang in den GUS-Staaten einzuführen.

Intensive Entwicklung und schnelle Marktdynamik Moderne Technologie Management erfordern die Entstehung von Literatur, die den aktuellen Stand der TCA widerspiegelt. Derzeit sind die neuesten Informationen über Automatisierungsgeräte in- und ausländischer Unternehmen verstreut und werden hauptsächlich in Zeitschriften oder im globalen Internet auf den Websites produzierender Unternehmen oder auf spezialisierten Informationsportalen wie www.asutp.ru, www.mka.ru präsentiert , www.industrialauto.ru. Der Zweck dieses Vorlesungsskripts ist eine systematische Präsentation von Material über die Elemente und Industriekomplexe von TSA. Die Zusammenfassung richtet sich an Studierende der Fachrichtung „Automatisierung technologischer Prozesse und Produktion“, die das Fach „Technische Automatisierungswerkzeuge“ studieren.

1.1. Klassifizierung von TSA nach Funktionszweck im ACS

Gemäß GOST 12997-84 ist der gesamte TSA-Komplex entsprechend seinem Funktionszweck im ACS in die folgenden sieben Gruppen unterteilt (Abb. 1).

Reis. 1. Klassifizierung von TSA nach Funktionszweck im ACS:

CS – Kontrollsystem; OU – Kontrollobjekt; CS – Kommunikationskanäle;

Speicher – Master-Geräte; UPI – Informationsverarbeitungsgeräte;

USPU – Verstärker- und Konvertierungsgeräte; UIO – Informationsanzeigegeräte; IM – Aktoren; RO – Arbeitsgremien; KU – Steuergeräte; D – Sensoren; VP – Sekundärwandler

1.2. TCA-Entwicklungstrends
1. Erhöhte TCA-Funktionalität:

– in der Steuerungsfunktion (vom einfachsten Start/Stopp und automatischem Reversieren bis hin zum zyklischen und numerischen Programm und der adaptiven Steuerung);

– in der Alarmfunktion (von den einfachsten Glühbirnen bis hin zu Text- und Grafikanzeigen);

– in der Diagnosefunktion (von der Anzeige eines offenen Stromkreises bis zum Softwaretest des gesamten Automatisierungssystems);

– in der Funktion der Kommunikation mit anderen Systemen (von der kabelgebundenen Kommunikation bis hin zu vernetzten Industrieanlagen).

2. Eine Komplikation der Elementbasis bedeutet einen Übergang von Relaiskontaktschaltungen zu kontaktlosen Schaltungen auf Halbleiterbasis einzelne Elemente und von ihnen zu integrierten Schaltkreisen mit zunehmendem Integrationsgrad (Abb. 2).

Reis. 2. Entwicklungsstadien von Elektrofahrzeugen
3. Übergang von starren (Hardware-, Schaltkreis-)Strukturen zu flexiblen (rekonfigurierbaren, umprogrammierbaren) Strukturen.

4. Übergang von manuellen (intuitiven) Methoden zur Gestaltung von TSA zu maschinellen, wissenschaftlich fundierten Systemen computergestütztes Design(CAD).

1.3. TCA-Bildgebungsmethoden
Im Rahmen des Studiums dieses Kurses werden verschiedene Methoden zur Darstellung und Präsentation von TCA und ihren Komponenten. Die am häufigsten verwendeten sind die folgenden:

1. Konstruktive Methode(Abb. 7-13) beinhaltet die Darstellung von Instrumenten und Geräten anhand von Methoden Maschinenbauzeichnung in Form von technischen Zeichnungen, Grundrissen, Gesamtansichten, Projektionen (auch axonometrischen), Schnitten, Schnitten etc. .

2. Schaltungsmethode(Abb. 14.16-21.23) geht gemäß GOST ESKD von der Darstellung von TSA mit Stromkreisen verschiedener Typen (elektrisch, pneumatisch, hydraulisch, kinematisch) und Typen (strukturell, funktional, grundlegend, Installation usw.) aus.

3. Mathematisches Modell wird häufiger für softwareimplementierte TSA verwendet und kann dargestellt werden durch:

– Übertragungsfunktionen typischer dynamischer Verbindungen;

– Differentialgleichungen laufender Prozesse;

– logische Funktionen zur Steuerung von Ausgängen und Transitionen;

– Zustandsgraphen, Zyklogramme, Zeitdiagramme (Abb. 14, 28);

– Blockdiagramme funktionierender Algorithmen (Abb. 40) usw.
1.4. Grundprinzipien der TCA-Konstruktion
Für den Aufbau moderner automatisierter Prozessleitsysteme sind vielfältige Geräte und Elemente erforderlich. Die Befriedigung der Bedürfnisse von Steuerungssystemen unterschiedlicher Qualität und Komplexität für Automatisierungsgeräte durch deren individuelle Entwicklung und Produktion würde das Problem der Automatisierung immens machen und die Auswahl an Instrumenten und Automatisierungsgeräten nahezu grenzenlos machen.

Ende der 50er Jahre formulierte die UdSSR das Problem der Schaffung eines einheitlichen Staates Staatliches System für Industrieinstrumente und Automatisierungsgeräte (GSP)– stellt einen rational organisierten Satz von Instrumenten und Geräten dar, die den Prinzipien der Typisierung, Vereinheitlichung und Aggregation entsprechen und für den Aufbau automatisierter Systeme zum Messen, Überwachen, Regeln und Verwalten technologischer Prozesse in verschiedenen Industrien bestimmt sind. Und seit den 70er Jahren deckt APS auch nicht-industrielle Bereiche menschlicher Tätigkeit ab, wie wissenschaftliche Forschung, Tests, Medizin usw.

Tippen- Dies ist eine sinnvolle Reduzierung der Vielfalt ausgewählter Typen, Konstruktionen von Maschinen, Geräten und Geräten auf eine kleine Anzahl der in jeder Hinsicht besten Muster, die erhebliche qualitative Merkmale aufweisen. Während des Typisierungsprozesses werden Standarddesigns entwickelt und installiert, die grundlegende Elemente und Parameter enthalten, die einer Reihe von Produkten, darunter auch vielversprechenden, gemeinsam sind. Der Typisierungsprozess entspricht einer Gruppierung, bei der einige anfängliche, gegebene Elemente in eine begrenzte Anzahl von Typen klassifiziert werden, wobei tatsächliche Einschränkungen berücksichtigt werden.

Vereinigung– Dies ist die Reduzierung verschiedener Arten von Produkten und Mitteln zu ihrer Herstellung auf ein rationales Minimum an Standardgrößen, Marken, Formen und Eigenschaften. Es bringt Einheitlichkeit in die Grundparameter von Standard-TCA-Lösungen und beseitigt die ungerechtfertigte Vielfalt von Mitteln mit demselben Zweck und die Heterogenität ihrer Teile. Geräte, ihre Blöcke und Module, die in ihrem Funktionszweck identisch oder unterschiedlich sind, aber von einem Grunddesign abgeleitet sind, bilden eine einheitliche Serie.

Anhäufung ist die Entwicklung und Verwendung einer begrenzten Auswahl standardisierter einheitlicher Module, Blöcke, Geräte und einheitlicher Standardstrukturen (UTC) für den Aufbau vieler komplexer problemorientierter Systeme und Komplexe. Durch die Aggregation können Sie verschiedene Modifikationen von Produkten auf derselben Basis erstellen und TSA für denselben Zweck erstellen, jedoch mit unterschiedlichen technische Eigenschaften.

Das Prinzip der Aggregation ist in vielen Bereichen der Technik weit verbreitet (z. B. modulare Maschinen und modulare Industrieroboter im Maschinenbau, IBM-kompatible Computer in Steuerungssystemen und Automatisierung der Informationsverarbeitung usw.).

2. STAATLICHES INDUSTRIELLES GERÄTESYSTEM

UND AUTOMATISIERUNG BEDEUTET

GSP ist ein komplexes Entwicklungssystem, das aus einer Reihe von Subsystemen besteht, die aus verschiedenen Blickwinkeln betrachtet und klassifiziert werden können. Betrachten wir die funktional-hierarchische und konstruktiv-technologische Struktur der technischen Mittel des APS.
2.1. Funktional-hierarchische Struktur von SHGs

Reis. 3. Hierarchie der SHGs
Besondere Merkmale moderner Strukturen zum Aufbau automatisierter Steuerungssysteme für Industrieunternehmen sind: die Durchdringung von Rechenwerkzeugen und die Einführung von Netzwerktechnologien auf allen Managementebenen.

In der weltweiten Praxis unterscheiden Spezialisten für integrierte Produktionsautomatisierung außerdem fünf Managementebenen modernes Unternehmen(Abb. 4), was vollständig mit der obigen hierarchischen Struktur der SHG übereinstimmt.

Auf der Ebene ER.P.– Enterprise Resource Planning (Enterprise Resource Planning) berechnet und analysiert Finanz- und Wirtschaftsindikatoren und löst strategische Verwaltungs- und Logistikprobleme.

Auf der Ebene MES– Manufacturing Execution Systems (Produktionsausführungssysteme) – Aufgaben des Produktqualitätsmanagements, Planung und Kontrolle des Ablaufs des technologischen Prozesses, Verwaltung der Produktion und der Humanressourcen im Rahmen des technologischen Prozesses, Wartung der Produktionsausrüstung.

Diese beiden Ebenen beziehen sich auf die Aufgaben automatisierter Kontrollsysteme (automatisierte Unternehmensmanagementsysteme) und die technischen Mittel, mit deren Hilfe diese Aufgaben umgesetzt werden, sind Büro persönliche Computer(PC) und darauf basierende Workstations in den Dienst der Chefspezialisten des Unternehmens.


Reis. 4. Pyramide des modernen Produktionsmanagements.
Auf den nächsten drei Ebenen werden Probleme gelöst, die zur Klasse der automatisierten Prozessleitsysteme (automatisierte Prozessleitsysteme) gehören.

SCADA– Aufsichtskontrolle und Datenerfassung (Datenerfassungs- und Überwachungs-(Dispatcher-)Kontrollsystem) ist eine Ebene der taktischen Betriebsführung, auf der Probleme der Optimierung, Diagnose, Anpassung usw. gelöst werden.

Kontrolle- Ebene– Ebene der direkten (lokalen) Steuerung, die auf solchen TCAs implementiert ist wie: Software – Bedientafeln (Fernbedienungen), SPS – speicherprogrammierbare Steuerungen, USO – Kommunikationsgeräte mit dem Objekt.

HMI– Mensch-Maschine-Schnittstelle (Mensch-Maschine-Kommunikation) – visualisiert (zeigt Informationen) den Fortschritt des technologischen Prozesses an.

Eingang/ Ausgabe– Die Ein-/Ausgänge des Steuerobjekts sind

Sensoren und Aktoren (S/AM) spezifischer technologischer Anlagen und Arbeitsmaschinen.

2.2. Strukturelle und technologische Struktur des APS


Reis. 5. SHG-Struktur
UKTS(einheitlicher Satz technischer Mittel) – Hierbei handelt es sich um eine Reihe verschiedener Arten technischer Produkte, die unterschiedliche Funktionen erfüllen, aber auf der Grundlage des gleichen Funktionsprinzips aufgebaut sind und über die gleichen Strukturelemente verfügen.

HANDELT(Gesamtkomplex technischer Mittel) – es ist eine Sammlung verschiedene Arten technische Produkte und Geräte, die durch Funktionalität, Design, Art der Stromversorgung, Pegel der Ein-/Ausgangssignale miteinander verbunden sind und auf einer einzigen Design-, Software- und Hardwarebasis nach dem Block-Modular-Prinzip erstellt werden. Beispiele für bekannte inländische UKTS und ACTS sind in der Tabelle aufgeführt. 1.

PTK ( Software- und Hardwarekomplex ) – Hierbei handelt es sich um eine Reihe von Mikroprozessor-Automatisierungstools (speicherprogrammierbare Steuerungen, lokale Regler, Kommunikationsgeräte mit dem Objekt), Anzeigetafeln für Bediener und Server. Industrielle Netzwerke, die die aufgeführten Komponenten verbindet, sowie Industriesoftware für alle diese Komponenten, die für die Erstellung verteilter automatisierter Prozessleitsysteme in verschiedenen Branchen konzipiert ist. Beispiele für moderne in- und ausländische Hard- und Softwaresysteme sind in der Tabelle aufgeführt. 2.

Spezifische Komplexe technischer Mittel bestehen aus Hunderten und Tausenden verschiedener Arten, Größen, Modifikationen und Designs von Instrumenten und Geräten.

Produktart- Hierbei handelt es sich um eine Reihe technischer Produkte mit identischer Funktionalität, einem einzigen Funktionsprinzip und derselben Nomenklatur der Hauptparameter.

Standardgröße– Produkte des gleichen Typs, aber mit eigenen spezifischen Werten des Hauptparameters.

Änderung- ist eine Sammlung von Produkten des gleichen Typs, die bestimmte Eigenschaften haben Design-Merkmale.

Ausführung– Konstruktionsmerkmale, die sich auf die Leistungsmerkmale auswirken.

TCA-Komplexe Tabelle 1

Automatisierungstools sind technische Mittel, die Regierungsbeamte bei der Lösung von Informations- und Berechnungsproblemen unterstützen sollen. Der Einsatz von Automatisierungstools erhöht die Effizienz des Managements, senkt die Arbeitskosten von Regierungsbeamten und erhöht die Gültigkeit getroffener Entscheidungen. Zu den Automatisierungstools gehören die folgenden Werkzeuggruppen (Abb. 3.4):

elektronische Computer (Computer);

Schnittstellen- und Austauschgeräte (USD);

Informationserfassungs- und Eingabegeräte;

Informationsanzeigegeräte;

Geräte zur Dokumentation und Aufzeichnung von Informationen;

automatisierte Arbeitsplätze;

Software-Tools;

Software-Tools;

Informationsunterstützungstools;

Mittel zur sprachlichen Unterstützung.

Elektronische Computer klassifiziert:

a) wie vorgesehen– allgemeiner Zweck (universell), problemorientiert, spezialisiert;

b) in der Größe und Funktionalität - Supercomputer, Großrechner, Kleinrechner, Mikrocomputer.

Supercomputer bieten Lösungen für komplexe militärisch-technische Probleme und

Aufgaben zur Verarbeitung großer Datenmengen in Echtzeit.

Große und kleine Computer ermöglichen die Steuerung komplexer Objekte und Systeme. Mikrocomputer sollen Informations- und Rechenprobleme im Interesse bestimmter Beamter lösen. Derzeit ist die Klasse der Mikrocomputer, die auf Personalcomputern (PCs) basieren, weit verbreitet.

Personalcomputer werden wiederum in stationäre und tragbare Computer unterteilt. Zu den stationären PCs gehören: Desktop-PCs, tragbare PCs, Notizblöcke und Taschen-PCs. Alle Komponenten von Desktop-PCs werden in Form separater Blöcke hergestellt. Tragbare PCs vom Typ „Lop Top“ werden in Form kleiner Koffer mit einem Gewicht von 5 – 10 Kilogramm hergestellt. Ein PC-Notebook vom Typ „Notebook“ oder „Sub-Notebook“ hat eine Größe von kleines Buch und seine Eigenschaften entsprechen Desktop-PCs. Pocket-PCs vom Typ „Palm Top“ haben die Größe eines Notebooks und ermöglichen das Aufzeichnen und Bearbeiten kleiner Informationsmengen. Tragbare PCs umfassen elektronische Geräte

Sekretäre und elektronische Notizbücher.

Geräte koppeln und teilen sind so konzipiert, dass sie die Parameter der Signale der internen Computerschnittstelle mit den Parametern der über Kommunikationskanäle übertragenen Signale abgleichen. Darüber hinaus führen diese Geräte sowohl einen physikalischen Abgleich (Form, Amplitude, Signaldauer) als auch einen Code-Abgleich durch. Zu den Schnittstellen- und Austauschgeräten zählen: Adapter (Netzwerkadapter), Modems, Multiplexer. Adapter und Modems sorgen für die Koordination von Computern mit Kommunikationskanälen, und Multiplexer sorgen für die Koordination und Umschaltung eines Computers und mehrerer Kommunikationskanäle.

Informationserfassungs- und Eingabegeräte. Die Erfassung von Informationen zum Zwecke der anschließenden Verarbeitung am Computer erfolgt durch Beamte von Kontrollstellen und spezielle Informationssensoren in Waffenkontrollsystemen. Die folgenden Geräte werden zur Eingabe von Informationen in einen Computer verwendet: Tastaturen, Manipulatoren, Scanner, Grafiktabletts und Spracheingabegeräte.

Eine Tastatur ist eine Matrix von Tasten, die zu einem Ganzen zusammengefasst sind die elektronische Einheit um einen Tastendruck in Binärcode umzuwandeln.

Manipulatoren (Zeigegeräte, Cursorsteuergeräte) erhöhen zusammen mit der Tastatur das Benutzererlebnis. Die erhöhte Benutzerfreundlichkeit ist vor allem auf die Möglichkeit zurückzuführen, den Cursor schnell über den Bildschirm zu bewegen. Derzeit werden in PCs die folgenden Arten von Manipulatoren verwendet: ein Joystick (ein am Gehäuse montierter Hebel), ein Lichtstift (der zum Erzeugen von Bildern auf dem Bildschirm verwendet wird), ein mausartiger Manipulator, ein Scanner – zum Eingeben von Bildern in den PC PC, Grafiktabletts – zum Erstellen und Eingeben von Bildern in einen PC, Spracheingabemittel.

Informationsanzeigegeräte Informationen ohne langfristige Fixierung anzeigen. Dazu gehören: Displays, Grafikkarten, Videomonitore. Displays und Videomonitore werden verwendet, um über die Tastatur oder andere Eingabegeräte eingegebene Informationen anzuzeigen sowie um dem Benutzer Meldungen und Ergebnisse der Programmausführung bereitzustellen. Grafikdisplays ermöglichen die visuelle Darstellung von Textinformationen in Form einer schleichenden Linie.

Dokumentations- und Informationsaufzeichnungsgeräte dienen der Darstellung von Informationen auf Papier oder anderen Medien, um eine langfristige Speicherung zu gewährleisten. Die Klasse dieser Geräte umfasst: Druckgeräte, externe Speichergeräte (ESD).

Druckgeräte bzw. Drucker sind dazu bestimmt, alphanumerische (Text) und grafische Informationen auf Papier oder einem ähnlichen Medium auszugeben. Am weitesten verbreitet sind Matrix-, Tintenstrahl- und Laserdrucker.

Ein moderner PC enthält mindestens zwei Speichergeräte: ein Diskettenlaufwerk (FMD) und ein Festplattenlaufwerk (HDD). Bei der Verarbeitung großer Informationsmengen können die oben genannten Laufwerke jedoch deren Aufzeichnung und Speicherung nicht gewährleisten. Um große Informationsmengen aufzuzeichnen und zu speichern, werden zusätzliche Speichergeräte verwendet: Magnetplatten- und Bandlaufwerke, optische Laufwerke (ODD), DVD-Laufwerke. GCD-Laufwerke bieten eine hohe Aufzeichnungsdichte, erhöhte Zuverlässigkeit und Haltbarkeit der Informationsspeicherung.

Automatisierte Arbeitsplätze(AWS) sind Arbeitsplätze von Regierungsbeamten, die mit Kommunikations- und Automatisierungsgeräten ausgestattet sind. Das Hauptmittel der Automatisierung im Rahmen des automatisierten Arbeitsplatzes ist der PC.

Mathematische Werkzeuge ist eine Reihe von Methoden, Modellen und Algorithmen, die zur Lösung von Informations- und Berechnungsproblemen erforderlich sind.

Software-Tools ist eine Sammlung von Programmen, Daten und Programmunterlagen notwendig, um die Funktionsfähigkeit des Computers selbst sicherzustellen und Informations- und Berechnungsprobleme zu lösen.

Informationsunterstützungstools – Hierbei handelt es sich um eine Reihe von Informationen, die zur Lösung von Informations- und Berechnungsproblemen erforderlich sind. Die Informationsunterstützung umfasst die eigentlichen Informationsfelder, ein System zur Klassifizierung und Kodierung von Informationen sowie ein System zur Vereinheitlichung von Dokumenten.

Sprachunterstützungstools – eine Reihe von Mitteln und Methoden zur Darstellung von Informationen, die deren Verarbeitung auf einem Computer ermöglichen. Die Grundlage der sprachlichen Unterstützung sind Programmiersprachen.

Technische Automatisierungsgeräte (TAA) dienen der Schaffung von Systemen, die bestimmte technologische Vorgänge ausführen, wobei dem Menschen hauptsächlich Kontroll- und Managementfunktionen zugewiesen werden.

Basierend auf der Art der verwendeten Energie werden technische Automatisierungsgeräte in folgende Kategorien eingeteilt: elektrisch, pneumatisch, hydraulisch Und kombiniert. Elektronische Automatisierungswerkzeuge werden einer separaten Gruppe zugeordnet, da sie unter Verwendung elektrischer Energie für die Ausführung spezieller Rechen- und Messfunktionen ausgelegt sind.

Technische Automatisierungsgeräte lassen sich nach ihrem Funktionszweck nach dem Standardschema einer automatischen Steuerung einteilen in Aktoren, Verstärker, Korrektur- und Messgeräte, Konverter, Computer- und Schnittstellengeräte.

Exekutivelement - Dabei handelt es sich um ein Gerät in einem automatischen Regelungs- oder Kontrollsystem, das direkt oder über ein passendes Gerät auf ein Regelelement oder Objekt des Systems einwirkt.

Regulierungselement führt eine Änderung des Betriebsmodus des verwalteten Objekts durch.

Elektrischer Antrieb mit mechanischem Ausgang - Elektromotor- Wird als Endverstärker mechanischer Leistung verwendet. Die Wirkung eines Objekts oder einer mechanischen Last auf einen Aktuator entspricht der Wirkung einer internen oder natürlichen Rückkopplung. Dieser Ansatz wird dort eingesetzt, wo eine detaillierte Strukturanalyse der Eigenschaften und dynamischen Merkmale der Betätigungselemente unter Berücksichtigung der Lasteinwirkung erforderlich ist. Ein elektrischer Aktuator mit mechanischem Ausgang ist integraler Bestandteil des automatischen Antriebs.

Elektrischer Antrieb - Hierbei handelt es sich um einen elektrischen Aktuator, der das Steuersignal in eine mechanische Aktion umwandelt und es gleichzeitig durch eine externe Energiequelle in Leistung verstärkt. Der Antrieb verfügt über keine spezielle Hauptrückkopplungsverbindung und ist eine Kombination aus einem Leistungsverstärker, einem elektrischen Aktuator, einem mechanischen Getriebe, einer Stromquelle usw Hilfselemente, vereint durch bestimmte funktionale Verbindungen. Die Ausgangsgrößen des Elektroantriebs sind Linear- oder Winkelgeschwindigkeit, Zugkraft oder Drehmoment, mechanische Kraft usw. Der elektrische Antrieb muss über die entsprechende Leistungsreserve verfügen, um das gesteuerte Objekt im Zwangsmodus beeinflussen zu können.

Elektrischer Servomechanismus ist ein Servoantrieb, der das Eingangssteuersignal unter Verstärkung seiner Leistung verarbeitet. Die Elemente des elektrischen Servomechanismus werden durch spezielle Rückkopplungselemente abgedeckt und können aufgrund der Last eine interne Rückkopplung aufweisen.

Mechanische Übertragung Der elektrische Antrieb oder Servomechanismus koordiniert den inneren mechanischen Widerstand des Aktuators mit der mechanischen Last – der Regulierungsbehörde oder dem Kontrollobjekt. Zu den mechanischen Getrieben gehören verschiedene Getriebe, Kurbel-, Hebelmechanismen und andere kinematische Elemente, darunter Getriebe mit hydraulischer, pneumatischer und magnetischer Unterstützung.

Elektrisch Netzteile Aktuatoren, Geräte und Servomechanismen werden in Quellen mit praktisch unendlicher Leistung, deren Innenwiderstandswert nahe bei Null liegt, und Quellen mit begrenzter Leistung, deren Innenwiderstandswert von Null verschieden ist, unterteilt.

Bei pneumatischen und hydraulischen Aktoren handelt es sich um Geräte, die Gas bzw. Flüssigkeit unter einem bestimmten Druck als Energieträger nutzen. Diese Systeme nehmen aufgrund ihrer Vorteile, zu denen vor allem Zuverlässigkeit, Beständigkeit gegen mechanische und elektromagnetische Einflüsse, ein hohes Verhältnis der entwickelten Antriebsleistung zum Eigengewicht sowie Brand- und Explosionssicherheit gehören, einen starken Platz unter anderen Automatisierungsgeräten ein.

Die Hauptaufgabe des Aktors besteht darin, das an seinem Eingang ankommende Signal auf einen Leistungspegel zu verstärken, der ausreicht, um die erforderliche Wirkung auf das Objekt gemäß dem angegebenen Steuerungsziel zu erzielen.

Ein wichtiger Faktor bei der Auswahl eines Aktors ist die Sicherstellung der vorgegebenen Systemqualitätsindikatoren bei den verfügbaren Energieressourcen und zulässigen Überlastungen.

Aus der Analyse des automatisierten Prozesses müssen die Eigenschaften des Aktors ermittelt werden. Solche Eigenschaften von Aktuatoren und Servomechanismen sind energetische, statische, dynamische Eigenschaften sowie technische, wirtschaftliche und betriebliche Eigenschaften.

Eine zwingende Anforderung an den Stellantrieb ist die Minimierung der Motorleistung bei gleichzeitiger Sicherstellung der erforderlichen Drehzahlen und Drehmomente. Dies führt zu einer Minimierung der Energiekosten. Sehr wichtige Faktoren Bei der Auswahl eines Aktuators oder Servomechanismus gibt es Gewichtsbeschränkungen. Gesamtabmessungen und Zuverlässigkeit.

Wichtige Bestandteile von Automatisierungssystemen sind Verstärkungs- und Korrekturgeräte. Häufige Aufgaben, die Korrektur- und Verstärkungsgeräte von Automatisierungssystemen lösen, sind die Bildung der erforderlichen statischen und Frequenzeigenschaften, die Synthese von Rückmeldungen, die Koordination mit der Last, die Gewährleistung einer hohen Zuverlässigkeit und die Vereinheitlichung der Geräte.

Verstärkergeräte Die Leistung des Signals wird auf den zur Steuerung des Aktuators erforderlichen Pegel verstärkt.

Besondere Anforderungen an Korrekturelemente von Systemen mit variablen Parametern sind die Möglichkeit und Leichtigkeit der Umstrukturierung von Struktur, Programm und Parametern von Korrekturelementen. Verstärkergeräte müssen bestimmte technische Bedingungen für eine bestimmte und maximale Ausgangsleistung erfüllen.

Der Aufbau eines Verstärkergerätes ist in der Regel ein mehrstufiger Verstärker mit komplexen Rückkopplungsverbindungen, die zur Verbesserung seiner statischen, dynamischen und betrieblichen Eigenschaften eingeführt werden.

Verstärkungsgeräte, die in Automatisierungssystemen verwendet werden, können in zwei Gruppen unterteilt werden:

1) elektrische Verstärker mit elektrischen Stromquellen;

2) hydraulische und pneumatische Verstärker, die Flüssigkeit bzw. Gas als Hauptenergieträger verwenden.

Die Stromquelle bzw. der Energieträger bestimmt die wichtigsten Merkmale von Automatisierungsverstärkergeräten: statische und dynamische Eigenschaften, spezifische und maximale Leistung, Zuverlässigkeit, betriebliche sowie technische und wirtschaftliche Indikatoren.

Zu den elektrischen Verstärkern gehören elektronische Vakuum-, Ionen-, Halbleiter-, dielektrische, magnetische, magnetische Halbleiter-, elektrische Maschinen- und elektromechanische Verstärker.

Quantenverstärker und -generatoren stellen eine besondere Untergruppe von Geräten dar, die als Verstärker und Konverter schwacher Funk- und anderer Signale verwendet werden.

Korrekturgeräte erzeugen Korrektursignale für die statischen und dynamischen Eigenschaften des Systems.

Abhängig von der Art der Einbindung in das System werden lineare Korrekturgeräte in drei Typen unterteilt: serielle, parallele Korrekturelemente und korrigierende Rückmeldung. Der Einsatz der einen oder anderen Art von Korrekturgeräten richtet sich nach der Zweckmäßigkeit der technischen Umsetzung und den betrieblichen Anforderungen.

Es empfiehlt sich, Korrekturelemente vom sequentiellen Typ zu verwenden, wenn das Signal, dessen Wert funktional mit dem Fehlersignal zusammenhängt, ein unmoduliertes elektrisches Signal ist. Die Synthese einer sequentiellen Korrekturvorrichtung beim Entwurf eines Steuerungssystems ist die einfachste.

Korrekturelemente vom parallelen Typ sind bequem zu verwenden, wenn ein komplexes Kontrollgesetz mit der Einführung eines Integrals und Ableitungen des Fehlersignals gebildet wird.

Korrekturrückkopplungen, die Verstärker oder Aktoren umfassen, werden aufgrund der Einfachheit ihrer technischen Umsetzung am häufigsten verwendet. In diesem Fall erhält der Eingang des Rückkopplungselements ein Signal mit relativ hohem Pegel, beispielsweise von der Endstufe eines Verstärkers oder Motors. Der Einsatz von Korrekturrückkopplungen ermöglicht es, den Einfluss von Nichtlinearitäten der von ihnen abgedeckten Systemgeräte zu reduzieren und so in manchen Fällen die Qualität des Regelungsprozesses zu verbessern. Eine korrigierende Rückmeldung stabilisiert die statischen Koeffizienten der abgedeckten Geräte bei Störungen.

Automatische Regelungs- und Steuerungssysteme nutzen elektrische, elektromechanische, hydraulische und pneumatische Korrekturelemente und -geräte. Elektrische Korrekturgeräte werden am einfachsten mit passiven Quadripolen realisiert, die aus Widerständen, Kondensatoren und Induktivitäten bestehen. Komplexe elektrische Korrekturgeräte umfassen auch das Trennen und Anpassen elektronischer Elemente.

Zu den elektromechanischen Korrekturgeräten gehören neben passiven Quadripolen auch Tachogeneratoren, Laufräder sowie differenzierende und integrierende Gyroskope. In manchen Fällen kann eine elektromechanische Korrektureinrichtung in Form einer Brückenschaltung realisiert werden, in deren einen Arm ein Elektromotor des Aktuators angeschlossen ist.

Hydraulische und pneumatische Korrekturgeräte können aus speziellen hydraulischen und pneumatischen Filtern bestehen, die in den Rückkopplungsschleifen der Hauptelemente des Systems enthalten sind, oder in Form von flexiblen Rückkopplungsschleifen für Druck (Druckdifferenz), Durchflussmenge des Arbeitsmediums oder Luft.

Korrekturelemente mit einstellbaren Parametern sorgen für die Anpassungsfähigkeit des Systems. Die Implementierung solcher Elemente erfolgt mithilfe von Relais- und diskreten Geräten sowie Computern. Solche Elemente werden üblicherweise als logische Korrekturelemente bezeichnet.

Ein Computer, der in einem geschlossenen Regelkreis in Echtzeit arbeitet, verfügt über praktisch unbegrenzte Rechen- und Logikfähigkeiten. Die Hauptfunktion des Steuerrechners besteht darin, optimale Steuerungen und Gesetze zu berechnen, die das Verhalten des Systems gemäß dem einen oder anderen Qualitätskriterium während seines normalen Betriebs optimieren. Die hohe Geschwindigkeit des Steuerrechners ermöglicht neben der Hauptfunktion die Durchführung einer Reihe von Hilfsaufgaben, beispielsweise bei der Implementierung eines komplexen linearen oder nichtlinearen digitalen Korrekturfilters.

In Ermangelung von Computern in Systemen ist es am ratsamsten, nichtlineare Korrekturgeräte zu verwenden, da diese über die größten funktionalen und logischen Fähigkeiten verfügen.

Regelgeräte Sie sind eine Kombination aus Aktoren, Verstärkungs- und Korrekturgeräten, Wandlern sowie Rechen- und Schnittstelleneinheiten.

Informationen über die Parameter des Steuerobjekts und über mögliche äußere Einflüsse, die es beeinflussen, erhält das Steuergerät von Messgerät. Messgeräte Im Allgemeinen bestehen sie aus empfindlichen Elementen, die Änderungen in den Parametern wahrnehmen, durch die der Prozess geregelt oder gesteuert wird, sowie aus zusätzlichen Wandlern, die häufig Signalverstärkungsfunktionen übernehmen. Zusammen mit empfindlichen Elementen sind diese Wandler dazu bestimmt, Signale einer physikalischen Art in eine andere umzuwandeln, entsprechend der Art der Energie, die im automatischen Regelungs- oder Steuerungssystem verwendet wird.

In der Automatisierung Konvertierungsgeräte oder Konverter Hierbei handelt es sich um Elemente, die nicht direkt die Funktionen der Messung regulierter Parameter, der Signalverstärkung oder der Korrektur der Eigenschaften des Gesamtsystems erfüllen und keinen direkten Einfluss auf die Regulierungsbehörde oder das kontrollierte Objekt haben. Umwandlungsgeräte in diesem Sinne sind Zwischenprodukte und erfüllen Hilfsfunktionen, die mit der äquivalenten Umwandlung einer Menge einer physikalischen Natur in eine Form verbunden sind, die für die Bildung einer Regulierungswirkung oder zum Zweck der Koordinierung von Geräten unterschiedlicher Energieart geeigneter ist der Ausgang eines und der Eingang eines anderen Geräts.

Computergeräte für Automatisierungsgeräte werden in der Regel auf der Basis mikroprozessorbasierter Werkzeuge aufgebaut.

Mikroprozessor- ein softwaregesteuertes Werkzeug, das den Prozess der Verarbeitung und Verwaltung digitaler Informationen ausführt und auf einem oder mehreren integrierten Schaltkreisen basiert.

Die wichtigsten technischen Parameter von Mikroprozessoren sind die Bittiefe, die adressierbare Speicherkapazität, die Vielseitigkeit, die Anzahl der internen Register, das Vorhandensein einer Mikroprogrammsteuerung, die Anzahl der Interrupt-Ebenen, die Art des Stapelspeichers und die Anzahl der Hauptregister die Zusammensetzung der Software. Aufgrund ihrer Wortbreite werden Mikroprozessoren in Mikroprozessoren mit fester Wortbreite und modulare Mikroprozessoren mit variabler Wortbreite unterteilt.

Mittels Mikroprozessor sind strukturell und funktionell vollständige Produkte von Computer- und Steuerungsgeräten, die in Form oder auf der Basis von integrierten Mikroprozessorschaltungen gebaut sind und im Hinblick auf die Anforderungen an Prüfung, Abnahme und Lieferung als ein Ganzes betrachtet und verwendet werden beim Aufbau komplexerer Mikroprozessorwerkzeuge oder Mikroprozessorsysteme.

Strukturell werden Mikroprozessormittel in Form einer Mikroschaltung, eines Einzelplatinenprodukts, eines Monoblocks oder eines Standardkomplexes hergestellt, und Produkte der unteren Ebene der Strukturhierarchie können in Produkten der höchsten Ebene verwendet werden.

Mikroprozessorsysteme - Dabei handelt es sich um Rechen- oder Steuerungssysteme, die auf mikroprozessorbasierten Werkzeugen basieren und autonom eingesetzt oder in ein gesteuertes Objekt integriert werden können. Strukturell werden Mikroprozessorsysteme in Form einer Mikroschaltung, eines Einplatinenprodukts, eines Monoblockkomplexes oder mehrerer Produkte der angegebenen Typen hergestellt, in die Ausrüstung des gesteuerten Objekts eingebaut oder autonom hergestellt.

Je nach Anwendungsbereich lassen sich technische Mittel zur Automatisierung in technische Mittel zur Automatisierung von Arbeiten einteilen industrielle Produktion und technische Mittel zur Automatisierung anderer Arbeiten, deren wichtigster Bestandteil die Arbeit unter extremen Bedingungen ist, bei denen die Anwesenheit von Menschen lebensbedrohlich oder unmöglich ist. Im letzteren Fall erfolgt die Automatisierung auf Basis spezieller stationärer und mobiler Roboter.

Technische Mittel zur Automatisierung der chemischen Produktion: Referenz. Hrsg./V.S.Balakirev, L.A.Barsky, A.V.Bugrov usw. - M.: Chemistry, 1991. –272 S.

Die Definition „Automatisierungsobjekt“ umfasst eine Vielzahl technischer Objekte (metallurgische Öfen, Transport, verschiedene Maschinen und andere technische Geräte) sowie Produktionsprozesse, die von einer oder einem ganzen Komplex von technologischen Einheiten, Anlagen oder Maschinen durchgeführt werden können, wenn sie mit dem Steuerungssystem interagieren. In diesem Stadium der menschlichen Entwicklung wird die Automatisierung aktiv in alle Bereiche des menschlichen Lebens eingeführt.

Kontinuierliche Verbesserung und Implementierung von Automatisierungssystemen sind absolut miteinander verbundene Prozesse. Einerseits ist es zur Modernisierung verschiedener Industrien notwendig, Mechanisierungs- und Automatisierungssysteme zu entwickeln und in bereits funktionierende Mechanismen zu implementieren, und andererseits ist es bei der Schaffung einer völlig neuen Technologie notwendig, Möglichkeiten für deren effektive Automatisierung bereitzustellen.

Entsprechend ihrer Hierarchie werden automatisierungstechnische Mittel in zwei Klassen eingeteilt:

• Systeme zur automatisierten (automatischen) Regulierung von ACS und Kontrolle von ACS;
• Geräte, Elemente und Subsysteme automatischer Steuerungssysteme und selbstfahrender Waffen;

Der gemeinsame Funktionsteil beider Systeme ist der Gegenstand der Regulierung (Kontrolle). Kontrollobjekt – ein gesteuerter Teil der Anlage (eine Maschine oder ein Maschinensatz), dessen festgelegte Betriebsart vom steuernden Teil der Anlage entsprechend der zuvor gewählten Steuerungsaufgabe unterstützt werden muss.

Ein Kontrollsystem (CS) ist ein dynamischer geschlossener Komplex, der aus kontrollierten Objekten und drei Subsystemen besteht: logisch-rechnerisch, informativ und exekutiv. Ein allgemeines Diagramm ist unten dargestellt:

Ein Informationssubsystem ist eine Reihe technischer Mittel zum Empfangen, Präsentieren und Übertragen von Informationen. Zu den Mitteln, deren Zweck es ist, Primärinformationen über die internen und externen Faktoren des Betriebs von kontrollierten Objekten zu erhalten und umzuwandeln, gehören messende und empfindliche Elemente, Analysatoren, Primärinformationssensoren und andere Geräte. Zu dieser Kategorie gehören auch Mittel zur Darstellung und Übertragung von Informationen in einer für das Steuerungssystem geeigneten Form – Empfänger, Kodierungs-/Dekodierungsgeräte, Sender, Kommunikationskanäle usw.

Logik-Computersystem – technische Mittel, deren Aufgabe es ist, Informationen zu verarbeiten.

Die Hauptaufgabe von Infbesteht darin, Lösungen zu entwickeln, die zur Erfüllung der in den technischen Spezifikationen für die Herstellung von Selbstfahrwaffen formulierten Steuerungsaufgaben erforderlich sind. Diese Lösungen werden üblicherweise in Form von Leit- oder Steuersignalen umgesetzt. Zu den technischen Mitteln der Informationsverarbeitung gehören eine Vielzahl analoger und digitaler Rechenwerkzeuge, darunter auch Mikrocontroller.

Als technische Mittel werden bezeichnet, die zur Erzeugung von Steuersignalen und zur direkten Steuerung des Objekts dienen exekutives Subsystem . Zu den technischen Mitteln ausführender Subsysteme gehören hauptsächlich elektrische Antriebe sowie Beleuchtungs- und Temperaturregler, Elektromagnete hydraulischer Mechanismen usw.

Steuerungssysteme, bei deren Betrieb, einschließlich der Phasen der Entscheidungsfindung und Entwicklung von Steuerungsmaßnahmen, überhaupt keine Beteiligung des Bedieners erfolgt (der Bediener beobachtet nur). Fertigungsprozess) werden genannt Automatische ACS-Steuerungssysteme .

Als Steuerungssysteme werden Steuerungssysteme bezeichnet, bei denen Computer (digital, analog oder hybrid) an der Entscheidungsfindung des Bedieners beteiligt sind automatisierte Systeme ACS-Steuerung.

Thema 2

1. Sensoren

Ein Sensor ist ein Gerät, das den Eingangseinfluss beliebiger Werte umwandelt physikalische Größe in ein für die weitere Verwendung geeignetes Signal umwandeln.

Die verwendeten Sensoren sind sehr vielfältig und können nach verschiedenen Kriterien klassifiziert werden (siehe Tabelle 1).

Abhängig von der Art der Eingangsgröße (Messgröße) gibt es: mechanische Wegsensoren (linear und winkelig), pneumatische, elektrische, Durchflussmesser, Geschwindigkeits-, Beschleunigungs-, Kraft-, Temperatur-, Drucksensoren usw.

Basierend auf der Art des Ausgangswerts, in den der Eingangswert umgewandelt wird, werden nichtelektrische und elektrische unterschieden: Gleichstromsensoren (EMF oder Spannung), Amplitudensensoren Wechselstrom(EMF oder Spannung), Wechselstrom-Frequenzsensoren (EMF oder Spannung), Widerstandssensoren (aktiv, induktiv oder kapazitiv) usw.

Die meisten Sensoren sind elektrisch. Dies liegt an den folgenden Vorteilen elektrische Messungen:

Elektrische Größen es ist bequem, über eine Entfernung zu übertragen, und die Übertragung erfolgt mit hoher Geschwindigkeit;

Elektrische Größen sind in dem Sinne universell, dass alle anderen Größen in elektrische Größen umgewandelt werden können und umgekehrt;

Sie werden präzise in einen digitalen Code umgewandelt und ermöglichen eine hohe Genauigkeit, Empfindlichkeit und Geschwindigkeit von Messgeräten.

Aufgrund ihres Funktionsprinzips können Sensoren in zwei Klassen eingeteilt werden: Generator und parametrisch. Eine eigene Gruppe bilden radioaktive Sensoren. Radioaktive Sensoren sind Sensoren, die Phänomene wie Parameteränderungen unter dem Einfluss von g- und b-Strahlen nutzen; Ionisierung und Lumineszenz bestimmter Stoffe unter dem Einfluss radioaktiver Strahlung. Generatorsensoren wandeln den Eingangswert direkt in um elektrisches Signal. Parametrische Sensoren wandeln den Eingangswert in eine Änderung eines beliebigen elektrischen Parameters (R, L oder C) des Sensors um.

Aufgrund des Funktionsprinzips können Sensoren auch in ohmsche, rheostatische, fotoelektrische (optoelektronische), induktive, kapazitive usw. unterteilt werden.

Es gibt drei Klassen von Sensoren:

Analoge Sensoren, d. h. Sensoren, die ein analoges Signal proportional zur Änderung des Eingangswerts erzeugen;

Digitale Sensoren, die eine Impulsfolge oder ein Binärwort erzeugen;

Binäre (binäre) Sensoren, die ein Signal mit nur zwei Pegeln erzeugen: „Ein/Aus“ (0 oder 1).

Abbildung 1 – Klassifizierung von Sensoren für Automatisierungssysteme für Bergbaumaschinen

Anforderungen an Sensoren:

Eindeutige Abhängigkeit des Ausgabewerts vom Eingabewert;

Stabilität der Eigenschaften im Laufe der Zeit;

Hohe Empfindlichkeit;

Geringe Größe und geringes Gewicht;

Keine Rückwirkung auf den kontrollierten Prozess und den kontrollierten Parameter;

Arbeiten unter verschiedenen Betriebsbedingungen;

Verschiedene Installationsmöglichkeiten.

Parametrische Sensoren

Parametrische Sensoren sind Sensoren, die Eingangssignale in eine Änderung eines beliebigen Parameters des Stromkreises (R, L oder C) umwandeln. Dementsprechend werden aktive Widerstands-, induktive und kapazitive Sensoren unterschieden.

Charakteristisches Merkmal Der Vorteil dieser Sensoren besteht darin, dass sie nur mit einer externen Stromquelle betrieben werden.

In modernen Automatisierungsgeräten werden häufig verschiedene parametrische aktive Widerstandssensoren verwendet – Kontakt-, rheostatische und potentiometrische Sensoren.

Kontaktsensoren. Am zuverlässigsten mit Kontaktsensoren Berücksichtigt werden magnetisch gesteuerte abgedichtete Kontakte (Reed-Schalter).

Abbildung 1 – Schematische Darstellung eines Reed-Schaltersensors

Das Messelement des Sensors, der Reed-Schalter, ist eine Ampulle 1, in deren Inneren Kontaktfedern (Elektroden) 2 aus ferromagnetischem Material eingegossen sind. Die Glasampulle ist mit einem Schutzgas (Argon, Stickstoff etc.) gefüllt. Die Dichtheit der Ampulle eliminiert den schädlichen Einfluss (Auswirkungen) der Umgebung auf die Kontakte und erhöht so die Zuverlässigkeit ihrer Funktion. Die Kontakte eines Reed-Schalters, der sich an einem kontrollierten Punkt im Raum befindet, werden unter dem Einfluss eines Magnetfelds geschlossen, das von einem Permanentmagneten (Elektromagneten) erzeugt wird, der an einem sich bewegenden Objekt installiert ist. Bei geöffneten Reed-Schalterkontakten ist sein Wirkwiderstand gleich unendlich, bei geschlossenen ist er nahezu Null.

Sensorausgangssignal (U out an Last R1) gleich Spannung U p der Stromquelle bei Vorhandensein eines Magneten (Objekts) am Kontrollpunkt und Null bei Abwesenheit.

Reed-Schalter sind sowohl mit Schließer- und Öffnerkontakten als auch mit Schalt- und Polarisierungskontakten erhältlich. Einige Arten von Reedschaltern – KEM, MKS, MKA.

Die Vorteile von Reed-Schaltersensoren sind die hohe Zuverlässigkeit und die mittlere Zeit zwischen Ausfällen (ca. 10 7 Betätigungen). Der Nachteil von Reed-Sensoren ist eine deutliche Änderung der Empfindlichkeit bei einer leichten Verschiebung des Magneten in Richtung senkrecht zur Bewegung des Objekts.

Reed-Sensoren werden in der Regel in der Automatisierung von Hebe-, Entwässerungs-, Lüftungs- und Förderanlagen eingesetzt.

Potentiometrische Sensoren. Potentiometrische Sensoren sind ein variabler Widerstand (Potentiometer), der aus einem flachen (Streifen), zylindrischen oder ringförmigen Rahmen besteht, auf dem ein dünner Draht aus Konstantan oder Nichrom mit hoher Spannung befestigt ist Widerstand. Entlang des Rahmens bewegt sich ein Schieber – ein Schleifkontakt, der mechanisch mit dem Objekt verbunden ist (siehe Abbildung 2).

Durch Bewegen des Schiebereglers mit dem entsprechenden Antrieb können Sie den Widerstandswert des Widerstands von Null auf Maximum ändern. Darüber hinaus kann sich der Widerstand des Sensors sowohl nach einem linearen Gesetz als auch nach anderen, oft logarithmischen Gesetzen ändern. Solche Sensoren werden dort eingesetzt, wo eine Änderung der Spannung oder des Stroms im Lastkreis erforderlich ist.

Abbildung 2 – Potentiometrischer Sensor

Für eine lineare Potentiometerlänge (siehe Abbildung 2). l Die Ausgangsspannung wird durch den Ausdruck bestimmt:

,

wobei x die Bewegung des Pinsels ist; k=U p / l- Übertragungskoeffizient; U p – Versorgungsspannung.

Mit potentiometrischen Sensoren werden verschiedene Prozessparameter – Druck, Füllstand usw. – gemessen, die zuvor von einem in Bewegung befindlichen Sensorelement umgewandelt werden.

Die Vorteile potentiometrischer Sensoren liegen in ihrem einfachen Design, ihrer geringen Größe und der Möglichkeit, sowohl mit Gleich- als auch mit Wechselstrom betrieben zu werden.

Der Nachteil potentiometrischer Sensoren ist das Vorhandensein eines elektrischen Schleifkontakts, der die Betriebssicherheit verringert.

Induktive Sensoren. Das Funktionsprinzip des induktiven Sensors basiert auf einer Änderung der Induktivität L der auf dem ferromagnetischen Kern 2 platzierten Spule 1 bei Bewegung X Anker 3 (siehe Abbildung 3).

Abbildung 3 – Induktiver Sensor

Der Sensorkreis wird von einer Wechselstromquelle gespeist.

Das Steuerelement der Sensoren ist eine variable Reaktanz – eine Drossel mit variablem Luftspalt.

Der Sensor funktioniert wie folgt. Unter dem Einfluss eines Objekts führt die Annäherung des Ankers an den Kern zu einer Erhöhung der Flussverkettung und damit zu einer Erhöhung der Induktivität der Spule. Mit abnehmendem Abstand D Auf einen minimalen Wert erhöht sich die induktive Reaktanz der Spule x L = wL = 2pfL auf ein Maximum, wodurch sich der Laststrom RL verringert, bei dem es sich normalerweise um ein elektromagnetisches Relais handelt. Letztere mit ihren Kontakten, Schaltersteuerung, Schutz-, Überwachungsschaltungen usw.

Vorteile induktive Sensoren– Einfachheit des Geräts und Zuverlässigkeit des Betriebs aufgrund des Fehlens einer mechanischen Verbindung zwischen dem Kern und dem Anker, der normalerweise an einem beweglichen Objekt befestigt ist, dessen Position kontrolliert wird. Die Funktionen eines Ankers kann ein Objekt selbst übernehmen, das ferromagnetische Teile aufweist, beispielsweise ein Container bei der Kontrolle seiner Position im Schacht.

Die Nachteile induktiver Sensoren sind die Nichtlinearität der Kennlinien und die erhebliche elektromagnetische Anziehungskraft des Ankers auf den Kern. Um Kräfte zu reduzieren und Verschiebungen kontinuierlich zu messen, werden elektromagnetische Sensoren verwendet, die auch als Differenzialsensoren bezeichnet werden.

Kapazitive Sensoren. Kapazitive Sensoren sind bauveränderliche Kondensatoren unterschiedlicher Bauart und Form, jedoch immer mit zwei Platten, zwischen denen sich ein dielektrisches Medium befindet. Mit solchen Sensoren werden mechanische Linear- oder Winkelbewegungen sowie Druck, Luftfeuchtigkeit oder Umgebungsniveau in eine Kapazitätsänderung umgewandelt. In diesem Fall werden zur Steuerung kleiner linearer Bewegungen Kondensatoren verwendet, bei denen sich der Luftspalt zwischen den Platten ändert. Zur Steuerung von Winkelbewegungen werden Kondensatoren mit konstantem Spalt und variablem Arbeitsbereich der Platten verwendet. Zur Überwachung des Tankfüllstandes Schüttgut oder Flüssigkeiten mit konstanten Abständen und Arbeitsbereichen der Platten – Kondensatoren mit der Dielektrizitätskonstante des zu steuernden Mediums. Die elektrische Kapazität eines solchen Kondensators wird nach der Formel berechnet

wobei: S – Gesamtschnittfläche der Platten; δ - Abstand zwischen den Platten; ε ist die Dielektrizitätskonstante des Mediums zwischen den Platten; ε 0 ist die Dielektrizitätskonstante.

Anhand der Form der Platten werden flache, zylindrische und andere Arten von variablen Kondensatoren unterschieden.

Kapazitive Sensoren arbeiten nur bei Frequenzen über 1000 Hz. Ein Einsatz bei Industriefrequenz ist aufgrund der hohen Kapazität (Xc = = ) praktisch unmöglich.

Generatorsensoren

Generatorsensoren sind Sensoren, die verschiedene Energiearten direkt in elektrische Energie umwandeln. Sie benötigen keine externen Stromquellen, da sie selbst EMK erzeugen. Generatorsensoren nutzen bekannte physikalische Phänomene: das Auftreten von EMK in Thermoelementen beim Erhitzen, in Fotozellen mit Sperrschicht bei Beleuchtung, den piezoelektrischen Effekt und das Phänomen der elektromagnetischen Induktion .

Induktionssensoren. Bei Induktionssensoren die Umwandlung einer eingegebenen nichtelektrischen Größe in eine induzierte EMK. Wird zur Messung von Bewegungsgeschwindigkeit, linearen oder Winkelbewegungen verwendet. E.m.f. Bei solchen Sensoren wird es in Spulen oder Wicklungen aus Kupfer induziert Isolierter Draht und auf Magnetkerne aus Elektroband gelegt.

Kleine Mikrogeneratoren, die die Winkelgeschwindigkeit eines Objekts in EMK umwandeln, deren Wert direkt proportional zur Drehzahl der Abtriebswelle des Testobjekts ist, werden Tachogeneratoren für Gleich- und Wechselströme genannt. Die Schaltungen von Tachogeneratoren mit und ohne unabhängiger Erregerwicklung sind in Abbildung 4 dargestellt.

Abbildung 4 – Schemata von Tachogeneratoren mit und ohne unabhängige Erregerwicklung

Gleichstrom-Tachogeneratoren sind ein Kollektor Elektroauto mit Anker- und Feldwicklung oder Permanentmagnet. Letztere benötigen keine zusätzliche Stromquelle. Das Funktionsprinzip solcher Tachogeneratoren besteht darin, dass im Anker eine EMK induziert wird, die sich im magnetischen Fluss (F) eines Permanentmagneten oder einer Feldwicklung dreht. (E), dessen Wert proportional zur Rotationsfrequenz (ω) des Objekts ist:

E = cФn = cФω

Um die lineare Abhängigkeit der EMK aufrechtzuerhalten. Abhängig von der Drehzahl des Ankers ist es erforderlich, dass der Lastwiderstand des Tachogenerators stets unverändert bleibt und um ein Vielfaches höher ist als der Widerstand der Ankerwicklung. Der Nachteil von Gleichstrom-Tachogeneratoren ist das Vorhandensein eines Kommutators und von Bürsten, was die Zuverlässigkeit erheblich verringert. Der Kollektor sorgt für die Umwandlung der Wechsel-EMK. verankert D.C..

Zuverlässiger ist ein Wechselstrom-Tachogenerator, bei dem sich die eigensichere Ausgangswicklung am Stator und der Rotor daran befindet Dauermagnet mit einem entsprechenden konstanten magnetischen Fluss. Ein solcher Tachogenerator benötigt keinen Kollektor, sondern seine variable EMK. mittels Brückendiodenschaltungen in Gleichstrom umgewandelt. Das Funktionsprinzip eines synchronen Wechselstrom-Tachogenerators besteht darin, dass beim Drehen des Rotors durch das Steuerobjekt in seiner Wicklung eine variable EMK induziert wird, deren Amplitude und Frequenz direkt proportional zur Rotordrehzahl sind. Aufgrund der Tatsache, dass der magnetische Fluss des Rotors mit der gleichen Frequenz rotiert wie der Rotor selbst, wird ein solcher Tachogenerator als synchron bezeichnet. Der Nachteil eines Synchrongenerators besteht darin, dass er über Lagereinheiten verfügt, was für Bergbaubedingungen nicht geeignet ist. Das Diagramm zur Steuerung der Geschwindigkeit eines Förderbandes mit einem synchronen Tachogenerator ist in Abbildung 5 dargestellt. Abbildung 5 zeigt: 1 - Magnetrotor des Tachogenerators, 2 - Antriebsrolle mit Lauffläche, 3 - Förderband, 4 - Statorwicklung des Tachogenerator.

Abbildung 5 – Schema zur synchronen Geschwindigkeitsregelung von Förderbändern

Tachogenerator

Zum Messen lineare Geschwindigkeit Um die Bewegung der Arbeitsteile von Kratzförderern zu messen, werden magnetische Induktionssensoren verwendet, die überhaupt keine beweglichen Teile haben. Das bewegliche Teil (Anker) sind in diesem Fall die Stahlabstreifer des Förderers, die sich im magnetischen Fluss eines Permanentmagnetsensors mit eigensicherer Spule bewegen. Wenn Stahlschaber einen magnetischen Fluss in der Spule kreuzen, wird eine variable EMK induziert, die direkt proportional zur Bewegungsgeschwindigkeit und umgekehrt proportional zum Spalt zwischen dem Stahlkern der Spule und dem Schaber ist. Der magnetische Fluss, der zur EMK führt, in der Spule ändert sich in diesem Fall unter dem Einfluss von Stahlschabern, die sich über dem Sensor bewegen und Schwankungen des magnetischen Widerstands entlang des Weges zum Schließen des vom Permanentmagneten gebildeten magnetischen Flusses verursachen . Das Diagramm zur Überwachung der Bewegungsgeschwindigkeit des Arbeitskörpers eines Kratzförderers mithilfe eines magnetischen Induktionssensors ist in Abbildung 6 dargestellt. Abbildung 6 zeigt: 1 – Kratzförderer, 2 – Stahlkern, 3 – Stahlscheibe, 4 – Kunststoffscheibe , 5 - Ring-Permanentmagnet, 6 - Sensorspule

Abbildung 6 – Schema zur Steuerung der Bewegungsgeschwindigkeit des Arbeitskörpers

Kratzförderer mit magnetischem Induktionssensor

Magnetoelastische Sensoren. Das Funktionsprinzip magnetoelastischer Sensoren beruht auf der Eigenschaft ferromagnetischer Materialien, bei Verformung die magnetische Permeabilität m zu verändern. Diese Eigenschaft wird Magnetoelastizität genannt, die durch magnetoelastische Empfindlichkeit gekennzeichnet ist

Höchster Wert S m = 200 H/m2 basiert auf Permallay (Eisen-Nickel-Legierung). Einige Permallay-Sorten erhöhen bei einer Dehnung um 0,1 % den magnetischen Permeabilitätskoeffizienten um bis zu 20 %. Um jedoch selbst solch kleine Dehnungen zu erreichen, ist eine Belastung in der Größenordnung von 100–200 N/mm erforderlich, was sehr unpraktisch ist und dazu führt, dass der Querschnitt des ferromagnetischen Materials verringert werden muss und eine Stromquelle mit einem erforderlich ist Frequenz in der Größenordnung von Kilohertz.

Strukturell ist der magnetoelastische Sensor eine Spule 1 mit einem geschlossenen Magnetkreis 2 (siehe Abbildung 7). Die kontrollierte Kraft P, die den Kern verformt, verändert seine magnetische Permeabilität und folglich den induktiven Widerstand der Spule. Der Laststrom RL, beispielsweise eines Relais, wird durch den Widerstand der Spule bestimmt.

Magnetoelastische Sensoren werden zur Überwachung von Kräften (z. B. beim Beladen von Containern und Aufstellen von Käfigen auf Fäusten), Gesteinsdrücken usw. eingesetzt.

Die Vorteile magnetoelastischer Sensoren sind Einfachheit und Zuverlässigkeit.

Nachteile magnetoelastischer Sensoren – erforderlich teure Materialien für Magnetkerne und deren spezielle Bearbeitung.

Abbildung 7 – Magnetoelastischer Sensor

Piezoelektrische Sensoren. Der piezoelektrische Effekt ist Einkristallen einiger dielektrischer Substanzen (Quarz, Turmalin, Rochelle-Salz usw.) eigen. Der Kern des Effekts besteht darin, dass unter Einwirkung dynamischer mechanischer Kräfte auf den Kristall auf seinen Oberflächen elektrische Ladungen entstehen, deren Größe proportional zur elastischen Verformung des Kristalls ist. Die Abmessungen und die Anzahl der Kristallplatten werden je nach Stärke und erforderlicher Ladungsmenge ausgewählt. Piezoelektrische Sensoren werden in den meisten Fällen zur Messung dynamischer Prozesse und Stoßbelastungen, Vibrationen usw. eingesetzt.

Thermoelektrische Sensoren. Um Temperaturen zu messen in weiten Grenzen Es werden thermoelektrische Sensoren mit einer Temperatur von 200–2500 °C verwendet – Thermoelemente, die für die Umwandlung von Wärmeenergie in elektrische EMK sorgen. Das Funktionsprinzip eines Thermoelements basiert auf dem Phänomen des thermoelektrischen Effekts, der darin besteht, dass, wenn die Verbindungsstelle und die Enden der Thermoelektroden in eine Umgebung mit unterschiedlichen Temperaturen t 1 und t 2 gebracht werden, ein durch ein Thermoelement gebildeter Kreis entsteht und einem Millivoltmeter erscheint eine Thermo-EMK, proportional zur Differenz zwischen diesen Temperaturen

Abbildung 8 – Thermoelementdiagramm

Die Leiter A und B von Thermoelementen bestehen aus unterschiedlichen Metallen und deren Legierungen. Das Phänomen des thermoelektrischen Effekts wird durch eine Kombination der Leiter A und B, Kupfer-Konstantan (bis 300 °C), Kupfer-Kopel (bis 600 °C), Chromel-Kopel (bis 800 °C), gegeben. Eisen – Kopel (bis 800 °C), Chromel – Alumel (bis 1300 °C), Platin – Platin-Rhodium (bis 1600 °C) usw.

Der Thermo-EMK-Wert für verschiedene Arten von Thermoelementen liegt im Zehntel- bis Zehntel-Millivolt-Bereich. Beispielsweise ändert sie sich bei einem Kupfer-Konstantan-Thermoelement von 4,3 auf –6,18 mB, wenn sich die Sperrschichttemperatur von + 100 auf – 260 °C ändert.

Thermistorsensoren. Das Funktionsprinzip von Thermistorsensoren basiert auf der Eigenschaft des Messelements – des Thermistors –, seinen Widerstand bei Temperaturänderungen zu ändern. Thermistoren bestehen aus Metallen (Kupfer, Nickel, Zinn usw.) und Halbleitern (Mischungen aus Metalloxiden – Kupfer, Mangan usw.). Ein Metallthermistor besteht beispielsweise aus Draht. Kupferdurchmesser ca. 0,1 mm, spiralförmig auf einen Rahmen aus Glimmer, Porzellan oder Quarz gewickelt. Ein solcher Thermistor ist in einem Schutzrohr mit Anschlussklemmen eingeschlossen, das sich am Temperaturkontrollpunkt des Objekts befindet.

Halbleiterthermistoren werden in Form kleiner Stäbe und Scheiben mit Anschlüssen hergestellt.

Mit steigender Temperatur steigt der Widerstand von Metallthermistoren, während er bei den meisten Halbleiterthermistoren abnimmt.

Der Vorteil von Halbleiterthermistoren ist ihre hohe thermische Empfindlichkeit (30-mal höher als bei Metallthermistoren).

Der Nachteil von Halbleiterthermistoren ist die große Widerstandsstreuung und geringe Stabilität, was ihre Verwendung für Messungen erschwert. Daher werden Halbleiterthermistoren in Automatisierungssystemen von Bergbauprozessanlagen hauptsächlich zur Steuerung der Temperaturwerte von Objekten und deren Wärmeschutz eingesetzt. In diesem Fall werden sie normalerweise in Reihe mit einem elektromagnetischen Relais an die Stromquelle angeschlossen.

Zur Temperaturmessung wird der Thermistor RK in eine Brückenschaltung eingebunden, die den gemessenen Widerstand in eine Spannung am Ausgang Uout umwandelt, die in der automatischen Steuerung oder im Messsystem verwendet wird.

Die Brücke kann ausgeglichen oder unsymmetrisch sein.

Bei der Nullmessmethode wird eine symmetrische Brücke verwendet. In diesem Fall ändert sich der Widerstand R3 (z. B. mit einem Sonderwiderstand). automatisches Gerät) nach einer Widerstandsänderung des Thermistors Rt, so dass an den Punkten A und B Potenzialgleichheit gewährleistet ist. Wenn die Skala des Widerstands R3 in Grad eingeteilt ist, kann die Temperatur anhand der Position von abgelesen werden sein Schieberegler. Der Vorteil dieser Methode ist die hohe Genauigkeit, der Nachteil ist jedoch die Komplexität des Messgeräts, bei dem es sich um ein automatisches Trackingsystem handelt.

Eine unsymmetrische Brücke erzeugt ein Signal Uout, proportional zur Überhitzung des Objekts. Durch die Auswahl der Widerstände R1, R2, R3 wird das Gleichgewicht der Brücke beim anfänglichen Temperaturwert erreicht und somit sichergestellt, dass die Bedingung erfüllt ist

Rt / R1= R3 / R2

Wenn sich der Wert der geregelten Temperatur und damit der Widerstand Rt ändert, wird das Gleichgewicht der Brücke gestört. Wenn Sie ein mV-Gerät mit einer Gradskala an dessen Ausgang anschließen, zeigt die Nadel des Geräts die gemessene Temperatur an.

Induktionsdurchflussmesser

Zur Futterkontrolle Pumpeinheit Zur Entwässerung können Induktionsdurchflussmesser, beispielsweise Typ IR-61M, verwendet werden. Das Funktionsprinzip eines Induktionsdurchflussmessers basiert auf dem Faradayschen Gesetz (dem Gesetz der elektromagnetischen Induktion).

Strukturdiagramm Der Induktionsdurchflussmesser ist in Abbildung 9 dargestellt. Wenn eine leitende Flüssigkeit in einer Rohrleitung zwischen den Polen eines Magneten fließt, entsteht eine EMK in einer Richtung senkrecht zur Richtung der Flüssigkeit und in der Richtung des Hauptmagnetflusses. U an den Elektroden, proportional zur Flüssigkeitsgeschwindigkeit v:

wobei B die magnetische Induktion im Spalt zwischen den Magnetpolen ist; d – Innendurchmesser der Rohrleitung.

Abbildung 9 – Aufbaudiagramm eines Induktionsdurchflussmessers

Wenn wir die Geschwindigkeit v durch den Volumenstrom Q ausdrücken, d. h.

Vorteile eines Induktionsdurchflussmessers:

Sie haben eine leichte Messwertträgheit;

In der Arbeitsleitung befinden sich keine Teile (daher treten nur minimale hydraulische Verluste auf).

Nachteile des Durchflussmessers:

Die Messwerte hängen von den Eigenschaften der zu messenden Flüssigkeit (Viskosität, Dichte) und der Art der Strömung (laminar, turbulent) ab;

Ultraschall-Durchflussmesser

Das Funktionsprinzip von Ultraschall-Durchflussmessern ist Folgendes

Die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Ultraschall in einem sich bewegenden Medium aus Gas oder Flüssigkeit ist gleich der geometrischen Summe der durchschnittlichen Bewegungsgeschwindigkeit des Mediums v ​​und der natürlichen Schallgeschwindigkeit in diesem Medium.

Das Konstruktionsdiagramm des Ultraschall-Durchflussmessers ist in Abbildung 10 dargestellt.

Abbildung 10 – Aufbaudiagramm eines Ultraschall-Durchflussmessers

Der Sender I erzeugt Ultraschallschwingungen mit einer Frequenz von 20 Hz und höher, die auf den Empfänger P fallen, der diese Schwingungen registriert (er befindet sich im Abstand l). Durchflussrate F ist gleich

wobei S die Querschnittsfläche des Flüssigkeitsstroms ist; C – Schallgeschwindigkeit im Medium (für Flüssigkeit 1000–1500 m/s);

t1 ist die Ausbreitungsdauer der Schallwelle in Flussrichtung vom Sender I1 zum Empfänger P1;

t 2 – Ausbreitungsdauer der Schallwelle entgegen der Strömung vom Sender I2 zum Empfänger P2;

l ist der Abstand zwischen dem Sender I und dem Empfänger P;

k – Koeffizient, der die Geschwindigkeitsverteilung in der Strömung berücksichtigt.

Vorteile eines Ultraschall-Durchflussmessers:

a) hohe Zuverlässigkeit und Geschwindigkeit;

b) die Fähigkeit, nichtleitende Flüssigkeiten zu messen.

Nachteil: erhöhte Anforderungen an die Verschmutzung des kontrollierten Wasserflusses.

2. Datenübertragungsgeräte

Über Kommunikationsleitungen (Kanäle) werden Informationen vom Automatisierungsobjekt zum Steuergerät übertragen. Abhängig vom physischen Medium, über das Informationen übertragen werden, können Kommunikationskanäle unterteilt werden folgende Typen:

– Kabelleitungen – elektrisch (symmetrisch, koaxial, „ verdrilltes Paar" usw.), Glasfaser und kombiniert Stromkabel mit Glasfaserkernen;

– Stromversorgung von Niederspannungs- und Hochspannungsnetzen;

– Infrarotkanäle;

– Radiosender.

Die Informationsübertragung über Kommunikationskanäle kann ohne Informationskomprimierung erfolgen, d.h. Ein Informationssignal (analog oder diskret) wird über einen Kanal übertragen, und bei der Informationskomprimierung werden viele Informationssignale über einen Kommunikationskanal übertragen. Die Informationsverdichtung dient der Fernübertragung von Informationen über eine beträchtliche Entfernung (z. B. von Automatisierungsgeräten auf einer Straße zu einem Schrämgerät oder von einem Abschnitt eines Bergwerks an die Oberfläche zu einem Disponenten) und kann mithilfe verschiedener Signaltypen erfolgen Codierung.

Technische Systeme, die eine Übertragung von Informationen über den Zustand eines Objekts und Steuerbefehlen über eine Distanz über Kommunikationskanäle ermöglichen, können sein Fernsteuerungs- und Messsysteme oder Telemechanische Systeme. In Fernsteuerungs- und Messsystemen verwendet jedes Signal eine eigene Leitung – einen Kommunikationskanal. So viele Signale es gibt, so viele Kommunikationskanäle werden benötigt. Deshalb wann Fernbedienung und Messung ist die Anzahl der kontrollierten Objekte, insbesondere bei großen Entfernungen, meist begrenzt. In telemechanischen Systemen wird nur eine Leitung bzw. ein Kommunikationskanal verwendet, um viele Nachrichten an eine große Anzahl von Objekten zu übertragen. Informationen werden in verschlüsselter Form übertragen und jedes Objekt „kennt“ seinen Code, sodass die Anzahl der gesteuerten oder verwalteten Objekte praktisch unbegrenzt ist, nur der Code wird komplexer. Telemechaniksysteme werden in diskrete und analoge Systeme unterteilt. Es werden diskrete Fernwirksysteme bezeichnet Telealarmsysteme(TS) ermöglichen sie die Übertragung einer endlichen Anzahl von Objektzuständen (z. B. „Ein“, „Aus“). Analoge Fernsehüberwachungssysteme werden genannt Telemetriesysteme(TI) sorgen für die Übertragung kontinuierlicher Änderungen aller Parameter, die den Zustand des Objekts charakterisieren (z. B. Änderungen von Spannung, Strom, Geschwindigkeit usw.).

Die Elemente, aus denen diskrete Signale bestehen, weisen verschiedene qualitative Eigenschaften auf: Impulsamplitude, Impulspolarität und -dauer, Frequenz oder Phase des Wechselstroms, Code beim Senden einer Reihe von Impulsen. Telemechanische Systeme werden ausführlicher besprochen in.

Um Informationen zwischen Mikroprozessorsteuerungen verschiedener Automatisierungssystemgeräte, einschließlich Steuercomputern, auszutauschen, werden spezielle Mittel, Methoden und Interaktionsregeln verwendet - Schnittstellen. Je nach Art der Datenübertragung unterscheidet man zwischen parallelen und seriellen Schnittstellen. IN parallele Schnittstelle q Datenbits werden übertragen Q Kommunikationsleitungen. IN serielle Schnittstelle Die Datenübertragung erfolgt üblicherweise über zwei Leitungen: Eine überträgt kontinuierlich Taktimpulse (Synchronisationsimpulse) vom Timer und die zweite überträgt Informationen.

In Automatisierungssystemen für Bergbaumaschinen werden am häufigsten serielle Schnittstellen der Standards RS232 und RS485 verwendet.

Die RS232-Schnittstelle ermöglicht die Kommunikation zwischen zwei Computern, einem Steuercomputer und einem Mikrocontroller oder die Kommunikation zwischen zwei Mikrocontrollern mit Geschwindigkeiten von bis zu 19600 bps über eine Entfernung von bis zu 15 m.

Die RS-485-Schnittstelle ermöglicht den Datenaustausch zwischen mehreren Geräten über eine Zweidraht-Kommunikationsleitung im Halbduplex-Modus. Die RS-485-Schnittstelle ermöglicht eine Datenübertragung mit Geschwindigkeiten von bis zu 10 Mbit/s. Die maximale Übertragungsreichweite hängt von der Geschwindigkeit ab: bei einer Geschwindigkeit von 10 Mbit/s maximale Länge Leitung – 120 m, bei einer Geschwindigkeit von 100 kbit/s – 1200 m. Die Anzahl der an eine Schnittstellenleitung angeschlossenen Geräte hängt von der Art der im Gerät verwendeten Transceiver ab. Ein Sender ist für die Steuerung von 32 Standardempfängern ausgelegt. Empfänger sind mit Eingangsimpedanzen von 1/2, 1/4, 1/8 des Standards erhältlich. Bei Verwendung solcher Empfänger kann die Gesamtzahl der Geräte entsprechend erhöht werden: 64, 128 oder 256. Die Datenübertragung zwischen Controllern erfolgt nach Regeln, die als Protokolle bezeichnet werden. Austauschprotokolle arbeiten in den meisten Systemen nach dem Master-Slave-Prinzip. Ein Gerät auf der Autobahn ist der Master und initiiert den Austausch, indem es Anfragen an Slave-Geräte sendet, die sich in ihren logischen Adressen unterscheiden. Eines der beliebtesten Protokolle ist das Modbus-Protokoll.

2. Aktoren

Ausführung der Entscheidung, d.h. die Umsetzung der dem erzeugten Steuersignal entsprechenden Steueraktion erfolgt Aktoren (ED). Im Allgemeinen ist ein Aktor eine Kombination aus einem Aktor (AM) und einer Regulierungsbehörde (RO). Die Position der Aktoren im Blockdiagramm des lokalen ACS ist in Abbildung 11 dargestellt.

Abbildung 11 – Position der Aktoren im Blockdiagramm eines lokalen automatischen Steuerungssystems

Ein Aktuator (AM) ist ein Gerät, das von der Steuereinheit (SPS) erzeugte Steuersignale in Signale umwandelt, die zur Beeinflussung der letzten Verbindung des ACS – der Regulierungsbehörde (RO) – geeignet sind.

Der Aktuator besteht aus folgenden Grundelementen:

Exekutivmotor (Elektromotor, Kolben, Membran);

Kupplungselement (Kupplung, Scharnier);

Getriebe-Umwandlungselement (Getriebe mit Abtriebshebel oder -stange);

Leistungsverstärker (elektrisch, pneumatisch, hydraulisch, kombiniert)

Bei einem bestimmten MI-Modell fehlen möglicherweise einige Elemente (außer dem Stellmotor).

Die Hauptanforderung an den IM: Bewegung des RO mit möglichst geringer Verzerrung der Steuergesetze der generierten SPS, d.h. Der MI muss über ausreichende Geschwindigkeit und Genauigkeit verfügen.

Hauptmerkmale:

a) Nenn- und Maximaldrehmomentwert

auf die Abtriebswelle (rotierend) oder Kräfte auf die Abtriebsstange;

b) die Rotationszeit der Abtriebswelle des IM oder der Hub seiner Stange;

c) der Maximalwert des Drehwinkels oder Hubs der Abtriebswelle

d) tote Zone.

Aktoren werden nach folgenden Kriterien klassifiziert:

1) Bewegung des Regulierungsorgans (rotierend und linear);

2) Design (elektrisch, hydraulisch, pneumatisch);

Elektrisch – mit Elektromotor und Elektromagnetantrieb;

Hydraulisch – mit Antrieben: Kolben, Kolben, von einem Hydraulikmotor;

Pneumatisch – mit Antrieben: Kolben, Kolben, Membran, Membran, von einem Luftmotor.

In der Praxis wird am häufigsten elektrische MI eingesetzt. Elektrische MI werden klassifiziert als:

elektromagnetisch;

Elektromotor

Elektromagnetische MI werden unterteilt in:

IMs mit Antrieben über elektromagnetische Kupplungen dienen der Übertragung von Drehbewegungen (Reibungs- und Rutschkupplungen);

IMs mit Magnetantrieb sind 2-Punkt-Geräte (d. h. für die 2-Punkt-Steuerung ausgelegt), die eine translatorische Bewegung der Antriebselemente nach dem diskreten Prinzip „Ein – Aus“ ausführen.

Elektromotoren MI sind unterteilt in:

Singleturn – der Drehwinkel der Abtriebswelle überschreitet nicht 360 0. Beispiel: MEO (elektrischer Singleturn-Mechanismus). Sie verwenden einphasige und dreiphasige (MEOK, MEOB) Asynchronmotoren.

Multiturn – für Fern- und lokale Steuerung Rohrleitungsarmaturen(Ventile).

In Automatisierungssystemen von Bergbaumaschinen werden häufig elektrische Hydraulikverteiler, beispielsweise die Typen GSD und 1RP2, als Aktoren eingesetzt. Der elektrische Hydraulikverteiler 1RP2 dient zur Steuerung der Vorschubgeschwindigkeit und der Schneidelemente des Mähdreschers als Teil der automatischen Laststeuerungen URAN.1M und des Automatisierungssystems SAUK02.2M. Der elektrohydraulische Verteiler 1РП2 ist ein hydraulisches Schieberventil mit elektromagnetischer Antrieb ziehender Typ.

Die Regulierungsbehörde (RO) ist das letzte Element des ACS, das direkten Kontrolleinfluss auf das Betriebssystem ausübt. RO verändert den Material-, Energiefluss, die relative Position von Teilen von Apparaten, Maschinen oder Mechanismen in Richtung des normalen Flusses des technologischen Prozesses.

Das Hauptmerkmal des RO ist seine statische Eigenschaft, d.h. das Verhältnis zwischen dem Ausgangsparameter Y (Durchfluss, Druck, Spannung) und dem Hubwert des Reglers in Prozent.

RO bietet:

a) Regelung mit zwei Positionen – das RO-Tor bewegt sich schnell von einer Extremposition zur anderen.

b) kontinuierlich – in diesem Fall ist es notwendig, dass die Durchsatzcharakteristik des RO genau definiert ist (Schieber, Hahn, Absperrklappe).