Automatiseerimine on teaduse ja tehnoloogia haru, mis hõlmab ehituse teooriat ja põhimõtteid
ilma inimese otsese osaluseta töötavate tehniliste objektide ja protsesside juhtimissüsteemid.
Tehniline objekt (masin, mootor, lennukid, tootmisliin, automatiseeritud sektsioon, töökoda jne), mis nõuavad automaatset või automatiseerimist
juhtimist, nimetatakse juhtimisobjektiks (CO) või tehniliseks juhtimisobjektiks
(TOU).
Operatsioonivõimendi ja automaatjuhtimisseadme kombinatsiooni nimetatakse süsteemiks
automaatjuhtimine (ACS) või automatiseeritud juhtimissüsteem (ACS).
Allpool on toodud kõige sagedamini kasutatavad terminid ja nende määratlused.
element - seadmete, instrumentide ja muude vahendite lihtsaim komponent, milles
viiakse läbi üks mis tahes koguse teisendus (anname hiljem rohkem
täpne määratlus)
koost - mitmest lihtsamast elemendist (osast) koosnev seadme osa;
muundur – seade, mis teisendab üht tüüpi signaali vormilt või tüübilt teiseks
energia;
seade - teatud arvu üksteisega ühendatud elementide kogum
asjakohaselt teabe töötlemiseks;
seade - üldnimetus lai mõõtmiseks mõeldud seadmete klass,
tootmiskontroll, arvestused, raamatupidamine, müük jne;
plokk - osa seadmest, mis on funktsionaalselt kombineeritud kogum
elemendid.
kohta teabe kogumine praegune olek tehnoloogiline objekt
kontroll (OU);
OS-i töökvaliteedi kriteeriumide määramine;
operatsioonivõimendi optimaalse töörežiimi leidmine ja optimaalne
kontrollimeetmed, mis tagavad kriteeriumide äärmuse
kvaliteet;
leitud optimaalse režiimi rakendamine operatsioonivõimendil.
Neid funktsioone võivad täita hoolduspersonal või TCA-d.
Juhtsüsteeme (CS) on nelja tüüpi:
informatiivne;
automaatjuhtimine;
tsentraliseeritud kontroll ja reguleerimine;
automatiseeritud protsesside juhtimissüsteemid. Iseliikuvates relvades täidetakse kõiki funktsioone automaatselt
kasutades sobivat tehnikat
rahalised vahendid.
Operaatori funktsioonid hõlmavad järgmist:
- iseliikuvate relvade seisukorra tehniline diagnostika ja
ebaõnnestunud süsteemielementide taastamine;
- reguleerivate seaduste korrigeerimine;
- ülesande muutmine;
- üleminek käsitsi juhtimisele;
- seadmete hooldus. OPU - operaatori juhtimiskeskus;
D - andur;
NP - normaliseeriv muundur;
KP - kodeerimine ja dekodeerimine
muundurid;
CR - keskregulaatorid;
MP - mitme kanaliga tööriist
registreerimine (tempel);
C - alarmseade
avariieelne režiim;
MPP – mitme kanaliga näitamine
seadmed (kuvarid);
MS - mnemooniline diagramm;
IM - täiturmehhanism;
RO - reguleeriv asutus;
K – kontroller. Automatiseeritud protsesside juhtimissüsteemid
protsessid (ACSTP) on masinsüsteem, milles TSA
saada teavet objektide seisundi kohta,
arvutada kvaliteedikriteeriumid, leida optimaalsed seaded
juhtimine.
Operaatori funktsioonid taanduvad saadud teabe analüüsimisele ja
rakendamine kohalike automatiseeritud juhtimissüsteemide või kaugjuhtimissüsteemi abil
RO juhtimine.
Eristama järgmised tüübid APCS:
- tsentraliseeritud automatiseeritud protsesside juhtimissüsteem (kõik infotöötlusfunktsioonid ja
juhtimist teostab üks arvuti;
- järelevalve automatiseeritud juhtimissüsteem (sellele on ehitatud mitmeid kohalikke automatiseeritud juhtimissüsteeme
TCA andmebaas individuaalseks kasutamiseks ja keskseks
arvuti, millel on infoliin
kohalikud süsteemid);
- hajutatud protsesside juhtimissüsteem - iseloomustab funktsioonide eraldamine
info töötlemise ja haldamise kontroll mitme vahel
geograafiliselt jaotatud objektid ja arvutid. Tüüpilised automatiseerimistööriistad võivad
olema:
-tehniline;
-riistvara;
- tarkvara ja riistvara;
- kogu süsteemis. TASIDE JAOTAMINE ACS-HIERARHIA TASANDIDE JÄRGI
Info- ja juhtimisarvutussüsteemid (IUCC)
Tsentraliseeritud teabehaldussüsteemid (CIUS)
Kohalikud teabehaldussüsteemid (LIUS)
Reguleerimis- ja juhtimisseadmed (RU ja CU)
Sekundaarne
muundur (VP)
Esmane muundur (PC)
Sensing element (SE)
Executive
mehhanism (IM)
Tööline
orel (RO)
OU IUVK: LAN, serverid, ERP, MES süsteemid. Siin realiseeritakse kõik automatiseeritud juhtimissüsteemide eesmärgid,
arvutatakse tootmiskulu ja tootmiskulud.
CIUS: tööstusarvutid, juhtpaneelid, juhtimine
kompleksid, kaitse- ja signalisatsioonisüsteemid.
LIUS: tööstuslikud kontrollerid, intelligentsed kontrollerid.
RE ja juhtplokk: mikrokontrollerid, regulaatorid, reguleerimine ja signaalimine
seadmeid.
VP: näit, salvestamine (voltmeetrid, ampermeetrid,
potentsiomeetrid, sillad), integreerivad loendurid.
IM: mootor, käigukast, elektromagnetid, elektromagnetilised ühendused jne.
SE: soojustehnoloogiliste parameetrite, liikumise, kiiruse andurid,
kiirendus.
RO: mehaaniline seade, muutes aine kogust või
energia, mis saabub operatsioonivõimendisse ja kannab teavet juhtimise kohta
mõju. RO võivad olla ventiilid, siibrid, kütteseadmed, väravad,
klapid, klapid.
OU: mehhanism, üksus, protsess. Tehnilised automaatikaseadmed (TAA) hõlmavad:
andurid;
täiturmehhanismid;
reguleerivad asutused (RO);
sideliinid;
sekundaarsed instrumendid (kuvamine ja salvestamine);
analoog- ja digitaalsed juhtimisseadmed;
programmeerimisplokid;
loogika-käskude juhtimisseadmed;
moodulid andmete kogumiseks ja esmaseks töötlemiseks ning seisukorra jälgimiseks
tehnoloogiline juhtimisobjekt (TOU);
moodulid galvaaniliseks isoleerimiseks ja signaali normaliseerimiseks;
signaali muundurid ühest vormist teise;
moodulid andmete esitamiseks, näitamiseks, salvestamiseks ja signaali genereerimiseks
juhtimine;
puhversalvestusseadmed;
programmeeritavad taimerid;
spetsiaalsed arvutusseadmed, eeltöötlusseadmed
ettevalmistus. Tarkvara ja riistvara automatiseerimise tööriistad hõlmavad järgmist:
analoog-digitaal- ja digitaal-analoogmuundurid;
juhtimisvahendid;
mitmeahelalised, analoog- ja analoog-digitaaljuhtplokid;
mitme ühendusega programmiloogika juhtimisseadmed;
programmeeritavad mikrokontrollerid;
kohtvõrgud.
Süsteemiülesed automatiseerimistööriistad hõlmavad järgmist:
liideseseadmed ja sideadapterid;
plokid jagatud mälu;
maanteed (bussid);
üldised süsteemidiagnostika seadmed;
otsejuurdepääsuprotsessorid teabe salvestamiseks;
operaatorikonsoolid. Automaatjuhtimissüsteemides nagu
signaale kasutatakse tavaliselt elektri- ja
mehaanilised suurused (näiteks alalisvool,
pinge, surugaasi või vedeliku rõhk,
jõud jne), kuna need muudavad selle lihtsaks
teostada ümberkujundamist, võrdlemist, ülekandmist
vahemaa ja teabe salvestamine. Mõningatel juhtudel
signaalid tekivad vahetult selle tulemusena
juhtimise käigus toimuvad protsessid (muudatused
vool, pinge, temperatuur, rõhk, saadavus
mehaanilised liigutused jne), muudel juhtudel
neid toodavad tundlikud elemendid
või andurid. Automatiseerimise elementi nimetatakse struktuurselt kõige lihtsamaks terviklikuks
funktsionaalselt rakk (seade, vooluahel), mis täidab spetsiifilist
signaali (teabe) muundamise sõltumatu funktsioon süsteemides
automaatjuhtimine:
kontrollitava koguse teisendamine signaaliks, mis on funktsionaalselt seotud
teave selle koguse kohta (tundlikud elemendid, andurid);
ühe energialiigi signaali muundamine teist tüüpi energia signaaliks: elektriliseks
mitteelektriliseks, mitteelektrilisest elektriliseks, mitteelektrilisest mitteelektriliseks
(elektromehaaniline, termoelektriline, elektropneumaatiline, fotoelektriline ja
muud muundurid);
signaali muundamine energiaväärtuse alusel (võimendid);
signaali teisendamine tüübi järgi, st. pidevast diskreetseks või vastupidi
(analoog-digitaal-, digitaal-analoog- ja muud muundurid);
signaali teisendamine selle vormi järgi, s.o. signaal alalisvool vahelduvvoolu signaalile
ja vastupidi (modulaatorid, demodulaatorid);
funktsionaalne signaali muundamine (loendus- ja otsustuselemendid, funktsionaalsed
elemendid);
signaalide võrdlemine ja käsu juhtsignaali loomine (võrdluselemendid,
nullorganid);
esitus loogilisi tehteid signaalidega (loogilised elemendid);
signaalide jaotus erinevate ahelate vahel (jaoturid, lülitid);
signaalide salvestamine (mäluelemendid, ajamid);
signaalide kasutamine juhitava protsessi mõjutamiseks (täitev
elemendid). Süsteemi kuuluvate erinevate tehniliste seadmete ja elementide kompleksid
juhtimine ja ühendatud elektriliste, mehaaniliste ja muude ühendustega
joonised on kujutatud erinevate diagrammide kujul:
elektriline, hüdrauliline, pneumaatiline ja kinemaatiline.
Diagrammi eesmärk on saada kontsentreeritud ja üsna täielik ettekujutus
mis tahes seadme või süsteemi koostis ja ühendused.
Vastavalt Ühtne süsteem projekteerimisdokumentatsioon (ESKD) ja GOST 2.701 elektriline
diagrammid jagunevad struktuurseteks, funktsionaalseteks, skemaatilisteks (täielikeks), diagrammideks
ühendused (paigaldus), ühendused, üldine, asukoht ja kombineeritud.
Plokkskeem võimaldab määratleda funktsionaalsed osad, nende otstarve ja
suhted.
Funktsionaalne diagramm on ette nähtud toimuvate protsesside olemuse kindlaksmääramiseks
üksikutes funktsionaalsetes ahelates või paigaldises tervikuna.
Skemaatiline diagramm, mis näitab paigalduse elementide täielikku koostist tervikuna ja kõike
nendevahelised ühendused, annab aimu vastavate tööpõhimõtetest
installatsioonid.
Ühendusskeem illustreerib paigalduse komponentide ühendamist kasutades
juhtmed, kaablid, torustikud.
Ühendusskeem näitab paigalduse või toote väliseid ühendusi.
Üldskeemi eesmärk on määrata kompleksi komponendid ja nende ühendamine
tegutsemiskohas.
Kombineeritud skeem sisaldab mitut skeemi erinevad tüübid selguse huvides
paigalduselementide sisu ja ühenduste avalikustamine. Tähistame y(t)-ga funktsiooni, mis kirjeldab reguleeritava aja muutumist
kogused, st y(t) on kontrollitav suurus.
Olgu g(t) funktsiooni, mis iseloomustab selle muutumise nõutavat seadust.
Suurust g(t) nimetatakse võrdlusmõjuks.
Seejärel taandub automaatse reguleerimise põhiülesanne võrdsuse tagamisele
y(t)=g(t). Kontrollitud väärtust y(t) mõõdetakse anduri D abil ja saadetakse
võrdluselement (ES).
Sama võrdluselement saab võrdlusandurilt (DS) võrdlusmõju g(t).
ES-is võrreldakse suurusi g(t) ja y(t), st y(t) lahutatakse g(t)-st. ES väljundis
genereeritakse signaal, mis võrdub juhitava suuruse kõrvalekaldega määratud väärtusest, st viga
∆ = g(t) – y(t). See signaal suunatakse võimendisse (U) ja seejärel juhisesse
element (IE), millel on reguleerimise objektile regulatiivne mõju
(VÕI). See efekt muutub seni, kuni kontrollitav muutuja y (t)
on võrdne antud g(t)-ga.
Reguleerimisobjekti mõjutavad pidevalt mitmesugused häirivad mõjud:
objekti koormus, välistegurid jne.
Need häirivad mõjud kipuvad muutma väärtust y(t).
Kuid ACS määrab pidevalt y(t) kõrvalekalde g(t)-st ja genereerib juhtsignaali,
püüdes seda kõrvalekallet nullini vähendada. Vastavalt täidetavatele funktsioonidele põhielemendid
automaatikasüsteemid jagunevad anduriteks, võimenditeks, stabilisaatoriteks,
releed, jaoturid, mootorid ja muud komponendid (generaatorid
impulsid, loogikaelemendid, alaldid jne).
Soo järgi füüsikalised protsessid, kasutatakse aluses
seadmed, automaatikaelemendid jagunevad elektrilisteks,
ferromagnetiline, elektrotermiline, elektrimasin,
radioaktiivne, elektrooniline, ioon jne. Andur (mõõtemuundur, tundlik element) -
seade, mis on loodud teabe vastuvõtmiseks
selle sisendisse mingi füüsilise suuruse kujul, funktsionaalselt
teisendada väljundis teiseks füüsiliseks suuruseks, mugavam
mõjutada järgnevaid elemente (plokke). Võimendi - automaatika element, mis teostab
kvantitatiivne teisendus (kõige sagedamini võimendamine)
selle sisendisse jõudev füüsiline suurus (vool,
võimsus, pinge, rõhk jne). Stabilisaator - automaatika element, mis tagab järjepidevuse
väljundkogus y, kui sisendkogus x kõigub teatud ulatuses
piirid.
Relee on automaatikaelement, milles sisendväärtuse saavutamisel
X teatud väärtus väljundkogus y muutub järsult. Turustaja (sammuotsija) - element
automaatika, mis teostab alternatiivseid ühendusi
sama suurusega mitmele vooluringile.
Täiturmehhanismid - sissetõmmatava elektromagnetid
ja pöörlevad ankrud, elektromagnetilised ühendused, samuti
elektromehaanilised elektrimootorid
automaatsete seadmete täidesaatvad elemendid.
Elektrimootor on seade, mis tagab
muutumine elektrienergia mehaanilises ja
ületades olulised mehaanilised
vastupidavus liikuvatele seadmetele. AUTOMAATIKAELEMENTIDE ÜLDOMADUSED
Põhimõisted ja määratlused
Iga elementi iseloomustavad mõned omadused, mis
määratud vastavate omadustega. Mõned neist
omadused on enamikule elementidele ühised.
Kodu üldine omadus elemendid on koefitsient
teisendus (või ülekandekoefitsient, mis on
elemendi y väljundväärtuse ja sisendväärtuse x suhe või
väljundväärtuse ∆у või dy juurdekasvu suhe juurdekasvusse
sisendväärtus ∆х või dx.
Esimesel juhul nimetatakse K=y/x staatiliseks koefitsiendiks
teisendus ja teisel juhul K" = ∆у/∆х≈ dy/dx, kui ∆х →0 -
dünaamiline teisendustegur.
Suhe x ja y väärtuste vahel määratakse funktsiooniga
sõltuvus; koefitsientide K ja K" väärtused sõltuvad kujust
funktsiooni elemendi või tüübi omadused y = f (x), samuti asjaolu, et millal
milliseid suurusi arvutatakse K ja K". Enamikul juhtudel
väljundväärtus muutub võrdeliselt sisendiga ja
teisenduskoefitsiendid on omavahel võrdsed, st. K = K" = konst. Suhtelise juurdekasvu suhet esindav suurus
väljundväärtus ∆у/у sisendväärtuse suhtelisele juurdekasvule
∆x/x nimetatakse suhteliseks teisendusteguriks η∆.
Näiteks kui sisendkoguse 2% muutus põhjustab muutuse
väljundväärtus at
3%, siis suhteline teisendustegur η∆ = 1,5.
Rakendatud erinevaid elemente automaatsed koefitsiendid
teisendustel K", K, η∆ ja η on kindel füüsiline tähendus ja sinu
Nimi. Näiteks anduri suhtes koefitsient
transformatsiooni nimetatakse tundlikkuseks (staatiline, dünaamiline,
sugulane); on soovitav, et see oleks võimalikult suur. Sest
võimendite puhul nimetatakse muunduskoefitsienti tavaliselt koefitsiendiks
võimendamine; on soovitav, et see oleks võimalikult suur. Sest
enamik võimendeid (sh elektrilised) väärtused x ja y
on homogeensed ja seetõttu esindab võimendus
on mõõtmeteta suurus. Kui elemendid töötavad, võib väljundväärtus y nõutavast erineda
väärtused, mis on tingitud nende sisemiste omaduste muutumisest (kulumine, materjalide vananemine ja
jne) või muudatuste tõttu välised tegurid(toitepinge kõikumine,
ümbritseva õhu temperatuur jne), samal ajal kui omadused muutuvad
element (kõver y" joonisel 2.1). Seda hälvet nimetatakse veaks, mis
võib olla absoluutne ja suhteline.
Absoluutne viga (error) on saadud erinevus
väljundsuuruse y" väärtus ja selle arvutatud (soovitav) väärtus ∆у = y" - y.
Suhteline viga on absoluutse vea ∆у suhe
väljundkoguse y nimiväärtus (arvutuslik). Protsentides
suhteline viga on defineeritud kui γ = ∆ y 100/a.
Sõltuvalt kõrvalekalde põhjustest on temperatuur,
sagedus, vool ja muud vead.
Mõnikord kasutavad nad antud viga, mis tähendab
absoluutse vea suhe kõrgeim väärtus väljundväärtus.
Antud vea protsent
γpriv = ∆y 100/уmax
Kui absoluutne viga on konstantne, siis on ka vähendatud viga
on konstantne.
Viga, mis on põhjustatud elemendi omaduste muutumisest aja jooksul,
nimetatakse elemendi ebastabiilsuseks. Tundlikkuse lävi on minimaalne
kogus elemendi sisendis, mis põhjustab muutuse
väljundväärtus (st usaldusväärselt tuvastatud kasutades
selle anduri kohta). Tundlikkuse läve välimus
põhjustada nii väliseid kui ka sisemisi tegureid (hõõrdumine,
tagasilöök, hüsterees, sisemine müra, häired jne).
Relee omaduste olemasolul elemendi omadus
võib muutuda pöörduvaks. Sel juhul ta
on ka tundlikkuse lävi ja tsoon
tundetus. Elementide dünaamiline töörežiim.
Dünaamiline režiim on elementide ja süsteemide ühest üleminekuprotsess
püsiseisundist teisele, st. selline tingimus nende toimimiseks, kui sisendkogus x, ja
seetõttu muutub väljundväärtus y ajas. X ja y väärtuste muutmise protsess
algab teatud läviajast t = tп ja võib edasi liikuda inertsiaalselt ja
inertsivabad režiimid.
Inertsi olemasolul tekib y muutuse nihkes võrreldes muutusega
X. Seejärel saavutatakse sisendväärtuse järsu muutmisega 0-lt x0-le väljundväärtus y
püsiseisund Mitte kohe, vaid teatud aja möödudes, mille jooksul
üleminekuprotsess. Sel juhul võib siirdeprotsess olla aperioodiline (mittevõnkuv) summutatud või võnke summutatud Time tst (kehtestamisaeg).
mille väljundväärtus y saavutab püsiväärtuse, sõltub inertsist
elementi, mida iseloomustab ajakonstant T.
Lihtsamal juhul määratakse y väärtus eksponentsiaalseaduse järgi:
kus T on elemendi ajakonstant, mis sõltub selle inertsiga seotud parameetritest.
Väljundväärtuse y määramine võtab aega, seda kauem rohkem väärtust T. Asutamisaeg tyct valitakse sõltuvalt anduri nõutavast mõõtetäpsusest ja on
tavaliselt (3... 5) T, mis annab dünaamilises režiimis vea mitte rohkem kui 5... 1%. Ligikaudne aste ∆у
tavaliselt määratud ja jääb enamikul juhtudel vahemikku 1 kuni 10% püsiseisundi väärtusest.
Dünaamilise ja staatilise režiimi väljundkoguse väärtuste erinevust nimetatakse dünaamiliseks veaks. Soovitav on, et see oleks võimalikult väike. Elektromehaanilistes ja elektrilistes masinaelementides määrab inerts peamiselt mehaanilise
liikuvate ja pöörlevate osade inerts. Inerts elektrilistes elementides
määratud elektromagnetilise inertsi või muude sarnaste teguritega. Inerts
võib põhjustada häireid elemendi või süsteemi kui terviku stabiilses töös.
1. küsimus A&C põhimõisted ja määratlused
Automatiseerimine- üks teaduse ja tehnika arengu suundi, kasutades isereguleeruvaid tehnilisi vahendeid ja matemaatilised meetodid eesmärgiga vabastada isik osalemisest energia, materjalide või teabe hankimise, muundamise, ülekandmise ja kasutamise protsessides või oluliselt vähendada selle osaluse määra või tehtavate toimingute keerukust. Automatiseerimine võimaldab tõsta tööviljakust, parandada toodete kvaliteeti, optimeerida juhtimisprotsesse ja eemaldada inimesi tervisele ohtlikest tootmisprotsessidest. Automatiseerimine, välja arvatud kõige lihtsamad juhtumid, nõuab keerulisi, süstemaatiline lähenemine probleemi lahendamiseks. Automatiseerimissüsteemide hulka kuuluvad andurid (sensorid), sisendseadmed, juhtimisseadmed (kontrollerid), täiturmehhanismid, väljundseadmed ja arvutid. Kasutatavad arvutusmeetodid kopeerivad mõnikord inimeste närvi- ja vaimseid funktsioone. Kogu seda tööriistade kompleksi nimetatakse tavaliselt automaatika- ja juhtimissüsteemideks.
Kõik automaatika- ja juhtimissüsteemid põhinevad sellistel mõistetel nagu juhtimisobjekt, juhtimisobjektiga sideseade, tehnoloogiliste parameetrite juhtimine ja reguleerimine, signaalide mõõtmine ja muundamine.
Juhtimisobjekti all mõistetakse tehnoloogilist aparaati või nende komplekti, milles viiakse läbi (või mille abil viiakse läbi) standardseid tehnoloogilisi segamis-, eraldamis- või nende omavahelisi kombineerimistoiminguid lihtsate toimingutega. Sellist tehnoloogilist aparaati koos selles toimuva tehnoloogilise protsessiga, mille jaoks töötatakse välja automaatjuhtimissüsteem, nimetatakse juhtimisobjektiks või automaatikaobjektiks. Kontrollitava objekti sisend- ja väljundkoguste hulgast saab eristada kontrollitavaid suurusi, juht- ja häirivaid mõjusid ja häireid. Kontrollitud väärtus on juhitava objekti väljundfüüsiline suurus või parameeter, mida objekti töötamise ajal tuleb hoida teatud kindlaksmääratud tasemel või muuta vastavalt antud seadus. Kontrolli tegevust on materjali või energia sisendvoog, mida muutes on võimalik juhitavat väärtust hoida antud tasemel või muuta seda vastavalt antud seadusele. Automaatseade ehk regulaator on tehniline seade, mis võimaldab ilma inimese sekkumiseta säilitada tehnoloogilise parameetri väärtust või muuta seda vastavalt etteantud seadusele. Automaatjuhtimisseade sisaldab kompleksi tehnilisi vahendeid, täites süsteemis teatud funktsioone Automaatjuhtimissüsteem sisaldab: Sensing element või andur, mille eesmärk on teisendada juhitava objekti väljundväärtus proportsionaalseks elektriliseks või pneumaatiliseks signaaliks, Võrdluselement- väljundkoguse praeguse ja määratud väärtuste lahknevuse suuruse määramiseks. Seadistuselement kasutatakse protsessiparameetri väärtuse määramiseks, mida tuleb hoida konstantsel tasemel. Võimendav-konverteeriv element teenib regulatiivse toimingu genereerimiseks, sõltuvalt sellest tingitud mittevastavuse suurusest ja märgist väline allikas energiat. Täiturmehhanismi element toimib regulatiivse mõju rakendamiseks. tootja UPE. Reguleeriv element– vahetada materjali või energia voog väljundväärtuse hoidmiseks etteantud tasemel. Automatiseerimise praktikas Tootmisprotsesside käigus on automaatjuhtimissüsteemid varustatud standardsete üldiste tööstusseadmetega, mis täidavad ülaltoodud elementide funktsioone. Selliste süsteemide põhielement on Arvutusmasin, saades teavet protsessiparameetrite analoog- ja diskreetsetelt anduritelt. Sama infot saab saata analoog- või digitaalsetesse infoesitusseadmetesse (teisesed seadmed). Protsessi operaator pääseb sellele masinale juurde kaugjuhtimispuldi abil, et sisestada teavet, mida automaatsetelt anduritelt ei saadud, päring vajalikku teavet ja näpunäiteid protsessi juhtimiseks. Automatiseeritud juhtimissüsteemi töö põhineb info vastuvõtmisel ja töötlemisel.
Peamised automaatika- ja juhtimissüsteemide tüübid:
· automatiseeritud planeerimissüsteem (APS),
· teadusuuringute automatiseeritud süsteem (ASNI),
· arvutipõhine projekteerimissüsteem (CAD),
· automatiseeritud eksperimentaalne kompleks (AEC),
· paindlik automatiseeritud tootmine (GAP) ja automatiseeritud protsessijuhtimissüsteem (APCS),
· automatiseeritud tööjuhtimissüsteem (ACS)
· automaatjuhtimissüsteem (ACS).
2. küsimus Automatiseerimise ja automatiseeritud juhtimissüsteemide juhtimise tehniliste vahendite koostis.
Tehnilised automatiseerimis- ja juhtimisvahendid on seadmed ja instrumendid, mis võivad olla ise automatiseerimisvahendid või olla osa riist- ja tarkvarakompleksist.
Tüüpilised automatiseerimis- ja juhtimistööriistad võivad olla tehnilised, riistvaralised, tarkvaralised ja kogu süsteemi hõlmavad.
Automatiseerimise ja juhtimise tehnilised vahendid hõlmavad järgmist:
− andurid;
− täiturmehhanismid;
− reguleerivad asutused (RO);
− sideliinid;
− sekundaarsed instrumendid (kuvamine ja salvestamine);
− analoog- ja digitaaljuhtimisseadmed;
− programmeerimisplokid;
− loogika-käskluse juhtimisseadmed;
− moodulid andmete kogumiseks ja esmaseks töötlemiseks ning tehnoloogilise juhtimisobjekti (TOU) oleku jälgimiseks;
− moodulid galvaaniliseks isoleerimiseks ja signaali normaliseerimiseks;
− signaali muundurid ühest vormist teise;
− moodulid andmete esitamiseks, näitamiseks, salvestamiseks ja juhtsignaalide genereerimiseks;
− puhversalvestusseadmed;
− programmeeritavad taimerid;
− spetsiaalsed arvutusseadmed, eelprotsessori ettevalmistusseadmed.
Automatiseerimise ja juhtimise tehnilisi vahendeid saab süstematiseerida järgmisel viisil:
CS – juhtimissüsteem.
Mälu – põhiseade (nupud, ekraanid, lülitid).
UIO – teabe kuvamisseade.
UIO – infotöötlusseade.
USPU – muundur/võimendi seade.
CS – sidekanal.
OU – juhtimisobjekt.
IM – täiturid.
RO – tööorganid (manipulaatorid).
D – andurid.
VP – sekundaarsed muundurid.
Vastavalt oma funktsionaalsele eesmärgile jagunevad need 5 rühma:
Sisendseadmed. Nende hulka kuuluvad - ZU, VP, D;
Väljundseadmed. Nende hulka kuuluvad - IM, USPI, RO;
Keskosa seadmed. Nende hulka kuuluvad - UPI;
Tööstusvõrgu tööriistad. Nende hulka kuuluvad - KS;
Teabe kuvamisseadmed – UIO.
TSAiU täidab järgmisi funktsioone: 1. protsessi oleku kohta teabe kogumine ja teisendamine; 2. teabe edastamine sidekanalite kaudu; 3. teabe teisendamine, säilitamine ja töötlemine; 4. juhtimismeeskondade moodustamine vastavalt valitud eesmärkidele (süsteemide toimimise kriteeriumid); 5. käsuteabe kasutamine ja esitamine protsessi mõjutamiseks ja operaatoriga suhtlemiseks täiturmehhanismide abil. Seetõttu kõik tööstusautomaatika seadmed tehnoloogilised protsessid lähtuvalt nende seostest süsteemiga kombineeritakse need vastavalt standardile järgmisteks funktsionaalsed rühmad: 1. vahendid süsteemi sisendis (andurid); 2. vahendid süsteemi väljundis (väljundmuundurid, info kuvamise vahendid ja protsesside juhtimiskäsklused, kuni kõneni); 3. süsteemisisesed juhtimissüsteemid (pakkudes omavahelist ühendust erinevate signaalide ja erinevate masinakeeltega seadmete vahel) omavad näiteks relee- või avatud kollektoriga väljundeid; 4. teabe edastamise, säilitamise ja töötlemise vahendid.
Selline juhtimissüsteemide rühmade, tüüpide ja konfiguratsioonide mitmekesisus toob kaasa palju alternatiivseid projekteerimisprobleeme tehniline abi APCS igas konkreetne juhtum. Üks kõige enam olulised kriteeriumid TSAiU valik võib põhineda nende maksumusel.
Seega kuuluvad automatiseerimise ja juhtimise tehniliste vahendite hulka info salvestamise, töötlemise ja edastamise seadmed automatiseeritud tootmises. Nende abiga jälgitakse, reguleeritakse ja kontrollitakse automatiseeritud tootmisliine.
AUTOMAATSIOON JA TEHNILISED AUTOMAATIKATÖÖRIISTAD
Üldine informatsioon tehnoloogilise automatiseerimise kohta
Protsessid toiduainete tootmine
Automatiseerimise põhimõisted ja definitsioonid
Masin(kreeka keeles automatos – isetoimiv) on seade (seadmete komplekt), mis toimib ilma inimese sekkumiseta.
Automatiseerimine on masinatootmise arendamise protsess, mille käigus inimeste poolt varem teostatud juhtimis- ja juhtimisfunktsioonid kantakse üle instrumentidele ja automaatsetele seadmetele.
Automatiseerimise eesmärk– tööviljakuse tõstmine, toodete kvaliteedi parandamine, planeerimise ja juhtimise optimeerimine, inimeste tervisele ohtlikes tingimustes töötamise kõrvaldamine.
Automatiseerimine on teaduse ja tehnika arengu üks peamisi suundi.
Automatiseerimine Kuidas akadeemiline distsipliin on teoreetilise ja rakenduslikud teadmised automaatselt töötavate seadmete ja süsteemide kohta.
Automatiseerimise kui tehnoloogiaharu ajalugu on tihedalt seotud automaatsete masinate, automaatsete seadmete ja automatiseeritud komplekside arenguga. Alguses toetus automatiseerimine teoreetiline mehaanika ning elektriahelate ja -süsteemide teooriat ning lahendati probleeme, mis on seotud rõhu reguleerimisega aurukateldes, aurukolvi käigu ja elektrimasinate pöörlemiskiiruse reguleerimisega, automaatide, automaatsete telefonikeskjaamade ja releekaitseseadmete töö juhtimisega. Sellest lähtuvalt töötati välja ja kasutati automaatjuhtimissüsteemidega seoses sel perioodil tehnilisi automatiseerimisvahendeid. Kõigi teaduse ja tehnika harude intensiivne areng 20. sajandi esimese poole lõpul põhjustas ka kiire kasv automaatjuhtimistehnoloogia, mille kasutamine on muutumas universaalseks.
20. sajandi teist poolt iseloomustas automatiseerimise tehniliste vahendite edasine täiustamine ja lai, kuigi ebaühtlane erinevate tööstusharude lõikes. Rahvamajandus, automaatjuhtimisseadmete levik üleminekuga keerulisematele automaatsüsteemidele, eelkõige tööstuses – üksikute üksuste automatiseerimisest kuni töökodade ja tehaste kompleksse automatiseerimiseni. Eripäraks on automatiseerimise kasutamine üksteisest geograafiliselt kaugel asuvates rajatistes, näiteks suured tööstus- ja energiakompleksid, põllumajandusettevõtted põllumajandussaaduste tootmiseks ja töötlemiseks jne. Sellistes süsteemides üksikute seadmete vaheliseks suhtluseks kasutatakse telemehaanikat, mis koos juhtseadmete ja juhitavate objektidega moodustavad teleautomaatsed süsteemid. Suur tähtsus samal ajal omandavad nad tehnilised (sh telemehaanilised) vahendid teabe kogumiseks ja automaatseks töötlemiseks, kuna paljusid keeruliste automaatjuhtimissüsteemide probleeme saab lahendada ainult abiga. arvutitehnoloogia. Lõpuks annab automaatjuhtimise teooria teed üldisele automaatjuhtimise teooriale, mis ühendab kõiki teoreetilised aspektid automatiseerimine ja aluse loomine üldine teooria juhtimine.
Automatiseerimise kasutuselevõtt tootmises on oluliselt tõstnud tööviljakust, vähendanud aastal hõivatud töötajate osakaalu erinevaid valdkondi tootmine. Enne automatiseerimise kasutuselevõttu toimus füüsilise tööjõu asendamine tootmisprotsessi põhi- ja abitoimingute mehhaniseerimise kaudu. Intellektuaalne töö pikka aega jäi mehhaniseerimata. Praegu on intellektuaalse tööga seotud operatsioonid muutumas mehhaniseerimise ja automatiseerimise objektiks.
Automatiseerimist on erinevat tüüpi.
1. Automaatne juhtimine sisaldab automaatset häiret, mõõtmist, teabe kogumist ja sorteerimist.
2. Automaatne alarm on mõeldud teavitama mis tahes füüsiliste parameetrite piir- või avariiväärtustest, tehniliste rikkumiste asukohast ja olemusest.
3. Automaatne mõõtmine tagab kontrollitud väärtuste mõõtmise ja edastamise spetsiaalsetele salvestusseadmetele füüsikalised kogused.
4. Automaatne sorteerimine teostab toodete ja toorainete kontrolli ja eraldamist suuruse, viskoossuse ja muude näitajate järgi.
5. Automaatne kaitse See on tehniliste vahendite kogum, mis tagab kontrollitud tehnoloogilise protsessi lõpetamise ebanormaalsete või hädaolukordade ilmnemisel.
6. Automaatne juhtimine hõlmab tehniliste vahendite ja meetodite kogumit tehnoloogiliste protsesside optimaalse edenemise juhtimiseks.
7. Automaatne reguleerimine toetab füüsikaliste suuruste väärtusi teatud tase või nende muutmine vastavalt nõutavale seadusele ilma inimese otsese osaluseta.
Neid ja teisi automatiseerimise ja juhtimisega seotud mõisteid ühendab küberneetika– komplekssete arendussüsteemide ja protsesside juhtimise teadus, mis uurib erineva iseloomuga objektide juhtimise üldisi matemaatilisi seadusi (kibernetas (kreeka keeles) – juht, tüürimees, tüürimees).
Automaatne juhtimissüsteem(ACS) on juhtobjektide komplekt ( OU) ja juhtimisseadmed ( UU), üksteisega suhtlemine ilma inimese osaluseta, mille tegevus on suunatud konkreetse eesmärgi saavutamisele.
Automaatne juhtimissüsteem(SAR) – totaalsus OU ja automaatkontroller, omavahelises suhtluses, tagab TP parameetrite hoidmise etteantud tasemel või muutmise vastavalt nõutavale seadusele ning töötab ka ilma inimese sekkumiseta. ATS on teatud tüüpi iseliikuvad relvad.
Shcherbina Yu V.
Automatiseerimise ja juhtimise tehnilised vahendid
Vene Föderatsiooni haridusministeerium
Moskva Riiklik Ülikool printida
Õpetus
UMO poolt vastu võetud kõrgkooliõpilastele mõeldud trüki- ja kihlveovaldkonna haridusele õppeasutused erialal õppivad õpilased 210100 „Juhtimine ja informaatika in tehnilised süsteemid»
Moskva 2002
Ülevaatajad: G.B. Falk, Moskva professor riiklik instituut elektroonika ja matemaatika tehnikaülikool; A.S. Sidorov, Moskva Riikliku Trükikunsti Ülikooli professor
Õpetus käsitleb arhitektuuri ja tööpõhimõtteid kaasaegsed süsteemid protsessi kontroll. Üldist tööstuslikku tüüpi arvutiseadmetel põhinevad juhtimissüsteemid ja trükitootmiseks, põhilised automaatika tehnilised vahendid (andurid, muundurid signaalid, mikrokontrollerid, täiturid), samuti tarkvara automaatika ja juhtimissüsteemid.
Shcherbina Yu.V. Automatiseerimise ja juhtimise tehnilised vahendid: Õpetus; Moskva olek Trükiülikool. M.: MGUP, 2002. 448 lk.
© Yu.V. Štšerbina, 2002
© Disain. Moskva Riiklik Trükikunstiülikool, 2002
Sissejuhatus
1. AUTOMAATKOMPLEKSIDE JA JUHTSÜSTEEMIDE JAOTUSE PEAMISED SUUNAD
1.1. Tootmissüsteemi kontseptsioon
1.2. Automatiseeritud komplekside ja tootmise areng
1.3. Paindlikud automatiseeritud tootmissüsteemid
1.4. Põhjalik mitmetasandiline süsteem trükitootmise automatiseerimine ja juhtimine
2. ARVUTISEADMETEL PÕHINEVATE TEHNOLOOGIAPROTSESSIDE AUTOMATISEERIMISE SÜSTEEMID
2.1. Arvutitehnoloogial põhineva automaatikasüsteemi ülesehitus
2.2. Arvuti või mikrokontrolleri põhifunktsioonid
2.3. Tarkvaranõuded
2.4. Kontrolli objekte
2.5. Reguleerimissüsteemid ja juhtimismeetodid
2.6. Juhtimissüsteemi andurid
2.7. Analoog-digitaal- ja digitaal-analoogmuundurid
2.8. Näited tööstuslike mikroprotsessorite tootmisjuhtimissüsteemide rakendamisest
2.8.1. Reaalajas riist- ja tarkvarakompleks kavatsuste omaduste jaoks liiklusvool
2.8.2. Hüdroelektrijaamade integreeritud hajutatud juhtimissüsteem
3. MIKROPROTSESSORI SÜSTEEMID TRÜKIPROTSESSI JUHTIMISEKS
3.1. Mikroprotsessorprintimise juhtimissüsteemide arhitektuur
3.2. Integreeritud juhtimissüsteemid kaasaegsetele trükimasinatele
3.3. Trükitoodete tööstusvorm
3.4. Trükimasina tsentraliseeritud konfiguratsiooni- ja juhtimissüsteemid
3.5. Kas tindivarustuse ja registreerimise jaama juhtimissüsteemid
3.6. Trükitoodete kvaliteedikontrolli süsteemid
4. TEABEVAHETUSE RAKENDAMISE PÕHIMÕTTED KOHALIKES ARVUTIVÕRKUDES
4.1. Infovahetuse reeglid vastavalt ISO/OSI mudelile
4.2. ISO/OSI mudelikihi funktsioonid
4.3. Rakenduste interaktsiooniprotokollid ja transpordi alamsüsteemi protokollid
4.4. TCP/IP pinu
4.5. Meetodid juurdepääsuks LAN andmeedastusmeediumile
4.6. LAN-i teabevahetuse protokollid
4.7. LAN riistvara
4.8. Etherneti võrgud
4.9. Token Ring võrk
4.10. Arcneti võrk
4.11. FDDI võrk
4.12. Muud kiired kohtvõrgud
4.13. Ettevõtte võrgud
4.14. Võrgud tööstusautomaatika
5. MIKROPROTSESSORI JUHTSÜSTEEMID PÕHINEVAD KANSIVÕRKUDEL
5.1. CAN-võrkude peamised eelised
5.2. CAN-liidese tööpõhimõte kohalikes tööstusvõrkudes
5.3. Praeguste CAN-võrguprotokollide arhitektuur
5.4. CAL (CAN Application Layer) protokoll
5.5. CANopen protokoll
5.6. Kuningriigi CAN protokoll
5.7. DeviceNeti protokoll
5.8. SDS (Smart Distributed System) protokoll
5.9. Protokollide võrdlus. Muud HLP-d
5.10. Kasutamine tööstuslikes rakendustes
SISSEJUHATUS
Tehnilised vahendid on automatiseerimis- ja juhtimissüsteemide kõige dünaamilisem osa, mida uuendatakse võrreldamatult kiiremini kui näiteks töökorralduse ja -koosseisu areng. tüüpilised ülesanded juhtimine. Programmeeritavate loogika- ja juhtimismikrokontrollerite massilise kasutuselevõtu eelduseks oli mikroprotsessorite elementide baasi väljatöötamine ja selle oluline vähenemine.
Mikroprotsessorseadmete integreerimine lokaalsetesse võrkudesse on toonud kaasa põhimõtteliselt uute hajutatud juhtimisega süsteemide tekkimise, millel on paindlik struktuur ja mis võimaldavad hõlpsasti kohaneda konkreetse tootmise nõuetega. Mikroprotsessorsüsteemide (tööstusarvutid), täiustatud funktsioonidega välisseadmete kasutamine, moodne tehnoloogia side, nagu fiiberoptilised sidekanalid, järelevalvekontrollis, andmete hankimises ja juhtimissüsteemides on viinud „intelligentsete” tehniliste süsteemide tekkeni. Sellise süsteemi näidet käsitletakse artiklis see juhend Man Rolandi poolt välja töötatud keeruline mitmetasandiline trükitootmise automatiseerimis- ja juhtimissüsteem RESOM.
Olukorra ja arenguperspektiivide analüüs kaasaegsed vahendid automatiseerimine näitab nende parandamise peamisi suundi:
integratsiooni individuaalsed funktsioonid teabe kogumine, vahepealne töötlemine ja teisendamine üksikutes seadmetes, mis on ehitatud digitaalsete signaaliprotsessorite (DSP), programmeeritavate loogiliste integraallülituste (FPGA), mitme protsessori moodulite ja kaugsisend-väljundsignaalimoodulite baasil;
uut tüüpi erinevate protsessorplaatide (täissuuruses, poolsuuruses), ühe pardal arvutite (All-in-one) 3,5" ja 5,25" formaadis, Compact PCI protsessorplaatide väljatöötamine, tagades täieliku vastavuse avatud arhitektuuriga arvutiga ühilduv arvuti;
CAN-liidestel, AS-liidestel ja jadaprotokollidel põhineva kiire võrguvõrgu info kogumise ja töötlemise arendamine kodeeritud signaalide RS-482/485 edastamiseks.
Automatiseeritud juhtimissüsteemide täiustamise oluline aspekt on nende töökindluse ja neis sisalduvate seadmete "vastupidavuse" suurendamine diagnostiliste funktsioonide rakendamisel ja juhtimissüsteemi oleku logimisel selle töö- ja ebanormaalsetes töötingimustes. See probleem lahendatakse nii andmeedastuskanalite kuuma koondamise kui ka üksikute teabetöötlusfunktsioonide ülekandmise kaudu hooldatavatele mikroprotsessorseadmetele. Palju tähelepanu on pühendatud objektorientatsiooniga koondkomplekside loomisele, mis on võimelised töötama osana kohalikest juhtarvutivõrkudest.
See õpetus hõlmab üksikud küsimused arengu ajalugu automatiseeritud süsteemid juhtimine, eesmärk ja funktsioonid paindlik tootmissüsteemid. Piisavalt detailselt käsitletakse arvutipõhiseid tehnoloogiliste protsesside automatiseerimissüsteeme, käsitletakse nende ülesehitust, arvuti ja mikrokontrollerite põhifunktsioone ning operatsiooni- ja rakendustarkvara rolli. Tööstuslike mikroprotsessorsüsteemide näidetena kirjeldatakse mooduli teadus- ja tootmiskeskuse poolt välja töötatud liiklusvoo karakteristikute mõõtmiseks mõeldud riistvara-tarkvara kompleksi ja hüdroelektrijaamade hüdrosõlmede integreeritud hajutatud juhtimissüsteemi.
Eraldi peatükis on mikroprotsessoripõhise trükiprotsessi juhtimissüsteemi kirjeldus, mis hõlmab mikroprotsessoripõhiste prindijuhtimissüsteemide arhitektuuri, kaasaegsete poognatrükimasinate integreeritud juhtimissüsteeme ja trükitoodete CIP3 tööstusvormingu võimalusi. . Näiteks integreeritud süsteem Arvesse võetakse Heidelbergi automaatset printimisjuhtimist, TsPTronik trükimasina tsentraliseeritud konfigureerimise ja juhtimise süsteeme ning tindi tarnimise ja registreerimise kaugjuhtimissüsteeme, samuti trükitoodete kvaliteedijuhtimissüsteeme.
Suurt tähelepanu pööratakse CAN-võrkudel põhinevate mikroprotsessorite moodulitest tuleva teabe töötlemiseks lokaalsete arvutivõrkude (LAN) ja hajutatud süsteemide tööpõhimõtetele. See hõlmab teabevahetuse reegleid vastavalt ISO/OSI mudelile, teabekihtide funktsioone, rakenduste interaktsiooniprotokolle ja protokolle transpordisüsteem, LAN-riistvara, Etherneti võrgud, Token Ring, Arcnet jne. Vaadeldakse CAN-võrkude eeliseid ja tööpõhimõtteid. Nende arhitektuuri omadused on esile tõstetud ja erinevate CAN võrguprotokollide (CAL, CANopen, CAN Kingdom, DeviceNet jne) kirjeldused.
Riistvara kirjeldus sisaldab andmeid analoog-digitaalmuundurite (ADC), automaatika- ja juhtimissüsteemide andurite, digitaalsete signaaliprotsessorite, digitaal-analoogmuundurite ja automaatikasüsteemide ajamite kohta. Traditsiooniliste probleemide käsitlemise kõrval püüdis autor esitada tehnilisi andmeid kaasaegsete tehniliste seadmete kohta, mida toodavad Motorola, Honeywell jne. Neid tooteid reklaamitakse nüüd aktiivselt Venemaa turg tööstusautomaatika tooted ettevõtetelt nagu Prosoft, Rakurs, PLC-Systems, Rodnik jne.
Siin on näited nende seadmete kasutamisest mõningate automaatse jälgimise ja juhtimise probleemide lahendamisel. Need materjalid võivad olla kasulikud kursuste ja lõpuprojektide jaoks.
Lisatud on kaks täiendavat peatükki. Üks neist uurib mikroprotsessorsüsteemide rakendustarkvara. Kuigi tarkvaraprobleemid nõuavad rohkem üksikasjalik kaalumine, kuid ka siin on nende katmine muutunud vajalikuks. Nii lokaalsete kui ka võrgusüsteemide töökorraldus on otseselt seotud mikroprotsessorseadmete disainiomaduste ja tarkvara spetsiifiliste võimalustega. Selles artiklis kirjeldatakse mõningaid tööstuslike mikrokontrollerite arendustööriistu (näiteks LASDK tarkvarakomplekt), GENESIS32-6.0 SCADA süsteemi, samuti LabWindowsAAH rakendustarkvara andmete kogumiseks ja töötlemiseks ning muid tarkvarapakette.
Peatükis “Mikroprotsessori moodulid info kaughankimiseks ja juhtimiseks” kirjeldatakse Prosofti, IKOSi jt kataloogide põhjal Advantechi ja ICP mikroprotsessorseadmeid ja kaugsisend/väljundmooduleid. Siin on nimekirjad ADAM 5000 ja ROBO 8000 perekondadesse kuuluvatest seadmetest, toodud nende passiandmed ning kirjeldatud hajutatud teabe hankimise ja juhtimissüsteemide rakendamise näiteid.
Selle käsikirja koostamise eesmärk oli tööstusautomaatika ja juhtimissüsteemide ehitamise äärmiselt heterogeense ja kiiresti muutuva seadmete ja meetodite ühtne kirjeldus. Seetõttu pööras autor suuremat tähelepanu mitte ainult riistvarale endale, vaid ka arhitektuurile, teabe tugi ja meetodid võrgu juhtimissüsteemide loomiseks.
Selle töö koostamisel kasutati teaduslike ja üldtehniliste ajakirjade artikleid, õpikuid, teatmeteoseid, monograafiaid, samuti materjale Internetis leiduvatelt teabe- ja kommertsveebisaitidelt. Soovitatavate lugemiste loetelu on toodud käsikirja lõpus. Lugejate mugavuse huvides on see jagatud kolmeks osaks. Lisaks on lisatud nimekiri tööstusautomaatika, arvuti- ja mikroprotsessortehnoloogia veebilehtedest.
See õpetus Soovitatav on eriala 210100 „Juhtimine ja informaatika tehnilistes süsteemides“ üliõpilastele TSAiU kursusel õppimisel, samuti kasutada kursuste ja diplomite kujundamisel. Lisaks saavad seda õpikut kasutada eriala 170800 “Trükimasinad ja automatiseeritud kompleksid”, samuti 281400 “Trükitootmise tehnoloogia” üliõpilased kursustel “Tehnosüsteemide juhtimine” ja “Trükitootmise automatiseerimine” õppides.
Laadige alla raamat "Automatiseerimise ja juhtimise tehnilised vahendid". Moskva, Moskva Riiklik Trükikunstiülikool, 2002
Sissejuhatus 4
Teema 1. Automatiseeritud juhtimissüsteemide tehniliste vahendite koostise arendamise etapid ja kujunemise põhimõtted 4
Teema 2. Automatiseeritud süsteemide tehnilised vahendid
kontroll 10
Teema 3. Elektrimootori ajamid 19
Teema 4. Elektromagnetilised ajamid 40
Teema 5. Elektromehaanilised sidurid 46
Teema 6. Relee täiturmehhanismid 58
Testide vastused 69
Lõpukatse 70
Viited 72
SISSEJUHATUS
Automatiseerimine on üks olulisemaid tegureid tööviljakuse tõstmisel ja toodete kvaliteedi parandamisel. Automatiseerimise kasvutempo kiirendamise asendamatuks tingimuseks on selle tehniliste vahendite arendamine ja täiustamine, mis hõlmavad kõiki juhtimissüsteemi kuuluvaid seadmeid, mis on ette nähtud teabe vastuvõtmiseks, edastamiseks, salvestamiseks ja teisendamiseks, samuti juhtimise teostamiseks. toimingud juhtobjektil. Need mõjud viiakse läbi täiturmehhanismide ja reguleerivate organite abil, mille kirjeldus on pühendatud käesolevale juhendile.
Põhitähelepanu pööratakse elektromehaanilistele täiturmehhanismidele, kuna nad said laialdane kasutamine praktikas tänu juhtseadmest - regulaatorist tulevate elektriliste signaalide muundamise mugavusele reguleeriva keha vajalikuks mehaaniliseks liikumiseks, muutes materjali- ja energiavoogusid juhitavas objektis.
Teema 1. Tehniliste automaatikaseadmete väljatöötamise etapid ja koosseisu kujunemise põhimõtted
Tehniliste automaatikaseadmete väljatöötamise etapid. Tehniliste automaatikaseadmete arendamine on keeruline protsess, mis lähtub ühelt poolt automatiseeritud tootmise majanduslikest huvidest ja tehnilistest vajadustest ning teiselt poolt automaatikaseadmete tootjate samadest huvidest ja tehnoloogilistest võimalustest. Arengu esmaseks stiimuliks on ettevõtete majandusliku efektiivsuse tõstmine tänu uute, arenenumate tehniliste automaatikaseadmete kasutuselevõtule.
Tehnoloogilise protsessi automatiseerimise (TP) rakendamise ja kasutamise majanduslike ja tehniliste eelduste väljatöötamisel saab eristada järgmisi etappe:
1. Elementaarne etapp, mida iseloomustab liig odav tööjõudu, madal tööviljakus, väike üksuste ja seadmete ühikuvõimsus. Tänu sellele on inimeste kõige laiem osalus tehnoloogiliste protsesside juhtimises, s.o. kontrolliobjekti jälgimine, samuti juhtimisotsuste tegemine ja elluviimine, edasi selles etapis oli majanduslikult põhjendatud. Mehhaniseerimisele ja automatiseerimisele allusid vaid need üksikud protsessid ja toimingud, mida inimene ei suutnud oma psühhofüsioloogiliste andmete järgi piisavalt usaldusväärselt kontrollida, s.t. tehnoloogilised toimingud, mis nõudsid suurt lihaspinget, reaktsioonikiirust, suurenenud tähelepanu jne.
2. Mine lavale integreeritud mehhaniseerimine ja automatiseerimine tootmine toimus tänu tööviljakuse kasvule, üksuste ja käitiste ühikuvõimsuse konsolideerimisele ning automatiseerimise materiaalse, teadusliku ja tehnilise baasi arendamisele. Selles etapis, tehnoloogilise protsessi juhtimisel, tegeleb inimoperaator üha enam vaimse tööga, sooritades erinevaid loogilisi operatsioone objektide käivitamisel ja seiskamisel, eriti kui ilmnevad kõikvõimalikud ettenägematud asjaolud, eel- ja hädaolukorrad, samuti hindab objekti seisukorda, juhib ja reserveerib automaatsüsteemide tööd. Selles etapis on kujunemas tehniliste automaatikaseadmete suuremahulise tootmise alused, mis on keskendunud standardimise, spetsialiseerumise ja koostöö laialdasele kasutamisele. Automaatikaseadmete tootmise lai ulatus ja nende valmistamise spetsiifika toovad kaasa selle tootmise järkjärgulise eraldamise iseseisvaks tööstusharuks.
3. Juhtarvutite (CCM) tulekuga algab üleminek etapile automatiseeritud protsesside juhtimissüsteemid (APCS), mis langes kokku teadus- ja tehnoloogiarevolutsiooni algusega. Selles etapis muutub võimalikuks ja majanduslikult otstarbekaks automatiseerida üha keerukamaid juhtimisfunktsioone arvutite abil. Kuid kuna CVM-id olid siis väga mahukad ja kallid, oli seda keerulisem rakendada lihtsad funktsioonid juhtimissüsteemid, laialdaselt kasutati ka traditsioonilisi analoogautomaatikaseadmeid. Selliste süsteemide puuduseks oli nende madal töökindlus, sest kogu info tehnoloogilise protsessi edenemise kohta võtab vastu ja töötleb arvuti, selle rikke korral pidi selle funktsioonid üle võtma operaator-tehnoloog, kes kontrollib automatiseeritud protsessijuhtimissüsteemi tööd. Loomulikult langes sellistel juhtudel TP juhtimise kvaliteet oluliselt, sest inimene ei suuda kontrollida nii tõhusalt kui UVM.
4. Suhteliselt odavate ja kompaktsete mikroprotsessorseadmete tekkimine võimaldas loobuda tsentraliseeritud protsessijuhtimissüsteemidest, asendades need hajutatud süsteemid , milles tehnoloogiliste protsesside üksikute omavahel seotud toimingute rakendamise kohta teabe kogumine ja töötlemine, samuti juhtimisotsuste vastuvõtmine toimub autonoomselt kohalike mikroprotsessorseadmetega, mida nimetatakse mikrokontrolleriteks. Seetõttu on hajutatud süsteemide töökindlus palju suurem kui tsentraliseeritud.
5. Võrgutehnoloogiate arendamine, mis võimaldas ühendada arvukalt ja kaugarvuteid ühtsesse ettevõtte võrku, mille abil kontrollida ja analüüsida ettevõtte toodete tootmisel toimuvaid finants-, materjali- ja energiavoogusid ning kui tehnoloogilise protsessi juhtimine, viidi läbi, aitas kaasa üleminekule integreeritud juhtimissüsteemid . Nendes süsteemides lahendatakse väga keerulise tarkvara abil ühiselt kogu ettevõtte tegevuse juhtimise ülesannete ring, sealhulgas raamatupidamise, planeerimise, tehnoloogiliste protsesside juhtimise jms ülesanded.
6. Tehnoloogiliste protsesside juhtimiseks kasutatavate mikroprotsessorite kiiruse ja muude ressursside suurendamine võimaldab nüüd rääkida üleminekust loomisfaasi intelligentsed juhtimissüsteemid , mis on võimeline vastu võtma tõhusaid ettevõtte juhtimise otsuseid teabe ebakindluse tingimustes, s.o. vajaliku teabe puudumine tema kasumit mõjutavate tegurite kohta.
Tehnilise automaatika seadmete standardimismeetodid ja struktuur. Automatiseerimisseadmeid tootva tööstuse majandus nõuab suurt seeriat sarnaseid seadmeid tootvate ettevõtete üsna kitsast spetsialiseerumist. Samal ajal, automaatika arenedes, uute, üha keerukamate juhtimisobjektide esilekerkimisel ja automatiseeritud funktsioonide mahu suurenemisel on nõuded automaatikaseadmete funktsionaalsele mitmekesisusele ning nende tehniliste omaduste ja disainifunktsioonide mitmekesisusele. suurenevad. Funktsionaalse ja disaini mitmekesisuse vähendamise probleem, rahuldades samal ajal optimaalselt automatiseeritud ettevõtete nõudmisi, lahendatakse kasutades standardimismeetodid .
Standardimisotsustele eelneb alati süstemaatiline automatiseerimispraktikate uurimine, olemasolevate lahenduste tüpiseerimine ja teaduslik alus majanduslikult optimaalsed võimalused ja võimalused kasutatavate seadmete mitmekesisuse edasiseks vähendamiseks. Sel juhul tehtud otsused vormistatakse pärast nende praktilist kontrollimist kohustuslikes riiklikes standardites (GOST). Kitsama ulatusega lahendusi saab vormistada nii tööstusstandarditena (OST), kui ka ettevõttestandarditena (STP), mille rakendatavus on veelgi piiratum.
Liitmine – masstoodanguna toodetud automaatikaseadmete koosseisu moodustamise põhimõte, mille eesmärk on tarbijaettevõtete vajaduste maksimaalne rahuldamine piiratud masstoodangu valikuga.
Agregeerimine põhineb asjaolul, et keerulisi juhtimisfunktsioone saab laotada nende kõige lihtsamateks komponentideks (nagu näiteks keerukaid arvutusalgoritme saab esitada üksikute lihtsate operaatorite kogumina).
Seega koondamine põhineb üldise juhtimisprobleemi jaotamisel paljudeks lihtsateks sarnasteks toiminguteks, mida korratakse teatud kombinatsioonides paljudes juhtimissüsteemides. Analüüsides suurt hulka selliseid juhtimissüsteeme, on võimalik tuvastada piiratud hulk lihtsaid funktsionaalseid operaatoreid, mille kombinatsioonile on üles ehitatud peaaegu iga protsessijuhtimissüsteemi versioon. Selle tulemusena moodustub masstoodanguna toodetud automaatikaseadmete koosseis, mis sisaldab selliseid struktuurselt terviklikke ja funktsionaalselt sõltumatuid üksusi nagu plokid ja moodulid, seadmed ja mehhanismid.
Blokeeri – konstruktsioonikoosteseade, mis sooritab teabe teisendamiseks üht või mitut funktsionaalset toimingut.
Moodul – ühtne üksus, mis teostab elementaarset standardtoimingut ploki või seadme osana.
Käivitusmehhanism (IM) – seade juhtimisteabe teisendamiseks mehaaniliseks liikumiseks, mille võimsus on piisav juhtobjekti mõjutamiseks.
Koondamispõhimõtte kohaselt luuakse juhtimissüsteemid moodulite, plokkide, seadmete ja mehhanismide paigaldamisega koos järgneva kanalite ja sideliinide vahetamisega nende vahel. Omakorda tekivad ka plokid ja seadmed ise erinevate moodulite paigaldamise ja ümberlülitamise teel. Moodulid on kokku pandud lihtsamatest sõlmedest (mikromoodulid, mikroskeemid, plaadid, lülitusseadmed jne), mis moodustavad tehniliste seadmete elementaarbaasi. Samal ajal toimub plokkide, seadmete ja moodulite tootmine täielikult tehases, samas kui protsessijuhtimissüsteemi paigaldamine ja lülitamine lõpetatakse ainult selle töökohas. Sellist lähenemist ehitusplokkidele ja seadmetele nimetatakse plokk-modulaarne põhimõte tehniliste automaatikaseadmete teostamine.
Plokk-moodulpõhimõtte kasutamine ei võimalda mitte ainult automaatikaseadmeid tootva tööstuse ettevõtete laialdast spetsialiseerumist ja koostööd, vaid suurendab ka nende seadmete hooldatavust ja juhtimissüsteemide kasutusmäära. Tavaliselt on tööstusautomaatikaseadmeid tootvad ettevõtted spetsialiseerunud plokkide ja seadmete komplekside või süsteemide tootmisele, mille funktsionaalne koostis on keskendunud automatiseeritud protsessijuhtimissüsteemide mis tahes suurte funktsioonide või alamsüsteemide rakendamisele. Veelgi enam, kõik plokid ja seadmed viiakse läbi eraldi kompleksi raames liidesega ühilduv , st. ühilduvad infokandja signaalide parameetrite ja omaduste poolest, samuti lülitusseadmete konstruktsiooniparameetrite ja omaduste poolest. Selliseid automaatikaseadmete komplekse ja süsteeme on tavaks nimetada agregeeritud või agregeeritud.
Venemaal toimub tööstusautomaatikaseadmete tootmine riikliku tööstusautomaatika instrumentide ja seadmete süsteemi (või lühidalt GSP) raames. GSP hõlmab kõiki automaatikaseadmeid, mis vastavad ühtsetele üldistele tehnoloogilistele nõuetele infokandja signaalide parameetrite ja omaduste, seadmete täpsuse ja töökindluse näitajate, nende parameetrite ja konstruktsiooniomaduste osas.
Automaatikaseadmete ühendamine. Ühinemine – liitmisega kaasnev standardimismeetod, mis on samuti suunatud seeriaviisiliselt toodetavate automaatikaseadmete koostise sujuvamaks muutmisele ja mõistlikule vähendamisele. Selle eesmärk on piirata automaatikaseadmete parameetrite ja tehniliste omaduste, tööpõhimõtete ja vooluahelate mitmekesisust, samuti konstruktsiooni iseärasusi.
Signaalid – kandjad automatiseerimisvahendites sisalduv teave võib erineda nii füüsilise olemuse ja parameetrite kui ka teabe esitamise vormi poolest. GSP raames kasutatakse automaatikaseadmete seeriatootmisel järgmist tüüpi signaale:
elektrisignaal (elektrivoolu pinge, tugevus või sagedus);
Pneumaatiline signaal (suruõhurõhk);
Hüdrauliline signaal (vedeliku rõhk või diferentsiaalrõhk).
Vastavalt sellele moodustatakse GSP raames automaatikaseadmete elektrilised, pneumaatilised ja hüdraulilised harud.
Kõige arenenum automaatika haru on elektrienergia. Samal ajal kasutatakse laialdaselt ka pneumaatilisi vahendeid. Pneumaatilise haru arengut piirab pneumaatiliste signaalide muundamise ja edastamise suhteliselt väike kiirus. Sellest hoolimata on tule- ja plahvatusohtlike tööstuste automatiseerimise valdkonnas pneumaatilised vahendid sisuliselt konkurentsist väljas. SHG fondide hüdrauliline haru ei ole laialdaselt arenenud.
Vastavalt teabe esitamise vormile võib signaal olla analoog-, impulss- või koodsignaal.
Analoogsignaal mida iseloomustavad voolu muutused mis tahes füüsilise kandja parameetris (näiteks elektripinge või voolu hetkeväärtused). Selline signaal eksisteerib peaaegu igal ajahetkel ja võib teatud parameetrite muutuste vahemikus võtta mis tahes väärtuse.
Pulsssignaal mida iseloomustab teabe esitamine ainult in diskreetsed hetked aeg, s.t. aja kvantiseerimise olemasolu. Sel juhul esitatakse teave sama kestusega, kuid erineva amplituudiga impulsside jadana (signaali impulsi amplituudmodulatsioon) või sama amplituudiga, kuid erineva kestusega (signaali impulsi laiuse modulatsioon). Signaali impulsi amplituudmodulatsiooni (PAM) kasutatakse juhtudel, kui füüsilise parameetri - teabekandja - väärtused võivad aja jooksul muutuda. Signaali impulsi laiuse modulatsiooni (PWM) kasutatakse juhul, kui füüsiline parameeter - teabekandja - saab omandada ainult teatud konstantse väärtuse.
Koodsignaal on keeruline impulsside jada, mida kasutatakse digitaalse teabe edastamiseks. Pealegi saab iga numbrit kujutada kompleksse impulsside jadana, s.t. kood ja edastatav signaal on diskreetne (kvanteeritud) nii ajas kui ka tasemes.
Vastavalt teabe esitamise vormile jagunevad SHG fondid analoog Ja diskreetne digitaalne . Viimaste hulka kuulub ka arvutitehnoloogia.
Kõik infokandja signaalide parameetrid ja omadused GPS-seadmetes on ühtsed. Standardid näevad ette järgmist tüüpi elektrisignaalide kasutamise analoogkandjatel:
Signaal alalisvoolu tugevuse muutmiseks (voolusignaal);
alalispinge muutmise signaal;
Vahelduvvoolu pingemuutuse signaal;
Sagedus elektriline signaal.
Alalisvoolu signaale kasutatakse sagedamini. Sel juhul kasutatakse voolusignaali (allika suure sisetakistusega) teabe edastamiseks suhteliselt pikad read side.
Vahelduvvoolu signaale kasutatakse harva teabe teisendamiseks ja edastamiseks välistes sideliinides. See on tingitud asjaolust, et vahelduvvoolu signaalide liitmisel ja lahutamisel on vaja täita ühisrežiimi nõuet, samuti tagada voolu mittelineaarsete harmooniliste moonutuste summutamine. Samal ajal on selle signaali kasutamisel elektriahelate galvaanilise eraldamise ülesanded hõlpsasti rakendatavad.
Elektriline sagedussignaal on potentsiaalselt kõige mürakindlam analoogsignaal. Samal ajal tekitab selle signaali lineaarsete teisenduste saamine ja rakendamine teatud raskusi. Seetõttu ei kasutata sagedussignaali laialdaselt.
Iga signaalitüübi jaoks on loodud mitmeid ühtseid muutuste vahemikke.
Signaalitüüpide ja parameetrite standardid ühendavad süsteemi välissuhted või liides automatiseerimistööriistad. See ühendamine, mida täiendavad plokkide üksteisega ühendamise seadmete standardid (pistikute süsteemi kujul), loob eeldused maksimaalne lihtsustamine juhtimissüsteemide tehniliste vahendite projekteerimine, paigaldamine, lülitamine ja reguleerimine. Sel juhul ühendatakse sisenditel ja väljunditel sama tüüpi ja sama signaaliparameetrite vahemikuga plokid, seadmed ja muud seadmed lihtne ühendus pistikud.