МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ТРАНСПОРТА (МИИТ)» (РУТ (МИИТ)
Кафедра «Транспортное строительство»
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА
по дисциплине
Управление техническими системами
Выполнил Соловьев С.А.
Доцент Турбин А.Н. Уч. Шифр 1440-цНСс-0065
Москва-2019
Раздел 1. Основы автоматизации рабочих процессов строительных машин, технические средства автоматизации
1.1 Общие принципы построения и функционирования автоматических систем управления машинами и технологическими процессами
Механизация. Автоматизация. Автоматика. Роботизация
Любой производственный процесс направлен на создание средств производства и предметов потребления. Он представляет собой скоординированное воздействие энергии на различные вещества для получения заданной продукции. Уровень развития средств производства характеризуется механизацией и автоматизацией производства
Механизация -- это замена ручного труда человека механизмами и машинами, осуществляющими механические рабочие движения.
Механизация может быть частичной и комплексной.
Производственный процесс считают частично механизированным, если механизированы лишь отдельные (обычно основные) его операции, и комплексно-механизированным, если в нем не только все основные, но и вспомогательные трудоемкие операции выполняются посредством правильно выбранных машин, механизмов и оборудования, обеспечивающих высокую производительность всего процесса и наилучшие технико-экономические показатели.
При механизации механизмы и машины облегчают физические усилия человека, но человек не может отойти от них, т.к. направляет их работу. Производительность механизмов и машин зачастую ограничивается физическими возможностями человека.
Примером комплексной механизации может служить процесс сооружения железнодорожного земляного полотна комплектом специально подобранных землеройно-транспортных машин в составе экскаватора, автомобилей-самосвалов, бульдозера и автогрейдера.
Устройство, машину, агрегат, производственный процесс называют автоматическим, если они выполняют свои основные функции самостоятельно, без вмешательства человека.
Автоматизация - это более высокая стадия развития производства, при которой человек освобождается не только от тяжелого физического труда, но и от оперативного управления производственными процессами или механизмами. Ему остаются лишь функции включения, контроля и периодической наладки автоматического устройства, работающего по определенной программе.
При автоматизации резко возрастают скорость и точность выполнения операций, что приводит к повышению производительности труда и оборудования; облегчаются условия труда, обеспечивается его безопасность; создаются оптимальные условия для работы машин, что уменьшает износ их узлов и деталей и позволяет осуществлять более рациональные технологические процессы; уменьшается роль субъективных факторов отдельных людей в технологическом процессе; повышается качество выпускаемой продукции, значительно снижается ее себестоимость и т.д.
Автоматизация позволяет также управлять процессами, которыми человек непосредственно управлять не может ввиду их вредности или отдаленности.
Автоматизация непосредственно и неразрывно связана с такой формой организации производства, при которой стираются грани между умственным и физическим трудом.
Автоматизация, как и механизация, может быть частичной и комплексной, а также полной.
Частичная автоматизация предполагает автоматизацию лишь отдельных операций или машин, агрегатов и оборудования, участвующих в едином технологическом процессе. Например, применение при балластировке железнодорожного пути автоматических шпалоподбивочных машин, работающих в едином комплекте с другими неавтоматическими машинами (тракторами, моторными домкратами).
При комплексной автоматизации не только отдельные операции или участки технологических линий, но и технологические процессы в целом, т.е. от получения сырья до выхода готовой продукции, осуществляются автоматически. Например, процесс изготовления железобетонных шпал может считаться комплексно-автоматизированным, если все его операции (от разгрузки заполнителей бетона, цемента, арматуры и других материалов до получения готовых шпал) выполняются автоматически, причем качество бетона, производительность комплекса и другие технико-экономические показатели соответствуют заданным. При полной автоматизации даже пуск и остановка производства осуществляются без участия человека.
Автоматика -- это область науки и техники, которая занимается вопросами теоретического развития и практического применения автоматических систем и необходимых для них технических средств.
Роботизация -- это высшая стадия автоматизации, характеризуемая применением роботов и робототехнических систем (комплексов).
1.2 Определение и классификация систем автоматического управления
Система автоматического управления (САУ) -- это комплекс устройств, обеспечивающих автоматическое изменение ряда характеристик объекта управления с целью установления желаемого режимы его работы.
Системы автоматического управления можно разбить на две основные группы (Рис. 1.1): обыкновенные и самонастраивающиеся.
Обыкновенные САУ подразделяются на разомкнутые и замкнутые. В разомкнутых системах управляющее устройство связано с объектом управления одним каналом связи. В замкнутых системах за счет обратной связи управляющее воздействие формируется на основе информации о существующем и требуемом состоянии объекта управления.
Разомкнутые САУ подразделяют на системы автоматического контроля, системы компенсации и программного управления.
Системы автоматического контроля (САК) обеспечивают регулярное получение информации о значении контролируемого параметра. В САК (Рис. 1.2, а) информация о значении рабочего параметра а объекта О воспринимается датчиком Д и через усилитель У передается на измерительный преобразователь ИПР.
Автоматический контроль производится с целью измерения, сигнализации, защиты, сортировки и учета. Поэтому по значению исполнительного органа системы автоматического контроля подразделяются на следующие виды: измерения; сигнализации; регистрации; защиты; сортировки и учета.
Автоматическое измерение обеспечивает показание и запись фактических значений контролируемых величин с помощью контрольно-измерительных приборов или контрольных ламп.
Рисунок 1.1 - Классификация систем автоматического управления
Автоматическая сигнализация обеспечивает подачу светового или звукового сигнала (или и того и другого вместе) при достижении контролируемом объектом предельных заранее установленных значений или в случае нарушения заданного режима работы машины или установки.
Автоматическая регистрация обеспечивает запись результатов измерения самопишущими приборами на движущейся бумажной ленте, диске и т.п. Такая запись показывает, как изменилось значение измеряемой величины за истекшее время. По этой записи можно судить о процессах, происходящих в контролируемом объекте, о расходе сырья, выпуске продукции; можно установить причины аварии оборудования и т.д. Так, наглядным примером автоматической регистрации расхода электроэнергии является электрический счетчик.
Иногда системы измерения, сигнализации и регистрации объединяют в одну систему, которая одновременно выполняет все эти функции.
Автоматический учет (сортировка) -- разновидность системы автоматического контроля, которая учитывает, отбраковывает или сортирует изделия производства по качественным или количественным признакам (размеру, массе и т.д.).
Рисунок 1.2 - Функциональные схемы систем автоматики:
а) -- схема автоматического контроля (измерения, сигнализации, регистрации, учета и сортировки); б) -- схема автоматической защиты; в) -- схема программного управления; г) -- схема замкнутой системы управления: О -- объект; Д -- датчик; У -- усилитель; ИПР -- измерительный преобразователь; ИП -- измерительный прибор; СУ -- сигнальное устройство; РУ -- регистрирующее устройство; ПС -- прибор сортирующий; А -- анализатор; СП -- сигнальный преобразователь; ИУ -- исполнительное устройство; УУ -- устройство управления; ЭС -- элемент сравнения; ЗУ-- задающее устройство
Автоматическая защита -- это процесс автоматического предотвращения аварийных отклонений в технологических процессах и обеспечения сохранности оборудования и безопасных условий труда.
Системы автоматической защиты (САЗ) подразделяют на системы, контролирующие состояние узлов и машин, и системы, контролирующие действия человека и предотвращающие нарушение им правил техники безопасности. В этих системах информация о состоянии объекта О (Рис. 1.2, б) от датчика Д поступает на анализатор А, на который также подается сигнал а2, соответствующий предельному значению параметра а. При определенном значении их рассогласования Да, усиленном усилителем У до Да1,, срабатывает сигнальный преобразователь СП, вызывая отключение (защиту) рабочего органа и включение световой или звуковой сигнализации.
Автоматическое регулирование -- это процесс автоматического поддержания какого-либо параметра на заданном уровне. При этом заданное значение может изменяться по какому-либо закону или быть постоянным.
Применение систем автоматического регулирования (САР) позволяет устранить влияние субъективных факторов на технологический процесс производства или на рабочий процесс строительных, дорожных и путевых машин и оборудования и тем самым повысить его эффективность.
В зависимости от рабочего процесса машины САР могут:
поддерживать регулируемую величину в течение процесса на некотором заданном уровне;
изменять регулируемую величину во времени по заранее установленному закону;
поддерживать регулируемую величину в заданном значении, когда это значение изменяется по закону, заранее неизвестному;
установить наиболее выгодный режим работы регулируемого объекта.
Системы программного управления обеспечивают соблюдение заранее заданной программы рабочего процесса. Управляющее устройство УУ (Рис. 1.2, в), получая задание -- программу П, через усилитель У и исполнительное устройство ИУ воздействует на рабочий параметр объекта О.
Простейшим программным устройством является переключатель, приводимый в движение с постоянной скоростью электродвигателем. Роль программного устройства часто выполняют также реле времени, последовательно включающиеся одно за другим и подающие импульс на выполнение очередных операций после отработки заданной выдержки времени.
В замкнутых САР обеспечивается заданный или оптимальный режим рабочего процесса, при этом управляющее воздействие формируется после сравнения действительного значения управляющего параметра с заданным. Информация а, о состоянии объекта О (Рис. 1.2, г) от датчика Д поступает на элемент сравнения ЭС, где сравнивается с заданным параметром а2, поступившим от задающего устройства ЗУ. В зависимости от значения и знака рассогласования Да информация через усилитель У поступает на исполнительное устройство ИУ, непосредственно воздействующее на объект регулирования О с целью уменьшения рассогласования Да.
В зависимости от закона изменения задаваемой величины а2(t) САР подразделяются на стабилизирующие, программные и следящие.
Стабилизирующие САР предназначены для поддержания постоянного регулируемого параметра. В них функция а2(t) является постоянной величиной. К таким системам можно отнести системы автоматической стабилизации уровня жидкости, температуры, давления, напряжения и т.д.
В программных САР регулируемая величина xвых(t) изменяется по определенному закону, который определятся задаваемой величиной а2(t) = f(t) как известной функции времени.
В следящих САР регулируемая величина xвых(t) следит за измененным задающего воздействия а2(t), характер изменения которого заранее не известен, т.е. а2(t) есть произвольная функция времени.
Примером системы компенсации является система автоматизации управления электроприводом (пуском, остановкой, переменой направления вращения, изменением частоты вращения), которая наиболее распространена среди систем управления. Здесь возмущающие воздействия на объект (броски тока) при помощи преобразующих элементов (реле тока) вызывают обратное (компенсирующее) действие на объект (снижение тока до минимального значения) по отношению к прямому возмущающему воздействию.
К особому классу автоматических систем следует отнести самонастраивающиеся системы, или системы экстремального регулирования. Эти системы корректируют собственные параметры на основании информации об изменении выходной величины, задающего и возмущающего воздействия (входной величины) и выбирают оптимальный режим работы.