Понятие об автоматике и автоматизации

Понятие об автоматике и автоматизации

Автоматика – наука об автоматически действующих устройствах, разрабатывающие методы и средства автоматического контроля и управления производственными и техническими процессами.Автоматизация – применение технических средств экономически-математических методов и систем управления, освобождающих человека частично или полностью от непосредственного участия в процессе получения, преобразования, передачи использования энергии, материала и информации.Цель изучения: изучить общие принципы построения систем автоматизации, а также устройства и элементы автоматики и автоматизации технологических процессов.

Автоматизация имеет не только экономическое, но и огромное социальное значение.Она освобождает человека от тяжёлых и трудоёмких работ, создаёт условия для сокращения продолжительности рабочего дня и ликвидация существующих различий между умственным и физическим трудом.

 

Задачи, решаемые средствами автоматизации в строительстве

Степень автоматизации технических процессов в строительстве характеризуется долей участие человека управлением производственным процессом и оборудованием. И она оценивается коэффициентом автоматизации:

 - время, затрачиваемое на выполнение неавтоматизированных операций управления.

 - время, затрачиваемое на выполнение автоматизированных операций управления.

 - очень высокая

 – средняя

 – слабая

Уровень автоматизации любого технического процесса определяется в первую очередь экономической эффективностью за исключением тех производств за ходом которых человек не в состоянии следить и там, где пребывание человека опасно.

 

3. Основные понятия и определения автоматизации

Автоматика – наука об автоматически действующих устройствах, разрабатывающие методы и средства автоматического контроля и управления производственными и техническими процессами.Автоматизация – применение технических средств экономически-математических методов и систем управления, освобождающих человека частично или полностью от непосредственного участия в процессе получения, преобразования, передачи использования энергии, материала и информации. Автоматическое управление – управление, которое осуществляет автоматически-действующие устройства, выполняющие все операции управления без участия человека.

 

Классификация датчиков

1. По принципу действия:

- электрические

- механические

- акустические

- оптические

- тепловые

- радиоактивные

2. По способу преобразования неэлектрической величины:

- электрические:

+датчики активного сопротивления ( потенциометрические, тензотермические, термосопротивления)

+датчики реактивного сопротивления (ёмкостные, индуктивные, индукционные)

- термоэлектрические

- фотоэлектрические

- пьезоэлектрические

- радиоактивные

3. Датчики:

-контактные

- бесконтактные

Контактные датчики – чувствительный элемент непосредственно соприкасается с контролируемой величиной.

Бесконтактные: радиоактивные, ультразвуковые, фотоэлектрические.

4. Датчики:

- параметрические

- генераторные

Параметрические служат для преобразования изменения неэлектрического параметра, изменение параметра электрической цепи. Необходим источник питания.

Генераторные: под действием измеряемой величины вырабатывается электрическая энергия.

 

Параметрические датчики

Служат для преобразования изменения неэлектрического параметра в изменение параметра электрической цепи.Для таких датчиков необходим источник питания. Параметрические датчики (датчики-модуляторы) входную величину X преобразуют в изменение какого-либо электрического параметра (R, L или C) датчика. Передать на расстояние изменение перечисленных параметров датчика без энергонесущего сигнала (напряжения или тока) невозможно. Выявить изменение соответствующего параметра датчика только и можно по реакции датчика на ток или напряжение, поскольку перечисленные параметры и характеризуют эту реакцию. Поэтому параметрические датчики требуют применения специальных измерительных цепей с питанием постоянным или переменным током.

Генераторные датчики

В генераторных датчиках под действием измеряемой величины вырабатывается электрическая энергия. Генераторные датчики осуществляют непосредственное преобразование входной величины X в электрический сигнал. Такие датчики преобразуют энергию источника входной (измеряемой) величины сразу в электрический сигнал, т.е. они являются как бы генераторами электроэнергии (откуда и название таких датчиков - они генерируют электрический сигнал).Дополнительные источники электроэнергии для работы таких датчиков принципиально не требуются (тем не менее дополнительная электроэнергия может потребоваться для усиления выходного сигнала датчика, его преобразования в другие виды сигналов и других целей). Генераторными являются термоэлектрические, пьезоэлектрические, индукционные, фотоэлектрические и многие другие типы датчиков.

Тахометрические явл-ся индукцион. Датчиками генераторного типа.Представляет собой маломощные электрич. машины,преораз-е мех-ое вращение в электрич-й сигнал.Они дают на выходе напряжение пропорцион-ое частоте вращения и примен-ся в качестве электрич-х датчиков угловой и линейной скорости.В зависимости от вида выходного напряж-я и констр. Делятся на тахогенераторы постоянного и переменного тока.Тахогенер. постоян. тока предст. собой электрические генераторы постоянного тока с возбуждением от постоян. магнитов или с независимым электромагнит. возбужд.

Тахогенер. с возбуждением от постоянных магнитов:при вращении якоря тахогенер. с частотой n его счета сним-ся ЭДС,значение кторой U_вых=Е=к_еФn,где к_е-коэф. Зависящий от конструкции и схемы якоря;Ф-магнитный поток,создаваемый постоянным магнитом.Для данного типа тахоген. Магнитный поток Ф явл-ся величиной постоянной,т.к. он создаётся постоян. магнитом и выходное напряжение зависит только от частоты вращения якоря. С увелечением вращен. Тахогенер. до определенного момента,его выходное напряжение растет пропорционально частоте,при очень больших частотах линейность нарушается.Ф_в=k_еI_в В этом случае выходное напряжение зависит не только от частоты вращения,но и от тока в обмотке возбуждения.

Пьезометрические датчики.Их действие основано на использовании пьезоэлектр.эффекта, заключ-ся в том,что при сжатии или растяжении некоторых кристаллов,на их гранях появляется электрический заряд,величина которого пропорциональна действующей силе.Пьезодатчик представляет собой набор пластин из материала,который обладает пьезоэффектом.Пьезодатчик явл-ся безинерцион-м и использ-ся для измерения силы,вибрации и давленияю. U_вых=(αF)/c,где α-коэф. Пропорциональности,F-сила,с-суммарная ёмкость датчика.

Потенциометрические датчики

Потенциометрические датчики служат для преоразования линейного или углового перемещения в электр. сигнал.Они выполнены в виде переменного сопротивления,например реостата,подвижный контакт которого механически связан с преобразуемым элементом.Когда нагрузка не подключена: U_вых=IR_x=U_пR_x/R,где I-ток,протекающий по датчику;R_x-сопротивление активной,рабочей части датчика;R-полное сопротивление датчика;U_п-напряжения питания датчика. Сопротивление R_x зависит от велечины перемещения движка или подвижного контакта lx(эта буква эл),который связан с исполнительным механизмом машины.

Тензометрические датчики

Тензометрические датчики предназначены для измерения статических или динамический деформаций в строит-х конструкциях,в узлах строительных машин и преобразования этих деформаций в изменение активного сопротивления.В основу его работы положено св-во материалов изменять своё электрическое сопротивление под действием силы,приложенной к ним. Они бывают проволочные и полупроводниковые. Проволочные просты в исполнении и имеют небольшие габариты,мало зависят от темпера-ры,безинерционны.Один из недостатков-малая чувствительность.Изготавливаются из контактной или нихромовой проволоки.Представляют собой обрезок проволоки диаметром от 0.02-0.5 мм и при растяж(сж-и)конструкции происходит соответственно растяж(сж-е)проволоки датчика,что приводит к изменению длины и площади поперечного сечения проволоки.Если до растяжения электрическое сопротивление было равно R=ρl/S,то после R±ΔR. Относительное изменение сопротивления тензодатчика прямопропорционально усилию приложенному к нему ΔR/R=f(P).

Герконовое реле.

Является самым простым типом реле, представляет собой геркон с электромагнитной катушкой.

Геркон-электромех.устройство, представляющее собой пару ферромагнитных контактов, запаянных герметичной стеклянной помпой.

При поднесении к геркону постоянного магнита или включ.электромагнита контакты замыкаются. Геркон используется как бесконт.выключатель, датчики близости, охранные датчики. Сущ.герконы размык.цепь при возникновении магнит.поля и герконы с переключающей группой контактов.

 

Поляризованное реле.

+Рисунок

 

Ф_рез=Ф+Ф₀’ или Ф_рез=Ф+Ф₀”

Поток Ф₀ пост магнита проходит через якорь, далее 1 часть этого потока Ф₀’ замыкается через правую часть сердечника, а Ф₀” – через левую. Tckb якорь перебр влево, то возд зазор между левым полюсом сердечника и якоря меньше чем зазор справа от якоря и электромагнитная сила притягивающая якорь к левому полюсу будет больше чем к правому. Для перекл контактов необходимо поменять полятность приложенного напряжения.

 

Основы телемеханики

Телемеханика (от теле... и механика), область науки и техники, предметом которой является разработка методов и технических средств передачи и приёма информации (сигналов) с целью управления и контроля на расстоянии. Телемеханика отличается от др. областей науки и техники, связанных с передачей информации на расстояние (телефония, телеграфия, телевидение и др.), рядом специфических особенностей, важнейшие из которых — передача очень медленно меняющихся данных; необходимость высокой точности передачи измеряемых величин (до 0,1%); недопустимость большого запаздывания сигналов; высокая надёжность передачи команд управления (вероятность возникновения ложной команды должна быть не более 10-6—10-10); высокая степень автоматизации процессов сбора и использования.

Методы и средства телемеханики. Любой процесс управления включает собственно управление, то есть воздействие на объект с целью изменения его состояния (положения в пространстве, значений его параметров), и контроль за состоянием объекта. Управление и контроль с помощью средств Телемеханика осуществляются обычно с пункта управления (ПУ) или диспетчерского пункта (ДП), где находится оператор (диспетчер). Объекты управления могут быть сосредоточены в одном месте, на одном контролируемом (управляемом) пункте (КП) либо рассредоточены, то есть расположены по одному или группами (на нескольких КП) на большой территории (в пространстве). Расстояние между КП и ПУ может быть от нескольких десятков (например, при управлении строительным краном) до десятков и сотен тысяч км (например, при управлении автоматической межпланетной станцией).

Системы телеуправления

Системой телеуправления обычно называют систему, в которой объектом управляют на расстоянии.

Принцип телеуправления применяется, когда аппара­туру управления на самом объекте размещать нецелесо­образно либо по условиям эксплуатации, либо из эконо­мических соображений.

Для системы телеуправления характерно наличие пункта управления или командного пункта, расположен­ного на расстоянии от объекта управления. На пункте управления, как правило, располагается основная инфор­мационная и управляющая аппаратура, а также опера­тор (человек), управляющий объектом или принимаю­щий решения об изменении режима управления. Таким образом, система телеуправления состоит из трех основ­ных элементов:

— цель управления, которая может присутствовать в системе в виде соотношений, определяющих задачи, для выполнения которых предназначена система;

— объект управления, осуществляющий задачу, для выполнения которой создана система;

— пункт управления для сбора информации о цели и объекте управления и выработки команд управления объектом.

Неотъемлемой частью системы телеуправления явля­ются линии связи между этими элементами и, в частно­сти, линия передачи информации (команд) из пункта уп­равления на объект По типу применяемых источников информации систе­мы телеуправления можно разделить на следующие классы:

1. Собственно системы телеуправления, в которых источники информации о характеристиках (параметрах) цели и объекта управления расположены на пункте уп­равления.

2. Комбинированные системы телеуправления, в ко­торых источники информации о цели управления распо­ложены как на объекте, так и на командном пункте.

3. Системы телекоррекции, в которых для управления непосредственно используется информация датчиков, рас­положенных на объекте, а информация датчиков на пункте используется лишь для контроля и изменения ре­жимов работы системы, находящейся на объекте.

Системы телеуправления широко распространены в промышленности. Наиболее часто они используются для управления движущимися объектами.

Системы телеизмерения

Системы телеизмерения предназначены для передачи на расстояние значений различных электрических и не электрических величин. Телеизмерение представляет собой разновидность дистанционного измерения, при котором передача значения измеряемой величины осуществляется не непосредственно, а путем преобразования этой величины в другую, вспомогательную величину, более удобную для передачи по каналу связи на значительные расстояния, и последующего преобразования этой вспомогательной величины с показания прибора, установленного на пункте управления.

 В общем виде структурная схема системы телеизмерения представляет собой датчик - чувствительный элемент, с помощью которого осуществляется непосредственное измерение контролируемого параметра и преобразование его во вспомогательную величину (например, ток или напряжение), удобную для дальнейшей передачи.

При телеизмерениях информация может передаваться по линии связи либо непрерывно, либо в виде отдельных сигналов, соответствующих, например, средним значениям измеряемого параметра за какой-то небольшой отрезок времени. Соответственно системы телеизмерения разделяют на системы интенсивности и системы импульсные и частотные.

 В системах интенсивности в качестве параметра сигнала чаще всего используется величина постоянного тока или напряжения в линии связи, которая меняется в соответствии с изменением измеряемого параметра. В качестве канала связи в системах интенсивности используются только проводные (физические) линии связи.

В импульсных и частотных системах измеряемая величина преобразуется в импульсы тока или переменный ток меняющейся частоты.

Системы телесигнализации

Системы телесигнализации обеспечивают передачу с контролируемых пунктов на диспетчерский пункт различных видов телесигнализации (ТС):

 • о положении или состоянии контролируемых объектов или производственных процессов, получаемой по запросу с ПУ (пункта управления). Такая сигнализация в устройствах ТС всегда является адресной;

 • о выходе контролируемых параметров за допустимые пределы или о нарушении работы объектов. Сигнализация данного вида передается автоматически, независимо от действий диспетчера (предупреждающая или аварийная сигнализация);

 • связанной с учетом продукции, ходом производственного процесса;

 • о подтверждении выполнения на КП (контролируемый пункт) заданной диспетчером операции ТУ (телеупрвление);

 • о работе телемеханического оборудования и состоянии каналов связи (служебная сигнализация).

Телесигнализация может передаваться на ПУ автоматически в результате изменения положения или состояния любого из контролируемых объектов или поступать на пункт управления по вызову (запросу) диспетчера, т. е. по команде, поступающей на КП через систему ТУ. Телесигнализация по запросу в свою очередь может быть единичной, когда в ответ на запрос приходит интересующий диспетчера конкретный сигнал, или циркулярной, когда за один цикл передачи на ПУ передаются сигналы последовательно от всех контролируемых объектов вызванного КП.

 В системах телесигнализации передается дискретная информация. С помощью систем телеизмерения (ТИ) осуществляется передача на расстояние непрерывных значений различных контролируемых параметров, измеряемых специальными датчиками, для визуального наблюдения за этими величинами, их регистрации или ввода в устройства автоматики.

59. Процесс преобразования и передачи сигналов

Сигналы, в любой форме материального представления, содержат определенную полезную информацию. Если при преобразованиях сигналов происходит нарушение заключенной в них информации (частичная утрата, количественное изменение соотношения информационных составляющих или параметров, и т.п.), то такие изменения называются искажениями сигнала. Если полезная информация остается неизменной или адекватной содержанию во входном сигнале, то такие изменения называются преобразованиями сигнала.

Любые изменения сигналов сопровождаются изменением их спектра, и по характеру этого изменения разделяются на два вида: линейные и нелинейные. К нелинейным относят изменения, при которых в составе спектра сигналов появляются новые гармонические составляющие, отсутствующие во входном сигнале. При линейных изменениях сигналов изменяются амплитуды и/или начальные фазы гармонических составляющих спектра. И линейные, и нелинейные изменения сигналов могут происходить как с сохранением полезной информации, так и с ее искажением. Это зависит не только от характера изменения спектра сигналов, но и от спектрального состава самой полезной информации.

Возможность способа передачи учитывается способом преобразования сообщения в сигнал. В случае электросвязи все виды информации с помощью соответствующих электронных приборов преобразуются в электрические сигналы, отображающие сообщение.

 Сигнал - это материально - энергетическая форма представления информации. Другими словами, сигнал - это переносчик информации, один или несколько параметров которого, изменяясь, отображают сообщение.

 Цепь "информация - сообщение - сигнал" - это пример процесса обработки, необходимой там, где находится источник информации. На стороне потребителя информации осуществляется обработка в обратном порядке: "сигнал - сообщение - информация".

 Сигналы в системах электросвязи разделяются на телефонные, телеграфные и телевизионные. Сигналы могут быть: непрерывными (телефонные, телевизионные) или дискретными (телеграфные).

Понятие об автоматике и автоматизации

Автоматика – наука об автоматически действующих устройствах, разрабатывающие методы и средства автоматического контроля и управления производственными и техническими процессами.Автоматизация – применение технических средств экономически-математических методов и систем управления, освобождающих человека частично или полностью от непосредственного участия в процессе получения, преобразования, передачи использования энергии, материала и информации.Цель изучения: изучить общие принципы построения систем автоматизации, а также устройства и элементы автоматики и автоматизации технологических процессов.

Автоматизация имеет не только экономическое, но и огромное социальное значение.Она освобождает человека от тяжёлых и трудоёмких работ, создаёт условия для сокращения продолжительности рабочего дня и ликвидация существующих различий между умственным и физическим трудом.

 

123456Следующая ⇒

Поделиться: