книги из ГПНТБ / Фотиев М.М. Рудничная автоматика и телемеханика учеб. пособие

M. М . Ф О Т И Е В

РУДНИЧНАЯ

АВТОМАТИКА

И ТЕЛЕМЕХАНИКА

ВВЕДЕНИЕ

Создание материально-технической базы коммунизма возможно лишь при условии самой широкой механизации и автоматизации производства с использованием средств технической кибернетики, вычислительной техники и телемеханики.

Автоматизация производства представляет собой высший этап механизации, характеризуемый освобождением человека от непо­ средственного выполнения функций управления производственными процессами и передачей их автоматическим устройствам.

Основными показателями технико-экономической эффективнос­ ти автоматизации производства являются:

увеличение выпуска продукции; снижение трудоемкости работ, связанных с управлением маши­

нами, установками и процессами и как следствие — повышение про­ изводительности труда;

снижение себестоимости продукции и повышение ее качества; повышение надежности работы оборудования и увеличение сро­

ка службы; повышение производительности машин и обеспечение более эф­

фективных (приближающихся к оптимальным) режимов их работы; уменьшение объемов планово-предупредительных ремонтов, увеличение межремонтных сроков службы оборудования и ликви­

дация аварийных ремонтов; повышение пропускной способности транспорта;

сокращение расхода запасных частей и материалов (канатов, конвейерной ленты и др.) ;

сокращение расхода электроэнергии.

Различают три этапа автоматизации технологических процессов: частичную, комплексную и полную автоматизацию.

При частичной автоматизации на автоматическое управление переводятся отдельные машины, механизмы и установки, не участ­ вующие в едином технологическом процессе и не имеющие внешних связей и блокировок с другими производственными процессами. Примером частичной автоматизации является автоматизация кон­ вейеров, насосов, вентиляторов, компрессоров, электрических под­ станций, лебедок, погрузочных пунктов, обмена вагонеток и др. Частичная автоматизация не позволяет использовать все преиму­ щества автоматизации, так как в технологической цепи остаются процессы, недостаточно механизированные и неавтоматизирован­ ные. Поэтому частичная автоматизация, как первый этап, является временной мерой.

При комплексной автоматизации все операции технологического цикла (для горных предприятий это комплекс операций по добыче

полезного ископаемого и его транспортировке) осуществляются си­ стемой автоматических машин и агрегатов. Комплексная автома­ тизация является ступенью для перехода к полной автоматизации, завершающейся созданием цехов и предприятий-автоматов.

При полной автоматизации система автоматических машин вы­ полняет без непосредственного участия человека весь комплекс операций производственного процесса, включая выбор и установ­ ление режимов работы, обеспечивающих наилучшие показатели в данных условиях. Таким образом, при полной автоматизации авто­ матизируются все основные и вспомогательные участки производст­ ва, включая систему оперативного управления отдельными процес­ сами и всем производством. Для решения этих сложных задач ши­ роко используется вычислительная техника.

Создание систем автоматического оперативного управления яв­ ляется завершающим этапом полной автоматизации производства. Автоматизация оперативного управления дает большие экономиче­ ские выгоды, обеспечивает ритмичную и производительную работу участков и предприятий, резко снижает колебания количественных и качественных показателей. Точное согласование работы отдель­ ных участков предприятия между собой позволяет почти полностью отказаться от запасов материалов, порожняка, продукции, а в даль­ нейшем — от деления предприятий на участки и цехи. На предприя­ тии-автомате все функции управления машинами, агрегатами и со­ гласование их работы будут выполняться автоматически.

Роль человека при полной автоматизации будет заключаться в ревизии, регулировке, ремонте и замене отдельных элементов сис­ тем автоматики.

На горных предприятиях в настоящее время используют следую­ щие основные способы управления машинами и механизмами:

автоматическое централизованное (диспетчерское телемехани­ ческое управление), при котором включение машин и установок осуществляется с пульта общешахтного диспетчера при их после­ дующей автоматической работе (вентиляторные установки, насосы, электроподстанции и др.) ;•

дистанционное, при котором оператор производит пуск, останов­ ку и переключение машин и механизмов при автоматическом вы­ полнении отдельных операций (обмен вагонеток, погрузка угля в железнодорожные вагоны и др.);

местное, применяемое в отдельных случаях и осуществляемое непосредственно с места установки оборудования.

Комплексы и установки с автоматическим управлением делятся на две группы:

установки, степень автоматизации которых обеспечивает их ра­ боту без постоянного обслуживания персонала (скиповые, калори­ ферные, водоотливные установки и др.) ;

производственные объекты, первоначальный ввод и контроль работы которых осуществляется операторами (конвейерные линии, погрузочные пункты, разгрузка вагонеток в околоствольном дворе, поточно-транспортные системы технологического комплекса и др.).

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

§ 1. Основные понятия и определения

Автоматика — это отрасль науки и техники о теории и принци­ пах построения систем управления техническими процессами, дей­ ствующих без непосредственного участия человека.

Автоматизация — это практическое применение средств и мето­ дов автоматики с целью превращения неавтоматических машин, аг­ регатов, участков, предприятий в автоматические. Автоматизация наряду с целым рядом технических усовершенствований предусмат­ ривает проведение в широких масштабах различных организацион­ ных и экономических мероприятий по перестройке производ­ ства.

Задачи, выполняемые автоматическими системами, можно ус­ ловно разделить на следующие основные группы: автоматическое управление, регулирование и контроль.

Автоматическое управление представляет собой совокупность воздействий, производимых на основании определенной информации и имеющих целью поддержание или улучшение функционирования объекта управления в . соответствии с заданной программой или поставленной задачей. Система автоматического управления (САУ) состоит из управляющего устройства, предназначенного для фор­ мирования управляющих воздействий, и объекта управления, у ко­ торого одна или несколько физических величин (параметров) под­ вергаются регулированию. Объектом регулирования служит аппа­ рат, машина, технологический процесс и т. п., например, электродвигатель, скорость которого регулируется, горный комбайн с направленным движением, роторный экскаватор, работающий по заданной программе, и др.

Автоматическое регулирование — это частный вид автоматичес­ кого управления, когда требуется поддержать заданное значение некоторой физической величины (скорости, расхода вещества, дав-

ления, температуры и др.). называемой управляемой или регулируе­ мой величиной. Заданное значение управляемой величины — это такое ее значение, которое стремятся поддерживать в процессе уп­ равления. Оно может быть постоянным и изменяющимся.

Текущее значение управляемой величины — это фактическое ее значение в данный момент.

Рассогласование — это отклонение фактического значения уп­ равляемой величины от заданного.

Воздействие — это фактор, влияющий на работу системы авто­ матического управления. Воздействия передаются с помощью сиг­ налов.

По виду влияния на систему воздействия делятся на задающие, управляющие и возмущающие.

Задающим называется воздействие, которое вводится в систему для получения необходимого — по заданному закону — изменения управляемой или регулируемой величины.

Управляющим называется воздействие, которое формируется в управляющем устройстве с помощью задающего воздействия и дру­ гих факторов (например, изменения внешних условий) и обеспечи­ вает изменение управляемой величины в соответствии с зада­ нием.

Возмущающим называется воздействие, под влиянием которого происходит отклонение регулируемой величины от заданного зна­ чения. К возмущающим воздействиям относятся, например, изме­ нение нагрузки в системе автоматического управления подъемной машиной, изменение температуры наружного воздуха в системе ав­ томатического регулирования температуры воздуха, поступающего в шахту.

По степени влияния на процесс регулирования различают основ­ ные возмущающие воздействия (основные возмущения), резко влияющие на ход процесса, и второстепенные, действие которых

трудно учесть, так как их влияние выражено слабо.

Автоматический контроль — это автоматическое получение и об­ работка информации о состоянии и внешних условиях работы объ­ екта. Целью контроля является своевременное выявление событий, определяющих управляющее воздействие. Под событием в данном случае понимают то явление, которое необходимо зафиксировать: заполнение водосборника до верхнего уровня, перегрев подшипни­ ков, перегрузка электродвигателя и т. п. В общем случае функция систем автоматического контроля состоит в сравнении величины контролируемого параметра (скорости, температуры и др.) с за­ данным его значением и фиксировании результатов сравнения в форме, удобной для наблюдения или длительного хранения.

Контроль является важным элементом любой автоматической системы, так как позволяет выявлять отклонения в ходе технологи­ ческого процесса и дает сигнал управляющим устройствам для ликвидации этих отклонений. К функциям автоматического контро­ ля "часто относят также сигнализацию, а к функциям управления —

автоматическую защиту.

§2. Элементы систем автоматического управления

иконтроля

Все системы автоматического управления и контроля могут быть разделены на элементы, каждый из которых выполняет самостоя­ тельную функцию, преобразуя воздействие, подаваемое на его вход, — входную величину (входной сигнал) в выходную величину

(выходной сигнал), снимаемую с его выхода. Элементы в системах

в)

автоматики связаны между собой и воздействуют друг на друга оп­ ределенным образом.

На функциональных схемах условные обозначения элементов соединены линиями со стрелками, показывающими связь элементов и направление воздействий в системе.

На рис. І, а изображена функциональная схема системы авто­ матического управления, состоящей из объекта управления ОУ, на который воздействуют возмущения В, и управляющего устройства, в которое входят задающее устройство -ЗУ, датчик Д, сравниваю­ щее устройство СУ (элемент сравнения), усилители УІ и У2, испол­ нительное устройство ИУ, регулирующее устройство РУ.

В системах автоматического регулирования управляющее уст­ ройство называют обычно регулятором.

Задающее устройство ЗУ формирует сигнал, который определя­ ет заданное значение (эталон) управляемой величины или требуе­

мый закон ее изменения. С помощью задающего устройства можно, например, устанавливать заданную скорость, температуру, направ­ ление движения, т. е. настраивать систему.

Выходом систем автоматического управления является объект управления, а выходной величиной — управляемая величина. В сис­ теме на рис. 1, а цепь воздействий одного элемента на другой зам­ кнута и поэтому система автоматического управления называется

замкнутой.

Замыкание системы производится датчиком Д, который измеря­ ет текущее (фактическое) значение управляемой величины и пода­ ет сигнал, пропорциональный этому значению, на вход системы — сравнивающее устройство СУ. Цепь, содержащая датчик управля­ ющей величины и замыкающая выход системы со входом, называет­ ся главной обратной связью. Замкнутая система, имеющая только главную обратную'связь, называется одноконтурной.

Сравнивающее устройство СУ имеет два входа, на один из ко­ торых подается сигнал от задающего устройства, а на второй — от датчика. Эти сигналы в сравнивающем устройстве вычитаются один из другого, так что на выходе образуется управляющий сигнал, учитывающий отклонение фактического значения управляемой ве­ личины от заданного.

Усилители У1 и У2 предназначены для увеличения мощности вы­ ходных сигналов соответственно сравнивающего устройства и дат­ чика.

Исполнительное устройство ИУ служит для приведения в дейст­ вие регулирующего устройства.

Регулирующее устройство РУ (регулирующий орган) предназ­ начено для непосредственного воздействия на объект в соответствии с управляющим сигналом.

Для улучшения процесса управления (регулирования) .в управ­ ляющее устройство (регулятор) иногда вводят дополнительные об­ ратные связи, создающие замкнутые контуры внутри управляющего устройства. На рис. 1, а штриховой линией показана дополнитель­ ная обратная связь по регулирующему воздействию, охватывающая с помощью элемента К усилитель У1 и исполнительное устройст­

Сигнал обратной связи может усиливать или ослаблять сигнал, вырабатываемый тем элементом системы, на вход которого он по­ дается. В соответствии с этим различают положительную и отрица­ тельную обратную связь. В системах автоматического управления обычно используется отрицательная обратная связь, так как она способствует автоматической стабилизации регулируемой величи­ ны. Обратная связь называется жесткой, если она действует посто­ янно, т. е. в установившемся и в переходном режиме.

Под переходным понимают такой режим работы системы, при котором изменяется ее состояние во времени. Переходный режим имеет место, например, при пуске и торможении двигателя, когда