Модуль 3 автоматическое регулирование и регуляторы

Тема 3.1 Основные понятия и определения

Регулирование автоматическое (от нем. regulieren — регулировать, от лат. regula — норма, правило) - это поддержание постоянства (стабилизация) некоторой регулируемой величины, характеризующей технический процесс, либо её изменение по заданному закону (программное регулирование) или в соответствии с некоторым измеряемым внешним процессом (следящее регулирование).

Автомат (от греческого autómatos — самодействующий):

Автоматическое устройство – это самостоятельно действующее устройство (или совокупность устройств), выполняющее по заданной программе без непосредственного участия человека процессы получения, преобразования, передачи и использования энергии, материала и информации, которое применяется для повышения производительности и облегчения труда человека, для освобождения его от работы в труднодоступных или опасных для жизни условиях.

Существенно повлияло на развитие автоматики изобретение часов с пружинным приводом (П. Хенлейн в Германии, 16 век) и особенно маятниковых часов (Х. Гюйгенс в Голландии, 1657 год), в которых впервые использовались принципы и отдельные механизмы, получившие впоследствии широкое применение в автоматике.

Важное значение имели работы русских учёных: изобретение П. Л. Шиллингом магнитоэлектрического реле (1830 год) — одного из основных элементов автоматики, разработка Ф. М. Балюкевичем, В. М. Тагайчиковым и др. в 80-х гг. 19 века ряда устройств автоматической сигнализации на железнодорожном транспорте, создание С. М. Апостоловым-Бердичевским совместно с М. Ф. Фрейденбергом первой в мире автоматической телефонной станции (1893 год).

Последовательность всех рабочих и вспомогательных операций, выполняемых автоматизированных устройств, называется рабочим циклом.

Автоматизированные устройства, у которых рабочий цикл прерывается и для его повторения требуется обязательное вмешательство человека, называются полуавтоматами. В общем случае рабочий цикл определяется программой, которая задаётся в конструкции. Например, программа действия наручных часов определяется конструкцией спускового механизма и маятника, получающих в большинстве случаев энергию от заводной пружины.

Автоматизация производства – это процесс в развитии производства, при котором функции управления и контроля, ранее выполнявшиеся человеком, передаются приборам и автоматическим устройствам.

Частичная автоматизация отдельных производственных операций, осуществляется в тех случаях, когда управление процессами вследствие их сложности или скоротечности практически недоступно человеку и когда простые автоматические устройства эффективно заменяют его.

Полная автоматизация — это высшая ступень автоматизации, которая предусматривает передачу всех функций управления и контроля комплексно-автоматизированным производством автоматическим системам. Она проводится тогда, когда автоматизируемое производство рентабельно, устойчиво, его режимы практически неизменны, а возможные отклонения заранее могут быть учтены, а также в условиях недоступных или опасных для жизни и здоровья человека.

Автоматизация газового хозяйства – это применение комплекса средств, позволяющих осуществлять производственные процессы без непосредственного участия человека, но под его контролем.

Автоматизация объектов, использующих газовое топливо, позволяет сократить количество обслуживающего персонала, улучшить работу агрегатов и обеспечить их безопасную эксплуатацию, ведет к экономиитопливно-энергетических ресурсов.

Автоматические устройства обеспечивают:

- контроль и измерение;

- сигнализацию;

- управление;

- регулирование.

С помощью контрольно-измерительных приборов контролируют давление газа, наличие факела, полноту сжигания газа.

Автоматическая сигнализация может быть:

- предупредительная;

- исполнительная;

- аварийная.

Автоматика безопасности отключает подачу газа при недопустимом отклонении давления газа, погасании пламени горелок, нарушении тяги и т.д.

Под автоматическим управлением понимают импульсы, посылаемые датчиками, которые контролируют режим работы.

В настоящее время – основное направление в автоматизации – это создание комплексных систем, включающих автоматику безопасности и регулирования.

Датчик

Датчик – это специальное устройство, которое преобразует контролируемую величину в выходной сигнал, удобный для передачи на расстояние и воздействия на последующие элементы автоматической системы.

Датчик, сенсор (от англ. sensor) — термин систем управления, первичный преобразователь, элемент измерительного, сигнального, регулирующего или управляющего устройства системы, преобразующий контролируемую величину в удобный для использования сигнал.

Индуктивный датчик

Принцип действия индуктивных датчиков основан на линейном перемещении измерительного органа вследствие изменения индуктивного сопротивления катушки, что преобразуется в электрическую величину.

 

Индуктивный датчик состоит из катушки, сердечника, якоря.

Индуктивный датчик — бесконтактный датчик, предназначенный для контроля положения объектов из металла (к другим материалам он не чувствителен).

Индуктивные датчики широко используются для решения задач АСУ ТП. Выполняются с нормально разомкнутым или нормально замкнутым контактом.

Принцип действия основан на изменении параметров магнитного поля, создаваемого катушкой индуктивности внутри датчика.

Активная зона бесконтактного индуктивного выключателя — та область перед его чувствительной поверхностью, где более всего сконцентрировано магнитное поле чувствительного элемента датчика. Диаметр этой поверхности приблизительно равен диаметру датчика

Рис. 51. Схема конструкции индуктивного датчика

 

Рис. 52. Индуктивный датчик в прямоугольном корпусе

 

Классификация датчиков: - сопротивления (реостатные) – изменение входной величины выражается изменением сопротивления обмотки реостата датчика; - емкостные – основаны на преобразовании неэлектрической входной величины (перемещение, усилие) в изменение емкости конденсатора;

Рис. 53. Индуктивный датчик цилиндрического типа

- термоэлектрические (термопары) – прямое преобразование тепловой энергии в электрическую;

- фотоэлектрические – основаны на использовании воздействия изменений величины входного сигнала на интенсивность светового излучения.

Датчики можно назвать преобразователями, т.к. они преобразуют измеряемую величину в другую величину, удобную для усиления и передачи на расстояние.

Рис. 54.Устройство усиления электрических сигналов

Усилители предназначены для увеличения входного сигнала датчика. 1904 г. Ли де Форест на основе созданной им электронной лампы — триода разработал устройство усиления электрических сигналов (усилитель), состоящий из нелинейного элемента (лампы) и статического сопротивления, включенного в анодную цепь.

Реле

Прерывистое воздействие на процесс посредством реле называется релейным.

Рис. 55. Современные релейные устройства
Первое реле было изобретено американцем Дж. Генри в 1831 г. и базировалось изобретение на электромагнитном принципе действия. Впоследствии Дж. Генри использовал его в телеграфном аппарате. Слово реле возникло от английского relay, что означало смену уставших почтовых лошадей на станциях или передачу эстафеты (relay).	Рис. 56. Телеграфное реле

 

Классификация реле в зависимости от рода воспринимаемых физических величин: - электрические; - тепловые; - механические; - оптические; - уровня; - скорости; - оптические и т.д.	Классификация электрических реле по принципу действия и по параметру, на который реагирует воспринимающий орган: - электромагнитные; - электродинамические; - электронные; - индукционные; - реле тока; - реле напряжения; - реле мощности; - реле частоты и т.д.
Классификация тепловых реле по принципу действия: - реле с линейным расширением; - реле с плавлением.	Классификация механических реле по воспринимаемому параметру: - реле силы; - реле перемещения; - реле скорости; - реле частоты.