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

2 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

63874. Феномен социального отчуждения 43.5 KB
  Доминирующей формой социального отчуждения становится отчуждение техническое обусловленной ростом места техники в жизни современного человека. Отчуждение это процесс в котором от людей отделяются результаты их деятельности сама деятельность а также те силы которые эту деятельность...
63875. Жизненные ориентации горожан 18.56 KB
  Для каждой личности характерен свой уникальный способ жизни способ ее организации оценивания и осмысления. В процессе своей жизни личность выступает в качестве то субъекта общения то субъекта деятельности являясь при этом субъектом своей жизни объединяющим...
63876. Язык заголовка кинотекста 45.5 KB
  Главным инструментом исследователей языка является текст потому что непосредственно текст представляет собой сферу функционирования языковых единиц и в тексте слово получает свое основное значение и осмысление. Гальперин характеризует текст как произведение речетворческого процесса...
63877. Проблемы профилактики игровой компьютерной зависимости среди детей и подростков 17.22 KB
  За последние двадцать лет информационное пространство в нашей стране приобрело новый формат. С появлением такого типа игр резко возросло число подростков и молодых людей проводящих 10 и более часов за игрой в компьютер.
63878. Проблема межпоколенческой преемственности как основы социокультурного единства современного российского общества 43.5 KB
  Актуальность проблемы социокультурного единства российского общества обуславливается прежде всего кардинальными изменениями происходившими и протекающими ныне во всех сферах жизни россиян. Социальные и культурные ценности вместе с социумом претерпевают активную...
63879. К вопросу о возможности всемирной культуры в контексте работы И. Валлерстайна «Анализ мировых систем и ситуация в современном мире» 21.48 KB
  Иммануэль Валлерстайн в своей книге Анализ мировых систем и ситуация в современном мире затрагивает тему всемирной культуры и задается вопросом: возможна ли она При различном употреблении этого термина культура это то что некоторые люди чувствуют или делают в отличие от других которые чувствуют или делают...
63880. Социальный смысл деятельности сотрудников ОВД 41 KB
  Правоприменительная деятельность полиции обществом оценивается как неудовлетворительная несмотря на принимаемые со стороны властей меры. Факторов снижающих эффективность деятельности системы органов внутренних дел далее ОВД множество однако в рамках данной работы хотелось бы более подробно...
63881. Психологическая защита как основной способ обеспечения информационно – психологической безопасности личности 42 KB
  В современных условиях на человека ежедневно обрушиваются различного рода отрицательные эмоциональные переживания попытки психологического манипулирования и тайного принуждения. В данной ситуации чрезвычайно актуальным становится обеспечение собственной информационно психологической безопасности.
63882. Интернет как фактор развития социального отчуждения 17.85 KB
  Интернет появился совсем недавно и если брать соотношение взрослого и молодого поколения то можно с полной уверенностью сказать что основное количество пользователей интернета это люди в возрасте от 15 до 45 лет старшее поколение сегодня только привыкает к изучению...