7.6. Основные понятия Государственной системы про­мышленных приборов и средств автоматизации

Рассмотрим основные понятия Государственной системы про­мышленных приборов и средств автоматизации (ГСП), созданной в нашей стране в целях экономически и технически рационального решения проблемы обеспечения техническими средствами систем контроля, регулирования и управления технологическими процес­сами различных отраслей народного хозяйства.

По функциональному признаку все изделия ГСП разделены на следующие группы:

- получения информации о состоянии объекта управления;

- приема, преобразования и передачи информации по каналам связи;

- преобразования, хранения и обработки информации, форми­рования команд управления, связи с оперативным персоналом;

- использования командной информации для воздействия на уп­равляемый объект.

В первую группу устройств входят измерительные и нормирую­щие преобразователи, другие устройства, используемые для конт­роля состояния объекта или его управляемых переменных.

Ко второй группе относят устройства для передачи информации на расстояние (например, устройства телемеханики).

Третья группа представляет собой устройства, предназначенные для формирования управляющих сигналов (т. е. командной инфор­мации): функциональные преобразователи, логические устройства, реле, программные устройства, регулирующие приборы, вычисли­тельные устройства и комплексы, задающие элементы и др.

В четвертую группу входят исполнительные элементы и их ком­поненты: электрические, пневматические и гидравлические испол­нительные механизмы, усилители мощности к ним, а также устрой­ства представления информации.

В сельскохозяйственном производстве используют как средства автоматизации общепромышленного назначения, входящие в ГСП, так и технические средства, применяемые в основном в сельс­ком хозяйстве.

7.6.1. Измерительные преобразователи

Кратко рассмотрим измерительные преобразователи (в после­дующих подразделах будут рассмотрены и другие элементы систем автоматики).

Необходимую для управления информацию о состоянии объек­та и внешних воздействиях получают в виде значений отдельных физических величин с помощью соответствующих технических устройств, которые в автоматике называют измерительными пре­образователями (ИП).

В отличие от измерительных приборов, где такая информация дана в виде, удобном для непосредственного восприятия операто­ром - человеком, информация в ИП представляется в виде опре­деленной физической величины, удобной для передачи и дальней­шего преобразования в системе автоматики. Эту величину называ­ют сигналом, и она однозначно связана с контролируемой физичес­кой величиной или параметром того или иного технологического процесса.

ГСП охватывает лишь часть контролируемых величин, которые наиболее часто используют в практике автоматизации. В ГСП все контролируемые величины разбиты на пять групп: теплоэнергети­ческие, механические, электроэнергетические величины, хими­ческий состав и физические свойства.

Теплоэнергетические величины: температура, давление, пере­пад давлений, уровень и расход.

Электроэнергетические величины: постоянные и переменные ток и напряжение, мощность (активная и реактивная), коэффици­ент мощности, частота и сопротивление изоляции.

Механические величины: линейные и угловые перемещения, угловая скорость, деформация усилия, вращающие моменты, коли­чecтвo изделий, твердость материалов, вибрация, шум и масса.

Химический состав: концентрация, состав, химические свой­ства.

Величины, характеризующие физические свойства: влажность, электропроводность, плотность, вязкость, освещенность и др.

Устройства, в которых однократно (первично) преобразуется измеряемая физическая величина, принято называть первичными ИП.

ИП могут соединяться, образуя следующие структурные схемы:

- однократного прямого преобразования;

- последовательного прямого преобразования;

- дифференциальную;

- с обратной связью (компенсационную).

Простейшие ИП состоят из одного преобразователя. В случае последовательного соединения нескольких первичных преобразователей выходная величина предыдущего преобразователя является входной величиной последующего. Последовательное соединение ИП применяют в том случае, когда однократное преобразование не дает удобного для использования выходного сигнала. При диффе­ренциальной схеме устраняется влияние на результат преобразова­ния искажающих внешних факторов благодаря сопоставлению (сравнению) преобразованной и некоторой эталонной величин, одинаково подверженных действию этих факторов. Схема ИП с об­ратной связью характеризуется высокой точностью, универсально­стью и малой зависимостью коэффициента преобразования от вне­шних возмущений.

ИП бывают с выходными естественным и унифицированным сигналами.

Естественный выходной сигнал формируется первичными ИП естественным путем и представляет собой угол поворота, переме­щение, усилие, напряжение (постоянное и переменное), сопро­тивление (активное и комплексное), электрическую емкость, час­тоту и др. ИП с естественным выходным сигналом (термопары, терморезисторы, тензодатчики и др.) широко применяют при ав­томатизации простых объектов.

Унифицированный сигнал - это сигнал определенной физи­ческой природы, изменяющийся в определенных фиксированных пределах независимо от вида измеряемой величины, метода и диа­пазона ее измерения. Среди унифицированных сигналов наиболь­шее распространение получили электрические сигналы постоян­ного и переменного тока, напряжения и частоты, а также пневма­тические сигналы.

К основным видам аналоговых унифицированных сигналов от­носят:

- электрические постоянного тока, мА: 0 ... 5; 0 … 20; -5 … 0 ... 5;

- электрические постоянного напряжения: 0 …10 мВ; 0 … 20 мВ; - 10 ... 0 ... 10 мВ; 0 .. .1 В; -1 ... 0 ... 1 В;

- электрические переменного напряжения, В: 0 ... 2, -1 ... 0 ... 1;

- электрические переменного тока на частоте, кГц: 4 ... 8; 2 .. .4;

- пневматические 20 ... 100 кПа.

Преобразователи, служащие для изменения масштаба сигнала, называют масштабными ИП.

Для получения унифицированных аналоговых сигналов приме­няют ИП, называемые нормирующими.

Специфика контролируемой величины существенно влияет на метод преобразования, используемый в первичном ИП.

Типы преобразователей, применяемых в ГСП, подразделяют на шесть групп: механические, электромеханические, тепловые, электрохимические, оптические и электронно-ионизационные.

Преобразователи, предназначенные для передачи сигнала изме­рительной информации на расстояние, называют передающими. Их используют в системах телемеханики.