Введение

С увеличением технической вооруженности промышленного про­изводства возрастает количество и разнообразие видов устройств и С1ютем автоматики. Часть из них, относящиеся к энергоснабжению и к общепромышленным механизмам и установкам, обслуживает служба энергетика. В связи с этим инженер-электроэнергетик должен быть знаком с устройствами автоматизавдш.

Данный курс «Промышленная автоматика» предполагает изучение основ автоматизации агрегатов, механизмов и устройств общепро­мышленного назначения (насосные и компрессорные установки, подъ­емно-транспортные механизмы, вентиляционные системы различного назначения, установки электрического освещения и т. д.). Кроме того, содержание курса предусматривает знакомство с основами конструи­рования простейших устройств автоматики.

1. Общие понятия и классификация

Название этого раздела науки и техники произошло от греческого слова AUTOMATOS - «самодействующий». АВТОМАТИКА - наука об общих принципах построения автоматических устройств и систем, выполняющих свои основные функции без непосредственного участия человека. Основными функциями автоматики являются:

контроль - автоматическая реализация совокупности функций на­блюдения за каким-либо процессом или объектом;

регулирование - автоматическое поддержание заданных значений какой-либо физической величины в заранее установленных условиях;

управление - организация целенаправленных воздействий на объ­ект управления с целью достижения намеченной цели;

В зависимости от объектов автоматизации, различают следующие виды автоматики:

технологическая - технологические процессы любого вида произ­водства;

промышленная - устройства, механизмы, агрегаты и установки общепромышленного назначения;

специальная - противопожарные и охранные системы, связь и т.д.

В зависимости от физической природы первичного носителя ин­формации различают автоматику: электрическую, механическую, гид­равлическую, пневматическую и комбинированную.

Автоматизация промышленного производства - комплекс меро­приятий, которые реализуются в соответствии с определенной после­довательностью математических и логических операций (автоматиче­ский контроль, регулирование, блокировки и защита), связанных с производством.

Сообщение - совокупность информации об объекте.

Информация - сведения о состоянии объекта автоматизации.

Сигнал - материальное воплощение сообщения, которое можер быть использовано при передаче, обработке и хранении информации.

Элемент - простейшая в функциональном отношении ячейка (уст­ройство, схема и т.д.), предназначенная для выполнения одной из ос­новных операций с сигналом).

2. Элементы промышленной автоматики

2.1. Общие сведения

В зависимости от принципа действия все элементы автоматики раз­деляются на два вида: элементы непрерывного действия (аналого­вые) и дискретные. В среде дискретных элементов различают цифро­вые и релейные. Элементы непрерывного действия работают с сигналом, вид которого изображен на рис. 2.1.

Рис. 2.1. Непрерывный (аналоговый) сигнал:

U{t) - напряжение; t - время

Дискретные элементы работают с сигналами, вид которых пред­ставлен на рис. 2.2, а и б.

Рис. 2.2. Дискретные сигналы (а - цифровой, б - релейный)

По физическим принципам действия все элементы могут быть раз­делены: на механические, тепловые (термоэлементы), электрические, магнитные, электромагнитные, электронные, прочие (химические, ра­диационные и т.д.).

По величине выходной мощности различают элементы: малой мощности (до 10 Вт), средней мощности (от 10 до 100 Вт), большой мощности (более 100 Вт).

По виду и форме преобразования энергии сигнала элементы делятся:

• на пассивные - энергия выходного сигнала обеспечивается только за счет величины энергии входного сигнала (рис. 2.3).

Рис. 2.3. Пассивный элемент:

хку- входной и выходной сигналы; Д Ж-потери энергии в элементе

Энергетическая характеристика пассивного элемента:

, (2.1)

где WxHfVy- энергия входного и выходного сигналов;

• активные - имеется дополнительный источник энергии (или не­сколько источников). Входной сигнал управляет передачей элементом энергии выходного сигнала от источника к получателю информации. В активных элементах, таким образом, возможно усиление мощности (рис. 2.4).

Рис. 2.4. Активный элемент:

W - энергия, получаемая от дополнительного источника

Энергетическая характеристика активного элемента:

; (2.2)

• генераторные - происходит непосредственное преобразование энергии одного вида в энергию другого вида (тахогенератор, термо­электрический датчик, пьезодатчик, и т. д.);

• параметрические - энергия входного сигнала затрачивается на изменение одного из параметров элемента (сопротивление, емкость, индуктивность и т.д.);

• реверсивные - изменяют знак сигнала на противоположный (полярность постоянного тока или напряжения, фаза переменного тока или напряжения, направление перемещения и т.д.);

• нереверсивные - сохраняют знак выходного сигнала неизмен­ным, независимо от изменений знака входного сигнала.

Все элементы предназначены для выполнения соответствующих операций с сигналами:

1. Преобразование контролируемой величины в сигнал, однозначно связанный с информацией об этой величине (чувствительные элемен­ты, датчики).

2. Преобразование сигнала одного вида энергии в сигнал другого вида энергии (электрический в неэлектрический, неэлектрический в электрический и т.д.).

3. Преобразование сигналов по величине энергии (усилители, дели­тели мощности).

4. Преобразование сигнала по его виду - аналоговый в дискретный и наоборот (аналого-цифровые преобразователи и цифроаналоговые преобразователи).

5. Преобразование сигнала по виду тока - сигнал постоянного тока в сигнал переменного тока и наоборот (модуляторы и демодуляторы) (рис. 2.5).

Рис. 2.5. Преобразование сигнала по виду тока:

и Uy - напряжения входного и выходного сигналов; t - время

6. Функциональное преобразование сигналов (счетно-решающие эле­менты, функциональные элементы, микропроцессоры, компьютеры и т.д.).

7. Сравнение сигналов и создание командно-управляющего сигнала (компараторы, нульорганы).

8. Выполнение логических операций с сигналами (логические эле­менты с различным функциональным назначением, например, рис. 2.6)

Рис. 2.6. Примеры логических элементов:

хх, хг - входные сигналы; у -выходной сигнал; Э – элемент

9. Распределение одного сигнала по различным цепям (распредели­тели, коммутаторы, общая шина).

10. Хранение сигналов (элементы памяти, накопители информации, все виды носителей информации).

11. Создание программных сигналов (контроллеры, командоаппараты, микропроцессоры, компьютеры).

12. Формирование управляющего воздействия для объекта управления на основе поступившего сигнала (исполнительные элементы или органы).