Структурные и функциональные схемы систем автоматического регулирования.

Структурные схемы автоматики представляются в виде прямоугольников или простейших фигур изображаемых предметов систем автоматического и с линий со стрелками, изображающими направление воздействия.

Пример структурной схемы:

Если обратной связи нет, то не система регулирования, а система автоматического управления.

Функциональные схемы изображают функциональные устройства объекта регулирования с указанием размещения устройств регулирования, датчиков, исполнительных механизмов по месту их расположения. Существует определённая система обозначений для этих элементов.

Вместо прибора:

В верхней части пишется буквенное обозначение прибора; в нижней части – условное обозначение (позиционное) прибора.

Температура: Т; влажность: М; скорость/частота: S; масса: W; расход: F; общее обозначение: А; с ручным воздействием: Н; измерение уровня: L; давление/вакуум: Р; электрический прибор: Е.

Исполнительные механизмы:

с ручным возвратом:

регулирующий орган (задвижка):

отборное устройство:

На функциональной схеме линии взаимосвязи (между приборами) может обазначаться в соответствии с видом энергоносителя различными цветами: жид. или газ – красный или чёрный; вода – зелёный (-1-1-); пар – розовый (-2-2-); воздух – голубой (-3-3-); азот – тёмножёлтый(-4-4-); кислород – синий (-5-5-), аммиак – серый (-11-11-); вакуум – светлосерый(-27-27-).

Пример: Водяной калорифер – устройство для обеспечения температуры в помещении с радиатором

Блок с трубами и радиатором:

31. Первичные преобразователи

первичный преобразователь - элемент измерительного, сигнального, регулирующего или управляющего устройства системы, преобразующий контролируемую величину (давление, температуру, частоту, скорость, перемещение, напряжение, электрический ток и т.п.) в сигнал, удобный для измерения, передачи, преобразования, хранения и регистрации, а также для воздействия им на управляемые процессы.

Состав: воспринимающий орган и один или несколько промежуточных преобразователей. Выходные сигналы различаются по роду энергии - электрические, механические, пневматические (реже гидравлические), и по характеру модуляции потока энергии - амплитудные, время-импульсные, частотные, фазовые, дискретные (кодовые).

Специфические требования предъявляются к выходным сигналам и характеристикам преобразователей при их использовании в системах централизованного контроля. Поочерёдное подключение множества преобразователей к одному измерительному устройству требует максимальной унификации выходных параметров.

32. Задатчики

Задающее устройство САР формирует и хранит величину воздействия, переменные величины, коэффициенты, метки времени и т.п. Задающее устройство вырабатывает условия протекания технологического процесса - функцию времени. Эта функция может быть одномерной или многомерной. В САУ чаще встречаются многомерные функции времени, когда задаются условия одновременно по нескольким параметрам - температуре, давлению и т.д. В некоторых случаях задающая величина является постоянной во времени – тогда задается не функция времени, а отдельные величины. Задающие устройства выдают сигнал в аналоговой или цифровой форме. В качестве задающего устройства ранее применялись кулачковые механизмы, функциональные потенциометры, перфокарты, и т. п. В настоящее время используются электронные аналоговые и цифровые устройства. Существует достаточно широкий класс потенциометрических задающих устройств, в основе которых лежит уставка величины с помощью потенциометра. Иногда уставки имеют постоянные величины – их задают с помощью дискретного потенциометра, имеющего переключатель резисторов.

При исчезновении внешнего напряжения заданная величина остается введенной и вновь подается в САУ при его появлении. При необходимости использования задаваемой величины в цифровом виде потенциометрический задатчик снабжается аналого-цифровым преобразователем-АЦП. На его выходе имеется цифровой код задаваемой величины функции времени. Запоминание заданной величины осуществляется за счет неизменного положения движка потенциометра или переключателя. Для управления цифровыми системами на базе микропроцессоров и компьютеров используются кнопочные задатчики. При многопараметрических задающих аналоговых сигналах задание каждого параметра производится отдельно, что предопределяет соответствующее количество вводных потенциометров. При использовании цифровой формы ввода информации отдельно хранятся только введенные величины, их ввод может осуществляться одними и теми же потенциометрами и кнопками. Для получения функциональных зависимостей используют возможности микропроцессоров к хранению и выполнению сдвиговых и математических операций. Функциональные зависимости в микропроцессорном устройстве генерируются с помощью специальной рабочей программы, записываемой в его память. Для хранения рабочей программы используются постоянные запоминающие устройства – ПЗУ, выполняемые на отдельных микросхемах.

33. Усилители, элементы сравнения

Усилитель- это устройство, в котором происходит усиление выходного сигнала датчика или преобразователя до величины, необходимой для питания исполнительных устройств за счет дополнительного источника энергии. В усилителях входная и выходная величины имеют одинаковую физическую природу. Усилители являются элементами датчиков, преобразователей, исполнительных устройств. Усилители классифицируются по виду энергии – механические, гидравлические, пневматические, электрические. Основными характеристиками усилителя являются: - вид статической характеристики (линейная, нелинейная); - коэффициент усиления; - чувствительность; - быстродействие; - точность воспроизведения входной величины. Тип и характеристики усилителя зависит от типа и характеристик датчика, преобразователя и исполнительного устройства. Электрические усилители подразделяют по роду усиливаемого тока – на усилители постоянного и переменного тока. Усилители постоянного тока. Применяются для усиления сигналов для управления исполнительными устройствами небольшой мощности – электромагнитными реле и обмотками возбуждения электродвигателей постоянного и переменного тока. Тиристорные усилители применяют для управления однофазными и многофазными электродвигателями переменного тока, двигателями постоянного тока и другой мощной нагрузкой.

Сравнивающие устройства в зависимости от вида обрабатываемого сигнала могут быть аналоговые и цифровые, а по результату сравнения – релейными (двух- и более позиционными) или иметь на выходе абсолютную разность рассогласования. Для двухпозиционного регулирования используются компараторы (нуль-органы). Аналоговые схемы сравнения сигналов просты, но не всегда имеют достаточную точность и стабильность работы. Для сравнения цифровых величин применяются цифровые логические схемы. Сравнение производится поразрядно. Схему сравнения для двух и более разрядов составляют из одноразрядных схем. Цифровые схемы более громоздки в исполнении, но более надежны в работе в сравнении с аналоговыми. Поэтому в отдельности они применяются достаточно редко. Все большее применение находят цифровые сравнивающие устройства, реализуемые рабочими программами микропроцессорных устройств.

34. Исполнительные механизмы

Исполнительное устройство осуществляет при поступлении на его вход сигналов управления определенные воздействия на объект регулирования. К ним относятся электродвигатели, муфты, тяговые электромагниты, реле и т.п. Исполнительные устройства через рабочие органы воздействуют на объект регулирования. Рабочие органы обеспечивают при выполнении технологической операции соответствующее воздействие на среду, изменяя ее температуру, состав, давление, скорость, расход и т.п. Рабочими органами могут быть различного рода заслонки, клапаны, задвижки и другие устройства. Исполнительное устройство обычно состоит из двигателя, передаточного или преобразующего узла, а также систем защиты, контроля и сигнализации положения выходного элемента, блокировки и отключения. Классифицируются исполнительные устройства по виду используемой энергии на гидравлические, пневматические, электродвигательные и электромагнитные. Электрические исполнительные устройства можно разделить на электромагнитные и электродвигательные. К электромагнитным исполнительным устройствам относятся прежде всего соленоидные электроприводы, предназначенные для управления различного рода регулирующими и запорными вентилями, и т. п. Электродвигательные исполнительные устройства. В них используют электродвигатели постоянного и переменного тока. Большинство электродвигательных исполнительных устройств работает в режиме, когда скорость перемещения не зависит от величины отклонения регулируемого параметра от заданного значения. Гидравлические исполнительные устройства. Они преобразует энергию потока рабочей жидкости в энергию механического движения поршня (поступательное движение) или ротора (вращательное движение) и состоят из двух элементов: управляющего и исполнительного. Поток рабочей жидкости создается специальным гидравлическим насосом, приводимым в движение электрическим или иным двигателем. В зависимости от вида управляющего элемента различают гидравлические исполнительные устройства с золотниковым и объемным регулированием. Гидравлические исполнительные механизмы с объемным регулированием управляются за счет изменения производительности насоса, а золотниковые - с помощью перекрываемых отверстий. Пневматические исполнительные механизмы. По устройству аналогичны гидравлическим. Обычно используют поршневые и мембранные исполнительные механизмы, так как они просты по конструкции и имеют высокую надежность. По сравнению с электрическим приводом поступательного движения, развивающим те же усилия, пневмопривод значительно легче, дешевле и проще по конструкции. Общие недостатки пневматических и гидравлических исполнительных устройств: сложность операций по их наладке и, главное,необходимость в специальных компрессорных (насосных) установках для их питания.

35.. Принципы построения САР

Принципы построения систем автоматического регулирования (САР):

- системы с регулированием или воздействием по регулируемому параметру или компенсационные системы

- принцип регулирования по возмущению

- комбинированный принцип

АР

1 принцип:

F

АР-автоматический регулятор; ЭС – элемент сравнения; ИЭ – исполнительный элемент; РЭ – регулируемый элемент; ОР – объект регулирования (обратная связь); ОС – объект сравнения; > - усилитель; Хз – заданный параметр; х – текущий параметр; Δx – разница

Принцип хорош в том плане, что позволяет достичь результата независимо от того, какой причиной вызвано отклонение. Недостаток: относительно высокая длительность регулирования.

2 принцип:

Обратная связь на ЭС подается не по выходному сигналу, а по подающемуся.

Применение принципа позволяет быстро изменить параметры системы для компенсации основного возмущающего воздействия и в дальнейшем выполнение регулировки за счет других факторов.

ОС

3 принцип (сочетание 1-го и 2-го принципов):

F

y

Хз

ОС

ОР

РЭ

ИЭ

ЭС2

>

ЭС1

33.

Дата добавления: 2015-10-16