71329

ОСНОВЫ АВТОМАТИКИ. СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

Лекция

Производство и промышленные технологии

Автоматические системы применяемые при автоматизации производственных процессов в зависимости от характера и объема операций выполняемых ими можно разделить на системы автоматического контроля автоматического регулирования автоматического управления следящие...

Русский

2014-11-05

294.5 KB

7 чел.

Лекция 2. ОСНОВЫ АВТОМАТИКИ.

СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ.

Автоматические системы, применяемые при автоматизации производственных процессов, в зависимости от характера и объема операций, выполняемых ими, можно разделить на системы автоматического контроля, автоматического регулирования, автоматического управления, следящие, автоматической защиты, адаптивные и т. д. Автоматические системы могут быть комбинированными, т. е. представлять собой совокупность нескольких систем. Например, система автоматического регулирования представляет собой совокупность систем автоматического контроля и управления. Автоматические системы могут также различаться видами применяемых в них устройств, параметрами, конструктивными решениями и т. д.

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ

Система автоматического контроля предназначена для автоматического контроля различных физических величин (параметров), сведения о которых необходимы при управлении объектом. Всякая система состоит из элементов, узлов и устройств, выполняющих ту или иную функцию; следовательно, систему автоматического контроля можно представить схематически (рис. 1, а).

Датчик (Д) измеряет значение контролируемого параметра объекта (О) и преобразует его в сигнал, удобный для усиления или передачи. Наибольшее применение находят датчики, преобразующие неэлектрическую величину в электрическую.

Рис. 1.Функциональные схемы автоматических систем:

а - контроля; б - регулирования; в - управления; г- следящая.

Усилитель (У) — устройство, усиливающее слабый сигнал, поступающий от датчика, так, что он становится достаточным для воздействия на исполнительный элемент.

Исполнительный элемент (ИЭ) — устройство, посредством которого выполняются заключительные операции.

Элементы передачи и связи — устройства, обеспечивающие передачу сигналов от датчика до исполнительного элемента.

В состав систем автоматизации производственных процессов входят дополнительные элементы, не участвующие в преобразовании информации, а обеспечивающие данное преобразование. К ним относятся источники энергии, стабилизаторы, переключатели и др.

В зависимости от вида исполнительного элемента автоматический контроль разделяют на четыре основные группы:

автоматическая сигнализация характерных или предельных значений параметров; сигнализирующее усройство (СУ) — это лампочки, звонок, сирена;

автоматическое указание значений контролируемых параметров; указывающий прибор (ПУ) может быть стрелочным, цифровым;

автоматическая регистрация значений контролируемого параметра; регистрирующее устройство (РУ) — это самописец;

автоматическая сортировка различных изделий в зависимости от заданных значений контролируемых параметров (ПС—прибор сортирующий).

Система автоматического контроля не вмешивается в ход протекания технологического процесса.

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ

Система автоматического регулирования (САР) обеспечивает поддержание регулируемой величины (параметра) в заданных пределах или по заданному закону (рис. 1, б). Задающий элемент воспроизводит задающее воздействие, определяющее закон изменения регулируемой величины. Как правило, эта величина задается в косвенном виде. Например, температура задается значением напряжения; давление — значением натяга пружины и т. п.

На элемент сравнения (ЭС) поступает заданное значение х3 регулируемого параметра с задающего элемента (ЗЭ) и значения сигнала обратной связи х0 с датчика (Д) обратной связи — функция фактической величины регулируемого параметра хф. В элементе сравнения сопоставляется требуемое значение регулируемого параметра с действительным его значением. В результате этого сопоставления в элементе сравнения вырабатывается управляющий сигнал Ах = х3 - х0, с. Обычно этот сигнал слабый, он поступает на усилитель (У), где усиливается до значения kAx и направляется на исполнительный элемент (ИЭ). С исполнительного элемента управляющее воздействие xv поступает на объект регулирования и корректирует фактическое значение регулируемого параметра до заданного значения.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СИСТЕМАХ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ

Принцип построения и структура. С целью пояснения основного принципа построения систем автоматического регулирования рассмотрим следующую техническую задачу. Пусть требуется обеспечить постоянную частоту вращения двигателя постоянного тока с независимым возбуждением. Частота вращения двигателя Q = ия/(сеФ) гяМ/(сесиФ2), где Un — напряжение в цепи якоря двигателя; се, сы — конструктивные постоянные; Ф — магнитный поток, создаваемый обмоткой возбуждения двигателя; гя — сопротивление цепи якоря двигателя; М — момент на валу двигателя.

Изменения момента нагрузки на валу двигателя вызывают изменение частоты его вращения. Для поддержания постоянной частоты вращения при изменении момента нагрузки на валу двигателя необходимо изменить либо сопротивление гя, либо величину магнитного потока Ф, либо напряжение UH в цепи якоря. Условимся, что будем изменять напряжение в цепи якоря путем перемещения ползунка потенциометра П.

Ручное регулирование (рис. 25, а) осуществляют в такой последовательности:

1. измеряют фактическую частоту вращения двигателя Q с помощью, например, тахометра;

2. сравнивают ее текущее значение с заданной частотой вращения Q3, т. е. определяют отклонение частоты вращения;

3. ползунок потенциометра перемещают таким образом, чтобы фактическая частота вращения совпала с заданной.

Рис. 25. Принципиальные электрические схемы регулирования частоты вращения двигателя постоянного тока:

а - ручного регулирования; б — автоматического регулирования.

Можно исключить человека из процесса регулирования путем применения автоматической системы (рис. 25, б).

  1.  Тахогенёратором постоянного тока Тг измеряют фактическую частоту вращения двигателя.
  2.  На входном сопротивлении усилителя У задающее напряжение U3, которое является функцией заданной частоты вращения, сравнивается с напряжением тахогенератора Ј/Тг, пропорциональным фактической частоте вращения двигателя М. При отклонении частоты вращения двигателя разность AU = U3 -UTr, поступающая на усилитель, изменяется.

3. Напряжение KyAU с выхода усилителя поступает на обмотку управления ШУ  электромашинного усилителя ЭМУ, усиливается в кЭ[ЛУ раз и подается на обмотку якоря двигателя М. Следовательно, частота вращения двигателя будет изменяться так, что уменьшается ее отклонение от заданного значения.

Следует отметить, что в современных электроприводах станков наиболее широкое применение находят тиристорные преобразователи. Для наиболее доступного понимания принципа построения систем автоматического регулирования и простоты работы с данной схемой при рассмотрении последующих вопросов введем более простое динамическое звено — электромашинный усилитель (ЭМУ).

Например, при увеличении момента нагрузки М частота вращения двигателя Q уменьшается, следовательно, напряжение тахогенератора Urr понижается, что, в свою очередь, приводит к увеличению разности At/. Возросшее отклонение увеличится усилителями У, ЭМУ, напряжение в цепи якоря Ј/я также возрастет, благодаря чему частота вращения двигателя Q увеличится. Следовательно, частота вращения двигателя не изменится при увеличении, а также при уменьшении момента нагрузки на его валу.

Автоматическим регулированием называют поддержание значений физических величин на определенном уровне или изменение их по требуемому закону без непосредственного участия человека.

Технические устройства, в которых процессы подлежат автоматическому регулированию, называют объектами регулирования.

Физические величины, подлежащие регулированию, называют регулируемыми величинами.

Внешние воздействия, вызывающие отклонение регулируемой величины от ее заданного значения, называют  возмущающими воздействиями.

Технические устройства, предназначенные для автоматического регулирования различных величин в объектах, называют автоматическими регуляторами.

Система автоматического регулирования состоит из двух основных частей — объекта регулирования и автоматического регулятора.

В рассмотренном выше примере объектом регулирования является двигатель постоянного тока; регулируемой величиной — частота вращения двигателя; возмущающим воздействием — момент нагрузки на валу двигателя; автоматическим регулятором — потенциометр, усилитель, электромашинный усилитель, тахогенератор.

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

Системой автоматического управления называют такую систему, в которой организация целенаправленных действий осуществляется управляющим элементом, на который подается управляющий сигнал.

Этот сигнал может подаваться вручную или автоматически, т. е. системой автоматики другого процесса. Системы могут быть разомкнутыми или замкнутыми. От управляющего (задающего) элемента (ЗЭ) (рис. 1, в) сигнал управления поступает на усилитель (У), усиливается до необходимой величины и поступает на ИЭ. С помощью исполнительного элемента происходит воздействие на объект управления таким образом, что автоматически выполняется программа изменения управляемой величины.

С помощью систем автоматического управления исключается участие человека в управлении операциями технологического процесса. Человеку остается только предварительно выработать программу действий, а иногда подать пусковой сигнал. Получив начальный импульс, система управляет в заданной последовательности ходом технологического процесса.

СЛЕДЯЩАЯ СИСТЕМА

Основным назначением большинства рассмотренных ранее систем автоматического регулирования являлось поддержание заданного постоянного значения регулируемого параметра при наличии внешних возмущающих воздействий.

Имеется, однако, большой класс автоматических устройств, задачей которых является изменение выходной величины в определенной функциональной зависимости от входной, произвольно задаваемой во времени, причем этот процесс, как правило, должен сопровождаться усилением мощности входного сигнала. Такие автоматические устройства называются следящими системами.

Следящая система — автоматическая система, в которой выходная величина воспроизводит с определенной точностью входную величину, характер изменения которой заранее не известен.

Следящие системы используют для различных целей. В качестве выходной величины следящей системы можно рассматривать совершенно различные физические величины. Одной из наиболее широко распространенных разновидностей следящих систем являются системы управления положением объектов. Такие системы можно рассматривать как дальнейшее развитие и усовершенствование систем дистанционной передачи угловых или линейных перемещений, в которых регулируемой величиной обычно является угол поворота объекта.

Одной из первых следящих систем, нашедших себе практическое применение, явилась паровая штурвальная машинка. Принцип ее действия (рис. ). Ось штурвала 1 жестко соединена с винтом 2, на котором свободно располагается шестерня с муфтой 3. Муфта имеет винтовую нарезку и, следовательно, при вращении шестерни 3 или винта 2 передвигается вдоль оси последнего. Перемещение муфты с помощью рычажной передачи 4 передается распределительному золотнику 5, через который осуществляется подвод пара к золотнику парового поршневого двигателя 6. Распределительный золотник при движении в одном направлении осуществляет наружный, а в другом внутренний впуск пара. В соответствии с этим изменяется и направление вращения кривошипа парового двигателя.

Когда золотник находится в среднем положении, доступ пара к машине закрыт. Вал двигателя 6 приводит в движение винт червячной пары 7, на валу которой расположен барабан 8. На 'барабан навивается штуртрос. На вал 9 барабана и червячной пары жестко насажена шестерня 10, сцепленная с шестерней 3. При повороте вручную штурвала на некоторый угол поворачивается на тот же угол винт 2. Так как система еще v подвижна, то это вызывает перемещение вдоль оси муфты.5 смещение распределительного золотника от среднего положения, в результате чего паровая машинка будет вращаться в необходимом направлении.

Вращение машины будет вызывать поворот вала 9, шестерней 10 и 3 я обратное перемещение распределительного золотника 5 до тех пор, пока последний не встанет в среднее положение. При непрерывном вращении штурвала паровая машин будет также работать непрерывно, так как при этом будет в время поддерживаться на постоянном уровне угол рассогласования между валами 2 и 9, обусловливающий перемещен муфты 3 и распределительного золотника 5.

На рис. 109, б дана структурная схема штурвальной машин Нетрудно убедиться, что если за вход считать вращение штурвала, а за выход вращение барабана -8, то получается разомкнутая цепь с внутренним замкнутым контуром, осуществляющим усиление входного сигнала и процесс слежения выхода изменением входа.

Действительно, если возникло конечное рассогласование между углами поворота осей штурвала и барабана, то система элементов, изображаемая замкнутым контуром в структурной схеме (рис. 109,6), придет в движение, направленное на уменьшение этого рассогласования, вплоть до его уничтожения, в результате чего значение выходной координаты будет соответствовать заданному значению входной.

В случае непрерывного изменения угла рассогласования система будет действовать непрерывно в направлении его уничтожения и, следовательно, будет осуществлять приблизительк равенство

если величина отработки Фо одного масштаба и физической природы с величиной задания Фз. Назначение замкнутого контур; в этом случае будет заключаться в сведении к возможному минимуму угла рассогласования в процессе работы системы, т. в процессе слежения.

Структурная схема следящей системы:

На элемент сравнения (рис. 1, г) от задающего элемента, связанного с входным валом следящей системы, поступает входная величина хвх. Сюда же от объекта управления, связанного с выходным валом системы, поступает значение угла обработки авых. В результате сравнения этих величин на выходе элемента сравнения появляется рассогласование 8 = аЕХ — а.вых.

Сигнал рассогласования с выхода элемента сравнения поступает на преобразователь (Пр), в котором угол 0 преобразуется в пропорциональное ему напряжение Uо — сигнал ошибки.

Однако в большинстве случаев мощность сигнала ошибки недостаточна для приведения в действие исполнительного двигателя (М). Поэтому между преобразователем и исполнительным двигателем включают усилитель, обеспечивающий необходимое усиление сигнала ошибки по мощности. Усиленное напряжение с выхода усилителя поступает на М, который приводит в действие объект управления, а перемещение авых последнего передается на принимающий элемент измерительной схемы, т. е. на элемент сравнения.

Паровая штурвальная машинка: а) схема паровой штурвальной машинки; б) структурная схема штурвальной машинки.

АДАПТИВНАЯ СИСТЕМА

Адаптивная (самоприспособляющаяся) система — система автоматического управления, у которой автоматически изменяется способ функционирования управляющей части для осуществления в каком-либо смысле наилучшего управления. В зависимости от поставленной задачи и методов ее решения возможны различные законы управления, поэтому адаптивные системы разделяют на следующие виды:

адаптивные системы функционального регулирования, где управляющее воздействие является функцией какого-либо параметра, например, подача — функция одной из составляющих силы резания, скорость резания — функция мощности;

адаптивные системы предельного (экстремального) регулирования, которые обеспечивают поддержание предельного значения одного или нескольких параметров в объекте;

адаптивные системы оптимального регулирования, в которых учитывается совокупность многих факторов с помощью комплексного критерия оптимальности. В соответствии с этим критерием осуществляется изменение регулируемых параметров и величин, например, поддержание в станке режима обработки, обеспечивающего максимальную производительность и наименьшую себестоимость обработки, определяется заданием оптимальных, значений параметров (скоростей сил резания, температуры и т. д.), от которых зависят производительность и себестоимость процесса обработки.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

10707. Лісова пісня - Українка Леся - Драма-феєрія в 3-х діях 16.09 KB
  Лісова пісня Українка Леся Драмафеєрія в 3х діях Пролог Старий ліс на Волині дика і таємнича місцина. Початок весни. З лісу вибігає Той що греблі рве. Вік перемовляється з потерчатами та Русалкою яка нагадує йому про своє кохання дорікає зрадою. Водяник сварить Рус...
10708. Камінний господар - Леся Українка 14.25 KB
  Камінний господар Леся Українка Камінний господар поетична драма обробка Лесі Українки в якій уперше в українській літературі зображається образ чоловікаспокусника. Імпульсом до написання твору стала пушкінська драма Камінний гість. У творі було вкладено відм
10709. Микола Джеря - Нечуй-Левицький Іван 16.56 KB
  Микола Джеря Нечуй-Левицький Іван Понад самим берегом вється в траві стежка через усе село. Підеш тією стежкою глянеш кругом себе і скрізь бачиш зеленезелене море верб садків конопель соняшників кукурудзи та густої осоки. От стеляться розложисті як скатерть зел
10710. Маруся Чурай - Костенко Ліна 20.11 KB
  Маруся Чурай Костенко Ліна РОЗДІЛ І Якби знайшлась неопалима книга Під час пожежі у Полтаві 1658 року згоріли всі документи міських судових справ. А можливо серед них могла б знайтися справа Марусі Чурай. Справа ця розглядалася на одному з судів з приводу вбивства козака...
10711. Fata morgana - Коцюбинський Михайло - (З сільських настроїв) - Повість 19.4 KB
  Fata morgana Коцюбинський Михайло З сільських настроїв Повість ЧАСТИНА ПЕРША Проходячи біля зруйнованої сахарні Андрій Волик згадує своє колишнє життя. Він працював на фабриці та отримував кожного місяця 13 карбованців. Тепер сахарня стоїть пусткою але Андрій сподіває...
10712. Три зозулі з поклоном - Тютюнник Григір – Новела - Любові всевишній присвячується 14 KB
  Три зозулі з поклоном Тютюнник Григір Новела Любові всевишній присвячується Повертаючись додому хлопець помічає що сусідка Марфа Яркова щось дуже пильно його розглядає. Мати пояснює що Марфа любила його батька а він на нього схожий. Потім мати згадує що Марфа за
10713. Місто - Підмогильний Валерян 21.33 KB
  Місто Підмогильний Валерян Частина перша Степан стояв на палубі корабля що плив до Києва по Дніпру оглядав береги прощався подумки з рідним селом селами що виднілися на березі. Він їде до великого міста щоб учитись і жити щоб здійсни ти свою давню мрію. Разом із ним...
10714. Мойсей - Франко Іван 19.03 KB
  Мойсей Франко Іван Автор звертається у пролозі до свого замученого розбитого народу який стоїть на роздоріжжі й не знає куди йти. Саме його майбутнім і тривожиться поет не вірить що судилося йому в сусідів бути гноєм що його долею буде укрита злість облудлива пок
10715. Русский язык богат глаголами и существительными, разнообразен формами, выражающими оттенки чувств и мыслей 24.5 KB
  Сочинение на ГИА 2013 года по тесту 29 1 Напишите сочинениерассуждение раскрывая смысл высказывания Льва Николаевича Толстого: Русский языкбогат глаголами и существительными разнообразен формами выражающими оттенки чувств и мыслей. Глагол и существительное с...