Автоматизация. 3

Содержание:

1. Системы дистанционных передач. Дайте классификацию систем дистанционных передач, укажите основные элементы, входящие в состав систем дистанционных передач. 3

Изобразите принципиальную электрическую схему ферродинамической системы дистанционной передачи измерительной информации, опишите ее устройство, принцип действия, область применения. 3

2. Изобразите электрическую схему включения электродвигательного механизма. Опишите принцип действия, укажите область применения. 5

3. Укажите измеряемую величину и выполняемые функции данных приборов: 10

4. Составьте функциональную схему автоматизации (Ф.С.А.) полуавтоматического дозатора муки Ш2-ХДА. 11

Литература: 12

 

 

1. Системы дистанционных передач. Дайте классификацию систем дистанционных передач, укажите основные элементы, входящие в состав систем дистанционных передач.

Изобразите принципиальную электрическую  схему ферродинамической системы  дистанционной передачи измерительной  информации, опишите ее устройство, принцип действия, область применения.

Автоматизированное производство требует выполнения большого количества измерений, причем в ряде случаев  значение одних и тех же параметров необходимо контролировать одновременно несколько мест.

Измеренная величина может передаваться на различное расстояние – от десятков метров (в пределах цеха) до десятков километров (в системах телепередач). При этом к системе дистанционной  передачи измерений предъявляют ряд требований, важнейшими из которых являются следующие:

а) измеряемые величины должны передаваться без существенных погрешностей, с  сохранением закономерностей измерения  контролируемых параметров;

б) колебания параметров источников питания системы не должны влиять на эффективность ее функционирования;

в) должна обеспечиваться необходимая  дистанционность передачи показаний.

Передача сигналов на значительное расстояние осуществляется различными методами и средствами.

Область науки и техники, охватывающая методы и технические средства для  передачи на расстояние сигналов контроля и управления, называется телемеханикой.

Как явствует из приведенного определения, основными составными частями телемеханики являются телеконтроль и телеуправление.

При телеконтроле обычно пользуются двумя видами действия – сигнализацией  и измерением. В соответствии с  этим устройства телеконтроля в свою очередь подразделяются на телесигнализацию и телеизмерение.

Все телеизмерительные устройства в зависимости от способа передачи сигналов разбиваются на две группы:

1. Системы интенсивности, или системы ближнего действия;
2. Импульсные и частотные системы, или системы дальнего действия.

В системах интенсивности измеряемая величина преобразуется в ток, напряжение или давление сжатого воздуха, изменяющиеся вместе с измеряемой величиной. В  этих системах электрические сигналы  могут передаваться при воздушных  линиях на расстояние до 8 – 10 км, при  кабельных – до 20 – 25 км; пневматические сигналы могут передаваться по трубам на расстояние до 150 м.

В импульсных и частотных системах измеряемая величина преобразуется  в импульсы тока или переменный ток. При этом изменение контролируемого  параметра может выражаться измерением числа импульсов, их комбинацией, продолжительностью, их частотой, или частотой переменного  тока. Импульсные и частотные системы  используются для дальних передач, а системы интенсивности (называемые также системами дистанционной  передачи измерений) успешно применяются  в условиях промышленных предприятий.

Системы дистанционной передачи измерений  содержат следующие основные элементы:

1. Первичный прибор (или датчик) с преобразователем воспринимаемых сигналов в форму, удобную для передачи на расстояние;
2. Вторичный прибор (или приемник), который принимает сигналы от первичного прибора  и воспроизводит их в определенной форме (например, в форме перемещения указателя относительно шкалы);
3. Линию передачи (или линию связи);
4. Источник питания системы.

Ферродинамическая система передачи измерений основана на преобразовании угловых или линейных перемещений  в пропорциональные значения э.д.с.

В ферродинамическую систему (рис.1) входит датчик Д и вторичный прибор В. Датчик содержит ферродинамический  преобразователь ДФ, а вторичный  прибор – ферродинамический приемник ПФ, электронный усилитель ЭУ и  реверсивный электродвигатель РД.

Рисунок . Схема ферродинамической  системы дистанционной передачи измерений

 

Датчик системы имеет магнитопровод  с обмоткой возбуждения. Между башмаками  магнитопровода помещен сердечник  с рамкой, которая связана с  воспринимающим элементом датчика.

Рамка вторичного прибора ПФ соединена  встречно с рамкой датчика и, кроме  того, кинематически связана с  реверсивным двигателем и указательной стрелкой.

Если обе рамки расположены  одинаково (), то индуктируемые в рамках э.д.с. равны друг другу, т.е. ; в этом случае система находится в равновесии.

Если под действием чувствительного  элемента рамка датчика сместится  с равновесного положения (т.е. изменится  угол ), то и, поскольку индуктируемая в рамке э.д.с. пропорциональна , то и . Таким образом, появится сигнал рассогласования, равный , который усиливается усилителем ЭУ и приводит в действие электродвигатель РД. Последний в зависимости от фазы входного сигнала поворачивает рамку ПФ вторичного прибора в ту или иную сторону в направлении компенсации рассогласования до момента наступления нового равновесного состояния системы. Вместе с рамкой ПФ поворачивается указательная стрелка прибора.

 

2. Изобразите электрическую схему включения электродвигательного механизма. Опишите принцип действия, укажите область применения.

Исполнительные устройства являются составной частью любой автоматической системы регулирования. Исполнительные устройства разнообразны по принципу действия, конструкции, но все они  состоят из двух частей: исполнительного  механизма (привода) и регулирующего  органа.

От свойств исполнительного  механизма зависит качество переходного  процесса. Исполнительный механизм зависит качество переходного процесса. Исполнительный механизм предназначен для преобразования входного сигнала, поступающего от регулирующего устройства в пропорциональное перемещение регулирующего органа, который, перемещаясь, изменяет приток или сток вещества или энергии и этим оказывает регулирующее воздействие на объект. Исполнительные механизмы являются приводами регулирующих органов.

В автоматике в основном используются электромагнитные и электродвигательные  электрические исполнительные механизмы (ИМ). В качестве исполнительных элементов в электрических ИМ используются электромагниты и электродвигатели, приводящие в движение исполнительные органы механизма, совершающие линейные или угловые перемещения.

Электродвигательные ИМ являются наиболее распространенными. По характеру движения выходного рабочего звена они  подразделяются на однооборотные, у  которых выходной вал перемещается по дуге окружности (до 360^о); многооборотные, у которых выходной вал вращается (более 360^о), и прямоходные, выходное звено (шток) которых перемещается поступательно.

Исполнительные элементы таких  механизмов подключают к источнику  питания с помощью реле, контактов  или кнопочных станций. Исполнительный орган механизма (шток, выходной вал) непосредственно или через кинематическую передачу соединяется с регулирующим органом (вентилями, кранами, задвижками и т.п.) или рабочими механизмами  подачи (дозаторами и т.п.).

Скорость перемещения регулирующего  органа зависит от частоты вращения исполнительного электродвигателя, передаточного числа редуктора, а также от кинематической связи  между ИМ и регулирующим органом.

Для получения сигнала, пропорционального  положению регулирующего органа, электрический ИМ снабжается датчиками  положения (резисторными, индуктивными и др.). По виду движения исполнительного  органа электромагнитные ИМ подразделяются на ходовые электромагниты с прямолинейным  движением и электромагнитные муфты  с вращательным движением. Электрические  ИМ подразделяются на однооборотные (МЭО), многооборотные (МЭМ) и прямоходные (МЭП). Исполнительные механизмы МЭО  сочленяются с арматурой, у которой затвор имеет вращательное или поступательное перемещение; МЭМ сочленяются с трубопроводной арматурой с винтовым шпинделем, регулирующими органами, имеющими большие площади проходного сечения затвора; МЭП сочленяются с арматурой в сочетании с регулирующими органами, имеющими малую и среднюю площади проходного сечения затвора.

Электродвигательный ИМ (рис. 2) состоит  из электродвигателя 3 с электромагнитным тормозом 4, блока 5 с конечными выключателями, червячного редуктора 2 и выходного  вала редуктора 1, предназначенного для  сочленения с регулирующим органом. Пуск электродвигателя в ту или иную сторону вращения обеспечивается включением контактов 1РБ или 2РБ реле автоматического  регулятора. При этом через обмотки  В и Н реверсивного магнитного пускателя потечет ток и включается его главные контакты ВО или НО, с помощью которых включается в сеть электродвигатель ЭД. Блок-контакты В1 и Н1 служат для шунтирования контактов  регулятора. Для отключения электродвигателя при достижении выходным валом редуктора  крайних положений предназначены  конечные выключатели КВО и КВЗ, зажигая при этом одну из соответствующих  сигнальных ламп ЛО или ЛЗ. Кнопка КС служит для аварийного останова электродвигателя.

Электродвигательные ИМ подразделяются на механизмы с постоянной и переменной скоростями перемещения исполнительного  органа. ИМ с постоянной скоростью  используются в сочетании с релейными (двух- и трехпозиционными) регуляторами, а также с П-, ПИ-регуляторами. Исполнительные механизмы с переменной скоростью используются в основном в сочетании с И-, П-, ПИ-, ПИД-регуляторами.

Рисунок 2. Электродвигательный исполнительный механизм: а – общий вид; б –  электрическая схема включения

 

По способу управления ИМ делятся  на контактные с релейно-контакторными  блоками управления и бесконтактные  с регулирующими устройствами непрерывного действия на основе магнитных усилий и бесконтактных реверсивных  пускателей.

В качестве примера контактных ИМ на рисунке 3 а,б приведены кинематическая схема и схема включения сальникового вентиля СВВ, устанавливаемого на водо- и газопроводах диаметром от 25 до 70 мм с температурой среды не выше 150^оС. СВВ состоит из следующих основных конструктивных элементов: корпуса 1 с седлом, основного 2 и разгрузочного 3 золотников, связанных со штоком 22, и основания 6, на котором крепится двухпозиционный электромагнитный привод ЭВ-3.

Привод ЭВ-3 в свою очередь состоит  из двухсекционной катушки 7 и якоря 8 тягового (главного) электромагнита с  укрепленным на этом якоре 13 электромагнита защелки с возвратной пружиной 11; системы блок-контактов 19, связанных  с якорем 8 посредством рычага 20 и  разрывающих цепи питания катушек  электромагнитов в открытом и  закрытом положениях вентиля; возвратной пружины 21, механизма защелки (14, 16, 17, 18).

Рисунок 3. Сальниковый вентиль  СВВ с электромагнитным приводом ЭВ-3: а – пневматическая схема; б  – схема включения

 

В закрытом положении вентиля разгрузочный золотник перекрывает малое отверстие  основного золотника. При этом герметичность  вентиля обеспечивается как за счет давления рабочей среды, проходящей через боковое отверстие основного золотника, так и за счет действия возвратной пружины.

При отсутствии электроэнергии вентилем можно управлять вручную: открывать  с помощью рукоятки 5 с возвратной пружиной 4, закрыть с помощью  кнопки 15. В дистанционном режиме вентиль открывается кнопкой  SB1, закрывается кнопкой SB2. В автоматическом режиме роль кнопок SB1 и SB2 выполняют контакты выходного реле регулятора или пускового устройства. При нажатии на кнопку SB1 замкнется цепь питания катушки тягового электромагнита YA1 (7). Якорь 8 и соединенные с ним золотники будут перемещаться вверх, открывая проходное сечение вентиля. Одновременно с якорем вверх начнет перемещаться шток 9 и установленные в его торцевом осевом отверстии пружина 18, палец 16 и два шарика 17 механизма защелки.

Под действием пружины палец, имеющий  кольцевую коническую выточку, стремится  вытолкнуть шарики (диаметр которых  вдвое больше толщины стенки 14 штока 9) в стороны через два боковых  отверстия. Как только шарики дойдут до расширенной части сердечника 12, они наполовину выйдут из своих  гнезд (отверстий), тем самым зафиксировав якорь тягового электромагнита, его  шток и золотник 2 в верхнем открытом положении. Одновременно со срабатыванием  механизма защелки блок-контакт  YA (7-8) разорвет цепь питания катушки главного электромагнита, а блок-контакт YA (3-4) подготовит цепь питания катушки электромагнита защелки YA2.

При нажатии на кнопку SB2 замкнется цепь питания однополупериодно выпрямленным напряжением катушки YA2 (10) электромагнита защелки. При этом якорь 13 притянется к сердечнику 12, нажмет на выступающий конец пальца 16, заставляя его перемещаться вниз. Как только шейка пальца дойдет до уровня расположения шариков, последние под действием силы тяжести закатятся в эту шейку, освободив тем самым якорь, шток и золотник вентиля. В результате вентиль закроется и произойдет переключение контактов блока YA.

Катушки 7 и 10 состоят из двух одинаковых секций, которые при включении  их в схему можно соединить  последовательно (при напряжении питания 220 В) или параллельно (при напряжении 110 В). Существуют и другие схемы управления CВВ, обеспечивающие высокую надежность.

Комплектно с СВВ поставляется выпрямить на диодах (VД1 – VД4), помещенный в отдельную коробочку, для которой на корпусе СВВ предусмотрено крепление.

Механизмы электрические однооборотные (МЭО). В МЭО применяются специальные  малоинерционные электродвигатели с полым ротором, что существенно  улучшает их динамические характеристики и делает возможным длительную работу в стопорном режиме.

Основным параметром МЭО является крутящий момент на выходном валу, который  в различных типах выпускаемых  на выходном валу, который в различных  типах выпускаемых механизмов находится  в пределах от 6 до 10 000 Нм. нужный крутящий момент обеспечивается выбором необходимой мощности электродвигателя, передаточного отношения редуктора и кпд механизма. От величины крутящего момента зависят габаритные размеры и масса МЭО.

Вторым основным параметром однооборотных  механизмов является время одного оборота  выходного вала, определяемое частотой вращения и передаточным отношением редуктора. В соответствии с ГОСТом наименьшее время одного оборота 40 с, наибольшее – 630 с.

Максимальный угол поворота выходного  вала МЭО определяется конструкцией датчика положения выходного  вала.

Полное обозначение однооборотных  электрических исполнительных механизмов, например МЭО-250/100-73, расшифровывается так: механизм электрический однооборотный  с номинальным моментом на выходном валу 250 Нм, временем одного оборота выходного вала 100 с, разработан, временем одного оборота выходного вала 100 с, разработаны (модифицированный) в 1973 г.

Управление механизмами может  быть бесконтактным – при помощи бесконтактных реверсивных пускателей серии ПБР или магнитных усилителей серии УМД – и контактным –  при помощи реверсивных магнитных  пускателей типа ПМРТ-69 или МКР-0-58.

Исполнительные механизмы (рис. 4) состоят  из следующих основных узлов: электродвигателя 4, редуктора 2, ручного привода 1,  механического тормоза (электромагнитного  в модификации МЭО-68), блока датчиков обратной связи, узла упоров 3, рычага 6 и штуцерного ввода 5. Все узлы смонтированы на корпусе редуктора. Редуктор состоит из нескольких цилиндрических прямозубых и одной планетарной шестерен.

В качестве привода механизмов применяются  однофазные конденсаторные асинхронные  электродвигатели типа ДАУ-II. Реверсирование осуществляется переключением конденсатора с одной обмотки на другую. Для привода механизмов с индексом К применяются трехфазные реверсивные электродвигатели типа АОЛ. Реверсирование достигается переключением фаз на обмотках электродвигателя.

Ручное управление механизмов осуществляется поворотом маховика ручного привода. Уменьшение выбега и фиксации выходного  вала в любом положении после  исчезновения управляющего сигнала  в МЭО-73 достигается применением  механического тормоза.

Рисунок 4. Исполнительные механизмы  серии МЭО с номинальным моментом на выходном валу: а – 40; 100; 250 Нм; б – 10 000 Нм

 

Для обратной связи и дистанционного указания положения выходного вала в МЭО установлен блок датчиков типа БДТ (с унифицированным токовым  выходом), БДИ (индуктивные датчики) или БДР (реостатные датчики). Нужный блок датчиков устанавливается по требованию заказчика. Во всех блоках датчиков размещены  четыре микровыключателя типа Д713, которые  могут быть использованы для сигнализации и электрической блокировки крайних  положений выходного вала.

Ограничение крайних положений  выходного вала и предотвращение поломок элементв регулирующего  органа в МЭО осуществляется упорами, устанавливаемыми под углом от 45 до 240^о с шагом 3^о от любого начального положения.

Исполнительные механизмы соединяются  с узлом управления регулирующего  органа соединительной тягой. Схема  МЭО приведена на рис. 5.

Механизмы электрические многооборотные (МЭМ). Автоматизация многих производственных процессов связана с необходимостью быстро и надежно управлять различными запорными и регулирующими органами с винтовым шпинделем, требующим  для своего перемещения более  одного оборота (задвижки, вентили, клапаны, заслонки и т.п.). в настоящее время  разработан и выпускается промышленностью  целый ряд многооборотных электрических  исполнительных механизмов с постоянной частотой вращения выходного вала.

Исполнительные механизмы типа МЭМ представляют собой сменный  трехфазный асинхронный электродвигатель, соединенный с редуктором. В корпусе  редуктора размещаются: конечные выключатели, ограничивающие и сигнализирующие  конечные положения регулирующего органа; выключатели муфты предельного момента, обеспечивающие защиту механизма от перегрузок и при необходимости требуемую плотность закрытия запорного органа; датчики обратной связи по положению выходного вала, позволяющие вести дистанционный контроль за положением регулирующего органа и совместно с регулирующим прибором осуществлять П-регулирование. Кроме того, редуктор оборудован маховичком для ручного управления регулирующим органом в случае временного прекращения подачи электроэнергии.

Рисунок 5. Принципиальная электрическая  схема механизма МЭО-10000/630: М –  электродвигатель типа ДАУ; Эм – электромагнитный тормоз типа ТЭМП; ДИ1, ДИ2 – индуктивные  датчики; SQ1 – SQ4 – микровыключатели; П – клеммная панель; w_c – сетевая обмотка электродвигателя; w_y – управляющая обмотка

 

Механизмы электрические прямоходные (МЭП). В отличие от исполнительных механизмов МЭО выходным звеном у  механизмов МЭП является не вал, а  шток. Редуктор прямоходного исполнительного  механизма преобразует вращательное движение вала электродвигателя в поступательное движение штока, связанного узлом сочленения с затвором регулирующего органа. В МЭП, как и в МЭО, установлены  блок датчиков обратной связи и микровыключатели, имеется маховик для ручного  управления регулирующим органом.

 

3. Укажите измеряемую величину и выполняемые функции данных приборов:

3.1.

 – прибор для измерения температуры (T), показывающий (I), установленный по месту –

ртутный термометр, манометрический термометр;

 

3.2.

- установленный на щите ручной (Н) переключатель (S), цепей измерения или управления, переключатель для газовых (воздушных) линий;

 

3.3.

             – прибор регистрирующий (R) расход (F) соотношения, доли, дроби (F), установлен на щите;

 

3.4.

- установленный на щите прибор  для измерений уровня (L), показывающий с I с сигнальным устройством (А) верхнего (Н) и нижнего (L) уровней.

 

3.5.

                – прибор регистрации (R) скорости, частоты (S), установлен на щите.

 

4. Составьте функциональную схему автоматизации (Ф.С.А.) полуавтоматического дозатора муки Ш2-ХДА.

 

 

Литература:

1. Петров И.К. «Технологические измерения и приборы в пищевой промышленности», М.: «Агропромиздат», 1985 – 343
2. Хажинский М.А. «Основы автоматизации процессов хлебопекарного производства», М.: «Пищевая промышленность», 1971 – 358
3. Чижов А.А. «Автоматическое регулирование и регуляторы в пищевой промышленности», М.: «Легкая промышленность», 1984 – 240
4. Благовещенская М.М.»Автоматика и автоматизация пищевых производств», М.: Агропромиздат, 1991 – 239
5. «Автоматизация производственных процессов и АСУТП в пищевой промышленности» под ред. Л.А. Широкого, М.: Агропромиздат, 1986 – 311
6. «Техника чтения схем автоматического управления и технологического контроля» под ред. А.С. Клюева, М.: Энергоатомиздат, 1991 – 432

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.07.2011 г.           ____________