Введение

Приборостроительная промышленность в нашей стране начала создаваться лишь в двадцатых годах прошлого века, т.е. менее 100 лет назад. Сначала это были довольно простые приборы для измерения основных технологических параметров: температуры, давления, расхода, уровня. Но с развитием методов и средств измерений число измеряемых параметров и диапазоны измерений существенно расширились.

На основе последних достижений фундаментальных и прикладных наук, теории автоматического регулирования и управления стали создаваться целые системы автоматизации. В настоящее время такие системы позволяют выполнять следующие функции: контроль технологических параметров, обработку информации, автоматическое регулирование параметров, дистанционное и автоматическое управление машинами и агрегатами с контролем и сигнализацией их состояния, обеспечение безопасной эксплуатации технологического оборудования, оптимизацию технологических процессов.

В последнее время благодаря развитию фундаментальных и прикладных наук возникли принципиально новые, так называемые нанотехнологии, что требует совершенно иных подходов к производству, которое в этом случае должно быть не только механизированным, но и полностью автоматизированным. Давайте рассмотрим подробнее эти понятия – «механизация» и «автоматизация». Что между ними общего и в чем различие?

Механизация – замена ручных средств труда машинами и механизмами. С их помощью человек может поднимать и перемещать тяжелые грузы, резать, ковать и штамповать металл при изготовлении деталей, добывать руду и топливо из недр земли. Но управление этими механизмами должен осуществлять человек: он должен постоянно контролировать ход производственного процесса, анализировать его, принимать решения и воздействовать на этот процесс. Т.е. механизация требует постоянного участия человека во всем ходе производственного процесса.

Автоматизация производственных процессов – применение технических средств и систем управления, освобождающих человека частично или полностью от непосредственного участия в этих процессах. Автоматизация облегчает труд человека психологически, снижает психологическую нагрузку, освобождая его от сбора информации, ее предварительной обработки. Т.е системы автоматизации сбор, передачу, обработку, преобразование и использование информации осуществляют без непосредственного участия человека.

Первые автоматические устройства были гидравлическими, вскоре к ним прибавились пневматические автоматы и уже через значительное время начали появляться электрические автоматы. Но отдельные автоматические агрегаты, это было лишь начало. Затем начали появляться уже автоматизированные системы, т.е. несколько автоматов, объединенных в технологическую цепочку. Даже в быту мы постоянно сталкиваемся с применением элементов автоматических систем: регуляторов температуры в холодильниках, утюгах и нагревателях; потенциометрические, индуктивные и емкостные датчики для настройки радиоприемников и телевизоров; а пульты управления многими бытовыми приборами, именуемыми в просторечии «лентяйками», более того во многих семьях сегодня используются автоматические стиральные машины, работающие по программе, которую домохозяйка задает в зависимости от количества, типа белья и его загрязненности, в большинстве машин в диалоговом режиме. Это уже достаточно «умные» агрегаты, с контролем протекающего процесса с помощью процессорных элементов.

В производстве в настоящее время эти автоматизированные системы уже представляют собой целые цеха, и даже заводы по изготовлению определенной продукции. Это и металлургическое производство, и литейное, и машиностроительные предприятия, энергетика, и даже пищевое производство, например: кондитерское, хлебопекарное.

В настоящее время наибольшее распространение получили электрические системы, поскольку электрический сигнал является наиболее универсальным и удобным для сбора информации, ее передачи и обработки, формирования сигнала для исполнительных устройств. Преимущества электрического сигнала следующие:

1. Электрический сигнал можно передать на очень большое расстояние;

2. Электрический сигнал очень легко обрабатывать, а при необходимости усиливать, с помощью достаточно простых технических средств;

3. Энергию электрического сигнала не сложно преобразовать в другой вид энергии, например в механическую, тепловую энергии, которую легко использовать в любом производстве.

В настоящее время при столь мощном развитии принципиально новых и особенно нанотехнологий, без автоматизации просто не обойтись, т.к. человек вручную просто не в состоянии физически контролировать технологический процесс. В связи, с чем и возникает необходимость в подготовке специалистов, знающих и умеющих вести монтаж и наладку автоматизированных систем, а также грамотно их эксплуатировать.

Раздел первый приборы и системы автоматизации

Глава I Общие сведения

§ 1. Классификация приборов

Измерительным прибором называется средство измерения, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме доступной, для непосредственного восприятия наблюдателем (ГОСТ 16263 – 70).

По назначению – измерительные приборы, используемые в промышленности для контроля технологических процессов, делятся на показывающие (демонстрирующие), допускающие только считывание показаний, и регистрирующие, в которых предусмотрена регистрация показаний в той или иной форме. В свою очередь, регистрирующие приборы могут быть самопишущие (фиксирующие показания на диаграмме) и печатающие (фиксирующие показания на бумаге в цифровой форме).

По наличию передачи показаний приборы могут быть с дистанционной передачей и без таковой. Приборы с дистанционной передачей используют в измерительных системах, которые состоят из следующих основных частей:

первичного прибора – преобразователя (датчика), который воспринимает посредством чувствительного элемента изменения измеряемой величины, преобразует ее в выходной сигнал и передает последний на расстояние;

вторичного прибора, который воспринимает посредством измерительного устройства выходные сигналы, передаваемые преобразователем, и преобразует их в перемещение указателя относительно шкалы; вторичные приборы могут быть демонстрирующими, регистрирующими, сигнализирующими и регулирующими;

линии связи (пневматических, гидравлических или электрических), по которой передаются результаты измерений от преобразователя к вторичному прибору.

По виду (способу) измерений приборы делятся на аналоговые (непрерывные), в которых показания представлены в виде непрерывной функции измерений измеряемой величины, и дискретные (цифровые), в которых показания представлены в виде дискретной (прерывистой) функции измеряемой величины.

Любое измерение как бы тщательно оно не было проведено, всегда сопровождается погрешностью. Погрешностью измерения называется разность между показанием прибора и действительным значением измеряемой величины. Погрешность прибора не должна выходить за допустимые пределы, обусловленные техническими условиями для данного метода измерения.

Точность измерения прибора определяется классом, которому соответствует данный прибор. Класс точности обозначается цифрами, заключенными в круг и нанесенными на шкалу прибора в нижней ее части. Существует достаточно большое число классов точности, основные из них: 0,1; 0,15; 0,2; 0,25; 0,4; 0,5; 0,6; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 4,0.

Допустимая погрешность есть наибольшая погрешность показаний прибора.

§ 2. Основные метрологические сведения

Измерительный преобразователь (датчик) – средство измерения, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи или дальнейшего преобразования, но не поддающейся непосредственному восприятию наблюдателем.

Первичный измерительный преобразователь – измерительный преобразователь, к которому непосредственно подводится измеряемая величина (среда), установленный в измерительной цепи первым.

Чувствительный элемент – элемент измерительного преобразователя, находящийся непосредственно под воздействием измеряемой или регулируемой величины. В промышленных условиях в качестве чувствительных элементов применяют плоские и гофрированные упругие мембраны, гармониковые мембраны (сильфоны), трубчатые пружины, поплавки, биметаллические пластины и др.

Система измерения – совокупность средств измерения и вспомогательных устройств, соединенных между собой каналами связи, предназначенная для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для передачи, автоматической обработки или использования в системах автоматического регулирования.

Регулируемый объект – технологический агрегат, механизм или иное устройство, в котором посредством автоматического регулятора поддерживается заданное значение регулируемой величины или изменение ее по заданному закону.

Регулируемая величина – физическая величина, которая характеризует технологический процесс, происходящий в регулируемом объекте. Постоянное значение или закономерное изменение предназначен поддерживать автоматический регулятор.

Заданное значение – значение регулируемой величины, которое требуется поддержать постоянным или изменять во времени по заданному закону.

Регулирующий агент – вещество или энергия, влияющее на регулируемую величину и подвергающееся изменению регулирующим органом автоматического регулятора.

Обратная связь – устройство, посредством которого происходит передача результата воздействия регулирующего агента на регулируемый объект, направленного от одного из последующих элементов цепи автоматического регулирования к одному из ее предыдущих элементов.

Входной сигнал – сигнал, поступающий от чувствительного элемента к преобразователю или от преобразователя к вторичному прибору.

Выходной сигнал – преобразованный выходной сигнал, выходящий в виде командного сигнала или в виде информационного сообщения.