Σπίτι · Αλλα · Τεχνικά μέσα αυτοματισμού. Τι είναι και γιατί χρειάζεται; Αυτοματοποίηση τεχνολογικών διαδικασιών και παραγωγής. Τεχνολογίες για την αυτοματοποίηση της παραγωγής ανώτερης επαγγελματικής εκπαίδευσης

Τεχνικά μέσα αυτοματισμού. Τι είναι και γιατί χρειάζεται; Αυτοματοποίηση τεχνολογικών διαδικασιών και παραγωγής. Τεχνολογίες για την αυτοματοποίηση της παραγωγής ανώτερης επαγγελματικής εκπαίδευσης

Η ταξινόμηση του τεχνικού εξοπλισμού αυτοματισμού δεν είναι κάτι πολύ περίπλοκο και φορτωμένο. Ωστόσο, σε γενικές γραμμές τεχνολογικά μέσαο αυτοματισμός έχει μια αρκετά εκτεταμένη δομή ταξινόμησης. Ας προσπαθήσουμε να το καταλάβουμε.

Τα σύγχρονα εργαλεία αυτοματισμού χωρίζονται σε δύο ομάδες: εργαλεία τεχνικού αυτοματισμού μεταγωγής και μη μεταγωγής (προγραμματισμένα):

1) Εξοπλισμός μεταγωγής αυτοματισμού

ρυθμιστικές αρχές

Κυκλώματα ρελέ

2) Προγραμματισμένα εργαλεία αυτοματισμού

Επεξεργαστές ADSP

Οι επεξεργαστές ADSP είναι ένα εργαλείο αυτοματισμού που χρησιμοποιείται για πολύπλοκη μαθηματική ανάλυση διαδικασιών στο σύστημα. Αυτοί οι επεξεργαστές διαθέτουν μονάδες εισόδου/εξόδου υψηλής ταχύτητας που μπορούν να μεταδώσουν δεδομένα σε υψηλές συχνότητες στον κεντρικό επεξεργαστή, ο οποίος χρησιμοποιεί πολύπλοκα μαθηματικά για να αναλύσει τη λειτουργία του συστήματος. Ένα παράδειγμα είναι τα συστήματα διάγνωσης κραδασμών που χρησιμοποιούν τη σειρά Fourier για ανάλυση, φασματική ανάλυσηκαι μετρητή παλμών. Κατά κανόνα, τέτοιοι επεξεργαστές υλοποιούνται με τη μορφή ξεχωριστής κάρτας PCI, η οποία είναι τοποθετημένη στην κατάλληλη υποδοχή του υπολογιστή και χρησιμοποιεί την CPU για μαθηματική επεξεργασία.

PLC (Programmable Logic Controller)

Τα PLC είναι τα πιο κοινά εργαλεία αυτοματισμού. Έχουν δικό τους τροφοδοτικό, κεντρικό επεξεργαστή, ΕΜΒΟΛΟ, κάρτα δικτύου, μονάδες εισόδου/εξόδου. Το πλεονέκτημα είναι η υψηλή αξιοπιστία του συστήματος, η προσαρμογή στις βιομηχανικές συνθήκες. Επιπλέον, χρησιμοποιούνται προγράμματα που εκτελούνται κυκλικά και έχουν το λεγόμενο Watch Dog, το οποίο χρησιμοποιείται για να αποτρέψει το πάγωμα του προγράμματος. Επίσης, το πρόγραμμα εκτελείται διαδοχικά και δεν έχει παράλληλες συνδέσεις και βήματα επεξεργασίας που θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε αρνητικές συνέπειες.

PKK (Προγραμματιζόμενοι ελεγκτές υπολογιστών)

Το PKK είναι ένας υπολογιστής με κάρτες εισόδου/εξόδου, κάρτες δικτύου που χρησιμοποιούνται για είσοδο/έξοδο πληροφοριών.

ΠΑΚΕΤΟ

PAK ( προγραμματισμένοι αυτοματοποιημένοι ελεγκτές) – PLC+PKK. Έχουν μια κατανεμημένη δομή δικτύου για την επεξεργασία δεδομένων (πολλά PLC και Η/Υ).

· Εξειδικευμένοι ελεγκτές

Οι εξειδικευμένοι ελεγκτές δεν είναι ελεύθερα προγραμματιζόμενα εργαλεία αυτοματισμού, αλλά χρησιμοποιούν τυπικά προγράμματα στα οποία μπορούν να αλλάξουν μόνο ορισμένοι συντελεστές (παράμετροι ελεγκτή PID, χρόνος λειτουργίας ενεργοποιητή, καθυστερήσεις κ.λπ.). Τέτοιοι ελεγκτές εστιάζονται σε ένα παλαιότερα γνωστό σύστημα ελέγχου (αερισμός, θέρμανση, παροχή ζεστού νερού). Στις αρχές της νέας χιλιετίας, αυτά τα τεχνικά μέσα αυτοματισμού έγιναν ευρέως διαδεδομένα.

Ένα χαρακτηριστικό του ADSP και του PKK είναι η χρήση τυπικών γλωσσών προγραμματισμού: C, C++, Assembler, Pascal, αφού δημιουργούνται σε υπολογιστή. Αυτό το χαρακτηριστικό των εργαλείων αυτοματισμού είναι ταυτόχρονα πλεονέκτημα και μειονέκτημα.

Το πλεονέκτημα είναι ότι χρησιμοποιώντας τυπικές γλώσσες προγραμματισμού μπορείτε να γράψετε πιο πολύπλοκα και ευέλικτο αλγόριθμο. Το μειονέκτημα είναι ότι για να δουλέψετε μαζί τους πρέπει να δημιουργήσετε προγράμματα οδήγησης και να χρησιμοποιήσετε μια γλώσσα προγραμματισμού, η οποία είναι πιο περίπλοκη. Το πλεονέκτημα των PLC και των PAC είναι η χρήση γλωσσών προγραμματισμού μηχανικής που είναι τυποποιημένες από το IEC 61131-3. Αυτές οι γλώσσες δεν έχουν σχεδιαστεί για προγραμματιστή, αλλά για ηλεκτρολόγο μηχανικό.

Αρχή μετασχηματισμού πληροφοριών

Οι αρχές διαχείρισης βασίζονται στην αρχή του μετασχηματισμού της πληροφορίας.

Οι μετατροπείς είναι συσκευές που χρησιμοποιούνται για τη μετατροπή ποσοτήτων μιας φυσικής φύσης σε μια άλλη και αντίστροφα.

Οι αισθητήρες είναι συσκευές που παράγουν ένα διακριτό σήμα ανάλογα με τον κώδικα της τεχνολογικής διαδικασίας ή την επίδραση των πληροφοριών σε αυτούς.

Πληροφορίες και μέθοδοι μετατροπής του

Οι πληροφορίες πρέπει να έχουν τα ακόλουθα ιδιότητες:

1. Οι πληροφορίες πρέπει να είναι κατανοητές σύμφωνα με το εγκεκριμένο σύστημα κωδικοποίησης ή την παρουσίασή του.

2. Τα κανάλια μετάδοσης πληροφοριών πρέπει να είναι ανθεκτικά στον θόρυβο και να αποτρέπουν τη διείσδυση ψευδών πληροφοριών.

3. Οι πληροφορίες πρέπει να είναι βολικές για επεξεργασία.

4. Οι πληροφορίες πρέπει να είναι βολικές για την αποθήκευσή τους.

Για τη μετάδοση πληροφοριών χρησιμοποιούνται κανάλια επικοινωνίας, τα οποία μπορεί να είναι τεχνητά, φυσικά ή μικτά.

Ρύζι. 3. Κανάλια επικοινωνίας

Για τα κανάλια επικοινωνίας θα μιλήσουμε αναλυτικότερα λίγο αργότερα.

Ο εξοπλισμός τεχνικού αυτοματισμού (TAA) έχει σχεδιαστεί για τη δημιουργία συστημάτων που εκτελούν συγκεκριμένες τεχνολογικές λειτουργίες, στις οποίες οι άνθρωποι ανατίθενται κυρίως λειτουργίες ελέγχου και διαχείρισης.

Ανάλογα με τον τύπο της ενέργειας που χρησιμοποιείται, ο τεχνικός εξοπλισμός αυτοματισμού ταξινομείται σε: ηλεκτρικός, πνευματικός, υδραυλικόςΚαι σε συνδυασμό. Τα ηλεκτρονικά εργαλεία αυτοματισμού ταξινομούνται ως ξεχωριστή ομάδα, καθώς, χρησιμοποιώντας ηλεκτρική ενέργεια, έχουν σχεδιαστεί για να εκτελούν ειδικές λειτουργίες υπολογισμού και μέτρησης.

Ανάλογα με το λειτουργικό σκοπό, ο τεχνικός εξοπλισμός αυτοματισμού μπορεί να χωριστεί ανάλογα τυπικό κύκλωμασυστήματα αυτόματου ελέγχου για ενεργοποιητές, ενισχυτές, συσκευές διόρθωσης και μέτρησης, μετατροπείς, υπολογιστικές συσκευές και συσκευές διασύνδεσης.

Εκτελεστικό στοιχείο -Αυτή είναι μια συσκευή σε ένα αυτόματο σύστημα ρύθμισης ή ελέγχου που δρα απευθείας ή μέσω μιας συσκευής που ταιριάζει σε ένα ρυθμιστικό στοιχείο ή αντικείμενο του συστήματος.

Ρυθμιστικό στοιχείοπραγματοποιεί μια αλλαγή στον τρόπο λειτουργίας του διαχειριζόμενου αντικειμένου.

Ηλεκτρικός ενεργοποιητής με μηχανική έξοδο - ηλεκτρικός κινητήρας- χρησιμοποιείται ως τερματικός ενισχυτής μηχανικής ισχύος. Η επίδραση που ασκείται από ένα αντικείμενο ή ένα μηχανικό φορτίο σε έναν ενεργοποιητή ισοδυναμεί με τη δράση εσωτερικών ή φυσικών, ανατροφοδότηση. Αυτή η προσέγγιση χρησιμοποιείται σε περιπτώσεις όπου απαιτείται λεπτομερής δομική ανάλυση των ιδιοτήτων και των δυναμικών χαρακτηριστικών των στοιχείων ενεργοποίησης, λαμβάνοντας υπόψη τη δράση του φορτίου. Ένας ηλεκτρικός ενεργοποιητής με μηχανική έξοδο είναι αναπόσπαστο μέρος της αυτόματης μετάδοσης κίνησης.

Ηλεκτρική κίνηση -Αυτός είναι ένας ηλεκτρικός ενεργοποιητής που μετατρέπει το σήμα ελέγχου σε μηχανική δράση ενώ ταυτόχρονα το ενισχύει σε ισχύ λόγω εξωτερικής πηγής ενέργειας. Ο ηλεκτροκινητήρας δεν διαθέτει ειδική κύρια σύνδεση ανάδρασης και είναι ένας συνδυασμός ενισχυτή ισχύος, ηλεκτρικού ενεργοποιητή, μηχανικής μετάδοσης, πηγής ισχύος και βοηθητικών στοιχείων, που ενώνονται με ορισμένες λειτουργικές συνδέσεις. Τα μεγέθη εξόδου της ηλεκτρικής κίνησης είναι γραμμική ή γωνιακή ταχύτητα, δύναμη έλξης ή ροπή, μηχανική ισχύςκ.λπ. Ο ηλεκτροκινητήρας πρέπει να διαθέτει το κατάλληλο απόθεμα ισχύος που απαιτείται για να επηρεάσει το ελεγχόμενο αντικείμενο σε αναγκαστική λειτουργία.

Ηλεκτρικός σερβομηχανισμόςείναι ένας σερβομηχανισμός που επεξεργάζεται το σήμα ελέγχου εισόδου με την ενίσχυση της ισχύος του. Τα στοιχεία του ηλεκτρικού σερβομηχανισμού καλύπτονται από ειδικά στοιχεία ανάδρασης και μπορούν να έχουν εσωτερική ανάδραση λόγω του φορτίου.

Μηχανική μετάδοσηΗ ηλεκτρική κίνηση ή ο σερβομηχανισμός συντονίζει την εσωτερική μηχανική αντίσταση του ενεργοποιητή με το μηχανικό φορτίο - το ρυθμιστικό σώμα ή το αντικείμενο ελέγχου. Οι μηχανικές μεταδόσεις περιλαμβάνουν διάφορα κιβώτια ταχυτήτων, μανιβέλα, μηχανισμούς μοχλού και άλλα κινηματικά στοιχεία, συμπεριλαμβανομένων κιβωτίων με υδραυλικά, πνευματικά και μαγνητικά στηρίγματα.

Ηλεκτρικός τροφοδοτικάΟι ενεργοποιητές, οι συσκευές και οι σερβομηχανισμοί χωρίζονται σε πηγές με πρακτικά άπειρη ισχύ, με τιμή της εσωτερικής τους αντίστασης κοντά στο μηδέν, και σε πηγές με περιορισμένη ισχύ με τιμή εσωτερικής αντίστασης διαφορετική από το μηδέν.

Οι πνευματικοί και οι υδραυλικοί ενεργοποιητές είναι συσκευές που χρησιμοποιούν αέριο και υγρό, αντίστοιχα, υπό συγκεκριμένη πίεση ως φορέα ενέργειας. Αυτά τα συστήματα καταλαμβάνουν ισχυρή θέση μεταξύ άλλων εξοπλισμών αυτοματισμού λόγω των πλεονεκτημάτων τους, τα οποία, πρώτα απ 'όλα, περιλαμβάνουν αξιοπιστία, αντοχή σε μηχανικές και ηλεκτρομαγνητικές επιδράσεις, υψηλή αναλογία της ανεπτυγμένης ισχύος κίνησης προς το δικό τους βάρος και ασφάλεια πυρκαγιάς και έκρηξης.

Το κύριο καθήκον του ενεργοποιητή είναι να ενισχύει το σήμα που φθάνει στην είσοδό του σε ένα επίπεδο ισχύος ικανό να έχει το απαιτούμενο αποτέλεσμα στο αντικείμενο σύμφωνα με τον δηλωμένο στόχο ελέγχου.

Ένας σημαντικός παράγοντας κατά την επιλογή ενός ενεργοποιητή είναι η διασφάλιση των καθορισμένων δεικτών ποιότητας του συστήματος με τους διαθέσιμους ενεργειακούς πόρους και τις επιτρεπόμενες υπερφορτώσεις.

Τα χαρακτηριστικά του ενεργοποιητή πρέπει να καθορίζονται από την ανάλυση της αυτοματοποιημένης διαδικασίας. Τέτοια χαρακτηριστικά των ενεργοποιητών και των σερβομηχανισμών είναι ενεργειακά, στατικά, δυναμικά χαρακτηριστικά, καθώς και τεχνικά, οικονομικά και λειτουργικά χαρακτηριστικά.

Μια υποχρεωτική απαίτηση για την κίνηση του ενεργοποιητή είναι η ελαχιστοποίηση της ισχύος του κινητήρα διασφαλίζοντας παράλληλα τις απαιτούμενες ταχύτητες και ροπές. Αυτό οδηγεί σε ελαχιστοποίηση του ενεργειακού κόστους. Πολύ σημαντικοί παράγοντες κατά την επιλογή ενός ενεργοποιητή ή σερβομηχανισμού είναι οι περιορισμοί βάρους, συνολικές διαστάσειςκαι αξιοπιστία.

Σημαντικά στοιχεία των συστημάτων αυτοματισμού είναι οι συσκευές ενίσχυσης και διόρθωσης. Κοινά καθήκοντα που επιλύονται με συσκευές διόρθωσης και ενίσχυσης συστημάτων αυτοματισμού είναι ο σχηματισμός των απαιτούμενων στατικών και συχνοτήτων χαρακτηριστικών, η σύνθεση ανάδρασης, ο συντονισμός με το φορτίο, η εξασφάλιση υψηλής αξιοπιστίας και ενοποίησης συσκευών.

Συσκευές ενισχυτώνη ισχύς του σήματος ενισχύεται στο επίπεδο που απαιτείται για τον έλεγχο του ενεργοποιητή.

Ειδικές απαιτήσεις για διορθωτικά στοιχεία συστημάτων με μεταβλητές παραμέτρους είναι η δυνατότητα και η ευκολία αναδιάρθρωσης της δομής, του προγράμματος και των παραμέτρων των διορθωτικών στοιχείων. Οι συσκευές ενισχυτή πρέπει να ικανοποιούν ορισμένα τεχνικές προδιαγραφέςμε συγκεκριμένη και μέγιστη ισχύ εξόδου.

Η δομή μιας συσκευής ενίσχυσης είναι, κατά κανόνα, ένας ενισχυτής πολλαπλών σταδίων με πολύπλοκες συνδέσεις ανάδρασης, οι οποίες εισάγονται για τη βελτίωση των στατικών, δυναμικών και λειτουργικών χαρακτηριστικών του.

Οι συσκευές ενίσχυσης που χρησιμοποιούνται σε συστήματα αυτοματισμού μπορούν να χωριστούν σε δύο ομάδες:

1) ηλεκτρικοί ενισχυτές με πηγές ηλεκτρικής ενέργειας.

2) υδραυλικοί και πνευματικοί ενισχυτές, που χρησιμοποιούν υγρό ή αέριο, αντίστοιχα, ως κύριο φορέα ενέργειας.

Η πηγή ενέργειας ή ο φορέας ενέργειας καθορίζει τα πιο βασικά χαρακτηριστικά των συσκευών ενίσχυσης αυτοματισμού: στατικά και δυναμικά χαρακτηριστικά, ειδική και μέγιστη ισχύς, αξιοπιστία, λειτουργικούς και τεχνικούς και οικονομικούς δείκτες.

Οι ηλεκτρικοί ενισχυτές περιλαμβάνουν ηλεκτρονικούς ενισχυτές κενού, ιοντικούς, ημιαγωγούς, διηλεκτρικούς, μαγνητικούς, μαγνητικούς-ημιαγωγούς, ηλεκτρική μηχανή και ηλεκτρομηχανικούς ενισχυτές.

Οι κβαντικοί ενισχυτές και γεννήτριες αποτελούν μια ειδική υποομάδα συσκευών που χρησιμοποιούνται ως ενισχυτές και μετατροπείς αδύναμων ραδιοφωνικών και άλλων σημάτων.

Διορθωτικές συσκευέςπαράγουν διορθωτικά σήματα για τα στατικά και δυναμικά χαρακτηριστικά του συστήματος.

Ανάλογα με τον τύπο της συμπερίληψης στο σύστημα, οι γραμμικές διορθωτικές συσκευές χωρίζονται σε τρεις τύπους: σειριακά, παράλληλα διορθωτικά στοιχεία και διορθωτική ανάδραση. Η χρήση ενός ή άλλου τύπου συσκευών διόρθωσης καθορίζεται από την ευκολία των τεχνικών απαιτήσεων εφαρμογής και λειτουργίας.

Συνιστάται η χρήση διορθωτικών στοιχείων διαδοχικού τύπου εάν το σήμα, η τιμή του οποίου σχετίζεται λειτουργικά με το σήμα σφάλματος, είναι ένα μη διαμορφωμένο ηλεκτρικό σήμα. Η σύνθεση μιας διαδοχικής συσκευής διόρθωσης στη διαδικασία σχεδιασμού ενός συστήματος ελέγχου είναι η απλούστερη.

Τα στοιχεία διόρθωσης παράλληλου τύπου είναι βολικά στη χρήση όταν σχηματίζεται ένας πολύπλοκος νόμος ελέγχου με την εισαγωγή ενός ολοκληρώματος και παραγώγων του σήματος σφάλματος.

Η διορθωτική ανάδραση, που καλύπτει ενισχυτές ή ενεργοποιητές, χρησιμοποιείται ευρύτερα λόγω της απλότητας της τεχνικής εφαρμογής της. Σε αυτήν την περίπτωση, η είσοδος του στοιχείου ανάδρασης λαμβάνει ένα σχετικά υψηλό σήμα, για παράδειγμα, από το στάδιο εξόδου ενός ενισχυτή ή κινητήρα. Η χρήση διορθωτικής ανάδρασης καθιστά δυνατή τη μείωση της επιρροής των μη γραμμικοτήτων εκείνων των συσκευών συστήματος που καλύπτονται από αυτές· επομένως, σε ορισμένες περιπτώσεις είναι δυνατή η βελτίωση της ποιότητας της διαδικασίας ελέγχου. Η διορθωτική ανάδραση σταθεροποιεί τους στατικούς συντελεστές των καλυμμένων συσκευών παρουσία παρεμβολών.

Τα συστήματα αυτόματης ρύθμισης και ελέγχου χρησιμοποιούν ηλεκτρικά, ηλεκτρομηχανικά, υδραυλικά και πνευματικά διορθωτικά στοιχεία και συσκευές. Οι ηλεκτρικές συσκευές διόρθωσης εφαρμόζονται πιο απλά χρησιμοποιώντας παθητικά τετραπολικά, τα οποία αποτελούνται από αντιστάσεις, πυκνωτές και επαγωγές. Οι σύνθετες ηλεκτρικές συσκευές διόρθωσης περιλαμβάνουν επίσης ηλεκτρονικά στοιχεία διαχωρισμού και αντιστοίχισης.

Οι ηλεκτρομηχανικές συσκευές διόρθωσης, εκτός από τα παθητικά τετράπολα, περιλαμβάνουν ταχογεννήτριες, πτερωτές, διαφοροποιητικά και ενσωματωμένα γυροσκόπια. Σε ορισμένες περιπτώσεις, μια ηλεκτρομηχανική συσκευή διόρθωσης μπορεί να εφαρμοστεί με τη μορφή κυκλώματος γέφυρας, σε έναν από τους βραχίονες του οποίου είναι συνδεδεμένος ένας ηλεκτρικός κινητήρας του ενεργοποιητή.

Οι υδραυλικές και πνευματικές συσκευές διόρθωσης μπορούν να αποτελούνται από ειδικά υδραυλικά και πνευματικά φίλτρα που περιλαμβάνονται στους βρόχους ανάδρασης των κύριων στοιχείων του συστήματος ή με τη μορφή εύκαμπτων βρόχων ανάδρασης για πίεση (διαφορά πίεσης), ρυθμό ροής ρευστού εργασίας ή αέρα.

Τα διορθωτικά στοιχεία με ρυθμιζόμενες παραμέτρους διασφαλίζουν την προσαρμοστικότητα του συστήματος. Η υλοποίηση τέτοιων στοιχείων πραγματοποιείται με χρήση ρελέ και διακριτών συσκευών, καθώς και υπολογιστών. Τέτοια στοιχεία αναφέρονται συνήθως ως λογικά διορθωτικά στοιχεία.

Ένας υπολογιστής που λειτουργεί σε πραγματικό χρόνο σε κλειστό βρόχο ελέγχου έχει πρακτικά απεριόριστες υπολογιστικές και λογικές δυνατότητες. Η κύρια λειτουργία του υπολογιστή ελέγχου είναι να υπολογίζει τους βέλτιστους ελέγχους και τους νόμους που βελτιστοποιούν τη συμπεριφορά του συστήματος σύμφωνα με ένα ή άλλο κριτήριο ποιότητας κατά την κανονική λειτουργία του. Η υψηλή ταχύτητα του υπολογιστή ελέγχου επιτρέπει, μαζί με την κύρια λειτουργία, την εκτέλεση ορισμένων βοηθητικών εργασιών, για παράδειγμα, με την εφαρμογή ενός πολύπλοκου γραμμικού ή μη γραμμικού ψηφιακού φίλτρου διόρθωσης.

Σε περίπτωση απουσίας υπολογιστών στα συστήματα, συνιστάται η χρήση μη γραμμικών συσκευών διόρθωσης, καθώς έχουν τις μεγαλύτερες λειτουργικές και λογικές δυνατότητες.

Ρυθμιστικές συσκευέςΕίναι ένας συνδυασμός ενεργοποιητών, συσκευών ενίσχυσης και διόρθωσης, μετατροπέων, καθώς και μονάδων υπολογιστών και διασύνδεσης.

Πληροφορίες σχετικά με τις παραμέτρους του αντικειμένου ελέγχου και για πιθανές εξωτερικές επιδράσεις που το επηρεάζουν έρχονται στη συσκευή ελέγχου από τη συσκευή μέτρησης. Συσκευές μέτρησηςΣτη γενική περίπτωση, αποτελούνται από ευαίσθητα στοιχεία που αντιλαμβάνονται αλλαγές στις παραμέτρους με τις οποίες ρυθμίζεται ή ελέγχεται η διαδικασία, καθώς και πρόσθετοι μετατροπείς που συχνά εκτελούν λειτουργίες ενίσχυσης σήματος. Μαζί με ευαίσθητα στοιχεία, αυτοί οι μετατροπείς έχουν σχεδιαστεί για να μετατρέπουν σήματα μιας φυσικής φύσης σε μια άλλη, που αντιστοιχεί στον τύπο ενέργειας που χρησιμοποιείται στο σύστημα αυτόματης ρύθμισης ή ελέγχου.

Στον αυτοματισμό συσκευές μετατροπήςή μετατροπείςΠρόκειται για στοιχεία που δεν εκτελούν άμεσα τις λειτουργίες μέτρησης ρυθμιζόμενων παραμέτρων, ενίσχυσης σημάτων ή διόρθωσης των ιδιοτήτων του συστήματος στο σύνολό του και δεν έχουν άμεσο αντίκτυπο στον ρυθμιστικό φορέα ή στο ελεγχόμενο αντικείμενο. Οι συσκευές μετατροπής με αυτή την έννοια είναι ενδιάμεσες και εκτελούν βοηθητικές λειτουργίες που σχετίζονται με τον ισοδύναμο μετασχηματισμό μιας ποσότητας μιας φυσικής φύσης σε μια μορφή πιο βολική για το σχηματισμό ενός ρυθμιστικού αποτελέσματος ή για το σκοπό συντονισμού συσκευών που διαφέρουν ως προς τον τύπο ενέργειας σε την έξοδο μιας και την είσοδο μιας άλλης συσκευής.

Οι συσκευές υπολογιστών για εξοπλισμό αυτοματισμού κατασκευάζονται, κατά κανόνα, με βάση εργαλεία που βασίζονται σε μικροεπεξεργαστή.

Μικροεπεξεργαστής- ένα εργαλείο ελεγχόμενο από λογισμικό που εκτελεί τη διαδικασία επεξεργασίας και διαχείρισης ψηφιακών πληροφοριών, που βασίζεται σε ένα ή περισσότερα ολοκληρωμένα κυκλώματα.

Οι κύριες τεχνικές παράμετροι των μικροεπεξεργαστών είναι το βάθος bit, η διευθυνσιοδοτούμενη χωρητικότητα μνήμης, η ευελιξία, ο αριθμός των εσωτερικών καταχωρητών, η παρουσία ελέγχου μικροπρογραμμάτων, ο αριθμός των επιπέδων διακοπής, ο τύπος μνήμης στοίβας και ο αριθμός των κύριων καταχωρητών, καθώς και τη σύνθεση του λογισμικού. Με βάση το πλάτος λέξης τους, οι μικροεπεξεργαστές χωρίζονται σε μικροεπεξεργαστές με σταθερό πλάτος λέξης και σε αρθρωτούς μικροεπεξεργαστές με μεταβλητό πλάτος λέξης.

Με μέσα μικροεπεξεργαστήείναι δομικά και λειτουργικά πλήρη προϊόντα υπολογιστών και εξοπλισμού ελέγχου, κατασκευασμένα με τη μορφή ή με βάση ολοκληρωμένα κυκλώματα μικροεπεξεργαστή, τα οποία, από την άποψη των απαιτήσεων για δοκιμή, αποδοχή και παράδοση, θεωρούνται ως ενιαίο σύνολο και χρησιμοποιούνται στην κατασκευή πιο πολύπλοκων εργαλείων μικροεπεξεργαστή ή συστημάτων μικροεπεξεργαστή.

Δομικά, τα μέσα μικροεπεξεργαστή κατασκευάζονται με τη μορφή μικροκυκλώματος, προϊόντος μονής πλακέτας, μονομπλόκ ή τυπικού συμπλέγματος και προϊόντα του κατώτερου επιπέδου της δομικής ιεραρχίας μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε προϊόντα υψηλότερου επιπέδου.

Συστήματα μικροεπεξεργαστών -Πρόκειται για συστήματα υπολογιστών ή ελέγχου που έχουν δημιουργηθεί με βάση εργαλεία που βασίζονται σε μικροεπεξεργαστή και μπορούν να χρησιμοποιηθούν αυτόνομα ή να ενσωματωθούν σε ένα ελεγχόμενο αντικείμενο. Δομικά, τα συστήματα μικροεπεξεργαστή κατασκευάζονται με τη μορφή μικροκυκλώματος, προϊόντος μονής πλακέτας, συμπλέγματος μονομπλόκ ή πολλών προϊόντων των υποδεικνυόμενων τύπων, ενσωματωμένα στον εξοπλισμό του ελεγχόμενου αντικειμένου ή κατασκευασμένα αυτόνομα.

Σύμφωνα με το πεδίο εφαρμογής, τα τεχνικά μέσα αυτοματισμού μπορούν να χωριστούν σε τεχνικά μέσα αυτοματοποίησης της εργασίας εργοστασιακή παραγωγήκαι τεχνικά μέσα αυτοματοποίησης άλλων εργασιών, το σημαντικότερο στοιχείο των οποίων είναι η εργασία σε ακραίες συνθήκες όπου η ανθρώπινη παρουσία είναι απειλητική για τη ζωή ή αδύνατη. Στην τελευταία περίπτωση, ο αυτοματισμός πραγματοποιείται με βάση ειδικά σταθερά και κινητά ρομπότ.

Τεχνικά μέσα αυτοματοποίησης της χημικής παραγωγής: Αναφορά. επιμ./V.S.Balakirev, L.A.Barsky, A.V.Bugrov, κ.λπ. - M.: Chemistry, 1991. –272 p.

Θέμα 2

1. Αισθητήρες

Ο αισθητήρας είναι μια συσκευή που μετατρέπει το αποτέλεσμα εισόδου οποιασδήποτε φυσικής ποσότητας σε σήμα κατάλληλο για περαιτέρω χρήση.

Οι αισθητήρες που χρησιμοποιούνται είναι αρκετά διαφορετικοί και μπορούν να ταξινομηθούν ανάλογα διάφορα σημάδια(βλ. πίνακα 1).

Ανάλογα με τον τύπο της ποσότητας εισόδου (μετρούμενη) υπάρχουν: αισθητήρες μηχανικής μετατόπισης (γραμμικοί και γωνιακοί), πνευματικοί, ηλεκτρικοί, μετρητές ροής, ταχύτητας, επιτάχυνσης, δύναμης, θερμοκρασίας, αισθητήρες πίεσης κ.λπ.

Με βάση τον τύπο της τιμής εξόδου στην οποία μετατρέπεται η τιμή εισόδου, τα μη ηλεκτρικά και τα ηλεκτρικά διακρίνονται: αισθητήρες συνεχούς ρεύματος (emf ή τάση), αισθητήρες πλάτους εναλλασσόμενου ρεύματος (emf ή τάση), αισθητήρες συχνότητας εναλλασσόμενου ρεύματος (emf ή τάση ), αισθητήρες αντίστασης (ενεργοί, επαγωγικοί ή χωρητικός) κ.λπ.

Οι περισσότεροι αισθητήρες είναι ηλεκτρικοί. Αυτό οφείλεται στα ακόλουθα πλεονεκτήματα των ηλεκτρικών μετρήσεων:

Ηλεκτρικά μεγέθηβολικό για μετάδοση σε απόσταση, και η μετάδοση πραγματοποιείται με υψηλή ταχύτητα;

Τα ηλεκτρικά μεγέθη είναι καθολικά με την έννοια ότι οποιαδήποτε άλλα μεγέθη μπορούν να μετατραπούν σε ηλεκτρικά μεγέθη και αντίστροφα.

Μετατρέπονται με ακρίβεια σε ψηφιακό κωδικό και σας επιτρέπουν να επιτύχετε υψηλή ακρίβεια, ευαισθησία και ταχύτητα των οργάνων μέτρησης.

Με βάση την αρχή λειτουργίας τους, οι αισθητήρες μπορούν να χωριστούν σε δύο κατηγορίες: γεννήτρια και παραμετρική. Μια ξεχωριστή ομάδα αποτελείται από ραδιενεργούς αισθητήρες. Οι ραδιενεργοί αισθητήρες είναι αισθητήρες που χρησιμοποιούν φαινόμενα όπως αλλαγές στις παραμέτρους υπό την επίδραση των ακτίνων g και b. ιονισμός και φωταύγεια ορισμένων ουσιών υπό την επίδραση ραδιενεργής ακτινοβολίας. Οι αισθητήρες γεννήτριας μετατρέπουν απευθείας την τιμή εισόδου σε ηλεκτρικό σήμα. Οι παραμετρικοί αισθητήρες μετατρέπουν την τιμή εισόδου σε μια αλλαγή σε οποιαδήποτε ηλεκτρική παράμετρο (R, L ή C) του αισθητήρα.

Με βάση την αρχή της λειτουργίας, οι αισθητήρες μπορούν επίσης να χωριστούν σε ωμικούς, ρεοστατικούς, φωτοηλεκτρικούς (οπτοηλεκτρονικούς), επαγωγικούς, χωρητικούς κ.λπ.

Υπάρχουν τρεις κατηγορίες αισθητήρων:

Αναλογικοί αισθητήρες, δηλαδή αισθητήρες που παράγουν αναλογικό σήμα ανάλογο με τη μεταβολή της τιμής εισόδου.

Ψηφιακούς αισθητήρες που δημιουργούν μια σειρά παλμών ή δυαδική λέξη.

Δυαδικοί (δυαδικοί) αισθητήρες που παράγουν σήμα μόνο δύο επιπέδων: "on/off" (0 ή 1).


Εικόνα 1 – Ταξινόμηση αισθητήρων για συστήματα αυτοματισμού μηχανών εξόρυξης


Απαιτήσεις για αισθητήρες:


Αδιαμφισβήτητη εξάρτηση της τιμής εξόδου από την τιμή εισόδου.

Σταθερότητα χαρακτηριστικών με την πάροδο του χρόνου.

Υψηλή ευαισθησία;

Μικρό μέγεθος και βάρος.

Χωρίς σχόλια για ελεγχόμενη διαδικασίακαι στην ελεγχόμενη παράμετρο?

Δουλεύω σε διαφορετικές συνθήκεςλειτουργία;

Διάφορες επιλογέςεγκατάσταση

Παραμετρικοί αισθητήρες

Οι παραμετρικοί αισθητήρες είναι αισθητήρες που μετατρέπουν τα σήματα εισόδου σε αλλαγή σε οποιαδήποτε παράμετρο του ηλεκτρικού κυκλώματος (R, L ή C). Σύμφωνα με αυτό, διακρίνονται αισθητήρες ενεργής αντίστασης, επαγωγικοί και χωρητικοί αισθητήρες.

Χαρακτηριστικό στοιχείοαπό αυτούς τους αισθητήρες είναι ότι χρησιμοποιούνται μόνο με εξωτερική πηγή ενέργειας.

Στον σύγχρονο εξοπλισμό αυτοματισμού, χρησιμοποιούνται ευρέως διάφοροι παραμετρικοί αισθητήρες ενεργής αντίστασης - αισθητήρες επαφής, ρεοστατικοί, ποτενσιομετρικοί αισθητήρες.

Αισθητήρες επαφής. Το πιο αξιόπιστο με αισθητήρες επαφήςΛαμβάνονται υπόψη οι μαγνητικά ελεγχόμενες σφραγισμένες επαφές (διακόπτες καλαμιού).

Εικόνα 1 – Σχηματικό διάγραμμα αισθητήρα διακόπτη καλαμιού

Το αισθητήριο στοιχείο του αισθητήρα, ο διακόπτης καλαμιού, είναι μια αμπούλα 1, στο εσωτερικό της οποίας σφραγίζονται ελατήρια επαφής (ηλεκτρόδια) 2, κατασκευασμένα από σιδηρομαγνητικό υλικό. Η γυάλινη αμπούλα είναι γεμάτη με ένα προστατευτικό αέριο (αργό, άζωτο κ.λπ.). Η στεγανότητα της αμπούλας εξαλείφει την επιβλαβή επίδραση (επιπτώσεις) του περιβάλλοντος στις επαφές, αυξάνοντας την αξιοπιστία της λειτουργίας τους. Οι επαφές του διακόπτη καλαμιού που βρίσκεται στο ελεγχόμενο σημείο του χώρου κλείνουν κάτω από τη δράση μαγνητικό πεδίο, που δημιουργείται από έναν μόνιμο μαγνήτη (ηλεκτρομαγνήτη) εγκατεστημένο σε κινούμενο αντικείμενο. Όταν οι επαφές του διακόπτη καλαμιού είναι ανοιχτές, αυτό ενεργητική αντίστασηίσο με το άπειρο, και όταν είναι κλειστό - σχεδόν μηδέν.

Το σήμα εξόδου του αισθητήρα (U out στο φορτίο R1) είναι ίσο με την τάση U p της πηγής ισχύος παρουσία μαγνήτη (αντικειμένου) στο σημείο ελέγχου και μηδέν στην απουσία του.

Οι διακόπτες Reed είναι διαθέσιμοι τόσο με επαφές δημιουργίας και διακοπής, όσο και με επαφές μεταγωγής και πολώσεις. Μερικοί τύποι διακοπτών καλαμιών - KEM, MKS, MKA.

Τα πλεονεκτήματα των αισθητήρων διακόπτη καλαμιού είναι η υψηλή αξιοπιστία και ο μέσος χρόνος μεταξύ των βλαβών (περίπου 107 λειτουργίες). Το μειονέκτημα των αισθητήρων καλαμιού είναι μια σημαντική αλλαγή στην ευαισθησία με μια ελαφρά μετατόπιση του μαγνήτη προς την κατεύθυνση κάθετη προς την κίνηση του αντικειμένου.

Οι αισθητήρες Reed χρησιμοποιούνται, κατά κανόνα, στον αυτοματισμό των εγκαταστάσεων ανύψωσης, αποχέτευσης, εξαερισμού και μεταφοράς.

Ποτενσιομετρικοί αισθητήρες. Οι ποτενσιομετρικοί αισθητήρες είναι μια μεταβλητή αντίσταση (ποτενσιόμετρο) που αποτελείται από ένα επίπεδο (λωρίδα), κυλινδρικό ή δακτυλιοειδές πλαίσιο πάνω στο οποίο ένα λεπτό σύρμα από κονταντάν ή νιχρώμιο με υψηλή αντίσταση. Ένας ολισθητήρας κινείται κατά μήκος του πλαισίου - μια συρόμενη επαφή συνδεδεμένη μηχανικά με το αντικείμενο (βλ. Εικόνα 2).

Μετακινώντας το ρυθμιστικό χρησιμοποιώντας την κατάλληλη μονάδα δίσκου, μπορείτε να αλλάξετε την αντίσταση της αντίστασης από το μηδέν στο μέγιστο. Επιπλέον, η αντίσταση του αισθητήρα μπορεί να αλλάξει τόσο σύμφωνα με έναν γραμμικό νόμο όσο και σύμφωνα με άλλους, συχνά λογαριθμικούς, νόμους. Τέτοιοι αισθητήρες χρησιμοποιούνται σε περιπτώσεις όπου είναι απαραίτητο να αλλάξετε την τάση ή το ρεύμα στο κύκλωμα φορτίου.

Εικόνα 2 - Ποτενσιομετρικός αισθητήρας

Για ένα γραμμικό ποτενσιόμετρο (βλ. Εικόνα 2) μήκος μεγάλοη τάση εξόδου καθορίζεται από την έκφραση:

,

όπου x είναι η κίνηση της βούρτσας. k=U p / μεγάλο- συντελεστής μεταφοράς. U p – τάση τροφοδοσίας.

Οι ποτενσιομετρικοί αισθητήρες χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση διαφόρων παραμέτρων διεργασίας - πίεση, επίπεδο κ.λπ., που προηγουμένως μετατράπηκαν από ένα αισθητήριο στοιχείο σε κίνηση.

Τα πλεονεκτήματα των ποτενσιομετρικών αισθητήρων είναι η σχεδιαστική τους απλότητα, το μικρό μέγεθος και η δυνατότητα να τροφοδοτούνται τόσο από συνεχές όσο και από εναλλασσόμενο ρεύμα.

Το μειονέκτημα των ποτενσιομετρικών αισθητήρων είναι η παρουσία μιας συρόμενης ηλεκτρικής επαφής, η οποία μειώνει την αξιοπιστία της λειτουργίας.

Επαγωγικοί αισθητήρες. Η αρχή λειτουργίας του επαγωγικού αισθητήρα βασίζεται σε μια αλλαγή στην επαγωγή L του πηνίου 1, που τοποθετείται στον σιδηρομαγνητικό πυρήνα 2, όταν κινείται Χάγκυρες 3 (βλ. Εικόνα 3).

Εικόνα 3 - Επαγωγικός αισθητήρας

Το κύκλωμα του αισθητήρα τροφοδοτείται από μια πηγή AC.

Το στοιχείο ελέγχου των αισθητήρων είναι μια μεταβλητή επαγωγική ηλεκτρική αντίσταση– γκάζι με μεταβλητό διάκενο αέρα.

Ο αισθητήρας λειτουργεί ως εξής. Υπό την επίδραση ενός αντικειμένου, ο οπλισμός, που πλησιάζει τον πυρήνα, προκαλεί αύξηση της σύνδεσης ροής και, κατά συνέπεια, επαγωγή του πηνίου. Με μειούμενο χάσμα ρεσε μια ελάχιστη τιμή, η επαγωγική αντίδραση του πηνίου x L = wL = 2pfL αυξάνεται στο μέγιστο, μειώνοντας το ρεύμα φορτίου RL, το οποίο είναι συνήθως ένα ηλεκτρομαγνητικό ρελέ. Τα τελευταία, με τις επαφές τους, τον έλεγχο διακόπτη, την προστασία, τα κυκλώματα παρακολούθησης κ.λπ.

Πλεονεκτήματα επαγωγικοί αισθητήρες– απλότητα της συσκευής και αξιοπιστία λειτουργίας λόγω της απουσίας μηχανικής σύνδεσης μεταξύ του πυρήνα και του οπλισμού, συνήθως προσαρτημένου σε κινούμενο αντικείμενο, η θέση του οποίου ελέγχεται. Οι λειτουργίες μιας άγκυρας μπορούν να εκτελεστούν από ένα ίδιο το αντικείμενο που έχει σιδηρομαγνητικά μέρη, για παράδειγμα μια παράκαμψη κατά τον έλεγχο της θέσης του στον άξονα.

Τα μειονεκτήματα των επαγωγικών αισθητήρων είναι η μη γραμμικότητα των χαρακτηριστικών και η σημαντική ηλεκτρομαγνητική δύναμη έλξης του οπλισμού προς τον πυρήνα. Για τη μείωση των δυνάμεων και τη συνεχή μέτρηση των μετατοπίσεων, χρησιμοποιούνται αισθητήρες τύπου σωληνοειδούς ή ονομάζονται διαφορικοί.

Χωρητικοί αισθητήρες. Οι χωρητικοί αισθητήρες είναι δομικά μεταβλητοί πυκνωτές διαφόρων σχεδίων και σχημάτων, αλλά πάντα με δύο πλάκες, μεταξύ των οποίων υπάρχει ένα διηλεκτρικό μέσο. Τέτοιοι αισθητήρες χρησιμοποιούνται για τη μετατροπή των μηχανικών γραμμικών ή γωνιακών κινήσεων, καθώς και της πίεσης, της υγρασίας ή του περιβαλλοντικού επιπέδου σε αλλαγή χωρητικότητας. Σε αυτή την περίπτωση, για τον έλεγχο μικρών γραμμικών κινήσεων, χρησιμοποιούνται πυκνωτές στους οποίους αλλάζει το διάκενο αέρα μεταξύ των πλακών. Για τον έλεγχο των γωνιακών κινήσεων, χρησιμοποιούνται πυκνωτές με σταθερό κενό και μεταβλητή επιφάνεια εργασίας των πλακών. Για την παρακολούθηση των επιπέδων πλήρωσης της δεξαμενής χύμα υλικάή υγρά με σταθερά κενά και περιοχές εργασίας των πλακών - πυκνωτών με τη διηλεκτρική σταθερά του υπό έλεγχο μέσου. Η ηλεκτρική χωρητικότητα ενός τέτοιου πυκνωτή υπολογίζεται από τον τύπο

όπου: S - Συνολική περιοχή τομής των πλακών. δ - απόσταση μεταξύ των πλακών. ε είναι η διηλεκτρική σταθερά του μέσου μεταξύ των πλακών. ε 0 είναι η διηλεκτρική σταθερά.

Με βάση το σχήμα των πλακών, διακρίνονται επίπεδοι, κυλινδρικοί και άλλοι τύποι μεταβλητών πυκνωτών.

Οι χωρητικοί αισθητήρες λειτουργούν μόνο σε συχνότητες άνω των 1000 Hz. Η χρήση σε βιομηχανική συχνότητα είναι πρακτικά αδύνατη λόγω της υψηλής χωρητικότητας (Xc = = ).

Αισθητήρες γεννήτριας

Οι αισθητήρες γεννήτριας είναι αισθητήρες που μετατρέπουν απευθείας διάφορα είδη ενέργειας σε ηλεκτρική ενέργεια. Δεν απαιτούν εξωτερικές πηγές ενέργειας επειδή παράγουν οι ίδιοι ηλεκτρικό ρεύμα Οι αισθητήρες γεννήτριας χρησιμοποιούν γνωστά φυσικά φαινόμενα: η εμφάνιση EMF στα θερμοζεύγη όταν θερμαίνονται, σε φωτοκύτταρα με στρώμα φραγμού όταν φωτίζονται, το πιεζοηλεκτρικό φαινόμενο και το φαινόμενο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής.

Αισθητήρες επαγωγής. ΣΕ αισθητήρες επαγωγήςμετατροπή μιας εισερχόμενης μη ηλεκτρικής ποσότητας σε επαγόμενη emf. χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της ταχύτητας κίνησης, γραμμικών ή γωνιακών κινήσεων. Ε.μ.φ. σε τέτοιους αισθητήρες προκαλείται σε πηνία ή περιελίξεις από χαλκό μονωμένο σύρμακαι τοποθετείται σε μαγνητικούς πυρήνες από ηλεκτρικό χάλυβα.

Οι μικρογεννήτριες μικρού μεγέθους που μετατρέπουν τη γωνιακή ταχύτητα ενός αντικειμένου σε emf, η τιμή της οποίας είναι ευθέως ανάλογη με την ταχύτητα περιστροφής του άξονα εξόδου του αντικειμένου δοκιμής, ονομάζονται ταχογεννήτριες συνεχών και εναλλασσόμενων ρευμάτων. Τα κυκλώματα ταχογεννητριών με και χωρίς ανεξάρτητη περιέλιξη διέγερσης φαίνονται στο Σχήμα 4.

Σχήμα 4 - Σχέδια ταχογεννητριών με και χωρίς ανεξάρτητη περιέλιξη διέγερσης

Οι ταχογεννήτριες συνεχούς ρεύματος είναι μια ηλεκτρική μηχανή με μεταγωγέα με οπλισμό και περιέλιξη διέγερσης ή μόνιμο μαγνήτη. Τα τελευταία δεν απαιτούν πρόσθετη πηγή ενέργειας. Η αρχή λειτουργίας τέτοιων ταχογεννητριών είναι ότι προκαλείται ένα emf στον οπλισμό, ο οποίος περιστρέφεται στη μαγνητική ροή (F) ενός μόνιμου μαγνήτη ή περιέλιξης πεδίου. (Ε), η τιμή του οποίου είναι ανάλογη με τη συχνότητα περιστροφής (ω) του αντικειμένου:

E = cΦn = cΦω

Για να διατηρηθεί η γραμμική εξάρτηση του emf. ανάλογα με την ταχύτητα περιστροφής του οπλισμού, είναι απαραίτητο η αντίσταση φορτίου της ταχογεννήτριας να παραμένει πάντα αμετάβλητη και να είναι πολλές φορές μεγαλύτερη από την αντίσταση της περιέλιξης του οπλισμού. Το μειονέκτημα των ταχογεννητριών συνεχούς ρεύματος είναι η παρουσία μετατροπέα και βουρτσών, γεγονός που μειώνει σημαντικά την αξιοπιστία του. Ο συλλέκτης παρέχει μετατροπή εναλλασσόμενου emf. άγκυρες μέσα D.C..

Πιο αξιόπιστη είναι μια ταχογεννήτρια εναλλασσόμενου ρεύματος, στην οποία η εγγενώς ασφαλής περιέλιξη εξόδου βρίσκεται στον στάτορα και ο ρότορας είναι ένας μόνιμος μαγνήτης με αντίστοιχη σταθερή μαγνητική ροή. Μια τέτοια ταχογεννήτρια δεν απαιτεί συλλέκτη, αλλά το μεταβλητό emf. μετατρέπεται σε συνεχές ρεύμα χρησιμοποιώντας κυκλώματα διόδου γέφυρας. Η αρχή λειτουργίας μιας ταχογεννήτριας σύγχρονου εναλλασσόμενου ρεύματος είναι ότι όταν ο ρότορας περιστρέφεται από το αντικείμενο ελέγχου, προκαλείται ένα μεταβλητό emf στην περιέλιξή του, το πλάτος και η συχνότητα του οποίου είναι ευθέως ανάλογα με την ταχύτητα περιστροφής του δρομέα. Λόγω του γεγονότος ότι η μαγνητική ροή του ρότορα περιστρέφεται με την ίδια συχνότητα με τον ίδιο τον ρότορα, μια τέτοια ταχογεννήτρια ονομάζεται σύγχρονη. Μειονέκτημα σύγχρονη γεννήτριαείναι ότι διαθέτει ρουλεμάν, κάτι που δεν είναι κατάλληλο για συνθήκες εξόρυξης. Το διάγραμμα για τον έλεγχο της ταχύτητας ενός μεταφορικού ιμάντα με μια σύγχρονη ταχογεννήτρια φαίνεται στο σχήμα 5. Το σχήμα 5 δείχνει: 1 - μαγνητικό ρότορα της ταχογεννήτριας, 2 - κύλινδρο κίνησης με πέλμα, 3 - μεταφορική ταινία, 4 - περιέλιξη στάτορα του ταχογεννήτρια.

Εικόνα 5 - Σχέδιο για τον έλεγχο της ταχύτητας του σύγχρονου ιμάντα μεταφοράς

ταχογεννήτρια

Για μέτρηση γραμμική ταχύτηταΓια τη μέτρηση της κίνησης των τμημάτων εργασίας των μεταφορέων με ξύστρα, χρησιμοποιούνται αισθητήρες μαγνητικής επαγωγής, οι οποίοι δεν έχουν καθόλου κινούμενα μέρη. Το κινούμενο μέρος (οπλισμός) σε αυτή την περίπτωση είναι οι χαλύβδινες ξύστρες του μεταφορέα, που κινούνται στη μαγνητική ροή ενός αισθητήρα μόνιμου μαγνήτη με ένα εγγενώς ασφαλές πηνίο. Όταν οι χαλύβδινες ξύστρες διασχίζουν μια μαγνητική ροή στο πηνίο, προκαλείται ένα μεταβλητό EMF, ευθέως ανάλογο με την ταχύτητα κίνησης και αντιστρόφως ανάλογο με το διάκενο μεταξύ του χαλύβδινου πυρήνα του πηνίου και της ξύστρας. Η μαγνητική ροή, η οποία οδηγεί στο emf, στο πηνίο σε αυτή την περίπτωση αλλάζει υπό την επίδραση χαλύβδινων ξύστρων, οι οποίες κινούνται πάνω από τον αισθητήρα, προκαλούν διακυμάνσεις στη μαγνητική αντίσταση κατά μήκος της διαδρομής κλεισίματος της μαγνητικής ροής που σχηματίζεται από τον μόνιμο μαγνήτη . Το διάγραμμα για την παρακολούθηση της ταχύτητας κίνησης του σώματος εργασίας ενός μεταφορέα ξύστρα με χρήση αισθητήρα μαγνητικής επαγωγής φαίνεται στο σχήμα 6. Το σχήμα 6 δείχνει: 1 - μεταφορέας ξύστρα, 2 - πυρήνας από χάλυβα, 3 - ροδέλα από χάλυβα, 4 - πλαστική ροδέλα , Μόνιμος μαγνήτης 5 - δακτυλίων, 6 - πηνίο αισθητήρα

Εικόνα 6 - Σχέδιο για τον έλεγχο της ταχύτητας κίνησης του σώματος εργασίας

μεταφορέας ξύστρας με αισθητήρα μαγνητικής επαγωγής

Μαγνητοελαστικοί αισθητήρες.Η αρχή λειτουργίας των μαγνητοελαστικών αισθητήρων βασίζεται στην ιδιότητα των σιδηρομαγνητικών υλικών να αλλάζουν τη μαγνητική διαπερατότητα m όταν παραμορφώνονται. Αυτή η ιδιότητα ονομάζεται μαγνητοελαστικότητα, η οποία χαρακτηρίζεται από μαγνητοελαστική ευαισθησία

Υψηλότερη τιμήΤο S m = 200 H/m2 βασίζεται σε permallay (κράμα σιδήρου-νικελίου). Ορισμένες ποικιλίες permallay, όταν επιμηκύνονται κατά 0,1%, αυξάνουν τον συντελεστή μαγνητικής διαπερατότητας έως και 20%. Ωστόσο, για να επιτευχθούν ακόμη και τόσο μικρές επιμηκύνσεις, απαιτείται φορτίο της τάξης των 100 - 200 N/mm, το οποίο είναι πολύ άβολο και οδηγεί στην ανάγκη μείωσης της διατομής του σιδηρομαγνητικού υλικού και απαιτεί μια πηγή ισχύος με συχνότητα της τάξης των kilohertz.

Δομικά, ο μαγνητοελαστικός αισθητήρας είναι ένα πηνίο 1 με ένα κλειστό μαγνητικό κύκλωμα 2 (βλ. Εικόνα 7). Η ελεγχόμενη δύναμη P, παραμορφώνοντας τον πυρήνα, αλλάζει τη μαγνητική διαπερατότητά του και, κατά συνέπεια, την επαγωγική αντίσταση του πηνίου. Το ρεύμα φορτίου RL, για παράδειγμα, ένα ρελέ, καθορίζεται από την αντίσταση του πηνίου.

Οι μαγνητοελαστικοί αισθητήρες χρησιμοποιούνται για την παρακολούθηση των δυνάμεων (για παράδειγμα, κατά τη φόρτωση σκαφών και τη φύτευση κλωβών σε γροθιές), τις πιέσεις των βράχων κ.λπ.

Τα πλεονεκτήματα των μαγνητοελαστικών αισθητήρων είναι η απλότητα και η αξιοπιστία.

Τα μειονεκτήματα των μαγνητοελαστικών αισθητήρων είναι ότι απαιτούνται ακριβά υλικά για μαγνητικά κυκλώματα και ειδική επεξεργασία τους.

Εικόνα 7 – Μαγνητοελαστικός αισθητήρας

Πιεζοηλεκτρικοί αισθητήρες. Το πιεζοηλεκτρικό φαινόμενο είναι εγγενές σε μονοκρυστάλλους ορισμένων διηλεκτρικών ουσιών (χαλαζίας, τουρμαλίνη, άλας Rochelle, κ.λπ.). Η ουσία του αποτελέσματος είναι ότι υπό τη δράση δυναμικών μηχανικών δυνάμεων στον κρύσταλλο, ηλεκτρικά φορτία, το μέγεθος του οποίου είναι ανάλογο με την ελαστική παραμόρφωση του κρυστάλλου. Οι διαστάσεις και ο αριθμός των κρυστάλλινων πλακών επιλέγονται με βάση την αντοχή και την απαιτούμενη ποσότητα φόρτισης. Οι πιεζοηλεκτρικοί αισθητήρες στις περισσότερες περιπτώσεις χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση δυναμικών διεργασιών και φορτίων κραδασμών, κραδασμών κ.λπ.

Θερμοηλεκτρικοί αισθητήρες. Για τη μέτρηση θερμοκρασιών σε εντός ευρέων ορίωνΧρησιμοποιούνται θερμοηλεκτρικοί αισθητήρες 200-2500 °C - θερμοστοιχεία, που εξασφαλίζουν τη μετατροπή της θερμικής ενέργειας σε ηλεκτρικό emf. Η αρχή λειτουργίας ενός θερμοστοιχείου βασίζεται στο φαινόμενο του θερμοηλεκτρικού φαινομένου, το οποίο συνίσταται στο γεγονός ότι όταν η ένωση και τα άκρα των θερμοηλεκτροδίων τοποθετούνται σε περιβάλλον με διαφορετικές θερμοκρασίες t 1 και t 2 σε έναν κύκλο που σχηματίζεται από ένα θερμοηλεκτρόδιο και ένα millivoltmeter, εμφανίζεται ένα thermo emf, ανάλογο της διαφοράς μεταξύ αυτών των θερμοκρασιών

Εικόνα 8 - Διάγραμμα θερμοστοιχείου

Οι αγωγοί Α και Β των θερμοζευγών είναι κατασκευασμένοι από ανόμοια μέταλλα και τα κράματά τους. Το φαινόμενο του θερμοηλεκτρικού φαινομένου δίνεται από έναν συνδυασμό τέτοιων αγωγών Α και Β, χαλκού-κωνσταντάνης (έως 300 ° C), χαλκού - κόπελ (έως 600 ° C), χρωμίου - κόπελ (έως 800 ° C), σίδηρος - κόπελ (έως 800 ° C) , χρωμέλ - αλουμέλ (έως 1300 ° C), πλατίνα - πλατίνα-ρόδιο (έως 1600 ° C), κ.λπ.

Θερμική τιμή emf για διάφοροι τύποιτα θερμοστοιχεία κυμαίνονται από δέκατα έως δεκάδες millivolt. Για παράδειγμα, για ένα θερμοστοιχείο χαλκού-σταθεράς αλλάζει από 4,3 σε –6,18 mB όταν η θερμοκρασία σύνδεσης αλλάζει από + 100 σε – 260 o C.

Αισθητήρες θερμίστορ.Η αρχή λειτουργίας των αισθητήρων θερμίστορ βασίζεται στην ιδιότητα του αισθητηρίου στοιχείου - του θερμίστορ - να αλλάζει την αντίσταση όταν αλλάζει η θερμοκρασία. Τα θερμίστορ κατασκευάζονται από μέταλλα (χαλκός, νικέλιο, ατίνη κ.λπ.) και ημιαγωγούς (μείγματα οξειδίων μετάλλων - χαλκού, μαγγανίου κ.λπ.). Ένα μεταλλικό θερμίστορ είναι κατασκευασμένο από σύρμα, για παράδειγμα, διάμετρος χαλκούπερίπου 0,1 mm, τυλιγμένο σε σπείρα σε πλαίσιο μαρμαρυγίας, πορσελάνης ή χαλαζία. Ένα τέτοιο θερμίστορ περικλείεται σε έναν προστατευτικό σωλήνα με ακροδέκτες, ο οποίος βρίσκεται στο σημείο ελέγχου θερμοκρασίας του αντικειμένου.

Τα θερμίστορ ημιαγωγών κατασκευάζονται με τη μορφή μικρών ράβδων και δίσκων με καλώδια.

Με την αύξηση της θερμοκρασίας, η αντίσταση των μεταλλικών θερμίστορ αυξάνεται, ενώ για τους περισσότερους ημιαγωγούς μειώνεται.

Το πλεονέκτημα των θερμίστορ ημιαγωγών είναι η υψηλή θερμική ευαισθησία τους (30 φορές μεγαλύτερη από τα μεταλλικά).

Το μειονέκτημα των θερμίστορ ημιαγωγών είναι η μεγάλη εξάπλωση της αντίστασης και η χαμηλή σταθερότητα, γεγονός που καθιστά δύσκολη τη χρήση τους για μετρήσεις. Επομένως, θερμίστορ ημιαγωγών σε συστήματα αυτοματισμού ορυχείων τεχνολογικές εγκαταστάσειςχρησιμοποιείται κυρίως για την παρακολούθηση των τιμών θερμοκρασίας των αντικειμένων και τη θερμική προστασία τους. Σε αυτή την περίπτωση, συνδέονται συνήθως σε σειρά με ηλεκτρομαγνητικό ρελέ στην πηγή ισχύος.

Για τη μέτρηση της θερμοκρασίας, το θερμίστορ RK περιλαμβάνεται σε ένα κύκλωμα γέφυρας, το οποίο μετατρέπει τη μέτρηση της αντίστασης σε τάση στην έξοδο Uout, που χρησιμοποιείται στο σύστημα αυτόματου ελέγχου ή στο σύστημα μέτρησης.

Η γέφυρα μπορεί να είναι ισορροπημένη ή μη ισορροπημένη.

Χρησιμοποιείται μια ισορροπημένη γέφυρα με τη μέθοδο μηδενικής μέτρησης. Σε αυτή την περίπτωση, η αντίσταση R3 αλλάζει (για παράδειγμα, από μια ειδική αυτόματη συσκευή) μετά την αλλαγή της αντίστασης του θερμίστορ Rt κατά τέτοιο τρόπο ώστε να διασφαλίζεται η ισότητα του δυναμικού στα σημεία Α και Β. Εάν η κλίμακα του Η αντίσταση R3 βαθμολογείται σε μοίρες, τότε η θερμοκρασία μπορεί να διαβαστεί από τη θέση του ολισθητήρα της. Το πλεονέκτημα αυτής της μεθόδου είναι η υψηλή ακρίβεια, αλλά το μειονέκτημα είναι η πολυπλοκότητα της συσκευής μέτρησης, η οποία είναι ένα αυτόματο σύστημα παρακολούθησης.

Μια μη ισορροπημένη γέφυρα παράγει ένα σήμα Uout, ανάλογο με την υπερθέρμανση του αντικειμένου. Επιλέγοντας τις αντιστάσεις των αντιστάσεων R1, R2, R3, επιτυγχάνεται η ισορροπία της γέφυρας στην αρχική τιμή θερμοκρασίας, διασφαλίζοντας ότι πληρούται η συνθήκη

Rt / R1= R3 / R2

Εάν η τιμή της ελεγχόμενης θερμοκρασίας και, κατά συνέπεια, η αντίσταση Rt αλλάξει, η ισορροπία της γέφυρας θα διαταραχθεί. Εάν συνδέσετε μια συσκευή mV με κλίμακα βαθμολογημένη σε βαθμούς στην έξοδό της, η βελόνα της συσκευής θα δείξει τη μετρούμενη θερμοκρασία.

Μετρητής ροής επαγωγής

Για έλεγχο τροφοδοσίας αντλητική μονάδαΓια την αποστράγγιση, είναι δυνατή η χρήση μετρητών ροής επαγωγής, για παράδειγμα, τύπου IR-61M. Η αρχή λειτουργίας ενός μετρητή ροής επαγωγής βασίζεται στο νόμο του Faraday (νόμος της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής).

Το διάγραμμα σχεδιασμού ενός επαγωγικού ροόμετρου φαίνεται στο Σχήμα 9. Όταν ένα αγώγιμο υγρό ρέει σε μια σωλήνωση μεταξύ των πόλων ενός μαγνήτη, εμφανίζεται ένα emf προς την κατεύθυνση κάθετη προς την κατεύθυνση του υγρού και προς την κατεύθυνση της κύριας μαγνητικής ροής . U στα ηλεκτρόδια, ανάλογη με την ταχύτητα του ρευστού v:

όπου B είναι η μαγνητική επαγωγή στο διάκενο μεταξύ των πόλων του μαγνήτη. δ – εσωτερική διάμετρος του αγωγού.

Σχήμα 9 – Διάγραμμα σχεδίασης επαγωγικού ροόμετρου

Αν εκφράσουμε την ταχύτητα v ως προς τον ογκομετρικό ρυθμό ροής Q, δηλ.

Πλεονεκτήματα ενός μετρητή ροής επαγωγής:

Έχουν μια μικρή αδράνεια αναγνώσεων.

Δεν υπάρχουν εξαρτήματα μέσα στον αγωγό εργασίας (επομένως έχουν ελάχιστες υδραυλικές απώλειες).

Μειονεκτήματα του μετρητή ροής:

Οι μετρήσεις εξαρτώνται από τις ιδιότητες του υγρού που μετράται (ιξώδες, πυκνότητα) και τη φύση της ροής (στρωτή, τυρβώδης).

Μετρητές ροής υπερήχων

Η αρχή λειτουργίας των μετρητών ροής υπερήχων είναι αυτή

η ταχύτητα διάδοσης του υπερήχου σε ένα κινούμενο μέσο αερίου ή υγρού είναι ίση με το γεωμετρικό άθροισμα της μέσης ταχύτητας κίνησης του μέσου v και της φυσικής ταχύτητας του ήχου σε αυτό το μέσο.

Το διάγραμμα σχεδιασμού του μετρητή ροής υπερήχων φαίνεται στο Σχήμα 10.

Εικόνα 10 - Διάγραμμα σχεδίασης ροόμετρου υπερήχων

Ο εκπομπός Ι δημιουργεί υπερηχητικούς κραδασμούς με συχνότητα 20 Hz και άνω, οι οποίοι πέφτουν στον δέκτη P, ο οποίος καταγράφει αυτούς τους κραδασμούς (βρίσκεται σε απόσταση l). Ο ρυθμός ροής F είναι ίσος με

όπου S είναι η περιοχή διατομής της ροής του ρευστού. C – ταχύτητα ήχου στο μέσο (για υγρό 1000-1500 m/s).

t1 είναι η διάρκεια διάδοσης του ηχητικού κύματος προς την κατεύθυνση της ροής από τον πομπό I1 στον δέκτη P1.

t 2 – διάρκεια διάδοσης του ηχητικού κύματος ενάντια στη ροή από τον πομπό I2 στον δέκτη P2.

l είναι η απόσταση μεταξύ του πομπού I και του δέκτη P.

k – συντελεστής λαμβάνοντας υπόψη την κατανομή των ταχυτήτων στη ροή.

Πλεονεκτήματα ενός μετρητή ροής υπερήχων:

α) υψηλή αξιοπιστία και ταχύτητα·

β) την ικανότητα μέτρησης μη αγώγιμων υγρών.

Μειονέκτημα: αυξημένες απαιτήσεις για μόλυνση της ελεγχόμενης ροής νερού.

2. Συσκευές μετάδοσης δεδομένων

Οι πληροφορίες μεταφέρονται από το αντικείμενο αυτοματισμού στη συσκευή ελέγχου μέσω γραμμών επικοινωνίας (κανάλια). Ανάλογα με το φυσικό μέσο μέσω του οποίου μεταδίδονται οι πληροφορίες, τα κανάλια επικοινωνίας μπορούν να χωριστούν σε ακόλουθους τύπους:

– καλωδιακές γραμμές– ηλεκτρικό (συμμετρικό, ομοαξονικό, συνεστραμμένο ζευγάρι", κ.λπ.), οπτικών ινών και συνδυασμένα ηλεκτρικά καλώδιαμε πυρήνες οπτικών ινών.

– τροφοδοσία χαμηλής και υψηλής τάσης Ηλεκτρισμός του διχτυού;

– υπέρυθρα κανάλια

– ραδιοφωνικά κανάλια.

Η μετάδοση πληροφοριών μέσω καναλιών επικοινωνίας μπορεί να μεταδοθεί χωρίς συμπίεση πληροφοριών, δηλ. Ένα σήμα πληροφοριών (αναλογικό ή διακριτό) μεταδίδεται σε ένα κανάλι και με τη συμπίεση πληροφοριών, πολλά σήματα πληροφοριών μεταδίδονται μέσω ενός καναλιού επικοινωνίας. Η συμπίεση πληροφοριών χρησιμοποιείται για απομακρυσμένη μετάδοση πληροφοριών σε μεγάλη απόσταση (για παράδειγμα, από εξοπλισμό αυτοματισμού που βρίσκεται σε οδόστρωμα σε μηχανισμό κοπής ή από τμήμα ορυχείου στην επιφάνεια σε έναν αποστολέα) και μπορεί να γίνει χρησιμοποιώντας διάφορους τύπους σημάτων κωδικοποίηση.

Τεχνικά συστήματα, που διασφαλίζουν τη μετάδοση πληροφοριών σχετικά με την κατάσταση του αντικειμένου και εντολές ελέγχου σε απόσταση μέσω καναλιών επικοινωνίας συστήματα τηλεχειρισμού και μέτρησηςή τηλεμηχανικά συστήματα. Στα συστήματα τηλεχειρισμού και μέτρησης, κάθε σήμα χρησιμοποιεί τη δική του γραμμή - ένα κανάλι επικοινωνίας. Όσα σήματα υπάρχουν, τόσα κανάλια επικοινωνίας απαιτούνται. Επομένως, όταν τηλεχειριστήριοκαι μέτρησης, ο αριθμός των ελεγχόμενων αντικειμένων, ειδικά σε μεγάλες αποστάσεις, είναι συνήθως περιορισμένος. Σε τηλεμηχανικά συστήματα μετάδοσης πολλών μηνυμάτων ένας μεγάλος αριθμόςΤα αντικείμενα χρησιμοποιούν μόνο μία γραμμή ή ένα κανάλι επικοινωνίας. Οι πληροφορίες μεταδίδονται σε κωδικοποιημένη μορφή και κάθε αντικείμενο «γνωρίζει» τον κώδικά του, επομένως ο αριθμός των ελεγχόμενων ή διαχειριζόμενων αντικειμένων είναι πρακτικά απεριόριστος, μόνο ο κώδικας θα είναι πιο περίπλοκος. Τα συστήματα τηλεμηχανικής χωρίζονται σε διακριτά και αναλογικά. Τα διακριτά συστήματα τηλεχειρισμού ονομάζονται συστήματα τηλεσυναγερμού(TS), παρέχουν τη μετάδοση ενός πεπερασμένου αριθμού καταστάσεων αντικειμένων (για παράδειγμα, "on", "off"). Τα αναλογικά συστήματα παρακολούθησης τηλεόρασης ονομάζονται συστήματα τηλεμέτρησης(TI), παρέχουν τη μετάδοση συνεχών αλλαγών σε οποιεσδήποτε παραμέτρους που χαρακτηρίζουν την κατάσταση του αντικειμένου (για παράδειγμα, αλλαγές στην τάση, το ρεύμα, την ταχύτητα κ.λπ.).

Τα στοιχεία που συνθέτουν διακριτά σήματα έχουν διάφορα ποιοτικά χαρακτηριστικά: πλάτος παλμού, πολικότητα και διάρκεια παλμού, συχνότητα ή φάση εναλλασσόμενου ρεύματος, κωδικός αποστολής μιας σειράς παλμών. Τα τηλεμηχανικά συστήματα αναλύονται λεπτομερέστερα στο.

Για την ανταλλαγή πληροφοριών μεταξύ ελεγκτών μικροεπεξεργαστή διαφόρων συσκευών συστημάτων αυτοματισμού, συμπεριλαμβανομένων των υπολογιστών ελέγχου, χρησιμοποιούνται ειδικά μέσα, μέθοδοι και κανόνες αλληλεπίδρασης – διεπαφές. Ανάλογα με τη μέθοδο μεταφοράς δεδομένων, γίνεται διάκριση μεταξύ παράλληλων και σειριακών διεπαφών. ΣΕ παράλληλη διεπαφή q bits δεδομένων μεταδίδονται qγραμμές επικοινωνίας. ΣΕ σειριακή διεπαφήΗ μετάδοση δεδομένων πραγματοποιείται συνήθως σε δύο γραμμές: η μία μεταδίδει συνεχώς παλμούς ρολογιού (συγχρονίζοντας) από το χρονόμετρο και η δεύτερη μεταφέρει πληροφορίες.

Στα συστήματα αυτοματισμού μηχανών εξόρυξης, συχνότερα χρησιμοποιούνται σειριακές διεπαφές των προτύπων RS232 και RS485.

Η διεπαφή RS232 παρέχει επικοινωνία μεταξύ δύο υπολογιστών, ενός υπολογιστή ελέγχου και ενός μικροελεγκτή ή επικοινωνία μεταξύ δύο μικροελεγκτών με ταχύτητες έως και 19600 bps σε απόσταση έως και 15 μέτρων.

Η διεπαφή RS-485 παρέχει ανταλλαγή δεδομένων μεταξύ πολλών συσκευών μέσω μιας γραμμής επικοινωνίας δύο καλωδίων σε λειτουργία ημι-αμφίδρομης λειτουργίας. Η διεπαφή RS-485 παρέχει μεταφορά δεδομένων με ταχύτητες έως και 10 Mbit/s. Το μέγιστο εύρος μετάδοσης εξαρτάται από την ταχύτητα: με ταχύτητα 10 Mbit/s μέγιστο μήκοςγραμμή - 120 m, με ταχύτητα 100 kbit/s - 1200 μ. Ο αριθμός των συσκευών που συνδέονται σε μία γραμμή διασύνδεσης εξαρτάται από τον τύπο των πομποδέκτη που χρησιμοποιούνται στη συσκευή. Ένας πομπός έχει σχεδιαστεί για να ελέγχει 32 τυπικούς δέκτες. Διατίθενται δέκτες με σύνθετες αντιστάσεις εισόδου 1/2, 1/4, 1/8 του προτύπου. Όταν χρησιμοποιείτε τέτοιους δέκτες, ο συνολικός αριθμός συσκευών μπορεί να αυξηθεί αναλόγως: 64, 128 ή 256. Η μεταφορά δεδομένων μεταξύ ελεγκτών πραγματοποιείται σύμφωνα με κανόνες που ονομάζονται πρωτόκολλα. Τα πρωτόκολλα ανταλλαγής στα περισσότερα συστήματα λειτουργούν με βάση την αρχή master-slave. Μία συσκευή στον αυτοκινητόδρομο είναι η κύρια και ξεκινά την ανταλλαγή στέλνοντας αιτήματα σε εξαρτημένες συσκευές, οι οποίες διαφέρουν ως προς τις λογικές διευθύνσεις. Ένα από τα δημοφιλή πρωτόκολλα είναι το πρωτόκολλο Modbus.

2. Ενεργοποιητές

Εκτέλεση της απόφασης, δηλ. πραγματοποιείται η υλοποίηση της ενέργειας ελέγχου που αντιστοιχεί στο παραγόμενο σήμα ελέγχου ενεργοποιητές (ED).Γενικά, ένας ενεργοποιητής είναι ένας συνδυασμός ενεργοποιητή (AM) και ρυθμιστικού φορέα (RO). Η θέση των ενεργοποιητών στο μπλοκ διάγραμμα του τοπικού ACS φαίνεται στο Σχήμα 11.

Εικόνα 11 - Θέση ενεργοποιητών στο μπλοκ διάγραμμα ενός τοπικού συστήματος αυτόματου ελέγχου

Ένας ενεργοποιητής (AM) είναι μια συσκευή που έχει σχεδιαστεί για να μετατρέπει τα σήματα ελέγχου που παράγονται από τη μονάδα ελέγχου (PLC) σε σήματα κατάλληλα για τον επηρεασμό της τελικής ζεύξης του ACS - του ρυθμιστικού φορέα (RO).

Ο ενεργοποιητής αποτελείται από τα ακόλουθα βασικά στοιχεία:

εκτελεστικός κινητήρας (ηλεκτρικός κινητήρας, έμβολο, μεμβράνη).

στοιχείο συμπλέκτη (σύζευξη, μεντεσέ).

στοιχείο μετατροπής μετάδοσης (κιβώτιο ταχυτήτων με μοχλό ή ράβδο εξόδου).

ενισχυτής ισχύος (ηλεκτρικός, πνευματικός, υδραυλικός, συνδυασμένος)

Σε ένα συγκεκριμένο μοντέλο MI, μπορεί να λείπουν ορισμένα στοιχεία (εκτός από τον κινητήρα του ενεργοποιητή).

Η κύρια απαίτηση για το IM: κίνηση του RO με τη μικρότερη δυνατή παραμόρφωση των νόμων ελέγχου του παραγόμενου PLC, δηλ. Το MI πρέπει να έχει επαρκή ταχύτητα και ακρίβεια.

Τα κύρια χαρακτηριστικά:

α) ονομαστική και μέγιστη τιμή ροπής

στον άξονα εξόδου (περιστροφικό) ή δυνάμεις στη ράβδο εξόδου.

β) ο χρόνος περιστροφής του άξονα εξόδου του IM ή η διαδρομή της ράβδου του.

γ) τη μέγιστη τιμή της γωνίας περιστροφής ή διαδρομής του άξονα εξόδου

δ) νεκρή ζώνη.

Οι ενεργοποιητές ταξινομούνται σύμφωνα με τα ακόλουθα σημάδια:

1) κίνηση του ρυθμιστικού σώματος (περιστροφικό και γραμμικό).

2) σχέδιο(ηλεκτρικό, υδραυλικό, πνευματικό);

Ηλεκτρικό – με κινητήρες ηλεκτρικός κινητήραςκαι έναν ηλεκτρομαγνήτη.

Υδραυλικό – με κινητήρες: έμβολο, έμβολο, από υδραυλικό κινητήρα.

Πνευματικό – με κινητήρες: έμβολο, έμβολο, μεμβράνη, διάφραγμα, από κινητήρα αέρα.

Στην πράξη, το ηλεκτρικό MI χρησιμοποιείται ευρύτερα. Τα ηλεκτρικά MI ταξινομούνται ως:

ηλεκτρομαγνητικός;

ηλεκτρικός κινητήρας

Τα ηλεκτρομαγνητικά ΜΙ χωρίζονται σε:

IM με δίσκους από ηλεκτρομαγνητικές συνδέσειςΣχεδιασμένο να μεταδίδει περιστροφική κίνηση (συμπλέκτης τριβής και ολίσθησης.

Τα IM με ηλεκτρομαγνητική κίνηση είναι συσκευές 2 θέσεων (δηλαδή, σχεδιασμένες για έλεγχο 2 θέσεων) που πραγματοποιούν μεταφορική κίνηση των στοιχείων μετάδοσης κίνησης σύμφωνα με τη διακριτή αρχή: "on - off".

Οι ηλεκτροκινητήρες MI χωρίζονται σε:

μονή στροφή - η γωνία περιστροφής του άξονα εξόδου δεν υπερβαίνει τα 360 0. Παράδειγμα: MEO (ηλεκτρικός μηχανισμός μονής στροφής). Χρησιμοποιούν μονοφασικούς και τριφασικούς (MEOK, MEOB) ασύγχρονους κινητήρες.

πολλαπλή περιστροφή – για τηλεχειριστήριο και τοπικό έλεγχο εξαρτήματα σωληνώσεων(βαλβίδες).

Στα συστήματα αυτοματισμού μηχανών εξόρυξης, οι ηλεκτρικοί υδραυλικοί διανομείς, για παράδειγμα οι τύποι GSD και 1RP2, χρησιμοποιούνται ευρέως ως ενεργοποιητές. Ο ηλεκτρικός υδραυλικός διανομέας 1RP2 έχει σχεδιαστεί για να ελέγχει την ταχύτητα τροφοδοσίας και τα στοιχεία κοπής του συνδυασμού ως μέρος των αυτόματων ελεγκτών φορτίου URAN.1M και του συστήματος αυτοματισμού SAUK02.2M. Ο ηλεκτροϋδραυλικός διανομέας 1РП2 είναι μια υδραυλική βαλβίδα καρουλιού με ηλεκτρομαγνητική κίνησητράβηγμα τύπου.

Ο ρυθμιστικός φορέας (RO) είναι το τελικό στοιχείο του ACS που ασκεί άμεση επιρροή ελέγχου στο ΛΣ. Το RO αλλάζει τη ροή του υλικού, της ενέργειας, τη σχετική θέση τμημάτων της συσκευής, μηχανών ή μηχανισμών προς την κατεύθυνση της κανονικής ροής της τεχνολογικής διαδικασίας.

Το κύριο χαρακτηριστικό του RO είναι το στατικό του χαρακτηριστικό, δηλ. τη σχέση μεταξύ της παραμέτρου εξόδου Y (ροή, πίεση, τάση) και την τιμή διαδρομής του ρυθμιστή σε ποσοστό.

Η RO παρέχει:

α) ρύθμιση δύο θέσεων - η πύλη RO μετακινείται γρήγορα από τη μια ακραία θέση στην άλλη.

β) συνεχής - σε αυτή την περίπτωση είναι απαραίτητο να καθοριστεί αυστηρά το χαρακτηριστικό διεκπεραιώσεως του RO (πύλη, βρύση, βαλβίδα πεταλούδας).

Γενικές πληροφορίες για την αυτοματοποίηση διεργασιών

Διαδικασίες παραγωγή φαγητού

Βασικές έννοιες και ορισμοί του αυτοματισμού

Μηχανή(Ελληνικά automatos - αυτόματες ενέργειες) είναι μια συσκευή (σύνολο συσκευών) που λειτουργεί χωρίς ανθρώπινη παρέμβαση.

Αυτοματοποίησηείναι μια διαδικασία στην ανάπτυξη της παραγωγής μηχανών κατά την οποία οι λειτουργίες διαχείρισης και ελέγχου που εκτελούνταν προηγουμένως από ανθρώπους μεταφέρονται σε όργανα και αυτόματες συσκευές.

Στόχος του αυτοματισμού– αύξηση της παραγωγικότητας της εργασίας, βελτίωση της ποιότητας των προϊόντων, βελτιστοποίηση του σχεδιασμού και της διαχείρισης, αποκλείοντας τους ανθρώπους από την εργασία σε συνθήκες επικίνδυνες για την υγεία.

Ο αυτοματισμός είναι μια από τις κύριες κατευθύνσεις της επιστημονικής και τεχνολογικής προόδου.

ΑυτοματοποίησηΠως ακαδημαϊκή πειθαρχίαείναι ένας τομέας θεωρητικής και εφαρμοσμένης γνώσης για την αυτόματη συσκευές λειτουργίαςκαι συστήματα.

Η ιστορία του αυτοματισμού ως κλάδου της τεχνολογίας είναι στενά συνδεδεμένη με την ανάπτυξη αυτόματων μηχανών, αυτόματων συσκευών και αυτοματοποιημένων συγκροτημάτων. Στην αρχή του, ο αυτοματισμός βασιζόταν στη θεωρητική μηχανική και τη θεωρία ηλεκτρικά κυκλώματακαι συστήματα και λυμένα προβλήματα που σχετίζονται με τη ρύθμιση της πίεσης σε λέβητες ατμού, διαδρομή εμβόλου ατμού και ταχύτητα περιστροφής Ηλεκτρικές Μηχανές, έλεγχος λειτουργίας αυτόματων μηχανημάτων, αυτόματων τηλεφωνικών κέντρων, συσκευών προστασίας ρελέ. Αντίστοιχα, κατά την περίοδο αυτή αναπτύχθηκαν και χρησιμοποιήθηκαν τεχνικά μέσα αυτοματισμού σε σχέση με συστήματα αυτόματου ελέγχου. Η εντατική ανάπτυξη όλων των κλάδων της επιστήμης και της τεχνολογίας στο τέλος του πρώτου μισού του 20ου αιώνα προκάλεσε επίσης την ταχεία ανάπτυξη της τεχνολογίας αυτόματο έλεγχο, η χρήση του οποίου γίνεται καθολική.

Το δεύτερο μισό του 20ου αιώνα χαρακτηρίστηκε από περαιτέρω βελτίωση των τεχνικών μέσων αυτοματισμού και ευρεία, αν και άνιση για διαφορετικούς κλάδους Εθνική οικονομία, η εξάπλωση των αυτόματων συσκευών ελέγχου με τη μετάβαση σε πιο σύνθετες αυτόματα συστήματα, ιδίως στη βιομηχανία - από την αυτοματοποίηση μεμονωμένων μονάδων έως την πολύπλοκη αυτοματοποίηση εργαστηρίων και εργοστασίων. Ιδιαίτερο χαρακτηριστικό είναι η χρήση αυτοματισμού σε εγκαταστάσεις που είναι γεωγραφικά απομακρυσμένες μεταξύ τους, για παράδειγμα, μεγάλα βιομηχανικά και ενεργειακά συγκροτήματα, γεωργικές εγκαταστάσεις παραγωγής και μεταποίησης αγροτικών προϊόντων κ.λπ. Για την επικοινωνία μεταξύ μεμονωμένων συσκευών σε τέτοια συστήματα, χρησιμοποιούνται τηλεμηχανικά, τα οποία, μαζί με συσκευές ελέγχου και ελεγχόμενα αντικείμενα, σχηματίζουν τηλεαυτόματα συστήματα. Στην περίπτωση αυτή, τα τεχνικά (συμπεριλαμβανομένων των τηλεμηχανικών) μέσα συλλογής και αυτόματης επεξεργασίας πληροφοριών αποκτούν μεγάλη σημασία, καθώς πολλές εργασίες σε πολύπλοκα συστήματαο αυτόματος έλεγχος μπορεί να λυθεί μόνο με τη βοήθεια της τεχνολογίας υπολογιστών. Τέλος, η θεωρία του αυτόματου ελέγχου δίνει τη θέση της σε μια γενικευμένη θεωρία του αυτόματου ελέγχου, η οποία ενώνει όλες τις θεωρητικές πτυχές του αυτοματισμού και αποτελεί τη βάση της γενικής θεωρίας του ελέγχου.

Η εισαγωγή του αυτοματισμού στην παραγωγή αύξησε σημαντικά την παραγωγικότητα της εργασίας και μείωσε το μερίδιο των εργαζομένων που απασχολούνται σε διάφορους τομείς παραγωγής. Πριν από την εισαγωγή του αυτοματισμού, η αντικατάσταση της σωματικής εργασίας γινόταν μέσω της εκμηχάνισης των κύριων και βοηθητικών λειτουργιών της παραγωγικής διαδικασίας. Διανοητική εργασία για πολύ καιρόπαρέμεινε μη μηχανοποιημένος. Επί του παρόντος, οι πράξεις πνευματικής εργασίας γίνονται αντικείμενο μηχανοποίησης και αυτοματοποίησης.

Υπάρχει διαφορετικά είδηαυτοματοποίηση.

1. Αυτόματος έλεγχοςπεριλαμβάνει αυτόματο συναγερμό, μέτρηση, συλλογή και ταξινόμηση πληροφοριών.

2. Αυτόματος συναγερμόςπροορίζεται να ειδοποιήσει για οριακές τιμές ή τιμές έκτακτης ανάγκης οποιουδήποτε φυσικές παραμέτρους, σχετικά με τη θέση και τη φύση των τεχνικών παραβάσεων.

3. Αυτόματη μέτρησηπαρέχει μέτρηση και μετάδοση σε ειδικές συσκευές καταγραφής των τιμών των ελεγχόμενων φυσικών μεγεθών.

4. Αυτόματη ταξινόμησηδιενεργεί έλεγχο και διαχωρισμό προϊόντων και πρώτων υλών κατά μέγεθος, ιξώδες και άλλους δείκτες.

5. Αυτόματη προστασία Πρόκειται για ένα σύνολο τεχνικών μέσων που διασφαλίζουν τον τερματισμό μιας ελεγχόμενης τεχνολογικής διαδικασίας όταν εμφανίζονται μη φυσιολογικές ή έκτακτες συνθήκες.

6. Αυτόματος έλεγχοςπεριλαμβάνει ένα σύνολο τεχνικών μέσων και μεθόδων για τη διαχείριση της βέλτιστης προόδου των τεχνολογικών διαδικασιών.

7. Αυτόματη ρύθμισηδιατηρεί τις τιμές των φυσικών μεγεθών σε ένα ορισμένο επίπεδο ή τις αλλάζει σύμφωνα με την απαιτούμενη νομοθεσία χωρίς άμεση ανθρώπινη συμμετοχή.

Αυτές και άλλες έννοιες που σχετίζονται με τον αυτοματισμό και τον έλεγχο ενώνονται με κυβερνητική– η επιστήμη της διαχείρισης πολύπλοκων αναπτυσσόμενων συστημάτων και διαδικασιών, η μελέτη των γενικών μαθηματικών νόμων ελέγχου αντικειμένων διαφορετικής φύσης(kibernetas (ελληνικά) – μάνατζερ, τιμονιέρη, τιμονιέρη).

Αυτόματο σύστημα ελέγχου(ACS) είναι ένα σύνολο αντικειμένων ελέγχου ( OU) και συσκευές ελέγχου ( UU), αλληλεπιδρώντας μεταξύ τους χωρίς ανθρώπινη συμμετοχή, η δράση των οποίων αποσκοπεί στην επίτευξη ενός συγκεκριμένου στόχου.

Αυτόματο σύστημα ελέγχου(SAR) – ολότητα OUκαι ένας αυτόματος ελεγκτής, που αλληλεπιδρούν μεταξύ τους, διασφαλίζει ότι οι παράμετροι TP διατηρούνται σε ένα δεδομένο επίπεδο ή αλλάζουν σύμφωνα με την απαιτούμενη νομοθεσία και επίσης λειτουργεί χωρίς ανθρώπινη παρέμβαση. Το ATS είναι ένας τύπος αυτοκινούμενου όπλου.

Ο ορισμός του «αντικειμένου αυτοματισμού» περιλαμβάνει μια μεγάλη ποικιλία τεχνικών αντικειμένων (μεταλλουργικοί κλίβανοι, μεταφορές, διάφορα μηχανήματακαι άλλοι τεχνικές συσκευές), καθώς και παραγωγικές διαδικασίες που μπορούν να εκτελεστούν από μία ή ένα ολόκληρο σύμπλεγμα τεχνολογικών μονάδων, εγκαταστάσεων ή μηχανημάτων στην αλληλεπίδρασή τους με το σύστημα ελέγχου. Σε αυτό το στάδιο της ανθρώπινης ανάπτυξης, η αυτοματοποίηση εισάγεται ενεργά σε όλους τους τομείς ΑΝΘΡΩΠΙΝΗ ζωη, .

Η συνεχής βελτίωση και εφαρμογή των συστημάτων αυτοματισμού είναι απολύτως αλληλένδετες διαδικασίες. Αφενός, για τον εκσυγχρονισμό διαφόρων βιομηχανιών είναι απαραίτητο να αναπτυχθούν και να εφαρμοστούν συστήματα μηχανοποίησης και αυτοματισμού σε μηχανισμούς που ήδη λειτουργούν και, αφετέρου, κατά τη δημιουργία απολύτως νέα τεχνολογίαείναι απαραίτητο να δοθούν τρόποι για την αποτελεσματική αυτοματοποίησή του.

Σύμφωνα με την ιεραρχία τους, τα τεχνικά μέσα αυτοματισμού ταξινομούνται σε δύο κατηγορίες:

  • Συστήματα για αυτοματοποιημένη (αυτόματη) ρύθμιση ACS και έλεγχο ACS.
  • Συσκευές, στοιχεία και υποσυστήματα συστημάτων αυτόματου ελέγχου και αυτοκινούμενων όπλων.

Το κοινό λειτουργικό μέρος και των δύο συστημάτων αποτελεί αντικείμενο ρύθμισης (έλεγχος). Αντικείμενο ελέγχου – ένα ελεγχόμενο τμήμα του συστήματος (μηχάνημα ή σύνολο μηχανών), ο καθορισμένος τρόπος λειτουργίας του οποίου πρέπει να υποστηρίζεται από το τμήμα ελέγχου του συστήματος σύμφωνα με την προηγουμένως επιλεγμένη εργασία ελέγχου.

Ένα σύστημα ελέγχου (CS) είναι ένα δυναμικό κλειστό σύμπλεγμα που αποτελείται από ελεγχόμενα αντικείμενα και τρία υποσυστήματα: λογικό-υπολογιστικό, πληροφοριακό και εκτελεστικό. Ένα γενικό διάγραμμα φαίνεται παρακάτω:

Ένα υποσύστημα πληροφοριών είναι ένα σύνολο τεχνικών μέσων λήψης, παρουσίασης και μετάδοσης πληροφοριών. Τα μέσα των οποίων ο σκοπός είναι η απόκτηση και η μετατροπή πρωτογενών πληροφοριών σχετικά με τους εσωτερικούς και εξωτερικούς παράγοντες της λειτουργίας των υπό έλεγχο αντικειμένων περιλαμβάνουν στοιχεία μέτρησης και ευαίσθητα, αναλυτές, αισθητήρες πρωτογενών πληροφοριών και άλλες συσκευές. Αυτή η κατηγορία περιλαμβάνει επίσης μέσα για την παρουσίαση και τη μετάδοση πληροφοριών σε μορφή κατάλληλη για το σύστημα ελέγχου - δέκτες, συσκευές κωδικοποίησης/αποκωδικοποίησης, πομπούς, κανάλια επικοινωνίας κ.λπ.

Λογικό-υπολογιστικό σύστημα – τεχνικά μέσα που έχουν ως αποστολή την επεξεργασία πληροφοριών.

Το κύριο καθήκον των εργαλείων επεξεργασίας πληροφοριών είναι η ανάπτυξη λύσεων απαραίτητων για την επίτευξη των στόχων διαχείρισης που έχουν διατυπωθεί στο όροι αναφοράςστην κατασκευή αυτοκινούμενων όπλων. Αυτές οι λύσεις υλοποιούνται συνήθως με τη μορφή σημάτων κύριας ή ελέγχου. Τα τεχνικά μέσα επεξεργασίας πληροφοριών περιλαμβάνουν μια ποικιλία από αναλογικά και ψηφιακά υπολογιστικά εργαλεία, συμπεριλαμβανομένων των μικροελεγκτών.

Τεχνικά μέσα, τα οποία χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία σημάτων ελέγχου και τον άμεσο έλεγχο του αντικειμένου, καλούνται εκτελεστικό υποσύστημα . Τα τεχνικά μέσα των εκτελεστικών υποσυστημάτων περιλαμβάνουν κυρίως ηλεκτρικούς κινητήρες, καθώς και ελεγκτές φωτισμού και θερμοκρασίας, ηλεκτρομαγνήτες υδραυλικούς μηχανισμούςκαι ούτω καθεξής.

Συστήματα ελέγχου, κατά τη λειτουργία των οποίων, συμπεριλαμβανομένων των σταδίων λήψης αποφάσεων και ανάπτυξης των ενεργειών ελέγχου, δεν υπάρχει καμία συμμετοχή χειριστή (ο χειριστής παρατηρεί μόνο διαδικασία παραγωγής) λέγονται Συστήματα αυτόματου ελέγχου ACS .

Τα συστήματα ελέγχου στα οποία οι υπολογιστές (ψηφιακοί, αναλογικοί ή υβριδικοί) συμμετέχουν στη λήψη αποφάσεων του χειριστή ονομάζονται αυτοματοποιημένα συστήματαΈλεγχος ACS.