Рудничная автоматика

а

ный возмущению, подают на второй вход управляющего устройст­ ва УУ, который суммирует сигналы задания 3 и усилителя У2.

В частном случае усилители У1 и У2 могут отсутствовать. САУ с воздействием по возмущению совершенно не реагируют

на второстепенные возмущению (например, В2 на рис. 2,6), вызывающие в системе управления погрешности, которые она исправить не в состоянии. В некоторых случаях выходная ве­ личина с течением времени под действием второстепенных воз­ мущений может отклониться от заданного значения настолько, что система окажется неработоспособной.

На рис. 2,в показана схема разомкнутой САУ генератора постоянного тока с воздействием по возмущению. За основное возмущение принято изменение частоты вращения. Компенсация его производится изменением магнитного потока.

Системы автоматического регулирования. Наибольшее рас­ пространение в горной промышленности получили системы авто­ матической стабилизации и программные системы регулирования. По построению они аналогичны. Рассмотрим различные САР и их характерные особенности в соответствии с их классификацией (см. 1.2).

Примером САР прямого действия, в которой для перемещения регулирующего органа не требуется дополнительного источника энергии, может служить САР напряжения генератора постоянного тока (рис. 3,а). В качестве датчика напряжения в этой сис­ теме используется электромагнит УА с пружиной, якорь кото­ рого связан с ползунком реостата R2 в цепи обмотки возбуж­ дения генератора G. При изменении напряжения UT генератора, например, при его уменьшении, якорь электромагнита несколько опустится и переместит ползунок реостата R2 вниз, т.е. в сторону, соответствующую увеличению тока возбуждения, маг­ нитного потока и напряжения. Заданное напряжение генератора устанавливают с помощью реостата R 1.

В системах прямого действия датчик должен иметь доста-

Рис. З.Схема статической САР напряжения генератора (а) и ее характерис­ тики (б)

точную мощность, чтобы перемещать регулирующий орган. Поэ­ тому в рудничной автоматике, где подавляющее большинство датчиков выполняются искробезопасными (т.е. они имеют весьма малую мощность) , системы прямого действия не применяются.

В САР непрямого действия для перемещения регулирующего органа необходимо усиливать сигнал датчика. Для этого при­ меняют различные усилители. В релейных системах одном из видов дискретных САР с этой целью применяют реле, контак­ торы, соленоиды. САР непрямого действия, в которой для перемещения регулирующего органа (ползунка реостата) исполь­ зован электродвигатель, была рассмотрена выше (см. рис. 1,в,г).

Статической САР в соответствии с приведенным выше опре­ делением является САР напряжения генератора, схема которой

внешней характеристике генератора (кривая 1, рис. 3,6). Снижение напряжения компенсируется регулятором (электро­ магнитом YA с пружиной) путем увеличения магнитного потока, т.е. путем перемещения ползунка реостата R2 вниз. Каждому значению 1нагр в установившемся режиме соответствует опре­ деленное положение ползунка реостата R2, т.е. определенное положение жестко связанного с ним якоря электромагнита! YA и, следовательно, определенное напряжение генератора. Зависи­

мость напряжения на генераторе от нагрузки при включенном регуляторе называется статической характеристикой системы

(кривая 2).

Примером астатической САР может служить САР напряжения генератора, рассмотренная в 1.2 (см. рис. 1,0, г). Харак­ терная особенность астатических САР состоит в том, что при одном и том же значении регулируемой величины (в данном примере - напряжения генератора) регулирующий орган (ползу­ нок реостата R) может занимать различные положения. Астати­ ческая характеристика системы показана кривой 3 на рис. 3,6.

Рассмотренные выше САР это непрерывные системы. В горной промышленности их применяют в системах стабилизации двигателей рабочих органов на очистных и проходческих ком­ байнах, в регуляторах давления на тормозах подъемных машин и др.

Дискретные САР делятся на релейные и импульсные. Релейной САР называется такая система, в которой хотя бы один основ­ ной элемент обладает релейной характеристикой. Обычно таким элементом является датчик. Примером релейной САР может слуслужить система автоматизации водоотливных установок (см 7.1). Она по существу представляет собой релейную САР уровня воды в водосборнике, являющемся объектом регулиро­ вания. Регулирующим органом служит главный насос, а испол­ нительным механизмом - его двигатель. Возмущающее воздейст­ вие в этой системе приток воды в водосборник, основной измерительный элемент системы - датчик верхнего уровня воды. Когда поднимающийся уровень воды достигнет этого датчика, замкнется электрическая цепь и включится насос. Так так его подача больше притока воды в водосборник, уровень воды будет опускаться и контакт между водой и датчиком верхнего уровня разорвется. Во избежание частых включений и отключений на­ соса в нижней части водосборника устанавливают дополнитель­ ный датчик (датчик нижнего уровня) и цепь управления двига­ телем насоса собирают так, чтобы он отключался, когда вода опустится до отметки датчика нижнего уровня.

1.4. ХАРАКТЕРИСТИКИ СИСТЕМ АВТОМАТИКИ И ИХ ЭЛЕМЕНТОВ

функциональных элементов САР и САУ представляет собой зави­ симость между выходной у и входной х величинами элемента, т.е. у-/(х). Различают линейные (рис. 4,а) и нелинейные (рис. 4,6,в) статистические характеристики. Характеристику 1 (рис. 4,6) имеют элементы, обладающие свойством насыщения; характеристика 2 (рис. 4,6) имеет зону нечувствительности от Х2 до xi, в пределах которой изменение входной величины х не приводит к изменению величины у. Характеристика на рис. 4,б называется релейной. Выходная величина при этой характерис­ тике может принимать только два значения ymin и утлх.

Для статических характеристик различают:

статический коэффициент передачи к = у/х . Для линейной характеристики, проходящей через начало координат (прямая /, рис. 4,я), значение к постоянно во всех точках, т.е.

к = у/х = tgai = const.

превышать 3-5% ууст.ном; перерегулирование Aymax не должно превышать допустимого для данной системы значения; время регулирования tp должно соответствовать установленному для данной САР в зависимости от особенностей технологического процесса.

Контрольные вопросы

1.Как классифицируют системы автоматики по назначению?

2.Назовите функции отдельных элементов САУ и САР.

3.Каковы характерные черты различных этапов автоматики?

4.По каким признакам и как классифицирует САР?

5.Как работают САУ с воздействием по возмущению?

6.Чем отличаются статические и астатические САР?

7.Назовите виды статических характеристик функциональных элементов.

8. Изобразите переходные характеристики типовых динамических звеньев

иприведиie примеры.

9.Назовите показатели качества процесса регулирования.

2.ЭЛЕМЕНТЫ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ

2.1. ДАТЧИКИ

Общие сведения. Датчики - это элементы систем автоматики, осуществляющие ввод в систему сигналов о текущем значении регулируемой величины. Они преобразуют регулируемую величину в другую, более удобную для дальнейшего использования. Пос­ кольку подавляющее большинство систем рудничной автоматики - электрические, ниже рассматриваются датчики, в которых ре­

самого датчика, но и всей системы автоматики.

Преобразование контролируемой датчиком величины в элек­ трический сигнал может осуществляться не одним элементом, а несколькими последовательно действующими элементами. Нап­ ример, во многих датчиках, контролирующих давление, оно сначала преобразуется в перемещение промежуточного элемента, а затем - в электрическую величину. Совокупность элементов датчика, обеспечивающих все преобразования, называется

измерительной цепью датчика, а первый в измерительной цепи преобразовательный элемент, находящийся под непосредственным воздействием контролируемой величины, - чувствительным элементом.

Измерение контролируемой величины и ее дальнейшее преоб­ разование могут осуществляться методом непосредственной

Рис. 6. Датчики перемещения

используются в системах рудничной автоматики для контроля положения подъемных сосудов, стопоров, вагонеток и другого горного оборудования. В качестве датчиков с однозначной за­ висимостью у *= f(x) применяют реостатные и индуктивные дат­ чики, в которых перемещение преобразуется в изменение соот­ ветственно активного и индуктивного сопротивления.

Реостатные датчики представляют собой переменные резис­ торы поворотного типа или с поступательным ходом ползунка. Они обычно включаются по схеме потенциометра (делителя на­ пряжения). Если контролируемый объект перемещается только в одну сторону от исходного положения, то датчик включают по схеме, показанной на рис. 6,а. Выходное напряжение UBых связано с входной величиной (перемещением х) соотношением

которое получено исходя из того, что напряжение U распре­ деляется между верхней и нижней (по отношению к ползунку) частями реостата R пропорционально соответственно сопро­ тивлению верхней части и эквивалентному сопротивлению сое­

подключении нагрузки пропорциональная зависимость выходного напряжения нарушается. Наибольшее отклонение характеристики от линейной (при х/1 - 0,5) зависит также от соотношения