3.2. Средства автоматики, управления и контроля

Автоматизация строительных машин - это применение технических средств и систем управления, освобождающих человека-оператора от участия в процессах управления работой машины. Управление любым техническим объектом (машиной, ее частью, комплектом машин, технологическим процессом) состоит из контроля ее фактического состояния и регулирования. В системе автоматического управления (САУ) все процессы выполняются без участия человека по специальным программам. Автоматический контроль - автоматическое получение информации о состоянии объекта, характере протекания процесса, о наступлении их предельных значений.

По характеру алгоритма управления (набору правил, по которым изменяется управляющее воздействие) различают системы управления: по разомкнутому циклу (без обратной связи) (рис.3.5а), по замкнутому циклу (с обратной связью) (рис.3.5б) и комбинированные.

Р ис.3.5. Схемы автоматического управления: а-без обратной связи; б-с обратной связью;

Х-задающее воздействие от програмного устройства; УУ-управляющее устройство; УВ-управляющее воздействие; ОУ-объект управления; F-внешнее возмущения (помехи); У-выходные параметры

Первые служат для стабилизации программного и дистанционного управления, но без корректирующих воздействий. Во вторых - по обратной связи поступают сигналы об отклонениях у от заданного значения, что позволяет провести её корректировку.

По назначению различают системы: автоматической стабилизации, программного управления, следящие, самонастраивающиеся и самообучающиеся системы.

Датчики контроля и регулирования. Датчиком (измерительным преобразователем) называют средство измерения, преобразующее измеряемую величину в сигнал для передачи, обработки или регистрации. Он преобразует давление, перемещение и т.п. в электрическую величину на основе пропорциональной связи собственных единиц измерения. Преобразователь, воспринимающий параметр состояния, называют чувствительным элементом датчика, а сам параметр - входной величиной датчика, а сигнал последнего преобразующего элемента-выходной величиной.

По входному сигналу различают датчики температуры, перемещения (скорости), давления и др. По выходному-неэлектрические и электрические ( параметрические и генераторные). Отношение приращении выходного и входного сигналов называют чувствительностью датчика. Порог чувствительности-минимальное значение входного сигнала. Предел преобразования-максимальное значение входного сигнала, воспринимаемое датчиком без искажения и повреждения.

Устройства, служащие для получения информации о положении элементов машин путем преобразования линейных или угловых перемещений в электрические или другие величины, называют датчиками перемещения или положения. Они бывают контактными или бесконтактными.

Контактные датчики: концевые или путевые выключатели, рычажные, шпиндельные, микропереключатели. Датчики углового положения (поплавковые, маятниковые, реостатные).

Бесконтактные датчики: индукционные, емкостные, магнитные, полупроводниковые, фотоэлементы, гамма-электронные реле, дискретные датчики-щупы.

Группу датчиков силового воздействия составляют датчики давления жидкостей и газов, деформации твердых тел и колебаний, контроля и регулирования температуры, тензометрические, пьезоэлектрические, дилатометрические.

Датчики расхода и уровня (воспринимающий элемент у них может быть скоростной, объемный, переменного и постоянного перепадов). Датчики угловой скорости (тахометры). Анемометры-измерение скорости ветра. Десселерометры-измерение линейных ускорений. Для измерения угловых ускорений валов в машинах применяют тахогенераторные и индукционные датчики.

Усилительные и переключающие устройства. Обычно мощности выходного сигнала недостаточно. Для ее увеличения применяют усилительные элементы, использующие энергию вспомогательного источника. Различают усилители электрические, магнитные, гидравлические, пневматические. По принципу действия: аналогового (реле быстродействующие, время срабатывания 10 м·с), нормальные (30-50 м·с), замедленные и дискретного (релейного) действия (электромагнитные реле: нейтральные (постоянного тока), переменного тока, поляризованное постоянного и переменного тока).

Герметизированные магнитоуправляемые контакты - герконы широко распространены в последнее время (рис.3.6).

Р ис.3.6. Схема геркона: 1-стеклянная запаянная ампула; 2-инертный газ (азот, аргон, водород, их смесь); 3-две тонкие пермалоевые пластины с токоотводами, концы их, контактируемые при замыкании, покрыты защитным слоем золота, родия или палладия; 4-электромагниты

Работой геркона управляют постоянные магниты или электромагниты. При действии магнитного поля на геркон магнитные силовые линии замыкают контакты пластин, а при ослаблении поля - размыкают. Достоинства: просты по устройству и управлению, надежны, не требуют регулировки, широкий диапазон температур (от-100 до +200°С), вибро- и удароустойчивы.

Недостатки: небольшая сила управляемых токов (десятки миллиампер) (баллон длиной 50 мм сила тока max≤1 А). Есть герконы с силой тока до 5А (ампула с водородом).

Контрольные вопросы к главе 3

1. В чем заключается сущность машиной? Приведите классификацию систем управления строительными машинами.

2. Изложите структуру управления в эрготической системе. Приведите примеры устройства и принципа работы рычажно-механических, рычажно-гидравлических систем управления, систем пневмо- и гидроусилителями. В каких случаях для управления машинами используют системы с электрическими, электронными и электромагнитными усилителями? Для чего применяют следящие системы управления? Изложите принцип их действия.

3. Что такое автоматизация строительных машин? Что такое автоматический контроль? Автоматическое регулирование?

4. Приведите классификацию автоматических систем по алгоритму управления и назначению. Охарактеризуйте эти системы.

5. Для чего применяют датчики? Что такое чувствительный элемент? Что такое входная и выходная величины? Приведите классификацию датчиков по назначению. Что такое чувствительность датчика? Что такое порог чувствительности, предел преобразования, динамический диапазон?

6. Для чего предназначены, как устроены и как работают датчики линейных и угловых перемещений, силового воздействия, контроля и регулирования температуры, расхода и уровня, угловой скорости, линейных ускорений?

7. Перечислите типы электромагнитных реле. Как классифицируют по времени срабатывания?

8. Что такое геркон, для чего он предназначен, как устроен, каков принцип его работы и каковы основные параметры?

9. Для чего применяют счетчики импульсов, логические элементы?

10. Для чего в автоматических системах применяют микропроцессоры? На какой базе они построены?