Питання для контролю і самопідготовки

1. Сформулюйте поняття «Автоматика»

2. Наведіть класифікацію автоматичних пристроїв.

3. Поясніть поняття „керований об’єкт”

4. Яким може бути вплив в автоматичній системі?Вплив на вході ,виході системи.

5. Що таке сигнал?

6. Що розуміють під керуванням об’єктом?

7. Що таке структурна схема і якими вони бувають?

8. Наведіть функціональні схеми і дайте пояснення до їх складових:

• ^{автоматичного контролю}

• ^{дистанційного керування}

• ^{автоматичного захисту}

• ^{автоматичного блокування}

• ^{автоматичного регулювання}

• ^{диспетчеризації процесів виробництва}

Тема 2. Елементи автоматичних систем

Лекція 2

Реле і перемикаючі пристрої

План

1. Класифікація і характеристика елементів автоматики.

2. Реле і перемикаючі пристрої

2.1. Основні параметри і класифікація електричних реле

2.2. Електромагнітні реле

2.3. Магнітоелектричні, електродинамічні, електротермічні реле

2.4. Реле часу

Література: 1,С.134-164;2,С.129-150;3,С.48-78.

1. Класифікація і характеристика елементів автоматики

Технічні засоби автоматики, які служать для отримання, передачі, перетворення і збереження інформації, складаються із сукупності найпростіших осередків елементів, що здійснюють одну або декількох операцій з сигналами. В загальному вигляді будь-який елемент автоматики можна розглядати як перетворювач енергії, на вхід якого подається певна величина Х, а з виходу знімається величина У. В окремих елементах відбувається перетворення однієї фізичної форми енергії в іншу (механічна в електричну, теплова в електричну ) або із збереженням фізичної форми (підвищення напруги, зміна швидкості обертання), або збільшення енергії виходу порівняно з енергією, що надходить на вхід (підсилення по потужності).

Елементи автоматики систематизують за різними ознаками.

З точки зору функціональних задач, що виконують елементи в автоматичних системах, виділяють сприймаючі, задаючі, керуючі і виконавчі елементи. Сприймаючі функціональні пристрої об’єднують чутливі елементи, елементи порівняння і датчики. Сукупність сприймаючих і задаючих елементів являють собою, по суті, вимірювальні елементи, що вимірюють розузгодження.

Сприймаючі елементи з безперервною плавною формою статичної характеристики називаються датчиками. Елементи, в яких безперервній зміні вхідного параметра відповідає стрибкоподібна (релейна) зміна вихідного параметра, являються релейними (реле).

Виходячи з динамічних властивостей елементів розрізняють типові ланки лінійні і нелінійні, тобто ланки, в яких зв’язок між вихідними і вхідними величинами в перехідному режимі описується відповідно лінійними і нелінійними диференціальними рівняннями.

Також прийнято поділяти елементи на пасивні і активні. В пасивних елементах енергія на вході повністю береться з входу, а тому потужність вихідного сигналу завжди менша (на величину внутрішніх втрат) сигналу на вході. Активні елементи відрізняються наявністю додаткових джерел енергії, від якого енергія передається на вхід за допомогою вхідного сигналу. В цьому випадку вихідна потужність елемента може бути значно вище вхідної, тобто можливе підсилення потужності.

Елементи для передачі сигналів на відстань називаються елементами дистанційного зв’язку; елементи часу і рахунково-вирішувальні використовуються для перетворення сигналів в часі і за величиною; для розподілу сигналів в часі і за напрямком-розподільниками; виконавчі-призначені для впливу на керований процес.

Класифікація датчиків. Автоматичне керування ви­робничими процесами нерозривно пов’язане з необхідністю у фіксуванні зміни геометричних, хімічних і фізичних величин (температури, тиску, концентрації рідкого й газового середови­ща, кількості й витрати речовини й тепла, густини, в’язкості, роз­мірів тощо). На ці зміни-реагують сприймаючі елементи (дат­чики).

Датчик (вимірювальний орган, чутливий елемент) перетво­рює контрольовану або регульовану величину, яка характеризує технологічний процес, у величину іншого виду, зручнішу для дальшого використання в системі автоматичного керування.

Здебільшого застосовують датчики, які перетворюють неелектричні контрольовані величини в електричні величини. Це пояс­нюється тим, що тепер будь-яка фізико-хімічна величина може бути перетворена в електричну, а електричні вимірювання мають ряд переваг у порівнянні з іншими методами вимірювань. На­приклад, вони дають можливість вимірювати різні величини на віддалі від керованого об’єкта, тобто контролювати технологічні параметри в недоступних або важкодоступних місцях, дають можливість вимірювати будь-яку величину безперервно, що в поєднанні з записом на магнітній, паперовій стрічці або на діа­грамі забезпечує безперервність і надійність контролю, а також забезпечують високу точність і можливість здійснювати мате­матичні операції безпосередньо з різними вимірюваними величи­нами, перетвореними в електричні.

Сприймаючий елемент (датчик) автоматичного пристрою є джерелом інформації: він сприймає значення параметра техно­логічного процесу й виробляє сигнал, який діє на дальші еле­менти пристрою. Ця дія повинна бути в певній, заздалегідь установленій, однозначній неперервній функціональній залеж­ності від значення параметра, на який повинен реагувати при­стрій. При порушенні неперервності функціональної залежності між вхідною й вихідною величинами необхідно відключати си­стему керування процесом.

За структурою датчики складаються з одного або кількох елементарних перетворювачів, з’єднаних в єдину систему. Най­важливішим з них є перший перетворювач, який сприймає кон­трольовану величину.

Залежність між усталеними значеннями вхідної х і вихідної у величин у = f(x) називають статичною характеристикою дат­чика. Кожний датчик характеризується своїми чутливістю й роз­дільною здатністю.

Чутливість датчика показує, як інтенсивно змінюється ви­хідна величина залежно від зміни вхідної.

Роздільною здатністю, або порогом чутливості, називають найменше значення вхідної величини, яке спричиняється до змі­ни вихідного сигналу, що розпізнається на фоні шумів на ви­ході датчика.

Сприймаючі елементи (датчики) можуть бути двох типів: з безпосереднім і багаторазовим перетворенням. Сприймаючі елементи з безпосереднім перетворенням видають на виході сиг­нал, який є результатом одного перетворення вхідної величини. У сприймаючих елементах з багаторазовим перетворенням вхід­ний сигнал перетворюється в допоміжну (або послідовно в кіль­ка допоміжних) величину, яка потім перетворюється у вихідний сигнал.

За енергетичною схемою сприймаючі елементи (датчики) також можуть бути двох типів: з підсиленням і без підсилення. При роботі без підсилення датчик одержує енергію від дослід­жуваного процесу, передаючи частину цієї енергії після пере­творення для дії дальших елементів автоматичної системи При роботі з підсиленням датчик одержує енергію від досліджуваного процесу не для спрацьовування дальших пристроїв, а тільки для зміни своїх параметрів. Подібні датчики включаються в самостійне енергетичне коло, яке має власне джерело енергії.

За характером взаємодії з досліджуваною речовиною датчики можуть бути контактними (датчик стикається з контрольо­ваною речовиною) й безконтактними (датчик не стикається з контрольованою речовиною). Контактні датчики, як правило, перетворюють механічний імпульс в електричний. Контактним датчиком по суті є будь-який перемикач в електричному колі (вимикачі, мікроперемикачі тощо).

У сучасній автоматиці застосовується багато сприймаючих елементів (датчиків) різного роду, що класифікувати їх важко. Найзручніше класифікувати датчики за вихідним сигна­лом, який, як правило, відбиває принцип дії датчика. Тому датчики можна поділити на такі групи:

• механічні, які виробляють вихідний сигнал у вигляді переміщення твердого тіла

• гідравлічні, що виробляють вихідний сигнал у вигляді переміщення рідини

• пневматичні, які виробляють вихідний сигнал у вигляді переміщення газу

• термічні, що виробляють вихідний сигнал у вигляді певної кількості тепла

• електричні, які виробляють вихідний сигнал у вигляді електричних величин

• оптичні, що виробляють вихідний сигнал у вигляді світлових величин

• акустичні, які виробляють вихідний сигнал у вигляді звуко­вих величин

• радіохвильові, що виробляють вихідний сигнал у вигляді радіохвиль певної довжини

• ядерні, які виробляють вихідний сигнал у вигляді ядерних променів

Найпоширенішими є механічні й електричні датчики. Механічні датчики становлять інтерес не тільки з погляду застосування їх у чисто механічних пристроях автоматики, але й як сприймаючі елементи ряду електричних датчиків. Цьому сприяє простота перетворення механічного переміщення в елек­тричні величини. Більшість механічних датчиків працює за схе­мою контрольована величина — механічне переміщення — елек­тричні контакти.

Електричні датчики за енергетичною схемою можна поділити на два типи: без підсилення (датчики-генератори) і з під­силенням (датчики-модулятори).