Основы автоматизации производства

ОСНОВЫ АВТОМАТИЗАЦИИ  ПРОИЗВОДСТВА (7 ВАРИАНТ)

ВОПРОСЫ: 8, 19, 29, 37, 47, 73

1. Система автоматического регулирования. Назначение, классификация, элементная схема.

Системы автоматического регулирования (САР) качественно изменяют ход технологического процесса по определенному, закону или поддерживают постоянным определенный параметр процесса. Эти системы измеряют величину регулируемого параметра и автоматически воздействуют па технологический процесс таким образом, чтобы поддерживать требуемую величину этого параметра. По принципу действия САР относятся к рефлексным системам.

Рис. 1. Классификация систем автоматики по назначению

Автоматическое  регулирование может быть стабилизирующее (постоянного параметра), программное, следящее и самонастраивающееся.

Регулированием постоянного параметра (стабилизацией) называется автоматическое поддержание постоянства какого-либо одного технологического параметра, например температуры, давления, скорости, уровня, числа оборотов и т. п.

Эти системы реализуют  уравнение

Р = const,

где Р — регулируемый параметр.

Протекание такого процесса во времени t может быть представлено графиком на рис.    , на котором изображен процесс автоматического поддержания температуры Θ в сушильной камере на одном и том же уровне. Если температура должна поддерживаться на уровне Θ₁ лишь до момента t₁, а затем ее потребуется   увеличить   до  уровня   Θ₂,   следует   изменить   на 
стройку (уставку) регулятора. В

К программному относится регулирование какого-либо параметра во времени по определенному закону, например наперед заданное  изменение температуры  в  сушильной  камере.

Рис. 2. Графики работ   систем   автоматического   регулирования (САР):

а — САР   постоянного   параметра;   б — программная   САР;   в   и   г — следящие САР

Программные регуляторы управляют системами в функции  времени, реализуя зависимость

.

Эти системы могут обеспечить автоматическое изменение температуры Θ в сушильной камере в функции времени t по любому закону, например приведенному на рис.     . Здесь на отрезке времени О —t₁ температура в камере возрастает от Θ₀ до Θ₁. Далее до t₂ она остается постоянной. На отрезке времени t₂—tз температура возрастает до значения Θ₂ и поддерживается на этом  уровне  до   момента   времени t₄, после чего ко времени t₅ возвращается к исходному значению. Для изменения температуры по этому закону вмешательства человека не требуется.

Следящее регулирование (рис.    ) производится не по программе, заранее заданной во времени, а в зависимости от значения другого параметра, изменение которого во времени обычно наперед неизвестно. Таким образом, эти системы осуществляют регулирование не в функции времени, а в функции другого параметра процесса — q, реализуя зависимость

К следящему можно отнести, в частности, автоматическое регулирование температуры в сушильной камере в зависимости от влажности древесины. Программой работы следящей системы предусмотрена зависимость температуры Θ от влажности. Протекание процесса сушки во времени в зависимости от изменения влажности приведено на рис.      .

Самонастраивающееся регулирование производится в функции нескольких параметров (q, r, W) процесса, в зависимости от сочетания их значений. При этом процесс регулируется таким образом, чтобы регулируемый параметр поддерживался на оптимальном уровне. Эти системы реализуют зависимость:

.

2. Реостатное и потенциометрические датчики перемещения. Устройство, работа, схема включения. Достоинства и недостатки.

Реостатные и потенциометрические  датчики выполняются в виде проволочных  сопротивлений, намотанных на каркас прямоугольного или круглого сечения.

Схемы включения (рис. 3 (а, в, д, ж)) и характеристики датчиков (рис. 3 (б, г, е, з)) приведены на рис. 3. Они плавного действия, безынерционные. По конструкции датчики могут быть с прямолинейным и кольцевым перемещением движка. В последнем случае датчик служит для замера углов поворота. В зависимости от характера воспроизводимого датчиком выходного сигнала потенциометры делятся на линейные и функциональные (рис. 3), у которых сопротивление по длине каркаса имеет нелинейный характер, для чего каркасы делают определенного профиля или с шунтами (рис.       ).

Наибольшее применение получила схема потенциометрического датчика (рис.      ), так как эта схема обеспечивает отсутствие тока при начальном положении ползунка, когда х = 0. Как видно из статической характеристики, имеется погрешность ΔU, вносимая шунтирующим действием нагрузки Rн, величина которой зависит от относительного перемещения ползунка и коэффициента нагрузки. Для определения этой

Рис. 3. Реостатный и потенциометрические датчики

погрешности составим уравнение  Кирхгофа для отдельных участков электрической цепи

;   ;  .

Определим точки I0 и Iн  через Ix, решая совместно первое и третье уравнение и .

Подставив значение I₀ во второе уравнение, получим

Отсюда         ,

где    ,

Тогда выходное напряжение будет 

или

.

Обозначив ; α- коэффициент нагрузки и - относительно перемещения ползунка, получим .

При выходное напряжение составит

.

Тогда погрешность составит ΔU между идеальной характеристикой (рис.2.4,г-пунктир) и реальной будет

.

Из формулы видно, что  с увеличением α уменьшается  ошибка в измерении выходного  напряжения, т. е. увеличивая коэффициент нагрузки а, можно получить идеализированную статическую характеристику, что очень важно при точных измерениях.

К недостатку реостатных и  потенциометрических датчиков следует  отнести наличие контактной пары. Достоинством является большая мощность управления, стабильность характеристик и простота конструкций.

3. Электромеханическое реле как усилитель. Устройство реле постоянного тока, работа, характеристики.

Электромашинные усилители получили широкое распространение в технике, в частности в системах автоматизированного электропривода. Это объясняется тем, что они имеют значительную мощность на выходе, высокие коэффициенты усиления по мощности и по напряжению, обладают большим быстродействием и благодаря наличию нескольких обмоток управления позволяют производить суммирование магнитных потоков сигналов управления. Электромашинные усилители (ЭМУ) используются обычно при автоматизации электроприводов постоянного тока для регулирования частоты вращения. Возможно применение их и в качестве электродвигателей.

Электромашинные усилители бывают продольного поля (ЭМУ с регулируемым самовозбуждением) и поперечного поля.

ЭМУ продольного  поля представляет из себя обычные генераторы постоянного тока, имеющие одну или несколько обмоток возбуждения. Недостатками таких ЭМУ являются нестабильность коэффициента усиления, значительная инерционность и малый коэффициент усиления (k = 50.. .100).

Поэтому наиболее широкое применение получили ЭМУ  с поперечным полем (рис. 4), в котором для возбуждения второго (выходного) каскада используется магнитный поток поперечной реакции якоря.

Работа ЭМУ  с поперечным магнитным полем  происходит следующим образом. При принудительном вращении якоря усилителя в магнитном потоке сигнала управления Ф_у в его обмотках индуктируется ЭДС. Эта ЭДС, замыкаясь накоротко щетками 1 — 1, создает большой по величине ток короткого замыкания. Ток короткого замыкания вызывает 'появление мощного поперечного магнитного потока Ф_п. Вращение в этом мощном магнитном потоке в витках якоря наводит значительную ЭДС, которая снимается щетками 2 — 2 и подается в цепь нагрузки R_H. Компенсационная обмотка W_K с регулируемым сопротивлением R_in служит для создания компенсационного магнитного потока Ф_к, который направлен навстречу магнитному потоку реакции якоря Ф_я, так как этот магнитный поток стремится размагнитить машину. Настройка Ф_к производится сопротивлением R_m.

 

Рис.4. Электромашинный усилитель.

 

 

Рис. 5. Статическая характеристика усилителя.

1-режим пере

2-режим нормальной

3-режим недо

 

4. Схемы включения элементов автоматики. Перечислить. Подробно остановиться на релейной схеме и схеме включения через усилитель.

Релейные схемы  включения датчиков используют усилительные свойства реле и относятся к одним из наиболее распространенных, так как с их помощью может быть получено большое усиление по мощности.

В автоматических устройствах релейных схем часто  применяют контактные электромагнитные реле.

Если контакты реле допускают пропуск тока конечного эле-га, достаточно одного реле. В этом случае датчик Д (рис.        ) включается в цепь обмотки   реле  Р,   а конечный  элемент ИМ — в цепь контактов.

Цепи могут  получать питание от общего источника (рис. 6а) и от разных (рис. 6б). Если контакты реле не рассчитаны на величину тока конечного элемента, например силового исполнительного механизма ИМ, применяют последовательное включение двух реле: промежуточного и силового. Когда сигнал датчика слабее необходимого, для срабатывания чувствительного реле применяют предварительное включение с усилителем.

Релейные схемы  включения датчиков особенно часто  применяют в системах автоматического управления, где при помощи их усиливаются команды импульсов распорядительного процесса.

Схемы включения  через усилитель также нашли  широкое применение причём в тех случаях, когда выходной сигнал мал по величине эти схемы всегда присутствуют.

Рис.6.  Релейные схемы .включения  датчиков: а — общий;   б— разные   источники   питания;

5. Приведите схему гидравлической следящей системы и опишите ее.

Автоматические  системы, которых регулируемый параметр характеризует определенное положение, называются следящими системами. Примером следящей системы малой мощности является индикаторная схема включения сельсинов. Принцип работы следящей системы таков: при повороте ротора сельсина датчика на угол α₁ магнитный поток статора сельсина приемника СП, взаимодействуя с магнитным потоком  ротора, поворачивает последний на угол α₂, причем .

  

Рис. 7. Потенциометрическая следящая система.

Регулируемый    параметр, в данном случае угол по ворота,    занимает   определенное положение. Рассмотрим   теперь   мощную следящую систему. Примером может служить автоматическая расстановка пил при групповой раскряжевке хлыстов. Применение этого метода раскряжевки связано с перемещением пилы, как это показано на рис 7. Автоматическая   установка   пилы   в требуемое    положение     (это    положение определяется   длиной выпиливаемого сортимента) производится следующим образом: заказ длины выпиливаемого сортимента производится оператором установкой движка x₁ потенциометра датчика RPG. Движок потенциометра приемника RPE занимает при этом произвольное положение x₂. Разность потенциалов ∆U подается на управляющую обмотку L1 электромашинного усилителя ЭМУ. Сигнал определенной полярности усиливается и поступает в якорь реверсивного электродвигателя  постоянного тока  M.   Двигатель начинает вращаться в сторону устранения ошибки рассогласования.   При   вращении   вала   электродвигателя   перемещается пила П через редуктор гайки движка х₂ до тех пор, пока х₂ не станет равным х₁. В этом случае разность потенциалов равна нулю и вся система останавливается. Таким образом, задавая значения х₁, следящая система отрабатывает его через усилитель,  электродвигатель,  механическую  систему  винт—гайка  и потенциометр приемника.

6. Привести схему управления маятниковой пилы АЦ-3С. Объяснить её работу.

После укладки хлыста на подающий транспортёр оператор оценивает  визуально его породу, размеры, фаутность, форму и т.д. и определяет схему раскряжевки хлыста. Затем он нажимает на пульте управления кнопку SB1 заказа длинны выпиливаемого сортимента, при этом выдвигается упор и получает контактор КМ1, который при помощи контактов КМ1.1 запускает транспортёр, а контактом КМ1.2 фиксирует кнопку SB1. Начинается выдвижение хлыста с торможением. Дойдя до упора заказанной длинны хлыст воздействует на него, срабатывает конечный выключатель SQ5, который:

1.своим контактом SQ5.2 замыкает цепь питания реле К1. Прижим и пила опускаются, при этом прижим опускается быстрее.

2.контактом SQ5.1 разрывает цепь питания контактора КМ1 и транспортёр останавливается.

3.замыкает контакт SQ5.3 реле исключающего нарушения технологии рабочих операций К5.

В крайнем нижнем положении  пила воздействует на конечный выключатель  SQ2, который в свою очередь:

1.размыкает свой контакт  SQ2 в цепи питания реле К1. Пила останавливается.

2.контактом SQ2.2 подаёт питание к реле К2.

3.контактом SQ2.3 подаёт питание к реле К5.

Реле К2 в свою очередь:

1.контоктом К2.1 запустит в работу механизм подъ1ма пилы.

2.контактом К2.2 заблокирует контакт конечного выключателя SQ2.2.

Реле К5 получив питание:

1.замкнёт контакт К5.1 в  цепи питания реле К3.

2.контактом К5.2 фиксирует  контакт конечного выключателя  SQ2.3.

3.дополнительно разомкнёт  контакт К5.3 в цепи питания  реле К.1.

В верхнем положении пилы срабатывает конечный выключатель SQ1 который:

1.размыкает контакт SQ1.1 в цепи питания реле К2. Останавливается механизм подъёма пилы.

2. замкнёт контакт SQ1.2 в результате чего поучает питание реле К3, которое:

 

Рис. 8. Схема управления маятниковой пилы АЦ-3С

1. контактом К3.1 запускает  механизм сбрасывания.

2. контактом К3.2 фиксирует  контакт К5.1.

После окончания сброски  сбрасыватель воздействует на конечный выключатель SQ3, который:

1. размыкает контакт SQ3.1 в цепи питания реле К3. Сбрасыватель останавливается.

2. размыкает контакт SQ3.2 в цепи питания реле К4.

Реле К4 получив питание:

1.своими контактами К4. замкнёт в работу механизм возврата сбрасывателя в исходное положение.

2. контактом К4.2 фиксирует контакт конечного выключателя SQ3.2.

Когда сбрасыватель вернётся в исходное положение он воздействует на конечный выключатель SQ4.1 в цепи питания реле К4. Механизм возврата сбрасывателя останавливается.

Для аварийного выключения в схеме предусмотрена кнопка «Стоп» SB2.

ЗАДАЧА