Автоматика (работа 1)
1. Основные понятия и определения
Автоматика – раздел технической кибернетики изучающей вопросы управления, а также создания оптимального использования технических средств управления и регулирования
Управление – процесс воздействия на объект с целью изменения его состояния для достижения поставленной цели, осуществляется регулятором
Технический объект – машина, прибор, система
Объект управления – характеризуется различными параметрами (Хвых – текущее значение регулируемого параметра в данный момент времени)
Совокупность управляющего устройства (регулятора) и объекта управления (регулирования) наз-ся системой автоматического управления
Ху – управляющее воздействие; УУ –управляющее устройство; Хз – заданное значение выходной величины; ОУ – объект управления
2. Классификация САР.
Автоматические системы управления делятся по назначению на:
1. Автоматические системы контроля технологических параметров (АСК)
2. Автоматические системы сигнализации (АСС)
3. Автоматические системы регулирования (АСР или САР)
4. Автоматические системы управления технологическими процессами (АСУТП)
5. Автоматические системы управления роботизированными комплексами (АСУРК)
6. Автоматические системы управления предприятием
3. 4. 5. Принцип регулирования САР (Замкнутые и разомкнутые САР)
АСР по принципу регулирования делятся на системы:
1. Регулирование по возмущению
2. Регулирование по отклонению
3. Комбинированное регулирование
Регулирование по возмущению (Разомкнутая система)
При регулировании по возмущению выделяется наиболее существенный возмущающий фактор, который измеряется и подаётся на вход автоматического регулятора
Достоинства такой системы: 1) Простота; 2) Малая инерционность (быстродействие системы)
Недостатки: 1) Не учитываются другие возмущающие факторы; 2) Не учитывается т-ра в помещении.
Регулирование по отклонению (Замкнутая система)
При регулировании по отклонению измеряется выходной параметр и подаётся на вход автоматического регулятора. В АР сравнивается заданное значение и действительное. Определяется ошибка регулирования Х=Хз-Хвых. И по величине ошибки вырабатывается регулирующее значение.
Достоинства: 1) Выработка регулирующего воздействия в независимости от возмущающего фактора; 2)Учёт действительного параметра и оценка ошибки
Недостатки: 1) Наличие ошибки регулирования; 2) Малое быстродействие; 3) Склонность системы к перерегулированию.
Перерегулирование – колебание регулируемого параметра около заданного значения.
Комбинированный принцип регулирования (Замкнутая система)
При комбинированном принципе имеется контур регулирования по отклонению и возмущению
Достоинства объединяются
Недостатки: 1) Большая стоимость; 2)Склонность к перерегулированию
6. Структура САР
ОУ – объект управления УПУ – усилительно-преобразовательное устройство
РО – регулирующий орган СЭ – сравнительный элемент
ИМ – исполнительный механизм З – задатчик
Система регулирования по отклонению и система комбинированного регулирования имеют контур обратной связи. Такие системы регулирования наз-ют замкнутыми.
8. Решение линейных диф-ых ур-ий САР и их передаточные ф-ции
Хвых общ(t) отражает переходный процесс и наз-ся переходной составляющей (или свободной составляющей)
Хвых частное(t) описывает установившейся процесс соответствующий новому значению входной и выходной величины (принуждённая составляющая)
В решении ур-ий используют метод преобразований Лапласа
При преобразовании Лапласа переменная t заменяется на комплексную переменную t с помощью интегрирования
После нахождения Хвых(t) пользуются обратным преобразованием Лапласа.
С1,С2…Сn – к-енты определяемые из начальных условий
p1,p2,…pn - корни характеристического ур-ия
9. Временные динамические хар-ки САР
При исследовании САР и отдельных элементов этих систем пользуются ступенчатым изменением входной величины. При этом ступенчатое воздействие входной величины принимают равное 1.
f(t)=Xвх = 0 при t<=0; =1 при t>0
Эта зависимость наз-ся единичной ф-цией имеющей след вид
Хвх=х>вх>/х>вх0 >х>вх0 >– базовая величина
Изменение выходной величины при единичном ступенчатом изменении входной величины наз-ся ф-цией h(t)
Хвх=А*1(t) Хвых - кривая разгона. Реакция выходной величины на ступенчатое воздействие не равное единичной ф-ции наз-ся кривой разгона.
У импульсной ф-ции площадь импульса = 1.
Изменнение
выходной величины при воздействии
ф-ции
на входе наз-ся весовой ф-цией (t);
(t)=1’(t)
– яв-ся производной единичной ф-ции
Весовая ф-ция (t)= h’(t); h(t)=> >(t)dt
10. Частотная характеристика
При использовании САР используются не только ступенчатые воздействия на входе, но и воздействие входной величины изменяющейся по гармоническому закону
Хвх=Авх*Sint Хвых=Авых*Sin(t+)
Амплитудно-частотная хар-ка (АЧХ) –
Фазово-частотная хар-ка (ФЧХ)
Частотная передаточная ф-ция
Частотная передаточная ф-ция получается из W(p) путём замены p на j
W(j)=Rе()+j*Im()
Если изменять от 0 до бесконечности то будет меняться вектор К и угол . Конец этого вектора опишет кривую называемую годографом. Годограф есть изображение АФЧХ. Кроме АЧХ, ФЧХ и АФЧХ используют логарифмические характеристики которые наз-ся логарифмическая амплитудно-частотная характеристика ЛАЧХ L()=20*lgK()
ЛАЧХ () =20*lg ()
11. Разбиение САР на типовые элементарные динамические звенья
Для удобства анализа САР расчленяют на составляющие элементы описываемые определённым типом диф-ых ур-ий. Таких элементов описываемых типовыми ур-ми в природе существует 6 штук. Это типовые ур-я не выше второго порядка. Элементы описываемые такими ур-ми наз-ся типовыми динамическими звеньями. Имея ур-я отдельных звеньев можно получить ур-я всей реальной системы.
12. Апериодическое звено и его характеристики.
Особенностью апериодических звеньев яв-ся возможность накопления в них энергии (во вращающихся массах, тепловых объектах) или материалах (бункеры, различного рода накопители). Переходные процессы в таких звеньях описываются диф ур-ми первого порядка. T – постоянная вермени звена, k – к-ент передачи (усиления) звена
13. Пропорциональное (безинерционное) звено
В этих звеньях (рычажный механизм, редуктор) выходная величина мгновенно изменяется вслед за изменением входной величины.
k – к-ент передачи (усиления) звена
Хвых=К*Хвх
14. Интегрирующее звено
Интегрирующим наз-ся звено у которого выходная величина пропорциональна интегралу по времени от величины, подаваемой на вход. Примером интегрирующего звена яв-ся ротационный питатель, подающий материал из бункера на транспортёр, гидро и пневмо двигатель
15. Дифференцирующее звено
В диф-рующем звене выходная величина яв-ся диф-лом от входной.
Хвых=Т*dХвх/dt. Примером таких звеньев яв-ся амортизаторы механических систем. На пракитке широко используются реальные диф-рующие звенья (стабилизирующий трансформатор)
Эти звенья при достаточно малом Т и большом k соответствуют идеальным диф-щим звеньям, т.к. Хвых=k*T* dХвх/dt
16. Колебательное звено
Колебательным яв-ся звено переходные процессы которого описываются диф ур-ем второго порядка. Т1,Т2 – постоянные времени колебательного звена
К колебательным звеньям можно отнести центробежный маятник, гидравлические ёмкости связанные трубопроводом. Обязательным условием для колебательного звена яв-ся комплексность корней харак-кого ур-я.Если корни хар-кого ур-я вещественные и отрицательные то процессы в звене имеют апериодический характер.
17. Звено запаздывания
Звено запаздывания характеризуется ур-ем вида Хвых(t)=k*Хвх(t-)
Т.е. выходная величина воспроизводит входную с запаздыванием по времени равным .
18. Структурные преобразования при различных соединениях звеньев
В основе использования структурных схем лежат структурные методы и структурные преобразования.
Теорема 1.
При последовательном соединении звенья с передаточными ф-циями W1…Wn замещаются одним эквивалентным звеном с передаточной ф-цией W= W1,…,Wn. Действительно для каждого звена и условиях их последовательного соединения можно написать
Хвых1=W1*Хвх1 Хвх2=Хвых1
Хвыхn=Wn*Хвхn Хвхn=Хвыхn-1
Теорема 2.
При параллельном соединении звенья с передаточными ф-циями W1…Wn замещаются одним эквивалентным звеном с передаточной ф-цией W= W1+…+Wn. Действительно написав ур-я
Хвых1=W1*Хвх1 Хвх1=Хвх2=… Хвхn= Хвх
Хвых=Хвых1+Хвых2+…Хвыхn
Теорема 3.
При охвате звена Wпр обратной связью Wo.c. (отрицательной или положительной) система замещается одним эквивалентным звеном с передаточной ф-цией
W=Wпр/(1+-Wпр*Wо.с.)
Wпр – передаточная ф-ция в прямой цепи; Wo.c. – передаточная ф-ция цепи обратной связи (знак + в знаменателе для отрицательной связи; знак – для положительной обратной связи)
Действительно написав ур-я
Хвых=Wпр*Х
Хо.с=Wo.c.*Хвых
Х=Хвх+-Хо.с.
и решив их совместно получим ур-е W=Wпр/(1+-Wпр*Wо.с.)
Структурные методы широко используются в инженерной практике для характеристики процессов в элементах и системах автоматики
Структурные схемы элементов автоматических систем формируются на основе совокупности ур-ий, которые связывают характеристики процесса с параметрами и начальными условиями этого процесса в сочетании с учавствующим технологическим оборудованием.
20. Критерий устойчивости.
Критерии устойчивости позволяют судить об устойчивости САР без отыскания корней характеристического ур-я. Кроме того эти критерии позволяют установить причину неустойчивости, а также наметить пути и средства достижения устойчивости САР
Критерий Рауса-Гарвица; Критерий Михайлова; Метод Найквиста
Критерий Найквиста базируется на частотном методе исследования.
«Система автоматического регулирования устойчивая в разомкнутом состоянии будет устойчива и в замкнутом состоянии если годограф АФЧХ этой системы в разомкнутом состоянии не охватывает точку имеющую координаты (-1;j0).
По годографу устойчивости системы можно судить о запасе устойчивости по модулю и по фазе. Модуль устойчивости – m=1/OA; l – величина определяющая устойчивость. Система достаточно устойчива если m>=2-3.
Устойчивость оценивается и по фазе
Ψ – определяет запас устойчивости по фазе; Ψ=30…40о
21. Качественные хар-ки переходных процессов САР
Качество регулирования принято оценивать след показателями: величиной перерегулиорвания, быстродействием, колебательностью, статической точностью.
Перерегулирование – наз-ся отношение разности между максимальным и установившимися отклонениями регулируемой величины к её установившемуся отклонению.
На рисунке показано изменение величины при ступенчатом воздействии. Переррегулирование (в%) определяется по формуле.
|[Хmax-Х ()]/Х ()|*100
Хmax – максимальное отклонение регулируемой величины;
Х() – установившееся отклонение регулируемой величины
Во многих практических САР 20-30%
Быстродействие автоматических систем характеризуется временными оценками, к которым относятся время запаздывания, определяемая по хар-ке переходного процесса (см рисунок), при Х=0,1*Х(); время установления t>y>, соответствующее времени при котором переходный процесс измениться от 0,1 до 0,9 установившегося значения; время регулирования t>р>, в течение которого отклонение регулируемой величины от Х() превышает некоторое допустимое значение ; |[Х(t)-Х ()]/Х ()|*100>. Обычно =5%.
Колебательность определяется числом полных колебаний регулируемой величины за время регулирования. В практических САР показатель колебательности не превышает 3 колебаний.
Статическая точность – точность регулирования в установившемся режиме, определяемом установившейся ошибкой системы которая зависит от к-ента её усиления. Чем выше требуемая статическая точность системы, тем больше должен быть к-ент усиления k; Х()=k>f> * f/ (1+k); k>f> – к-ент усиления системы по каналу возмущения.
Расчёт переходного процесса осуществляется по ур-ю> >Х(t)= Х()+Ci*e
p>i >– корни характеристического ур-я замкнутой САР, Сi – постоянные интегрирования определяемые из начальных условий (для этого надо знать значение Х(t) и (n-1) её производных при t=0)
22. Критерии для оценки качества переходных процессов
На практике качество автоматических систем во многих случаях анализируется приближённо: по степени устойчивости, или по частотным и интегральным оценкам качества. Степень устойчивости характеризуется абсолютным значением ближайшего к мнимой оси вещественного корня или вещественой части комплексных корней харатеристического ур-я системы ближайших к мнимой оси. Оценка по степени устойчивости определяет время затухания составляющей процессы от ближайшего корня к мнимой оси. Чем больше степень устойчивости, тем меньше время регулирования.
Частотные оценки качества используют следующие методы по полосе пропускания частот, по максимуму амплитудно-частотной хар-ки, по вещественной частной хар-ки, по границе Д-разбиения.
Интегральная оценка качества АС основана на вычислении определённых интегралов
Интегральная оценка пригодна для систем с монотонными процессами без перерегулирования. Качество системы тем выше чем меньше . Интегральные оценки можно применять для систем с колебательным характером переходного процесса. Параметры АС выбирают из условия максимума указанных интегралов.
23. Законы регулирования
Качество регулирования зависит от законов регулирования. Закон регулирования – математическая зависимость между входной и выходной величинами
Хвых=С>1>*Хвх + С>2>* Хвх*dt + C>3*>dXвх/dt
С>1>, С>2>, C>3 >– постоянные называемые параметрами настройки регулятора
С>1>*Хвх – П-закон – пропорциональный закон
С>2>* Хвх*dt – И-закон – интегральный закон
C>3*>dXвх/dt – Д-закон – дифференциальный закон
ПИД-закон – ПИД-регулятор
24. Пропорциональные регуляторы (статические)
Хвых=Кр*Хвх; Кр – к-ент усиления передачи; Хвых=Хр, Хвх=Хзад-Хустанов.
П-регуляторы – регуляторы у которых регулирующее воздействие изменяется пропорционально отклонению регулируемого параметра.
П-регулятор может иметь равновесное состояние при различных значениях регулируемого параметра это яв-ся его недостатком. Достоинства: высокое быцстродействие, высокая устойчивость процесса регулирования, простота реализации. Недостаток: наличие остаточного отклонения.
25. Интегральные регуляторы. (астатические)
Хвых=Кр> >Хвхdt; dХвых/dt=Кр*Хвх*dt
В И-регуляторе скорость изменения выходной величины (регулирующего воздействия) пропорциональна выходной величине регулируемого параметра от заданного значения. При отклонении регулируемого параметра регулятор будет изменять регулирующее воздействие до тех пор пока не восстановится значение регулируемой величины до уровня заданного знаячения. И-регулятор достаточно точно поддерживает заданное значение регулируемого параметра, но т.к. процесс протекает медленно и носит колебательных харктеер, то в в чистом виде проявляется редко. Часто этот такой регулятор используют вместе с П-регулятором образуя ПИ-регулятор.
26. ПИ-регулятор
У этого регулятора выходная величина Хвых=Кр*(Хвх+> >Хвхdt/Т) ПИ регулятор представляет собой соединение пропорционального интеграла с интегральным
27. ПИД-регулятор
Хвых=С1*Хвх+С2*> >Хвхdt+С3*dХвх/dt
ПИД-регулятор можно можно рассматривать ка ПИ-регулятор дополненный элементом учитывающим скорость изменения входной величины. Этот элемент ещё наз-ют изодрамом. Изодрамный регулятор работает непрерывно и в первый момент времени после изменения входной величины реагирует на скорость изменения входной величины.
28. Приборы и средства автоматизации. Понятие о ГСП.
ГСП – гос-ая система пром приборов и средств автоматизации, регламентируется единой системой стандартов приборостроения. Она включает след средства (приборы и устройства): получение информации, дистанционная передача и телепередача информации, обработки информации и выработки команд управления, дистанционная передача и телепередача команд управления, воздействие на управляемый процесс. В ГСП предусмотрена широкая стандартизация и унификация всех измерений на основе агрегатно-блочно-модульного принципа, их построение из унифицированных элементов, модулей, бланков и узлов.
ГОСТ 26001-80. Предусмотрена также согласованность информационных, энергетических, материальных, и конструктивных связей между приборами, источниками питания, энергией и вспомогательными материалами. На базе стандартизации и унификации 5 групп параметров: входных и выходных сигналов; источников энергии; вспомогательных материалов; присоединительных размеров (для соединения приборов друг с другом); габаритных размеров приборов.
В зависимости от вида энергии предусмотрено 3 ветви приборов ГСП: Электрическая, пневматическая и гидравлическая. Есть ещё и четвертая ветвь приборов не имеющих специального источника питания и пользующихся энергией отбираемой от объекта контроля или измерения.
29. Условные обозначения приборов и средств автоматизации на функциональных схемах.
Схемы автоматизации выполняют без масштаба. При этом всю совокупность частей САР делят по след признакам:
1. Объект регулирования 5. Регулирующее устройство
2. Измирительные устройства 6. Исполнительный механизм
3. Задающее устройство 7. Регулирующий орган
4. Суммирующее устройство 8. Линии связи
Эта совокупность частей САР составляет структуру системы графическое изображение этих частей наз-ют структурной схемой. С помощью приборов и средств автоматизации осуществляют измерение, регулирование, управление и сигнализацию технологических процессов различных производств. В основу функциональных схем управления технологическим процессом положен ОСТ 3627-77, ГОСТ 21.404-85
- первичный измерительный преобразователь, датчик
- тоже самое (допускаемое обозначение).
Устанавливаются по месту
- то же самое но прибор установлен на щите
отборное устройство без постоянного включающего прибора служит для эпизодического подключения приборов во время наладки, снятия характеристик и т.д.
- исполнительный механизм (диаметр 5мм) – общее обозначение – положение регулирующего органа при прекращении подачи энергии (управляющего сигнала) не показывается
исполнительный механизм открывающий регулирующий орган при прекращении подачи энергии или управляющего сигнала.
- исполнительный механизм закрывающий регулирующий орган при прекращении подачи энергии или управляющего сигнала.
- оставляющий регулирующий орган в неизменном положении при прекращении подачи энергии
- Исполнительный механизм с дополнительным ручным приводом
- Линии связи
- регулирующий орган
Буквенные обозначения измеряемых величин
D – плотность; Е – любая электрическая величина; F – расход; G – размер, положение, перемещение; Н – ручное воздействие; К – время; L – уровень; М – влажность; Р – давление, разряжение, вакуум; Q – качество; R – радиоактивность; S – скорость, частота; Т – темпиратура; U – разнородные параметры; V – вязкость; W – масса
Для уточнения измеренного параметра предусмотрены дополнительные 4 буквы
D (d) – перепад, разность; F(f) – соотношение, доля, дробь; I – автоматическое переключение; Q(q) – интегрирование, суммирование во времени
Обозначения функциональных приборов
E – чувствительный элемент (первичный преобразователь); Т – Дистанционная передача; К – станция управления; Y – преобразование, вычисление
Характеристика работы приборов и ср-в автоматизации
Какова энергия сигнала: Е – электрическая; Р – пневматическая; G - гидравлическая
Форма сигнала: А – аналоговая; D – дискретная
Операции выполняемые вычислительными устройствами
- Суммирование, K - умножение сигнала на постоянный к-ент; Х – перемножение сигналов; : - деление сигналов друг на друга; интегрирование
Порядок буквенного обозначения
Х,Y,Z1,Z2 Х – измеряемая величина; Y – дополнительное обозначение измеряемой величины;
5 Z1,Z2 – обозначения функционального признака прибора.5 – номер позиционного обозначения
Функциональные признаки прибора
А – сигнализация; I – показания; R регистрация; C регулирование, управление; Н – верхний уровень, предел измеряемой величины; L – нижний пределе измеряемой величины; S – включение, выключение, переключение
30. Датчики. Основные понятия и классификация.
Датчики – совокупность преобразовательных устройств служащих для преобразования воспринимаемой физической величины в сигнал для последующей обработки, передачи, измерения
Сигналы по своей природе могут быть электрические, пневматические, гидравлические
ПП – первичный преобразователь ОП – основной преобразователь У - усилитель
Первичный преобразователь называют чувствительным элементом. Он непосредственно воспринимает физическую величину
Преобразователи – устройства которые преобразуют некоторую физическую величину в другую физическую величину
Преобразователи делятся на параметрические и генераторные
Параметрические – преобразователи в которых меняются их параметры (например R,L,C)
Генераторные – преобразователи преобразующие изменение физической величины в электрический сигнал
Терморезисторы – сопротивление зависит от т-ры
Термисторы – термисторы у которых сопротивление уменьшается при увеличении т-ры: Ме и полупроводниковые
Преобразователи
Параметрические Генераторные
Резистивные
Тензорезисторы Потенциометрические Терморезисторы Фоторезисторы Магниторезисторы
Полупроводниковые Прямые
Металлические Тороидальные
Проволочные Фольговые
Генераторные:
Индукционные Термические Фотоэлектрические Ионизационные
Эл генераторы термопары под влиянием радиоактивного излучения
32. Потенциометрический преобразователь
Потенциометрический преобразователь состоит из каркаса на который намотан в один слой провод с большим удельным сопротивлением и подвижного контакта с линейным или угловым перемещением движка скользящего по виткам провода. Он представляет собой делитель напряжения. Выходной ток Iн и напряжение Uн зависят от положения движка потенциометра, эта зависимость не линейна, т.е. имеет нелинейную статическую характеристику. Нелинейность определяется отношением полного сопротивления R потенциометра к сопротивлению нагрузки Rн.
Причиной нелинейности яв-ся неточность в механическом движении щётки, нерегулярность шага намотки и т.д., однако при большом сопротивлении нагрузки Rн>>R формула принимает линейный вид UнU*r/R
34. Индуктивный преобразователь
Принцип действия индуктивного измерительного преобразователя основан на изменении индуктивности обмотки электромагнитного дросселя в зависимости от перемещения одной из подвижных частей: якоря, сердечника и др. Простейшим индуктивным преобразователем яв-ся катушка с изменяющимся воздушным зазором, его работа основана на изменении магнитного сопротивления магнитопровода путём изменения длины воздушного зазора >в>. Входное воздействие – перемещение якоря; выходное – индуктивность L или выходное сопротивление X=*L
Достоинства: простота и надёжность; Недостаток: малая чувствительность, зависимость индуктивного сопротивления от частоты тока.
35. Диф-но-трансформаторный преобразователь
Диф-но-трансформаторный преобразователь имеет подвижный сердечник, который перемещается относительно обмоток (плунжер). Первичная обмотка 1 состоит из двух секций намотанных согласованно, а вторичная обмотка состоит из секций 3 и 4 включённых встречно. Подвижный сердечник 2 соединяется с чувствительным элементом на который воздействует измеряемая физическая величина (перемещение, давление и т.п.) Создаваемый первичной обмоткой преобразователя магнитный поток индуцирует в секциях вторичной обмотки ЭДС е1 и е2. Значения которых зависят от величины тока в обмотке 1, его частоты и взаимных индуктивностей М1 и М2 между секциями 3 и 4 и первичной обмоткой. При среднем (нейтральном) положении сердечника взаимные индуктивности М1 и М2 равны. При отклонении сердечника вверх или вниз от нейтрального положения значения одной взаимной индуктивности увеличивается, а другой уменьшается. Значение ЭДС на выходе диф-но-трансформаторного преобразователя определяется по формуле: E= –j**I*(М1-М2). В Диф-но-трансформаторном преобразователе изменение положения плунжера приводит к изменению амплитуды выходного сигнала и к изменению фазы выходного напряжения
36. Ёмкостный преобразователь
Ёмкостный преобразователь относится к преобразователям параметрического типа т.к. его принцип действия основан на изменении ёмкости конденсатора под воздействием входной величины. Для ёмкостных измерительных преобразователей используют коаксиальные круговые диски или прямоугольные пластины, расположенные параллельно друг к другу (плоскопараллельный конденсатор), либо 2 цилиндра разных диаметров, один из которых вставлен в другой (цилиндрический конденсатор) Изменение ёмкости можно получить изменяя путём воздействия входной величины расстояние d между двумя электродами, изменяя площадь электродов, которая образует ёмкость конденсатора и диэлектрическую проницаемость среды между электродами.
Ёмкостные преобразователи имеют нелинейную статическую характеристику. Ёмкость плоскопараллельного конденсатора С=*S/d; ёмкость цилиндрического конденсатора С=2*l/ln(D2/D1) , где l – длина цилиндра; D1 и D2 – внутренний диаметр внешнего и наружный диаметр внутреннего цилиндров
Достоинства: обладают высокой чувствительностью, простой конструкции, маленькими габаритными размерами, малой инертностью. Недостатки: на погрешность влияют изменение т-ры и влажности окр среды, изменение геометрических размеров преобразователя, а также влияют паразитные электрические поля и паразитные ёмкости, поэтому их нужно тщательно экранировать.
Эти преобразователи используют для регулирования толщины продукта, влажности, давления, концентрации жидкости.
37. Измерение т-ур
В текст пр-вах т-ра яв-ся одним из основных технологических параметров, определяющим как ход технологического процесса, так и качество продукции или полуфабриката. Например т-ра р-ра красителя или р-ра отбеливателя определяет время и качество обработки волокнистого материала, т-ра поверхности барабанов и воздуха в сушильных машинах – время сушки и влажность высушенного материала, т-ра нити или волокна – их св-ва при термообработке.
Жидкостные стеклянные термометры: принцип действия основан на объёмном расширении жидкости, заключённой в закрытом стеклянном резервуаре. В качестве термометрической жидкости применяют ртуть, этиловый спирт, толуол, пентал и др. Для сигнализации и регулирования т-ры используют контактные ртутные термометры, в которых один из контактов впаян в нижней точке капилляра и всегда соприкасается с ртутью, а второй контакт, расположенный в верхней части капилляра, может устанавливаться на определённой отметке шкалы и соприкасаться с ртутью только по достижении заданной т-ры. Достоинства: просты в обращении, имеют высокую точность измерения. Недостатки: малая механическая прочность, невозможность автоматической регистрации и передачи показаний на расстоянии, значительная тепловая инерция, трудность отсчёта показаний из-за плохой видимости столба жидкости.
Дилатометрические термометры делят на 2 группы: стержневые и биметаллические. Действие основано на различном удлинении двух твёрдых тел имеющих различные т-урные к-енты линейного расширения под влиянием т-ры.
Манометрические термометры основаны на принципе изменения давления жидкости, газа или пара в замкнутой системе в зависимости от т-ры. Они предназначены для измерения т-ры в зависимости от заполнителя (термометрического в-ва) от 0 до 600С. Заполнителем может быть азот, ксилол, ртуть, фреон, эфир и т.д. Манометрические термометры имеют некоторые погрешности измерения: погрешность от колебания т-ры воздуха, барометрическую погрешность и др.
Термометры сопротивления основаны на функциональной зависимости активного сопротивления металлических проводников и ряда полупроводниковых материалов от т-ры. Благодаря этому измерение т-ры сводится к измерению активного сопротивления обычно путём измерения тока цепи. Основными материалами чистые металлы: платина, медь, никель и др.
Полупроводниковые термометры сопротивления (терморезисторы) выполняют из смеси окисей некоторых металлов (никель, титан, марганец) обладающих большим отрицательным или положительным т-урным к-ентом сопротивления (ТКС) составляющим 2-8% на 1С. Основной недостаток – большой разброс параметров
Термоэлектрические термометры (термопара). Принцип действия основан на термоэлектрическом эффекте, который заключается в том, что если в замкнутой цепи состоящей из двух или нескольких разнородных последовательно соединённых термоэлектродов (проводников) хотя бы 2 места их соединения имеют разную т-ру, то в этой цепи возникает электродвижущая сила и соответственно электрический ток. Достоинства: точность при измерении т-ры, возможность передачи сигнала на значительное расстояние, простота конструкции.
38. Измерение влажности
В текстильных пр-вах контроль влажности текст мат-лов осуществляется на всех этапах технологического процесса. Под влажностью материала m понимают отношение массы влаги Мв к общей массе текстильного материала М, т.е. m=Мв/М=(М-Мс)/М, где Мс – масса абсолютно сухого мат-ла, г. В практике используется понятие влагосодержания материала U, которое определяется выражением U= Мв/Мс=(М-Мс)/Мс. Т.о. влагосодержание может изменяться практически от 0 до 180%, а влажность от 0 до 100%. Видоизменение формы волокнистого мат-ла, а также различные виды его обработки определяют необходимость применения соответствующих методов измерения и конструкций преобразователей влажности
Кондуктометрические преобразователи влажности основаны на измерении электрического сопротивления влажного материала, которое определяется выражением
С – к-ент определяемый электрическими и конструктивными параметрами преобразователя; n – к-ент зависящий от вида текст мат-ла; b – к-ент зависящий от вида обработки мат-ла; Т – абсолютная т-ра мат-ла, К. Т.о. из формулы видно что электрическое сопротивление влажного мат-ла Rx графически имеет вид гиперболы и зависит от технологических факторов. В связи с этим влагомеры и регуляторы влажности в основу которых положен кондуктометрический метод измерения, имеют индивидуальную градуировку для мат-лов из определённого вида волокон при их стабильной обработке и т-ре. Недостаток: влияние т-ры и толщины мат-ла, вида и концентрации р-ров и красителей содержащихся в мат-ле.
Диэлькометрические преобразоваетли влажности основаны на измерении диэлектрических св-в текст мат-лов в зависимости от их влагосодержания и представляют собой измерительные конденсаторы, принцип которых описан выше. Недостаток: влияние на результаты измерений поверхностной плотности мат-ла:, его т-ры и некоторых других технологических факторов.
Инфракрасные преобразователи влажности работают по принципу ослабления инфракрасного излучения, проходящего через влажный мат-ал или отраженного от него. Инфракрасный преобразователь влажности обычно содержит два монохроматических источника инфракрасного излучения с длинами волн 1=1,75 мкм и 2=1,95 мкм. Известно что поглощательная или отражательная способность влажного мат-ла при 2=1,95 мкм сильно зависит от наличия в нём влаги, а при 1=1,75 мкм незначительно и в большей степени определяется физико-химическими св-ми мат-ла (структурой, составом, плотностью) Поэтому о влажности мат-ла судят по отношению полученных сигналов.
Радиоизотопные преобразователи влажности предназначены для определения величины отжима, влажности ткани по кромкам и кол-ва нанесённого на ткань в-ва. Принцип действия радиоизотопных преобразователей описан выше.
Измерители влажности газо-воздушных сред предназначены предназначены для измерения влажности воздуха и паро-воздушной среды в произв-ых помещениях и технологического оборудования. При этом пользуются относительной влажностью , которая определяет отношение плотности водяного пара к максимально возможной его плотности >max> при той же т-ре: =(/>max>)*100
Психрометры основаны на принципе измерения влажности газо-воздушных сред по зависимости скорости испарения влаги от влажности окр среды и содержат 2 термометра, один из которых наз-ся “сухим”, а второй – “мокрым” так как на его чувствительную часть надет постоянно смачивающийся водой чулок. При испарении воды в окр среду с чувствительной части “мокрого” термометра затрачивается т-ра, поэтому его т-ра понижается. По разности т-р “сухого” и “мокрого” термометров называемой психометрической разностью с помощью спец таблиц может быть определена относительная влажность газа или воздуха.
Электрические гигрометры основаны на зависимости электрических параметров влагопоглащающих мат-лов от влажного газа или воздуха. Достоинства: простота конструкции, малые размеры. Недостатки: большая инерционность, нелинейность характеристик и нестабильность во времени
Кварцевые гигрометры основаны на изменении резонансной частоты кварцевой пластинки в зависимости от влажности воздуха. Пластинка вырезана определённым образом из кристалла кварца. При её включении в задающую цепь автогенератора частота последнего будет функционально зависеть от влажности воздуха.
39. Измерение давления
Под давлением понимают действие силы, равномерно распределённой по площади и направленной по нормали к ней. Различают след виды давления: абсолютное >абс>, барометрическое атмосферного воздуха >б>, избыточное >и>, и вакуумметрическое >в>
Абсолютное давление – полное давление под воздействием которого находится жидкость, газ или пар. Оно равно сумме барометрического и избыточного давления >абс> =>б> +>и>. Разность между абсолютным и давлением окр атмосферы наз-ют избыточным давлением: >и> =>абс> +>б>. Если абсолютное давление мень барометрического, то разность между ними наз-ся вакуумметрическим давлением (разряжением или вакуумом): >в> =>б> ->абс>
Жидкостные приборы: к ним относятся двухтрубные (U-образные) манометры, однотрубные (чашечные) манометры, микроманометры с наклонной трубкой, колокольные, поплавковые и кольцевые манометры. Заполняются они водой, спиртом, ртутью и др.
Пружинные приборы получили наибольшее распространение на пр-ве для измерения давления, вакуума и разности давлений. Они просты по конструкции, имеют большой диапазон измерений, надёжны в эксплуатации, позволяют применять автоматическую запись и дистанционную передачу показаний. Пружинные приборы выпускают в виде манометров, вакуумметров, мановакуумметров, напоромеров, тягомеров, и тягонапоромеров. Приборы с упругими чувствительными элементами делят на след виды: 1) Приборы прямого действия (ГОСТ 7919-80) – показывающие и самопишущие, у которых измеряемое давление вызывает перемещение или свободного конца или жёсткого центра упругого чувствительного элемента, которое преобразуется при помощи дополнительного механизма в перемещение отсчётного устройства для показания или показания и записи измеряемой величины; 2) Приборы давления прямого действия и реле давления (без отсчётных устройств), снабжённые эл/контактами, используются для измерения и сигнализации отклонения давления от заданного значения, а также в схемах защиты, блокировки или позиционного регулирования; 3) Первичные измерительные преобразователи давления с отсчётными устройствами снабжённые передающими преобразователями с унифицированными выходными сигналами переменного тока или пневматическим сигналом (ГОСТ 14796-79) и составляющие с взаимосвязанными показывающими или самопишущими приборами отдельные измерительные комплекты; 4) Первичные измерительные преобразователи давления с отсчётными устройствами, снабжённые передающими преобразователями с унифицированным выходным сигналом постоянного тока и предназначенные для работы с взаимозаменяемыми показывающими или самопишущими приборами в системах автоматического управления и с информационно-вычислительными машинами
Грузопоршневые приборы для измерения давления (ГОСТ 8291-69 П14): принцип их действия основан на уравновешивании измеряемого давления калиброванным грузом, действующим на поршень определённой площади. Эти приборы имеют довольно широкий диапазон измерений, высокую точность. В настоящее время они применяются не только для измерения давления, но и для градуировки и проверки различных видов пружинных манометров.
Электрические приборы для измерения давления: их работа основана на зависимости электрических параметров (сопротивления, ёмкости и др.) чувствительного элемента от давления. К таким приборам относятся манометры сопротивления, пьезоэлектрические манометры, термопарные вакуумметры, вакуумметры с термосопротивлением, ионизационные вакуумметры и др. Электрические манометры применяют главным образом для измерения быстроменяющихся и высоких давлений и вакуума.
41. Измерение уровня жидкости и сыпучих мат-лов
Измерение уровня производится уровнемером. Уровнемеры предназначенные для сигнализации о предельных значениях уровня, наз-ют сигнализаторами уровня. Для визуальных отсчётов уровня служат указательные стёкла, устанавливаемые на резервуарах и функционирующие по принципу сообщающихся сосудов. Уровнемеры бывают: механические (поплавковые, мембранные и др.), гидростатические (пьезометрические), электрические (ёмкостные и кондуктометрические), радиоизотопные, ультразвуковые и фотоэлектрические.
Поплавковые и буйковые уровнемеры. В поплавковом уровнемере чувствительным элементом служит поплавок. Его подъём или опускание по мере изменения уровня с помощью рычагов, тяг или тросов передаётся к указывающему, регистрирующему или сигнализирующему устройству. Используют для измерения уровня жидкости в резервуарах, находящихся под атмосферным, вакуумным или небольшим избыточным давлением.
Гидростатические уровнемеры основаны на измерении гидростатического давления, создаваемого столбом жидкости постоянной плотности, причём измеряют либо непрерывно давление жидкости, а следовательно, её уровень, либо непрерывно продувают через жидкость воздух или газ (пьезометрические). В обоих случаях в качестве измерительного устройства применяют манометр или дифманометр. Показания дифманометра зависят от плотности жидкости, а следовательно и от т-ры, что яв-ся их недостатком
Электрические уровнемеры они преобразуют положение уровня жидкости в электрический сигнал. Ёмкостный уровнемер (применяется для измерения уровня жидкости и сыпучих в-в). Представляет собой эл/конденсатор, ёмкость которого изменяется в зависимости от изменения уровня жидкости в резервуаре в следствии изменения диэлектрической проницаемости среды, находящейся между обкладками конденсатора. Кондуктометрический (основаны на св-ве контролируемой среды проводить эл/ток). Выполняют главным образом сигнализаторы уровня или чувствительные элементы регуляторов уровня электропроводных жидкостей. В них используют один или два электрода, размещаемых параллельно или перпендикулярно контролируемому уровню. При заполнении пространства между электродами контролируемой средой комплексная проводимость на выходе измерительного преобразователя изменяется, измерительный преобразователь включается в одну из плеч моста переменного тока. Питание моста осуществляется от стабилизированного по частоте высокочастотного генератора
Радиоизотопные уровнемеры пригодны для измерения уровня жидкостей и сыпучих мат-лов в закрытых резервуарах. Принцип их действия основан на зависимости поглощения гамма лучей при их прохождении через в-во от толщины слоя последнего
Акустические уровнемеры принцип действия основан на св-ве ультразвуковых колебаний отражаться от границы раздела сред с различным акустическим сопротивлением. В них использован метод акустической импульсной локации границы раздела газ-жидкость со стороны газа. Мерой уровня яв-ся время распространения ультразвуковых колебаний от источника излучения до плоскости границы раздела и обратно.
Уровнемеры для сыпучих и волокнистых мат-лов. Принцип действия электромеханических уровнемеров основан на противодействии сыпучего или волокнистого мат-ла движению механических элементов (вращению крыльчатки, перемещению щупа и т.п.). Крыльчатка вращается до тех пор пока её не коснётся контролируемый мат-ал, при погружении в него крыльчатка останавливается, и размыкается контакт в цепи питания эл/двигателя и замыкается контакт в цепи сигнализации о предельном значении уровня. Для контроля и регулирования уровня волокнистых мат-лов в различных вместимостях (бункерах, лабазах) используют фотоэлектрический метод, т.к. другие непригодны и не эффективны. По одну сторону бункера устанавливают источник видимого или инфракрасного излучения, а по другую – приёмник излучения. Источник и приёмник излучения устанавливают на низшем и высшем допустимых уровнях волокнистого мат-ла
42. Измерение плотности
Линейная плотность текст мат-лов, характеризующая толщину мат-ла определяется отношением его массы М к длине L: T=M/L текс (г/км). В зависимости от технологического процесса и формы волокнистого мат-ла применяют различные датчики линейной плотности.
Механические преобразователи работают по принципу перемещения пластин или валиков в зависимости то линейной плотности проходящего между ними мат-ла. Погрешность механических преобразователей линейной плотности определяется динамической и нагрузочной ошибками связанными с уплотнением продукта под действием массы и силы инерции возникающих в системе нагрузки датчика.
Пневматические преобразователи реализуют преимущественно систему сопло – заслонку и представляют собой воронку с внутренней камерой, в которую подаётся воздух под давлением Рвх. В зависимости от линейной плотности проходящего через воронку волокнистого материала изменяется её уплотнение и соответственно давление Рвых в камере, которое далее подаётся в измерительную схему или систему регулирования линейной плотности. Недостаток: влияние влажности и вида волокон на результаты измерений.
Фотоэлектрические преобразователи действуют по принципу изменения потока излучения при изменении линейной плотности волокнистого мат-ла и содержат источник излучения и фотоприёмник, между которыми проходит контролируемый волокнистый материал. Измерения производят преимущественно в области инфракрасного излучения на длинах волн, где не наблюдается поглощение инфракрасного излучения водой, определяющей влажность мат-ла. Инфракрасные преобразователи отличаются высокой надёжностью, компактностью и преимуществами бесконтактного метода измерения.
Радиоизотопные преобразователи принцип действия которых описан выше содержат радиоактивный источник и приёмник излучения, расположенные по разные стороны контролируемого мат-ла. Такие преобразователи имеют достаточно стабильный к-ент преобразования, но сложны с конструктивной точки зрения и требуют строгого соблюдения правил техники безопасности при их эксплуатации
43. Измерение концентрации
Р-ры используемые в текстильных пр-вах (кислоты, красители и т.д.) отличаются большим разнообразием своих св-в. Поэтому для контроля их концентрации применяют различные методы измерения и типы преобразователей концентрации.
Кондуктометрические преобразователи применяют для измерения концентрации слабых водяных р-ров электролитов. Принцип их работы основан на зависимости удельной проводимости или электропроводности водного р-ра электролита от его концентрации: Х=F(U0-V0), где – степень диссоциации молекул электролита; - эквивалентная концентрация р-ра; F - постоянная Фарадея, Кл/моль; U0 и V0 – пределы скорости перемещения соответственно анионов и катионов в электрическом поле с градиентом 1 В/м, м/с. Наибольшей подвижностью обладают ионы водорода и гидроксила, это даёт возможность контролировать концентрацию кислот и щелочей при наличии в р-ре некоторого количества их солей.
Газо-метрические титраторы предназначены для измерения концентрации отбеливающих р-ров (перекиси водорода и гипохлорита натрия). Работа преобразователей основана на разложении фиксированной по объёму порции контролируемого р-ра реагентом (для перекиси водорода – р-ром хромпика с серной кислотой, для гипохлорита натрия – р-ром перекиси водорода) и измерении давления газа в реакционной камере, возникающего в результате выделения кислорода. Это избыточное давление, которое почти пропорционально концентрации р-ра, преобразуется и подаётся на вторичный прибор. Газо-метрические титраторы представляют собой автоматические системы отбора пробы, подачи реагентов, измерения объёма газа, слива и промывки аппаратуры.
Гальванические преобразователи водородного показателя pH основаны на принципе измерения активности водородных ионов по которой можно судить о концентрации кислотных и щелочных сред. На практике св-ва р-рров характеризуются показателем pH= –lg a>H+>, где a>H+ >– активность водородных ионов. При переходе от сильных кислот к сильным щелочам pН изменяется от 0 до 14, для нейтральных сред рН 7. Для измерения рН используют гальванические элементы с двумя электродами: измерительным (стеклянным) и электродом сравнения (хлорсеребряным).
44. Измерение вязкости и плотности жидкости
Под вязкостью понимают св-во жидкости, проявляющееся в сопротивлении, которое оказывает жидкость взаимному перемещению её частиц под влиянием действующих на них внешних сил. Измерение вязкости жидкости производят вискозиметрами, в которых используют различные методы (падающего тела, капилярный, ротационный, вибрационный и др.) В текст пром-сти пользуются ротационными вискозиметрами, основанными на зависимости сопротивления, которое оказывает жидкость при вращении тела. В качестве вращающихся тел в контролируемой жидкости средней и высокой вязкости применяют коаксиальные цилиндры, параллельные диски и т.п. Т.к. жидкость обладает определённой вязкостью, то при вращении одного из цилиндров на второй, коаксиально расположенный цилиндр будет действовать момент сопротивления М, пропорциональный вязкости жидкости
d1 и d2 – диаметры цилиндров, мм; - угловая скорость вращения, рад/с; L – высота цилиндров, мм
Капиллярные вискозиметры, основанные на зависимости расхода жидкости от её вязкости, а также вискозиметры, использующие метод падающего тела, чаще применяются в качестве лабораторных приборов. Это объясняется тем что реализуемые ими методы измерения не позволяют непрерывно получать информацию о вязкости р-ра.
45. Автоматический мост
Автоматический потенциометр – балансное устройство предназначенное для автоматического измерения и записи ЭДС напряжения.
На практике используется электронный автоматический потенциометр имеющий след схему.
МС – мостовая схема; R1,R2,R3,R4 – резисторы мостовой схемы; Rр – реохорд; ИПС – источник питания стабилизатор; ЭУ – электронный усилитель; ЭД – электронный двигатель; ОУ – отсчётное устройство; ПП – первичный преобразователь (термопара); Uвых=Uм-Uп. Если Uвых=0 Uп=Uм (Uм зависит от положения реохорда); Если Uп<>Uм то появляется Uвых - усиливается
ЭУ поступает на ЭД и приводит в движение движок реохорда (направлено на установление равенства Uп и Uм. Выпускаются электронные автоматические потенциометры для измерения т-ры они укомплектовываются первичными преобразователями ПП(термопара)
46. Автоматический потенциометр
Применяют для измерения технологических параметров с помощью генераторных преобразователей. В этих приборах использую компенсационный метод измерения напряжение сравнивается сравнивается с известным падением напряжения нулевым способом при котором измеряемое напряжение компенсируется известным регулируемым падением напряжения. Отсчётное устройство отградуировано в значениях измеряемой физической величины; Rп - подстроечный реостат; ИПГ – источник питания гальванический; Rк – калиброванный резистор; Rр –реохорд; НЭ – нормальный элемент (стабилизатор, источник питания); ИП – измерительный прибор; ОУ – отсчётное устройство; П –переключатель на 3 положения: «К» – калибровка, «И» – измерение, «О» режим покоя; ППг –первичный преобразователь генераторного типа;
Положение “К”Uип=Енэ-I*Rк; Енэ=I*Rк; Uип=0; I= Енэ/Rк ; Енэ=const; Rк=const; I=const;
Положение «И» Uип=Eп-I*R`р Если Uип=0, то Еп=I* R`р; I=const
47. Исполнительные эл/двигатели (шаговые)
Шаговые (импульсные) эл/двигатели ШД состоят из ротора, полюсов с обмотками управления и статора. Статор ШД имеет 4 полюса с обмотками или несколько секций, причём полюса каждой секции должны быть сдвинуты под определённым углом, что даёт возможность поворота ротора на следующий угол (шаг). Управление ШД осуществляют устройства дающие на выходе серию импульсов определённой длительностью. Каждый выходной канал управления подаёт импульс на свою обмотку управления. ШД могут иметь и другую конструкцию. ШД классифицируют по числу обмоток управления : однофазные, двухфазные, трёхфазные, многофазные; по способу вращения: реверсивные., нереверсивные; по мощности: маломощные, силовые; по перемещению ротора: с угловым перемещением, с линейным перемещением.
48. Гидравлические и пневматические двигатели
Пневматические и гидравлические исполнительные механизмы предназначены для преобразования изменения давления воздуха или жидкости в перемещение регулирующего органа РО. Пневматические и гидравлические ИМ по принципу действия и конструктивному офрмлению не имеют существенных различий. Однако отдельный узлы из-за различных св-в рабочих сред (жидкости и воздуха) имеют некоторые конструктивные особеннсоти.
В текст пр-сти используют поршневые и мембранные ИМ поступательного действия. В ИМ вращательного действия кривошипно-ползунного типа (рис1) угол поворота вала составляет 300. Перемещение поршня 1 в цилиндре 2 преобразуется с помощью шатуна 3 и кривошипа 4 в угол поворота выходного вала 5. На рис – показан ИМ вращательного действия лопастного типа. В таком ИМ в цилиндре 1 расположена прямоугольная лопасть 2, жёстко закреплённая на валу 3, к которому примыкает перегородка 4. Внутри перегородки находится уплотнительная планка 6, поджимаемая к валу пружиной 5.
Назначение РО – изменить кол-во в-ва или энергии подаваемых на вход объекта регулирования при изменении регулирующего параметра. Они могут быть электрическими и неэлектрическими. К электрическим относятся реостаты и вариаторы. Наибольшее распространение в лёгкой пром-сти получили неэлектрические регулирующие органы: регулирующие задвижки или заслонки и регулирующие клапаны. На рис 3 показан диафрагмовый клапан, корпус 1 которого футерован. Для футеровки 2 применяют эбонит, винипласт, фторопласт. Регулирующим органом яв-ся диафрагма 3, выполненная из резины, полиэтилена или фторопласта. На диафрагму воздействует плунжер 4, изменяющий прогиб диафрагмы при перемещении штока 5.
При выборе РО необходимо учитывать св-ва и характеристики среды (состояние, агрессивность, способность к кристализации и др.), параметры регулируемой среды (т-ра, давление, влажность и т.п.), минимальные и максимальные расходы среды через РО, влияние рабочей среды на работу РО (взрывоопасность, вибрация) Регулирующий орган должен быть сопряжён с исполнительным механизмом
49. Усилители электронные
В системах автоматизации текстильного пр-ва широко используют различные электронные усилители. В настоящее время распространены транзисторные усилители, где в качестве усилительного элемента применяют биполярные и полевые транзисторы. Обычно используют многокаскадные усилители, имеющие несколько последовательно соединённых каскадов. Способ соединения зависит от диапазона частот усиливаемых сигналов. Для усиления напряжения низких и средних частот в каскадах предварительного усиления наибольшее распространение получила схема включения биполярного транзистора с общим эмиттером. Усилительные каскады на полевых транзисторах обладают значительно большим входным сопротивлением по сравнению с усилительными каскадами на биполярных транзисторах. Усилители мощности (УМ) служат как конечные каскады усилителей напряжения и предназначены для отдачи в нагрузку большей мощности. Выходная мощность может иметь величину от долей ватт до десятков ватт. Она зависит от допустимого тока коллектора и напряжения коллектора. Как известно, любой источник напряжения отдаёт в нагрузку наибольшую мощность при равенстве внутреннего сопротивления источника и сопротивления нагрузки. В автоматических системах нагрузкой яв-ся обмотки электродвигателей, обмотки реле, имеющие сопротивление порядка десятков ом. Выходной сопротивление усилительных каскадов составляет сотни ом и десятки килоом, поэтому для согласования ставят согласующие понижающие трансформаторы.
Внедряемые интегральные микросхемы (ИМС) представляют собой функциональные устройства, предназначенные для преобразования электрических сигналов и для их усиления, Основными преимуществами ИМС яв-ся их высокая надёжность, малые размеры и масса, быстродействие, высокая экономичность, малая потребляемая мощность. Широко используемые операционные усилители (ОУ) выполнены на ИМС. Часто в автоматических системах необходимо усилить сигналы очень низких частот порядка долей герц, для этого служат усилители постоянного тока (УПТ) являющиеся основой ОУ. Можно сказать что ОУ – это УПТ с глубокой отрицательной обратной связью, предназначенный для выполнения различных операций с входным сигналом (интегрирование, диф-вание, суммирование и т.п.) ОУ выполнен в едином кристалле и содержит n-p-n транзисторные структуры и резисторы.
В качестве примера использования усилителей рассмотренных типов приведём схему регулятора уровня заполнения бункера чесальных машин волокном. В качестве датчика использован фоторезистор ФР. При минимальном уровне волокна ФР освещён светом, при этом на базе транзистора V1 создаётся отрицательное смещение. Транзистор V1 открывается с его коллектора через резистор R2 снимается отрицательное напряжение Uк, которое через резистор R3 подаётся на базу второго транзистора V2. На его базе создаётся отрицательное напряжение, транзистор V2 открывается, его коллекторный ток проходит по обмотке промежуточного реле РП. Реле включается и подаёт сигнал на исполнительный механизм, который увеличивает подачу волокна в бункер. При максимальном уровне волокна фоторезистор ФР затемнён, на базе транзистора V1 создаётся положительное напряжение от резистора R1, транзистор V1 закрыт, сигнал на базу транзистора V2 не поступает. Диод V3 создаёт положительное напряжение на базе транзистора V2, следовательно второй транзистор также закрыт, промежуточное реле РП обесточено, исполнительный механизм выключён, подача волокна не происходит.
50. Усилители пневматические и гидравлические
Пневмоавтоматические устройства получили широкое применение в хим пр-вах текст пром-сти. Рабочим телом яв-ся сжатый воздух, который не требует линий возврата, его можно выпускать в атмосферу. Воздух взрыво и пожаробезопасен не подвержен воздействиям радиационных и магнитных полей. Пневматические усилители просты в изготовлении, дешевы и имеют высокую надёжность. Однако имеют низкое быстродействие, скорость передачи сигнала такого усилителя равна скорости звука, в то время как в электронных усилителях сигнал передаётся со скоростью близкой к скорости света. Пневматические усилители применяют в полосе низких частот до 1000 Гц. Принципиальная схема пневматических усилителей типа дроссельной иглы (дроссельная заслонка) приведена на рисунке 1, золотникового типа на рисунке 2. В этих усилителях перемещение S иглы (заслонки) поршня осуществляется каким-либо пневмо-автоматическим элементом, например мембраной, пружиной. Потеря давления зависит от расхода воздуха и определяется зазором между иглой (заслонкой, поршнем) и соплом. Если зазор равен нулю, то выходное давление Рвых равно входному. При промежуточных положениях расход воздуха может меняться от 0 до максимального. Область применения пневмоавтоматических устройств постоянно расширяется. В пр-сти используют струйные пневматические и гидравлические усилители, действие которых основано на явлении гидроаэродинамического эффекта, получаемого при взаимодействии струй между собой или при обтекании струями стенок элементов.
Гидравлические усилители служат для управления насосами, клапанами и гидравлическими двигателями. Их особенность состоит в том что жидкость практически несжимаема. Это позволяет получить большие выходные усилия и исключить запаздывание. Схема гидравлического усилителя со струйной трубкой показана на рисунке 3. Входное давление Рвх преобразуется в кинетическую энергию струи жидкости. В приёмных соплах 3 эта энергия преобразуется в давление Р1 и Р2, К соплу подключён поршневой исполнительный механизм, имеющий поршень 5 и шток 4. При этом небольшие отклонения трубки 2 (0,4-0,6 мм) вызывают большие до 300 мм отклонения штока 4. Поршень 5 перемещается влево и вправо в зависимости от изменения усилия f действующего на трубку 2. Пружина 1 демпфирует перемещение трубки
51. Автоматические системы централизованного контроля
При сборе и обработке большого кол-ва информации применяют автоматические системы централизованного контроля параметров технологического процесса. К основным ф-циям централизированного контроля относят:
1. Изменение контролируемого параметра, предоставление результатов измерения по запросу оператора
2. Обнаружение отклонения контролируемого параметра от заданного значения с последующей сигнализацией и регистрацией его
3. Вычисление технико-экономических показателей и др параметров характеризующих технологические процессы
4. Регистрация измеренных и вычисленных значений параметров с заданной периодичностью и передачу этих значений для последующей обработки на ЭВМ.
Наиболее простые устройства централизованного контроля предназначены для обнаружения и сигнализации отклонений контролируемых параметров, состоят из отдельных схем по числу контролируемых параметров, а устройства обнаружения и сигнализация находятся на центральном пульте
Устройство системы автоматического обегающего контроля: число точек охватываемых устройством обегающего контроля может колебаться от нескольких десятков до нескольких тысяч. Скорость обегания характеризуется динамическими хар-ми контролируемого процесса и техническими возможностями переключающих устройств и может составлять от 1 до нескольких тысяч включений в секунду.
Автоматические системы контроля с цифровой индикацией. Цифровые измерительные приборы автоматически осуществляют преобразования непрерывной измеряемой величины или её аналогов в дискретную форму и выдают результат измерения в виде числа появляющегося на табло, что исключает погрешности считывания. Преобразование непрерывной величины в дискретную осуществляется аналого-цифровым преобразователем.
52. Микропроцессоры. Классификация микропроцессорных устройств.
Микропроцессор – электронное цифровое устройство выполненное на одной или нескольких больших интегральных схемах и предназначенное для выполнения арифметических и логических операций по определённой программе хранимой в отдельной памяти. Микропроцессорные системы бывают след комплектации:
1. Микропроцессоры с фиксированной разрядностью слов и фиксированной системой команд
2. Микропроцессоры с наращиваемой разрядностью слова и микропроцессорным управлением
3. Однокристальная ЭВМ, имеющая элементы памяти и схемы управления вводом и выводом
Бит – слово 13-32-64
По функциональному назначению микропроцессорные системы делятся на контроллеры и микроЭВМ. Контроллер – контролирующее устройство, управляющее и обрабатывающее информацию, устройство реализующее строго определённую логику реагирования на поступающее из вне или получаемые путём опроса сигналы и значения параметра объекта управления. Представляет собой автомат с неизменной программой записанной в программируемое ЗУП. Контроллер – специализированное устройство для определённой задачи. МикроЭВМ – реализует алгоритм управления заложенный в виде программы хранящейся в памяти микро ЭВМ. Допускается перепрограммирование.
53. Структура микропроцессорных устройств применяемых для управления оборудованием
СК – счётчик команд содержит адрес команды выбираемой в текущий момент времени из ЗУП; ЗУП – запоминающее устройство программ, считывает команду в микропроцессор (МП) и заносит её в РК; РК – регистр команд; СК – счётчик суммирующий, содержание которого увеличивается на 1 к концу выполнения текущей команды; РК предназначен для хранения в МП команды считанной их ЗУП; Д – дешифратор, дешифрирует команду и передаёт её в цепи управления машинным циклом. УМЦ – управление машинным циклом, обеспечивает управление циклом; ФАП – формирователь адресов операндов, состоит из нескольких регистров в которых составляется адрес данных (операндов) перед обращением; ЗУД – запоминающее устройство данных; ЗУП+ЗУД=ОЗУ (оперативное запоминающее устройство); АЛУ – арифметическо-логическое устройство, представляющее собой совокупность схем обеспечивающая арифметические-логические операции над данными (И, ИЛИ и т.д.) с выдачей результата по одному выходу. Вид операции задаётся командным кодом регистра команд. А – аккумулятор – основной регистр для ввода и вывода данных МП; в А поступает операнд из ЗУД перед проведением соответствующей операции а АЛУ; результаты этой операции также хранятся в А; РП – регистры сверхоперативной памяти, предназначены для временного хранения информации в МП перед проведением операции в АЛУ; ГТИ – генератор тактовых импульсов
55. АСУТП. Основные понятия
Автоматизированные системы управления технологическим процессом (АСУТП) – система реализации технологического процесса на базе вычислительной техники, которая обеспечивает управление технологическим процессом на основе централизованно обработанной информации по заданным технологическим и экономическим критериям определяющим качественные и количественные результаты выработки продукта.
Система включает в себя технические средства, программное обеспечение и оператора (человек)
Совокупность АСУТП и технологического процесса наз-ся автоматизированным технологическим комплексом. АСУТП бывают: Комплексные и локальные. Комплексные охватывают все стороны технологического процесса. Включают оценку пр-ва по экономическим критериям. Локальные – системы частичного управления технологическим процессом. Они могут входить как подсистема в комплексную систему
АСУТП выполняет след ф-ции
1. Сбор и обработка информации о состоянии технологического процесса и выпускаемой продукции
2. Контроль и идентификация технологического процесса
3. Стабилизация и регулирование технологического процесса
4. Логико-программное управление
5. Поиск оптимальных решений
6. Комплексное координационное управление
7. Расчёт технико-экономических показаний
Технические средства АСУТП
1. Датчики Флопмер – для оценки расхода волокнистых материалов в технологических трубопроводах
2. Уровнемер – контролирующий заполнение бункера
3. Датчик плотности ленты
4. Датчик обрыва пряжи
5. Датчики т-ры, влажности, датчики контроля простоев машин и т.д.
Современное пр-во меняется в сторону применения новых информационных технологий от АСУТП в наст время переходят к автоматизированным системам управления пр-вом АСУП
58. Система автоматизации подготовительных отделов
Первое регулирование линейной плотности осуществляется на трёпальных машинах путём позиционного или непрерывного регулирования скорости питающих органов или двух позиционного регулирования уровня продукта в бункере. Для автоматического управления различными операциями, автоматического контроля и защиты машин, применяют линейно-контакторные схемы автоматики, включающей в себя электромагнитные, магнитные и двигательные реле, позиционные, первичные преобразователи, сигнализацию и др элементы. Схемы управления агрегатами предусматривают:
- Пуск всего агрегата от одной кнопки
- Раздельный и толчковый пуск рабочих и питающих органов агрегата
- Сигнализацию при подаче напряжения на станцию управления
- Аварийную сигнализацию при срабатывании автоматических выключателей
- Сигнализацию между отделами
- Невозможность пуска агрегата при открытых ограждениях
- Защиту от короткого замыкания, тепловую защиту эл/двигателя от перегрузок, нулевую защиту каждого эл/двигателя
- Останов всех предшествующих по ходу технологического процесса машин или питающих органов при останове или переполнении волокном одной из них
В подготовительный отдел входят:
Чесальные машины – для их эл/приводов применяют асинхронные эл/двигатели с короткозамкнутым ротором, т.к. этот процесс не требует регулирование скорости рабочих органов машины
Ленточные машины – для их эл/приводов не предъявляют особых требований, т.к. асинхронный двигатели установленные здесь работают в обычных режимах, определяемых технологией установившегося режима работы. Контроль обрыва ленты на входе или выходе, намотки ленты на втяжные цилиндры или измерительные ролики (датчик линейной плотности), наработки ленты заданной длины и перегрузки лентоукладчика осуществляется конечными выключателями (или микропереключателями), которые включены в цепи промежуточных реле схемы управления машины, как и конечные выключатели блокировки ограждения. Во всех этих случаях машина останавливается и зажигается сигнализация.
59. Структура систем автоматизации прядильных отделов
Для осуществления комплексной автоматизации прядильного пр-ва необходим переход к новым формам организации технологических процессов. Например в хлопкопрядении такой формой яв-ся использование поточных линий на переходах кипа-лента. С внедрением поточных линий обеспечивается непрерывность процесса, исключаются такие ручные операции, как транспортировка товара, его взвешивание, сортировка, автоматизируется питание промежуточных машин, сокращается потребность в ряде вспомогательных мат-лов и таре. Внедрение поточных линий яв-ся основным условием повышения производительности труда, роста выпуска и улучшения качества продукции. Как правило, внедрение автоматизированных поточных линий в сортировочно-разрыхлительном и трепальном отделах сопровождается механизацией и автоматизацией процессов очистки оборудования от пыли и уборка отходов, что приводит к значительному сокращению, как технологического так и обслуживающего персонала. Затраты труда на единицу продукции при внедрении поточных линий сокращается примерно в 3 раза. Причём затраты физического труда, дополняющего работу машин – более чем в 5 раз, а затраты труда на транспортные, браковочные и перевалочные операции – более чем в 9 раз. В этих условиях доля затрат труда на контроль и наблюдение за машинами повышается до 35,2%
САР основные положения
Классификация САР
Принцип регулирования САР
Разомкнутые САР
Замкнутые САР
Структура САР
Уравнение элементов и систем автоматического регулирования
Решение линейных диф-ых ур-й САР и их передаточные ф-ции
Временные динамические характеристики САР
Частотные хар-ки САР
Разбиение САР на типовые элементарные динамические звенья
Апериодическое звено и его характеристики
Пропорциональное звено
Интегрирующее звено
Дифференциальное звено
Колебательное звено
Звено запаздывания
Структурные преобразования при различных соединениях звеньев
Понятие об устойчивости
Критерий устойчивости
Качественные характеристики переходных процессов САР
Критерии для оценки качества переходных процессов
Законы регулирования автоматических регуляторов
Пропорциональные регуляторы
Интегральные регуляторы
Пропорционально-интегральные регуляторы (ПИ-регуляторы)
ПИД-регуляторы
Приборы и средства автоматизации. Понятие о ГСП
Условные обозначения приборов и ср-в автоматизации на функциональных схемах.
Датчики. Основные понятия и классификация.
Резистивные преобразователи
Потенциометрические преобразователи
Электромагнитные преобразователи
Индуктивные преобразователи
Дфи-но-трансформаторные преобразователи
Ёмкостные преобразователи.
Измерение т-ур
Измерение влажности
Измерение давления
Измерение расхода и кол-ва жидких в-в
Измерение уровня жидкости и сыпучих мат-лов
Измерение плотности
Измерение концентраций
Измерение вязкости и плотности жидкости
Автоматический мост
Автоматический потенциометр
Исполнительные эл/двигатели (шаговые)
Гидравлические и пневматические двигатели
Усилители электронные
Усилители пневматические и гидравлические
Автоматические системы централизованного контроля
Микропроцессоры. Классификация микропроцессорных устройств
Структура микропроцессорных устройств применяемых для управления оборудованием
Структура микропроцессорных систем автоматического управления с микро ЭВМ
АСУТП. Основные понятия
АСУП. Основные понятия
Автоматическая сигнализация
Автоматизация прядильного производства
А) Система автоматизации подготовительных отделов
Б) Структура систем автоматизации прядильного производства
В) Система программного регулирования процесса наматывания нитей на прядильных машинах