Конспект лекцій

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

1. Базидевич В.Д.. Баластрик Л.О. Макроекономіка: навч. Посібник. – Київ: Атака, 2002. -368с.

2. Будаговська С., Кілієвич О. та ін. Мікроекономіка і макроекономіка: Підручник, - К.:»Основи», 2003.- 517 с.

3. Буян І.В., Ковальчук В.М. Загальна економічна теорія. Політична економія. Підручниу у 2-х частинах. – Тернопіль,1998. -635 с.

4. Ватаманюк З. Вступ до економічної теорії. Курс лекцій. – Львів.,Вид.центр ЛНУ ім.. І.Франка, 2003, -240с.

5. Ватаманюк З., Панчишин С. Економічна теорія: макро- і мікроекономіка: навч. Посібник. –К.: «Альтернативи», 2005. – 606 с.

6. Економічна теорія. Політекономія. Підручник. – К.: «Знання-Прес», 2005.- 616 с.

7. Ковальчук В.М. Загальна теорія економіки (теоретична економіка). – Тернопіль, 1998. – 368 с.

8. Ніколенко Ю.В. Політекономія. Підручник., К., ЦУЛ, 2003, -411с.

9. Політична економія: навч. Посібник. За заг. ред. Г.А.Оганяна. – К. 2003.- 520 с.

10. Основи економічної теорії. За ред. Ю.В.Ніколенка.- К.: «Либідь»,1998.

11. Пол А. Семюелсон, Вільям Д. Нордгауз Мікроекономіка. – К.: «Основи», 1998.-676 с.

12. Пол А. Семюелсон, Вільям Д. Нордгауз Макроекономіка. – К.: «Основи», 1995.-573 с.

з дисципліни:

«Автоматизація виробничіх процесів та мікропроцесорна техніка»

Кваліфікаційний рівень бакалавр

За напрямком підготовки 8.050401 «Металургія»

Розглянуто

на засіданні кафедри

«Гірнича електротехніка і автоматика»

Протокол №

від

Затверджено

на засіданні учбово-методичної ради ДонНТУ

Протокол №

від

Зміст:

Лекция 1 – Основные понятия, определения автоматизации. Процессы управления, структурная схема АСУ ТП. Виды управления. Автоматизированные системы, виды схем автоматизации. 3

Лекция 2 – Классификация систем автоматизации, автоматические системы. 9

Лекция 3 – Технические средства автоматизации, э/м реле, геркон, магнитные и электронные усилители, транзисторы, исполнительные механизмы. 12

Лекция 4 – Микропроцессорная техника, контроллеры, программирование. 36

Лекция 5 - Цифровая обработка сигналов (квантование, цифровая фильтрация). 41

Лекция 6 - Регуляторы. Методы получения информации, датчики, измерительные устройства. 47

Лекция 7 Компьютерные сети. 74

Лекция 8 - Магистральная структура компьютерных сетей. Уровни программного обеспечения сети. 80

Лекция 9 - Интерфейсы (RS 232) 83

Лекция 10 - SCADA системы.. 89

Лекция 11 - Нечеткие алгоритмы управления. 91

Лекция 12 - Искусственная нейронная сеть. 98

Лекция 13 - Система автоматического контроля и регулирования 3-х зонной методической печи. 105

Лекция 14 - Система автоматического контроля и регулирования 3-х зонной методической печи 122

Лекция 15 - Система автоматического регулирования разливкой стали на МНЛЗ. 125

Лекция 16 - Система автоматического регулирования тепловым режимом дуговой сталеплавильной печи и установки внепечной обработки стали «Печь-ковш». 134

Лекция 1 – Основные понятия, определения автоматизации. Процессы управления, структурная схема АСУ ТП. Виды управления. Автоматизированные системы, виды схем автоматизации.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ АВТОМАТИКИ

Автоматикой называют область современной науки и техники, в которой рассматриваются принципы и технические средства управления машинами, комплексами оборудования и технологическими процессами без непосредственного участия человека.

Управлением называют совокупность специально организованных воздействий, прикладываемых к объекту управления, выбранных из множества возможных на основании определенной информации и направленных на поддержание функционирования управляемого объекта в соответствии с поставленной целью управления.

Любой процесс управления (Рис 1.1) можно представить в виде шести основных элементов:

Исполнение решения

Объект управления

Получение информации об объекте

Передача информации

Анализ информации и принятие решений

Выработка задания

Под объектом управления понимается устройство (рабочие механизмы, машины, комплексы машин), осуществляющее технический процесс.

Примеры объектов управления: очистные комбайны, конвейеры, вентиляторы, подъемные установки, насосные агрегаты и т.д.

Получение информации производится датчиками – устройствами, воспринимающими контролируемую величину и преобразующими ее в другую величину, удобную для дальнейшего использования. Обычно – в электрические сигналы.

Передача информации от датчиков до устройств, анализирующих информацию, производится по каналам передачи, таким как проводные (кабельные) каналы (без уплотнения информации, с уплотнением информации, телемеханические каналы передачи). Передача информации в беспроводных каналах осуществляются при помощи электромагнитных волн (в том числе инфракрасного диапазона).

Анализ информации и принятие решения включает в себя обработку поступившей информации, определение рационального режима эксплуатации технологического процесса или установки, формирование управляющих воздействий на объект, выдачу обслуживающему персоналу рекомендаций по его управлению. Как правило, это осуществляется в виде математических (в том числе логических) зависимостей между входными и выходными сигналами.

Исполнение решения – это непосредственное воздействие на объект, с целью обеспечения заданной функции управления. Для этих целей используются специальные исполнительные устройства.

Выработка задания – подача в систему автоматики автоматических (неавтоматических) воздействий, пропорциональных требуемому значению управляемой величины или закону ее изменения, который система должна обеспечить.

ВИДЫ УПРАВЛЕНИЯ

Управление объектам может быть мест­ным (ручным), дистанционным, автоматическим, автоматизированным и централизованным.

Местное (ручное) управление механизмом или машиной осу­ществляется оператором непосредственно у местаих установки с помощью таких простейших аппаратов, как ручные пускатели, контроллеры и выключатели. Используется в основном при монтажных и наладочных работах.

При дистанционном управлении оператор, находясь на некото­ром расстоянии, не превышающем нескольких сотен метров, от электропривода, осуществляет включение, реверсирование и оста­нов механизма или установки. При этом, управляемый объект чаще всего находится в поле зрения оператора, а пульт управления располагается в месте, удобном для управления (например, управле­ние конвейерной линией), или оператор с пульта управления (кно­почного поста), установленного на машине осуществляет управ­ление магнитным пускателем, расположенным на расстоянии (например, управление очистным комбайном или угольным стругом).

Телемеханическое управление, являясь дальнейшим развитием и совершенствованием дистанционного, обеспечивает передачу команд на значительно большие расстояния по меньшему количе­ству жил кабелей, проводов. При этом, используются специальные методы и технические средства.

Автоматическое управление обеспечивает заданный режим ра­боты машины или установки с помощью аппаратуры, исключаю­щей постоянное присутствие обслуживающего персонала, в функ­ции которого входят только периодические ревизии и наладки оборудования и аппаратуры. Например, насосные агрегаты водо­отливных установок включаются и отключаются в зависимости от уровня воды в водосборнике.

При автоматизированном управлении подача управляющего сигнала осуществляется оператором нажатием кнопки, а необходимая последова­тельность операций, предусмотренных технологическим режимом производственного процесса, осуществляется средствами автома­тизации. Оперативный останов осуществляется нажатием кнопки или поворотом рукоятки, а аварийный — автоматически. Этот вид управления получил широкое распространение для конвейерных линий.

Централизованное управление, сочетающее в себе,как прави­ло, средства дистанционного, телемеханического и автоматическо­го управления, дает возможность оператору или диспетчеру управ­лять машинами и установками технологического комплекса или предприятия, не находящимися в его поле зрения. Для этого на горных предприятиях оборудуются центральные диспетчерские пункты.

АВТОМАТИЗАЦИЯ

Автоматизация - применение технических средств, экономико-математических методов, освобождающих человека частично или полностью от непосредственного участия в процессах получения, передачи, преобразования и использовании энергии, материалов или информации.

Автоматизация, как высшая стадия механизации производства, освобождает человека не только от тяжелого физического труда, но и от напряженного умственного труда, связанного с процес­сом управления. Повышает безопасность и комфортность труда трудящихся, и надежность работы оборудования.

Автоматизация производства угольных шахт подразделяется на этапы – частичную (локальную), комплексную и полную. (Этапы- это условная классификация по охвату объекта средствами автоматизации).

При частичной автоматизации - автоматизированы отдельные машины и установки, участвующие в технологическом процессе. Устройства автоматизации не имеют связей и блокировок с другими технологическими процессами. Функции постоянно присутствующего оператора, в этом случае, заключаются в оценке состояния различных технологических звеньев, в определении времени подачи пускового импульса, а также в принятии решения после аварийного отключения установки или комплекса оборудо­вания одним из устройств защиты аппаратуры автоматизации. Если автоматизируемая установка не требует постоянного при­сутствия обслуживающего персонала, то проводятся периодиче­ские проверки технического состояния оборудования и аппарату­ры с последующими ремонтами и настройками.

Комплексная автоматизация предусматривает введение общей системы управления и контроля для отдельно замкнутого технологического процесса. Например, процесса угледобычи от выемки в очистном забое до погрузки в бункер магистральной конвейерной линии. В этом случае операторы отдельных комплексов оборудования на очистном участке, внутришахтном транспорте, а также общешахтный диспетчер наблюдают за ходом технологических процессов, анализируют состояние и принимают решения по необходимым согласованиям режимов работы взаимосвязанных технологиче­ских установок и комплексов оборудования.

Одним из основных признаков комплексной автоматизации производственных процессов является сосредоточение контроля, управления и связи в одном месте—на центральном диспетчер­ском пункте шахты.

При полной автоматизации, комплексная автоматизация допол­няется управляющей вычислительной машиной, общешахтной системой телемеханики и автоматизированной систе­мой управления производством (АСУП). При этом автоматизи­руется как технологический процесс, так и оперативное управле­ние производством. Вся информация о ходе технологических процессов на шахте поступает в управляющую вычис­лительную машину по каналам телемеханики (или по каналам передачи данных в случае применения микроконтроллеров), где она анализируется по заданным программам. Управляющие команды от ЭВМ поступают либо непосредственно в локальные системы автоматизации для поддержания оптимальных режимов работы отдель­ных установок и технологических комплексов, либо обработанная машинная информация используется руководящим персоналом для согласования и обеспечения ритмичной высокопроизводитель­ной работы различных технологических участков шахты.

Автоматизация производства также классифицируется на уровни по глубине автоматизации объекта. Различают три уровня:

1-й уровень – автоматизируются самые элементарные операции: пуск, останов, защита, сигнализация, блокировка. Ни один из параметров не регулируется.

2-й уровень - имеет автоматическое устройство регулирования хотя бы одного параметра объекта плюс функции первого уровня.

3-й уровень - весь технологический объект управления полностью управляется.

Этапы и уровни не обязательно совпадают.

АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ

Автоматизированная система - совокупность экономико-математических методов, технических средств (ЭВМ, средства связи, устройства отображения информации и т.д.) и организационных комплексов, обеспечивающих рациональное управление сложным объектом (процессом) в соответствии с заданной целью при участии человека.

Автоматизированные системы применительно к шахтам разделяются на автоматизированные системы производством (АСУП) и автоматизированные системы технологическими процессами (АСУ ТП).

АСУП обеспечивает управление хозяйственной (экономической) деятельностью масштаба объединения и не являются предметом нашего изучения.

АСУ ТП + объект управления = АТК – автоматизированный технологический комплекс (по ГОСТ 24.003 –84 “ Автоматизированные системы управления. Термины и определения)

Структурная схема АСУ ТП приведена на рис.1.1.

.

Рисунок 1.1 - Структурная схема АСУ ТП:

1-ЭВМ; 2-устройство связи с оператором (пульт диспетчера); 3-оператор; 4-УСО; 5 – устройство визуального контроля (пульт оператора); 6,9 – датчики; 8 – локальное устройство автоматизации; 7- исполнительные устройства

В зависимости от технического оснащения АСУ ТП, выполняе­мых функций, роли ЭВМ и диспетчерско­го (операторского) персонала возможна АСУ ТП трех технических уровней: информационно-справочные, информационно - советующие, информационно - управляющие.

При функционировании информационно - справочной АСУ ТП достигается автоматизация контроля за протеканием технологиче­ского процесса, учета и анализа технико-экономических показате­лей. При этом оперативная и справочная информация о состоянии управляемых объектов автоматически отбирается, преобразуется и отображается на мнемосхеме диспетчера, пульте оператора, накап­ливается в памяти ЭВМ. Обработанная информация выво­дится на автоматическую печать по программе или по запросу диспетчера. В оперативные функции диспетчерского персонала входит контроль за обеспечением службами шахты нормального протекания технологических процессов. Таким образом, в структу­ре такой АСУ ТП отсутствуют технические средства выработки и передачи управляющих воздействий с ЦДП на исполнительные ме­ханизмы машин и установок шахты.

Информационно - советующая АСУ ТП является более совершен­ной по сравнению с информационно-справочной, выполняет функ­ции последней и в реальном масштабе времени формирует "советы" диспетчеру и оператору по управлению технологическим процес­сом. В оперативные функции диспетчерского персонала входит на­ряду с контролем протекания технологического процесса и непо­средственное воздействие с ЦДП на исполнительные механизмы.

Информационно-управляющая АСУ ТП является высшей формой организации АСУ ТП, при функционировании которой непосредственное управление технологическим процессом осуществляет ЭВМ. Как правило, такие системы могут пе­реходить в режим информационно - советующей в случаях, непред­усмотренных алгоритмом управления, например, в непредвиденных аварийных ситуациях. При функционировании информационно-управляющей АСУ ТП человек выводится из контура управления. Эти функции передаются УВМ. За человеком сохраняются лишь функции визуального контроля протекания процессов, организации бесперебойного их обеспечения службами шахты. В настоящее время на шахтах не существует информационно-управляющих АСУ ТП по причине сложности технической реализации управляющих воздействий в подземных условиях, отсутствия локальных средств автоматизации.

АСУ ТП следует рассматривать как высший этап автоматизации производства. В этом смысле АСУ ТП имеет следующие качественные отличия от локальных средств автоматизации.

1. В АСУ ТП технологический процесс в принципе должен протекать в оптимальном режиме, т.е. управляется по выбранному критерию оптимизации с учетом ограничений. Критерий и ограничения могут быть техническими, экономическими или технико-экономическими. В локальных средствах автоматизации также можно применить оптимальный регулятор, но последний будет вести процесс по какому-то одному жесткому техническому критерию (уставке). При этом невозможно управлять по экономическому критерию и осуществлять реализацию сложных алгоритмов оптимального управления с многообразными и разнохарактерными ограничениями, что имеет место для важнейших технологических процессов.

2. В АСУ ТП имеется возможность введения в процесс управления принципиально новой функции прогнозирования. При применении локальных средств автоматизации управление по прогнозированию неосуществимо. Если использовать микропроцессоры, то можно вводить некоторые элементы прогнозирования процессом методом слежения, если контроль осуществлять не только по выбранному параметру, а также по первой и второй производной от него. Но это далеко не те возможности всестороннего прогнозирования хода технологического процесса по критериям, которые имеются в условиях АСУ ТП при использовании мощных ЭВМ.

3. При применении локальных средств автоматизации реализуются только алгоритм управления (как правило, носящего жесткий характер) отдельными машинами без связи между ними. АСУ ТП позволяет осуществлять управление комплексом машин и технологических операций, что создаёт возможность комплексной автоматизации шахты.

Автоматизацию производства горного предприятия в современном понимании необходимо осуществлять в форме создания АСУ. При этом изменяется и принципы разработки локальных средств автоматизации отдельных машин и установок – они должны формироваться исходя из задач и критериев управления как технологическими процессами так и общешахтного уровня.

ВИДЫ СХЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ

При разработке систем автоматизации, проектировании, мон­таже и эксплуатации всех видов аппаратуры автоматизации шахт­ных машин и установок используются различные схемы расста­новки отдельных элементов и узлов, функциональных и электри­ческих связей, которые поясняют принцип действия и их устрой­ство.

В зависимости от применяемых видов энергии, элементов и связей схемы бывают электрические, гидравлические, пневмати­ческие, кинематические и комбинированные.

В соответствии с Единой системой конструкторской докумен­тации в. зависимости от основного назначения схемы подразделяются на: структурные, функциональные, принципиальные электрические, монтажные, подключения, общие и располо­жения.

На структурной схеме изображаются все основные блоки (в виде геометрических фигур) и взаимосвязи между ними. Графи­ческое построение такой схемы дает наглядное представление о последовательности взаимодействия отдельных, блоков. Наимено­вания, буквенные обозначения, порядковые номера отдельных бло­ков, как правило, вписываются внутри прямоугольника или круга.

Функциональной называют схему, подобную по изображению структурной, в которой отдельные блоки имеют наименования вы­полняемых ими функций, обеспечивающих представление о про­цессах, протекающих в отдельных частях системы.

На принципиальных электрических схемах не дается истинное расположение элемен­тов и наглядное представление о них; каждый элемент в схеме имеет условное графическое изображение и буквенно-цифровое позиционное обозначение (состоящееиз буквенного обозначения и порядкового номера после буквенного обозначения). Однако показанные на ней все элементы и все связи между ними позволяют объяснить принцип работы системы, все электрические процессы, протекающие в ходе работы системы и пути прохождения тока в схеме.

Монтажные схемы (схемы соединений) предна­значены для монтажа элементов системы, прокладки и присоединений проводов, кабелей, а также наладки. На них графиче­ски изображено действительное взаимное расположение отдельных элементов и приборов, электрических проводов и кабелей с указанием основных размеров, буквенных обозначений и марки­ровки концов приводов.

На схеме подключения обычно изо­бражаются внешние подключения аппаратуры автоматизации. Этасхема является разновид­ностью монтажных схем и показывает электрическую или механи­ческую связь между отдельными, удаленными друг от друга, частями схемы.

На общей схеме, как правило, показываются составные части системы автоматизации, а также соединяющиеих провода, жгуты и кабели. Общими схемами пользуются при ознакомлении с систе­мой, а также при её контроле и эксплуатации.

На схеме расположения обычно показыва­ют относительное расположение составных частей аппаратуры, а при необходимости также проводов, жгутов и кабелей, причем составныечасти аппа­ратуры изображаются в виде внешних очертанийили условных графических обозначений.

Лекция 2 – Классификация систем автоматизации, автоматические системы.

КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ

Совокупность технических средств, обеспечивающих выполнение операций по получению, передачи, преобразованию и использованию энергии, материалов или информации без участия человека или при ограниченном его участии, называется системой автоматизации.

При этом различают системы автоматизации: автоматические и автоматизированные.

АВТОМАТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ

Автоматическая система - управляемый объ­ект, измерительная и управляющая аппаратура, объединенные в систему, в которой обработка информации, формирование команд и их преобразование в воздействие на управляемый объект осуществляется без участия человека

В зависимости от характера выполняемых функций можно выделить следующие основ­ные автоматические системы: контроля и сигнализации, защиты и блокировки, управления и регули­рования.

Система автоматического контроля следит за выполнением рабочего режима установки (например, за депрессией и производительностью главной вентиляторной установки, давле­нием сжатого воздуха в воздухопроводе компрессорной установки, давлением масла в системе смазки подъемной машины, уровнем напряжения на шинах центральной подземной подстанции).

Структурная схема системыавтоматического контроля представлена на рис.2.1. Контролируемая величина x объекта О измеряется блоком ИБ и поступает на управляющий блок УБ, в котором формируется сигнал u, подаваемый на воспринимающий блокВБ. Последний фиксирует результаты контроля в форме удобной для оператора, используя световые, стрелочные, цифровые и др. приборы. Например, по такому принципу построена аппаратура контроля уровня РКУ.1М.

О  

ИБ

УБ

ВБ

x u

Рисунок 2.1- Структурная схема системыавтоматического контроля

Простейшим видом автоматического контроля является автома­тическая сигнализация, когда при отклонении контролируемого параметра от заданной величины автоматическое устройство пода­ет обслуживающему персоналу звуковой или световой сигнал с указанием места и характера на­рушения режима работы установ­ки. Получив такой сигнал, обслу­живающий персонал принимает ме­ры по восстановлению нормально­го режима работы установки. В ряде случаев результаты измере­ний автоматически регистрируются самопишущими приборами на бу­мажной ленте или специальной ди­аграммной бумаге. Графическая запись контролируемых параметров позволяет делать анализ характе­ра и частоты нарушений установ­ленного режима работы установки (процесса) за различные периоды времени. Например, самописцы ап­паратуры автоматической газовой защиты непрерывно реги­стрируют уровень содержания ме­тана в рудничной атмосфере в раз­личных точках вентиляционной се­ти шахты. Регистрирующие прибо­ры главной вентиляторной установ­ки непрерывно записывают уровень депрессии и производительность вентилятора.

Под автоматической защитой подразумеваются средства и методы активного контроля без участия оператора. В случае возник­новения аварийного режима работы аппаратура защиты автома­тически останавливает контролируемую машину, технологический процесс (частично или полностью). Например, устройство УКС автоматизации конвейерной линии отключает электродвигатель кон­вейера при снижении скорости ленты на 25%. Аппаратура “Метан” отключает электроэнергию на участ­ке, где содержание метана в шахтной атмосфере превышает допус­тимую концентрацию.

Разновидностью автоматической защиты являются различного рода блокировки - устройства, которые предотвращают возможность неправильных включений и выключений, передвижений под­вижного состава или движущихся органов машин. Устройства блокировки, например, применяемые на подъемных установках предотвра­щают переподъем скипов или клетей. На электровозной откатке в шахте автоблокировка не допускает движение состава на заня­тый участок пути.

Автоматическая защита в ряде случаев может воздействовать на отдельные исполнительные устройства рабочих машин для ликвидации опасности, не останавливая ход технологического процесса (например, открытие перепускного клапана в гидроси­стеме маслостанции при малом расходе масла; открытие клапана компрессора для снижения его производительности при "превышении установленного давления в сети сжатого воздуха и т. д.).

Как правило, функции автоматического контроля и защиты совмеща­ются в одной аппаратуре, например, в аппаратуре “Метан” концентрация метана в рудничной атмо­сфере шахты контролируется специальными датчиками и передается на регистрирующие приборы центрального диспетчерского пункта. Одновременно при увеличении этой концентрации до опас­ного значения автоматически отключаются все токоприемники на контролируемом участке.

Реле утечки непрерывно контролирует сопротивление изоля­ции шахтных электросетей, об уровне которого можно судить по показаниям омметра. В случае снижения этого сопротивления до опасной величины автоматически отключается поврежденный участок кабельной сети.

Наиболее совершенным и сложным видом автоматизации технологических процессов является автоматическое управление (системы автоматического управления - САУ).

В общем случае функциональная схема САУ приведена на рис.2.2.,где обозначено УО – управляемый объект, УУ – управляющее устройство, x - задающее воздействие, u - управляющее воздействие, Z и Z – возмущающие воздействия, - сигнал обратной связи, y – управляемая величина. При этом под управляемой величиной понимают параметр, характеризующий рабочий процесс объекта, например, угловую скорость, температуру, момент нагрузки и др.

Рисунок 2.2 - Функциональная схема САУ

Воздействием называют какой-либо фактор, влияющий на работу системы автоматического управления.

Управляющее воздействие u изменяет количе­ство энергии или вещества, подводимого к объекту, обеспечивая этимизменение его состояния в соответствия с заданием.

Воздействия Z, изменяющиеся при работе системы и нарушаю­щие требуемую функциональную связь между x и y называются возмущающими или возмущениями. Они делятся на основные Z и второстепенные (помехи) Z.Основные возмущающие воздействия сильно влияют на управляемый процесс и, как правило, прило­жены к объекту.К ним относятся нагрузка объекта управления, влияние температуры, влажности и т. п. Помехи — это многочис­ленные воздействия, слабо влияющие на ход процесса. Кним можно отнести колебания напряжения в сети переменного тока, изме­нения сопротивлений цепей, воздушные зазорыи упругие дефор­мации в деталях и т. п. Помехи могут воздействовать на часть или на всеэлементы системы.

Управляющее устройство УУ, преобразующее информацию, принято называть автоматом [6]. Современные САУ должны проектироваться на дискретных (цифровых) автоматах – на базе микроконтроллеров.

Системы автоматического управления (САУ) классифицируются по ряду признаков, характеризующих различные их особенности. Основные:

1. По типу контура управления: разомкнутые, замкнутые.

2. По принципу управления: по отклонению, комбинированные, адаптивные.

3. По характеру изменения задания: стабилизирующие, про­граммные, следящие.

4. По характеру сигнала: непрерывные, дискретные (импульс­ные, релейные, цифровые).

5. По виду вспомогательной энергии: электрические, пневма­тические, гидравлические, комбинированные.

Разомкнутой называется система управления, в которой для формирования управляющего воздействия не используется информация о состоянии выходных параметров объекта управления.

Замкнутая САУ, в которой управляющее воздей­ствие вырабатывается в функции отклонения действительного значения управляемой величины от ее заданного значения, назы­вается системой автоматического регулирования (САР). В САР используется принцип управления по отклонению. Управле­ние в таких системах называют регулированием, управляющее устройство — регулятором, а управляемую величину — регулируе­мой величиной. В таких системах существует обратная связь между входом и выходом. САР широко используются для автоматизации технологических процессов. Например, при автоматизации процесса выемки угля используются автоматические регуляторы нагрузки очистных комбайнов; при автоматизации вентиляции шахты- системы автоматической стабилизации температуры подаваемого в шахту воздуха; при автоматизации подъема – САР скорости шахтной подъемной установки и т.д.

В комбинированных САУ создаются две цепи воздействий – по заданию и по возмущению, и управляющее воздействие формируется согласно оператору

Y(t)=A [e(t)] + A [z(t)],

где e(t)=x (t) – x(t) – сигнал рассогласования (ошибки); z(t) – возмущающее воздействие.

Примером комбинированной САУ является автоматическая система подогрева воздуха в шахтном стволе.

Адаптивные САУ – системы, управляющие объектами с переменными свойствами и условиями функционирования, например: добычными механизмами, в процессе работы которых затупляются режущие элементы, изменяются физико-механические свойства горного массива; подъёмными установками, у которых от цикла к циклу может изменяться масса скипа (как следствие для этих объектов изменяются передаточный коэффициент и постоянная времени). Такие объекты, для которых изменяются собственные параметры и параметры внешних воздействий называются объектами с неполной информацией. Адаптивные САУ, кроме основного управляющего устройства, имеют дополнительное автоматическое устройство, которое вырабатывает корректирующие воздействия таким образом, чтобы автоматическая система в целом осуществляла заданный алгоритм функционирования. Алгоритм функционирования адаптивной системы обычно предписывает максимизацию показателя качества, который характеризует либо свойства процесса управления в автоматической системе (быстродействие, точность и т.д.), либо свойства процессов протекающих в управляемом объекте (производительность, извлечение полезного ископаемого и т.д.). Управление, во время которого происходит изучение характеристик объекта, называется дуальным.

Стабилизирующие CАУ - поддерживают управляемую величину на заданном постоянном уровне, например, стабилизация нагрузки очистного комбайна.

Программные САУ – изменяют управляемую величину в соответствии с заранее заданной функцией какого-либо параметра (времени, пути и т.д.), например, САУ шахтной подъемной установки.

Следящие САУ - изменяют управляемую величину в соответствии с действующей на входе системы переменной величиной, закон изменения которой заранее неизвестен. Например, САР производительности компрессорной станции, обеспечивающая производство сжатого воздуха в соответствии с потреблением, имеющим случайный характер изменения во времени.

Непрерывные САУ – имеют на входе и выходе всех элементов сигналы, представляющие собой непрерывные функции времени.

Дискретные САУ – имеют по крайней мере один элемент, преобразующий непрерывный входной сигнал в дискретный. Непрерывный входной сигнал квантуется в импульсных – по времени, в релейных – по уровню, в цифровых – по времени и уровню.

Лекция 3 – Технические средства автоматизации, э/м реле, геркон, магнитные и электронные усилители, транзисторы, исполнительные механизмы.

Реле́ (фр. relais) — электромеханическое устройство (выключатель), предназначенное для коммутации электрических цепей при заданных изменениях электрических или неэлектрических входных величин. Различают электромагнитные, пневматические и температурные реле.

Существует класс электронных полупроводниковых приборов именуемых оптореле (твердотельное реле), но он в данной статье не рассматривается.

В электронной схемотехнике иногда электронные блоки с функцией переключения цепи по изменению какого-либо физического параметра также называют реле. Например, фотореле, реле контроля фаз или реле-прерыватель указателей поворота автомобиля.

Устройство:

Основные части электромагнитного реле: электромагнит, якорь и переключатель. Электромагнит представляет собой электрический провод, намотанный на катушку с сердечником из магнитного материала. Якорь — пластина из магнитного материала, через толкатель управляющая контактами. При пропускании электрического тока через обмотку электромагнита возникающее магнитное поле притягивает к сердечнику якорь, который через толкатель смещает, и тем самым переключает контакты. Переключатели могут быть замыкающими, размыкающими, переключающими.

Историческая справка:

Первое реле было изобретено американцем Джозефом Генри в 1831 г. и базировалась на электромагнитном принципе действия, следует отметить, что реле Дж. Генри было не коммутационным. Слово реле возникло от английского relay, что означало смену уставших почтовых лошадей на станциях или передачу эстафеты (relay) уставшим спортсменом. Как самостоятельное устройство, реле впервые упомянуто в патенте на телеграф Самюэля Морзе.

Классификация реле:

§ По начальному состоянию контактов выделяются реле с:

§ Нормально замкнутыми контактами;

§ Нормально разомкнутыми контактами;

§ Переключающимися контактами.

§ По типу управляющего сигнала выделяются реле:

§ Постоянного тока;

§ Нейтральные реле: полярность управляющего сигнала не имеет значения, регистрируется только факт его присутствия/отсутствия. Пример: реле типа НМШ;

§ Поляризованные реле: чувствительны к полярности управляющего сигнала, переключаются при её смене. Пример: реле типа КШ;

§ Комбинированные реле: реагируют как на наличие/отсутствие управляющего сигнала, так и на его полярность. Пример: реле типа КМШ;

§ Переменного тока.

§ По допустимой нагрузке на контакты.

§ По времени срабатывания.

§ По типу исполнения

§ Электромеханические реле;

§ Электромагнитные реле (обмотка электромагнита неподвижна относительно сердечника);

§ Магнитоэлектрические реле (обмотка электромагнита с контактами подвижна относительно сердечника);

§ Термореле (биметаллическое);

§ Герконовые реле.

§ По контролируемой величине

§ Реле напряжения;

§ Реле тока;

§ Реле мощности;

§ Реле пневматического давления;

§ Реле контроля изоляции;

§ Специальные виды электромагнитных устройств:

§ Шаговой искатель.

§ Устройство защитного отключения.

§ Автоматический выключатель.

§ «Реле времени».

§ Электромеханический счётчик.

Обозначение на схемах:

1 — обмотка реле (A1, A2 — управляющая цепь), 2 — контакт замыкающий, 3 — контакт размыкающий, 4 — контакт замыкающий с замедлителем при срабатывании, 5 — контакт замыкающий с замедлителем при возврате, 6 — контакт импульсный замыкающий, 7 — контакт замыкающий без самовозврата, 8 — контакт размыкающий без самовозврата, 9 — контакт размыкающий с замедлителем при срабатывании, 10 — контакт размыкающий с замедлителем при возврате, 11 — общий контакт, 11-12 — нормально замкнутые контакты, 11-14 —нормально разомкнутые контакты.

На некоторых схемах ещё можно встретить обозначения по ГОСТ 7624-55^[1].

Особенности работы:

Работа электромагнитных реле основана на использовании электромагнитных сил, возникающих в металлическом сердечнике при прохождении тока по виткам его катушки. Детали реле монтируются на основании и закрываются крышкой. Над сердечником электромагнита установлен подвижный якорь (пластина) с одним или несколькими контактами. Напротив них находятся соответствующие парные неподвижные контакты.

В исходном положении якорь удерживается пружиной. При подаче управляющего сигнала электромагнит притягивает якорь, преодолевая её усилие, и замыкает или размыкает контакты в зависимости от конструкции реле. После отключения управляющего напряжения пружина возвращает якорь в исходное положение. В некоторые модели, могут быть встроены электронные элементы. Это резистор, подключенный к обмотке катушки для более чёткого срабатывания реле, или (и) конденсатор, параллельный контактам для снижения искрения и помех.

Управляемая цепь электрически никак не связана с управляющей (такая ситуация часто обозначается в электротехнике как сухой контакт). Более того в управляемой цепи величина тока может быть намного больше чем в управляющей. Источником управляющего сигнала могут быть: слаботочные электрические схемы (например дистанционного управления), различные датчики (света, давления, температуры и т. п.), и другие приборы которые на выходе имеют минимальные значения тока и напряжения. Таким образом, реле по сути выполняют роль дискретного усилителя тока, напряжения и мощности в электрической цепи. Это свойство реле, кстати, имело широкое применение в самых первых дискретных (цифровых) вычислительных машинах. Впоследствии реле в цифровой вычислительной технике были заменены сначала лампами, потом транзисторами и микросхемами — работающими в ключевом (переключательном) режиме. В настоящее время имеются попытки возродить релейные вычислительные машины с использованием нанотехнологий.

В настоящее время в электронике и электротехнике реле используют в основном для управления большими токами. В цепях с небольшими токами для управления чаще всего применяютсятранзисторы или тиристоры.

При работе со сверхбольшими токами (десятки-сотни ампер; например, при очистке металла методом электролиза) для исключения возможности пробоя контакты управляемой цепи исполняются с большой контактной площадью и погружаются в масло (так называемая «масляная ячейка»).

Реле до сих пор очень широко применяются в бытовой электротехнике, в особенности для автоматического включения и выключения электродвигателей (пускозащитные реле), а также в электрических схемах автомобилей. Например, пускозащитное реле обязательно имеется в бытовом холодильнике, а также в стиральных машинах. В этих устройствах реле намного надёжнее электроники, так как оно устойчиво к броску тока при запуске электродвигателя и, особенно, к сильному броску напряжения при его отключении.

Дата добавления: 2014-01-04