Материал: Д6757 Балюбаш ВА Средства автоматизации Ч1

УДК 681.5

Балюбаш В.А, Добряков В.А., Назарова В.В. Средства авто-

матизации и управления. Ч.1: Учеб.-метод. пособие. СПб.: НИУ ИТМО; ИХиБТ, 2014. 72 с.

Приведены материалы для выполнения самостоятельной работы при подготовке к лабораторным и практическим занятиям по дисциплине «Технические средства автоматизации» для бакалавров направления 15.03.04 Автоматизация технологических процессов и производств очной и заочной форм обучения.

Рецензент: кандидат техн. наук, доц. С.Ф. Демидов

Рекомендовано к печати редакционно-издательским советом Института холода и биотехнологий

В 2009 году Университет стал победителем многоэтапного конкурса, в результате которого определены 12 ведущих университетов России, которым присвоена категория «Национальный исследовательский университет». Министерством образования и науки Российской Федерации была утверждена программа его развития на 2009–2018 годы. В 2011 году Университет получил наименование «Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики».

Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики, 2014

Балюбаш В.А., Добряков В.А., Назарова В.В., 2014

2

Введение

Качество функционирования систем автоматизации в значительной мере зависит от использованной в ней элементной базы (технических средств автоматизации).

По конструктивным и функциональным признакам технические средства автоматизации (ТСА) подразделяют на элементы и устройства. Элементы выполняют одну простейшую операцию с сигналами, а для сложных преобразований сигналов (выполнения математических операций, кодирования, дешифрования, запоминания многоразрядных кодов) служат совокупности, определѐнным образом соединѐнных элементов, называемых устройствами или узлами. Совокупность же элементов, устройств (узлов) и объекта для реализации всей поставленной задачи представляет собой систему автоматизации (следящая система, система автоматического контроля, АСУТП и др.).

Элементы автоматики классифицируют по разным признакам. По назначению различают чувствительные (измерительные), промежуточные и исполнительные элементы. Характеристики и свойства чувствительных элементов рассматриваются в другом курсе нашей учебной программы, а в курсе ТСА мы подробно рассмотрим характеристики и свойства промежуточных и исполнительных элементов.

Промежуточные элементы служат для преобразования значения или физической природы сигнала, поступающего от чувствительного элемента, в сигнал, обеспечивающий работу исполнительного элемента, который осуществляет управляющее воздействие непосредственно на объект автоматизации.

По наличию вспомогательного источника энергии элементы делят на активные, в которых входная величина только управляет, как, например, в усилителях, поступлением энергии вспомогательного источника на выход элемента, и пассивные, в которых энергия выходного сигнала является частью энергии входного сигнала, как, например, у регуляторов прямого действия.

По виду энергии вспомогательного источника элементы разделяют на электрические, механические, пневматические, гидравлические и комбинированные. По виду статистической характеристики «вход – выход» элементы делят на непрерывные, у которых плавному изменению входной величины соответствует плавное изменение выходной, и дискретные, когда при плавном изменении входной вели-

3

чины, выходная претерпевает скачкообразные изменения (двухпозиционное реле). По виду уравнений статики и динамики различают линейные и нелинейные элементы. По принципу действия элементы подразделяют на электрические, пневматические, гидравлические, механические. По реакции на изменение знака или фазы входного сигнала элементы относят к реверсивным, если при этом изменяется полярность или фаза выходного сигнала, и нереверсивным, в противном случае. Можно классифицировать элементы и по другим признакам.

Каждому значению входного сигнала элемента соответствует определѐнное значение сигнала на его выходе. Зависимость «вход - выход» в установившемся режиме определяет статистическую характеристику элемента. Так как возмущающие и управляющие воздействия на систему изменяются во времени, то входные и выходные сигналы еѐ элементов также непостоянны, то есть значительную часть времени система и еѐ элементы работают в переходном режиме.

Так как реальным элементам присуща инерционность, то при временном изменении входного сигнала, соответствующий каждому его значению выход, по статической характеристике устанавливается не сразу, а спустя некоторое время, определяемое динамическими свойствами элемента. Динамические свойства элементов, то есть изменение их свойств во времени в переходном режиме, определяются с помощью дифференциальных уравнений, представляющих собой математическое описание динамических процессов, протекающих при функционировании элементов и, называемых уравнениями динамики. Составляются уравнения динамики на основе глубокого анализа физических явлений при функционировании элементов, а решение их позволяет оценить динамические свойства элементов.

Для обеспечения техническими средствами систем контроля, управления и регулирования технологическими процессами различные отрасли народного хозяйства, создана Государственная система промышленных приборов и средств автоматизации (ГСП).

В основу создания и совершенствования ГСП положены следующие системотехнические принципы:

-типизация и минимизация;

-многообразие функций автоматического контроля;

-многообразие функций управления и регулирования;

4

-минимизация номенклатуры технических средств;

-блочно – модульное построение систем управления на базе унифицированных приборов и устройств;

-совместимость приборов и устройств.

Минимизация номенклатуры средств контроля и управления реализуется на основе двух идей:

-унификация устройств одного функционального назначения;

-агрегатирование комплекса технических средств для решения крупных функциональных задач.

Процесс минимизации начинается с отбора некоторых основ-

ных параметров приборов и устройств, выделения из их числа главного параметра и установления минимально необходимого числа устройств для перекрытия всего диапазона изменения главного параметра.

Агрегатные комплексы (АК) представляют собой совокупность технических средств, охватывающих требуемые диапазоны измерения в различных условиях эксплуатации и, обеспечивающих выполнение всех функций в пределах заданного класса задач.

При проектировании изделий ГСП, исключая уровень чувствительных элементов (датчиков), в качестве конструктивной основы используют унифицированные типовые (модульные) конструкции (УТК). Все детали и узлы комплекса разделены на четыре категории изделий таким образом, что элементы изделий низшего порядка предназначены для преобразования в элементы изделий высшего порядка.

Заложенные в ГСП общие для всех изделий понятия совместимости можно сформулировать следующим образом:

-информационная совместимость – это совокупность стандартизированных характеристик, обеспечивающих согласованность сигналов связи по виду и номенклатуре, их информативным параметрам, уровням, пространственно – временным соотношениям, логическим соотношениям, типу логики. Для всех изделий ГСП приняты унифицированные сигналы связи и единые интерфейсы – совокупность программных и аппаратных средств, обеспечивающих взаимодействие устройств в системе;

-конструктивная совместимость – это совокупность свойств, обеспечивающих способность конструктивных параметров и механическое сопряжение технических средств, а также выполнение эр-

5