Общи характеристики на основните групи технически средства за автоматизация в структурата на звтоматичната система


Категория на документа: Други



Въпрос 1:Общи характеристики на основните групи технически средства за автоматизация в структурата на звтоматичната система

Техническите средства за автоматизация (ТСА) представляват множество различни технически устройства, чрез които се осъществява управлението на даден технологичен процес, така че той да протича по предварително определен (желан)начин.В по-широк смисъл към ТСА се отнасят всички средства (уреди , апарати, устройства и приспособления), които се използват за управление на процесите, независимо от това дали има или не непосредствено участие на човек-оператор.В по-тесен смисъл могат да се разглеждат само част от ТСА, които притежават подобни характерни особености и се използват за реализиране на автоматични системи за управление, при които не участва непосредствено човек-оператор.Предвид големия брой разнообразни ТСА, за по-лесно изучаване и запознаване с тях, те могат да бъдат обособени в групи на базата на характерни признаци, специфични за дадена група. Основни признаци за класификацията на ТСА в съответствие с настоящия курс на дисциплината ТСА са: функционално предназначение, свойства и начин на описването им, използвана енергия за захранване, начини на свързване с другите средства.Класификация на ТСА:Първи признак - функционално предназначение. Всяка автоматична система е съвкупност от свързани взаимодействащи ТСА, чийто функционално предназначение е да осигури протичане на управлявания процес по желания начин. По тази причина функционалното предназначение на ТСА в цялостиата структура на автоматичната система е основен признак за класификация на ТСА.За изпълнение на изискването за управление на даден процес, техническите средства за автоматизация, изграждащи автоматичната система, изработват подходящо управляващо въздействие и го прилагат към управлявания процес. При реализирането на тези функции е необходимо да бъде отразено реалното състояние на процеса: неговите свойства, текущото състояние, условията на протичането му и зададения (желания) начин на протичане. В съответствие със съвременното състояние на техниката, тези особености могат да бъдат отчетени ако са представени във вид на информационни потоци, предавани посредством подходящи сигнали. В такъв вид те могат да бъдат използвани за изработване на подходящо управляващо въздействие, което да бъде приложено към управлявания процеса по определен начин.Това определя наличието на три основни групи ТСА в структурата на автоматичната система. По функционалното си предназначение те са:
-за получаване и преобразуване на информация;
-за обработка на получената информация (изработване на управляващо въздействие);
-за използване на обработената информация (прилагане на управляващото въздействие).Взаимната връзка между тези три групи средства за автоматизация вижда от функционалната схема на система за автоматично управление представена на фиг. 1.1.
Фиг. 1.1 Функционална схема на система за автоматично управление

В общия случай техническите средства за автоматизация, които участват в една автоматизирана система са:измервателно устройство (ИУ),показващо устройство (ПУ), автоматичен регулатор, изпълнителен механизъм {ИМ) и регулиращ орган (РО).Информация за текущата стойност на дадена технологична величина от изхода на обекта за управление (ОУ) се получава посредством измервателно устройство. Най-често ИУ представлява комбинация от чувствителен елемент (сензор) и преобразовател на една величина в друга. В редица случаи получената информация се извежда чрез показващо устройство, съдържащо средства за визуализация (индикация), постоянен запис, сигнализация, регистрация на пикови стойности и др. Посочените по-горе средства формират първата група ТСА - групата за получаване и преобразуване на информацията.Втората група ТСА извършва обработка на информацията. Функционалното предназначение на тази група е да изработи и поддържа подходящо управляващо въздействие, формирано на базата на съответствието между желаното и реалното състояние на управляваната технологична величина. Управляващото въздействие се формира по определен алгоритъм, наречен закон за управление. Видът и параметрите на закона зависят от свойствата на обекта (процеса) за управление. За формиране на управляващия сигнал се използват задаващи и сумиращи устройства, функционални преобразователи и усилватели. Тези възли обикновено работят с еднотипни сигнали. Затова най-често те са обединени в един корпус и се произвеждат от промишлеността като едно устройство, наречено автоматичен регулатор (АР). Тъй като функционалното предназначение на АР е да изработи необходимото управляващото въздействие, то той се явява като основен елемент на всяка автоматична система.За да се реализира правилно регулиране е необходимо постоянно следене на текущата и желаната стойност на технологичната величина. Желаната стойност на величината, която се регулира се задава посредством задаващ елемент ( ЗЕ ) и се нарича "задание на регулатора". На изхода на ЗЕ се формира сигнал Узад(t), който постъпва на положителния вход на сумиращия елемент (СЕ). На отрицателния вход на СЕ постъпва сигналът y(t) . Той носи информация за текущата стойност на регулируемата технологична величина. Разликата между двата сигнала е сигналът e(t) = узад(t)- y(t) и той обикновено се нарича "грешка на регулиране"1. Грешката e(t) се предава към следващия блок на регулатора - функционалния блок (ФБ). В този блок е заложен законът за регулиране. Обикновено във ФБ са включени елементи за настройка, наречени органи за настройка, чрез които се задават подходящи стойности на параметрите (коефициенти, времеконстанти и др.) на закона за регулиране. По такъв начин регулаторът се настройва спрямо свойствата на управлявания обект.Освен сигналът на грешката в някои случай във ФБ може да постъпва и сигнал (обратна връзка), отразяващ реализирането на управляващото въздействие от следващите средства за автоматизация. С използването на тази допълнителна информация се постига подобряване на управлението.Обикновено изходният блок на регулатора представлява усилвател (У). Той усилва по мощност изработеното управляващо въздействие, като в някои случаи управляващото въздействие се дооформя посредством създаване на подходящи характеристики на усилвателя и се преобразува в подходящ сигнал, който да може да въздейства върху следващата част на автоматичната система.Изпълнителните механизми и регулиращите органи се отнасят към третата група ТСА. Тяхното функционалното предназначение е да осигурят използване на формираното управляващо въздействие u(t), което да доведе до изменение на входния за обекта поток енергия, маса или друга управляваща величина. Изменението на управляващия поток е в посока, която води до промяна на регулируемата величина, така че грешката на регулиране да намалява.Обикновено изменението на управляващия поток се постига с помощта на технически средства, които в структурата си имат подвижни елементи. Такива средства са регулиращите органи. Връзката между РО и управляващия сигнал u(t) се осъществява посредством изпълнителен механизъм. ИМ преобразува управляващия сигнал в механично преместване, като по този начин се въздейства върху положението на подвижните елементи на РО, а от там и до промяна на съответния управляващ поток..Освен разгледаните ТСА, отнесени към трите основни групи, t автоматиката намират приложение и редица други технически устройства, които се осъществява връзка и взаимодействие между отделни автоматизирани системи за управление. Такива са средствата за преобразуване и предавана на сигнали и информация на по-големи разстояния.

Вторият признак за разделяне по групи на ТСА, който има голямо значение за взаимодействието между тях, а също така и за цялостното функциониране на автоматичната система, са техните свойства. Те отразяват преобразуването на входните величини в изходни. Тези свойства могат да бъдат представени чрез следните модели:
-таблично, във вид на таблица, представяща съответствието на изходните и входните величини при различни случаи;
-графично, във вид на графики в определена координатна система с координати входните и изходните величини;
- аналитично, във вид на взаимосвързани равенства (формули и уравнения), чийто компоненти са входните и изходните величини.
От гледна точка на взаимодействието между ТСА и функционирането на автоматичната система основно значение имат динамичните им характеристики, На тази база ТСА могат да бъдат разделени на следните групи:
- безинерцинни;
-инерционни (динамични ).Към групата на безинеоиионните ТСА се отнасят тези, при които преобразуването на входните величини в изходни става практически мигновено или значително по-бързо от измененията в другите средства, с които си взаимодействат При тези средства за автоматизация времето за преобразуване на сигналите може да бъде пренебрегнато. По тази причина техните свойства се представят обикновено със статични характеристики. От своя страна тази група можа да бъде разделена на две подгрупи: линейни и нелинейни. Линейни са средстввта, при които закономерностите между входните и изходните величини в цялата допустима област на функциониране се описват с линейни зависимости При отсъст вие на линейна зависимост мееду входните и изходните величини средствата се нелинейни.Групата на динамичните ТСА включва тези, при които времето за преобразуване на входните величини в изходни не може да бъде пренебрегнато. Характерно за тези средства е, че в описанието на зависимостта между входните и изходни величини участват както коефициенти, така и времеконстанти. Групата динамичните ТСА също както безинерционните може да бъде разделена на две подгрупи: линейни и нелинейни.Най-пълно динамичните свойствата на средствата от всички групи се представят с аналитичния модел, описващ преобразуването на входните величини в изходни във времевата област. Улеснения за определяне на свойствата на по-сложните средства, които са съставени от повече елементи, създава използването на предавателните функции на изграждащите ги елементи. В редица случаи, предвид получаваната нагледност, е достатъчно да бъдат представени времевите характеристики (преходна или импулсна), Прецизно определяне на свойствата на реални ТСА и представянето им със съответстващи модели може да се извърши с честотни характеристики.Трети признак за групиране на ТСА е физическият вид на енергията, която използват за функционирането си. Според този признак средствата за автоматизация се делят на:електрически;пневматични;хидравлични;механични и др.Най-голямо разпространение имат ТСА, които се захранват с електрическа енергия, но не са рядко случаите, при които в структурата на една и съща автоматична система участват средства, захранвани с различен вид енергия. Пневматичните средства използват енергията на сгъстен въздух, отговарящ на определени изисквания. Пневматичните и хидравличните ТСА са по-характерни при използване в качеството на изпълнителни механизми за непосредственото прилагане на изработеното управляващо въздействие към управлявания процес.Четвърти признак е начинът на връзка между отделните ТСА в структурата на автоматичната система. За да бъде осигурено взаимодействието между групите ТСА и между отделните средства в самите групи, с цел да бъде постигнато желаното функциониране на автоматичната система, следва да бъде предавана необходимата информация между отделните компоненти. Това се постига чрез използване на сигнали в подходящ вид. Те могат да бъдат непрекъснати или дискретни, електрически или пневматични и т.н. По своята същност сигналите представляват изменения на някои стойности на определени физични величини (най-често електрически), които могат да се предават на разстояние и за които има предварителна уговорка за значението им. Електрически сигнали могат да бъдат измененията на напрежението, тока, честотата. Тези сигнали могат да се предават по проводници (жични ) или чрез електромагнитни вълни (безжични). Всички тези особености отнасят ТСА към една или друга група.Общоприети стандарти на сигналите за връзка между ТСА.Както вече беше пояснено, информационното взаимодействие между ТСА в структурата на автоматичната система се извършва посредством сигнали за обмяна на информацията. В качеството на такива се използват основно измененията на електрически и пневматични величини. За улесняване на свързването и съгласуването между различни ТСА, в съответствие с общоприетите стандарти, се налагат определени условия (ограничения) върху диапзоните на изменение на тези физични величини. По такъв начин се осъществява унифициране на използваните сигнали, което носи редица преимущества при реализирането на взаимодействието на ТСА и създава определеност за техните входни и изходни величини.Основните електрически унифицирани сигнали са:
- непрекъснати напреженови с диапазони:
-0-1 V;
-0-10 V;
-0-100V.
-непрекъснати токови с диапазони:
-0-5 mА;
- 0 - 20 mА;
- 4 - 20 mА.
-непрекъснати честотни с диапазони:
-1.5-2.5 KHz;
-4.0 -8.0 KHz.
Освен указаните широко приложение намират кодирани сигнали, като база за функциониране на цифровите ТСА, а също така импулсни сигнали, модулирани по амплитуда (АМ), по честота (ЧМ) и широчинно-импулсно модулирани (ШИМ). Честотните и кодираните сигнали са подходящи за предаване на информация на големи разстояния с висока точност, надеждност и шумозащитеност.Използваните аналогови (непрекъснати ) пневматични сигнали се изменят в диапазона (20 - 100).103 N/m2, като на практика по-често се представя като (20-100) кРа. При пневматичните сигнали се срещат също така следните измервателни единици2:
- техническа атмосфера,1 at = 1 Kgf/cm2 = 98.0665.103 Pa ≈ 98,1 kPa ≈ 100 kPa;
-физическа атмосфера,1 atm = 760 mmHg = 101 325 Pa ≈100 kPa;
-воден стълб,при 4°C, на морското равнище, 10 m Н2О ≈ 98,1 kPa ≈100 kPa;
живачен стълб, 0.76 ≈100 kPa;
-бар, 1 Bar = 100 kPa;
-PSI, 14.50 PSI =100 kPa.3
Обикновено захранването на аналоговите управляващи пневматични устройства е с налягане 140 kPa, а дискретни пневматични елементи работят с налягане в диапазона 400-800 kPa.От направената класификация, даже при използваните само четири признака, се вижда наличието на голямо многообразие и голямо множество ТСА. По тази причина те не могат да бъдат обхванати и разгледани в една дисциплина, а проблематиката е обект на редица учебни дисциплини. Предметът на настоящият курс на дисциплината ТСА е разглеждане на основни, най- популярни, серийно произвеждани управляващи устройства, формиращи управляващи въздействия по стандартни закони за регулиране, и в неголям обем силови устройства, представени от изпълнителни механизми. При това, независимо от ограничения обем, са представени основните положения за създаване на указаните устройства чрез използване на електронна, пневматична и цифрова схемотехника.





Сподели линка с приятел:





Яндекс.Метрика
Общи характеристики на основните групи технически средства за автоматизация в структурата на звтоматичната система 9 out of 10 based on 2 ratings. 2 user reviews.