Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Вопрос - 1Контроллер-комплекс техн. средств в состав входят МЦП,УСО и др. компаненты
Контроллер явл. проектно-компануемым изделием. Предназначен для приема и обработки инф-ции поступающей от измер-ных преобразователей и датчиков, и выдачи управл. воздействий на исполнительные механизмы и устройства сигнализации, передачи данных на ЭВМ.
Основные функции контроллера: объединённые стандартной или спец. шиной.
Управление ходом технолог процесса
Сигнализация при отклонении параметров от технолог проц
Основное звено контроллера – МЦП,в него входят: схема процессора, оперативная память, флеш память, последовательные порты типа СОМ, могут входить: параллельный порт- адаптер для подключения видеомонитора, контроллер Ethernet –для передачи данных на промышленную сеть. Также входит базовое программное обеспечение. Связь МЦП с датчиком исполнительного механизма осущ через модульУСО
Модуль аналогового ввода
Модуль аналогового вывода
Модуль дискретного ввода
Модуль дискретного вывода
Основные хар-ки модулей УСО:
Количество входных и выходных каналов
Тип,хар-ка входных и выходных сигналов:
Для цифрового сигнала характерно наличие 2 уровней связи:5В(логическая единица),0В(логический ноль).
ТОУ- технолог. объект управления
ИП – измерительный преобразователь
ИМ – исполнительный механизм
УСО – устройство связи с объектом
МЦП - модуль центрального процессора.
Вопрос - 2
В распределительной АСУТП на нижних уровнях устанавливаются интеллектуальные программные контроллеры, осуществляющие прием и обработку информации около объекта управления. А функциональны анализ и обобщение выполняет ЭВМ на более высоком уравне. Сопряжение контроллеров и ЭВМ осущ-ся по средствам локальных промышленных сетей, радиальных интерфейсов и соединений типа «кольцо» или «звезда» или их комбинаций.
Центральная станция обслуживает множество контроллеров объединенных через последовательный интерфейс (Bitles), выполняя роль диспетчера сети, может выполнять анализ поступающей информации и управлять в режиме реального времени. Может через сетевой интерфейс обращаться к серверу за необходимыми ресурсами (база данных).
Вопрос - 3
Регулирование большинства технологических параметров осуществляется за счет изменения материальных и энергетических потоков проходящих через объект. Устройства предназначенные для преобразования перемещения штока исполнит механизма в изменение расхода и называются регулирующим органом. РО- последний элемент в АСР, обеспечивающий реализацию управляющего воздействия на объект. Наибольшее распростр получили дроссельные РО,т.е. устр-ва ,которые изменяют свою пропускную способность в результате изменения проходного сечения. К дроссельным РО относят односедельный РО, проходное сечение которого имеет форму кольцевого зазора между неподвижным седлом и подвижным затвором. Расход в-ва в гидравлической цепи зависит то напора и суммарного гидравлического сопротивления.
Характеристики:
диаметр условного прохода;
перепад давления на РО;
пропускная способность(расход);
пропускная характеристика (линейная dQ/dl=const, равнопроцентная , позиционная Q=max,Q=0, специальная dQ/dl=f(Q).) Исполнительный механизм - устр-во которое преобразует выходной сигнал автоматического регулятора в перемещение штока РО.
|
односедельный |
2 седельный |
трехходовой |
заслоночный |
Характеристики ИМ:
- номинальное усилие на выходном валу;
- КПД;
- точность (погрешность перестановки РО из 1 положения в 2
быстродействие.
Требования к ИМ:
- должны развивать мощность достаточную для перемещения РО;
- однонаправленность действия;
- динамические св-ва должны быть лучше чем у РО,а статические- не хуже других элементов АСР;
- должны иметь ручное управление;
- должен быть указатель положения РО;
- должен иметь устройство связи с РО;
-должнн иметь блокирующее устртйство;
От вида используемой энергии ИМ делятся на:
Электрические делятся на электродвигательные и электромагнитные.
Пневматические делятся на мембранные, сильфонные и поршневые.
поршневой мембранный
Вопрос - 4
Автоматические регуляторы – это устройство, которые вырабатывает управляющее воздействие при отклонении регулируемой величины (явл. Элементом АСР).
называется законом регулирования.
Если , то - это уравнения, которое связывает перемещения регулирующего органа с отклонением с регулирующей величины и заканчивает воздействия.
Классификация автоматических регуляторов.
По назначению: Регуляторы температуры; Регуляторы давления; Регуляторы уровня; Универсальные регуляторы.
Входные и выходные величины универсальных регуляторов унифицированы, то есть могут изменяться в определенных пределах. Например, унификация в пределах: 0…5 мА, 0…20 мА, 4…20 мА
По виду используемой энергии для своей работы:Электрические; Пневматические;
Гидравлические; Регуляторы прямого действия.
Преимущества электрических:
- Малые габариты;
- Высокая точность регулирования;
- Большая надежность (цифровые регуляторы).
Преимущества пневматических:
- Возможность эксплуатации во взрыво-пожарных опасных помещениях (плавность хода регулируемого органа);
- Простота, надежность.
Недостаток:
- Необходимость в источнике давления сжатого воздуха.
Регулятор прямого действия:
- Не требуются дополнительный источник энергии, а используется энергия среды, параметры которой они регулируют.
- Простота, надежность;
- Невысокая стоимость.
Недостаток: отсутствия дистанционного управления. Реализация простейших законов регулирования, невысокая точность.
По характеру регулирующего воздействия:
- Непрерывные АР (аналоговые); - Позиционные (дискретные).
Вопрос – 5 Термометры расширения: устройство, принцип действия, область применения.
Термометрами расширения называются средства измерения температуры, действие которых основано на использовании зависимости удельного объема вещества от температуры измеряемой среды, в которую оно помещено. К термометрам расширения относятся жидкостные, дилатометрические, биметаллические и манометрические термометры.
Жидкостные термометры.
Измерение температуры жидкостными термометрами расширения основано на различии коэффициентов объемного расширения материала оболочки термометра и жидкости, заключенной в ней. В качестве рабочего вещества используют ртуть, этиловый спирт, толуол, эфир, пентан и др. При измерении высоких температур используется кварц. Область применения в лабораториях, сельскомхозяйстве, медицине и др. Пределы измерения от -200 до +7500С.
Дилатометрические термометры.
Действие термометров основано на тепловом расширении твердых тел. Принцип действия стержневого дилатометрического термометра основан на использовании разности удлинений трубки 1 и стержня 2 при нагреве вследствие различия их коэффициентов линейного расширения. Трубка изготовляется из материала с малым коэффициентом линейного расширения (кварц, инвар), а стержень – с большим (латунь, медь, алюминий, сталь). Движения стержня передается стрелке прибора с помощью передачи 3.
Биметаллические термометры.
Действие биметаллических термометров, так же как и дилатометрических, основано на использовании теплового расширения твердых тел – металлов.
Биметаллические термометры имеют чувствительный элемент в виде спиральной или плоской пружины, состоящей из двух пластин 1 и 2 из разных металлов, сваренных по всей длине. Внутренняя пластина 2 имеет большой коэффициент линейного расширения , чем внешняя 1, поэтому при нагреве такая пружина раскручивается, при этом стрелка 3 перемещается. Пределы измерения от -150 до +7000С. Они применяются в холодильных установках, бытовых холодильника, кондиционерах и т.п.
Манометрические термометры.
Принцип действия этих термометров основан на использовании зависимости давления вещества при постоянном объеме от температуры.
Прибор состоит из термобалона 1, капиллярной трубки 2, вся внутренняя полость системы заполнена рабочим веществом. При нагреве термобалона увеличивается объем жидкости или повышается давления рабочего вещества внутри замкнутой термосистемы. Эти изменения воспринимаются манометрической трубкой 5, которая через передаточный механизм, состоящий из тяги 7 и сектора 6, воздействует через зубчатое колесо 4 на стрелку прибора 3. Используется во всех отраслях пищевой промышленности.
Пределы измерения от -120 до +6000С.
Вопрос - 6Преобразование Лапласа, его свойства и передаточные функции.
Для этой цели удобно в использовании операционного преобразования Лапласа. Под прямым преобразованием Лапласа понимается переход от рассмотрения функции действительного аргумента к рассмотрению функции комплекса.
Где, Р - комплексное число.
– оригинал; F(P) – изображение;
Р=α+jβ
Многие операции под их оригиналом.
Свойства Лапласа.
Свойство линейности. Преобразование Лапласа от произведения постоянного числа на оригинал = произведению этого числа на изображение оригинала.
Свойство дифференцирования. Преобразование Лапласа от произведения = произведению комплексного числа на оригинал.
Свойство интегрирования.
Пример использования этих преобразований.
По известному входному воздействию х(t) по табл. Лапласа ищем его изображение х(р) и подставляем в уравнение (3), получая при этом у(р) в общем виде. Далее по полученному у(р) по тем же табл. Ищем его оригинал у(t), что является решением уравнения.
Под передаточной функции звена или системы понимается отношение изображения выходной величины к входной.
- основное определение автоматики.
Не трудно заметить, что передаточная функция не зависит от входных и выходных величин, а определяется только видом уравнения динамики и его коэффициентом.
Пр.: Найти передаточную функцию.
Пример:
Второе свойство Лапласа.
Вопрос - 7Структурная схема системы управления на базе программируемого контролера.
Контроллер представляет собой комплекс технических средств в состав которых входит модуль центр. процесса (МЦП) УСО, а так же другие компоненты объединенные стандартной шиной.
Контроллер является проектно-компануемым изделием— его состав и конфигурация определяются требованиями техн. процесса. Контроллер предназначен для приема и обработки информации поступающей от измерительных преобразователей и дискретных датчиков и выдачи управл. воздействий на ИМ и устройства сигналзации, а так же для передачи данных в ЭВМ.
Основными функциями контроллера явл-ся:
Осн. Звеном явл. МЦП. В состав МЦП входит высокопроизводительная микросхема процессора, оперетивная память, флэш память, последовательные порты СОМ. В состав входят так же параллельный порт, адаптер для подключения к видеомонитору, контроллер Ethernet для предачи данных на более высокий уровень локально-промышленной сети, входи базовое програмное обеспечение(что ускоряет запуск изделия).
Связь МЦП с датчиками ИМ осуществляется через модули УСО.
Сущ. 4 разновидности модулей УСО:
1-модули аналогового ввода;
2-вывода;
3-дискретного ввода;
4-вывода.
Основными характеристиками модуля УСО является кол-во входных и выходных каналов; тип (характеристика входных и выходных сигналов)
Таким обр. для цифрового сигнала характерным явл-ся наличие двух уровней напряжения(5В-высокий уровень(логическая единица) и 0В(логический нуль))
8 ТЕРМОМЕТРЫ СОПРОТИВЛЕНИЯ.
Термометр сопротивления представляет собой измерительное устройство, состоящее из термопреобразователя сопротивления (ТС), электроизмерительного прибора и проводов, соединяющих их между собой в единое целое. Термометры сопротивления широко применяются во всех отраслях пищевой промышленности для измерения температуры в достаточно широком диапазоне (от —100 и ниже и до +650°С).
Термопреобразователи сопротивления
Измерение температуры с помощью термопреобразователей сопротивления (ТС) основано на использовании зависимости электрического сопротивления чувствительного элемента от температуры:
R = f(t).Вид этой функции зависит от природы материала термопреобразователя сопротивления. Для изготовления металлических ТС применяются только чистые металлы, отвечающие следующим основным требованиям:
1. Нейтральность к измеряемой среде.
2. Высокий и неизменный температурный коэффициент электрического сопротивления для металлов, используемых в ТС, температурные коэффициенты принято определять в интервале. 0—100°С (в 1/°С):
3. Изменение сопротивления с изменением температуры по прямой или плавной кривой без резких отклонений и гистерезиса, т. е. монотонная зависимость сопротивления от температуры.
4. Большое удельное электрическое сопротивление.
Указанным требованиям в определенных температурных интервалах отвечают платина, медь, никель, вольфрам и железо. ТС могут изготовляться из полупроводниковых материалов. Преимуществом полупроводниковых термопреобразователей сопротивления — терморезисторов — является большой температурный коэффициент сопротивления [(Зч-4) 10~2 1/°С], вследствие чего из них можно изготовлять ТС малых размеров, а следовательно, с малой тепловой инерцией. Их недостатками является плохая воспроизводимость параметров, что затрудняет взаимозаменяемость, а также возможность измерять температуру только до 250—300° С. Промышленностью выпускается несколько типов терморезисторов, постоянная времени которых от 10 до 100 с. В настоящее время выпускаются две большие группы металлических стандартных термопреобразователей сопротивления: платиновые и медные. Платиновые предназначены для измерения температуры от —260 до +650° С, медные — от —50 до +100° С. Платиновые ТС выпускаются двух модификаций: одинарные и двойные. В двойных в одну арматуру вмонтированы два элемента, не связанные электрически друг с другом. Медные ТС выпускаются только одинарными. Чувствительные элементы широко распространенных платиновых ТС представляют собой двух - или четырехканальный керамический каркас, в каналы которого укладываются платиновые спирали из проволоки (0,1 мм), закрепляемые в них глазурью. Для увеличения механической прочности и уменьшения тепловой инерции ТС пространство между стенками каналов и спиралями засыпается специальным порошком из алюминия. Существуют также конструкции с многослойной намоткой платиновой проволоки, изолированной винифлексовым лаком, с намоткой проволоки на керамический каркас в виде «звездочки» и др. Для защиты от повреждений элементы ТС помещают в защитные чехлы (трубки). Элементы медных ТС изготовляются из эмалированной проволоки диаметром 0,08—0,1 мм, многослойно безындукционно намотанной на цилиндрический пластмассовый стержень. Выводы делаются из медной проволоки диаметром 1,0—1,5 мм. Элемент помещается в защитную стальную трубку. Наружная арматура ТС, так же как и арматура термоэлектрических преобразователей, состоит из защитной трубы, подвижного или неподвижного штуцера для крепления и головки, в которой помещается контактная колодка с зажимами для проводов, соединяющих ТС с измерительным устройством термометра сопротивления. Защитная труба в зависимости от назначения изготовляется из углеродисто1 или нержавеющей стали. Имеется ряд конструкций защитной арматуры ТС. В пищевой промышленности применяются общепромышленные термопреобразователи сопротивления в соответствующей защитной арматуре, однако ряд типов ТС изготовляется специально для использования в пищевой промышленности: для шприц-машин и шприц-прессов, холодильных установок, рефрижераторов и т. п.
9 ЛОГОМЕТРЫ.
Логометр — прибор магнитоэлектрической системы, используется для измерения температуры в комплекте с термопреобразователями сопротивления. Логометры выпускаются обычно с градуировкой шкалы в градусах Цельсия. Температурная шкала логометра действительна только для определенной градуировки термометра сопротивления и заданного значения сопротивления внешних соединительных проводов.
Измерительный механизм логометра состоит из 2 рамок, расположенных под некоторым углом одна к другой и жестко скрепленных между собой. Рамки помещены в воздушный зазор между полюсами постоянного магнита и сердечником. Воздушный зазор между полюсами постоянного магнита и сердечником сделан неравномерным и поэтому магнитная индукция в зазоре не постоянна.
Принципиальная схема логометра с внешним постоянным магнитом показана на рисунке 3.2.3. В межполюсном пространстве постоянного магнита на общей оси (двух кернах) укреплены 2 рамки Rp ‘ и Rp, изготовленные из тонкой изолированной медной проволоки. Эти рамки могут свободно поворачиваться в пределах рабочего угла в воздушном зазоре. Выточки полюсных наконечников выполнены по окружности, но радиус этих выточек смещен по отношению к центру сердечника так, что воздушный зазор убывает от центра полюсных наконечников к их краям, а магнитная индукция возрастает приблизительно по квадратичному закону от центра к краям наконечников.
R2
Rt
R1
a
в
I’1
I1
MP
M’P
N
S
R’P
RP
2
b
Рамки логометров включены таким образом, что их вращающие моменты и направлены навстречу друг другу. Подвод тока к рамкам осуществляется либо с помощью «безмоментных» вводов, сделанных из золотых ленточек, либо посредством маломоментных спиральных волосков, изготовленных из бронзовых сплавов. На приведенной схеме R1 и R2 — добавочные манганиновые резисторы, Rt — сопротивление термометра сопротивления.
Как видно из рисунка, ток источника питания в точке а разветвляется и проходит по двум ветвям: через резистор R1, рамку Rp и через термометр Rt, резистор R2 и рамку Rp’.
В точке b ветви сходятся, и дальше ток идет до одному проводнику до источника питания. При протекании по рамкам Rp’ и Rp токов I1 и I1’ создаются магнитные поля, в результате взаимодействия которых с полем постоянного магнита возникают вращающие моменты соответственно Mp и Mp‘, направленные навстречу друг другу. Если , то = и при симметричном расположении рамок относительно полюсных наконечников вращающие моменты будут равны (рамки занимают положение, показанное на рис ).
Если сопротивление термометра сопротивления вследствие нагрева возрастает, то вращающий момент рамки Rp будет больше момента рамки Rp’, так как , и подвижная система начнет поворачиваться по часовой стрелке, т.е. в направлении момента . При этом рамка с большим вращающим моментом попадет в более слабое магнитное поле и ее момент уменьшится, момент же рамки ,наоборот, будет увеличиваться . При определенном угле поворота моменты сравняются и рамки остановятся.
Основным недостатком рассмотренной дифференциальной логометрической схемы является то, что для уменьшения температурной погрешности прибора приходится включать последовательно с рамками манганиновые резисторы с большими сопротивлениями и . Вследствие этого логометры с такой измерительной цепью обладают меньшей чувствительностью по сопротивлению по сравнению с приборами с мостовыми логометрическими схемами
УРАВНОВЕШЕННЫЕ МОСТЫ.
В качестве измерительных приборов, применяемых в комплекте с ТС, широко используются уравновешенные мосты и логометры, а в некоторых случаях — неуравновешенные мосты.
d
Rt
Rпр
d
а
b
c
R2
Rпр
Rt
Rпр
R1
RP
RP
c
R2
а
b
R1
Rt
Уравновешенные мосты. Принципиальная электрическая схема уравновешенного моста (рис1) состоит из постоянных резисторов R1 и R2, компенсирующего переменного резистора (реохорда) RP, термопреобразователя сопротивления Rt и сопротивления соединительных проводов Rпр. В одну диагональ включен источник постоянного тока Е, в другую — нуль-прибор НП. Измерение Rt производится путем перемещения движка реохорда RP до тех пор, пока стрелка нуль-прибора не установится на нулевой отметке. В этот момент ток в измерительной диагонали cd отсутствует.
Если считать, что температура окружающей среды постоянна, то 2Rпр = const. Тогда каждому значению Rt соответствует определенное значение сопротивления реохорда RP, шкала которого проградуирована либо в Омах, либо в единицах неэлектрической величины (например, в градусах Цельсия), для измерения которой предназначена схема.
В случаях, когда колебания температуры окружающей среды велики и погрешность за счет изменения RПР может достигать значительной величины, применяется трехпроводная схема включения термопреобразователя сопротивления (рис 2). При таком соединении сопротивление одного провода прибавляется к сопротивлению Rt, а сопротивление второго провода — к переменному сопротивлению RP. в трехпроводной схеме сопротивление соединительных проводов не влияет на результаты измерения при равенстве R1=R2.
Вопрос - 10
Под объектом регулирования поним-ся аппарат, совокупность аппаратов или другое устр-ва, в которых одно или несколько выходных параметров поддерж-ся на заданном уровне ли изменяются по заданному з-ну.
ОР явл-ся центральным звеном АСР со своим входными и выходными величинами.
Основным возмущающим воздействием явл-ся нагрузка под к-рым понимается кол-во в-ва и энергии проходящей ч/з объект в единицу времени.
,
Классификация ОР:
-По кол-ву выходных параметров ОР бывают одномерные и многомерные. Многомерные объекты могут быть с взаимосвязанными входн. величинами т.е. оказывать влияние на сразу несколько выходных параметров. Объекты с независимыми величинами проще моделир-ся. Такие объекты можно разбить на одномерные.
Различают ОР с сосредоточенными и распределенными параметрами .К объектам с сосредоточенными параметрами относят такие у которых выходная величина имеет в любой момент времени определенное численное значение (уровень воды в резервуаре).
К объектам с распред. параметрами относят такие у кот-рых выходная величина имеет разные числовые значения в разных точках объекта (t-ра по длинне теплообменника).
Такие ОР в Д.У. в частных произв. решать сложно. Поэтому на практике осуществляется разбивка таких объектов на несколько. Рассматривают их как объекты сосредоточенные.Поэтому точность тем выше чем на большее число объектов была сделана разбивка.
В зависимости от вида Д.У. ОР бывают:
-первого порядка
-второго порядка
-n-го порядка
Первого порядка (теплообменники смешения, смесители, т.е. в-во или энергия нах-ся в одном резервуаре.Выходные величины таких объектов изм-ся благодаря согласованности входного и выходного потоков. Скорость изменения выходн. величин от св-в объекта
Второго порядка относятся объекты ,в-ва или энергия нах-ся в 2-х резервуарах, а обмен осущ-ся ч/з трубопровод.
По способности вост-ся ОР дел-ся на: Устойчивые(статические),нейтральные,неустойчивые.
К основным динамическим св-вам ОР относят: Самовыравнивание, емкость, время запаздывания.
Именно от этих св-в зависит стр-ра АСР, тип регулятора и его настроечные параметры
11Расходомеры переменного перепада давления.
Используются, в основном, для контроля вспомогательных процессов энергоснабжения. Высокие рабочие давления и простота конструкции. Состав: —стандартное сужающее устройство (диафрагма, сопло, труба Вентури) дифманометр, соединительные линии. Измерительным преобразователем расхода является сужающее устройство, в котором образуется перепад давления ∆Р, зависящий от расхода. Зависимость квадратичная. Классический метод, описанный в любом учебнике.
ТАХОМЕТРИЧЕСКИЕ РАСХОДОМЕРЫ
Расходомеры этой группы широко применяются практически во всех отраслях пищевой промышленности. Принцип их действия основан на использовании зависимостей скорости движения тел — чувствительных элементов, помещаемых в поток, от расхода веществ, протекающих через эти расходомеры. Известно большое число разновидностей тахометрических расходомеров, однако в практике для измерения расхода самых разнообразных жидкостей и газов широко распространены турбинные, шариковые и камерные расходомеры.
Рис. VIII.7. Структурная схема турбинного водосчетчика с вертикально расположенной крыльчаткой
ТУРБИННЫЕ РАСХОДОМЕРЫ В турбинных расходомерах чувствительным элементом являются вращающиеся под действием потока жидкости или газа турбины— крыльчатки, располагаемые горизонтально или вертикально. В турбинном водосчетчике вертикально расположенная вращающаяся крыльчатка 1 представляет собой многоходовой винт с большим шагом и располагается в корпусе 2. Частота вращения п Зтой крыльчатки, пропорциональная расходу вещества, протекающего через расходомер
(VIII.24)
Турбинный преобразователь расхода газа (рис. VIH.8) состоит из корпуса 3, в котором расположены два обтекателя 4 и крыльчатка 6. Сверху на корпусе размещен магнитоиндукционный преобразователь 5, преобразующий частоту вращения крыльчатки в стандартизованный электрический сигнал измерительной информации.
Подобные преобразователи выпускаются в расчете на диаметры условного прохода Dy от 50 до 150 мм для измерения расхода газа от 5 до 1200 м3/ч, класс точности 1.
Шариковые расходомеры
Принцип действия тахометрических шариковых расходомеров основан на вращении закрученным потоком жидкости, протекающей через измерительный преобразователь, свободно плавающего тела —шара. Частота вращения шара f пропорциональна расходу измеряемой среды:
Различают шариковые расходомеры с осевым и тангенциальным подводом потока жидкости к измерительному преобразователю расхода.
Сигнал с помощью промежуточного преобразователя приводится к нормализованному виду 0—5 мА.
Шариковые расходомеры с тангенциальным подводом жидкости предназначены для измерения малых расходов чистых жидкостей в диапазоне от 0 до 10 м3/ч, класс точности 1,5, шариковые расходомеры с осевым подводом жидкости — от 2,5 до 600 м3/ч, класс точности 1,5; 2,5.
Гидродинамическая подвеска позволяет исключить механическое трение и значительно (в 4—5 раз) повышает надежность расходомеров.
Камерные расходомеры
Камерные тахометрические расходомеры представляют собой эдин или несколько подвижных элементов, отмеривающих или отсекающих при своем движении определенные объемы жидкости
или газа. Существует большое число конструкций камерных расходомеров жидкостей и газов. Овально-шестеренчатый счетчик жидкостей состоит из двух одинаковых овальных шестерен, вращающихся под действием перепада давления жидкости, протекающей через его корпус. В положении / правая шестерня отсекает некоторый объем жидкости 1; так как на эту шестерню действует крутящий момент, она поворачивается по часовой стрелке, вращая при этом левую шестерню против часовой стрелки. В положении II левая шестерня заканчивает отсекание новой порции жидкости 2, а правая выталкивает ранее отсеченный объем / в выходной патрубок счетчика. В это время вращающий момент действует на обе шестерни.
Вопрос - 12
Влияние различных з-нов регулирования на примере объектов первого порядка без запаздывания
(1)
Указывает на то что управление воздействия направлено в сторону уменьшения рассогласования , т.е. имеет место отр. обратная связь
1)Без регулятора
Как исследовало ожидать ОР и без автомата регулятора приходит в новое установивш. со стат. ошибкой=К1
При использовании в (1+К2Кр) раз уменьшается стат. ошибка регулирования во столько раз уменьшается емкость и время регулирования.
С ПД-регулятором
Т.о добавление П-составл.не повлияло на статистическую ошибку, но увеличела емкость системы
ПИД
; ;
По таблицам Лапласа ищем изображение единичного ступенчатого возмущения
Умножим на Р
;
; ;
Корни вещественные и оба отр.
; D=0; ; ;
Корни комплексные
Т.О. при использовании регулятора с устойчивым объектам 1-го порядка зависимости от коэф.ур-я динамики и настроичного параметра Ти и возможн. как апериодич. так и колебательные затухающие переходные процессы.
Стат. ошибка регулир=0.Аналог можно просмотреть случаи с ПИ и ПИД-регуляторы. В зависимости от коэффициентов настроечных параметров возможны как апериодические так и колебательно-затухающий переходный процесс.
При этом обеспечивается отсутствие стат. ошибки регулирования, а др.составляют улучш. качественные показатели: время регулирования данной ошибки и др.
Вопрос - 13
В дифференциально-трансформаторных передающих преобразователях и основанной на их использовании системе дистанционной передачи унифицированным сигналом измерительной информации является значение взаимной индукции между обмотками электрических катушек (пределы изменения взаимной индуктивности , 0—10 мГн). Дифференциально-трансформаторный преобразователь представляет собой две катушки первичная и вторичную, состоящие каждая из двух секций. Первичная катушка состоит из двух секций, включенных между собой согласно, т. е. выход одной включен на вход другой, а во вторичной катушке выход первой секции 1подключен к выходу второй секции 2. Внутри катушек под действием преобразуемой величины перемещаетсясердечник4.
Взаимная индуктивность системы в зависимости от положения
сердечника выразится формулой
Величина и фаза выходного сигнала Е(ЭДС) зависят от положения сердечника в катушке преобразователя по отношению к нейтрале О—О.
Принципиальная электрическая схема дифференциально-трансформаторной системы дистанционной передачи
Вторичные обмотки включены встречно и подключены ко входу электронного усилителя.
'Когда сердечник трансформатора 2 находится в среднем (нейтральном) положении, ЭДС, индуцируемые во вторичных обмотках E1 и Е2, равны и направлены навстречу. Это положение характеризуется равенством
Если сердечник трансформатора 6 тоже находится в среднем положении, разность ЭДС во вторичных обмотках этой катушки Е3 и Е4 также равна нулю:
U2 = Е3- Е4 = 0. •
Из равенства следует, что при одинаковых параметрах катушек напряжение на входе в усилитель равно нулю и система находится в покое. В этом случае сигнал разбаланса равен нулю и можно записать:
При отклонении положения сердечника трансформатора 2 от нейтрального под действием изменения измеряемого параметра изменяется распределение магнитных потоков во вторичных обмотках. Следовательно, индуцируемые в них ЭДС не будут равны, и в цепи возникнет ток, напряжение которого
Величина этого напряжения является функцией перемещения сердечника трансформатора 2, а фаза зависит от направления отклонения сердечника от среднего положения. Сигнал разбаланса подается на вход электронного усилителя 3 и после усиления поступает на обмотку управления реверсивного электродвигателя 4, который с помощью кулачка 5 перемещает сердечник трансформатора 6 до тех пор, пока разность напряжений снова не станет равна нулю. Одновременно с. перемещением сердечника движутся стрелка отсчетного устройства или перо пишущего механизма, связанные с реверсивным электродвигателем. В результате каждому положению сердечника трансформатора 2 передающего устройства соответствует определенное положение сердечника катушки воспринимающего устройства.
Из изложенного следует, что дифференциально-трансформаторный преобразователь является устройством, в котором перемещение сердечника преобразуется во взаимную индуктивность между его первичной и вторичной обмотками. Неравенство взаимных индуктивностей двух преобразователей в системе дистанционной передачи, обусловливает возникновение в ней сигнала разбаланса в виде разности напряжения . Основная погрешность дифференциально-трансформаторной системы при передаче на расстояние до 250 м±0,5—1%, на расстояние до 1 км±2,5%.
14 Позиционные АСР: характер переходных процессов, показатели качества, область применения
Простейшая система двухпозиционного регулирования может быть представлена в виде последовательного соединения позиционного регулятора (ПР) и объекта регулирования (ОР), охваченных отрицательной обратной связью (рисунок 10.1). Основным возмущающим воздействием здесь является нагрузка объекта Z, изменение которой компенсируется регулирующим воздействием X. Выходная величина двухпозиционного регулятора Х может принимать только два значения, соответствующие максимальному (Хmах) и минимальному (Хmin) регулирующему воздействию на объект
Рисунок 10.1 - Структурная схема автоматической системы двухпозиционного регулирования
|
Рисунок 10.2а – Статическая характеристика идеального двухпозиционного регулятора |
Рисунок 10.2б – Статическая характеристика реального двухпозиционного регулятора |
На рисунке 10.2а изображена статическая характеристика идеального двухпозиционного регулятора, мгновенно меняющего свой выходной сигнал Х при достижении регулируемой величиной Y заданного значения YЗ. Реальный регулятор обладает некоторой зоной нечувствительности σу (рисунок 10.2б), в пределах которой изменение регулируемой величины Y не приводит к изменению регулирующего воздействия Х Другими словами, регулятору необходимо некоторое время для срабатывания, поэтому он начинает вступать в работу с запаздыванием.
При Y<Yз идеальный позиционный регулятор вырабатывает регулирующее воздействия Х=Хmax, вызывающее изменение выходной величины Y (см. рисунок 10.3).
Рисунок 10.3 - Изменение выходной величины Y и регулирующего воздействия X при симметричных автоколебаниях (регулятор с зоной нечувствительности σy)
При достижении Y величины Yз регулятор должен был бы сработать, однако, ввиду наличия зоны нечувствительности σу, изменение регулирующего воздействия с Xmax до Xmin происходит с некоторым запаздыванием, при Y>Yз (рисунок 10.3). Таким образом, при использовании двухпозиционных регуляторов величина Y совершает колебания относительно заданного значения Yз. Такие колебания относительно среднего значения с амплитудой А и периодом Т называются автоколебаниями. Период автоколебаний Т = Тв + То, где Тв и То- периоды включения (Х = Xmax) и отключения (Х = Xmin) сигнала регулирующего воздействия соответственно. На рисунке 10.3 изображены так называемые симметричные автоколебания (относительно линии Y = Yз) регулируемой величины.
На практике чаще приходится сталкиваться с автоколебаниями, форма которых несимметрична относительно линии Y = Yз (см. рисунок 10.4).
При несимметричных автоколебаниях возникает так называемая квазистатическая ошибка регулирования «а», равная отклонению среднего значения (оси) автоколебаний от заданного значения регулируемой величины Yз. При Тв< То, а >0, т.е. среднее значение автоколебаний лежит выше прямой Y=Yз и наоборот. Качество двухпозиционного регулирования характеризуется параметрами возникающих в системе автоколебаний: амплитудой А, частотой колебаний и смещением «а» среднего значения относительно заданного значения Yз. Эти параметры зависят от времени запаздывания tз и емкости объекта регулирования, его нагрузки Z, величины зоны нечувствительности регулятора σу и пределов изменения регулирующего воздействия ∆Х= Хmах- Хmin .
Чем меньше А и «а», тем выше качество регулирования, при этом частота колебаний не должна быть очень большой.
Рисунок 10.4 - Изменение выходной величины при несимметричных автоколебаниях
С увеличением зоны нечувствительности позиционного регулятора σу качество регулирования ухудшается: увеличивается амплитуда А и период колебаний Т в системе. Амплитуда уменьшается с уменьшением ∆Х, т.е. величины регулирующего воздействия. Однако здесь необходимо иметь в виду, что величины Хmах и Хmin зависят от нагрузки объекта Z. Поэтому большие пределы изменения регулирующего воздействия ∆Х могут быть установлены только при незначительных колебаниях нагрузки объекта регулирования.
От нагрузки объекта зависит, в основном, величина и знак параметра «а» - смещения оси автоколебаний относительно Yз. При определенной нагрузке Z=Zо для данного объекта а=0. При Z>Zo величина а<0, а при Z<Zо для данного объекта а>0. Отклонение нагрузки от Zо в обе стороны приводит к возрастанию периода автоколебаний Т.
Позиционные регуляторы просты по конструкции, надежны в работе, несложные в настройке и обслуживании. Поэтому во всех случаях, когда позиционные регуляторы способны обеспечить требуемое качество регулирования, следует применять именно их. Обычно позиционные регуляторы используют на объектах, обладающих малым запаздыванием, большой емкостью.
15 Назначение и принцип действия электросилового и электропневматического преобразователей.
Электросиловой преобразователь:
Предназначен для преобразования первично-измерительной информации (механич. воздейств.) в унифицированный токовый сигнал.
l – усилие
1 – Т-образный рычаг; 2 – пружина для установки устройства на ноль;
3 – Г-образный рычаг; 4 – упор для изменения пределов преобразования;
5 – дифференциально-трансформаторный преобразователь;
6 – усилитель; 7 – Электромагнит (для создания силы обратной связи – Рос во избежание опрокидывания рычажной системы); 8 – нагрузка или потребитель.
Электропневматический преобразователь
Предназначен для преобразования первично-измерительной информации в унифицированный сигнал (20-100кПа).
5 – тонкая металлич. стальная пластина жесткоприкрепленная; 6 – сопла;7 – пневмоусилитель ; 8 – сильфон (тонкостенная трубка с перфорированными стенками).
В качестве потребителя может быть вторичный прибор или регулятор.
16 Прядок выбора типа автоматического регулятора и определение его настроечных параметров.
При выборе типа руководствуются следующим:
1.) динамическими свойствами объекта регулирования (ОР)(самовыравнивание, емкость, время запаздывания).
2.) величиной и характером возмущающего воздействия.
3.) требованиями, предъявляемыми к качеству регулирования.
Один и тот же переходный процесс можно получить с помощью различных типов АР. Следует стремится к более простому:
И→П→ПИ→ПР→ПИР.
Т.к. качество регулирования это вполне определяемые числовые параметры, то наряду с выбором типа АР определяют его настроечные параметры.
3 способа:
1.) экспериментальный путь – надежный, но трудоемкий способ, в ряде случаев ограниченный невозможностью больших отклонений регулир. величины.
2.) аналитический путь - должно быть известно уравнение динамики и его коэффициенты. Подставляя различные законы регулирования и значения насроечных параметров, решают эти уравнения.
3.) с помощью монограмм и эмпирических формул – определяют настроечные параметры для заданного типа переходного процесса для ОР 1-го порядка. ОР более высокого порядка приблизительно равен рассмотр. как ОР 1-го порядка с временем запаздывания tз, кот. Отражается в правой части ур-ния:
17.Основные понятия и определения ТАР
Технологический процесс организуеться на соответствующем оборудовании, который называется ТОУ-технологический объект управления. Качество работы ТОУ оцениваеться одним или несколькими параметрами, которые называються выходными.
Параметры оказывающиеся влияние на выходные назыв. входными. Входные параметры деляться на 2-е группы:
Возмущающие – подвержены произвольным колебаниям во времени, их отклонения от заданных значений приводит к отклонению выходных параметров в связи с чем возникает необходимость управления объектов.
Внутренние – возникают внутри объекта( в результате изменения технических характеристик оборудовании яв процессе эксплуатации), очень медленно действующие возмущения. Характер (моменты) их проявления можно предположить. Например, накипь в теплообменнике, засорение форсунок, разрушение футуровки печей.
Внешние- поступают в объект из вне, например изменение давления пара, нагрузки теплообменника, - это быстродействующие возмущения. Моменты и характер проявления заранее неизвестны.
Управляющие – те, которые целенаправленно используются оператором или автоматическим устройством и служат для поддержания выходных параметров вблизи заданных значений.
В зависимости от вида обьекта управления и уровня автоматизации различают:
18.Структурные схемы АСР и и х преобразования
Для исследования различных по природе АСР с помощью единого матаппарата, их представляют в виде структкрных схем.
Для этого все элементы АСР разбивают на типовые звенья. С помощью правил преобразования структурных схем по известным динамическим свойствам типовых звеньев определяют динамические свойства всей системы в целом
Типовое звено рисуется в виде прямоуг.
Стрелки – например передача информации
Структурные схемы содержат узел связи, который характеризуется тем, что на вход подаются несколько величин, а на выходе образуется одна равная их алгебр. сумме
Узел разветвления. Характеризуеться тем, что входная величина разделена на нескольковеличин не менее своего значения
Последовательное соединение звеньев- выходная величина предыдущего звена являеться входной для последующего
Результат: надо упростить звено:
; ; ; перемножаем передаточные функции:
;
Параллельное: на входе любого звена подается один и тот же сигнал х,а выходные сигналы, суммируясь, дают выходной сигнал у
;;
При параллельном соединении экв перед.функция равна сумме передаточных функций:
Встречно-паралельное соединение(соединение с обратной связью):
Характеризуется тем, что на вход звена W1 подаеться сигнал х0 равный алг сумме основного входного сигнала х и выходного сигнала х’ со звена w2.
Если х и х – действительны в первом направлении, т.е. имеют одинаковый знак, то такая обратная связь положительная, если в разный, то называеться отрицательной
x0=x+x’
;;;;;
Усли бы имела место “-“ обратная связь, то х0=х-х’, в знаменателе стоял бы знак +
Вопрос- 19Термопреобразователи сопротивления,ТС Принцип действия термопреобразователя сопротивления основан на использовании зависимости электрического сопротивления чувствительного элемента от температуры. R=f(t) Вид этой функции зависит от природы материала чувствительного элемента, в идеале линейная функция. Применяются только чистые металлы и полупроводниковые материалы (терморезисторы), отвечающие основным требованиям: Нейтральность к измеряемой среде - высокий и неизменный коэффициент электрического сопротивления. Для большинства чистых металлов в диапазоне 0-100ºС температурный коэффициент составляет α =4.10-3 1/ºС, у терморезисторов температурный коэффициент сопротивления на порядок больше(3-4.10-2 1º/С ).-Характеристика R–tº без резких отклонений и гистерезиса -Большое удельное электрическое сопротивление
Данным требованиям в определённых температурных интервалах отвечают платина, медь, никель , вольфрам, железо, специальные полупроводниковые материалы. Промышленностью выпускаются 2 большие группы металлических стандартных термопреобразователей сопротивления: платиновые и медные. Платиновые работают в диапазоне –200÷+650ºС, медные –50÷+180)º С. . Платиновые ТС выпускаются одинарные и двойные ( в арматуре два не связанных электрически элемента). Медные ТС выпускаются только одинарными. Чувствительные элементы платиновых ТС выполняют платиновыми спиралями из проволоки 0,1мм на керамическом каркасе в каналах или многослойная намотка на керамическом каркасе. К платиновой проволоке припаиваются медные выводы. Элементы медных ТС выполняются из эмалированной проволоки Ǿ 0,08-0,1 мм многослойно безиндукционно намотанной (бифилярная намотка) на пластмассовый стержень. Выводы медные Ǿ 1-1,5мм. Выпускается широкая номенклатура ТС на различные пределы измерения и в различных конструктивных оформлениях, соответствующих условиям эксплуатации. Типовая конструкция ТС состоит из чувствительного элемента, наружной защитной арматуры (нержавеющая сталь, латунь) штуцера, крепления, головки с контактной колодкой.
ТС платиновые. Обозначение ТСП. Градуировка [R=f(t)] 21 и 22.
ТС медные. Обозначение ТСМ. Градуировки 23 и 24.
Монтаж ТС выполняется с помощью штуцеров или фланцев заводского изготовления или специального крепежа по месту. Требования к монтажу аналогичны требованиям к монтажу термопар
–Приборы В качестве измерительных приборов, применяемых в комплекте с ТС используются уравновешенные и неуравновешенные мосты и лагометры. Для дистанционной передачи сигнала используются вторичные нормирующие преобразователи ТС в стандартные сигналы 0-10в, 0-5ма, 4-20ма. Из измерительных приборов наибольшее распространение получила схема с применением уравновешенного моста, в которой первичный преобразователь ТС подключается к прибору по 3-х проводной схеме, практически исключается погрешность от изменения сопротивления проводов (ТС-прибор) из-за колебаний температуры окружающей среды. В 3-х проводной схеме сопротивление соединительных проводов не влияет на результаты измерения. Для уравновешенного моста справедливо выражение: Rt=kRp –k1 Изменение Rt можно уравновесить изменением Rp. Rp можно выразить шкалой в ˚С.
№20 Статические и астатические элементы АСР. Типовые звенья АСР: динамические свойства, переходные характеристики.
Любую АСР можно представить в виде соединения простейших в динамическом отношении типовых звеньев. Под типовым звеном понимается звено с одним вход. и выход. параметром и описывается ур-нием динамики не выше второго порядка.
Все типовые звенья делится на 2 гр:
- статические
- астетические.
К статич. относят такие звенья, у кот. при ступенчатом изменении вход. величины, выходная, изменяясь во времени, приходит в новое установившееся состояние.
К астатич. Относят такие звенья, у кот. при ступенчатом изменении вход. величины, выход. величина приходит к постоян. скорости своего изменения.
Типовые статич. звенья.
Под переход. хар-кой поним. реакция сис-мы на единичное ступенчатое возмущение h(t).
Астатич. типовые звенья
Ти- постоянная от времени интегрирования-это
время, за кот. выход. величина достигает значен.
вход. величины.
где ТD- время дифференцирования, за кот. выход.величина пропорциональна изменению скорости вход. велич.
Общий вид дифферен.звена:
№21 Государственная система приборов и средств автоматизации
К к.50-х 20в. появилась госуд. система приборов ГСП осн. задачей кот. являлась удовлетворение потребителей приборами и средствами при номин. номенклатуре выпускаемой продукции.
- по функциональному назначению все приборы ГСП делятся на 4 гр:
1) датчики- первич. Измерит. Преобразователь, предназначенный для преобразования измеряемой величины в сигнал удобный для хранения.
2) приборы логической переработки информации ( вторичные приборы, автоматические регуляторы, передающие устройства)
3) исполнительные устройства (электрические, пневмотические, гидравлические)
4) уст-ва, кот. обеспечивают нормал. работу первых 3-х ( фильтры, клапана, блоки питания)
- по виду использ. энергии все приборы ГСП делится на 4 ветви:
1) электрич. ветвь – источник энергии явл. электричество. Носителем явл. токовый сигнал 0…5 мА.
+ - высокая точность, возможность передачи сигнала на большие расстояния
-- - сложность.
2) пневмотическая ветвь – источник энергии давление сжатого воздуха 140 кПа. Носителем информ. явл. пневмотический сигнал в диапазоне 20-100 кПа
+ - простата, надежность, невысокая стоимость
-- - ограниченный радиус действия
3) гидравлическая ветвь – источник энергии и носителем информации явл. давление жидкости.
4) уст-ва прямого действия – кот. не требует дополнит. Источника энергии для своей работы, а используют энергию среды параметры которой они регулируют.
+ - не требуют дополн. источник энергии.
-- - отсутствие дистанцион. Управления, невысокая мощность.
№22 Уровнемеры и сигнализаторы уровня: уст-во, принцип действия. Ист. возникнов. погрешностей и способы их компенсации.
Средства измерения уровня широко используются в производствах связанных с переработкой и транспортировкой больших объемов жидких продуктов, а также на элеваторах и мельницах.
Современные приборы для измерения уровня можно разделить на 2 гр:
- уровнемеры, обеспечивающие получение непрерывной информации о положении уровня в контролируемой емкости в люб. момент времени;
- сигнализаторы, обеспечивающие получение информации (сигнала) о достижении уровнем каких-либо значений.
Уровнемеры могут быть снабжены сигнализирующими устройствами и выполнять функции сигнализаторов.
Разнообразие условий измерения обусловило применение большого количества физических принципов, положенных в основу средств измерений. Широкое применение находят механические, гидростатические, электрические, акустические. Радиоизотропные принципы действия.
Механ. уровнемеры (поплавковые, мембранные, контактно-механ., вибрационные): получили широкое распростран. благодаря простате, надежности и низкой стоимости. к этой группе относят средства измерений, основанные на использ. механ. силового воздействия уровня измеряем. материала на его чувствит. элемент.
Поплавковые уровнемеры: принцип действия основан на использ. перемещения поплавка, плавающего на поверхности жидкости.это перемещение механически или с помощью системы дистанционной передачи (механической, пневматической,электрической, частотной и др.) передается к измерительной части прибора. Изменение уровня жидкости в емкости определяется с помощью поплавка 1, плавающего на ее поверхности. Движение поплавка передается с помощью троса или мерной ленты 2, перекинутой через ролики 3 и 4, на мерный шкив 6, на оси которого укреплена стрелка 5, показывающая по шкале уровень жидкости в резервуаре. Поплавок и трос уравновешиваются контргрузом 7 или пружиной. Поплавковые приборы также широко применяются в качестве сигнализаторов и реле предельных значений уровня неагрессивных или слабоагрессивных некристаллизующихся, а также неналипающих жидкостей.
Мембранные уровнемеры Мембранные сигнализаторы уровня применяются для измерения уровня зерна и других сыпучих неслеживающихся материалов.
Гидростатические уровнемеры основаны на измерении давления-столба жидкости или выталкивающей силы, действующей на тело, погруженное в жидкость. В пищевой промышленности нашли широкое применение буйковые и пьезометрические (барботажные) гидростатические уровнемеры, а также уровнемеры-манометры и: дифманометры.
Уровнемеры-манометры и дифманометры. К гидростатическим приборам относятся уровнемеры, основанные на измерении давления, которое создается столбом жидкости. Это давление, определяемое согласно формуле: р=pgH (1) измеряется с помощью манометров.
Уравнение (1) показывает возможность измерения уровня путем определения гидростатического давления жидкости. Известны два основных варианта измерения уровня с помощью манометров: путем установки специального чувствительного элемента внутри емкости, в которой производится измерение, и путем .подключения манометра к сливному трубопроводу. Между манометром и жидкостью, находящейся в резервуаре, устанавливается разделительная мембрана (чаще всего резиновая). На этом принципе построен прибор для измерения уровня вина, состоящий из резиновой камеры, соединительной полиэтиленовой трубки и манометра, отградуированного в единицах измерения уровня. Погрешность таких приборов достигает ±4%, что для технических целей вполне приемлемо. Для измерения уровня жидкости, находящейся под давлением (например, уровня воды в барабанах паровых котлов), широко применяются гидростатические уровнемеры, основанные на принципе измерения разности давлений двух столбов жидкости с помощью дифманометрон. Подобные уровнемеры обеспечивают достаточно высокую точность измерения, однако необходимо иметь в виду влияние на нее изменения плотности жидкости, что должно быть учтено при градуировке приборов. Дифманометры-уровнемеры могут применяться также для измерения уровня жидкостей, находящихся в открытых сосудах или под вакуумом.
В электрических уровнемерах изменение уровня с помощью первичного измерительного преобразователя преобразуется в электрический сигнал, который измеряется каким-либо электроизмерительным прибором. При этом используются электрические свойства среды — ее электропроводность, диэлектрическая проницаемость и др.
Электролитические уровнемеры Принцип действия этих приборов-сигнализаторов уровня — основан на возникновении ЭДС между двумя различными металлами при погружении их в электролит. Чувствительный элемент сигнализатора представляет собой электродную систему, состоящую из металлической трубы и внутреннего стержня, изолированного от трубы. При достижении уровнем электролита чувствительного элемента возникает ЭДС, которая фиксируется измерительным прибором. На этом принципе построены сигнализаторы уровня раздела двух сред.
Акустические уровнемеры Принцип действия акустических (ультразвуковых) уровнемеров основан на свойстве колебаний отражаться от границы раздела сред с различным акустическим сопротивлением. В уровнемерах, как правило, используется метод импульсной локации границы раздела газ — жидкость (сыпучий материал) со стороны газа. Мерой уровня в этом случае является время распространения ультразвуковых колебаний от источника излучений до плоскости (границы) раздела и обратно.
Диапазон измерения уровня 0—3 м; класс точности 2,5; температура контролируемой среды 10—80° С; давление среды 0,6—4 МПа.
Радиоизотопные уровнемеры
Принцип действия радиоизотопных уровнемеров основан на использовании зависимости интенсивности потока ионизирующего излучения, падающего на приемник (детектор) излучения, от положения уровня измеряемой среды.
23. Термоэлектрические термометры: устройство, принцип действия, области применения
Термоэлектрический термометр состоит из термоэлектрического преобразователя температуры (термопары) и вторичного прибора. Измерение температуры осуществляется косвенным методом — путем измерения с помощью вторичного прибора термоэлектродвижущей силы (термоЭДС) термопары, однозначно зависящей от разности температур рабочего (горячего) спая термопары и ее свободных концов. Эта зависимость (статическая характеристика термопары) стандартизована для температуры свободных концов, равной 0°С. При температуре свободных концов Т °С величина ЭДС термопары Ет(t) отличается от стандартной на постоянную величину Е0 (Т):
Ет(t) = Е0(t) — Е0(Т), (1.1)
где ЕТ(t) и Е0(t) — ЭДС термопары при температуре рабочего спая t°С и температуре свободных концов соответственно Т °С и 0 °С;
Е0(Т) — ЭДС термопары при температуре рабочего спая Т °С и температуре свободных концов 0 °С
По уравнению (1.1) характеристика термопары может быть пересчитана для любой температуры свободных концов термопары.
24. Цифро-аналоговый преобразователь: схема, принцип действия.
ЦАП предназначен для преобразования цифрового сигнала в аналоговый.
Rвх - входные сопротивления
Rос - сопротивления обратной связи
- коэф-т усиления
ХУ Y=f(x)
Пример: Roc=10 кОм
Rвх=10 кОм
Roc=10 кОм Uвх=0,5 В
Rвх=1 кОм
Предположим, нам надо преобразовать цифр. сигнал поступающий с процессора
в аналоговое напряжение , изменяющее в диапазоне от 0 до 3 В.
Таблица истенности:
|
входы |
выходы |
|||
|
D |
C |
B |
A |
Uвых |
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
0 |
0 |
0 |
1 |
0,2 |
|
0 |
0 |
1 |
0 |
0,4 |
|
0 |
0 |
1 |
1 |
0,6 |
|
0 |
1 |
0 |
0 |
0,8 |
|
0 |
1 |
0 |
1 |
1,0 |
|
0 |
1 |
1 |
0 |
1,2 |
|
0 |
1 |
1 |
1 |
1,4 |
|
1 |
0 |
0 |
0 |
1,6 |
|
1 |
0 |
0 |
1 |
1,8 |
|
1 |
0 |
1 |
0 |
2,0 |
|
1 |
0 |
1 |
1 |
2,2 |
|
1 |
1 |
0 |
0 |
2,4 |
|
1 |
1 |
0 |
1 |
2,6 |
|
1 |
1 |
1 |
0 |
2,8 |
|
1 |
1 |
1 |
1 |
3,0 |
Ключи все разомкнуты.Входное напряжение на операцион. усилителе=0,
Выходное напряжение =0(см. 1 строку таблицы)
Ключ А находится в замкнутом положении(состояние логической единицы).
На операцион. усилитель подается 3В. Коф-т усиления
Uвх= Uв*Кu=3*0,066=0,2 B
Комбин. 0010, т.е. замкнутый ключ В.
Uвх=3*0,13=0,4
Все ключи замкнуты Кu=1. На выходе получается полные 3В.
Вместо 3В можно взять любое напряжение, не превышающее напряжение питания, изменив сопротивление.
25.Преоразователи температуры: классификация, области применения.
Для измерения температуры применяется большое число средств измерения или технических средств, называемых термометрами, с помощью которых сигнал температурной измерительной информации преобразуется в вид, удобный для непосредственного восприятия наблюдателем, автоматической обработки, передачи и использования в автоматических системах регулирования и управления. В промышленной термометрии применяются два основных метода измерений: контактный и бесконтактный.
При измерении контактным методом чувствительный элемент термометра находится в непосредственном контакте (соприкосновении) с измеряемой средой. Бесконтактными методами температура определяется по тепловому электромагнитному излучению нагретых тел.
Широко распространенными средствами измерения температуры, основанными на использовании контактного метода, являются термометры расширения(жидкостные,дилатометрические,биметаллические,манометрические,газовые,конденсационные), термоэлектрические термометры используются с милливольтметрами и потенциометрами, термометры сопротивления. Кроме того, известны также термошумовые, пьезокварцевые, акустические, магнитные и некоторые, другие виды термометров, которые пока не получили широкого применения в промышленной термометрии. Выбор того или иного технического средства для измерения температуры зависит от многих факторов, связанных с диапазоном изменения температуры, точностью измерений, составом и свойствами измеряемой среды, дистанционностью измерения и т. д.
Температура относится к таким физическим величинам, которые не поддаются непосредственному измерению. Поэтому при определении ее всегда преобразуют в другую физическую величину, легко поддающуюся измерению. При этом необходимо располагать уравнением, связывающим температуру с этой физической величиной. Все это означает необходимость введения температурной шкалы, которая представляет собой непрерывную совокупность чисел, линейно связанных с численными значениями какого-либо физического свойства тела, представляющего собой однозначную и монотонную, функцию температуры
26Аналогово- цифровой преобразователь (АЦП) – преобразует аналоговый сигнал в цифровой (двоичное число).
Например: термопара – преобразует температуру в напряжение.
На вход АЦП подается аналоговый сигнал (А). Компаратор сравнивает выходной сигнал А ЦАП с входным сигналом (А). Если А>В, то логический элемент & пропускает счетные импульсы в счетчик. Счетчик подсчитывает эти импульсы. Постепенно увеличивая двоичное число. Как только напряжение В превысит входной сигнал А, вентиль & запирает подачу импульсов. Полученная в счетчике двоичная комбинация передается в процессор, а счетчик обновляется, и счет начинается сначала.
Например: На вход А подано U=2В. Счетчик досчитает до комбинации 1010, после чего остановится и сбросит свои показания на 0.
27Принцип действия термоэлектрических преобразователей основан на использовании термоэлектрического эффекта, который заключается в том, что в замкнутой цепи, состоящей из двух или нескольких разнородных проводников, возникает электрический ток, если места соединения (спая) нагреты до различной температуры. Термоэлектрический эффект: для разных металлов разное число свободных электронов, диффузия электронов через спай, электроды А и В заряжаются + и -, возникает электрическое поле, между электродами А и В возникает разность потенциалов – термоЭДС. Если tо – const, то Еав=f(t). Измерение температуры сводится к измерению термоЭДС термопары. Для включения в цепь электроизмерительного прибора или вторичного преобразователя её следует разорвать в спае с температурой tо. ТермоЭДС не изменится с введением в её цепь третьего проводника (С), если концы этого проводника имеют одинаковую температуру. Это позволит включать в цепь преобразователя соединительные провода, измерительные приборы. Погрешность, возникающая вследствие изменения температуры свободных концов, устраняется применением компенсационных проводов для отвода свободных концов преобразователя в зону с известной постоянной температурой. Как правило, эти провода изготовляются из тех же материалов, что и термоэлектроды, а для платинородий, платиновых одна жила из меди, другая- из медно-никелевого сплава.
Стандартизовано 5 основных типов технических ТПТ: Платинородий(+электрод) (10% родия)—платина(-электрод). Обозначение «ТПП». Лучшие преобразователи до температуры 1300-1600ºС. Термоэлектроды из проволоки Ǿ 0,5 и Ǿ1мм изолируется фарфоровыми бусами или трубками.
Платинородий (30% родия) – платинородиевые (6% родия). Обозначение «ТПР». Применяются до температуры 1600- 1800ºС. Не требуют поправки на температуру холодных спаев, т. к. при 20ºС развивают всего около 2мв.
Хромель- алюмелевые. Обозначение «ТХА». Применяются до температуры 1100 - 1300ºС.
Хромель- копелевые. Обозначение «ТХК». Применяются до температуры 600- 800ºС. Развивают наибольшую термоЭДС (около 7мв на 100ºС).
Вольфрам- рений (5% рения)- вольфрамрениевые( 20% рения). Обозначение «ТВР». До температуры 2300 ºС.
Термоэлектрические преобразователи температуры (термопары) градуируются при температуре свободных концов 0ºС, каждый тип термопары имеет градуировочную таблицу зависимости термоЭДС от температуры при условии температуры свободных концов=0ºС. На практике вторичные приборы: милливольтметры, потенциометры и вторичные преобразователи (U-U), (U-I) градуируются при температуре свободных концов 0ºС, а работают в условиях t0 свободных концов 20ºС. . На разность в 20ºС в показания вторичных приборов вводятся поправки во избежание существенных погрешностей измерения. Для защиты от механических повреждений и от воздействия измеряемой среды электроды ТПТ помещаются в специальную защитную арматуру: защитная гильза (нержавеющая сталь, корунд, окись алюминия), головка для присоединения термоэлектродов и компенсационных проводов. Существуют термопары без защитной арматуры, спай электродов приваривается к конструкции объекта измерения, напр. трубопровод. Имеется большое разнообразие типов и конструкций защитной арматуры, предназначенной для различных условий эксплуатации термопар: обычного исполнения, с подвижным и неподвижным штуцерами, вибро- и ударопрочные, пожаро- и взрывобезопасные, на низкие и высокие давления, с низкой тепловой инерционностью т.д. Термопары монтируются, как правило, с помощью патрубков (бобышек, гильз), ввариваемых в трубопровод на глубину до оси сечения, привариваемых к конструкциям и штуцеров защитной арматуры. В случае применения термопар в системе сбора информации, требующей дистанционной передачи данных, они подключаются к вторичному нормирующему преобразователю U‗→U‗0-10в; U‗→I‗0-5мa, 4-20 мa или преобразователю с цифровым выходом на общую шину.
28Влияние Д-составляющей закона регулирования на качество переходных процессов АСР.
Таким образом добавление Д-составляющей не повлияло на статическую ошибку, но увеличило емкость системы (время реагирования). Обычно Д-составляющую вводят в тех случаях, когда имеют место большие резкие возмущения или объект регулирования обладает большим временем запаздывания.
29. Расходомеры постоянного перепада давления. Индукционные расходомеры: устройство, принцип действия, область применения.
Расходомеры постоянного перепада давления: ротаметры, поплавковые и поршневые. Принцип действия основан на зависимости от расхода в-ва вертикального перемещения тела – поплавка, находящегося в потоке и изменяющего при этом площадь проходного отверстия прибора т. о., что перепад давления по обе стороны поплавка остается постоянным.
Ротаметры. Применяются для измерения расходов однородных потоков чистых и слабозагрязненных жидкостей и газов, протекающих по трубопроводам и неподверженных значительным колебаниям (виноделье, спиртопр-во и др.).
Ротаметр представляет собой длинную коническую
трубку 1, располагаемую вертикально, вдоль кото
рой под действием движущегося снизу вверх пото-
ка перемещается поплавок 2. Он перемещается до
тех пор, пока площадь кольцевого отверстия между
поплавком и внутренней поверхностью конусной
трубки не достигнет такого размера, при котором
перепад давления по обе стороны поплавка не ста-
нет равным расчетному. При этом действующие си-
лы на поплавок уравновешиваются, а поплавок ус-
танавливается на высоте, соответствующей опреде-
ленному значению расхода.
Поплавковый расходомер постоянного перепада давления.
Состоит из поплавка 1 и конического седла 2,расположенного в корпусе прибора. Коническое седло выполняет ту же роль, что и коническая трубка ротаметра. Различие в том, что длина трубки и диаметр седла примерно равны, а у ротаметра длина трубки значительно больше ее диаметра.Поршневой расходомер.Чувствительным элементом явл. поршень 1, перемещающийся внутри втулки 2. Втулка имеет входное отверстие 5 и выходное 4, которое является диафрагмой переменного сечения. Поршень с помощью штока соединен с сердечником передающего преобразователя 3. Протекающая через расходометр жидкость поступает под поршень и поднимает его. При этом открывается в большей или меньшей степени отверстие выходной диафрагмы. Жидкость, протекающая через диафрагму, одновременно заполняет также пространство над поршнем, что создает противодействующее усилие.
30. Влияние И-составляющей закона регулирования на качество переходных процессов АСР.
,
По табл. Лапласа ищем изображение единичного ступенчатого возмущения.
, т.о.
Умножим все члены последнего уравнения на Р:
;
;
;
1. Корни вещественные и оба отрицательные. Отсутствует статическая ошибкаД>0.
2. Корни вещественные и оба одинаковые Д=0.
; ;
3. Корни комплексные Д<0.
При использовании И-регулятора с устойчивым объектом 1-го порядка в зависимости от коэф-тов ур-ния динамики и настроечного параметра Ти возможны как апериодические, так и колебательно-затухающие переходные процессы. При этом статическая ошибка во всех случаях =0.
31. Жидкостные манометры, принцип действия, преимущества, недостатки.
Принцип действия основан на уравновешивании измеряемого давления или разности давлений давлением столба жидкости. Они имеют простое устройство и высокую точность измерения, широко применяются как лабораторные и поверочные приборы. Жидкостные манометры подразделяются на: U-образные, колокольные и кольцевые.
U-образные. Принцип действия основан на законе сообщающихся сосудов. Они бывают двухтрубные (1) и чашечные однотрубные(2).
1) 2)
1) представляют собой стеклянную трубку 1, укрепленную на плате 3 со шкалой и залитую запорной жидкостью 2. Разность уровней в коленах пропорциональна измеряемому перепаду давления. «-»1.ряд погрешностей: вследствие неточности отсчета положения мениска, изменения Т окруж. среды, явлений капиллярности (устраняется введением поправок). 2. необходимость двух отсчетов, что приводит к увеличению погрешности.
2) предст. собой модификацию двухтрубных, но одно колено заменено на широкий сосуд (чашечку). Под действием избыточного давления уровень жидкости в сосуде снижается, а в трубке повышается.
Поплавковые U-образные дифманометры по принципу действия подобны чашечным, но для измерения давления в них используют перемещение поплавка, помещенного в чашку, при изменении уровня жидкости. По средством передаточного устройства перемещение поплавка преобразуется в перемещение показывающей стрелки. «+» широкий предел измерения.
Колокольные манометры. Используются для измерения перепадов давления и разряжений.
В этом приборе колокол 1, подвешенный на постоянно растянутой пружине 2, частично погружен в разделительную жидкость 3, налитую в сосуд 4.При Р1=Р2 колокол прибора будет находиться в равновесии. При возникновении разности давлений равновесии нарушит-ся и появиться подъемная сила, кот. будет перемещать колокол. При перемещении колокола пружина сжимается.
Кольцевые манометры. Применяются для измерения разности давления, а также небольших давлений и разряжений. Действие основано на принципе «кольцевых весов».
32.Многоконтурные АСР
Многоконтурные АСР обычно используют в тех случаях когда одноконтурный АСР даже с п-регулятором не позволяют получить требуемого кач-ва регулирования (чаще всего это объекты обладающие большим временем запаздывания). Широкое распространение в пищевой промышленности получили каскадные АСР, кот. также относятся к многоконтурным АСР. Каскадные обычно используют в тех случаях, когда наряду с основным технологическим параметром У , можно найти вспомогательный У’, кот. также зависит от основного возмущаещего воздействия, но имеет меньшее время запаздывания.
Тем больше эффективность работы таких систем, чем выше разность между t3 и t3, .
33. Функциональная структура и классификация измерительных устройств.
По поводу измеряемой величины :
По виду показаний :
По принципу действия :
По месту нах-ия :
По условию работы :
По назначению :
1 Хар-ки влияющие на результат измерения:
2 Хар-ки погрешности :
3 Хар-ки чувствительности
4 Динамич. хар-ки :
5 Хар-ки взаимодействия с подкл. устройствами :
Статич. хар-ка – это зависимость выходной величины от входной величины, в равнов. сост. стараются получ. ее линейно.
Погрешность g=1/2 цены деления.
Чувствительность- степень влияния входной величины на выходную.
Адитивная погрешность остается постоянной, мультипликативная погрешность увеличив. с увелич. значений измеряемой величины.
Различ. реальный и номинальный f-преобразования.
Номинальные f-преобразования соответ. данному типу прибора и указаны в паспорте. Реальные f- преобразовыния имеет конкретный прибор.
Погрешность гистерезиса обусловлена наличием в средствах измерений элементов, обладающих электрич. или магнитным гистерезисом.Выражается в несовпадении прямого и обратного ходов. Оценкой этой погрешности явл вариация:
Погрешность нелинейности обусловлена нелинейностью статистической хар-ки. Выходная величина зависит не только от выходной, но и от скорости ее изменения. Описание инерционных свойств приборов использ. динамические хар-ки.
Динамическая хар-ка представляет собой динамическое звено первого порядка
Динамические хар-ки оценивают при подаче на вход. устройства ступенч. вход. сигнала.
Нормирование осущ. на стадии приемочных испытаний. Далее через временной промежуток они должны подтверждаться. Отклонение хотя бы одной из хар-ик не допускается. Сущ. общий подход при нормировании метрологических хар-ик.
Для f-приборов задается виде уравнений или таблиц, все ост. метрологич. хар-ки устанавливаются в пределах нормы: класс точности, может выражаться относительной и приведенной погрешностей.
Если погрешность носит аддитивный хар-ер, то она нормир. абсолютной или приведенной погрешностью. Если носит мультипликативный хар-ер, то нормируется относительная погрешность.
34. Статистика и динамика АСР. Способы получения уравнений динамики, линейные системы. Линеаризация характеристик реальных элементов.
АСР и ее элементы могут находиться как в равновесном, так и в неравновесном состоянии. Равновесное состояние характеризуется постоянством во времени вход. и выход. Величин. Однако в пр. работы равновесное состояние нарушается. Выход. и вход. величины начинают изменяться во времени. Такое состояние называется неравновесным.
Зависимость между вход. и выход. величинами в равновесном состоянии наз. статической хар-кой и описывается уравнением 1: y=f(x)
Зависимость между вход. и выход. величинами в неравновесном состоянии наз. динамической хар-кой и описыв. уравнением 2: y=f(x,t)
В большинстве случаев статич. хар-ка носит нелинейный хар-ер. Поэтому на практике использ. обычно линейный участок осуществляющий ее линеелизацию.
Для этого непрерывную дифференц. f разлагают в ряд Тейлора.В окресности рабочей точки А т.е.
Отбрасывая бесконечно малые величины начиная со второго порядка и приводя к соотв. значению, получаем
y=2x3 y,=6x2 k=y,/x=2=24
Линейное ур-ние статики АСР в общ. виде у=кх где к- коэффициент усиления или передачи.
Ур-ние динамики линейной АСР представляет собой неоднор. диффер. ур-ние с постоян. коэф.В общем виде записыв. след. образом:
(t)=
y(t)- изменение во времени выходной величины
х(t)- изменение во времени входной величины
Решить последнее ур-ние , значит найти изменения во времени у(t) при известном вход. воздействии.
Следует отметить что в автоматике не польз. абсолютными знач. величин , а их отклонениями относительно базисных. При этом под базисным понимают знач. вход. и выход. величин на момент выхождения системы в равновесное состояние:
Вопрос №35 - Классификация АСР
Автоматические системы регулирования классифицируются:
1. по принципу регулирования:
- системы, работающие по отклонению (y от yз)
- системы, работающие по возмущению
- комбинированные системы
2. по числу регулируемых параметров:
- многомерные
- одномерные
3. по числу контуров:
- одноконтурные
- многоконтурные
4. по назначению или характеру задающего воздействия:
- система автоматической стабилизации
yз=const
- программные системы
yз=f (t)
Такие системы оснащены уст-вами, формирующими yз во времени
- следящие системы
yз=f (y1)
Здесь yз заранее неизвестна., но известна функциональная зависимость, связывающая его с некоторым технологическим параметром.
5. по характеру регулирующего воздействия:
- непрерывные
- позиционные
В непрерывных АСР непрерывному выходному сигналу соот. непрерывный входной сигнал на выходе из любого элемента АСР.
Позиционные АСР содержат звенья, в которых преобр. непрерывную входную и выходную величины.
Вопрос №36 – Назначение и принцип действия электросилового преобразователя
Преобразователи предназначены для приведения сигнала измерительной информации к виду, удобному для его передачи по соответствующим каналам связи.
Принцип действия электросилового преобразователя – измеряемая физическая величина xвх воспринимается чувствительным элементом измерительного устройства 1 и преобразуется в пропорциональное ей усилие q. Это усилие через рычажную систему 3 и 4 передаточного механизма электросилового преобразователя 2 уравновешивается усилием обратной связи qос, развиваемым механизмом обратной связи, который состоит из постоянного магнита N-S с полюсными накладками 12 и круглой рамки 11, закрепленной на рычаге 10. При протекании выходного постоянного тока Iвых через обмотку рамки 11 возникает усилие обратной связи qос.
При изменении изменяемой величины, а ,следовательно, усилия q, при помощи трансформаторного (или другого) преобразователя происходит преобразование в сигнал напряжения переменного тока. Этот сигнал поступает на усилитель, служащий для усиления и преобразования ЭДС в унифицированный выходной сигнал постоянного тока Iвых, который и преобразуется в усилие qос.
Вопрос №37 – Милливольтметры, потенциометры – назначение, принцип действия.
Для измерения термоЭДС в термоэлектрических термометрах используются различные приборы, например милливольтметры и потенциометры. Принцип действия милливольтметров основан на взаимодействии проводника (рамки), по которому протекает электрический ток, и магнитного поля постоянного магнита. Рамка 1 помещается в магнитное поле постоянного магнита 3, при этом рамка имеет возможность поворачиваться на некоторый угол, для чего она крепится с помощью специальных подпятников. Для формирования равномерного магнитного потока служит сердечник 4. При прохождении тока в рамке возникают 2 силы, направленные в разные стороны и стремящиеся повернуть рамку вокруг оси. Противодействующий момент создается спиральными пружинами 2 (нижняя не показана), которые также служат для подвода термоЭДС к рамке.
В основе работы потенциометров лежит нулевой метод измерения ЭДС. При этом измеряемая ЭДС уравновешивается( компенсируется ) с помощью известного падения напряжения, а результирующий эффект измеряемой и известной ЭДС, подаваемый на измерительный прибор, доводится до нуля.
38 Устойчивость АСР. Критерий устойчивости Гурвица
Под переходным процессом в АСР понимается поцесс изменения регулируемой величины от момента нанесения возмущающего воздействия до прихода ее в равновесное состояние. В завис от динамических свойств АСР при конечном ступенчатом возмущении, могут иметь место следующие переходные процессы
апериодически-сходящийся апериодически-расходящийся
колебательный-сходящийся колебательный-расходящийся
Под устойчивостью понимается свойство системы самостоятельно приходить в равновесное состояние после устранения причины, вызвавшей отклонение из этого состояния
Для решения ур-ия можно представить в идее суммы 2-ух составляющих
где yc(t)— свободная составляющая перех. процесса и предст. собой решение соответствующего однородного уравнения динамики, т.е. вместо правой части уравн. ставиться нуль;
yb(c)—вынужденная составляющая перех. процесса предст. собой частное решение исходного ур-ия и зависящее от вида Z.
Система является устойчивой, если свободная составляющая переходного процесса при неограниченном возрастании времени стремиться к нулю
-- принцип Ляпунова
0 В соответствии с существующей методикой решение уравнения можно представить в виде суммы этих составляющих
-постр. коэффициенты; - корни уравнения
В том случае, если корни ур-ия были только вещественны, то характер каждой составляющей в выражении зависит от знака корняВ том случае, если имели место только сопряжен. корни, то для устойчивости системы необходимым условием явл-ся наличие отрицательной вещественной части
ар+а0=0
а2р2+а1р+а0=0
а3р3+а2p2+а1р+а0=0
Критерий устойчивости
С математической точки зрения крит. устойчивости хар-ет необходимые достаточные условия при соблюдении которых все корни характеристического уравнения имеют отрицательную вещественную часть. Система устойчива, если положительны все коэффициенты характеристического ур-ния. Это является небход. и достаточным условием лишь для урав. 1-го и 2-го порядка. Для уравнений высшего порядка это условие является необходимым, но не гарантирует устойчивость системы. В этом случае на коэффициент характеристического уравнения устанавливается дополнит. ограничения с помощью критериев устойчивости.
Критерий устойчивости Гурвица
По Гурвицу система устойчива, если положит. все коэффициенты характеристич. ур-ния, а так же положительны диагональные определители матрицы Гурвица an, an-1, an-2, an-3…. a4, a3, a2, a1, a0
и т.д.
-- система неустойчива
Пример:
Система неустойчива
39. Структурная схема включения УВК в замкнутый контур управления технологическим процессом
Управление осуществляется на основе матем. модели. Матем. модель разрабатывается на основе всесторонненего изучения технолог. процесса, т.е. изучение реакции выходных параметров на управляющее воздействие. На основе мат. модели разраб. алгоритм управления, т.е. процедура расчета управляющих воздействий, а на основе алгоритма управл. моделей пишется программа. Основным направлением повышения производительности и надежности АСУТП явл-ся создание многоуровневых распределительных систем управления. Традиционно АСУТП выполн. функции: сбор и обработку информации, выдачу управляющих воздействий, обработку технолог. параметров, представление и документирование информации и т.п. В централизованных АСУТП все эти функции выполнялись одной УВК (ЭВМ) с набором соответствующих модулей УСО.
Это снижало производительность АСУТП и требовало большое кол-во кабельных связей. В распределенных АСУТП на нижнем уровне устанавливаются интеллектуальный промышленные (программные) контролеры, осуществляющие прием и обработку информации в непосредственной близости от объекта управления, а функции анализа ее обобщения и представления выполняется с пом. ЭВМ, расположенных на более высоком уровне.
Сопряжение контролеров и ЭВМ осуществляется посредством локальных промышленных сетей, радиальных интерфйсов и соединений типа кольцо или звезда, или их комбинации.
Центральная станция обслуживает множество контроллеров, объединенных ч/з последовательный интерфейс Bitbus и др., выполняя роль диспечера сети. ЦС может осуществлять анализ аоступающей информации и управление в режиме реал. времени, может через сетевой интерфейс обращаться к серверу за необходимыми ресурсами (файлами, базами данных и др.).
40. Логические элементы: И, ИЛИ, НЕ.
Основными составляющими частями всех цифровых устройств явл-ся логические элементы. Логический элемент—система, которая основываясь на выходных сигналах решает, что ей ответить на выходе «да» или «нет». Логич. элементы могут быть собраны на переключателе, реле, диодах, транзисторах, на интегральных схемах.
Логический элемент И (вентиль) («все или ничего»)
Таблица истинности устанавл. жесткую связь между входами выходами. Замкнутое состояние ключа соответствует логической единице, разомкнутое— логическому нулю. Особенностью логич. элемента И явл. то, что входной сигнал А связан логич. функцией И с входным сигналом В, в результат на выходе появл. сигнал У. Сокращенная запись данного выраж. наз. Булевым выражением: А=У
Таблица истинности, булево выражение и условно-графич. изображение- это инструменты, кот. используются при создании цифровых устройств.
Логический элемент ИЛИ (что-нибудь или все)
Особенностью логич. эл-та ИЛИ явл-ся то, что на его выходе появл. сигнал низкого логич. уровня в том случае, если на оба входа также поданы сигналы низкого логич. уровня. Булево выражение: Y=А+В
Логический элемент НЕ (инвертор)
А=Ā Черточка над А обозначает, что сигнал инвертирован и читается «не А»
Логич. эл-ты И, ИЛИ, НЕ являются основными составляющими частями любых цифровых устройств. В промышленности выпускаются 7 элементов логич. схем. Наиб. широко представлена схема И-НЕ, что связано с ее универсальным характером.
41 Структурная схема устройств аналогового ввода информации
Датчики преобразования технологического параметра в электрические сигналы. Уровни этих сигналов, как правило, не соответствуют требованиям АЦП. Поэтому необходимые схемы нормализации сигналов АЦП преобразовывает аналоговый сигнал в цифровой, а устройство управления обеспечивает связь с ЦП и организовывает работу АЦП и мулитиплексора.
В ряде случаев для управления технологическим процессом требуется аналоговый выходной сигнал (исполнительный механизм, электропневматический преобразователь, частотный преобразователь). Сопряжение УВК с такими устройствами осуществляется посредству модулей аналогового вывода.
Структурная схема устройства аналогового вывода
ЦАП вырабатывает аналоговый сигнал, пропорционально цифровому значению поступающего от процесса. Устройство управления обеспечивает связь с ЦП и передачу данных к ЦАП. Выходные сигналы ЦАП (напряжение или ток) приводятся к виду, требуемого для управления исполнительного устройства.
42 Логический элемент И-НЕ, RS-триггер
|
А |
В |
И |
НЕ |
|
0 |
0 |
0 |
1 |
|
0 |
1 |
0 |
1 |
|
1 |
0 |
0 |
1 |
|
1 |
1 |
1 |
0 |
В промышленности выпускается 7 типов логических схем, наиболее широко представлена схема И-НЕ, что связано с универсальны ее характером.
Собирая логические схемы между собой можно поучить различные цифровые устройства. В общем случаи полученные схемы можно разбить на 2 группы: комбинационные логические схемы(КЛС) и последовательсные. КСЛ состояние выходов в любой момент времени определяется состоянием входов. В последовательсных схемах состояние выходов также зависит от предыдущего состояния входа. Структурной ячейкой в КСЛ является вентиль, в последовательсных является триггер. Собирая триггеры между собой можно получить счетчики, различные устройства запоминания.
RS-триггер
S,R-входы
Q,Q – выходы
|
R |
S |
Q |
Q- |
|
0 |
0 |
1 |
1 |
|
0 |
1 |
1 |
0 |
|
1 |
0 |
0 |
1 |
|
1 |
1 |
0 |
1 |
43 Структурная схема УВК (Управляющий вычислительный комплекс)
Используется для управления производственными процессами. В начале 60-80гг. основу УВК составляли малые линии ЭВМ. В появление микропроцессоров и микроЭВМ сфера применения УВК расширилась.
Отличие УВК от универсальных ЭВМ:
Структурная схема УВК
\
В-44Структурные схемы устройств дискретного ввода и вывода информации.
Схема нормализации сигнала ввода
Схема нормализации преобразует входн сигналы представленных в виде тока в сигналы напряжения, и содержат помеха защитную пороговую систему выход напряжения кот ровняется логической 1, Если вход напряжение превышает этот порог. Уст-во управления обеспечивает связь с ЦП и организует управление (внутреннее).
В ряде случаев для управления исполн уст-вами требуется наличие цифровых сигналов.
Например: В шаговый двигатель управляется не электрической величиной, а электрическими импульсами, электродвигатель исполн. механизма так же управляет электр импульсами. Кроме этого, модуль дискретного вывода может формировать последовательность электрических импульсов .кол-во и продолжительность кот может задаваться программой.
Структурная схема устройства дискретного вывода.
Осн ф-ция уст-ва дискретного вывода – это ф-ция ключа, управляющего источником тока или напряжения. Это м/б полупроводник. ключ для коммутации маленьких нагрузок, но с большой скоростью или релейный ключ для коммутации больших нагрузок, но с меньшей скоростью (продолжительность и кол-во импульсов м/задаваться программ.)
Каждый вид выход регистра м/использоваться не зависимо для управления каким-либо технолог. оборудованием.
В-45 Цель и задачи автоматизации. Служба ответственности за авт-цию, их ф-ции.
Под авт-цией понимают применение различных приборов, устройств и ЭВМ для управления технол. процессам по заданной человекам программе, но без его непосредственного участия. Автоматизация явл. неотъемлемой частью современ. пр-ва.
Цель автоматизации:
Повышение производительности пр-ва при обеспечении требуемого качества и условий труда. На люб. техн процессов действуют различные возмущения. Поэтому его протекание требуемым образом невозможно. Следовательно, этим процессам необходимо управлять. А протекание техн. процесса судят косвенным путём по зн-ниям технолог. параметров на заданном уровне или изменению их по заданному закону.
Задача автоматизации:
1)Контроль техн. параметров, особое зн. уделяется достоверности и своевременности получения информации. Немало важное зн. имеет и форма представления информации.
2)минимизация отклонения регулируемой величины от задан. зн.
3)дистанционное включение и отключение техн. оборудования.
4)диагностика оборудования, маркировка и сигнализация.
5)улучшение условий труда и повышение культуры пр-ва.
Усложнения задач авт-ции привело к усложнению структур подразделений предприятия. Так, сегодня на современном предприятии, на ряду со службами гл. механика, технолога. Можно встретить службы: АСУ, КИПиА, и служба главного метролога.
46Осн. службы, ответствен за автоматизацию:
АСУ (Автоматиз. Службы управления):
1)координация работы всех произ-в, и всех струк подразделений предприятия с целью
обеспечен. необходим. объективности
2)организация обеспечение технич и програм средств, входящих в состав АСУ.
3)сбор и оперативн обработка информации, и анализ и выдача предложений по изменению управляющих воздействий.
4)поиск и внедрение более современных методов и алгоритмов управления технолог. процессами и производства в целом.
КИПиА (контрольно- измерительные приборы и автомати):
1)контроль за состоянием технич. средств.
2)монтаж и демонтаж приборов и ср-в ав-ции (датчиков, регуляторов).
3)ремонт и наладка ср-в ав-ции.
Служба главного метролога:
1.установление рационал. номенклатуры средств измерения и обеспечение и предприятий.
2.организация и обеспечение метрологии обслуживания. (калибровка, проверка, учёт, хранение)
3.поиск и внедрение наиболее современных методик измерений и ср-в.
4.контроль технолог. параметров, за состоянием и качеством готовой продукции.
В-47Элементы метрологии.
Теоретической основой всех измерений является метрология.
Метрология-это наука об измерениях кот рассматривают вопросы общей методики измерений; единство методов и ср-в измерений; единицы измерения и связь между ними; вопросы точности измерений, вопросы связаны с поддержанием ср-в измерений, в рабочем состоянии.
Метрология включает в себя 3-области:
- теоретическая (вопросы теории);
- прикладная (вопросы практич использ);
- законодательная(нормы и правила нуждающиеся, в контроле и регламентации со стороны государства).
Измерение - эксперем. пр. определения размеров физической величины с помощью спец. физ. ср-в.
В основе любого измерения лежит метод измерения.
Метод измерения -это совокупность различных приемов, используемых принципов и ср-в измерений.
Принцип измерения – это совокупность физ. явл лежащих в основе измерений.
Единство измерения – это такое состояние измерений, при кот результаты получаются в узаконенных единицах, а погрешность известна с заданной вероятностью. Это необходимо для того, чтобы сравнивать результаты, получен в разных местах, в разное время разными средствами измерениями.