1.4 Основные элементы систем автоматики
Рассмотрим некоторые основные элементы, наиболее часто применяемые в автоматике, разделяя их по выполняемым функциям.
1. Датчики
В системах автоматики датчик (измерительный преобразователь, чувствительный элемент) — устройство, предназначенное для того, чтобы информацию, поступающую на его вход в виде некоторой физической величины, функционально преобразовать в другую физическую величину на выходе, более удобную для воздействия на последующие элементы (блоки). Большинство датчиков преобразуют неэлектрическую контролируемую величину х в электрическую (например, температура преобразуется при помощи термопары в электродвижущую силу (ЭДС); механическое перемещение, связанное с изменением положения якоря электромагнита, изменяет индуктивность его обмотки и т.д.).
Поэтому датчики нередко называют первичными преобразователями.
Датчики являются наиболее широко распространенными элементами любой системы автоматики.
Условия работы датчиков, как правило, более тяжелые, чем у остальных элементов, т.к. они расположены непосредственно на объекте управления и подвергаются воздействию агрессивных сред, ударов, вибрации и т.п. В этих условиях к датчикам предъявляются жесткие требования по точности и стабильности преобразования.
Основной характеристикой датчика является зависимость его выходной величины у от входной х, т.е. у =f(x). На рис. 1.2 изображены некоторые распространенные виды зависимости выход-вход датчиков. Как видно из рисунка, функциональная связь может подчиняться любой закономерности, но желательно, чтобы характеристика датчика была линейной.
Классификация датчиков
В зависимости от принципа действия датчики делятся на:
- параметрические (модуляторы);
- генераторные
По виду входного сигнала различают датчики:
- уровня;
- давления;
- температуры;
- скорости и т.п.
По виду входного сигнала датчики могут быть:
- аналоговыми;
- дискретными;
- линейными;
- нелинейными
В зависимости от вида контролируемой неэлектрической величины:
- механические;
- тепловые;
- оптические и т.д.
Параметрические (модуляторы) – это такие датчики, у которых изменение входной величины датчика вызывает изменение какого – либо параметра самого датчика (К ним относятся: контактные, реостатные, тензодатчики, потенциометрические, терморезисторы, ёмкостные,индуктивные, электронные, фоторезисторные и др.) Генераторными называются такие датчики, у которых изменение входной величины датчика вызывает генерацию (появление, создание) электрического сигнала на его выходе. Эти датчики не требуют вспомогательного источника энергии. (К ним относят: термоэлектрические (термопары), индукционные, пъезоэлектрические, вентильные фотоэлементы). Аналоговые датчики это такие датчики, у которых либо входной сигнал, либо сигнал на выходе, либо оба сигнала являются аналоговым. У дискретных датчиков оба сигнала, или хотя бы один сигнал на входе или на выходе является дискретным (импульсным, цифровым и т.п.) Линейные датчики – выходная величина изменяется пропорционально изменению входной величины. Нелинейные датчики – выходная величина изменяется нелинейно относительно изменению входной величины. Часто применяются электрические датчики с промежуточным преобразованием, т.е. механический датчик объединяют с электрическим. Преобразование контролируемой величины в таких датчиках происходит по схеме: измеряемая величина — механическое перемещение — электрическая величина. Элемент, преобразующий измеряемую величину в перемещение, называется первичным преобразователем или первичным измерителем (ПИ). Например, давление преобразуется в перемещение стрелки манометра ПИ, которое затем преобразуется в изменение активного сопротивления (проволочный, резистивный (или реостатный) датчики и др.). 2. Усилитель — элемент автоматики, осуществляющий количественное преобразование (чаще всего усиление) поступающей на его вход физической величины (тока, мощности, напряжения, давления и т.п.). Усилитель обязательно должен иметь дополнительный источник энергии. Основной характеристикой усилителя является зависимость y=f(x); при этом обычно стремятся к получению линейной или близкой к ней характеристики на рабочем участке. Величины на входе и выходе усилителя имеют одинаковую физическую природу. На рис. 1.3 изображены различные виды характеристики усилителей. Рисунок 1.3 Виды характеристики усилителей По принципу действия усилители разделяются на: электронные, полупроводниковые, магнитные, электромашинные, пневматические, гидравлические. 3. Стабилизатор — элемент автоматики, обеспечивающий постоянство выходной величины у при колебаниях входной величины х в определенных пределах. Эффект стабилизации достигается за счет изменения параметров элементов, входящих в схему стабилизатора; при этом вид энергии на его входе и выходе должен быть один и тот же. Характеристики стабилизаторов показаны на рис. 1.4.
 Рисунок 1.4 Виды основной характеристики стабилизаторов |
Характеристика 1 обеспечивает меньшую стабилизацию выходной величины у, чем характеристика 2. В случае, если кривая не имеет в заданном диапазоне горизонтального участка, а имеет максимум (кривая 3) или минимум, то точность стабилизации будет больше, чем в случае, характеризуемом кривой 1. |
В зависимости от вида стабилизируемой величины различают стабилизаторы напряжения и тока, обеспечивающие постоянство напряжения или тока в нагрузке при колебаниях входного напряжения и сопротивления нагрузки. 4. Реле — элемент автоматики, в котором при достижении входной величины х определенного значения выходная величина у изменяется скачком. Зависимость у = f(x) реле неоднозначна и имеет форму петли (рис. 1.5). При изменении входной величины от 0 до х2 выходная величина у изменяется незначительно (или остается постоянной и равной у1). При достижении входной величины х значения х2, т.е. х = х2, выходная величина изменяется скачком от значения у1 до у2. Впоследствии при увеличении х выходная величина изменяется незначительно или остается постоянной (имеет установившееся значение). Когда входная величина уменьшается до значения х1 выходная величина сначала остается также неизменной и почти равной у2. В тот момент, когда х = х1 выходная величина скачком уменьшается до значения ух и сохраняется приблизительно неизменной при уменьшении х до нуля. Рисунок 1.5 Основная характеристика реле Скачкообразное изменение выходной величины у в момент, когда х = х2, называется величиной срабатывания (например, ток срабатывания, напряжение срабатывания для электрических реле). Скачкообразное изменение выходной величины у в момент, когда х = х1 называется величиной отпускания (ток отпускания, напряжение отпускания). Отношение величины хх к величине срабатывания х2 называется коэффициентом возврата, т.е. Kв = х1/х2. Так как обычно х1 < х2, то Kв 1. Существуют различные типы реле, но основными являются электромеханические реле (электромагнитные, магнитоэлектрические, электродинамические и др.), в которых изменение входной электрической величины вызывает замыкание или размыкание контактов. Бывают бесконтактные магнитные реле и бесконтактные реле электронного типа. 5. Распределитель (шаговый искатель) — элемент автоматики, осуществляющий поочередное подключение одной величины к ряду цепей. При этом подключаемые цепи обычно электрические. Распределители используются при необходимости управления несколькими объектами от одного и того же управляющего органа и по способу передачи импульсов в управляемые цепи делятся на электромеханические (контактные), электронные и ионные (бесконтактные). 6. Исполнительные устройства — электромагниты с втяжным и поворотным якорями, электромагнитные муфты, а также электродвигатели, относящиеся к электромеханическим исполнительным элементам автоматических устройств. Электромагниты преобразуют электрический сигнал в механическое движение; их применяют для перемещения рабочих органов, например клапанов, вентилей, золотников и т. п. Электромагнитные муфты используются в электроприводах и устройствах управления для быстрого включения и выключения приводимого механизма, а также для его реверса, т.е. изменения направления движения управляемого устройства. В некоторых случаях электромагнитные муфты применяют для регулирования скорости и ограничения передаваемого момента. Электродвигатель — это устройство, обеспечивающее преобразование электрической энергии в механическую и преодолевающее при этом значительное механическое сопротивление со стороны перемещаемых устройств. Одним из главных требований, предъявляемых к электродвигателям, является их способность развивать требуемую механическую мощность. Кроме того, электродвигатель должен обеспечивать реверс, а также движение объекта с заданными скоростями и ускорениями. Наиболее широко в качестве электромеханических исполнительных элементов применяют электродвигатели постоянного и переменного тока.
Элементы автоматических устройств
Автоматические системы состоят из отдельных элементов, которые по своему назначению могут быть подразделены на устройства для получения информации (воспринимающие элементы), для переработки информации (реле и усилители), для передачи и использования информации (исполнительные механизмы).
Источниками сигналов, поступающих в блок управления в разомкнутых системах, являются задающие устройства, а в замкнутых — задающие и измерительные устройства, посылающие в блок управления сигналы и информацию обратной связи. Назначение этих элементов в том, чтобы воспринимать изменение величины регулируемого параметра управляемой системы. Они называются воспринимающими (или чувствительными) элементами или механизмами системы. Сигналы, поступающие от воспринимающих или чувствительных элементов, а также от задающих устройств, воспринимаются блоками управления.
Преобразователи
Преобразователи — датчики служат для подачи команд и регулирования процесса. Для того чтобы станок выполнил требуемый прием обработки, на датчик должно быть оказано воздействие. Такое воздействие может быть оказано движущимися частями станка, изменением размера обрабатываемой заготовки, скорости движения механизма, давления рабочей среды и т. д.
В металлорежущих станках применяют путевые, размерные, силовые, скоростные и другие преобразователи -датчики. Путевыми датчиками механического типа являются подвижные и неподвижные упоры и кулачки. При встрече подвижной части станка с упором происходит необходимое движение промежуточного или исполнительного звена. Путевые датчики (переключатели) выполняются чаще всего на электрической, пневматической или гидравлической основе, сигнал от которых поступает к исполнительным органам непосредственно или через промежуточные звенья. Путевые переключатели применяют чаще всего для переключения скорости (быстрый подвод, рабочая подача, отвод, обратный ход), для ограничения хода и остановки движущихся частей в определенный момент пути.
Путевые датчики
Гидравлические и пневматические путевые датчики служат для того, чтобы открыть или закрыть в определенный момент доступ рабочей жидкости или воздуха к исполнительному звену. Электрические размерные датчики применяют для замыкания или размыкания контактов электрической цепи управления при достижении заданного размера. Силовые датчики создают командный импульс в момент, когда усилие в соответствующих механизмах станка или давление рабочей среды в системах управления достигает заданного значения. Потенциометры, сельсины, вращающиеся трансформаторы — датчики, предназначенные для точных измерений угловых положений исполнительных органов автоматических устройств.
Распределительные аппараты
Распределительные аппараты (промежуточные реле, контакторы, реле времени, триггерные ячейки и т. п.) выполняют функции передачи, распределения и комбинирования, усиления и инверсирова-ния команд, поступающих от датчиков. Реле-аппараты, приводимые в действие маломощным импульсом и служащие для преобразования, размножения, а иногда и для усиления сигналов, от блока управления команды направляются к исполнительным механизмам автоматической системы. Реле осуществляют прерывистое управление процессом, датчики — непрерывное.
Обычно команды, выходящие из блока управления, не обладают достаточной мощностью для приведения в действие исполнительных органов. Поэтому в автоматических системах часто используются усилители, предназначенные для усиления сигналов блока управления и передачи их исполнительным механизмам. Усилителем называют устройство, в котором производится количественное преобразование (усиление) входной величины за счет энергии постороннего источника. Усилители бывают электромашинные, магнитные, электронные, гидравлические и др.
Исполнительные механизмы
Назначение исполнительных механизмов — приведение в действие рабочих органов станка, исполнение очередного элемента цикла обработки. Исполнительные механизмы в системах автоматического регулирования и управления выполняют непосредственное действие, осуществляющее заданный прием управления (пуск и останов станка, переключение золотников, открытие вентилей и т. п.). По принципу действия исполнительные механизмы подразделяют на электрические, магнитные, гидравлические и др. Электромагниты предназначены для выполнения быстрых перемещений рабочих органов на небольшие расстояния. Их применяют для управления гидравлическими и пневматическими вентилями, золотниками и т. п. Электромагнитные фрикционные муфты являются устройствами для передачи крутящего момента. Их применяют для сложных автоматических переключений в станках.
Перейдите в каталог, выберите требуемый товар и добавьте его в корзину.
Отправка заявки
+7 (495)749-49-89
Оборудование
Качественное оборудование для систем автоматики обеспечивает комплексные решения по автоматизации инженерных систем, оснащению зданий едиными системами управления/ диспетчеризации.
Сегодня на рынке оборудования имеется огромный выбор технических средств и систем, что позволяет оптимально решать комплексные задачи инженерного обеспечения зданий.
В их число входят также задачи управления инженерными системами и обеспечение безопасности широкого спектра объектов ( от небольших строений до комплексов сооружений, находящихся на отдаленных расстояниях
Контрольно-измерительные приборы и автоматика
Кип и автоматика представляют собой средства измерений. Данные приборы помогают отслеживать состояние и работоспособность оборудования, регулировать расход тех или иных ресурсов, динамику их характеристик. С помощью специальных журналов ведется учет всех показателей оборудования.
Основные элементы и устройства автоматики
1. Датчики — элементы системы автоматики, которые используются для получения данных о рабочем состоянии объекта регулирования. Эта информация относится к показателям давления, температуры, движению потока жидкости, влажности, концентрации газовой смеси и т.п. При помощи датчиков налаживается обратная связь регулирующей системы и объекта регулирования по заданным параметрам.
Устройство датчика предполагает наличие преобразователей: первичного и вторичного. Первичный преобразователь — это сенсор, чувствительный элемент. Вторичный преобразователь дает унифицированный выходной электросигнал для связи датчика с элементами системы автоматики, принимающим его сигнал.
Классификация датчиков:
• Аналоговые
• позиционные ( релейного типа)
• цифровые.
2. Регуляторы
Регулятор является важным элементом системы автоматики, который обеспечивает управление исполнительными механизмами. К таким механизмам относятся приводы, вентиляторы, клапаны, нагреватели и пр.
К основным типам регуляторов относятся:
• Термостаты. Тип управляющих систем, относящихся к наиболее простым оппозиционным регуляторам. Срабатывает при определенной температуре, давлении, влажности. Имеет широкое применение в автоматических системах.
• Пропорциональные регуляторы. Такой тип регуляторов применяется в системах вентиляции, для поддержания заданного режима температуры внутри помещений. Могут состоять из таймера, дистанционного управления. В соответствии с сигналом входного датчика, оказывают соответствующее действие на исполнительный механизм.
3. Контроллеры — широкий класс многофункциональных устройств, основанный на применении микропроцессорных систем управления. Сюда входят контроллеры, обладающие жестко заданной программой, а также аналоги с гибкими функциями; контроллеры на базе модульного построения путем набора определенных карт ( аналогично архитектуре компьютера). Они используются для управления функционированием кондиционеров, чиллеров, систем вентиляции.
• Свободно программируемые контроллеры – один из самых мощный классов приборов. Свободное программирование дает возможность их адаптации ко многим обьектам. Контроллеры интегрируются в сети и могут управляться из общего диспетчерского пункта. Параметры управления объектами регулируются и обеспечиваются на базе вычисления логических задач.
4. Исполнительный механизм – приводная часть исполнительного устройства. Различаются электрические, пневматические, гидравлические исполнительные механизмы. Регулирующие элементы приборы автоматики имеют такие параметры, как давление на входе ( максимально допустимое); минимальный расход среды; диапазон изменений давления; расход через открытый клапан.
Наша компания применяет современные приборы автоматики известных мировых брендов, максимально удобные в эксплуатации. На все типы приборов автоматики имеется гарантийный срок.
Принципы работы и конструкция устройств может изменяться по заявке заказчика, элементы автоматики для вентиляции и кондиционирования могут изготавливаться по принципиальным схемам заказчика. Для всех наших приборов и элементов автоматики характерны точность, компактность, надежность в работе.
Подразделы
Интернет-магазин
- Аксессуары
- Датчики
- Кабели, адаптеры
- Клапаны
- Ключи, лицензии
- Комнатная автоматизация
- Контроллеры
- Модули
- Панели
- Приводы
- Противопожарная автоматика
- Сетевое оборудование
- Терморегуляторы (термостаты)
- Термостаты (защитные)
- Трансформаторы, аккумуляторы, блоки питания
- Частотные преобразователи
Классификация элементов автоматики ( Тема)
Элементы автоматики чрезвычайно разнообразны по выполняемым функциям, конструкции, принципу действия, характеристикам, физической природе преобразуемых сигналов и т.д.
1) В зависимости от того, как элементы получают энергию, необходимую для преобразования входных сигналов, они делятся на пассивные и активные.
Пассивные элементы автоматики – это элементы, у которых входное воздействие (сигнал хвх ) преобразуется в выходное воздействие (сигнал хвых ) за счёт энергии входного сигнала (например, редуктор).
Активные элементы автоматики для преобразования входного сигнала используют энергию от вспомогательного источника (например, двигатель, усилитель).
2) В зависимости от энергии на входе и выходе элементы автоматики подразделяются на :
3) По выполняемым функциям в системах регулирования и управления элементы автоматики подразделяются на :
— вспомогательные элементы и т.д.
Датчики воспринимают поступающую на их вход информацию об управляемой величине объекта управления и преобразуют её в форму, удобную для дальнейшего использования в устройстве автоматического управления. Большинство датчиков преобразует входной неэлектрический сигнал хвх в выходной электрический сигнал хвых . В зависимости от вида входного неэлектрического сигнала хвх выделяют:
— датчики механических величин (датчики перемещения, датчики скорости, датчики ускорения и т.д.);
— датчики тепловых величин (датчики температуры);
— датчики оптических величин (датчики излучения) и т.д.
Часто применяются датчики с двойным преобразованием сигнала, например, входной неэлектрический сигнал хвх сначала преобразуется в перемещение, а затем перемещение преобразуется в выходной электрический сигнал хвых .
Так, например, в системе автоматического регулирования высоты полёта самолёта, изменение барометрического давления, возникающее при изменении высоты полёта, преобразуется сначала в механическое перемещение центра анероидной коробки, а затем в напряжение, измеряемое с помощью потенциометра.
Усилители — это элементы автоматики, которые осуществляют количественное преобразование, усиление мощности входного сигнала хвх . В некоторых случаях одновременно с количественным преобразованием, усилители осуществляют и качественное преобразование (например, преобразование постоянного тока в переменный , в пневматических и гидравлических усилителях осуществляется преобразование перемещения в изменение давления).
В зависимости от вида энергии, получаемой усилителем, последние делятся на :
Наибольшее распространение получили электрические усилители, имеющие высокую чувствительность, большой коэффициент усиления и удобные в эксплуатации.
Исполнительные устройства относятся к элементам автоматики, создающим управляющие воздействия на объект управления. Они изменяют состояние или положение регулирующего органа объекта таким образом, чтобы регулируемый параметр соответствовал заданному значению. К исполнительным устройствам, создающим управляющее воздействие в виде силы или вращающего момента, относятся силовые электромагниты, электромагнитные муфты, двигатели.
Двигатели в зависимости от вида применяемой для работы энергии могут быть:
В качестве исполнительных устройств, изменяющих состояние регулирующего органа, могут использоваться усилители или реле.
Реле – это элементы автоматики, у которых изменение выходного сигнала ( хвых ) происходит дискретно (т.е. скачкообразно) при достижении входным сигналом ( хвх ) определённого значения, вызывающего срабатывание реле.
Это значение входного сигнала называется уровнем срабатывания реле.
Мощность входного сигнала ( хвх ), вызывающего срабатывание реле, значительно меньше мощности, которой реле может управлять. Поэтому реле используется и как усилительный, и как исполнительный элемент.
Реле часто используются и как автоматически управляемые коммутаторы сигналов в многоканальных системах сбора и передачи данных, в которых обрабатывается информация от десятков, сотен и даже тысяч датчиков. Они применяются также в системах контроля, сигнализации, блокировки и защиты.
Вычислительные элементы в устройствах автоматического управления осуществляют математические преобразования с поступающими на их вход сигналами. Эти операции осуществляются с целью обеспечения заданного алгоритма работы системы.
В простейшем случае вычислительные элементы выполняют отдельные математические операции, такие как алгебраическое суммирование, дифференцирование, интегрирование, логическое сложение, логическое умножение и т.д.
В замкнутых САУ необходимо осуществлять суммирование сигнала датчика и сигнала обратной связи. В корректирующих устройствах используется дифференцирование и интегрирование сигналов. Для выполнения этих операций главным образом используются вычислительные элементы аналогового типа.
В более сложных случаях в качестве вычислительного элемента может использоваться микропроцессор, специализированные и унифицированные ЭВМ цифрового и аналогового типов или комплекс этих машин. Такие задачи автоматического управления, как оптимизация, создание адаптивных (приспосабливающихся) САУ, использование алгоритмов управления, основанных на вероятностных и статистических методах обработки сигналов, невозможно осуществить без применения ЭВМ.
Согласующие и вспомогательные элементы включаются в устройство автоматического управления для улучшения его параметров, расширения функциональных возможностей основных элементов и т.д.
В качестве согласующих элементов часто используют трансформаторы, редукторы, позволяющие согласовать параметры исполнительного элемента с параметрами объекта управления.
В системах автоматического управления, в которых качестве вычислительного элемента используется микропроцессор или ЭВМ, часто возникает необходимость согласования ЭВМ с датчиками информации и исполнительными элементами аналогового типа, широко применяемыми в автоматике. Для этой цели на входе ЭВМ устанавливаются аналого-цифровые преобразователи (АЦП). Аналого-цифровые преобразователи преобразуют механический сигнал (перемещения, скорости и т.д.) или электрический сигнал (напряжения, силы тока, сопротивления и т.д.), получаемый от аналоговых датчиков, в дискретный кодовый сигнал, способный восприниматься ЭВМ.
Управляющее воздействие в таких системах получают в дискретной форме как результат обработки в ЭВМ поступившей информации.
Если в устройстве автоматического управления в качестве исполнительного элемента используются электродвигатели постоянного или переменного тока, электромагнитные муфты, усилители мощности постоянного или переменного тока и т.д., то возникает потребность обратного преобразования дискретного сигнала ЭВМ в аналоговый сигнал, воспринимаемый исполнительным элементом.
Эта задача решается с помощью цифро-аналоговых преобразователей (ЦАП).
Они преобразуют кодовый сигнал, полученный от ЭВМ, в перемещение, напряжение, ток, частоту и т.д.
Вспомогательные элементы автоматики – это стабилизаторы напряжения или тока, коммутаторы и распределители, генераторы напряжения специальной формы («пила»), формирователи импульсов, индикаторные и регистрирующие приборы, сигнальные и защитные устройства.
Эти элементы автоматики, не являясь принципиально необходимыми для работы устройства автоматического управления, в то же время позволяют увеличить точность и стабильность его работы, облегчают наладку и эксплуатацию, расширяют возможности использования этого устройства при создании САУ.