Кафедра АиКс Кафедра асоиу

Т Е Х Н О Т Р О Н И К А

Учебное пособие

Сургут

2012

В учебном пособии рассматриваются принципы построения, функционирования и конструктивные особенности элементов и устройств современных систем управления.

Учебное пособие предназначено для студентов высших учебных заведений,

обучающихся по направлениям бакалавров специальностей 230100 и 220400.

ББК 32.94-04

Оглавление

2

Оглавление 2

Предисловие 3

1. Введение. Классификация элементов систем автоматики 4

2. Типовые структуры и средства АСУ ТП 12

3. Типизация, унификация и агрегатирование средств АСУ ТП 26

4. Функциональные схемы автоматизации 41

5. Автоматические регуляторы систем автоматики 46

6. Электронные элементы систем автоматики 51

7. Электромагнитные устройства автоматики 72

8. Выбор элементов систем автоматики 91

9. Трансформаторы 96

10. Измерительные преобразователи 105

11. Датчики температуры 108

12. Датчики угловых перемещений 115

13. Датчики давления 118

14. Датчики уровня жидкостей и сыпучих материалов 128

15. Технические средства измерения и контроля углового перемещения 141

16. Технические средства измерения и контроля расхода материалов 150

17. Технические средства измерения и контроля уровня среды 168

18. Исполнительные механизмы и устройства систем автоматики 205

19. Управление вентильными преобразователями 217

20. Электрические машины постоянного тока 222

21. Электрические машины переменного тока 232

22. Электрические микромашины 247

Литература 273

Предисловие

Автоматизация является высшей ступенью в сложном комплексе управления производственным процессом, которая создает условия для повышения производительности труда. Автоматизация – это направление технического прогресса, обеспечивающее построение систем, выполняющих различные операции для создания продукции без непосредственного участия человека – в автоматическом режиме. Современным главным направлением в промышленности является комплексная автоматизация на уровне: участков; технологических процессов; автоматических производств (цехов, предприятий).

В настоящем учебном пособии приведены: общая информация об автоматических системах, их структура и способы анализа; электронная элементная база (технотроника), которая используются в современных устройствах и системах; принципы построения, функционирования и конструктивные особенности основных элементов и устройств автоматики.

Специалист в области управления и автоматики должен иметь глубокие знания не только основ теории систем управления, но и уметь проводить анализ и синтез технических средств систем управления. Курс «Технотроника» – один из основополагающих в подготовке студентов обучающихся по направлениям бакалавров специальностей 230100 и 220400.

1. Введение. Классификация элементов систем автоматики Основные понятия и определения

Автоматика как научная дисциплина рассматривает принципы и технические средства управления производственными процессами без непосредственного участия человека. В общем случае управление представляет собой такую организацию того или иного процесса, которая обеспечивает достижение определенных целей. Управление осуществляется с помощью специально организованных воздействий, прикладываемых к объекту управления и изменяющих его количественное и качественное состояние в соответствии с поставленной целью.

Любой процесс управления можно разделить на четыре составляющих:

1) получение информации о цели управления или задание величины параметров состояния объекта;

2) получение информации о состоянии объекта;

3) переработка полученной информации и принятие решения, т.е. формирование сигнала управления;

4) исполнения решения – реализация управляющего воздействия, соответствующего выработанному сигналу управления.

Соответственно для реализации автоматического управления необходимо иметь элементы – задающие, измерительные, управляющие (регулирующие) и исполнительные.

Под элементом системы управления понимают составную, относительно самостоятельную ее часть, предназначенную для выполнения какой-либо определенной функции.

Задающим элементом (задатчиком), называется элемент, вырабатывающий сигналы, соответствующие цели управления. В качестве задающего устройства могут использоваться простейшие реостатные задатчики, контактные командоаппараты, бесконтактные программные устройства и др.

Измерительный элемент (измерительный преобразователь) служит для контроля состояния объекта, его выходных параметров, а также параметров внешней среды и передачи этой информации управляющему элементу системы.

Управляющий (регулирующий) элемент в простейшем случае вырабатывает сигнал управления (регулирования), пропорциональный отклонению управляемой (регулируемой) величины от заданного значения. Обычно управляющий элемент (регулятор) имеет весьма сложное строение и может рассматриваться как система, состоящая из других элементов (усилителей, фильтров, суммирующих устройств и др.).

Исполнительные элементы служат для непосредственного изменения состояния объекта управления. К исполнительным элементам относятся исполнительные механизмы и регулирующие органы, которые конструктивно могут быть объединены в едином изделии или собираются из индивидуально выпускаемых блоков. В некоторых случаях исполнительный элемент может состоять из одного блока, выполняющего функции исполнительного механизма.

Под исполнительным механизмом в общем случае подразумевают блок, преобразующий входной управляющий сигнал от регулирующего устройства в сигнал, который через соответствующую связь осуществляет воздействие на регулирующий орган или непосредственно на объект регулирования. Как правило, это весьма мощные устройства, например электродвигатели, гидравлические и пневматические исполнительные механизмы.

Регулирующим органом называют блок исполнительного элемента, с помощью которого оказывается регулирующее воздей­ствие на объект регулирования. Регулирующие органы по конструкции представляют собой устройства, монтируемые непосредственно в технологические объекты. Так, для трубопроводов используют различные клапаны, заслонки, шиберы и т.п. Управление регулирующими органами осуществляется исполнительными механизмами, выполняющими функции их приводов.