Автоматическая система управления — это что такое? Технологическое обслуживание, принципы и функции

Избавление производственных и функциональных процессов от непосредственного участия человека позволило сократить затраты на обслуживание управляемого объекта и в некоторых областях улучшить качество выпускаемого продукта. Несмотря на активное развитие электроники, многие системы пока еще остаются зависимыми от операторов, что обуславливается также и сложностями внедрения новых моделей производственного контроля. На сегодняшний день автоматическая система управления – это одна из самых перспективных форм осуществления производственной деятельности, которая, впрочем, ставит перед пользователями и новые технологические задачи.

Теория и принципы автоматизации

Изначально концепция автоматического управления развивалась как один из разделов технической механики. В частности, специалисты в этом направлении разрабатывали принципы управления электрическими машинами и паровыми котлами, но не выходя за рамки электротехники. По мере своего развития теория систем автоматического управления стала определять функциональные органы рабочей структуры в качестве полноценных объектов, влияющих на производственный процесс. Таким образом была выявлена целая общность взаимосвязанных процессов управления, заключенных в одну динамическую модель. На современном этапе развития теоретики автоматических систем изучают принципы их построения, а также закономерности процессов, протекающих внутри готовых моделей. На качество работы, точность и гибкость в плане адаптации систем оказывают влияние такие факторы, как условия работы, назначение устройства, конструкционные особенности и т. д.

Построение систем автоматизации

В процессе разработки управляющих систем на базе автоматики центральное место отводится созданию алгоритма функциональной структуры. На первом этапе построения собираются необходимые исходные данные, среди которых свойства управляемого объекта, задачи управления, характер внешних воздействий, требования к точности контроля и т. д.

Далее прорабатываются технико-эксплуатационные качества контроллера управления автоматическими системами. Устройство этой части как центрального функционального органа напоминает технический исполнительный механизм, который будет сообщать команды управляемому объекту. На данной инфраструктуре замыкается цепь рабочих элементов системы, свойства которой определяются один раз вначале и могут менять отдельные значения также в заданных диапазонах. На этом и основывается принцип неизменяемой структуры системы управления. Она остается неизменной в том смысле, что ее характеристики устанавливаются до непосредственного построения управляющего алгоритма.

Стоит ли автоматизировать работу?

Автоматические и автоматизированные системы управления различаются вовлечением человека в работу. В первом случае весь функционал полностью работает без человеческого вмешательства. Во втором – обслуживающий персонал взаимодействует с помощью специального управления.

ГорИнКом занимается проектированием, поставкой и изготовлением автоматических и автоматизированных систем управления. Существует несколько мнений насчет автоматических и автоматизированных систем управления.

Некоторые люди имеют негативное мнение о модернизации производства. Они считают, что нужно повышать эффективность труда. Ведь в первом случае появляется безработица, падает покупательская способность и теряются средства к существованию. Но рабочий день остается неизменным при увеличении ответственности.

В ответ на критику об автоматических и автоматизированных систем управления имеется ряд специальной аргументации, об охране окружающей среды и реализации принципов Устойчивого Развития от проекта «Венера».

Автоматические и автоматизированные системы управления обрабатывают гигабайты специальной информации. Это важно для крупных компаний, которые имеют широкую географическую расположенность.

Они управляют как внутренними ресурсами организации, так и внешними. Единое пространство между всеми подразделениями компании создает условия для рационального распределения ресурсов.

Использование автоматизированных систем управления наглядно видно при покупке проездных билетов. База обрабатывает запрос и выдает результат о количестве свободных мест на определенную дату.

Компенсирующий эффект в системах автоматизации

Принцип компенсации закладывается в алгоритм системы управления в целях повышения точности контроля и сокращения вероятности ошибок. Необходимость реализации компенсирующих контуров в алгоритме связана с несовершенством прямого автоматического контроля. Например, в процессе подачи сигналов оператор может регулярно менять конфигурацию действующих команд в соответствии с учетом мельчайших воздействий на систему. Автоматика, в свою очередь, просчитывает лишь ограниченные наборы условий и текущие свойства объекта.

Как же строится работа системы автоматического управления с эффектом компенсации? Возможные отклонения регулируемой величины от требуемых значений нивелируются путем воздействия через обратную связь. Специально для выполнения подобных корректировок управляющие контуры дополняются вспомогательными командными линиями, которые в постоянном режиме стабилизируют динамические свойства системы. На этих принципах работают многоконтурные системы с многосвязным управлением или одновременной регулировкой нескольких параметров целевого объекта.

Адаптивные системы

Если вы заинтересовались тем, как управлять САУ адаптивного типа, то для начала следует понять, что здесь есть три подкласса:

1. экстремальный;
2. самонастройка параметров;
3. самонастройка структуры.

Экстремальное регулирование – это стабилизирующая система, следящая или имеющая программное управление. При этом используется настройка (закон или программа), которая способна измениться под воздействием разных факторов и возмущений. В результате программа позволяет системе автоматически выйти на наилучший режим работы.

Сама же система отличается наличием специального устройства автоматического поиска, которое может анализировать некоторые характеристики объекта. По этому анализу и подается нужный сигнал, что позволяет получить нужное значение, имеющее экстремальную величину.

Система с самонастройкой своих параметров может изменить ряд параметров управления, для повышения стабильности работы всей системы. Естественно, чтобы обеспечить такой результат используется определенная программа расчетов.

Самонастройка структуры дает возможность переключать элементы в схеме соединения. Или даже ввести ряд новых элементов. В результате задача будет решена наилучшим образом.

Функциональная классификация

Тут есть всего 4 класса систем управления:

• Координирование работы механизмов;
• Регулировка параметров технологических процессов;
• Автоматический контроль;
• Автоматическая защита и блокировка.

Вывод

Такие системы используются, чтобы максимально автоматизировать самые разные процессы на производстве. Но кроме того они необходимы и для работы сложных механизмов. Если у вас возникли вопросы (например, как работает сигнализатор уровня САУ М6 или что-то похожее), то обращайтесь исключительно к специалистам. Только они смогут более подробно объяснить, как работает та или иная система, и какую из них лучше использовать в каждом конкретном случае.

Кстати, если вы собираетесь заказать монтаж таких систем, то лучшим вариантом станет выбор ООО ГОРИНКОМ. Обратитесь туда и все ваши проблемы будут решены.

Классификации автоматического управления

Управляющие системы этого типа в основном различаются по целям контроля, способу передачи команд и видам контурной связи. Изначально ставились задачи поддержки определенных законов измерения. В этой группе можно выделить системы программного управления, следящие устройства и другие механизмы, функционирующие строго по определенным параметрам. Сегодня же, по мере развития интеллектуальных принципов контроля, усложнились и задачи автоматических систем управления – это может быть целый комплекс задач, для решения которых используются не только заложенные оператором данные, но и динамические показания, выведенные по алгоритмам с применением и значений от сопряженного измерительного оборудования.

По способам трансляции команд и управления в целом выделяют самонастраивающиеся, самоорганизующиеся и самообучаемые системы. Непосредственно взаимодействие между компонентами управляющего устройства может базироваться на аналоговых контурах и современных беспроводных модулях.

Классификация

В промышленном производстве выделяют следующие классы автоматических и автоматизированных систем управления.

• Децентрализованная. Необходима в структурах, где автоматизируются независимые объекты.
• Централизованная. Подходит для единого органа управления. Среди ее достоинств – это взаимодействие информации, вероятность изменить вводные данные, большая эксплуатационная эффективность. К недостаткам относят высокая потребность безопасности и продуктивности, большая протяженность каналов связи при рассредоточении объектов.
• Центральная рассредоточенная. Она сохраняет способность централизованного управления. Ее преимущества – это уменьшение запросов к проверке и менеджменту без снижения качества. Минусы системы управления: сложные информационных процессов, избыточность техники и сложность синхронизации.
• Иерархическая структура. Применяется для холдингов, где автоматические и автоматизированные системы управления не могут работать на одном уровне. По мере увеличения количества информации создается иерархия задач.

Автоматические и автоматизированные системы управления подчиняются единому стандарту. Любой сотрудник, имеющий полномочия, может работать с базой. С помощью автоматических и автоматизированных систем управления контролируют уровень работы персонала и другие показатели.

Простые и сложные системы автоматизации

Разница между методами реализации алгоритмов управления позволяет обозначить принципиальные отличия в существующих системах автоматики. В качестве простейшего примера можно привести регулятор частоты вращения электродвигателя. Управляющим объектом выступает центробежный регулятор, управляемым – сам двигатель, а регулирующее воздействие осуществляется через настройку позиции дроссельной заслонки. И ключевая задача управления, и принцип ее реализации достигаются путем простейшего действия в процессе контроля вала вращения, связанного с маховым механизмом.

Структурная схема управления сложными системами требует в ходе разработки не только учета теоретических методов вычисления, но и подключения принципов моделирования. Могут задействоваться цифровые вычислительные машины, которые позволят просчитать автоматические системы управления процессами разного порядка. Кроме прямых эксплуатационных показателей в таких конфигурациях учитываются и косвенные факторы влияния наподобие нелинейности координат. Для сложных систем важны принципы гибкого динамического управления и обеспечение чувствительности контуров взаимодействия подсистем.

Цели и виды автоматизации процессов

Цели автоматических и автоматизированных систем управления направлены на решение следующих проблем:

• предоставление данных тому, кто принимает решение;
• ускорение работы;
• уменьшение решений, которые необходимо принимать человеку;
• улучшение дисциплины и качества проверки;
• повышение оперативности работы;
• уменьшение издержек;
• улучшение качества принимаемых решений.

Цикл работы непрерывный или периодический. Качество управления оценивают благодаря трем показателям:

• выбор эффективного решения;
• своевременность;
• возможность его реализации.

Существует несколько видов управления.

Чаще всего используются следующие:

• автоматизированная система управления производством, которая решает проблемы управления и контроля процессами в разных сферах;
• автоматизированная система управления технологическим процессом, что решает задачи производства, включая логистику;
• автоматизированные системы управления дорожным движением управляют потоками машин и пешеходах на дорогах и магистралях.

Работа с автоматизированной системой управления имеет дополнительные преимущества: расчет себестоимости, остатка и оборотов, планирование состояние склада, интеграция с оборудованием.

Система имеет три составляющих:

• программный интерфейс, с помощью которого работник вводит данные, управляет системой и получает отчеты;
• сервер базы данных, где хранится и обрабатывается информация;
• программы обработки, что передают пользователю данные с помощью интерфейса и презентаций.

Функциональные задачи

В результате анализа целей управления формируется набор конкретных технологических функций, которые могут быть представлены в виде отдельных задач или комплекса операций. В общем виде элементы функционального действия основываются на следующих задачах:

• Прогнозирование и планирование.
• Контроль, учет и анализ.
• Регуляция и координация.

На низших структурных звеньях реализуется точечный функционал автоматической системы управления – это операции формирования конкретных воздействий на подконтрольный объект. В частности, задачи обработки информации могут быть представлены хранением, поиском, отображением и преобразованием данных.

Техническое обеспечение автоматического управления

Хотя главной целью построения автоматических контроллеров является управляющий функционал, даже простейшие системы в обязательном порядке включают средства измерения и учета. От информационных датчиков, вычислительных машин и сенсоров на контроллеры поступают рабочие данные. Это показатели, на основе которых микропроцессоры, в частности, дают команды исполнительным механизмам. Например, автоматическое управление техническими системами на физическом уровне может реализовываться через электромагнитные устройства с элементами запорной арматуры. Более широкий охват имеют электродвигательные исполнительные средства, контролирующие работу оборудования, агрегатов и различной техники.

Техобслуживание автоматики

Поддержка исправного или работоспособного состояния элементов управляющего комплекса невозможна без проведения своевременного технического обслуживания. Это набор профилактических и ремонтных мер, который утверждается разработчиком системы или главным инженером на эксплуатирующем предприятии. В большинстве случаев техническое обслуживание систем автоматического управления предполагает выполнение следующих мероприятий:

• Проверка внешнего состояния аппаратуры и механических агрегатов.
• Чистка оборудования без вскрытия и монтажа.
• Проверка работоспособности блокирующих механизмов и заземления.
• Проверка надежности фиксирующих узлов – монтажных скоб, зажимных элементов, метизов, присоединения разъемов и полумуфт.
• Проверка состояния электротехнических источников питания.
• Ремонт, замена или восстановление поврежденных частей комплекса.

Обучение систем автоматического контроля и управления

Изменение условий работы большинства систем в современном мире обуславливает необходимость создания моделей их адаптации. Конечно, подобные задачи могут выполняться и вручную, но такой подход противоречит самой концепции автоматического управления. Поэтому создаются новые теории обучения, адаптации и самоорганизации контролирующих систем. Наиболее перспективными направлениями в этой области можно назвать системы обратной связи, устройства распознавания образов и теорию искусственного интеллекта. Объединяются же принципы обучения в каждом из этих случаев тем, что система самостоятельно выбирает тактику дальнейших действий исходя из широкого спектра данных о своем состоянии – на сегодняшний день уже стандартными стали сведения о температуре, влажности, вибрациях и т. д.

СТРУКТУРА И НАЗНАЧЕНИЕ СИСТЕМ КОНТРОЛЯ

§ 20. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СХЕМЫ И ВТОРИЧНЫЕ ПРИБОРЫ

У большинства воспринимающих элементов выходная величина является электрической. При этом не всегда возможно измерить эту величину непосредственно прибором. В этом случае перед измерением выходную величину датчика (например, сопротивле­ние, емкость и т. д.) приходится преобразовывать в другой вид электрической величины, удобный для измерения. Такое преобра­зование осуществляется различными измерительными схемами.

В автоматических устройствах наибольшее распространение получили мостовые и компенсационные измерительные схемы.

Мостовая измерительная схема. Эту схему применяют в том случае, когда измеряемая величина преобразуется датчиком в из­менение активного или реактивного сопротивления. На рис. 36, а

приведена мостовая измерительная схема. В одну диагональ моста включен источник постоянного напряжения, в другую — измери­тельный прибор.

Зависимость между сопротивлениями плеч моста, напряжением источника питания и током через измерительный прибор может быть определена с помощью схемы замещения. Эту схему можно легко составить, пользуясь теоремой об эквивалентном генераторе. Согласно этой теореме любую линейную электрическую цепь для определения тока в любой ее ветви (например, диагонали аб

рис. 36, а) можно заменить эквивалентным генератором, ЭДС ко­торого равна напряжению в этой ветви, когда ток в ней равен нулю, а внутреннее сопротивление равно сопротивлению остальной части цепи при условии, что все участки, на которых есть ЭДС, замкнуты накоротко.

Рис. 36. Мостовые измерительные схемы: а

— принципиальная схема; б — эквивалентная схема;
в
— автоматический мост

В нашем случае для определения тока I

прибора схема замеще­ния будет иметь вид, представленный на рис. 36, б. Согласно этой схеме получим:

I=Eэ/(rэ+Rи) (12)

где Eэ

и
rэ
— параметры эквивалентного генератора;
Rи
— со­противление измерительного прибора.

Это общее выражение для тока измерительного прибора мосто­вой схемы. В случае, когда мостовая схема уравновешена, ток в из­мерительном приборе отсутствует, т. е. I

= 0. Такое состояние схемы будет, как следует из (13), при

R1R4 = R2RЗ.

(14)

Если одно из сопротивлений моста (например, сопротивление R1,

которое является выходной величиной датчика) неизвестно, его можно определить по другим, известным сопротивлением в со-

стоянии равновесия схемы на основании условия (14): R1

= = R2
(R3/R4).
Измерение сопротивлений при помощи мостовых измерительных схем нашло широкое применение в технологиче­ском контроле благодаря высокой точности и возможности автома­тизации процесса уравновешивания схемы.

На рис. 36, в

показана схема автоматического моста, где соот­ношение между плечами может изменяться при помощи электро­механической следящей системы с реверсивным электродвигателем

Рис. 37. Измерительные схемы:

а

— измерения ЭДС компенсационным методом;
б
— автоматического потенциометра;
в
— обобщенная схема вторичного прибора

РД,

перемещающим движок реохорда
R.
На вход усилителя
УС
поступает сигнал разбаланса схемы с измерительной диагонали моста. Сигнал рассогласования после усиления поступает на ре­версивный двигатель, направление вращения которого зависит от знака рассогласования. Двигатель останавливается при достиже­нии равновесия моста, т. е. когда ток в измерительной диагонали равен нулю.

Компенсационная измерительная схема. Компенсационный ме­тод измерения основан на уравновешивании (компенсации) ЭДС датчика известным падением напряжения на калиброванном сопро­тивлении. Для иллюстрации этого метода измерения рассмотрим схему потенциометра (рис. 37, а),

где
Ех
— измеряемая ЭДС (на­пример, термо-ЭДС термопары);
Ен
— ЭДС нормального элемента или другого высокостабильного источника;
Е
— ЭДС рабочего источника питания;
НП
— гальванометр (нуль-прибор);
Rн
— образцовое сопротивление для проверки величины рабочего тока
I
по нормальному элементу;
Rp
— сопротивление реостата;
R
— сопротивление реохорда;
П
— переключатель работ «Контроль
К
— Измерение И».

Перед началом работы необходимо установить определенное значение рабочего тока I

. Для этого переключатель
П
ставится

в положение К

и сопротивление
Rp
изменяется до тех пор, пока гальванометр
НП
не покажет отсутствие тока. Это состояние до­стигается при
Ен = IRн.
После установки рабочего тока переклю­чатель
П
переводится в положение
И,
после чего перемещением движка реохорда надо вновь добиться отсутствия тока в гальвано-метре. В состоянии компенсации

EX = IR,

(15)

где I

—ранее установленное значение рабочего тока.

Из выражения (15) видно, что результат измерения опреде­ляется только положением движка реохорда, шкала которого мо­жет градуироваться в единицах Ех

или величины, функцией ко­торой является
Ех.
Компенсационные измерительные схемы широко применяют в технологическом контроле в связи с высокой точностью измере­ния и возможностью автоматизации процесса уравновешивания схемы. На рис. 37, б

показана схема автоматического потенцио­метра, в которой для перемещения движка реохорда использована электромеханическая следящая система, реагирующая на рассогла­сование
U
между измеряемой ЭДС
Ех
и компенсирующим напря­жением на участке
ба Uба
Рассогласование
U
после усиления подается на реверсивный двигатель
РД,
направление вращения ко­торого зависит от знака рассогласования. Двигатель останавли­вается, когда
Ех = Uба.
Эта же следящая система может быть использована при проверке рабочего тока. Для этой цели ко входу усилителя необходимо подключить нормальный элемент и сопро­тивление
Rн,
а выходную ось реверсивного двигателя связать с движком регулировочного реостата.

Вторичные приборы.К ним относят устройства, воспринимаю­щие сигнал от датчика и преобразующие его в перемещение указа­теля относительно шкалы. В случае необходимости они осущест­вляют запись значений контролируемой величины на специальной диаграммной бумаге и сигнализацию при достижении контроли­руемой величиной установленных минимальных или максималь­ных значений.

В качестве электрических вторичных приборов применяют автоматические компенсаторы. Независимо от схемы датчика вторичный прибор состоит из следующих элементов (рис. 37, в):

измерительной схемы
ИС,
электронного усилителя
ЭУ,
реверсивного двигателя
РД
и отсчетного устройства
ОУ.
Автоматический компенсатор — это электромеханическое сле­дящее устройство, которое усиливает измерительный сигнал элек­тронным усилителем и, воздействуя на измерительную схему с по­мощью реверсивного двигателя, приводит ее в новое состояние — состояние равновесия или компенсации. Промышленность выпу­скает следующие компенсаторы: показывающие, с вращающейся шкалой, самопишущие, одноточечные и многоточечные.

Для определения назначения и типа компенсаторов приняты следующие обозначения: КП — компенсаторы с показывающей кру-

говой шкалой; KB — компенсаторы с вращающейся шкалой; КС — компенсаторы самопишущие с регистрацией измеряемой величины. Для указания параметра, измеряемого компенсатором, к пер­вым двум буквам, значение которых дано выше, добавляют третью: М — для компенсатора, работающих с первичными преобразовате­лями, которые меняют свое сопротивление; П — для компенсато­ров, работающих с первичными преобразователями ЭДС; Д, Ф и У — для компенсаторов, работающих соответственно с дифферен­циально-трансформаторными, ферродинамическими и токовыми пре-образевателями. Таким образом, прибор с обозначением КПП — это компенсатор показывающий для преобразователей, имеющих на выходе ЭДС (например, термопара), а прибор КСМ — компенса­тор самопишущий для преобразователей, которые меняют свое сопротивление (например, термометр сопротивления).

§ 21. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ СИГНАЛОВ И СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИПОКАЗАНИЙ НА РАССТОЯНИЕ

При технологических измерениях часто бывает необходимо передать сигнал информации о состоянии контролируемого пара­метра для последующей обработки на вторичный прибор, удален­ный от объекта контроля на некоторое расстояние. Передачу сиг­налов измерительной информации на расстояние осуществляют специальные системы дистанционной передачи, состоящие из сле­дующих основных элементов: 1) передающего преобразователя, находящегося под действием измеряемой величины; 2) линии связи, которая передает сигналы измерительной информации, вырабаты­ваемые передающими преобразователями; 3) измерительного уст­ройства, предназначенного для получения сигнала измерительной информации в форме, удобной для восприятия наблюдателем или дальнейшего использования.

Системы дистанционной передачи и передающие преобразова­тели могут быть подразделены на две большие группы: системы с унифицированными сигналами и системы с неунифицированными, естественными сигналами.

В системах дистанционной передачи с унифицированными сиг­налами сигнал измерительной информации, подаваемый в линию связи, приводится передающим преобразователем к виду и уровню, отвечающим требованиям ГСП. Для преобразования унифициро­ванного сигнала в показание эти системы передачи содержат в ка­честве вторичных приборов различные измерительные устройства (показывающие, самопишущие и пр.).

Наиболее распространены в таких системах унифицированные первичные преобразователи, работающие на принципе компенса­ции усилия и перемещения.

Приборы со встроенными электросиловыми преобразователями.Они состоят из двух элементов: измерительного блока и электро­силового преобразователя (рис. 38, а).

В измерительном блоке из­меряемый параметр (в данном случае давление) преобразуется
во
входное усилие Р.

В электросиловом преобразователе усилие
Р
преобразуется в унифицированный сигнал постоянного тока, про­порциональный текущему значению измеряемого параметра. Электросиловой преобразователь состоит из передаточных ме­ханизмов 1,
2, 3,
блока обратной связи
8,
индикатора рассогласо­вания
4
и усилителя
УС.
Принцип действия преобразователя осно­ван на электросиловой компенсации. Если текущее значение из­меряемого параметра не меняется, то усилие
Р,
действующее на передаточный механизм, компенсируется усилием
Ро.
с со стороны

Рис. 38. Дистанционная передача показаний:

а

_ система передачи с электросиловым преобразователем;
б
— схема подключения вто­ричного прибора;
в
— система с пневмосиловым преобразователем

блока обратной связи. Флажок 5 индикатора рассогласования 4

будет неподвижен, напряжение рассогласования U, поданное на вход усилителя
УС,
не изменится. Постоянный ток, текущий от усилителя
УС
к катушке 7 блока обратной связи и ко вторичному прибору, будет постоянным и пропорциональным текущему значе­нию измеряемого параметра.

При изменении текущего значения измеряемого параметра из­меняется усилие Р.

Так как компенсирующее усилие обратной связи
Ро.с
не изменилось, это приводит к перемещению рычагов
1 и 3,
флажка
5
индикатора рассогласования
4.
Перемещение флажка 5 вызывает изменение напряжения рассогласования на входе усилителя
УС,
что в свою очередь приводит к изменению выходного сигнала постоянного тока и тока, протекающего через катушку 7. Изменение тока катушки 7 вызывает изменение компен­сирующего усилия Ро.с вследствие изменения силы взаимодейст­вия между магнитным полем катушки и плунжером
6.
Флажок
5
будет перемещаться до тех пор, пока усилие
Ро
с обратной связи не уравновесит входное усилие
Р.
Так как входное усилие зависит от значения измеряемого параметра, то значение выходного сигнала постоянного тока будет пропорционально измеряемому параметру.

Все вторичные приборы, подключаемые к такому преобразова­телю через линию связи, можно разбить на две группы: работаю­щие от унифицированного сигнала постоянного тока (милливольт­метры и др.) и работающие от сигнала постоянного напряжения (милливольтметры, потенциометры). Миллиамперметры подклю­чают в разрыв электрической цепи (рис. 38, б)

двухпроводной ли­нии. Милливольтметры подключаются параллельно нагрузочному сопротивлению, включенному в электрическую цепь двухпроводной линии.

Пневмосиловые преобразователи.Принцип их действия основан на использовании пневматической силовой компенсации. На рис. 38, в

приведена схема такого устройства. Измеряемая вели­чина воздействует на чувствительный элемент устройства и преоб­разуется в усилие
Р.
Это усилие через рычажные системы
1 и 4
уравновешивается усилием Ро. с, создаваемым сильфоном блока обратной связи 5. При изменении измеряемой величины, а следо­вательно, и усилия
Р
происходит перемещение рычага / и связан­ной с ним заслонки
2
индикатора рассогласования
3
типа «сопло-заслонка», который преобразует это перемещение в сигнал измери­тельной информации в виде давления сжатого воздуха. Сигнал через пневмоусилитель
УС
поступает в линию связи и одновременно в сильфон обратной связи 5, где формируется в пропорциональное усилие
Ро.
с, уравновешивающее посредством рычагов 1 и
4
вход­ное усилие
Р.
Таким образом, мерой измеряемого усилия
Р
яв­ляется величина давления воздуха на выходе преобразователя, которое создает уравновешивающее усилие обратной связи
Ро.
с. Пределы изменения выходного сигнала такого преобразователя 20—100 кПа.

В качестве вторичных приборов могут быть использованы лю­бые устройства для измерения давления с соответствующим диапа­зоном измерения.

Ферродинамические преобразователи.Эти приборы нашли ши­рокое распространение как передающие преобразователи в систе­мах передачи показаний. Они предназначены для преобразования угловых перемещений в пропорциональные унифицированные элек­трические сигналы переменного тока. Ферродинамический преоб­разователь (рис. 39, а)

имеет три узла: магнитную систему 1,
2, 3, 6
и 7, катушку
8
и рамку
5
с обмоткой. Рамка 5 соединена с чувст­вительным элементом первичного прибора. Она может поворачи­ваться в подпятниках, укрепленных в сердечнике
3.
Концы обмотки рамки соединены с клеммами через спиральные пружины. Угол поворота
а рамки по отношению к нейтрали N
—
N
зависит от зна­чения контролируемого параметра. Магнитная система преобразо­вателя образована магнитопроводом 1, башмаком
2,
сердечником
3
и плунжером 7. В одном из окон магнитопровода размещена катушка
8
с обмоткой возбуждения
WВ
и обмоткой смещения
W
см.

При питании обмотки возбуждения переменным током в магни-топроводе возникает магнитный поток, индуцирующий ЭДС в об­мотке рамки и в обмотке смещения. Величина магнитного потока

зависит от зазора между башмаком 2

и подвижным плунжером 7. Изменением этого зазора (перемещением плунжера
7)
можно изме­нять величину магнитного потока, а следовательно, и ЭДС рамки и обмотки смещения.

Рис. 39. Система дистанционной передачи показаний:

а

— ферродинамический преобразователь; б — его характеристики; в — система передачи

показаний

В воздушном зазоре 4,

где расположена рамка, создается ра­диальный магнитный поток. Когда плоскость рамки совпадает с ли­нией нейтрального положения
N
—
N,
магнитный поток не пере­секает рамку, и ЭДС, индуцируемая в ней, равна нулю. Когда рамка отклоняется от линии
N
—
N,
в ней индуцируется ЭДС, прямо пропорциональная углу ее поворота. Фаза этой ЭДС меняется на 180° при повороте рамки в ту или иную сторону от нейтрали. На рис. 39,
б
приведены характеристики, показывающие зависимость значения ЭДС в рамке от угла поворота рамки. Подключая концы обмотки смещения к обмотке рамки, можно получить нулевое зна­чение суммарной ЭДС при крайнем положении рамки.

Принцип действия ферродинамической системы передачи по­казаний основан на компенсации перемещения. Ферродинамиче-ская система (рис. 39, в)

состоит из передающего преобразователя
ПФ1
первичного прибора, линии связи и элементов вторичного прибора: преобразователя
ПФ2,
усилителя
УС
и реверсивного двигателя
РД.
Рамка передающего преобразователя
ПФ1
меха­нически связана с чувствительным элементом первичного прибора, и следовательно, угол ее поворота и ЭДС
е1
пропорциональны кон­тролируемому параметру. Рамка преобразователя
ПФ2
механи­чески связана с осью двигателя
РД.
Рамки преобразователей соединены последовательно так, что развиваемые ими ЭДС направлены навстречу друг другу, т. е. на вход усилителя УС

подается разность ЭДС обоих преобразовате­лей: U=
е1
—
е2.
При одинаковом положении рамок преобразователей ( 1

= 2) первичного и вторичного приборов ЭДС
е1
и е2 равны между со­бой, и напряжение, подаваемое на вход усилителя, U= 0. При изменении значения контролируемого параметра рамка первич­ного прибора изменяет свое положение и
е1 е2.
На вход усили­теля будет подано напряжение U=
е1
—
е2,
не равное нулю. Ам­плитуда и фаза напряжения Uзависят от угла поворота рамки передающего преобразователя. Напряжение
AU,
усиленное уси­лителем
УС,
приводит во вращение двигатель
РД,
который пово­рачивает рамку преобразователя
ПФ2
и стрелку измерительного прибора. Поворот рамки
ПФ2
вызывает изменение ЭДС
е2.
Рамка и стрелка будут поворачиваться до тех пор, пока
е2
не станет рав­ной
е1,
т. е. U= 0.

Таким образом, каждому положению рамки преобразователя первичного прибора соответствует вполне определенное положение рамки преобразователя вторичного прибора, а следовательно, и по­ложение стрелки относительно шкалы прибора.

В качестве систем передачи показаний с естественными сигна­лами наибольшее распространение получили дифференциально-трансформаторные, реостатные системы. В таких системах сигналы измерительной информации не приводятся к унифицированному (нормализованному) виду. Несмотря на то, что использование ес­тественных сигналов менее удобно, чем унифицированных, эти системы передач показаний распространены довольно широко. В ряде случаев, например, при решении локальных задач — из­мерении температуры, давления и т. д.— они оказываются проще и дешевле, чем системы с унифицированными преобразователями, так как к ним не предъявляют жестких требований работы в еди­ном комплексе с другими приборами и устройствами.

Работа дифференциально-трансформаторной системы передачи показаний (рис. 40, а)

основана на принципе компенсации разно­сти напряжений в обмотках первичного и вторичного приборов. С изменением измеряемого параметра меняется положение чувст­вительного элемента 1 и перемещается сердечник дифференциально-трансформаторного преобразователя. Вследствие изменения взаи-

моиндукции между первичной обмоткой возбуждения и двумя вторичными обмотками, включенными навстречу друг другу, пе­ремещение сердечника первичного прибора преобразуется в на­пряжение. Дифференциальное действие катушки заключается в том, что перемещение сердечника в определенном направлении вызы­вает соответствующее изменение напряжения в одной из вторичных обмоток и обратное ему — в другой.

В систему передач вхо­дят два одинаковых диффе­ренциально — трансформатор­ных преобразователя, уси­литель УС

и реверсивный двигатель
РД,
приводящий в движение с помощью про­фильного кулачка
К
сердеч­ник преобразователя вторич­ного прибора. С выходным валом двигателя
РД
сочле­нена стрелка отсчетного устройства вторичного при­бора. Первичные обмотки преобразователей соединены последовательно, и к ним подводится переменное на­пряжение. Их вторичные обмотки соединены так, что снятые с них напряжения

U1 = (е1

—
е2
) и U2= (
е3
—
е4)
находятся в противофазе, и

‘поэтому результирующее на­пряжение, поданное на вход усилителя УС,

будет равно
U = U1—U2.
Если сердеч­ники преобразователей нахо­дятся в одинаковых положениях, то напряжения
U1
и
U2
равны, т. е. U = 0.

При изменении контролируемого параметра перемещается сер­дечник преобразователя первичного прибора. При рассогласован­ных положениях сердечников преобразователей первичного и вто­ричного приборов напряжения, индуктируемые во вторичных об­мотках, не равны, и на вход усилителя УС

будет подаваться на­пряжение АСУ. Амплитуда и фаза этого напряжения зависят от перемещения сердечника преобразователя первичного прибора.

Напряжение U

=
U1
—
U2,
усиленное усилителем
УС,
при­водит во вращение двигатель
РД,
который перемещает стрелку, а с помощью кулачка — сердечник преобразователя вторичного прибора. Направление перемещения стрелки и сердечника будет зависеть от фазы напряжения, поданного на вход усилителя. Пе-

ремещение сердечника приводит к изменению напряжения U2 =

=
е3
—
е4
. Сердечник будет перемещаться до момента согласования положений сердечников в катушках первичного и вторичного при­боров. При согласованном положении сердечников вновь насту­пает равенство напряжений
U1
и
U2,
и напряжение, поданное на вход усилителя, вновь становится равным нулю, а перемещение сердечника преобразователя вторичного прибора прекращается. Таким образом, каждому положению сердечника вторичного при­бора, определенному значением измеряемой величины, соответст­вует определенное положение сердечника преобразователя вторич­ного прибора, а следовательно, и положение стрелки относительно шкалы прибора.

Основным элементом реостатной системы дистанционной пере­дачи является реостатный передающий преобразователь (рис. 40, б).

Этот преобразователь преобразует линейное перемещение в про­порциональное изменение электрического сопротивления. Он со­стоит из проволочного сопротивления
R
(реохорда) с подвижным контактом 1. Сопротивление реохорда пропорционально его длине. При дистанционной передаче показаний реохорд встраивают в пер­вичный прибор. Чувствительным элементом первичного прибора является мембрана
3,
соединенная посредством штока
2
с подвиж­ным контактом 1. Вторичный прибор (амперметр) соединяется про­водами с реостатным преобразователем. При изменении контроли­руемой величины (давление
Р)
мембрана деформируется и вызы­вает перемещение штока
2
и подвижного контакта 1. При переме­щении контакта
1
изменяется сопротивление
R,
а следовательно, и величина тока в цепи
I
=
E/R.
При постоянном значении напряжения питания Е

и сопротив­лении проводов линии связи величина
R
зависит только от сопро­тивления реостатного преобразователя. Так как сопротивление
R
пропорционально давлению, измеряемому первичным прибором, то отклонение стрелки амперметра также пропорционально дав­лению
Р.
Поэтому стрелка вторичного прибора при градуировке его в единицах давления покажет давление, измеряемое вторич­ным прибором.

При автоматизации производственных процессов используют электрические, пневматические и гидравлические автоматические устройства. Для их совместной работы необходимо преобразовы­вать сигналы одного вида (одной физической природы) в пропор­циональные сигналы другого вида. Это осуществляют специальные преобразователи. Ниже рассмотрены наиболее распространенные из них.

Электропневматические преобразователи. Эти приборы предна­значены для преобразования непрерывного сигнала постоянного тока в диапазоне 0 5 мА в пневматический сигнал, изменяющийся от 20 до 100 кПа.

Принципиальная схема электропневматического преобразова­теля типа ЭПП-63 приведена на рис. 41, а. В установившемся ре­жиме постоянный ток входного сигнала проходит по катушке 2,

укрепленной на основном рычаге 3,

и создает при взаимодействии с магнитным полем постоянного магнита 1 втягивающее усилие, которое уравновешивается усилием, создаваемым сильфоном об­ратной связи
6.
При изменении тока равновесие рычажной системы нарушается, рычаги
3 и 5,
соединенные гибкой тягой
4,
поворачи­ваются вокруг ленточных шарниров и величина зазора между соп-лом 9 и заслонкой
10,
укрепленной на основном рычаге
3,
изме-

Рис. 41. Преобразователи: электропневматический (а), пневмоэлектриче-

ский (б)

няется. Это перемещение вызывает изменение давления воздуха, подаваемого от источника питания в камеру П

к, в междроссель­ной камере
Мк
пневмоусилителя и приводит к нарушению равно­весия дифференциальной мембраны
8,
связанной со штоком тарель­чатого клапана
7.
Шток изменяет степень открытия клапана, что вызывает изменение давления в камере выхода
Вк
и сильфоне обратной связи
6.
В результате перемещения дна сильфона усилие обратной связи противодействует дальнейшему перемещению за­слонки до момента полного статического уравновешивания рычаж­ной системы
3, 4, 5.
Преобразователь имеет систему термокомпенсации, состоящую из медного шунта Rш и дополнительного манганинового сопротив­ления RД.

Основная погрешность такого преобразователя ±1 % от диапазона изменения входного сигнала, порог чувствительности 0,1
%,
постоянная времени при длине пневматической линии 300 м и диаметре 6 мм — 25—30 с.

Пневмоэлектрические преобразователи предназначены для не­прерывного преобразования пневматического сигнала в пропор­циональный электрический сигнал постоянного или переменного

тока. Входным сигналом преобразователей является давление сжатого воздуха в диапазоне 20 100 кПа, а выходным — унифи­цированный сигнал постоянного или переменного тока.

На рис. 41, б приведена схема пневмоэлектрического преобра­зователя типа ППЭ-6. Преобразователь состоит из двух основных элементов: измерительного блока 1,

воспринимающего входной пневматический сигнал
Рвх,
и дифференциально-трансформатор­ного преобразователя
6,
преобразующего входное давление
Рвх
в электрический выходной сигнал. В измерительном блоке в ка­честве упругого чувствительного элемента использован сильфон
2,
снабженный винтовой пружиной
10.
Пружина нижним концом закреплена во втулке
13,
а верхним — во втулке
9,
одновременно служащей для центрирования и регулирования пружины. С дном сильфона связан шток
12,
верхний конец которого соединен с ры­чагом
8.
Осью рычага является упругий шарнир
3.
При повороте рычага перемещается ролик
4,
который закреплен на скобе 7, соединенной со штоком сердечника
5
дифференциально-трансфор­маторного преобразователя. Для уменьшения температурной по­грешности шток сильфона снабжен биметаллическим компенсато­ром
11.
Пневматический сигнал измерительной информации Рвх

подво­дится к пневмоэлектрическому преобразователю через штуцер в герметически закрытый кожухом измерительный блок 1. Под дейст­вием давления сильфон сжимается, что вызывает пропорциональное перемещение штоков, а следовательно, и сердечника дифферен­циально-трансформаторного преобразователя.

Основная погрешность преобразователя ППЭ-6, выраженная в процентах от максимального хода сердечника, не превышает ±1 %.

Максимальное значение хода сердечника — 5 мм.

АВТОМАТИЧЕСКИЙ УЧЕТ СЫРЬЯ

Сырьем для деревообрабатывающих предприятий служат преи­мущественно круглые лесоматериалы. Рентабельность производства во многом зависит от правильного и экономного расходования древесного сырья. Поэтому среди производственных операций осо­бое место занимают операции, связанные с учетом круглых лесома­териалов, которые требуют наибольших трудозатрат.

Сущность операций определения объемов круглых лесоматериа­лов заключается в их обмере: измерении диаметров и длин, вычис­лении их объема с последующим суммированием объемов отдель­ных сортиментов. Наибольшее распространение в этой области получили системы автоматического измерения и учета сырья, по­строенные на базе вычислительной техники.

На рис. 42, а

показана автоматическая система учета круглых лесоматериалов. Основными ее элементами являются измерители / диаметров и
2
длин сортиментов.

Измеритель диаметров. Схема этого прибора приведена на рис. 42, б.

Он содержит источник света
ИС,
оптическую систему,

состоящую из параболического рефлектора 3, зеркала 2

и фото­приемника
ФП.
В качестве источника света обычно используют люминесцентные лампы, дающие параллельный пучок света. Из­мерительный объект, например сортимент 1 диаметром
d,
переме­щается на траверсе продольного конвейера. Сортимент 1 на изме-

Рис. 42. Автоматическая система учета сырья:

a — блок-схема системы; б — измеритель диаметров; в

— измеритель длины

⇐ Предыдущая9Следующая ⇒

Рекомендуемые страницы: