Глава 3. Средства преобразования, обработки, хранения и использования информации 152

3.1. Усилители автоматических систем 152

3.1.1. Электронные усилители 155

3.1.2. Применение операционных усилителей в системах автоматики 159

3.1.3. Магнитные усилители 178

3.2. Релейные элементы систем автоматики 185

3.2.1. Электромагнитные реле 188

3.2.2. Электронные, полупроводниковые и фотоэлектрические реле 193

3.2.3. Реле времени и таймеры 197

3.2.4. Путевые переключающие устройства 204

3.2.5. Релейно-контактные схемы систем автоматики 208

3.3. Регуляторы и регулирующие блоки 211

3.3.1. Регуляторы прямого действия 212

3.3.2. Позиционные электрические регуляторы 215

3.3.3. Аналоговые регулирующие устройства 222

3.3.4. Цифровые и микропроцессорные регулирующие устройства 229

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 236

Введение

Автоматизация технологических процессов и производств связана с решением ряда технических задач, основными из которых являются обеспечение систем автоматизации средствами измерения и контроля, преобразования полученной информации; формирование законов управления и регулирования, а также обеспечение непосредственного воздействия на объект средствами исполнения управляющих команд и регулирующими устройствами. Таким образом, автоматические системы управления представляют собой совокупность отдельных технических средств, связанных между собой и выполняющих определенные функции конструктивных элементов, совмещение которых обеспечивается стандартизацией входных и выходных сигналов, параметров электрических и пневматических источников питания, пределов измерений датчиков и измерительных устройств, а также присоединительных размеров. Применение этого принципа делает приборы более универсальными, позволяет использовать при их создании рациональный минимум конструктивных элементов, обеспечить взаимозаменяемость отдельных узлов, повысить их ремонтоспособность и расширить круг решаемых задач.

Развитие технических средств автоматизации тесно связанно с техническим регулированием. Техническое регулирование – одно из приоритетных направлений повышения конкурентоспособности отечественной продукции [1], модернизации промышленности, обеспечения безопасности продукции и процессов её производства, защиты внешнеэкономических интересов страны в условиях присоединения к Всемирной торговой организации (ВТО).

В свою очередь, модернизация текстильной промышленности определяется уровнем автоматизации оборудования и управления, в том числе и используемых технических средств. Техническое регулирование определено в Федеральном Законе «О техническом регулировании», вступившем в действие 1 июля 2003 года. Закон направлен на создание основ единой политики в области технического регулирования, стандартизации и сертификации, отвечающей современным международным требованиям.

Техническое регулирование осуществляется в соответствии с принципами [2]:

применение единых правил установления требований к объектам технического регулирования;

соответствие технического регулирования уровню развития национальной экономики, материально-технической базы и научно-технического процесса;

независимость органов аккредитации и сертификации от изготовителей и потребителей;

единства системы правил аккредитаций;

единство правил и методов испытаний;

недопустимость ограничения конкуренции при осуществлении аккредитации и сертификации;

недопустимости совмещения полномочий органа госконтроля и органа по сертификации;

недопустимость внебюджетного финансирования госконтроля за соблюдением требований технического регламента.

Закон устанавливает новую форму правового документа – технический регламент, в котором должны быть изложены обязательные требования к объектам технического регулирования. Предусмотрено внедрение общих и специальных технических регламентов. При этом отменены два закона РФ: «О сертификации продукции и услуг» и «О стандартизации», введенные 10 июня 1993 года, а с 30 декабря 2008 года введен в действие новый закон «О единстве измерений». Ведение новых законов предусматривает проведение глубокой реформы, в которой важно обеспечить плавное замещение старой системы на новую.

В законе предусмотрен переходной период длительностью семь лет, в течение которого будут существовать старые и новые элементы технического регулирования. При этом реализуются новые принципы развития стандартизации, сертификации и метрологии России. Государственные стандарты Российской Федерации из основного инструмента государственного технического регулирования трансформируются в добровольные российские национальные, которые совместно с международными стандартами служат основой для разработки технических регламентов.

Технические регламенты принимаются только в целях защиты жизни, здоровья физических лиц, имущества физических или юридических лиц, государственного или муниципального имущества, охраны окружающей среды, в том числе жизни и здоровья животных или растений, а также в целях предотвращения введения в заблуждение потребителей продукции. Принятие технических регламентов в иных целях не допускается. В целях обеспечения эффективной государственной политики в области стандартизации, сертификации и метрологии необходимо создание единой национальной системы стандартизации и единства измерений на территории Российской Федерации, организация подтверждения соответствия продукции техническим регламентам, обеспечивающей баланс интересов государства, субъектов хозяйствования, общественных организаций и потребителей.

Такие кардинальные изменения приводят к новым подходам к разработке и применению технических средств. Важную роль приобретает сертификация технических систем. В области сертификации также происходят существенные изменения. В законе «О техническом регулировании» ведено обобщающее понятие, принятое в международной практике, «подтверждение соответствия» и знак обращения, получаемый при регистрации декларации о соответствии или сертификата соответствия. Подтверждение соответствия и сертификации технических средств является официальным подтверждением качества и определяет конкурентную способность технических средств, а значит дальнейшее развитие автоматизации и текстильного производства в целом. В мировой практике используются две системы сертификации: обязательная и добровольная. В Российской Федерации в определенное время отдавалось предпочтение обязательной сертификации (так, в 2002 году свыше 60 % продукции подвергалось обязательной сертификации, в то время как в странах ЕС – лишь 10 – 15%), что привело к замедлению товарооборота и уменьшению темпов технического прогресса. В соответствии с законом «О техническом регулировании» положение это изменяется и обязательная сертификация касается только продукции, выпущенной в России, и проводится в случаях, предусмотренных техническими регламентами, то есть требованиями в отношении безопасности. Однако, разработчики, как и потребители продукции, заинтересованы в сертификации, так как наличие ее является гарантией качества. В связи с этим широко применяется добровольная сертификация. В настоящее время в России более 90 систем добровольной сертификации и разработано много нормативных документов [3 – 5]. В частности, создана «Система сертификации средств измерений», которая носит добровольный характер и удостоверяет соответствие измерительных технических средств заявителей метрологическим правилам и нормам. При организации системы принимались во внимание нормативные документы международных организаций ИСО, МЭК [6, 7], Системы ГОСТ Р [3 – 5]. Основными целями введения этой системы являются обеспечение единства измерений, содействие экспорту товаров и увеличение конкурентоспособности средств измерений.

В преимущественном большинстве случаев полученная измерительная информация с целью унификации электрических или пневматических сигналов, значения которых пропорциональны измеряемым параметрам, требует дополнительной обработки и преобразования. Это достигается использованием формирователей и усилителей различных типов, преобразователей вида и формы сигналов, а также устройств для вычисления необходимых производных от полученной измерительной информации.

Формирование воздействия на объект автоматизации, осуществляемое регуляторами, базируется на статических и динамических характеристиках объекта, требованиях к качественным показателям процесса регулирования, а также зависит от общей структуры системы автоматического регулирования. Реализация воздействия на объект производится посредством релейных, линейных, цифровых регуляторов, микроконтроллеров и микропроцессоров. Для согласования по мощности выходных сигналов регулирующих устройств (формирователей закона управления) и исполнительных устройств, выполненных, как правило, в виде различных по типу электромагнитов, электродвигателей, электромагнитных муфт, теплоэлектрических нагревателей и пр., осуществляется с помощью релейно-контактных или силовых полупроводниковых преобразователей. Для перехода от одного вида энергии к другому используются электропневматические или пневмоэлектрические преобразователи.

Для непосредственного воздействия на объект используются регулирующие устройства различного назначения и конструкций в зависимости от характера энергетического и материального потока (ток, напряжение, расход воздуха или пара, жидкости, волокнистого материала и др.). Чаще всего это осуществляется с помощью заслонок, вентилей, кранов, клапанов и пр., конструктивно сочлененных непосредственно с исполнительными устройствами и механизмами.

Широкое использование программируемых логических контроллеров (ПЛК) в системах автоматического контроля и управления выдвинуло на первый план проблему их связи с объектами, состояние которых в большинстве случаев характеризуется непрерывными временными функциями времени. Поэтому в процессе обработки таких функций важная роль отводится операциям преобразования непрерывных (аналоговых) сигналов в цифровую форму и обратно. Это осуществляется интерфейсами: аналого-цифровыми и цифро-аналоговыми преобразователями, обеспечивающих сопряжение источников сигналов и регулирующих устройств с микропроцессорными устройствами их обработки.

Функционирование ПЛК определяется программным обеспечением, которое предписывает контроллеру однозначно определенные действия по приему и преобразованию входных сигналов, организации работы внутренней структуры, а также формированию выходного сигнала.

Книга 2 «Технические средства автоматизации текстильных производств» состоит из двух частей. В часть 1 вошли главы 1, 2, 3, в часть 2 – главы 4, 5.