Дисциплина      Электротехника с основами электроники

Дисциплина      Электротехника и электроника

Модуль 4           Применение электроэнергии в народном хозяйстве

Результат 4       Объяснять работу автоматической системы                                    

Управления

Тема 22               Автоматическая система управления

УЧЕБНЫЙ МАТЕРИАЛ

1. Основные понятия автоматики

В процессе производства ставится задача роста производительности труда, который значительно зависит от степени механизации и автоматизации техноло­гических процессов. Технологические процессы состоят из отдельных технологических операций и образуют полный производственный процесс (процесс производства продукции). Механизация представляет собой про­цесс замены физического труда людей механизмами. Авто­ матизация — это процесс замены труда людей по управле­нию техникой и производством работой автоматических устройств.

Автоматизация может быть частичной, комплексной и полной. Частичная автоматизация распространяется только на отдельные технологические операции, а комплекс­ная — на весь технологический процесс. Полная автома­тизация базируется на использовании вычислительной техники и обеспечивает управление производственными процессами.

Внедрение автоматизации способно сократить затраты труда в 5-10 раз. Теоретические основы автоматизации рассматриваются в науке, называемой автоматикой. В зависимости от вида применяемых технических средств различают пневмоавтоматику, гидроавтоматику и электро­автоматику. Наибольшее распространение получила электроавтоматика.

Технические объекты называют управляемыми объек­тами (УО). Электрические двигатели и генераторы, уста­новки микроклимата, насосы, инкубаторы, осветительные и облучательные установки — это все, с точки зрения автоматики, управляемые объекты. Для управления объектами используют устройства управления (УУ). Действие этих устройств на объект назы­вают управляющим воздействием.

Существует авто­матизированное, автоматическое и телемеханическое управление. При автоматизированном управлении оператор кратко­временно воздействует на командные аппараты управления, после чего дальнейший процесс совершается автоматически. Примером такого управления может служить пуск элек­тродвигателя при помощи кнопки управления и магнит­ного пускателя. При автоматическом управлении управляющее воздействие осуществляется без участия человека и создается автоматическим управляющим устройством (АУУ). Сово­купность управляемого объекта и управляющего устрой­ства называется системой управления. Автоматическая система управления (АСУ) есть совокупность УО и АУУ.

     В программных системах управляемая величина изме­няется во времени по зара­нее составленной программе, заданной специальным про­граммным устройством. На­пример, управление освеще­нием в птичниках. В следящих системах уп­равляемая величина воспроиз­водит задающее воздействие, которое изменяется произ­вольно и заранее неизвестно. Например, слежение за летя­щим самолетом.   

 

2. П ринципы автоматического управления.

Несмотря на большое многообразие АСУ, все они основаны на трех принципах управления: по отклонению, по внешнему воздействию и по заданной программе. Наиболь­шее применение в сельскохозяйственной автоматике полу­чили АСУ, построенные на принципе отклонения, или, как его еще называют, — принципе обратной связи.

Сущность управления по отклонению заключается в том, что управляющее воздействие создается на осно­вании информации об отклонении управляемой величины от требуемого значения. Например, для поддержания температуры в электросушильном шкафу используется электроконтактный термометр, передающий сигнал на магнитный пускатель (управляющий орган), который в свою очередь, включает или отклю­чает нагревательное устройство (исполнительный орган) шкафа.

     Принцип управления по отклонению универса­лен.  Но принцип управления по отклонению имеет серьезный недостаток — запаздыва­ние прохождения управляющего воздействия. Поэтому, применяя этот принцип, нельзя добиться абсолютной точ­ности управления.

Принцип управления по внешнему воздействию заклю­чается в том, что управляющее воздействие вырабатыва­ется в зависимости от результатов измерения внешних воздействий. Характерная особенность этих систем — отсутствие обратной связи. Поэтому такие системы называют разомк­нутыми. Они обладают большим быстродействием, так как реагируют непосредственно на причину изменения управляемой величины. В сельскохозяйственном произ­водстве АСУ, построенные на принципе измерения внеш­них воздействий, применяются при автоматизации прямо­точных установок водоснабжения и некоторых установок микроклимата.

     Наконец, применяется принцип автоматизации по заданной программе, в котором параметры процесса задаются разработанной программой, например процесс мойки молокопровода или освещения птичника. Включение и выключение освещения птичника осуществляется в заданное время, независимо от реального освещения.

 

3. Обобщенная структурная схема АСУ

В структурной схеме АСУ отдельные части изображены в виде прямоугольников, а внутренние и внешние воздействия обозначены стрелками и математическими функциями времени.

В производстве применяется мно­жество различных АСУ. При изучении реальных автома­тизированных и автоматических устройств удобно поль­зоваться обобщенной структурной схемой (рис. 1). Изучая схему какой-либо реальной установки, можно сравнить ее с обобщенной схемой. Любую АСУ можно рассматривать состоящей из пяти основных устройств: коммутационного (КУ), защитного (ЗУ), преобразовательного (ПУ), автоматического устрой­ства управления (АУУ) и управляемого объекта (УО).

Коммутационные устройства служат для подключения АСУ к электрической сети. Конструктивно они представ­ляют собой различные выключатели. Защитные устройства обеспечивают прекращение работы при возникновении анормальных или аварийных режимов (короткие замыка­ния в электросети, недопустимое повышение температуры или давления и т. п.). Конструктивно они представляют собой плавкие предохранители и различные реле защиты. Преобразовательные устройства преобразуют параметры электрической сети соответственно требованиям органов АСУ. Ими могут быть преобразователи рода тока, напря­жения, частоты. Все эти устройства могут быть объеди­нены конструктивно в одно целое, называемое блоком пи­тания.

 

 

                   

 

 

 

 

Рис.1. Структурная схема АСУ

1 – командное устройство, 2 – защитное устройство, 3 – преобразовательное устройство, 4 – командные органы, 5 – автоматическое программное устройство; 6 – измерительный орган (датчик); 7 - согласующий орган; 8 – управляющая часть; 9 – усилитель мощности; 10 – сигнализация; 11 – исполнительный орган; 12 – управляемый объект; 13 – оператор.

 

Через входную часть АУУ (4 – командные органы, 5 – автоматическое программное устройство; 6 – измерительный орган) передаются команды управления. Команды может подавать оператор путем воздействия на командные ор­ганы 4(кнопки, ключи управления) или они подаются автоматически программным устройством 5. Кроме этого через входную часть осуществляется сбор информации об изменениях управляемой величины. Например, какова температура и влажность воздуха, каков уровень про­дукта в бункере, какова освещенность объекта. Все эти сведения, необходимые для управления, получают при помощи измерительных органов (датчиков) 6.Получен­ная информация в виде электрических сигналов переда­ется далее в управляющую часть АУУ 8. Для согласова­ния параметров входной и управляющей части служат согласующие органы 7.

В управляющей части происходит запоминание и ана­лиз поступившей информации и вырабатывается управ­ляющее воздействие. Поэтому управляющую часть АУУ называют еще «мыслящей» или «логической». Конструк­тивно управляющая часть состоит из контактных или бес­контактных реле и логических элементов.

Сигналы управляющих воздействий передаются к испол­нительным органам 11, размещенным в выходной части АУУ. Так как обычно уровень сигналов управляющих воздей­ствий недостаточен для приведения в действие исполни-

тельных органов, то сигналы предварительно усиливают в усилителях мощности 9. Исполнительные органы 11непосредственно воздействуют на рабочие органы управ­ляемого объекта (задвижки, заслонки, клапаны, краны, реостаты и пр.). В качестве исполнительных органов наи­более распространены электрические реле, контактные и бесконтактные распределители и микроэлектродвига­тели. К выходной части АУУ относятся также устройства сигнализации и связи 10— акустическая и оптическая сигнализация, производственное телевидение.

 При рассмотрении реальных автоматизированных и автоматических установок следует иметь в виду, что при­веденная выше структура является обобщенной. Это зна­чит, что при сравнении схемы реальной установки с обобщенной может оказаться, что какие-то устройства отсут­ствуют, а некоторые выполняют одновременно несколько функций.

 

4. Измерительные органы АСУ

Автоматизация различных технологических процессов требует многочисленных измерений разнообразных физических величин. Измерительные преобразователи - датчики, или по-другому, сенсоры являются элементами многих систем автоматики - с их помощью получают информацию о параметрах контролируемой системы или устройства.

Датчик – это элемент измерительного, сигнального, регулирующего или управляющего устройства, преобразующий контролируемую величину (температуру, давление, частоту, силу света, электрическое напряжение, и т.д.) в сигнал, удобный для измерения, передачи, хранения, обработки, регистрации, а   иногда и  для воздействия им на управляемые процессы.Используемые датчики весьма разнообразны. В зависимости от вида входной (измеряемой) величины различают: датчики механических перемещений (линейных и угловых), пневматические, электрические, расходомеры, датчики скорости, ускорения, усилия, температуры, давления и др. В настоящее время существует приблизительно следующее распределение доли измерений различных физических величин в промышленности: температура – 50%, расход (массовый и объемный) – 15%, давление – 10%, уровень – 5%, количество (масса, объем) – 5%, время – 4%.

 

 

Рис. 2. Датчики в автомобиле

 

 

  Контактные и потенциометрические датчики. Принцип действия таких датчиков основан на изменении сопротивления чувствительного элемента под действием перемещения. К контактным датчикам относятся путевые и концевые выключатели, контактные термометры и так называемые электродные датчики, используемые для измерения предельных уровней электропроводных жидкостей.

Простейшими датчиками перемещения прерывистого (релейного) действия являются контакты электрических аппаратов. Стыковые пальцевые контакты используют обычно как главные контакты контакторов и автоматиче­ских выключателей. Материалом пальцев служит медь. Контактные напайки выполняют из металлокерамики. В контактах, рассчитанных на малые токи, роль пружины выполняют держатели контактной напайки (перья), изго­тавливаемые из стали или фосфористой бронзы.

Мостиковые контакты отличаются наличием двойного разрыва цепи, что улучшает гашение электри­ческой дуги в момент размыкания контактов.

В некоторых датчиках уровня и температуры исполь­зуются ртутные контакты — меркоиды. Меркоид представляет собой стеклянную колбу с двумя метал­лическими контактами 1 и 2. При приложении усилия колба поворачивается вокруг оси 3и ртуть 4 замыкает цепь между контактами.

Для измерения угловых перемещений применяют кольцевые потенциометры (рис. 3). На кольцевом каркасе из изоляционного материала размещена обмотка, по кото­рой перемещаются контактные щетки 2. Напряжение входа подается на зажимы 6—7, а напряжение выхода может сниматься с зажимов 4—6или 4—7.

Рис. 3. Потенциометрический дат­чик угловых

перемещений:

              1 — кольцевой каркас; 2— контактные щетки;                   

                    3— пружина; 4, 6, 7 -зажимы; 5 — валик

 

1.

Терморезисторы — это резисторы, обладающие свойством изменять свое электрическое сопротивление при изменении температуры. Их изготавливают из чистых металлов (медь, платина), смесей окислов метал­лов или титаната бария со спе­циальными примесями. Терморезисторы, изготавли­ваемые из окислов марганца, кобальта, меди, никеля, обла­дают свойствами полупроводни­ков и называются термисторами. Полупроводнико­вые резисторы на базе титаната бария называются позисторами. Чистые металлы и позисторы обладают положительным температурным коэффициентом, а термисторы — отрицательным. При увеличении температуры сопротивление металлов и позисторов увеличивается, а сопротивление термисторов умень­шается. Чистые металлы используют для устройства термо­метров сопротивления (рис. 4, а). Конструктивно они представляют собой каркас из изоляционного материала 2, на который намо­тана тонкая (0,05—0,1 мм) медная или платиновая прово­лока 1. Каркас закрыт защитным кожухом 3. Концы 5обмотки выведены через втулку 4и двухжильным кабе­лем соединены с измерительной схемой.

 

                         в                                             г

Рис. 4. Терморезисторы:

   а - металлический термометр сопротивления; б и в - термистор; г - позистор         

   КМТ-4; 1 — проволока; 2— кар­кас; 3— защитный кожух;

   4— втулка; 5 — конец обмотки; 6— воспринимающий орган.

Термисторы и позисторы конструктивно представляют собой тела стержневой, дисковой, пластинчатой или бусинковой формы с металлическими выводами. Рабочее тело покрывается защитным слоем лака, стекла или полиамид­ной пленки. Термисторы и позисторы имеют небольшие габаритные размеры, что позволяет встраивать их для контроля температуры в обмотки электрических машин и ткани биологических объектов.

 Максимально допустимая температура нагрева тела термисторов составляет 120—150° С. Позисторы допускают нагрев до 155—200° С.

Рис 5. Датчик температуры

Салона ВАЗ-2110

 

 

Тензорезисторы — это резисторы, изменяющие свое актив­ное сопротивление под воздействием приложенных к ним механических усилий (напряжений). Применяются проволочные, фольговые и полупроводниковые Тензорезисторы.

    а                   б                в                        Рис. 6. Тензометрические датчики: а - проволочный; б - фольговый;  

 в – внешний вид      1 - вы­воды; 2 - клей; 3- бумага (пленка).

  

 

 1                      1

Проволочные тензодатчики (рис. 6, а) изготавли­вают из тонкой константановой проволоки или из проволоки других термостабильных спла­вов. Проволоку укладывают зигзагом на тонкой бумаге (подложке) и приклеивают к ней клеем. К концам проволоки крепят выводы, которыми датчик присоединяют к измерительному мосту. Сверху датчик заклеивают бумагой или покрывают слоем лака, а затем приклеивают к испы­тываемой детали. Деформации испытываемой детали пере­даются на датчик, вызывая изменение его сопротивления. Фольговые тензодатчики (рис. 6, б) изготавливают из медко-никелевой или титано-алюминиевой фольги. Они характеризуются высокой теплоотдачей и допускают боль­шую токовую нагрузку по сравнению с проволочными датчиками.

Фотодатчики подробно рассматривались при изучении темы «Фотоэлементы». Их применяют в схемах фотореле, устройствах контроля уровня, контроля пламени паровых котлов и теплогенераторов, контроля перемещений, схемах сигнализации.

Пьезоэлектрические датчики. Действие пьезоэлектрических датчиков основано на исполь­зовании пьезоэлектрического эффекта (пьезоэффекта), заключаю­щегося в том, что при сжатии или растяжении некоторых кристал­лов на их гранях появляется электрический заряд, величина ко­торого пропорциональна действующей силе. Пьезоэффект обратим, т. е. приложенное электрическое на­пряжение вызывает деформацию пьезоэлектрического образца - сжатие или растяжение его соответственно знаку приложенного напряжения. Это явление, называемое обратным пьезоэффектом, используется для возбуждения и приема акустических колеба­ний звуковой и ультразвуковой частоты. Пьезодатчики используются для измерения сил, давления, вибрации и, в частности, для контроля потерь зерна на зерноуборочных комбайнах.

Дисциплина      Электротехника с основами электроники

---

Дата добавления: 2021-07-19; просмотров: 85; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!