книги из ГПНТБ / Фотиев М.М. Рудничная автоматика и телемеханика учеб. пособие
.pdfM. М . Ф О Т И Е В
РУДНИЧНАЯ
АВТОМАТИКА
И ТЕЛЕМЕХАНИКА
РУДНИЧНАЯ
АВТОМАТИКА
И ТЕЛЕМЕХАНИКА
Одобрено Ученым советом Государственного комитета Совета Министров СССР
по профессионально-техническому образованию в качестве учебного пособия
для профессионально-технических учебных заведений
МОСКВА «ВЫСШАЯ ШКОЛА», 1973
Г'J /
6П1.2 Г } ;',? /
Ф74 Ï ? à / S
Фотиев M. М. |
Ъ - 3 t f / г |
Ф74 Рудничная автоматика и телемеханика. М., «Высш. школа», 1973. Учеб, пособие для проф.-техн. училищ.
200 с. с илл.
В данном учебном пособии излагаются основы автоматического управле ния, рассмотрены основные элементы систем рудничной автоматики и теле механики: датчики, усилители, реле, исполнительные элементы, логические элементы и др. Описаны схемы автоматизации рудничного электропривода, стационарных установок и технологического комплекса поверхности, а также телемеханической аппаратуры диспетчеризации.
Учебное пособие предназначено для городских профессионально-техничес ких училищ, готовящих электрослесарей по обслуживанию общешахтных ста ционарных установок и средств автоматизации.
0373—374 |
6П1.2 |
64—73 |
ф 001(01)—73
Отзывы и замечания просим направлять по адресу: Москва, К-51, Неглинпая ул., 29/14, издательство «Высшая школа».
© Издательство «Высшая школа», 1973 г.
ВВЕДЕНИЕ
Создание материально-технической базы коммунизма возможно лишь при условии самой широкой механизации и автоматизации производства с использованием средств технической кибернетики, вычислительной техники и телемеханики.
Автоматизация производства представляет собой высший этап механизации, характеризуемый освобождением человека от непо средственного выполнения функций управления производственными процессами и передачей их автоматическим устройствам.
Основными показателями технико-экономической эффективнос ти автоматизации производства являются:
увеличение выпуска продукции; снижение трудоемкости работ, связанных с управлением маши
нами, установками и процессами и как следствие — повышение про изводительности труда;
снижение себестоимости продукции и повышение ее качества; повышение надежности работы оборудования и увеличение сро
ка службы; повышение производительности машин и обеспечение более эф
фективных (приближающихся к оптимальным) режимов их работы; уменьшение объемов планово-предупредительных ремонтов, увеличение межремонтных сроков службы оборудования и ликви
дация аварийных ремонтов; повышение пропускной способности транспорта;
сокращение расхода запасных частей и материалов (канатов, конвейерной ленты и др.) ;
сокращение расхода электроэнергии.
Различают три этапа автоматизации технологических процессов: частичную, комплексную и полную автоматизацию.
При частичной автоматизации на автоматическое управление переводятся отдельные машины, механизмы и установки, не участ вующие в едином технологическом процессе и не имеющие внешних связей и блокировок с другими производственными процессами. Примером частичной автоматизации является автоматизация кон вейеров, насосов, вентиляторов, компрессоров, электрических под станций, лебедок, погрузочных пунктов, обмена вагонеток и др. Частичная автоматизация не позволяет использовать все преиму щества автоматизации, так как в технологической цепи остаются процессы, недостаточно механизированные и неавтоматизирован ные. Поэтому частичная автоматизация, как первый этап, является временной мерой.
При комплексной автоматизации все операции технологического цикла (для горных предприятий это комплекс операций по добыче
полезного ископаемого и его транспортировке) осуществляются си стемой автоматических машин и агрегатов. Комплексная автома тизация является ступенью для перехода к полной автоматизации, завершающейся созданием цехов и предприятий-автоматов.
При полной автоматизации система автоматических машин вы полняет без непосредственного участия человека весь комплекс операций производственного процесса, включая выбор и установ ление режимов работы, обеспечивающих наилучшие показатели в данных условиях. Таким образом, при полной автоматизации авто матизируются все основные и вспомогательные участки производст ва, включая систему оперативного управления отдельными процес сами и всем производством. Для решения этих сложных задач ши роко используется вычислительная техника.
Создание систем автоматического оперативного управления яв ляется завершающим этапом полной автоматизации производства. Автоматизация оперативного управления дает большие экономиче ские выгоды, обеспечивает ритмичную и производительную работу участков и предприятий, резко снижает колебания количественных и качественных показателей. Точное согласование работы отдель ных участков предприятия между собой позволяет почти полностью отказаться от запасов материалов, порожняка, продукции, а в даль нейшем — от деления предприятий на участки и цехи. На предприя тии-автомате все функции управления машинами, агрегатами и со гласование их работы будут выполняться автоматически.
Роль человека при полной автоматизации будет заключаться в ревизии, регулировке, ремонте и замене отдельных элементов сис тем автоматики.
На горных предприятиях в настоящее время используют следую щие основные способы управления машинами и механизмами:
автоматическое централизованное (диспетчерское телемехани ческое управление), при котором включение машин и установок осуществляется с пульта общешахтного диспетчера при их после дующей автоматической работе (вентиляторные установки, насосы, электроподстанции и др.) ;•
дистанционное, при котором оператор производит пуск, останов ку и переключение машин и механизмов при автоматическом вы полнении отдельных операций (обмен вагонеток, погрузка угля в железнодорожные вагоны и др.);
местное, применяемое в отдельных случаях и осуществляемое непосредственно с места установки оборудования.
Комплексы и установки с автоматическим управлением делятся на две группы:
установки, степень автоматизации которых обеспечивает их ра боту без постоянного обслуживания персонала (скиповые, калори ферные, водоотливные установки и др.) ;
производственные объекты, первоначальный ввод и контроль работы которых осуществляется операторами (конвейерные линии, погрузочные пункты, разгрузка вагонеток в околоствольном дворе, поточно-транспортные системы технологического комплекса и др.).
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
§ 1. Основные понятия и определения
Автоматика — это отрасль науки и техники о теории и принци пах построения систем управления техническими процессами, дей ствующих без непосредственного участия человека.
Автоматизация — это практическое применение средств и мето дов автоматики с целью превращения неавтоматических машин, аг регатов, участков, предприятий в автоматические. Автоматизация наряду с целым рядом технических усовершенствований предусмат ривает проведение в широких масштабах различных организацион ных и экономических мероприятий по перестройке производ ства.
Задачи, выполняемые автоматическими системами, можно ус ловно разделить на следующие основные группы: автоматическое управление, регулирование и контроль.
Автоматическое управление представляет собой совокупность воздействий, производимых на основании определенной информации и имеющих целью поддержание или улучшение функционирования объекта управления в . соответствии с заданной программой или поставленной задачей. Система автоматического управления (САУ) состоит из управляющего устройства, предназначенного для фор мирования управляющих воздействий, и объекта управления, у ко торого одна или несколько физических величин (параметров) под вергаются регулированию. Объектом регулирования служит аппа рат, машина, технологический процесс и т. п., например, электродвигатель, скорость которого регулируется, горный комбайн с направленным движением, роторный экскаватор, работающий по заданной программе, и др.
Автоматическое регулирование — это частный вид автоматичес кого управления, когда требуется поддержать заданное значение некоторой физической величины (скорости, расхода вещества, дав-
ления, температуры и др.). называемой управляемой или регулируе мой величиной. Заданное значение управляемой величины — это такое ее значение, которое стремятся поддерживать в процессе уп равления. Оно может быть постоянным и изменяющимся.
Текущее значение управляемой величины — это фактическое ее значение в данный момент.
Рассогласование — это отклонение фактического значения уп равляемой величины от заданного.
Воздействие — это фактор, влияющий на работу системы авто матического управления. Воздействия передаются с помощью сиг налов.
По виду влияния на систему воздействия делятся на задающие, управляющие и возмущающие.
Задающим называется воздействие, которое вводится в систему для получения необходимого — по заданному закону — изменения управляемой или регулируемой величины.
Управляющим называется воздействие, которое формируется в управляющем устройстве с помощью задающего воздействия и дру гих факторов (например, изменения внешних условий) и обеспечи вает изменение управляемой величины в соответствии с зада нием.
Возмущающим называется воздействие, под влиянием которого происходит отклонение регулируемой величины от заданного зна чения. К возмущающим воздействиям относятся, например, изме нение нагрузки в системе автоматического управления подъемной машиной, изменение температуры наружного воздуха в системе ав томатического регулирования температуры воздуха, поступающего в шахту.
По степени влияния на процесс регулирования различают основ ные возмущающие воздействия (основные возмущения), резко влияющие на ход процесса, и второстепенные, действие которых
трудно учесть, так как их влияние выражено слабо.
Автоматический контроль — это автоматическое получение и об работка информации о состоянии и внешних условиях работы объ екта. Целью контроля является своевременное выявление событий, определяющих управляющее воздействие. Под событием в данном случае понимают то явление, которое необходимо зафиксировать: заполнение водосборника до верхнего уровня, перегрев подшипни ков, перегрузка электродвигателя и т. п. В общем случае функция систем автоматического контроля состоит в сравнении величины контролируемого параметра (скорости, температуры и др.) с за данным его значением и фиксировании результатов сравнения в форме, удобной для наблюдения или длительного хранения.
Контроль является важным элементом любой автоматической системы, так как позволяет выявлять отклонения в ходе технологи ческого процесса и дает сигнал управляющим устройствам для ликвидации этих отклонений. К функциям автоматического контро ля "часто относят также сигнализацию, а к функциям управления —
автоматическую защиту.
§2. Элементы систем автоматического управления
иконтроля
Все системы автоматического управления и контроля могут быть разделены на элементы, каждый из которых выполняет самостоя тельную функцию, преобразуя воздействие, подаваемое на его вход, — входную величину (входной сигнал) в выходную величину
(выходной сигнал), снимаемую с его выхода. Элементы в системах
в)
|
Рис. |
1. Функциональные схемы: |
|
||
а, |
б — систем |
автоматического |
управления, в — систе |
||
мы |
автоматического контроля; |
ЗУ — задающее |
уст |
||
ройство; СУ — сравнивающее устройство; Уі, У2, |
У —■ |
||||
усилители; И У —исполнительное устройство; РУ — ре |
|||||
гулирующее |
устройство; ОУ — объект |
управления; |
|||
К — корректирующий элемент; |
Д — датчик; В — воз- |
||||
мущення; У А —управляющий аппарат; |
О — контроли |
||||
|
руемый объект; ВО — воспроизводящий орган |
|
автоматики связаны между собой и воздействуют друг на друга оп ределенным образом.
На функциональных схемах условные обозначения элементов соединены линиями со стрелками, показывающими связь элементов и направление воздействий в системе.
На рис. І, а изображена функциональная схема системы авто матического управления, состоящей из объекта управления ОУ, на который воздействуют возмущения В, и управляющего устройства, в которое входят задающее устройство -ЗУ, датчик Д, сравниваю щее устройство СУ (элемент сравнения), усилители УІ и У2, испол нительное устройство ИУ, регулирующее устройство РУ.
В системах автоматического регулирования управляющее уст ройство называют обычно регулятором.
Задающее устройство ЗУ формирует сигнал, который определя ет заданное значение (эталон) управляемой величины или требуе
мый закон ее изменения. С помощью задающего устройства можно, например, устанавливать заданную скорость, температуру, направ ление движения, т. е. настраивать систему.
Выходом систем автоматического управления является объект управления, а выходной величиной — управляемая величина. В сис теме на рис. 1, а цепь воздействий одного элемента на другой зам кнута и поэтому система автоматического управления называется
замкнутой.
Замыкание системы производится датчиком Д, который измеря ет текущее (фактическое) значение управляемой величины и пода ет сигнал, пропорциональный этому значению, на вход системы — сравнивающее устройство СУ. Цепь, содержащая датчик управля ющей величины и замыкающая выход системы со входом, называет ся главной обратной связью. Замкнутая система, имеющая только главную обратную'связь, называется одноконтурной.
Сравнивающее устройство СУ имеет два входа, на один из ко торых подается сигнал от задающего устройства, а на второй — от датчика. Эти сигналы в сравнивающем устройстве вычитаются один из другого, так что на выходе образуется управляющий сигнал, учитывающий отклонение фактического значения управляемой ве личины от заданного.
Усилители У1 и У2 предназначены для увеличения мощности вы ходных сигналов соответственно сравнивающего устройства и дат чика.
Исполнительное устройство ИУ служит для приведения в дейст вие регулирующего устройства.
Регулирующее устройство РУ (регулирующий орган) предназ начено для непосредственного воздействия на объект в соответствии с управляющим сигналом.
Для улучшения процесса управления (регулирования) .в управ ляющее устройство (регулятор) иногда вводят дополнительные об ратные связи, создающие замкнутые контуры внутри управляющего устройства. На рис. 1, а штриховой линией показана дополнитель ная обратная связь по регулирующему воздействию, охватывающая с помощью элемента К усилитель У1 и исполнительное устройст
во ИУ. Системы, имеющие помимо |
главной обратной связи одну |
или несколько дополнительных, |
называются многоконтур |
ными. |
|
Сигнал обратной связи может усиливать или ослаблять сигнал, вырабатываемый тем элементом системы, на вход которого он по дается. В соответствии с этим различают положительную и отрица тельную обратную связь. В системах автоматического управления обычно используется отрицательная обратная связь, так как она способствует автоматической стабилизации регулируемой величи ны. Обратная связь называется жесткой, если она действует посто янно, т. е. в установившемся и в переходном режиме.
Под переходным понимают такой режим работы системы, при котором изменяется ее состояние во времени. Переходный режим имеет место, например, при пуске и торможении двигателя, когда
изменяется его скорость и сила тока, яри нзменешці подводимого к двигателю напряжения и т. п.
Обратная связь называется гибкой, если она действует лишь в переходном режиме, а в установившемся исчезает. Элементы гибкой обратной связи включаются в цепь постоянного тока через транс форматор или конденсатор. На вторичной обмотке трансформатора напряжение появляется только тогда, когда напряжение первичной обмотки колеблется, что бывает при переходном процессе. Гибкая отрицательная связь успокаивает колебания тока и напряжения при переходных процессах и этим ускоряет их окончание.
Наличие всех элементов управляющего устройства в САУ не яв ляется обязательным. Некоторые из элементов могут быть объеди нены в один общий узел, например усилитель и исполнительное устройство. Некоторые же элементы могут вообще отсутствовать (например, усилитель У2).
Простейшие системы автоматического управления не имеют об ратных связей (например, схемы автоматического пуска электро двигателей в функции времени, тока и т. д.). В этом случае все уп равление процессом осуществляется управляющим аппаратом УА (рис. 1, б). Такие системы называются разомкнутыми. Они харак теризуются тем, что действие управляющего устройства не зависит от фактического значения управляемой величины. При значитель ных возмущениях, т. е. изменениях нагрузки или внешних условий, возможно существенное отклонение регулируемой величины от за данного значения.
Система автоматического контроля (рис. 1, .в) включает дат чик Д, присоединенный к контролируемому объекту О, усилитель У, и воспроизводящий орган ВО, в качестве которого могут быть ис пользованы лампа, сирена, показывающий или регистрирующий прибор и т. д.
§ 3. Основные характеристики элементов автоматики
Прежде чем приступить к изучению отдельных элементов авто матики, рассмотрим основные характеристики, общие для всех эле ментов, независимо от их назначения, принципа действия и конст руктивного исполнения.
Статическая характеристика элемента представляет собой зави симость выходной величины у от входной величины х, т. е. y=f(x) . Обычно стремятся, чтобы эта характеристика была линейной, т. е. чтобы выходная величина изменялась пропорционально входной.
Коэффициент преобразования представляет собой отношение вы ходной величины у к входной х или отношение приращений Ді/ и Ах этих величин. В первом случае коэффициент преобразования назы вается статическим:
k = J L