Технические средства автоматизации

Содержание

Дайте определение электроавтоматики как науки, укажите ее значение для технологических процессов в пищевой промышленности.

Поясните роль автоматики в повышении производительности труда и качества выпускаемой продукции.

Опишите принцип действия тахогенератора переменного тока и приведите схему включения его в сеть.

Приведите обобщенную схему усилителя и поясните принцип усиления входных сигналов.

Опишите принцип действия усилителя с внешней обратной связью.

Приведите типовую конструкцию электромагнитного реле переменного тока, опишите принцип его действия.

Дайте общую характеристику и поясните назначение командного электрического прибора КЭП-12У.

Начертите механические характеристики электродвигателей и дайте примеры жестких и мягких характеристик.

Принцип действия и устройство пневматического исполнительного механизма.

Приведите примеры применения электрических систем автоматического регулирования в технологических процессах пищевой промышленности.



Дайте определение электроавтоматики как науки, укажите ее значение для технологических процессов в пищевой промышленности

Системы электроавтоматики выполняют разнообразные функции: контроль за ходом процесса управления; организацию пуска, торможение, переход с одной ступени скорости на другую, реверс различного технологического оборудования в определенной последовательности во времени или но командам от технологического оборудования; автоматическое регулирование и управление технологического оборудования по заданным технико-экономическим критериям.

Различают системы электроавтоматики с разомкнутой и замкнутой цепью воздействий. Цепь воздействий - совокупность частей системы, по которой передаются управляющие воздействия. Системы электроавтоматики имеют конструктивную, функциональную и алгоритмическую структуры.

Конструктивная структура -- это структура системы электроавтоматики, каждая часть из которой представляет собой самостоятельное устройство. Конструктивные структуры определяют принципиальные схемы систем электроавтоматики, показывающие взаимодействие отдельных электрических элементов системы.

Функциональная структура -- это структура, где каждая часть предназначена для выполнения определенной функции. Под функциями понимают получение и преобразование информации, передачу и сравнение сигналов, формирование управляющих воздействий. Функциональные структуры соответствуют структурным функциональным схемам систем электроавтоматики.

Алгоритмическая структура -- это структура, где каждая часть предназначена для выполнения определенного алгоритма преобразования информации.

Структуру системы электроавтоматики с той или иной степенью детализации обычно представляют графически в виде структурной схемы. Части, на которые делят систему электроавтоматики по тем или иным признакам, изображают графически в виде прямоугольников с указанием условных обозначений; пути передачи воздействий между частями системы электроавтоматики -- в виде линий со стрелкой в направлении передачи воздействий, которые называют связью структурной схемы.

Структурные схемы включают в себя основную (прямую) цепь воздействий, идущую от входа к выходу системы электроавтоматики, и цепь обратной связи -- от выхода к входу системы, называемой главной обратной связью. Основную цепь воздействий выбирают в соответствии с основ-6

Поясните роль автоматики в повышении производительности труда и качества выпускаемой продукции

На пороге нового тысячелетия человек вступает в новый мир - динамичный, разнообразный, таящий радости и угрозу, изменяющий наши ценности, обычные представления, образ жизни и мысли. Возникает новая культура, новая наука, новые формы жизнедеятельности, характер и организация поведения людей. Одной, и пожалуй весьма существенной составляющей этого процесса, являются коренные изменения в сфере производственной деятельности, связанные с формированием нового технико-технологического базиса производства, называемом емким словом <автоматизация>. Автоматизацией называют применение технических средств для замены участия человека в процессах получения, преобразования, передачи и использования материалов, энергии или информации. В процессе своей реализации автоматизация проходит определенные ступени. Так, в автоматизации производственных процессов различают частичную, комплексную и полную автоматизацию. В одном случае автоматизируются отдельные операции и процессы, тогда говорят о частичной автоматизации. В других случаях речь идет о комплексной автоматизации, когда автоматизируется весь производственный процесс. Если же автоматизированный процесс осуществляется без непосредственного участия человека, говорят о полной автоматизации этого процесса. Но любая ступень развития автоматизации связана с коренными изменениями во взаимоотношениях человека и машины .

Важнейшая черта человеческой деятельности заключается в распределении функций между человеком и техническими устройствами, что вносит изменения как в технические средства, так и в саму деятельность человека. На протяжении всей социальной истории человек постепенно освобождался от рутинного физического труда. При этом машине передавались отдельные физические трудовые функции - транспортная, технологическая, энергетическая. Всякий раз, когда человек передавал очередную трудовую функцию техническим устройствам, в развитии техники происходили глубокие качественные преобразования, называемые техническими революциями. С появлением компьютеров человек начинает передавать технике умственные трудовые функции - контрольно-управляющую и логическую, что является наиболее характерной чертой современного научно-технического прогресса. Как замечает С. Лем, орудия труда, возникнув в сфере труда физического, переступают его границы и вторгаются в сферу умственного труда человека.

Облегчая свой физический труд, человек усложняет интеллектуальный. По мере упрощения решения интеллектуальных задач при помощи вычислительной техники возрастает творческая напряженность человека. Передавая машине одну функцию, человек непременно берет на себя новую. Возникла необходимость исследования системы <человек-компьютер>.

Передача умственных функций технике стала возможна с появлением информатики как массива научных знаний о получении, переработке, хранении и выдачи информации и информационной техники прежде всего в виде компьютеров. Информатика делает возможным создание высоких технологий, автоматизацию процессов управления и начинает играть столь большую роль в обществе, что информатику можно образно по праву назвать <сердцем автоматики> а будущее общество - информационным.

В отличие от любой человеко-машинной системы, где решающая роль в процессе управления принадлежит человеку определяющему характер и степень управляющего воздействия при отклонениях процесса от заданной программы, в автоматических системах функция управления, т.е. устранения рассогласования, реализуется автоматическими устройствами без участия человека. Автоматизируются все три функции управления: сбор и передача информации об управляемом объекте, обработка поступающей информации и выдача управляющих воздействий на объект. Человек в этом случае имеет возможность разрабатывать и корректировать критерии управления, осуществлять творческий поиск оптимальных решений, принимать окончательное решение из многих допустимых и обеспечивать автоматическую систему управления данными, автоматизированное накопление которых либо невозможно, либо неэффективно.

Существует два класса автоматизированных систем. Один из них представляет системы обработки информации на базе использования электронной техники. В таких системах компьютер является инструментом подготовки решений, принимаемых человеком. К этому классу относятся большие системы сбора, накопления, обработки и передачи управленческой, планово-экономической, статистической, банковской информации. Они применяются на всех уровнях хозяйственного управления - от отдельных предприятий до народного хозяйства в целом. Здесь отдельный работник или обслуживающий персонал а не компьютер реализует функцию управления, используя полученную с помощью компьютера информацию.

Что касается другого класса автоматизированных систем управления, то они представлены системами управления технологическими процессами, машинами, агрегатам, роботами-манипуляторами, системами диспетчерского управления. Здесь компьютеры не только принимают управленческие решения без посредства человека, но и реализуют без непосредственного участия человека сам процесс управления. За человеком в лучшем случае остаются функции наблюдения и контроля и оператор вмешивается в этот процесс лишь в аварийных, критических, непредвиденных ситуациях.

На начальных этапах автоматизации последняя понималась как простая замена работника автоматическим устройством. В результате такого понимания автоматизации были созданы малотехнологичные, негибкие производственные линии, рассчитанные на стандартизированное массовое производство. Это ограничивало сферу автоматизации и значительно уменьшало ее экономический эффект. Современная автоматизация предполагает новые технологические решения, исключающие промежуточные операции, решения, основанные на использовании новых форм воздействия на сырье и полуфабрикаты, ориентированные на создание автоматических систем, способных к быстрой переналадке путем замены информационных производственных программ.

К преимуществам комплексной автоматизации производства можно отнести повышение производительности и снижение трудозатрат, уменьшение процента брака и объема доработок изделий, экономию потребляемой энергии и материалов, сокращение сроков освоения новых изделий, повышение их качества, улучшение организации и управления, повышение гибкости производства и возможности более быстрого ответа на потребности рынка. Возникла невиданная в прошлом возможность быстрой перестройки производства и создания совершенно новых предприятий. Наблюдается отход от упора на массовую продукцию и ориентация на выпуск <индивидуализированных> товаров с учетом специфических запросов заказчика.

Информатизация производства предполагает создание принципиально новой технической основы производства, при которой управление машинами, механизмами и целым комплексом машин передается техническим информационным устройствам.

Если в индустриальном обществе существует массовое производство идентичных товаров, то в информационном обществе машины с числовым программным управлением могут быстро перейти от производства одной модели товара к другой или к другому товару. Становится технически и экономически возможным выпуск товаров небольшими сериями, удовлетворяющими разнообразные вкусы потребителей. Если нынешняя индустриальная техника способствует однообразию выпускаемой продукции, то техника информационного общества будет нацелена на их разнообразие.

Таким образом, автоматизация производства в качестве необходимого условия предполагает его информатизацию - внедрение средств, ведущих разнообразные операции с информацией. Информационная технология - центральное звено развития и функционирования автоматизации. Современная информационная техника внесла нечто новое в научно-техническое развитие человечества - замену нетворческих сторон умственного труда техническими устройствами. Возникает необходимость осмысления этого нового феномена, определения его сущности, возможностей, перспектив развития и того влияния, которое оказывает техника информатики и информационная теория на человека и человечество в целом.

Комплексная автоматизация производства осуществляет интеграцию трех видов средств: механических, электронных и информационных. Информационный аспект выдвигается на первый план. Главное - это своевременная переработка и четкая передача надежной информации. Информационная технология должна сыграть роль основного средства интеграции этапов производственного цикла. Станок с компьютерным управлением способен изготовить из того же количества материалов больше, чем самый квалифицированный работник. Снижается потребность во многих традиционных видах массового сырья. Возрастает значение новаторских технологий, производственных комплексов. Интегрированные производственные комплексы объединяют под управлением электронно-вычислительной техники весь технологический процесс.

Таким образом, информационная технология, являясь сердцевиной автоматизации различных сфер человеческой деятельности, приводит к качественному изменению этих сфер. Мало того: она изменяет характер и содержание самой человеческой деятельности.

Опишите принцип действия тахогенератора переменного тока и приведите схему включения его в сеть

Асинхронные тахогенераторы.

Тахогенераторами называют электрические микромашины, работающие в генераторном режиме и служащие для преобразования угловой скорости в пропорциональный электрический сигнал. Выходная характеристика тахогенератора, т.е. зависимость между входной величиной - угловой скоростью вала ?₂ и выходной - напряжением U_вых выходной обмотки, имеет вид

U_вых=К_тг?₂= К_тг·d?₂ /dt

где ?₂ - угол поворота ротора тахогенератора;

К_тг - коэффициент передачи, равный крутизне тахогенератора ;

S_тг= ?Uвых/??₂.

Как видно, тахогенератор можно использовать для электромеханического дифференцирования, если функцию задавать в виде угла поворота ротора.

Основные требования, предъявляемые к тахогенераторам, состоят в следующем: минимальная погрешность отображения функциональной зависимости, под которой понимают отклонение выходной характеристики от линейной зависимости; минимальное изменение фазы выходной ЭДС при изменении угловой скорости ротора; максимальная крутизна.

К тахогенераторам предъявляют также требования, зависящие от условий применения.

Конструкция и принцип действия.

Конструкция асинхронных тахогенераторов аналогична конструкции исполнительных асинхронных двигателей с полым немагнитным ротором.

Рассмотрим принцип работы асинхронного тахогенератора. Для этого воспользуемся эквивалентной схемой. На этой схеме для упрощения качественного анализа полый ротор заменен конечным числом проводников, замкнутых накоротко в торцах. Для наглядности дальнейших пояснений проводники расположены в два слоя, хотя в действительности проводящий слой ротора единый. К обмотке статора В подводится неизменное по амплитуде и частоте напряжение возбуждения U₁. Вторая обмотка статора Г является генераторной ,и с её выводов снимается выходной сигнал Е_г. В общем случае обмотка замкнута на нагрузочное сопротивление Z_н.

При неподвижном роторе тахогенератор можно рассматривать как трансформатор, первичной обмоткой которого служит обмотка статора В, а вторичной - обмотка ротора. Магнитный поток, созданный МДС обмотки В, пронизывает ротор и наводит в его проводниках трансформаторную ЭДС Е_т (условно показана на внутреннем слое проводников). Поскольку ротор короткозамкнутый, по этим проводникам течет ток I_т и создается МДС, направление которой определяется правилом Ленца. Следовательно, по оси В тахогенератора устанавливается результирующий магнитный поток Ф_в, пульсирующий с частотой f₁ напряжения возбуждения. При этом ЭДС Е_г в генераторной обмотке равна нулю, так как вектор магнитного потока Ф_в перпендикулярен оси этой обмотки.

Приведем ротор тахогенератора во вращение с угловой скоростью ?₂. Ввиду симметрии ротора процесс наведения в нем трансформаторной ЭДС Е_т не изменится. По оси В, как и в предыдущим случае, пульсирует магнитный поток Ф_в, который в первом приближении можно считать не зависящим от ?₂. Проводники ротора вращаются в поле Ф_в и в них наводится ЭДС вращения Евр (условно показана на внешнем слое проводников). При Ф_в=const ЭДС Е_вр является линейной функцией угловой скорости ротора. Под действием ЭДС вращения в обмотке ротора течет ток I_вр и создается магнитный поток Ф_г. Направление потока Ф_г, определенное по мнемоническому правилу буравчика, совпадает с осью генераторной обмотки Г. Поскольку ток I_вр прямо пропорционален ЭДС Е_вр, то созданный этим током магнитный поток Ф_г прямо пропорционален угловой скорости ротора ?₂. Частота пульсации Ф_г совпадает с частотой напряжения возбуждения. Магнитный поток Ф_г индуцирует в генераторной обмотке статора трансформаторную ЭДС Е_г= 4,44f₁Ф_гw_г.эф, где w_г.эф - число эффективных витков обмотки Г.

Поскольку поток Ф_г прямо пропорционален угловой скорости ротора, то при принятом допущении о постоянстве потока Ф_в функция Е_г=f(?₂) является линейной. Частота выходной ЭДС Ф_в совпадает с частотой f₁потока и напряжения возбуждения и не зависит от угловой скорости ротора ?₂.

В действительности, магнитный поток Ф_в несколько уменьшается при увеличении угловой скорости ротора ?₂, т.к. возрастает размагничивающее действие токов ротора. Выходная характеристика тахогенератора Е_г=f(?₂) отклоняется от линейной зависимости, т.е. появляется погрешность отображения функциональной зависимости.

Если замкнуть обмотку Г на нагрузочное сопротивление Z_н, то по ней потечет ток I_г. Поток Ф_г будет создаваться геометрической суммой МДС ротора и обмотки статора Г, что скажется на амплитуде ЭДС Е_г. Кроме того, само выходное напряжение U_г будет определяться геометрической разностью ЭДС Е_г и падением напряжения на собственном сопротивлении обмотки Z_г, т.е. U_г= E_г - I_гZ_г. Указанные физические процессы обуславливают вид выходной характеристики тахогенератора при работе с нагрузкой.

Выходная характеристика.

Поскольку асинхронный тахогенератор по своей конструкции не отличается от рассмотренного ранее асинхронного исполнительного двигателя, то, учитывая принцип обратимости электрических машин, можно определить выходное напряжение U_г, пользуясь изложенной методикой анализа двухфазного микродвигателя.

Фазе Г асинхронного тахогенератора соответствуют схемы замещения фазы В исполнительного двигателя, если в цепь статора включить сопротивление Z_н, а выходные выводы замкнуть накоротко. Схемы замещения фазы В тахогенератора совпадают со схемами замещения фазы В двигателя. Все параметры фазы Г тахогенератора соответствуют параметрам фазы. У двигателя. Тогда

U_г=jU₁K_т?_* /(A -?_*²B)

где А и В - комплексные коэффициенты, зависящие от параметров схемы замещения и нагрузки.

Погрешности и классы точности.

Принципиальной погрешностью преобразования угловой скорости в напряжение у асинхронных тахогенераторов является рассмотренная выше скоростная составляющая погрешности отображения функциональной зависимости и изменения фазы.

Расчетная скоростная составляющая погрешности отображения функциональной зависимости тахогенератора определяется разностью модулей напряжений согласно изменение фазы -- разностью аргументов этих напряжений.

Погрешность отображения уменьшается при увеличении активного сопротивления ротора, так как снижается значение коэффициента В. Однако нужно иметь в виду, что с увеличением активного сопротивления ротора уменьшается крутизна тахогенератора, так как возрастает значение коэффициента А.

Тахогенераторы целесообразно выбирать с такой синхронной скоростью, при которой относительное значение измеряемой скорости не будет превышать 0,2-0,3. В данном случае член ?_*² мал, и выходная характеристика на рабочем участке ?_*=0-0,3 практически линейна. Поэтому часто тахогенераторы выполняют для работы от сети переменного тока с повышенной частотой. Увеличение частоты пропорционально повышает синхронную скорость и соответственно понижает относительное значение измеряемой угловой скорости.

Среди эксплуатационных погрешностей асинхронного тахогенератора наиболее существенной является температурная погрешность. В основном она обусловлена нагревом ротора, активное сопротивление которого в несколько раз больше активного сопротивления статорных обмоток.

Технологические погрешности изготовления асинхронного тахогенератора приводят к появлению остаточной ЭДС - ЭДС в генераторной обмотке при неподвижном роторе. Эта ЭДС имеет две составляющие: постоянную, не зависящую от углового положения ротора, и переменную, которая изменяется в зависимости от угла поворота ротора.

Постоянная составляющая возникает в результате неточности сдвига статорных обмоток на угол 90° и, соответственно, появления трансформаторной связи между ними, и неоднородности магнитных свойств магнитопровода статора. Электрическая асимметрия ротора, заключающаяся в неодинаковой толщине его стенок или неточности его цилиндрической формы, вызывает образование переменной составляющей остаточной ЭДС.

Под влиянием остаточной ЭДС, не совпадающей по фазе с выходной ЭДС Е_г, происходит смещение выходной характеристики из начала координат, появляются дополнительная составляющая погрешности отображения и изменения фазы, особенно при малых угловых скоростях ротора.

Асинхронные тахогенераторы имеют несколько классов точности в зависимости от уровня погрешностей. При определении погрешности отображения функциональной зависимости эталонная характеристика представляет собой прямую, проведенную в установленном диапазоне угловой скорости; у тахогенераторов различного класса погрешность составляет от 0,025 до 1 %.

Существенными достоинствами асинхронных тахогенераторов являются высокая надежность ,благодаря отсутствию скользящих контактов, и простота конструкции. К недостаткам асинхронных тахогенераторов следует отнести принципиальную нелинейность выходной характеристики и невысокую крутизну.

Приведите обобщенную схему усилителя и поясните принцип усиления входных сигналов

Входной усилитель.

При помощи небольшого устройства, которое будет описано ниже, легко снимаются два основных ограничения, присущих простейшим АЦП; входной диапазон от 0 до +5 В и неспособность работать с переменными напряжениями без постоянной составляющей.

Например, устройство смещения нуля и усилитель с переключаемыми коэффициентами усиления 1, 10 и даже 100 сильно расширят область применения АЦП ADC 10 и того мощного программного обеспечения, которое к нему прилагается. Этот АЦП можно будет использовать даже для оцифровки звука!

Подача переменного напряжения с нулевым средним значением (иными словами, без постоянной составляющей) на вход аналого-цифрового преобразователя с входным диапазоном 0-5 В приводит к эффекту однополупериодного выпрямления.

В обоих случаях регулировка положения луча или установки нуля позволяет решить проблему путем добавления регулируемого постоянного напряжения смещения к входному сигналу.

Хотя входной диапазон 0-5 В и подходит для решения многих задач, при измерениях с помощью 8-разрядного АЦП желательно использовать максимально возможное количество из 256 уровней, то есть нужно уложиться в последнюю треть шкалы. К примеру, входное напряжение, изменяющееся в пределах от 0 до 500 мВ, при преобразовании займет всего 25 уровней, что соответствует точности 4%, тогда как АЦП наверняка имеет точность не ниже 1%.

12-разрядные АЦП решают эту проблему, но они тоже не работают с сигналами переменного тока.

С учетом простоты схем описываемых АЦП был разработан самый простой усилитель. Действительно, не нужны ни широкая полоса (достаточно нескольких килогерц), ни высокая точность (достаточно 1%), ни смещение нуля на уровне микровольт, поскольку 8-разрядный АЦП с трудом определяет разницу между величинами О В и 20 мВ.

Рис. 6.1. Принципиальная схема входного усилителя.



Не надо рассматривать схему, приведенную на рис. 6.1, как образец высокоточного прибора - это небольшое, но полезное устройство, предоставляющее немалые возможности.

Главный компонент схемы - сдвоенный операционный усилитель LM358, разработанный очень давно и широко распространенный. Он может работать с напряжениями, очень близкими к нулю, даже без двухполярного питания. Простой девятивольтовой гальванической батарейки вполне хватит для питания описываемого устройства, которое потребляет ток не более 1 м А (500 часов непрерывной работы с новой щелочной батареей).

Из напряжения питания +9 В микросхемой TLE2425 производства компании Texas Instruments формируется стабильное напряжение 2,5 В. Обычно эта микросхема используется в устройствах для получения «виртуальной земли».

Хотя напряжения 2,5 В даже при единичном усилении вполне достаточно для сдвига нуля в середину рабочего диапазона 0-5 В, при отсутствии микросхемы TLE2425 допустимо применение интегрального стабилизатора 78L05. При этом параметры будут менее стабильны, а потребление тока увеличится, Расположение выводов обеих микросхем одинаково.

Многооборотный потенциометр R9 с сопротивлением 10 кОм служит для подачи части выходного напряжения микросхемы TLE2425 на резисторный сумматор. На этот же сумматор поступает и входное напряжение, которое может подаваться напрямую (разъем DC - открытый вход) или через разделительный конденсатор Сех( (разъем АС - закрытый вход), как и у обычных осциллографов.

Использование входа АС позволяет убрать из входного сигнала постоянную составляющую (обычно присутствующую), а затем при помощи потенциометра R9 подобрать такую ее величину, которая максимально упростит проведение измерений. Емкость неэлектролитического конденсатора Ccxt (желательно, чтобы он был рассчитан на напряжение 400 В) будет зависеть от условий измерений: величина 1 мкФ позволяет работать на очень низких частотах, а величины 0,1 мкФ достаточно для работы в звуковом диапазоне.

Номиналы резисторов (с точностью 1%) были рассчитаны таким образом, чтобы первый каскад имел единичное усиление, а входное сопротивление составляло 1 МОм. Резистор с сопротивлением 500 кОм можно получить, соединив параллельно два резистора по 1 МОм каждый.

Второй каскад имеет переключаемый коэффициент усиления 1, 10, 100, а многооборотный потенциометр R10 22 кОм позволяет либо точно откалибровать усиление при настройке, либо регулировать его плавно - так же, как это можно проделать при помощи обычного осциллографа, вращая ручку «Усиление плавно».

Конечно, ничто не мешает использовать иные номиналы резисторов, чтобы получить другие коэффициенты усиления: 2, 5 и т.д.

Для реализации коэффициента усиления 100 в цепи обратной связи операционного усилителя используется резистор с номиналом 1 МОм, для коэффициента усиления 10 - параллельное соединение резисторов 100 кОм и 1 МОм. Для реализации единичного усиления (схема повторителя) применена обычная перемычка.

Чтобы обеспечить высокую точность устройства, калибровку надо проводить при коэффициенте усиления 10, так как режим «х100» используется редко и, кроме того, в этом режиме операционный усилитель LM 358 подвержен влиянию эффекта смещения нуля (которое едва ли будет скомпенсировано полностью).

Опишите принцип действия усилителя с внешней обратной связью

Обратная связь, в особенности отрицательная, оказывает значительное воздействие практически на все основные параметры усилителя, существенно улучшая его свойства. Уже отмечалось, что отрицательная обратная связь снижает коэффициент усиления усилителя, а положительная увеличивает.

Стабильность коэффициента усиления. Под действием различных внешних факторов , а также за счет временного дрейфа параметров и старения элементов усилителя значение коэффициента усиления может изменяться. Величина этого изменения оценивается коэффициентом нестабильности, который представляет собой дифференциальный параметр и учитывает влияние всех факторов. Для усилителя без обратной связи он может быть найден как:

усиления не зависит от изменения параметров самого усилителя и определяется только глубиной обратной связи. Это обусловлено тем, что любое изменение коэффициента усиления сразу вызывает изменение UОС, знак которого противоположен входному напряжению. Изменение UOC происходит до тех пор, пока выходное напряжение не вернется к исходному значению, т.е. происходит его эффективная стабилизация. В целом, наличие отрицательной обратной связи позволяет получить высокую стабильность коэффициента усиления при наличии значительного разброса параметров элементов аппаратуры. Полоса пропускания. За счет повышения стабильности коэффициента усиления "завалы" АЧХ в области низких и высоких частот будут значительно ослаблены. Это хорошо видно из рис. 1.9, где приведены АЧХ усилителя без обратной связи и при наличии ООС. Введение отрицательной обратной связи приводит к расширению полосы пропускания , а также уменьшает частотные и фазовые искажения в раз:

при этом АЧХ становится более равномерной. Следует отметить, что введения в контур обратной связи частотно-зависимых звеньев можно добиться эффективной коррекции формы АЧХ.



Рисунок 1.9 - Влияние ООС на АЧХ усилителя

Входное сопротивление. Рассмотрим усилитель с последовательной отрицательной обратной связью по напряжению (рис. 1.10).

Рисунок 1.10 - Усилитель с ООС по напряжению

Входное сопротивление усилителя с ООС может быть найдено как:

Рисунок 1.11- Усилитель с параллельной ОС



Напротив, параллельная обратная связь оказывает противоположное действие . Из рис. 1.11 можно записать соотношение проводимостей:

Структура ОУ.

Несмотря на то, что проще и полезнее рассматривать операционный усилитель как черный ящик с характеристиками идеального ОУ, важно также иметь представление о внутренней структуре ОУ и принципах его работы, так как при разработке с использованием ОУ могут возникнуть проблемы, обусловленные ограничениями его схемотехники.

Приведите типовую конструкцию электромагнитного реле переменного тока, опишите принцип его действия

Электромагнитное реле коммутирующее устройство, работа которого основана на воздействии магнитного поля неподвижной обмотки на подвижный ферромагнитный элемент (ГОСТ 16022-76). Электромагнитное реле состоит из корпуса, который обычно является и частью магнитопровода, сердечника, катушки, якоря, контактной группы, основания и чехла. Реле открытого типа чехла не имеют. Реле выпускают в различных исполнения:

- зачехленные,

- завальцованные (пылебрызгозащищенные),

- герметичные.

Реле одного типа различаются обмоточными данными, числом и видом контактных групп и электрическими параметрами. Номер паспорта, по которому находят необходимые данные в таблицах, маркируется на чехле. Основные параметры малогабаритных электромагнитных реле приведены в таблице 1. Допустимые коммутируемые токи и напряжения, а также максимальное число коммутаций приведены в таблице 4, эксплуатационные и технические характеристики таблице 5.

Реле типов РЭС-42 РЭС-44, РЭС-55А и РЭС-55Б имеют герметизированные магнитоуправляемые контакты (МУК), представляющие собой контактные ферромагнитные пружины, которые помещены в герметичные стеклянные баллоны, заполненные инертным газом, азотом высокой чистоты или водородом. Контактные элементы являются одновременно элементами магнитной цепи. Под действием магнитного поля достаточной напряженности ферромагнитные контактные пружины деформируются и замыкают или размыкают контакты. Достоинство МУК большая износоустойчивость и очень малое время срабатывания.

Малогабаритные дистанционные переключатели.

Дистанционный электромагнитный переключатель представляет собой электромагнитное реле с управляющими обмотками для прямого и обратного включения с контактными группами и магнитной системы для фиксации якоря в двух положениях. Из одного положения в другое якорь переходит при подаче импульса тока в соответствующую обмотку.

Дистанционный переключатель прибор полярный. Плюсовой вывод источника управляющих импульсов необходимо подключать к началу обмоток, а минусовой - к концу. Подача напряжения другой полярности и одновременная подача напряжения на прямую и обратную обмотки (они обозначены соответственно цифрами I и II) не допускается. При подаче импульса на прямую обмотку переключателя подвижный контакт каждой из групп перемещается в право по рисунку (см. рис.___). Для того чтобы контактная система вернулась в исходное состояние, подают импульс на обратную обмотку.

Переключатели РПС-24, РПС-26, РПС-28 имеют две обмотки для прямого включения и две для обратного. Все обмотки содержат одинаковое число витков и намотаны одинаковым проводом. Параллельное включение двух прямых или двух обратных обмоток уменьшает вдвое соответствующее напряжение срабатывания по сравнению с одной обмоткой. При последовательном соединении обмоток напряжение срабатывания не изменяется.

Для надежной работы переключателей управляющие импульсы тока должны иметь крутой фронт и длительность не менее 25 мс. Непрерывное пребывание обмоток под напряжением в течении более 1 мин. не допускается. Импульсное напряжение, подаваемое на обмотки переключателей, не должно содержать пульсаций, превышающих 5%.

В отличии от от обычного электромагнитного реле дистанционный переключатель имеет более сложную магнитную цепь, содержащую постоянный магнит, а якорь выполнен в виде коромысла. При подаче импульса напряжения нужной полярности на обмотку переключателя якорь не притягивается, а отталкивается от полюсного наконечника, к которому он был перед этим прижат. Поэтому, недопустимо увеличение напряжения на обмотках по отношению к номинальному, так как при увеличении напряжения примерно в двое якорь начинает притягиваться к полюсному наконечнику, что нарушает нормальную работу переключателя.

Значение напряжения срабатывания переключателей РПС-20, РПС-24, РПС-26, РПС-28 при работе якоря на отталкивание и притяжения значительно отличаются одно от другого, поэтому-то и нельзя одновременно подавать рабочие напряжения на прямую и обратную обмотки. Появляющийся при этом разностный магнитный поток оказывается достаточным для отрыва якоря от наконечника, но слишком слабым для его фиксации в одном из рабочих положений. Якорь при этом может зависнуть в некотором среднем положении.

Переключатель РПС-23, у которого каждая из обмоток разделена на равные части, размещенные на двух магнитопроводах, имеет симметричную магнитную цепь, поэтому он допускает перемену полярности напряжения, подаваемого на каждую из обмоток. При подаче одинакового напряжения одновременно на прямую и обратную обмотки их магнитные потоки взаимно компенсируются и якорь остается в исходном положении.

Дистанционные переключатели не рассчитаны на работу с включением обмоток через собственные контакты. При включении обмотки переключателя через свой контакт якорь не всегда успевает приобрести запас кинетической энергии, необходимый для перехода в другое положение, и зависает в неопределенном положении. Поэтому включать обмотки переключателей следует только через контакты других коммутирующих устройств.

Отсутствие магнитной экранировки у переключателей приводит к увеличению напряжения срабатывания при их установке вплотную один к другому из-за взаимного влияния. Для восстановления надежной работы переключателей в таких условиях необходимо увеличение рабочего напряжения примерно на 20%. Поэтому не следует располагать переключатели на панели из магнитного материала и вблизи элементов, создающих магнитные поля.

Дайте общую характеристику и поясните назначение командного электрического прибора КЭП-12У

Прибор командный электропневматический КЭП-12У

Прибор командный электропневматический предназначен для регулирования продолжительности и последовательности различных технологических процессов по заданной программе управления с различной длительностью циклов, от 30 секунд до 18 часов.

Изготавливается двух типов:

тип 1 - (с соленоидом) с дистанционным пуском и автоматическим отключением в конце цикла;

тип 2 - (без соленоида) в режиме непрерывно повторяющихся циклов до принудительного останова.

Технические характеристики КЭП-12У

В зависимости от исполнения прибор обеспечивает сочетание электрических и пневматических цепей управления в соответствии с таблицей:

Питание прибора от сети переменного тока напряжением 220 В частотой 50Гц или 60 Гц.

Питание пневмозолотников прибора осуществляется воздухом, очищенным от влаги, пыли, масла и механических примесей давлением 0,14 МПа (1,4 кгс/см2).

Потребляемая мощность не более 35 Вт.

Общее число различных циклов (скоростей вала) - 163.

Максимальное число команд за цикл - 96.

Приборы в зависимости от исполнения обеспечивают комбинации электрических и пневматических цепей

Масса прибора не более 8,8 кг.

Начертите механические характеристики электродвигателей и дайте примеры жестких и мягких характеристик

Механическая характеристика электропривода.

Для правильного проектирования и экономичного использования электропривода необходимо изучить и сопоставить механические свойства технологической машины и электродвигателя. Эти свойства выражаются их механическими характеристиками

Механическая характеристика технологической машины представляет собой зависимость момента статического сопротивления машины от угловой скорости ее вала Mc = f(a).

Несмотря на большое разнообразие технологических машин по механическим характеристикам они разделяются на следующие основные группы:

1. Машины, момент статического сопротивления которых не меняется с изменением скорости: краны, лебедки, поршневые насосы, компрессоры, конвейеры, транспортеры и другие машины, у которых преобладающим является момент трения.

2. Машины, момент статического сопротивления которых изменяется пропорционально изменению скорости: металлорежущие станки, стиральные машины.

3. Машины, момент статического сопротивления которых изменяется пропорционально квадрату скорости: вентиляторы, центробежные насосы, центрифуги.

Механические характеристики машин не исчерпывают всех случаев, встречающихся в промышленности, а только дают представление о характеристиках некоторых распространенных технологических машин.

Механическая характеристика электродвигателя представляет собой зависимость угловой скорости вала электродвигателя от момента на его валу. В отличие от технологических машин все электродвигатели, за исключением синхронного, имеют падающую механическую характеристику, т. е. угловая скорость вала электродвигателя уменьшается с увеличением момента на его валу.

Угловая скорость вала электродвигателя является убывающей функцией момента на его валу, однако степень изменения угловой скорости вала с изменением момента у разных электродвигателей различна и характеризуется жесткостью механической характеристики.

Жесткость механической характеристики определяется котангенсом угла наклона касательной в данной точке механической характеристики электродвигателя к оси момента.

Механические характеристики электродвигателей по их жесткости разделяются на:

1) абсолютно жесткую механическую характеристику, которую имеет синхронный электродвигатель; угловая скорость его вала с изменением момента остается неизменной;

2) жесткую механическую характеристику, которую имеет асинхронный электродвигатель (в рабочем ее участке) и электродвигатель постоянного тока с параллельным возбуждением; угловая скорость их вала с увеличением момента уменьшается, но в малой степени;

3) мягкую механическую характеристику, которую имеет электродвигатель постоянного тока с последовательным возбуждением; угловая скорость его вала с увеличением момента уменьшается в значительной степени.

При выборе электродвигателя для электропривода технологической машины необходимо, чтобы его электромеханические свойства соответствовали характеристике и технологическим особенностям машины.

О соответствии механических характеристик электродвигателя и машины судят по совместной механической характеристике электропривода, представляющей алгебраическую сумму их характеристик.

Устойчивая работа электропривода возможна в том случае, когда установившаяся угловая скорость привода располагается в точке, где суммарный момент равен нулю.



Принцип действия и устройство пневматического исполнительного механизма

Привод автоматического регулирования относится к устройствам применяемым в системах автоматического регулирования для связи устройств автоматического регулирования, например прибор ПИД - регулятор, ЭВМ или контроллеров, которые в общем можно назвать регулирующими устройствами, с запорнорегулирующими органами, состоящих из электропневмопреобразователей или электрогидропреобразователей связанных с исполнительными механизмами. Эти устройства могут найти широкое применение в различных отраслях промышленности для автоматического регулирования технологических процессов.

Известны различные устройства автоматического регулирования, в которых используются различные пневматические или гидравлические привода связывающие электрический выход регулирующих приборов с запорнорегулирующими органами, например известные распределители с управлением от электромагнита или, не менее известные, электропневматические преобразователи типа «coплo - зacлoнкa» связанные с пневматическими или гидравлическими исполнительными механизмами, например пневматическим или гидравлическим цилиндром двухстороннего действия.

Недостатками известных устройств является сложность конструкции и ненадёжность в работе, в связи с необходимостью централизованной подачи пневматической или гидравлической среды под давлением на эти устройства.

Целью предполагаемого изобретения является повышение надёжности работы устройства за счёт упрощения его конструкции.

Эта цель осуществляется за счёт электрической связи выхода вторичного регулирующего прибора системы автоматического регулирования с электрическим входом микро- нагнетательного устройства, например микрокомпрессором или микронасосом, пневматический или гидравлический выход которого соединён с, по меньшей мере одним, входом пневматического или гидравлического исполнительного механизма, например пневматического или гидравлического цилиндра.

Классификация исполнительных устройств по конструктивному исполнению

Как уже указывалось, исполнительные устройства состоят из двух основных функциональных блоков: исполнительного механизма и регулирующего органа. Далее будут подробно рассмотрены исполнительные механизмы и регулирующие органы, здесь же приводятся основные виды исполнительных механизмов и типы регулирующих органов для уточнения определений.

Исполнительные механизмы.

Исполнительным механизмом называется приводная часть исполнительного устройства, преобразующая получаемую энергию в перестановочное усилие и управляющая регулирующим органом в соответствии с командной информацией.

По виду движения выходного элемента исполнительные механизмы могут быть прямоходными, в которых этот элемент перемещается поступательно, поворотными, в которых он перемещается по дуге (до 360°), и многооборотными, где элемент вращается (угол поворота может быть более 360°). По виду используемой энергии, создающей перестановочное усилие, исполнительные механизмы делятся на пневматические, гидравлические и электрические.

В пневматических исполнительных механизмах перестановочное усилие создается за счет действия давления сжатого воздуха на мембрану, поршень или сильфон. В соответствии с этим различаются мембранные, поршневые и сильфонные исполнительные механизмы. Эти механизмы могут быть пружинными и беспружинными. В пружинных механизмах давление сжатого воздуха подводится к одной рабочей полости; перестановочное усилие в одном направлении создается силой давления сжатого воздуха, а в обратном направлении -- силой упругости сжатой пружины. В этих механизмах значительная часть усилия, создаваемого мембраной, тратится на сжатие пружины. В беспружинных исполнительных механизмах перестановочное усилие в противоположных направлениях создается действием давления с обеих сторон мембраны или поршня; давление с одной стороны возрастает, а с другой -- уменьшается, или же наоборот, так что сумма давлений равна всегда давлению питания. Сильфонные исполнительные механизмы применяются весьма редко и лишь для создания небольших перестановочных усилий. Наиболее распространенные гидравлические исполнительные механизмы -- поршневые прямоходные, однако при небольших давлениях жидкости и небольшой длине хода могут применяться мембранные гидравлические исполнительные механизмы. Обычно поршневые гидравлические исполнительные механизмы применяются при давлении жидкости 25--200 кгс/см2, поэтому они могут развивать большие перестановочные усилия, сохраняя при этом относительно небольшие габариты. Как правило, эти механизмы не имеют возвратных пружин, т. е. перемещение поршня в обоих направлениях осуществляется силой давления жидкости.

Существуют также лопастные гидравлические исполнительные механизмы, в которых выходное звено совершает поворот вокруг своей оси на угол до 250--270°, однако применяются они пока весьма редко ввиду сложности изготовления и ремонта.

Электрические исполнительные механизмы по принципу действия подразделяются на электродвигательные и электромагнитные. Электродвигательные исполнительные механизмы, которые обычно называются просто

Приведите примеры применения электрических систем автоматического регулирования в технологических процессах пищевой промышленности

Регулирование автоматическое (от нем. regulieren - регулировать, от лат. regula - норма, правило), поддержание постоянства (стабилизация) некоторой регулируемой величины, характеризующей технический процесс, либо её изменение по заданному закону (программное регулирование) или в соответствии с некоторым измеряемым внешним процессом (следящее регулирование), осуществляемое приложением управляющего воздействия к регулирующему органу объекта регулирования; разновидность автоматического управления. При автоматическом регулировании управляющее воздействие u(t) обычно является функцией динамической ошибки - отклонения e(t) регулируемой величины х(t) от её заданного значения x0(t):e(t)= x0(t) - х(t) (принцип Ползунова - Уатта регулирования по отклонению, или принцип обратной связи) (рис., а). Иногда к автоматическому регулированию относят также управление, при котором u(t) вырабатывается (устройством компенсации) в функции возмущающего воздействия f (нагрузки) на объект (принцип Понселе регулирования по возмущению) (рис., б), и комбинированное регулирование по отклонению и возмущению (рис., б). Для осуществления автоматического регулирования к. объекту подключается комплекс устройств, представляющих собой в совокупности <регулятор>. Объект и регулятор образуют систему автоматического регулирования (CAP). САР по отклонению является замкнутой (см. Замкнутая система управления), по возмущению - разомкнутой (см. Разомкнутая система управления). Математическое выражение функциональной зависимости желаемого (требуемого) управляющего воздействия u0(t) от измеряемых <регулятором> величин называется законом, или алгоритмом, регулирования. Наиболее часто применяемые законы автоматического регулирования: ПРОПОРЦИОНАЛЬНЫЙ (статический), ИНТЕГРАЛЬНЫЙ (астатический) ПРОПОРЦИОНАЛЬНО-ИНТЕГРАЛЬНЫЙ (изодромный) ПРОПОРЦИОНАЛЬНО-ИНТЕГРАЛЬНЫЙ С ПРОИЗВОДНОЙ Система автоматического регулирования может находиться в состоянии равновесия, в ней могут протекать установившиеся и переходные процессы, количественные характеристики которых изучает теория автоматического регулирования (ТАР). В статических системах регулирования установившаяся погрешность (ошибка ) eст при постоянной нагрузке (на объект) зависит от величины последней. Для повышения статической точности увеличивают коэффициент усиления регулятора k,но при достижении им некоторого критического значения kkp система обычно теряет устойчивость. Введение в <регулятор> интегрирующих элементов позволяет получить астатическую систему регулирования, в которой при любой постоянной нагрузке статическая ошибка отсутствует. Теория автоматического регулирования изучает условия устойчивости, показатели качества процесса регулирования (динамическую и статическую точность, время регулирования, колебательность системы, степень и запасы устойчивости и т. п.) и методы синтеза Систем автоматического регулирования (САP), т. е. определения структуры и параметров корректирующих устройств, вводимых в <регулятор> для повышения устойчивости и обеспечения требуемых показателей качества автоматического регулирования. Наиболее полно разработана теория автоматического регулирования линейных систем, в которой применяются аналитические и частотные методы исследования. Малые отклонения от равновесных состояний в непрерывных нелинейных системах автоматического регулирования исследуются посредством линеаризации исходных уравнений. Процессы при больших отклонениях и специфических особенности; нелинейных CAP (предельные циклы, автоколебания, захватывание, скользящие режимы и т. п.) изучаются методами фазового пространства. Для изучения периодических режимов также применяют приближённые методы малого параметра, гармония, баланса и др. Устойчивость при больших отклонениях исследуется вторым (прямым) методом Ляпунова и методом абсолютной устойчивости, разработанным : В. М. Поповым (Румыния). Специальный раздел ТАР посвящен Р. а. при случайных воздействиях.



Список использованной литературы

1. Бесекерский В.А., Попов Е, П., Теория систем автоматического регулирования, М., 2004;

2. Воронов А.А., Основы теории автоматического управления, ч. 1-3, М. - Л., 2005-70;

3. Заде Л., Дезоер Ч., Теория линейных систем. Метод пространства состояний, пер. с англ., М., 2000;

4. Основы автоматического управления, под ред. В. С. Пугачева, 3 изд., М., 2007. А.А. Воронов.

5. Сю Д., Мейер А., Современная теория автоматического управления и её применение, пер. с англ., М., 2003;

6. Теория автоматического регулирования, под ред. В.В. Солодовникова, книга 1-3, М., 2007-69;