А. Элементы автоматики Классификация систем автоматики




НазваниеА. Элементы автоматики Классификация систем автоматики
страница1/4
Дата01.02.2013
Размер0.52 Mb.
ТипРеферат
  1   2   3   4




Содержание.

  1. Предисловие

  2. Содержание…………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 2

  3. Введение………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 3

А. Элементы автоматики

  1. Классификация систем автоматики……………………………………………………………………………………………. 4

  2. Датчики…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 6

  3. Усилители…………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 14

  4. Стабилизаторы напряжения………………………………………………………………………………………………………………… 17

  5. Стабилизаторы давления………………………………………………………………………………………………………………………. 19

  6. Переключающие устройства………………………………………………………………………………………………………………… 20

  7. Магнитные пускатели и реле……………………………………………………………………………………………………………… 22

Б. Системы автоматики и телемеханики

  1. Основные понятия о теории управления………………………………………………………………………………………… 25

  2. Основные понятия о системах регулирования, контроля и сигнализации…………………… 26

  3. Автоматические системы передачи угловых перемещений и следящие системы…… 31

  4. Системы телемеханики…………………………………………………………………………………………………………………………….. 32

  5. Комплексная автоматизация…………………………………………………………………………………………………………………. 34


ВВЕДЕНИЕ

Автоматикой называется отрасль науки и техники, охватывающая теорию и принципы построения автоматических систем и устройств, выполняющих свои основные функции без непосредственного участия человека.

Классификация систем автоматики:

бывают:

1. автоматические системы контроля, которые могут иметь разновидности в виде автоматических систем измерения (АСИ) и автоматически систем сигнализации (АСС).

2. автоматические системы управления (АСУ). Частным случаем АСУ является автоматическая система регулирования (АСР).


Структурные схемы систем автоматики.

  1. Автоматическая система контроля.




АСК служит для осуществления автоматического контроля одного или нескольких параметров производственного процесса и включает в себя контролируемый объект, датчик, сравнительное устройство, задающее устройство, воспроизводящее устройство.

КО имеет один или несколько контролируемых параметров, которые снимаются датчиком и подаются на сравнивающее устройство, куда поступает эталонное значение параметра, вырабатываемое задающим устройством. В сравнивающем устройстве происходит сравнение текущего контролируемого параметра с эталонным в виде вычитания этих двух величин. Если разница этих двух сигналов равна 0, то текущее значение параметра равно эталонному и воспроизводящее устройство покажет значение ошибки “=0”.

Если контролируемый параметр отличается от эталонного, то разностный сигнал будет отображен на воспроизводящем устройстве, который покажет величину ошибки.

2. Системы управления:

а) разомкнутая система автоматического управления служит для автоматического управления состоянием, работой и др. функциями управляемого объекта без отображения результатов или при отсутствии результатов управляющего воздействия.




В блок-схему входит задающее устройство, вырабатывающее командный сигнал; преобразующее устройство служит для преобразования и усиления командного сигнала; исполнительное устройство является исполнительным органом, которым может быть эл. Двигатель, пускатель, реле, реостат, потенциометр, взрыватель и т.д.; управляемый объект, который управляется командой с ЗУ.

б) замкнутая система автоматического управления (система автоматического регулирования). Отличается от разомкнутой цепи наличием обратной связи, которая подводит через датчик текущие значения параметра объекта регулирования к сравнивающему устройству, где происходит его сравнение с эталонным значением параметра, вырабатываемым ЗУ.

Система автоматического регулирования служит для автоматического поддержания постоянства выходного параметра объекта регулирования с заданной точностью, характеризующую производственный процесс, и включает в себя ЗУ для выработки эталонного значения параметров; СУ для определения разности между эталонным и текущим значением параметра (сигнала рассогласования); исполнительного устройства; объекта регулирования и датчика, предназначенного для снятия текущего значения параметра, его преобразования в необходимый вид сигнала и подачи на сравнивающее устройство.




2. Системы телемеханики:

Телемеханикой называется отрасль науки и техники, охватывающую теорию и принципы построения автоматических систем управления производственным процессом на объектах, находящихся на больших расстояниях от пункта управления (например, управления: космическими аппаратами и приборами, ядерных установок, работой автоматически хцехов и заводов, переводом стрелок на железных дорогах).

Классификация систем телемеханики:

По своему характеру системы телемеханики бывают:

  1. системы измерения ТИ.

  2. системы сигнализации ТС.

  3. разомкнутые системы телеуправления РСТУ.

  4. разомкнутые системы телеуправления (телерегулирования) ЗСТУ.


Системы телемеханики по устройству и принципу действия аналогич-ны системам автоматики, но для передачи и приема эталонных сигналов и команд они включают в себя передатчики, линии связи и приемники.




Передатчик и приемник служат для передачи и приема электрических сигналов, соответствующих контролируемому параметру.

Аналогично разомкнутой системе управления устроена и работает разомкнутая система телеуправления.




3. Системы замкнутого телеуправления.




Системы замкнутого телеуправления называются системами телерегулирования. Они служат для поддержания постоянства одного или нескольких параметров, объекта регулирования, находящегося на большом удалении от диспетчерского пункта (десятки тысяч км).

амкнутая система телеуправления характеризуется наличием обратной связи между объектом регулирования и диспетчерским пунктом и включает в себя задающее устройство, вырабатывающего значение эталонного значения параметра; сравнивающее устройство, которое входит в состав ППУ (приемно-передающего устройства); в нем происходит сравнение эталонного значения параметра и текущего значения, полученного от цепи обратной связи. Сравнение производиться, как правило, амплитудным или фазовым дискриминатором, который выполняется по диодной или транзисторной схеме и производит вычитание сигнала. Если разность сигналов не равна нулю, то результируемый сигнал (сигнал рассогласования) усиливается по напряжению, преобразуется по частоте и мощности в передатчике и передается в линию связи. В месте объекта управления сигнал принимается приемником, усиливается и поступает на исполнительное устройство, которое, воздействуя на орган регулирования, приводит к изменению контролируемого параметра объекта регулирования, текущее значение которого снимается датчиком, преобразуется по частоте и мощности в передатчике поступает в линию связи, после чего принимается ППУ диспетчерского пункта, где опять происходит сравнение. Если разница сигналов равна нулю, то автоматическое регулирование на этом прекращается, т.к. в этом случае эталонное значение сигнала будет равным текущему значению. Если разница не равна нулю, то процесс телерегулирования продолжается до тех пор, пока не сравняется эталонное и текущее значение параметров. В цепь обратной связи входит: датчик, передатчик, линия связи, приемник.


4. Общие сведения об элементах автоматики.

Элементом автоматики называется обособленная часть схемы автоматики, функционально выполняющая свою функцию (например усилитель, стабилизатор).

Элементы автоматики делятся на:

1. Датчики – это элемент автоматики, функционально преобразующий

входную физическую величину в сигнал, удобный для измерения и дальнейшей обработки.

2. Усилитель – это устройство, предназначенное для усиления входных сигналов в виде определенной физической величины (усилитель напряжения, или тока, усилия, давления).

3. Стабилизатор – элемент автоматики, предназначенный для поддержания постоянства физической величины на своем выходе (например, стабилизаторы напряжения, тока, давления).

4. Переключающее устройство – это элемент автоматики, предназнач-енный для коммутации электрических цепей.

5. Исполнительные устройства – это элементы автоматики приводящие в действие регулирующие органы объектов регулирования (электродвигате-ли, электромагнитные муфты, электромагниты).

Датчики

Структурная схема датчика




Датчик состоит из двух элементов:

1. Чувствительный элемент – служит для преобразования входной физической величины в сигнал, удобный для измерения.

2. Преобразователь – служит для преобразования входной величины в электрический сигнал.

Классификация датчиков:

1. По принципу действия датчики разделяются на параметрические и генераторные.

Параметрическими называются датчики, преобразующие входную физическую величину в один из параметров электрической цепи (напряжение, ток, индуктивное, активное или реактивное сопротивление).

Генераторные датчики – это датчики, преобразующие входную физическую величину в Э.Д.С.

  1. По виду входной величины бывают: датчики перемещения, датчики

давления, температуры, скорости, ускорения, усилия и т.д.

3. По виду входного сигнала бывают электрические и неэлектрические.

4. По характеру выходного сигнала бывают непрерывные и дискретные.

Основные параметры датчиков:

1. Статические характеристики выражает зависимость выходной величины датчика от входной величины.

2. Статический коэффициент преобразования (передатчик)

определяется отношением выходной величины к входной.

3. Динамический коэффициент преобразования: определяется отношением приращений выходной величины к приращению входной или производной выходной величины по входной.

4. Относительный коэффициент преобразования: определяется отношением относительного приращения выходной величины к относительному приращению входной величины.

5. Порог чувствительности – наименьшее значение входного сигнала Umin , Pmin , вызывающее изменение выходного сигнала.

6. Инертность датчика – это величина изменения (отставания изменения) выходной величины датчика при изменении входной величины.

7. Абсолютная погрешность датчика – определяется как разница между фактическим (Y1) и измеренным (Y) значением выходной величины .

8. Относительная погрешность - определяется как отношение абсолютного значения погрешности выходной величины к ее расчетному значению, уменьшенному на 100%.


Параметрические датчики активного сопротивления.

К ним относятся: контактные датчики; потенциометрические (реостат-

ные) датчики, однотактные и двухтактные; тензометрические датчики; полупроводниковые датчики (p-n переход, термоэлектронный и др.).

Контактные датчики:

Контактными называются датчики, в которых механическое перемещение преобразуется в замкнутое или разомкнутое состояние контактов, управляющих узлов или несколькими электрическими цепями, при этом сопротивление датчика изменяется от бесконечности до нуля и наоборот. Это датчики, в которых имеется дискретность измерения. Широко применятся в машиностроении при ОТК, механических деталей, их сорти- ровке и отбраковке. Выявляют дефекты деталей с точностью по 1-2 мкм.

Устройство датчика:




Однотактный (нереверсивный) потенциометрический датчик.




Потенциометрическим называется датчик, предназначенный для преобразования линейного перемещения в электрический сигнал.

В зависимости от включения потенциометрический датчик может быть реостатным. Выполнен в виде переменного сопротивления, подвижная часть которого имеет связь с преобразующим элементом.

Состоит из каркаса с намотанной проволокой высокого уд. сопротивления. Производит измерение ошибок и дефектов механических деталей. Работает на постоянном токе и переменном токе. Измеряет дефекты только в одну сторону.


Работа датчика.

Преобразующий элемент (испытуемая деталь) проходит по конвейеру и воздействует ползунок датчика, при наличии дефекта. При этом по датчику будет протекать ток по цепи: “+” источника, невведенная часть резистора, ползунок, приемник, “-” источника. При этом выходное напряжение равно:

,

где K – коэффициент пропорциональности

L – длина всего реостата

X – невведенная его часть

Статическая характеристика датчика выражает зависимость выходного напряжения от величины введенной часть ползунка. Чем больше эта величина, тем большее напряжение снимается с датчика.

Двухтактный потенциометрический датчик (реверсивный).




В технике часто применяются датчики, реагирующие на знак допущенной ошибки при изготовлении детали. Для этого применяются потенциометрические датчики со средней точкой (двухтактные).

Применяются для измерения углов поворота, а так же линейных размеров механических изделий.

Статическая характеристика – прямая линия, пересекающая центр координат, т.е. показывает положительное и отрицательное направление напряжений.

Работа датчика:

Если датчик имеет номинальные размеры, ползунок находиться ровно посередине линейного размера датчика, т.е. напротив средней точки. Ток будет протекать по цепи: от “+” источника через резистор, через среднюю точку, через ползунок, через остальную часть резистора на “-” источника. Токи, протекающие по нижней и по верхней части, противоположно направлены, общий ток равен нулю. Поэтому на статической характеристике выходное напряжение равно нулю.


Если деталь имеет размеры больше номинального, то ток будет протекать по цепи : “+” источника, нижняя часть резистора до ползунка, ползунок, приемник, средняя точка, нижняя часть резистора, “-” источника. Выходное напряжение будет увеличиваться пропорционально перемещению ползунка от средней точки вверх.

Если ползунок находиться ниже средней точки, то ток будет протекать по цепи: “+” источника, верхняя часть резистора, средняя точка, приемник, ползунок, нижняя часть резистора, “-” источника.


Тензометрические датчики.

Тензометрическими называются датчики специальной конструкции, предназначенные для измерения статических или динамических деформаций в механических деталях и преобразующие эти деформации в изменения активного сопротивления.

Тензоэффектом называется свойство материалов высокого сопротив- ления изменять свое сопротивление под действием приложенной силы.

Тензодатчики бывают проводниковые и фольговые. В качестве проводящих материалов используются нихром, константан, манганин.

Конструктивное выполнение: это спираль из материала с высоким удельным сопротивлением, наклеенная на бумажную основу и жестко закрепленную на механическую деталь, после чего деталь подвергается испытаниям на сжатие или растяжение. Эта же сила действует и на датчик. При этом происходит сжатие или растяжение спирали датчика, а следова- тельно и изменение его электрического сопротивления. Если деталь разруша- ется при определенном усилии, то ток, протекающий по измерительному прибору, покажет величину этой силы. Т.О. тензометрические датчики применяются для определения механических усилий при испытаниях металлических деталей.





Коэффициент тензочувствительности датчика определяется:

, где

- абсолютное изменение длины проволоки,

- относительное изменение длины проволоки,

- относительное изменение сопротивления тензодатчика.

Сопротивление тензодатчика составляет от 200 до 500 Ом, а коэффициент

Кт = от 1,8 до 2,5.

Статическая характеристика:







Фольговые тензодатчики.

Представляют собой наклеенную на бумагу или пленку решетку из тонких полосок фольги с высоким удельным сопротивлением.


Конструкции бывают: прямая, розеточная, мембранная.







Прямая конструкция применяется для измерения линейных деформаций.

Розеточная – для измерения крутящих моментов.

Мембранная для измерения усилий, воздействующих на мембраны.

Коэффициент тензочувствительности равен 2.5, пропускает ток до 0.2 А, сопротивление датчика от 50 до 200 Ом.


Полупроводниковые датчики активного сопротивления.

Представляют собой полупроводниковые приборы (транзисторы, фотоэлементы с внутренним фотоэффектом, терморезисторы).

Фотоэлектронный датчик представляет собой фоторезистор, включенный в электрическую цепь с приемником.





Полупроводниковые датчики активного сопротивления выполняются на полупроводниковых элементах (транзисторах, фототранзисторах, фотодиодах, фоторезисторах, терморезисторах).


Работа датчиков :

Фоторезистор изменяет свое сопротивление в зависимости от величины потока освещенности чувствительного элемента. Сопротивление изменяется по закону: если освещенность равна нулю, сопротивление очень велико и обратно.

R (Ом)




Фотодиод: аналогично. I


-u u


Терморезисторы это приборы, сопротивление которых зависит от температуры:



Датчик реактивного сопротивления.

К ним индуктивные и емкостные датчики.

Индуктивными называются датчики, принцип действия которых основан на изменении индуктивного сопротивления электромагнитного дросселя при перемещении его якоря.

Они применяются для измерения угловых и линейных механических перемещений, деформаций и контроля размеров деталей.

Представляют собой электромагнитный дроссель с переменным воздушным зазором, обмотка которого включена последовательно с сопротивлением приемника.




Нереверсивный индуктивный датчик:

Un

Un

Zn

C

U

In



Uxx

Схема включения Статические характеристики Величина индуктивности

Где - количество витков - магнитная проницаемость

S - сечение - величина зазора

С увеличением зазора магнитный поток в катушке возрастает, сердечник насыщается, магнитная проницаемость уменьшается. В результате уменьшается индуктивность обмотки дросселя и уменьшается его индуктивное сопротивление, что вызывает увеличение тока в катушке и в приемнике – вызовет увеличение падения напряжения на нем, которое является выходным напряжением датчика. Поэтому с увеличением зазора выходное напряжение возрастает, как показано на статической характеристике.



Если приемник имеет активную индуктивную составляющую, то

Zпр =

Z= Zдр + Zпр



откуда пр.

Датчик обладает высокой чувствительностью, надежностью, имеет достаточно большую выходную мощность.

Реверсивный индуктивный датчик:

Он обладает в 2 раза большей чувствительностью, чем реверсивный. Включается по дифференционной или мостовой схеме. Измеряет величину дефектов в сторону уменьшения и в сторону увеличения. В среднем положении якоря выходное напряжение датчика равно нулю.


I1 I2





U

Дифференционная схема.


-


Реверсивно-индуктивный датчик является дифференционным датчиком.

Принцип действия основан на вычитании токов, протекающих по полуобмоткам датчика, на сопротивление приемника, и выделение результирующего тока, создающего результирующие выходное напряжение датчика. Если контролируемая деталь соответствует номинальному размеру, то якорь датчика находится в среднем положении (когда зазоры и одинаковы). В этом случае по полуобмоткам будут протекать токи по цепи: по левой – вывод «1» трансформатора, полуобмотка, сопротивление приемника, средняя точка трансформатора; по правой – средняя точка трансформатора, сопротивление приемника, правая полуобмотка точка «2» трансформатора. Каждый из этих токов, равных друг другу, создают равные, но противоположно направленные выходные напряжения, которые вычитают друг друга, и результирующее напряжение равно нулю.

Допустим, контролирующая деталь имеет размеры больше номинального. При этом зазор увеличивается, а соответственно уменьшается. При увеличении зазора в первом сердечнике увеличивается линейный поток, происходит насыщение сердечника, и уменьшается магнитная проницаемость. Индуктивность левой катушки уменьшится, индуктивные сопротивления также уменьшатся, и увеличится ток левой полуобмотки, которая создаст более высокое выходное напряжение на сопротивлении приемника. В правом сердечнике, наоборот, зазор уменьшится, магнитное поле уменьшится. При этом индуктивность правой полуобмотки увеличится, её индуктивное сопротивление также увеличится, ток в правой полуобмотке уменьшится и создаст меньшее выходное напряжение, обратное по знаку.

Результирующее напряжение датчика возрастет в положительном направлении в соответствии со статической характеристикой.

При поступления детали с размерами меньше номинальных процесс повторится, только выходное напряжение возрастет обратного направления.

Емкостные датчики.

Емкостные датчики являются датчиками реактивного сопротивления и представляют собой конденсатор переменной емкости, подвижная часть которого связана с контролируемыми деталями с каким-то уровнем.

Принцип действия основан на изменении тока в эл.цепи в зависимости от емкостного сопротивления , которое зависит от




Если контролируемая деталь приводит в движение подвижные пластины конденсатора, изменяя таким образом площадь перекрытия, то это ведет к изменению емкости, емкостного сопротивления и тока, протекающего в цепи, что будет сигнализировать о дефектах детали.

Для измерения уровней жидкостей в качестве параметра, изменяющего емкость, может быть использована диэлектрическая проницаемость диэлектрика между пластинами, может быть использован конденсатор с различными диэлектриками между пластинами.










Генераторные датчики:

К ним относятся термоэлектрические, пьезоэлектрические, тахогенераторные датчики.

Термоэлектрическим называется датчик, в котором изменение температуры преобразуется в термо э.д.с.

Принцип действия заключатся в том, что если 2 разнородных сплава или металла (медь и золото), соединить вместе общим спаем, и этот спай поместить в пространство с более высокой температурой, то между свободными концами этих проводников возникает термо э.д.с., величина, которой будет пропорциональна разности температур между нагретым объемом и объемом, где находятся выводы. В качестве проводников используются пары: платина и платинородий, хромель и алюмель, нихром и константан, а также платина, золото и другие чистые металлы.

Термопары применяются для контроля за рабочей температурой в эл. и др. печах, применяющихся для плавки металлов и их закалки.

  1   2   3   4

Похожие:

А. Элементы автоматики Классификация систем автоматики iconМетодические указания составлены в соответствии с рабочей программой по дисциплине «Автоматика»
«Автоматика» является усвоение студентами основ автоматики: элементов автоматики, систем автоматики и телемеханики, автоматизации...
А. Элементы автоматики Классификация систем автоматики iconПрограмма учебной дисциплинЫ «проектирование систем автоматики»
Изучение дисциплины базируется на ранее полученных знаниях по начертательной геометрии и инженерной графике, физическим основам электроники,...
А. Элементы автоматики Классификация систем автоматики iconПрограмма учебной дисциплинЫ «проектирование систем автоматики»
Изучение дисциплины базируется на ранее полученных знаниях по начертательной геометрии и инженерной графике, физическим основам электроники,...
А. Элементы автоматики Классификация систем автоматики iconСанкт-петербургский государственный горный университет
«Метрология», «элементы систем автоматики», «Управление техническими системами», «Мониторинг и диагностика электромеханических и...
А. Элементы автоматики Классификация систем автоматики iconПрограмма учебной дисциплинЫ «элементы систем автоматики»
Целью дисциплины является формирование знаний студентов по вопросам теории, принципам построения и функционирования, условиям применения...
А. Элементы автоматики Классификация систем автоматики iconФакультет автоматики и вычислительной техники нгту кафедра Автоматики Содержание курса «Теория автоматического управления» Осенний семестр
Изучение основ теории линейных систем автоматического регулирования. Математические модели динамических систем. Анализ устойчивости,...
А. Элементы автоматики Классификация систем автоматики iconСписок литературы
Подлипенский В. С., Сабинин Ю. А., Юрчук Л. Ю. Элементы и устройства автоматики. – К.: Политехника, 1995
А. Элементы автоматики Классификация систем автоматики iconМетодические указания к лабораторному практикуму по дисциплине «Основы автоматики и теория устройства технических систем»
Методические указания к лабораторному практикуму по дисциплине «Основы автоматики и теория устройства технических систем» для курсантов...
А. Элементы автоматики Классификация систем автоматики iconМетодические указания к лабораторному практикуму по дисциплине «Основы автоматики и теория устройства технических систем»
Методические указания к лабораторному практикуму по дисциплине «Основы автоматики и теория устройства технических систем» для курсантов...
А. Элементы автоматики Классификация систем автоматики icon«Средства автоматики сельскохозяйственной техники»- 5 курс для студентов инженерного факультета для специальности
Бохан Н. И. и др. Средства автоматики и телемеханики. М.: Агропромиздат, 1992
Разместите кнопку на своём сайте:
Библиотека


База данных защищена авторским правом ©lib.znate.ru 2014
обратиться к администрации
Библиотека
Главная страница