Автоматизація та технічні засоби її забезпечення

Зміст лекції

Лекція № 10

Тема лекції: Засоби промислової автоматики

Мета: визначити сутність та основні характеристики засобів автоматизації, сформувати знання стосовно застосування релейного захисту електричних систем, ознайомити студентів з галузями автоматизації, розкрити сутність уніфікації та агрегатування.

Підвищення технологічного рівня і якості засобів автоматизації та приладів на основі новітніх досягнень мікроелектроніки, лазерної техніки. Етапи розвитку технічних засобів автоматизації.Уніфікація засобів автоматизації. Характеристика релейного захисту автоматичних систем.

План лекції:

1.Автоматизація та технічні засоби її забезпечення.є

2.Релейний захист електричних систем.

Література:

1. Основна:

1.1 Оснач О.Ф. Товарознавство: Навчальний посібник – Київ: Центр навчальної літератури, 2004.- 219 с.

1.2. Ю.Н. Березовский Детали машин: Ученик для машиностроительнsх техникумов. – М.: Машиностроение 1983

1.3.Н. С. Беленький Техника вычислений и механизации учета – 4-е изд.: И., «Недра» 1973

2. Додаткова:

2.1 Товароведение: Учеб. пособие/ Под. ре. П.Д. Дудко, А.Г. Крюка. – Х.: ИД «ИНЖЕК», 2005. - 456 с.

Автоматизація є одним з найважливіших факторів росту продуктивності праці й підвищення якості випускає продукции, що. Неодмінною умовою прискорення темпів росту автоматизації є розвиток і вдосконалювання її технічних засобів, до яких ставляться всі пристрої, що входять у систему керування й призначені для одержання інформації, її передачі, зберігання й перетворення, а також для здійснення керуючих впливів на об'єкт керування. Ці впливи здійснюються за допомогою виконавчих механізмів і регулювальних органів, опису яких присвячене даний посібник.

Основна увага приділяється електромеханічним виконавчим механізмам, тому що вони одержали широке поширення на практиці, завдяки зручності перетворення електричних сигналів пристрою управління регулятора в необхідне механічне переміщення регулювального органа, що змінює матеріальні й енергетичні потоки в керованому об'єкті.

Етапи розвитку технічних засобів автоматизації. Розвиток технічних засобів автоматизації є складним процесом, в основі якого лежать економічні інтереси й технічні потреби автоматизуємих виробництв, з одного боку, і ті ж інтереси й технологічні можливості виробників технічних засобів автоматизації, - з іншої. Первинним стимулом розвитку є підвищення економічної ефективності роботи підприємств, завдяки впровадженню нових, більше зроблених технічних засобів автоматизації.

У розвитку економічних і технічних передумов впровадження й використання автоматизації технологічних процесів (ТП) можна виділити наступні етапи:

1. Початковий етап, для якого характерні надлишок дешевої робочої сили, низька продуктивність праці, мала одинична потужність агрегатів і установок. Завдяки цьому сама широка участь людини в керуванні ТП, тобто спостереження за об'єктом керування, а також прийняття й виконання керуючих рішень, на даному етапі було економічно виправданим. Механізації й автоматизації підлягали тільки ті окремі процеси й операції, керування якими людина не могла здійснювати досить надійно по своїм психофізіологічним даним, тобто технологічні операції що вимагали більших мускульних зусиль, швидкості реакції, підвищеного уваги й ін.

2. Перехід до етапу комплексної механізації й автоматизації виробництва відбувся завдяки росту продуктивності праці, укрупненню одиничної потужності агрегатів і установок, розвитку матеріальної й науково-технічної бази автоматизації. На цьому етапі, при керуванні ТП людина-оператор усе більше займається розумовою працею, виконуючи різноманітні логічні операції при пусках і остановах об'єктів, особливо при виникненні всіляких непередбачених обставин, предаварийних і аварійних ситуацій, а також оцінює стан об'єкта, контролює й резервує роботу автоматичних систем. На даному етапі формуються основи крупносерійного виробництва технічних засобів автоматизації, орієнтованого на широке застосування стандартизації, спеціалізації й кооперації. Широкі масштаби виробництва засобів автоматизації й специфіка їхнього виготовлення приводять до поступового виділення цього виробництва в самостійну галузь.

3. З появою керуючих обчислювальних машин (УВМ) починається перехід до етапу автоматизованих систем керування технологічними процесами (АСУТП), що збігся з початком науково-технічної революції. На даному етапі стає можливої й економічно доцільної автоматизація усе більше складних функцій керування, здійснювана з використанням УВМ. Але, оскільки УВМ тоді були досить громіздкими й дорогими, то для реалізації більше простих функцій керування досить широко застосовувалися й традиційні аналогові пристрої автоматики. Недоліком таких систем була їхня невисока надійність, тому що вся інформація про хід ТП надходить і обробляється УВМ, при виході якої з ладу, її функції повинен був взяти на себе оператор-технолог, що контролює роботу АСУТП. Природно, що в таких випадках якість керування ТП значно знижувалося, тому що людина не могла здійснювати керування настільки ж ефективно, як УВМ.

4. Поява щодо недорогих і компактних мікропроцесорних пристроїв дозволило відмовитися від централізованих систем керування ТП, замінивши їхніми розподіленими системами, у яких збір і обробка інформації про виконання окремих взаємозалежних операцій ТП, а також прийняття управлінських рішень здійснюється автономно, локальними мікропроцесорними пристроями, що одержали назва мікроконтролерів. Тому надійність розподілених систем значно вище, ніж централізованих.

5. Розвиток мережних технологій, що дозволило зв'язати в єдину корпоративну мережу численні й вилучені друг від друга комп'ютери, за допомогою яких здійснюється контроль і аналіз фінансових, матеріальних і енергетичних потоків при виробництві підприємством продукції, а також керування ТП, сприяло переходу до інтегрованих систем керування. У цих системах за допомогою досить складного програмного забезпечення спільно вирішується весь комплекс завдань по керуванню діяльністю підприємства, включаючи завдання обліку, планування, керування ТП і ін.

6. Підвищення швидкодії й інших ресурсів мікропроцесорів, використовуваних для керування ТП, дозволяє в цей час говорити про перехід до етапу створення інтелектуальних систем керування, здатних приймати ефективні рішення по керуванню підприємством в умовах інформаційної невизначеності, тобто недостачі необхідної інформації про факторів, що впливають на його прибуток.

Методи стандартизації й структура технічних засобів автоматизації. Економіка галузі, що робить засобу автоматизації вимагає досить вузької спеціалізації підприємств, що випускають великі серії однотипних пристроїв. У той же час із розвитком автоматизації, з появою нових, усе більше складних об'єктів керування й збільшенням обсягу автоматизуємих функцій зростають вимоги до функціональної розмаїтості пристроїв автоматизації й до розмаїтості їхніх технічних характеристик і конструктивних особливостей виконання. Завдання зменшення функціонального й конструктивного різноманіття при оптимальному задоволенні запитів автоматизуємих підприємств вирішуються за допомогою методів стандартизації.

Рішенням по стандартизації завжди передують системне дослідження практики автоматизації, типізація наявних рішень і наукове обґрунтування економічно оптимальних варіантів і можливостей подальшого скорочення різноманіття застосовуваних пристроїв. Прийняті при цьому рішення після їхньої практичної перевірки оформляються обов'язковими до виконання державними стандартами (ДЕРЖСТАНДАРТ). Більше вузькі по сфері застосування рішення можуть оформлятися й у вигляді галузевих стандартів (ОСТ).

Агрегатування – принцип формування состава засобів, що виготовляють серійно, автоматизації, спрямований на максимальне задоволення запитів підприємства-споживачів при обмеженій номенклатурі продукції, що випускає серійно.

Агрегатуваннябазується на тім, що складні функції керування можна розкласти на найпростіші складові (також, як, наприклад, складні обчислювальні алгоритми можна представити у вигляді сукупності окремих найпростіших операторів).

Таким чином, агрегатування ґрунтується на розкладанні загального завдання керування на ряд найпростіших однотипних операцій, що повторюються в тих або інших комбінаціях у всіляких системах керування. При аналізі великої кількості подібних систем керування можна виділити обмежений набір найпростіших функціональних операторів, на комбінації яких будується практично будь-який варіант АСУТП. У результаті формується состав засобів, що виготовляють серійно, автоматизації, що включає такі конструктивно завершені й функціонально самостійні одиниці, як блоки й модулі, прилади й механізми.

Блок – конструктивний збірний пристрій, що виконує одну або кілька функціональних операцій по перетворенню інформації.

Модуль – уніфікований вузол, що виконує елементарну типову операцію в складі блоку або приладу.

Виконавчий механізм (ЇМ)– пристрій для перетворення керуючої інформації в механічне переміщення з розташовуваною потужністю, достатньої для впливу на об'єкт керування.

Відповідно до принципу агрегатування системи керування створюються шляхом монтажу модулів, блоків, приладів і механізмів з наступною комутацією каналів і ліній зв'язку між ними. У свою чергу, самі блоки й прилади створюються також шляхом монтажу й комутації різних модулів. Модулі ж збираються з більше простих вузлів (мікромодулів, мікросхем, плат, пристроїв комутації й т.п.), складових елементну базу технічних засобів. При цьому виготовлення блоків, приладів і модулів здійснюється повністю в заводських умовах, у те час як монтаж і комутація АСУТП повністю завершується лише на місці її експлуатації. Такий підхід до побудови блоків і приладів одержав назву блочно-модульного принципу виконання технічних засобів автоматизації.

Застосування блочно-модульного принципу не тільки дозволяє проводити широку спеціалізацію й кооперування підприємств у рамках галузі, що робить засобу автоматизації, але й веде до підвищення ремонтопридатності й збільшенню коефіцієнтів використання цих засобів у системах керування. Звичайно підприємства, що випускають засоби автоматизації промислового призначення, спеціалізуються на виготовленні комплексів або систем блоків і приладів, функціональний состав яких орієнтований на реалізацію яких-небудь великих функцій або підсистем АСУТП. При цьому в рамках окремого комплексу всі блоки й прилади виконуються сумісними по інтерфейсі, тобто сумісними по параметрах і характеристикам сигналів-носіїв інформації, так само як і по конструктивних параметрах і характеристикам пристроїв комутації. Прийнято називати такі комплекси й системи засобів автоматизації агрегатними або агрегатированними.

У Росії виробництво засобів автоматизації промислового призначення здійснюється в рамках Державної системи приладів і засобів автоматизації промислового призначення (або скорочено ГСП). ГСП включає всі засоби автоматизації, що відповідають єдиним загальним технологічним вимогам до параметрів і характеристик сигналів-носіїв інформації, до характеристик точності й надійності засобів, до їхніх параметрів і особливостей конструктивного виконання.

Уніфікація засобів автоматизації. Уніфікація – супутньому агрегатуванню метод стандартизації, також спрямований на впорядкування й розумне скорочення состава серійно виготовлених засобів автоматизації. Вона спрямована на обмеження різноманіття параметрів і технічних характеристик, принципів дії й схем, а також конструктивних особливостей виконання засобів автоматизації.

Сигнали – носії інформації в засобах автоматизації можуть розрізнятися як по фізичній природі й параметрам, так і за формою подання інформації. У рамках ГСП застосовуються в серійному виробництві засобів автоматизації наступні типи сигналів:

- електричний сигнал (напруга, сила або частота електричного струму);

- пневматичний сигнал (тиск стисненого повітря);

- гідравлічний сигнал (тиск або перепад тисків рідини).

Відповідно в рамках ГСП формуються електрична, пневматична й гідравлічна галузі засобів автоматизації.

Найбільш розвитою галуззю засобів автоматизації є електрична. У той же час широко використаються й пневматичні засоби. Розвиток пневматичної галузі обмежується відносно низкою швидкістю перетворення й передачі пневматичних сигналів. Проте в області автоматизації пожаро- і вибухонебезпечних виробництв пневматичні засоби перебувають, по суті, поза конкуренцією. Гідравлічна галузь засобів ГСП не одержала широкого розвитку.

За формою подання інформації сигнал може бути аналоговим, імпульсним і кодовим.

Аналоговий сигнал характеризується поточними змінами якого-небудь фізичного параметра-носія (наприклад, миттєвими значеннями електричної напруги або струму). Такий сигнал існує практично в кожний даний момент часу й може приймати будь-які значення в межах заданого діапазону змін параметра.

Імпульсний сигнал характерний поданням інформації тільки в дискретні моменти часу, тобто наявністю квантування за часом. При цьому інформація представляється у вигляді послідовності імпульсів однакової тривалості, але різної амплітуди (амплітудно-імпульсна модуляція сигналу) або однакової амплітуди, але різної тривалості (широтно-імпульсна модуляція сигналу). Амплітудно-імпульсна модуляція (АИМ) сигналу застосовується в тих випадках, коли значення фізичного параметра-носія інформації можуть змінюватися згодом. Широтно-імпульсна модуляція (ШИМ) сигналу використається, якщо фізичний параметр-носій інформації може приймати лише деяке постійне значення.

Кодовий сигнал являє собою складну послідовність імпульсів, використовувану для передачі цифрової інформації. При цьому кожна цифра може бути представлена у вигляді складної послідовності імпульсів, тобто коду, а переданий сигнал є дискретним (кантується) і за часом, і за рівнем.

Відповідно до форми подання інформації засоби ГСП підрозділяються на аналогові й дискретно-цифрові. До останнього ставляться також засоби обчислювальної техніки.

Всі параметри й характеристики носіїв-сигналів-носіїв інформації в засобах ГСП уніфіковані. Стандартами передбачається використання в аналогових засобах наступних видів електричних сигналів:

- сигнал по зміні сили постійного струму (струмовий сигнал);

- сигнал по зміні напруги постійного струму;

- сигнал по зміні напруги змінного струму;

- частотний електричний сигнал.

Сигнали постійного струму використаються частіше. При цьому струмовий сигнал (з більшим внутрішнім опором джерела) застосовується для передачі інформації у відносно довгих лініях зв'язку.

Сигнали змінного струму рідко використаються для перетворення й передачі інформації в зовнішніх лініях зв'язку. Це пов'язане з тим, що при додаванні й вирахуванні сигналів змінного струму необхідно виконати вимогу синфазности, а також забезпечити придушення нелінійних перекручувань гармонік струму. У той же час при використанні цього сигналу легко реалізуються завдання гальванічного поділу електричних ланцюгів.

Електричний частотний сигнал є потенційно найбільш завадостійким аналоговим сигналом. У той же час одержання й здійснення лінійних перетворень цього сигналу викликає відомі утруднення. Тому частотний сигнал не одержав широкого поширення.

Для кожного виду сигналів установлений ряд уніфікованих діапазонів їхніх змін.

Стандарти на види й параметри сигналів уніфікують систему зовнішніх зв'язків або інтерфейс засобів автоматизації. Така уніфікація, доповнена стандартами на пристрої комутації блоків один з одним (у вигляді системи рознімань), створює передумови для максимального спрощення проектування, монтажу, комутації й налагодження технічних засобів систем керування. При цьому блоки, прилади та інші пристрої з однаковим типом і діапазоном параметрів сигналів на виходах-входах-виходах стикуються шляхом простого з'єднання рознімань.

Дата добавления: 2013-12-14