La classification des moyens techniques d'automatisation n'est pas quelque chose de trop compliqué et chargé. Cependant, en général, les outils technologiques d'automatisation ont une structure de classification assez ramifiée. Essayons d'y faire face.

Les outils d'automatisation modernes sont divisés en deux groupes : les outils d'automatisation techniques commutés et non commutés (programmés) :

1) Automatisation commutée

Régulateurs

circuits relais

2) Outils d'automatisation programmés

Processeurs ADSP

Les processeurs ADSP sont un outil d'automatisation utilisé pour l'analyse mathématique complexe des processus du système. Ces processeurs disposent de modules d'E/S à grande vitesse capables de transmettre des données à haute fréquence à l'unité centrale de traitement qui, à l'aide d'outils mathématiques complexes, analyse le fonctionnement du système. Un exemple est celui des systèmes de diagnostic vibratoire qui utilisent la série de Fourier, l'analyse spectrale et un compteur d'impulsions pour l'analyse. En règle générale, ces processeurs sont implémentés sous la forme d'une carte PCI distincte, montée dans l'emplacement correspondant de l'ordinateur et utilisant le processeur pour le traitement mathématique.

PLC (automate programmable)

Les automates sont les outils d'automatisation les plus courants. Ils disposent de leur propre alimentation, d'un processeur central, RAM, carte réseau, modules d'E/S. Avantage - haute fiabilité du système, adaptation aux conditions industrielles. De plus, on utilise des programmes qui s'exécutent de manière cyclique et qui disposent d'un soi-disant chien de garde, qui est utilisé pour empêcher le programme de se bloquer. De plus, le programme est exécuté de manière séquentielle et ne comporte pas de liens ni d'étapes de traitement parallèles qui pourraient entraîner des conséquences négatives.

PKK (contrôleurs informatiques programmables)

PKK - un ordinateur avec des cartes d'entrée/sortie, des cartes réseau utilisées pour entrer/sortir des informations.

PAQUET

PAK ( automates programmés) – Automate+PCC. Ils disposent d'une structure de réseau distribué pour le traitement des données (plusieurs automates et PCC).

· Contrôleurs spécialisés

Les contrôleurs spécialisés ne sont pas des outils d'automatisation librement programmables, mais utilisent des programmes standards dans lesquels seuls certains coefficients peuvent être modifiés (paramètres du contrôleur PID, temps de course des actionneurs, retards, etc.). Ces contrôleurs sont axés sur l'avance système connu régulation (ventilation, chauffage, eau chaude). Au début du nouveau millénaire, ces moyens techniques d'automatisation se sont généralisés.

Une caractéristique d'ADSP et de PKK est l'utilisation de langages de programmation standards : C, C++, Assembler, Pascal, - car ils sont créés sur la base d'un PC. Cette caractéristique de l'automatisation est à la fois un avantage et un inconvénient.

L'avantage est qu'en utilisant des langages de programmation standards, vous pouvez écrire un algorithme plus complexe et plus flexible. L'inconvénient est que pour travailler avec eux, vous devez créer des pilotes et utiliser un langage de programmation plus complexe. L'avantage des automates et des PAC réside dans l'utilisation de langages de programmation d'ingénierie normalisés par la norme CEI 61131-3. Ces langages ne sont pas conçus pour un programmeur, mais pour un ingénieur électricien.

Le principe de la transformation de l'information

Les principes de gestion reposent sur le principe de transformation de l'information.

Les convertisseurs sont des appareils utilisés pour convertir des quantités d'une nature physique en une autre et vice versa.

Les capteurs sont des dispositifs qui génèrent un signal discret en fonction du code du processus technologique ou de l'impact des informations sur ceux-ci.

Informations et moyens de les transformer

Les informations doivent avoir les éléments suivants propriétés:

1. Les informations doivent être compréhensibles conformément au système de codage accepté ou à sa présentation.

2. Les canaux de transmission d’informations doivent être insonorisés et empêcher la pénétration de fausses informations.

3. Les informations doivent être pratiques pour leur traitement.

4. Les informations doivent être faciles à stocker.

Pour la transmission de l'information, on utilise des canaux de communication qui peuvent être artificiels, naturels, mixtes.

Riz. 3. Canaux de communication

Nous parlerons davantage des canaux de communication un peu plus tard.

Thème 2

1. Capteurs

Un capteur est un dispositif qui convertit l'action d'entrée de n'importe quelle grandeur physique en un signal pratique pour une utilisation ultérieure.

Les capteurs utilisés sont très divers et peuvent être classés selon différents critères (voir tableau 1).

Selon le type de grandeur d'entrée (mesurée), il existe : des capteurs de déplacement mécaniques (linéaires et angulaires), pneumatiques, électriques, des débitmètres, des capteurs de vitesse, d'accélération, de force, de température, de pression, etc.

Selon le type de valeur de sortie vers laquelle la valeur d'entrée est convertie, on distingue les non électriques et électriques : capteurs de courant continu (EMF ou tension), capteurs d'amplitude courant alternatif(EMF ou tension), capteurs de fréquence AC (EMF ou tension), capteurs de résistance (actifs, inductifs ou capacitifs), etc.

La plupart des capteurs sont électriques. Cela est dû aux avantages suivants des mesures électriques :

Il est pratique de transmettre des quantités électriques à distance et la transmission s'effectue à grande vitesse ;

Les grandeurs électriques sont universelles dans le sens où toute autre grandeur peut être convertie en grandeurs électriques et vice versa ;

Ils sont convertis avec précision en code numérique et permettent d'obtenir une précision, une sensibilité et une rapidité élevées des instruments de mesure.

Selon le principe de fonctionnement, les capteurs peuvent être divisés en deux classes : générateurs et paramétriques. Un groupe distinct est constitué de capteurs radioactifs. Les capteurs radioactifs sont des capteurs qui utilisent des phénomènes tels que la modification de paramètres sous l'action des rayons g et b ; ionisation et luminescence de certaines substances sous l'influence d'une irradiation radioactive. Les capteurs générateurs effectuent une conversion directe de la valeur d'entrée en un signal électrique. Les capteurs paramétriques convertissent la valeur d'entrée en une modification d'un paramètre électrique (R, L ou C) du capteur.

Selon le principe de fonctionnement, les capteurs peuvent également être divisés en ohmiques, rhéostatiques, photoélectriques (optoélectroniques), inductifs, capacitifs, etc.

Il existe trois classes de capteurs :

Capteurs analogiques, c'est-à-dire des capteurs qui produisent un signal analogique proportionnel à la modification de la valeur d'entrée ;

Capteurs numériques générant un train d'impulsions ou un mot binaire ;

Capteurs binaires (binaires) qui produisent un signal de seulement deux niveaux : « on/off » (0 ou 1).

Figure 1 - Classification des capteurs pour les systèmes d'automatisation des machines minières

Exigences pour les capteurs :

Dépendance sans ambiguïté de la valeur de sortie sur l'entrée ;

Stabilité des caractéristiques dans le temps ;

Haute sensibilité;

Petite taille et poids ;

Manque de retour d'information sur le processus contrôlé et sur le paramètre contrôlé ;

Travailler dans diverses conditions d'exploitation;

Diverses options installation.

Capteurs paramétriques

Les capteurs paramétriques sont ceux qui convertissent les signaux d'entrée en un changement dans certains paramètres du circuit électrique (R, L ou C). Conformément à cela, on distingue les capteurs à résistance active, inductifs et capacitifs.

caractéristique L'un des avantages de ces capteurs est qu'ils ne sont utilisés que lorsqu'il y a une alimentation externe.

Dans les équipements d'automatisation modernes, divers capteurs paramétriques à résistance active sont largement utilisés - capteurs à contact, rhéostat et potentiométriques.

Capteurs de contact. Les capteurs de contact les plus fiables sont les contacts hermétiques à commande magnétique (interrupteurs Reed).

Figure 1 - Schéma de principe du capteur Reed

L'élément récepteur du capteur - l'interrupteur Reed est une ampoule 1, à l'intérieur de laquelle sont scellés des ressorts de contact (électrodes) 2, constitués d'un matériau ferromagnétique. L'ampoule en verre est remplie de gaz protecteur (argon, azote, etc.). L'étanchéité de l'ampoule exclut l'influence (effet) néfaste du milieu sur les contacts, augmentant ainsi la fiabilité de leur fonctionnement. Les contacts d'un interrupteur à lames situé à un point contrôlé de l'espace sont fermés sous l'action d'un champ magnétique créé par un aimant permanent (électroaimant) installé sur un objet en mouvement. Lorsque les contacts de l'interrupteur Reed sont ouverts, sa résistance active est égale à l'infini, et lorsqu'elle est fermée, elle est presque nulle.

Signal de sortie du capteur (U out sur charge R1) égal à la tension Up de la source d'alimentation en présence d'un aimant (objet) au point de contrôle et zéro en son absence.

Les interrupteurs Reed sont disponibles avec des contacts NO et NC, ainsi qu'avec des contacts inverseurs et polarisés. Certains types de commutateurs Reed - KEM, MKS, MKA.

Les avantages des capteurs Reed sont une fiabilité élevée et un temps entre les pannes (environ 10 7 opérations). L'inconvénient des capteurs Reed est un changement important de sensibilité avec un léger déplacement de l'aimant dans la direction perpendiculaire au mouvement de l'objet.

Les interrupteurs Reed sont généralement utilisés dans l'automatisation des installations de levage, de drainage, de ventilation et de convoyage.

Capteurs potentiométriques. Les capteurs potentiométriques sont une résistance variable (potentiomètre), constituée d'un cadre plat (en bande), cylindrique ou annulaire, sur lequel un mince fil de constantan ou de nichrome à haute température résistivité. Un curseur se déplace le long du cadre - un contact glissant relié mécaniquement à l'objet (voir Figure 2).

En déplaçant le curseur à l'aide du lecteur approprié, vous pouvez modifier la valeur de la résistance de zéro à la valeur maximale. De plus, la résistance du capteur peut varier aussi bien linéairement que selon d'autres lois, le plus souvent logarithmiques. De tels capteurs sont utilisés dans les cas où il est nécessaire de modifier la tension ou le courant dans le circuit de charge.

Figure 2 - Capteur potentiométrique

Pour un potentiomètre linéaire (voir figure 2) d'une longueur je tension de sortie est défini par l'expression :

,

où x est le mouvement du pinceau ; k = U p / je- rapport de démultiplication ; U p - tension d'alimentation.

Les capteurs potentiométriques sont utilisés pour mesurer divers paramètres technologiques - pression, niveau, etc., convertis par un élément de pré-détection en mouvement.

Les avantages des capteurs potentiométriques sont leur simplicité de conception, leur petite taille et leur capacité à fournir du courant continu et alternatif.

L'inconvénient des capteurs potentiométriques est la présence d'un curseur contact électrique ce qui réduit la fiabilité du fonctionnement.

Capteurs inductifs. Le principe de fonctionnement d'un capteur inductif repose sur une modification de l'inductance L de la bobine 1, placée sur un noyau ferromagnétique 2, lors du déplacement X ancres 3 (voir figure 3).

Figure 3 - Capteur inductif

Le circuit du capteur est alimenté par une source de courant alternatif.

L'élément de commande des capteurs est une réactance variable - un starter avec un entrefer variable.

Le capteur fonctionne comme suit. Sous l'influence de l'objet, l'armature, se rapprochant du noyau, provoque une augmentation du flux de liaison et, par conséquent, de l'inductance de la bobine. Avec réduction du jeu dà la valeur minimale, la réactance inductive de la bobine x L = wL = 2pfL augmente jusqu'au maximum, réduisant ainsi le courant de charge RL, qui est généralement utilisé comme relais électromagnétique. Ces derniers commutent des circuits de commande, de protection, de contrôle, etc. avec leurs contacts.

Les avantages des capteurs inductifs sont la simplicité du dispositif et la fiabilité de fonctionnement due à l'absence de liaison mécanique entre le noyau et l'armature, qui est généralement fixée sur un objet en mouvement dont la position est contrôlée. Les fonctions de l'ancre peuvent être remplies par l'objet lui-même, qui comporte des pièces ferromagnétiques, par exemple une benne lors du contrôle de sa position dans le puits de forage.

Les inconvénients des capteurs inductifs sont la non-linéarité de la caractéristique et une force d'attraction électromagnétique importante de l'armature vers le noyau. Pour réduire les efforts et mesurer en continu les déplacements, des capteurs de type solénoïde sont utilisés ou sont appelés différentiels.

capteurs capacitifs. Les capteurs capacitifs sont des condensateurs structurellement variables divers modèles et des formes, mais toujours avec deux plaques entre lesquelles se trouve un milieu diélectrique. De tels capteurs servent à convertir les mouvements mécaniques linéaires ou angulaires, ainsi que la pression, l'humidité ou le niveau du fluide, en un changement de capacité. Dans ce cas, pour contrôler les petits déplacements linéaires, des condensateurs sont utilisés, dans lesquels l'entrefer entre les plaques change. Pour contrôler les déplacements angulaires, des condensateurs à écart constant et à zone de travail variable des plaques sont utilisés. Pour surveiller les niveaux de remplissage des réservoirs matériaux en vrac ou des liquides à des espaces constants et des zones de travail des plaques - les condensateurs dont la permittivité du milieu est contrôlée. La capacité d'un tel condensateur est calculée par la formule

où : S est l'aire totale de l'intersection des plaques ; δ est la distance entre les plaques ; ε est la permittivité du milieu entre les plaques ; ε 0 - constante diélectrique.

Selon la forme des plaques, on distingue les types de condensateurs variables plats, cylindriques et autres.

Les capteurs capacitifs ne fonctionnent qu'à des fréquences supérieures à 1 000 Hz. L'utilisation à fréquence industrielle est pratiquement impossible en raison de la grande capacité (Xc = = ).

Capteurs de générateur

Les capteurs générateurs sont des capteurs qui convertissent directement divers types d’énergie en énergie électrique. Ils ne nécessitent pas de sources d'alimentation externes, car ils produisent eux-mêmes des FEM. Les capteurs générateurs utilisent des phénomènes physiques bien connus : l'apparition de FEM dans les thermocouples lorsqu'ils sont chauffés, dans les photocellules avec une couche barrière lorsqu'ils sont éclairés, l'effet piézoélectrique et le phénomène d'induction électromagnétique. .

Capteurs inductifs. DANS capteurs inductifs conversion de la quantité non électrique d'entrée en force électromotrice induite. utilisé pour mesurer la vitesse de déplacement, le déplacement linéaire ou angulaire. FEM dans de tels capteurs est induit dans des bobines ou des enroulements en cuivre fil isolé et placés sur des noyaux magnétiques en acier électrique.

Les microgénérateurs de petite taille qui convertissent la vitesse angulaire de l'objet en force électromotrice, dont la valeur est directement proportionnelle à la vitesse de rotation de l'arbre de sortie de l'objet à tester, sont appelés générateurs tachymétriques de courants continus et alternatifs. Des schémas de générateurs tachymétriques avec et sans enroulement d'excitation indépendant sont présentés à la figure 4.

Figure 4 - Schémas de génératrices tachymétriques avec et sans enroulement d'excitation indépendant

Les générateurs tachymétriques à courant continu sont une machine électrique à collecteur avec un induit et un enroulement d'excitation ou un aimant permanent. Ces derniers ne nécessitent pas de source d’alimentation supplémentaire. Le principe de fonctionnement de tels générateurs tachymétriques est que dans l'induit, qui tourne dans le flux magnétique (F) d'un aimant permanent ou d'un enroulement d'excitation, une force électromotrice est induite. (E), dont la valeur est proportionnelle à la fréquence de rotation (ω) de l'objet :

Е = cФn = сФω

Pour préserver la dépendance linéaire de la FEM. à partir de la fréquence de rotation de l'induit, il est nécessaire que la résistance de charge du générateur tachymétrique reste toujours inchangée et dépasse plusieurs fois la résistance de l'enroulement de l'induit. L'inconvénient des générateurs tachymétriques à courant continu est la présence d'un collecteur et de balais, ce qui réduit considérablement sa fiabilité. Le collecteur assure la conversion de la variable emf. ancres dans D.C..

Plus fiable est un générateur tachymétrique à courant alternatif, dans lequel l'enroulement de sortie intrinsèquement sûr est situé sur le stator et le rotor est un aimant permanent avec un flux magnétique constant correspondant. Un tel générateur tachymétrique ne nécessite pas de collecteur, mais sa force électromotrice variable. converti en courant continu à l'aide de circuits à diodes en pont. Le principe de fonctionnement d'un générateur tachymétrique à courant alternatif synchrone est que lorsque le rotor tourne autour de l'objet à tester, une force électromotrice variable est induite dans son enroulement, dont l'amplitude et la fréquence sont directement proportionnelles à la vitesse du rotor. Du fait que le flux magnétique du rotor tourne à la même fréquence que le rotor lui-même, un tel générateur tachymétrique est appelé synchrone. L’inconvénient d’un générateur synchrone est qu’il comporte des ensembles de roulements, ce qui n’est pas adapté aux conditions minières. Le schéma de contrôle de la vitesse de la bande transporteuse par une génératrice tachymétrique synchrone est illustré à la figure 5. La figure 5 indique : 1 - rotor magnétique de la génératrice tachymétrique, 2 - rouleau d'entraînement avec protecteur, 3 - bande transporteuse, 4 - enroulement du stator de la génératrice tachymétrique.

Figure 5 - Schéma de contrôle de la vitesse de la bande transporteuse synchrone

générateur tachymétrique

Pour mesurer la vitesse linéaire de mouvement des corps de travail des convoyeurs à traînées, des capteurs à induction magnétique sont utilisés, dans lesquels il n'y a aucune pièce mobile. La partie mobile (ancre) dans ce cas est constituée des racleurs en acier du convoyeur se déplaçant dans le flux magnétique de l'aimant permanent du capteur avec une bobine intrinsèquement sûre. Lorsque les grattoirs en acier traversent le flux magnétique, une force électromotrice variable est induite dans la bobine, qui est directement proportionnelle à la vitesse de déplacement et inversement proportionnelle à l'écart entre le noyau en acier de la bobine et le grattoir. Le flux magnétique qui provoque la force électromotrice dans la bobine change dans ce cas sous l'influence de grattoirs en acier qui, se déplaçant au-dessus du capteur, provoquent des fluctuations de la résistance magnétique sur le chemin de fermeture du flux magnétique formé par l'aimant permanent. Le schéma de contrôle de la vitesse du corps de travail du convoyeur à racleurs avec un capteur à induction magnétique est illustré à la figure 6. La figure 6 indique : 1 - convoyeur à racleurs, 2 - noyau en acier, 3 - rondelle en acier, 4 - rondelle en plastique, 5 - aimant permanent en anneau, 6 - bobine de capteur

Figure 6 - Schéma de contrôle de la vitesse de déplacement du corps de travail

capteur d'induction magnétique de convoyeur de racleur

capteurs magnétoélastiques. Le principe de fonctionnement des capteurs magnétoélastiques repose sur la propriété des matériaux ferromagnétiques de modifier la perméabilité magnétique m lors de leur déformation. Cette propriété est appelée magnétoélasticité, caractérisée par une sensibilité magnétoélastique.

Le Permallay (alliage fer-nickel) a la valeur la plus élevée S m = 200 Gn/m2. Certaines variétés de permallay avec un allongement de 0,1 % augmentent le coefficient de perméabilité magnétique jusqu'à 20 %. Cependant, pour obtenir même des allongements aussi faibles, une charge de l'ordre de 100 à 200 N/mm est nécessaire, ce qui est très gênant et conduit à la nécessité de réduire la section transversale du matériau ferromagnétique et nécessite une source d'alimentation avec une fréquence de l'ordre du kilohertz.

Structurellement, le capteur magnétoélastique est une bobine 1 avec un circuit magnétique fermé 2 (voir Figure 7). La force contrôlée P, déformant le noyau, modifie sa perméabilité magnétique et, par conséquent, la réactance inductive de la bobine. Le courant de charge RL d'un relais, par exemple, est déterminé par la résistance de la bobine.

Les capteurs magnétoélastiques sont utilisés pour contrôler les forces (par exemple lors du chargement des bennes et des peuplements de plantation sur les poings), les pressions des roches, etc.

Les avantages des capteurs magnétoélastiques sont la simplicité et la fiabilité.

Les inconvénients des capteurs magnétoélastiques sont qu'ils nécessitent des matériaux coûteux pour les circuits magnétiques et leur traitement spécial.

Figure 7 - Capteur magnétoélastique

Capteurs piézoélectriques. L'effet piézoélectrique est inhérent aux monocristaux de certaines substances diélectriques (quartz, tourmaline, sel de Rochelle, etc.). L'essence de l'effet est que, sous l'action de forces mécaniques dynamiques sur le cristal, charges électriques, dont la valeur est proportionnelle à la déformation élastique du cristal. Les dimensions et le nombre de plaques de cristal sont choisis en fonction de la résistance et de la charge requise. Les capteurs piézoélectriques sont dans la plupart des cas utilisés pour mesurer les processus dynamiques et les charges de choc, les vibrations, etc.

Capteurs thermoélectriques. Pour mesurer les températures dans une large plage de 200 à 2 500 °C, des capteurs thermoélectriques sont utilisés - des thermocouples, qui assurent la conversion de l'énergie thermique en force électromotrice. Le principe de fonctionnement d'un thermocouple repose sur le phénomène de l'effet thermoélectrique, qui réside dans le fait que lorsqu'une jonction et les extrémités des thermoélectrodes sont placées dans un milieu avec des températures différentes t 1 et t 2 dans un cercle formé par un thermocouple et un millivoltmètre, une force électromotrice thermique apparaît proportionnelle à la différence entre ces températures.

Figure 8 - Schéma d'un thermocouple

Les conducteurs A et B des thermocouples sont constitués de métaux différents et de leurs alliages. Le phénomène de l'effet thermoélectrique est donné par une combinaison de tels conducteurs A et B, cuivre-constantan (jusqu'à 300°C), cuivre - kopel (jusqu'à 600°C), chromel - kopel (jusqu'à 800°C) , fer - kopel (jusqu'à 800°C) , chromel - alumel (jusqu'à 1300°C), platine - platine-rhodium (jusqu'à 1600°C), etc.

La valeur de la thermo-emf pour divers types les thermocouples vont du dixième à la dizaine de millivolts. Par exemple, pour un thermocouple cuivre-constantan, elle passe de 4,3 à -6,18 mV lorsque la température de jonction passe de + 100 à - 260°C.

Capteurs à thermistance. Le principe de fonctionnement des capteurs à thermistance est basé sur la propriété de l'élément de détection - la thermistance - de changer de résistance avec un changement de température. Les thermistances sont constituées de métaux (cuivre, nickel, satin, etc.) et de semi-conducteurs (mélanges d'oxydes métalliques - cuivre, manganèse, etc.). Une thermistance métallique est constituée d'un fil, par exemple de cuivre d'un diamètre d'environ 0,1 mm, enroulé en spirale sur un cadre en mica, en porcelaine ou en quartz. Une telle thermistance est enfermée dans un tube de protection doté de pinces de sortie, qui est placé au point de contrôle de la température de l'objet.

Les thermistances semi-conductrices se présentent sous la forme de petites tiges et de disques avec des conducteurs.

Avec l'augmentation de la température, la résistance des thermistances métalliques augmente, tandis que pour la plupart des semi-conducteurs, elle diminue.

L'avantage des thermistances semi-conductrices est leur haute sensibilité thermique (30 fois supérieure à celle des thermistances métalliques).

L'inconvénient des thermistances semi-conductrices est un large éventail de résistances et une faible stabilité, ce qui rend difficile leur utilisation pour les mesures. Par conséquent, les thermistances à semi-conducteurs dans les systèmes d'automatisation des installations technologiques minières sont principalement utilisées pour contrôler les valeurs de température des objets et leur protection thermique. Ils sont généralement connectés en série avec relais électromagnétiqueà la source d’alimentation.

Pour mesurer la température, la thermistance RK est incluse dans le circuit en pont, qui convertit la mesure de résistance en une tension à la sortie Uout, utilisée dans le système de contrôle automatique ou le système de mesure.

Le pont peut être équilibré ou déséquilibré.

Un pont équilibré est utilisé pour la méthode de mesure du zéro. Dans ce cas, la résistance R3 change (par exemple, par un dispositif automatique spécial) suite à la variation de la résistance de la thermistance Rt de telle sorte que les potentiels aux points A et B soient égaux. L'avantage de cette méthode est une grande précision et l'inconvénient est la complexité de l'appareil de mesure, qui est un système de suivi automatique.

Un pont déséquilibré génère un signal Uout proportionnel à la surchauffe de l'objet. En sélectionnant les résistances des résistances R1, R2, R3, le pont est équilibré à la valeur de température initiale, assurant le respect de la condition

Rt / R1 = R3 / R2

Lors de la modification de la valeur de la température contrôlée et, par conséquent, de la résistance Rt, l'équilibre du pont sera perturbé. Si vous connectez à sa sortie un appareil mV avec une échelle calibrée en degrés, la flèche de l'appareil affichera la température mesurée.

Débitmètre à induction

Pour contrôler l'alimentation d'une unité de pompage pour le drainage, il est possible d'utiliser des débitmètres à induction, par exemple de type IR-61M. Le principe de fonctionnement du débitmètre à induction est basé sur la loi de Faraday (loi de l'induction électromagnétique).

Le schéma de conception du débitmètre à induction est illustré à la figure 9. Lorsqu'un liquide conducteur s'écoule entre les pôles d'un aimant dans un pipeline, une force électromotrice se produit dans la direction perpendiculaire à la direction du liquide et dans la direction du champ magnétique principal. flux. U sur les électrodes, proportionnel à la vitesse du fluide v :

où B est l'induction magnétique dans l'espace des pôles magnétiques ; d est le diamètre intérieur du pipeline.

Figure 9 - Schéma structurel du débitmètre à induction

Si nous exprimons la vitesse v en termes de débit volumique Q, c'est-à-dire

Avantages du débitmètre à induction :

Posséder une inertie insignifiante des indications ;

Il n'y a aucune pièce située à l'intérieur de la canalisation de travail (elles ont donc des pertes hydrauliques minimes).

Inconvénients du débitmètre :

Les lectures dépendent des propriétés du liquide mesuré (viscosité, densité) et de la nature de l'écoulement (laminaire, turbulent) ;

Débitmètres à ultrasons

Le principe de fonctionnement des débitmètres à ultrasons est le suivant :

la vitesse de propagation des ultrasons dans un milieu en mouvement gaz ou liquide est égale à la somme géométrique vitesse moyenne le mouvement du milieu v ​​et la propre vitesse du son dans ce milieu .

Le schéma structurel du débitmètre à ultrasons est présenté à la figure 10.

Figure 10 - Schéma structurel du débitmètre à ultrasons

L'émetteur I crée des vibrations ultrasonores d'une fréquence de 20 Hz et plus, qui tombent sur le récepteur P, qui enregistre ces vibrations (il est situé à une distance l). Le débit F est

où S est la section transversale de l'écoulement de liquide ; C est la vitesse du son dans le milieu (pour un liquide 1 000-1 500 m/s) ;

t1 est la durée de propagation de l'onde sonore dans le sens de l'écoulement depuis l'émetteur I1 vers le récepteur P1 ;

t 2 - la durée de propagation de l'onde sonore à contre-courant de l'émetteur I2 au récepteur P2 ;

l est la distance entre l'émetteur I et le récepteur P ;

k est un coefficient qui prend en compte la répartition des vitesses dans l'écoulement.

Avantages du débitmètre à ultrasons :

a) fiabilité et vitesse élevées ;

b) la capacité de mesurer des liquides non conducteurs.

L'inconvénient réside dans les exigences accrues en matière de contamination du débit d'eau contrôlé.

2. Appareils de communication de données

Le transfert des informations de l'objet d'automatisation vers l'appareil de commande s'effectue via des lignes de communication (canaux). En fonction du support physique par lequel les informations sont transmises, les canaux de communication peuvent être divisés en types suivants :

– lignes de câbles- électriques (équilibrés, coaxiaux, paires torsadées, etc.), fibre optique et combinés câbles électriques avec conducteurs à fibres optiques ;

– alimentation basse tension et haute tension Électricité du net;

– les canaux infrarouges ;

- les chaînes radio.

La transmission d'informations sur les canaux de communication peut être transmise sans compression d'informations, c'est-à-dire un signal d'information (analogique ou discret) est transmis sur un canal, et avec compression d'informations, une pluralité de signaux d'information sont transmis sur le canal de communication. Le compactage des informations est utilisé pour la transmission à distance d'informations sur une distance considérable (par exemple, d'un équipement d'automatisation situé sur une galerie à une cisaille ou d'une section de mine à la surface à un répartiteur) et peut être réalisé selon différents types de codage de signal.

Systèmes techniques, qui assurent le transfert d'informations sur l'état de l'objet et les commandes de contrôle à distance via des canaux de communication peuvent être systèmes de contrôle et de mesure à distance ou systèmes télémécaniques. Dans les systèmes de contrôle et de mesure à distance, chaque signal utilise sa propre ligne – un canal de communication. Combien de signaux, autant de canaux de communication sont nécessaires. Par conséquent, en matière de contrôle et de mesure à distance, le nombre d'objets contrôlés, notamment à longue distance, est généralement limité. Dans les systèmes télémécaniques, une seule ligne, ou un seul canal de communication, est utilisée pour transmettre de nombreux messages à un grand nombre d'objets. Les informations sont transmises sous forme codée, et chaque objet « connaît » son code, donc le nombre d'objets contrôlés ou gérés est pratiquement illimité, seul le code sera plus compliqué. Les systèmes télémécaniques sont divisés en discrets et analogiques. Les systèmes de télécommande discrets sont appelés systèmes de télésignalisation(TS), ils assurent le transfert d'un nombre fini d'états d'objet (par exemple, "on", "off"). Les systèmes de télécommande analogiques sont appelés systèmes de télémétrie(TI), ils assurent la transmission d'un changement continu de tout paramètre caractérisant l'état de l'objet (par exemple, un changement de tension, de courant, de vitesse, etc.).

Les éléments qui composent les signaux discrets ont des caractéristiques qualitatives différentes : amplitude de l'impulsion, polarité et durée de l'impulsion, fréquence ou phase du courant alternatif, code pour l'envoi d'une série d'impulsions. Les systèmes télémécaniques sont abordés plus en détail dans.

Pour échanger des informations entre les contrôleurs à microprocesseur de divers appareils du système d'automatisation, y compris les ordinateurs de contrôle, moyens spéciaux, méthodes et règles d'interaction - interfaces. Selon le mode de transmission des données, on distingue les interfaces parallèles et série. DANS interface parallèle q des bits de données sont transmis q lignes de communication. DANS interface série La transmission des données s'effectue généralement sur deux lignes : les impulsions d'horloge (synchronisation) de la minuterie sont transmises en continu le long d'une ligne et les impulsions d'information sont transmises le long de la seconde.

Dans les systèmes d'automatisation des machines minières, les interfaces série des normes RS232 et RS485 sont le plus souvent utilisées.

L'interface RS232 assure la communication entre deux ordinateurs, un ordinateur hôte et un microcontrôleur, ou la communication entre deux microcontrôleurs jusqu'à 19 600 bps sur une distance allant jusqu'à 15 m.

L'interface RS-485 permet l'échange de données entre plusieurs appareils sur une ligne de communication à deux fils en mode semi-duplex. L'interface RS-485 permet un transfert de données à des vitesses allant jusqu'à 10 Mbps. La portée de transmission maximale dépend de la vitesse : à une vitesse de 10 Mbps, la longueur maximale de la ligne est de 120 m, à une vitesse de 100 kbps - 1 200 M. Le nombre d'appareils connectés à une ligne d'interface dépend du type d'émetteur-récepteur utilisé dans l'appareil. Un émetteur est conçu pour contrôler 32 récepteurs standard. Les récepteurs sont produits avec une impédance d'entrée de 1/2, 1/4, 1/8 de la norme. Lors de l'utilisation de tels récepteurs, le nombre total d'appareils peut être augmenté en conséquence : 64, 128 ou 256. Le transfert de données entre les contrôleurs s'effectue selon des règles appelées protocoles. Les protocoles d'échange dans la plupart des systèmes fonctionnent sur le principe « maître » - « esclave ». Un périphérique sur le backbone est le maître et initie l'échange en envoyant des requêtes aux périphériques esclaves, qui diffèrent par leurs adresses logiques. L'un des protocoles les plus populaires est le protocole Modbus.

2. Appareils exécutifs

Exécution de la décision, c'est-à-dire la mise en œuvre de l'action de commande correspondant au signal de commande généré est effectuée dispositifs exécutifs (ID). En général, un actionneur est une combinaison d'un actionneur (IM) et d'un organisme de réglementation (RO). L'emplacement des actionneurs dans le schéma fonctionnel de l'ACS local est illustré à la figure 11.

Figure 11 - Emplacement des actionneurs dans le schéma fonctionnel de l'ACS local

L'actionneur (IM) est un dispositif conçu pour convertir les signaux de commande générés par l'unité de commande (PLC) en signaux pratiques pour influencer le lien final de l'ACS - l'organisme de réglementation (RO).

L'actionneur se compose des éléments de base suivants :

moteur exécutif (moteur électrique, piston, membrane);

élément d'embrayage (accouplement, charnière);

élément de conversion de transmission (réducteur avec levier ou tige de sortie);

amplificateur de puissance (électrique, pneumatique, hydraulique, combiné)

Dans un modèle de messagerie instantanée spécifique, un certain nombre d'éléments (à l'exception du moteur exécutif) peuvent être absents.

La principale exigence de l'IM est : déplacer le RO avec le moins de distorsion possible des lois de régulation formées par le PLC, c'est-à-dire La messagerie instantanée doit avoir une vitesse et une précision suffisantes.

Caractéristiques principales:

a) couple nominal et maximum

sur l'arbre de sortie (rotatif) ou efforts sur la tige de sortie ;

b) le temps de rotation de l'arbre de sortie de l'IM ou la course de sa tige ;

c) la valeur maximale de l'angle de rotation de l'arbre de sortie ou de la course

d) zone morte.

Les actionneurs sont classés selon les critères suivants :

1) mouvement de l'organisme de régulation (rotatif et linéaire) ;

2) conception (électrique, hydraulique, pneumatique) ;

Électrique - avec entraînements d'un moteur électrique et d'un électro-aimant ;

Hydraulique - avec entraînements : piston, plongeur, à partir d'un moteur hydraulique ;

Pneumatique - avec entraînements : piston, plongeur, diaphragme, diaphragme, à partir d'un moteur pneumatique.

En pratique, les MI électriques sont les plus largement utilisés. Les MI électriques sont classés comme :

électromagnétique;

moteur électrique.

Les IM électromagnétiques sont divisés en :

IM avec des lecteurs de embrayages électromagnétiques conçu pour transmettre un mouvement de rotation (embrayages à friction et à glissement ;

Les IM avec entraînement solénoïde sont des appareils à 2 positions (c'est-à-dire conçus pour une commande à 2 positions) qui effectuent le mouvement de translation des éléments d'entraînement selon le principe discret : « marche - arrêt ».

Les IM des moteurs électriques sont divisés en :

monotour - l'angle de rotation de l'arbre de sortie ne dépasse pas 360 0 . Exemple : MEO (mécanisme électrique monotour). Ils utilisent des moteurs asynchrones monophasés et triphasés (MEOK, MEOB).

multitours - pour le contrôle à distance et local des raccords de canalisations (vannes).

Dans les systèmes d'automatisation des machines minières, les distributeurs hydrauliques électriques, tels que GSD et 1RP2, sont largement utilisés comme actionneurs. Le distributeur hydraulique électrique 1RP2 est conçu pour contrôler la vitesse d'alimentation et les éléments de coupe de la moissonneuse dans le cadre des régulateurs de charge automatiques URAN.1M et du système d'automatisation SAUK02.2M. Le distributeur hydraulique électrique 1RP2 est un distributeur hydraulique à tiroir avec un entraînement électromagnétique à traction.

L'organisme de réglementation (OR) est le dernier élément de l'ACS, qui contrôle directement le système d'exploitation. RO modifie le flux de matière, d'énergie, la position relative des parties d'appareils, de machines-outils ou de mécanismes dans le sens du cours normal du processus technologique.

La principale caractéristique du RO est sa caractéristique statique, c'est-à-dire la relation entre le paramètre de sortie Y (débit, pression, tension) et la course de l'organisme de régulation en pourcentage.

RO fournit :

a) régulation à deux positions - le volet RO se déplace rapidement d'une position extrême à l'autre.

b) continu - dans ce cas, il est nécessaire que les caractéristiques de débit du RO soient strictement définies (vanne, vanne, vanne papillon).

Les moyens techniques d'automatisation (TSA) sont conçus pour créer des systèmes qui effectuent des opérations technologiques spécifiées, dans lesquelles une personne se voit attribuer principalement des fonctions de contrôle et de gestion.

Selon le type d'énergie utilisé, les moyens techniques d'automatisation sont classés en électrique, pneumatique, hydraulique Et combiné. Les moyens électroniques d'automatisation sont attribués à un groupe distinct, car ils utilisent l'énergie électrique pour exécuter des fonctions spéciales de calcul et de mesure.

Par objectif fonctionnel, les moyens techniques d'automatisation peuvent être subdivisés conformément à schéma typique systèmes de contrôle automatique pour mécanismes exécutifs, amplifier, appareils de correction et de mesure, convertisseurs, dispositifs informatiques et d'interface.

Élément exécutif - il s'agit d'un dispositif dans un système de régulation ou de contrôle automatique qui agit directement ou via un dispositif d'adaptation sur un élément de commande ou un objet du système.

Élément régulateur effectue un changement dans le mode de fonctionnement de l'objet géré.

Actionneur électrique à sortie mécanique - moteur électrique- Il est utilisé comme amplificateur de puissance mécanique final. L'effet exercé par un objet ou une charge mécanique sur l'élément d'actionnement est équivalent à l'action d'une force interne ou naturelle. retour. Cette approche est utilisée dans les cas où une analyse structurelle détaillée des propriétés et des caractéristiques dynamiques des éléments d'actionnement est requise, en tenant compte de l'effet de la charge. L'actionneur électrique à sortie mécanique fait partie intégrante de l'entraînement automatique.

Entraînement électrique - il s'agit d'un dispositif d'actionnement électrique qui convertit le signal de commande en une action mécanique tout en l'amplifiant simultanément en puissance grâce à une source d'énergie externe. Le variateur n'a pas de lien spécial de retour principal et est une combinaison d'un amplificateur de puissance, d'un actionneur électrique, d'une transmission mécanique, d'une source d'alimentation et d'éléments auxiliaires, unis par certaines connexions fonctionnelles. Les valeurs de sortie de l'entraînement électrique sont la vitesse linéaire ou angulaire, la force ou le couple de traction, la puissance mécanique, etc. L'entraînement électrique doit disposer de la réserve de puissance appropriée nécessaire pour agir sur l'objet contrôlé en mode forcé.

Asservissement électrique est un servomoteur qui traite le signal de commande d'entrée avec son amplification de puissance. Les éléments du servomécanisme électrique sont couverts par des éléments de rétroaction spéciaux et peuvent avoir un retour interne en raison de la charge.

transmission mécanique un entraînement électrique ou un servomécanisme coordonne la résistance mécanique interne de l'élément d'actionnement avec une charge mécanique - un organisme de réglementation ou un objet de contrôle. Les transmissions mécaniques comprennent diverses boîtes de vitesses, manivelles, mécanismes à levier et autres éléments cinématiques, y compris les transmissions à roulements hydrauliques, pneumatiques et magnétiques.

Électrique alimentations les éléments d'actionnement, les dispositifs et les servomécanismes sont divisés en sources de puissance presque infinie, avec une valeur de leur résistance interne proche de zéro, et en sources de puissance limitée avec une valeur de résistance interne différente de zéro.

Les actionneurs pneumatiques et hydrauliques sont des dispositifs dans lesquels le gaz et le liquide sous une certaine pression sont utilisés respectivement comme vecteur d'énergie. Ces systèmes occupent une position forte parmi d'autres outils d'automatisation en raison de leurs avantages, qui comprennent tout d'abord la fiabilité, la résistance aux influences mécaniques et électromagnétiques, un rapport élevé entre la puissance d'entraînement développée et son propre poids et la sécurité incendie et explosion.

La tâche principale de l'actionneur est d'amplifier le signal à son entrée à un niveau de puissance suffisant pour fournir l'effet requis sur l'objet conformément à l'objectif du contrôle.

Un facteur important lors du choix d'un élément d'actionnement est de garantir les indicateurs spécifiés de la qualité du système avec les ressources énergétiques disponibles et les surcharges admissibles.

Les caractéristiques du dispositif d'actionnement doivent être déterminées à partir de l'analyse du processus automatisé. Ces caractéristiques des actionneurs et des servomécanismes sont les caractéristiques énergétiques, statiques, dynamiques, ainsi que les caractéristiques techniques, économiques et opérationnelles.

Une exigence obligatoire pour l'actionneur est de minimiser la puissance du moteur tout en fournissant les vitesses et les couples requis. Cela conduit à une minimisation des coûts énergétiques. Les restrictions de poids, d'encombrement et de fiabilité sont des facteurs très importants lors du choix d'un actionneur ou d'un servomécanisme.

Les dispositifs d'amplification et de correction sont des composants importants des systèmes d'automatisation. Les tâches courantes résolues par les dispositifs correcteurs et amplificateurs des systèmes d'automatisation sont la formation des caractéristiques statiques et fréquentielles requises, la synthèse du retour d'information, l'adaptation à la charge, garantissant une fiabilité élevée et l'unification des dispositifs.

Appareils d'amplification amplifier la puissance du signal jusqu'au niveau requis pour contrôler l'actionneur.

Les exigences particulières pour les éléments correctifs des systèmes à paramètres variables sont la possibilité et la simplicité de restructurer la structure, le programme et les paramètres des éléments correctifs. Les appareils amplificateurs doivent répondre à certaines Caractéristiques par puissance de sortie spécifique et maximale.

En termes de structure, le dispositif d'amplification est, en règle générale, un amplificateur à plusieurs étages avec des rétroactions complexes, introduites pour améliorer ses caractéristiques statiques, dynamiques et opérationnelles.

Les appareils amplificateurs utilisés dans les systèmes d'automatisation peuvent être divisés en deux groupes :

1) amplificateurs électriques avec sources d'énergie électrique ;

2) des surpresseurs hydrauliques et pneumatiques, utilisant respectivement un liquide ou un gaz comme principal vecteur d'énergie.

La source d'alimentation ou le vecteur d'énergie détermine les caractéristiques les plus importantes des dispositifs d'automatisation amplificateurs : caractéristiques statiques et dynamiques, puissance spécifique et maximale, fiabilité, indicateurs opérationnels et techniques et économiques.

Les amplificateurs électriques comprennent les amplificateurs électroniques à vide, ioniques, semi-conducteurs, diélectriques, magnétiques, magnétiques-semi-conducteurs, électromachines et électromécaniques.

Les amplificateurs et générateurs quantiques constituent un sous-groupe spécial d'appareils utilisés comme amplificateurs et convertisseurs de signaux radio faibles et autres signaux.

Dispositifs correcteurs former des signaux de correction pour les caractéristiques statiques et dynamiques du système.

Selon le type d'inclusion dans le système, les dispositifs correcteurs linéaires sont divisés en trois types : éléments correctifs série, parallèles et retour correctif. L'utilisation de l'un ou l'autre type de dispositifs correctifs est déterminée par la commodité de la mise en œuvre technique et les exigences opérationnelles.

Il est opportun d'utiliser des éléments correcteurs de type série si le signal dont la valeur est fonctionnellement liée au signal d'erreur est un signal électrique non modulé. La synthèse d'un dispositif correctif séquentiel dans le processus de conception d'un système de contrôle est la plus simple.

Il est pratique d'utiliser des éléments correcteurs de type parallèle lors de la formation d'une loi de commande complexe avec introduction d'une intégrale et de dérivées du signal d'erreur.

Les retours correctifs, couvrant les dispositifs d'amplification ou d'actionnement, sont les plus largement utilisés en raison de la simplicité de mise en œuvre technique. Dans ce cas, un signal d'un niveau relativement élevé est envoyé à l'entrée de l'élément de rétroaction, par exemple depuis l'étage de sortie d'un amplificateur ou d'un moteur. L'utilisation de retours correctifs permet de réduire l'influence des non-linéarités des dispositifs du système qu'ils couvrent, donc, dans certains cas, il est possible d'améliorer la qualité du processus de contrôle. Le retour correctif stabilise les coefficients statiques des appareils couverts en présence d'interférences.

Les systèmes de régulation et de contrôle automatiques utilisent des éléments et dispositifs correcteurs électriques, électromécaniques, hydrauliques et pneumatiques. Les dispositifs correcteurs électriques les plus simples sont mis en œuvre sur des quadripôles passifs, constitués de résistances, de condensateurs et d'inductances. Les dispositifs correcteurs électriques complexes comprennent également des éléments électroniques de séparation et d’appariement.

En plus des quadripôles passifs, les dispositifs correcteurs électromécaniques comprennent des génératrices tachymétriques, des roues à aubes, des gyroscopes différenciateurs et intégrateurs. Dans certains cas, un dispositif correcteur électromécanique peut être réalisé sous la forme d'un circuit en pont dont l'un des bras comporte un moteur électrique de l'actionneur.

Les dispositifs correcteurs hydrauliques et pneumatiques peuvent être constitués de filtres hydrauliques et pneumatiques spéciaux inclus dans le retour des principaux éléments du système, ou sous la forme d'un retour flexible sur la pression (chute de pression), le débit du fluide de travail, l'air.

Des éléments correctifs avec des paramètres réglables assurent l'adaptabilité des systèmes. La mise en œuvre de ces éléments s'effectue à l'aide de dispositifs relais et discrets, ainsi que d'ordinateurs. De tels éléments sont généralement appelés éléments correctifs logiques.

Un ordinateur fonctionnant en temps réel dans une boucle de contrôle fermée possède des capacités de calcul et logiques pratiquement illimitées. La fonction principale de l'ordinateur de contrôle est le calcul de contrôles et de lois optimaux qui optimisent le comportement du système conformément à l'un ou l'autre critère de qualité lors de son fonctionnement normal. La vitesse élevée de l'ordinateur de contrôle permet, outre la fonction principale, d'effectuer un certain nombre de tâches auxiliaires, par exemple avec la mise en œuvre d'un filtre correctif numérique complexe linéaire ou non linéaire.

En l'absence d'ordinateurs dans les systèmes, il est plus judicieux d'utiliser des dispositifs correctifs non linéaires car dotés des plus grandes capacités fonctionnelles et logiques.

Appareils de controle sont une combinaison d'actionneurs, de dispositifs d'amplification et de correction, de convertisseurs, ainsi que d'unités de calcul et d'interface.

Des informations sur les paramètres de l'objet de contrôle et sur les éventuelles influences externes qui l'affectent sont fournies au dispositif de contrôle par l'appareil de mesure. Instruments de mesure dans le cas général, ils sont constitués d'éléments sensibles qui perçoivent les changements des paramètres selon lesquels le processus est régulé ou contrôlé, ainsi que de convertisseurs supplémentaires, remplissant souvent les fonctions d'amplification du signal. Associés à des éléments sensibles, ces convertisseurs sont conçus pour convertir des signaux d'une nature physique en une autre, correspondant au type d'énergie utilisé dans le système de régulation ou de contrôle automatique.

En automatisation conversion d'appareils ou convertisseurs appeler de tels éléments qui ne remplissent pas directement les fonctions de mesure des paramètres contrôlés, d'amplification des signaux ou de correction des propriétés du système dans son ensemble et n'ont pas d'impact direct sur l'organisme de réglementation ou l'objet contrôlé. Les dispositifs de conversion dans ce sens sont intermédiaires et remplissent des fonctions auxiliaires associées à la conversion équivalente d'une quantité d'une nature physique en une forme plus pratique pour la formation d'une action régulatrice ou dans le but de coordonner des dispositifs qui diffèrent par le type d'énergie à la sortie de l’un et l’entrée d’un autre appareil.

En règle générale, les dispositifs informatiques des moyens d'automatisation sont construits sur la base de moyens à microprocesseur.

Microprocesseur- un outil contrôlé par logiciel qui réalise le processus de traitement de l'information numérique et sa gestion, construit sur un ou plusieurs circuits intégrés.

Les principaux paramètres techniques des microprocesseurs sont la profondeur de bits, la capacité de la mémoire adressable, la polyvalence, le nombre de registres internes, la présence d'un contrôle par microprogramme, le nombre de niveaux d'interruption, le type de pile mémoire et le nombre de registres principaux, ainsi que le composition du logiciel. Selon la longueur des mots, les microprocesseurs sont divisés en microprocesseurs à longueur de mot fixe et en microprocesseurs modulaires à longueur de mot variable.

Microprocesseur signifie sont des produits structurellement et fonctionnellement finis de la technologie informatique et de contrôle, construits sous la forme ou sur la base de circuits intégrés à microprocesseur, qui, du point de vue des exigences de test, de réception et de livraison, sont considérés comme un tout et sont utilisés dans le construction de moyens à microprocesseurs ou de systèmes à microprocesseurs plus complexes.

Structurellement, les moyens à microprocesseur se présentent sous la forme d'un microcircuit, d'un produit monocarte, d'un monobloc ou d'un complexe standard, et les produits du niveau inférieur de la hiérarchie constructive peuvent être utilisés dans des produits d'un niveau supérieur.

Systèmes à microprocesseur - il s'agit de systèmes de calcul ou de contrôle construits à partir d'outils à microprocesseur pouvant être utilisés de manière autonome ou embarqués dans un objet géré. Structurellement, les systèmes à microprocesseur sont réalisés sous la forme d'un microcircuit, d'un produit monocarte, d'un monobloc d'un complexe ou de plusieurs produits des types indiqués, intégrés à l'équipement d'un objet contrôlé ou réalisés de manière autonome.

Selon le domaine d'application, les moyens techniques d'automatisation peuvent être divisés en moyens techniques d'automatisation du travail dans la production industrielle et en moyens techniques d'automatisation d'autres travaux, dont les éléments les plus importants sont le travail dans des conditions extrêmes, où la présence d'une personne est mettant la vie en danger, voire impossible. Dans ce dernier cas, l'automatisation est réalisée sur la base de robots spéciaux fixes et mobiles.

Moyens techniques d'automatisation de la production chimique : Réf. éd. / V.S. Balakirev, L.A. Barsky, A.V. Bugrov et autres - M. : Chimie, 1991. -272 p.

informations générales sur l'automatisation des technologies

Processus de production alimentaire

Concepts de base et définitions de l'automatisation

Machine(Automates grecs - auto-agissant) est un appareil (un ensemble d'appareils) qui fonctionne sans intervention humaine.

Automatisation- Il s'agit d'un processus de développement de la production de machines, dans lequel les fonctions de gestion et de contrôle, précédemment exercées par une personne, sont transférées à des instruments et à des appareils automatiques.

Objectif de l'automatisation- augmenter la productivité du travail, améliorer la qualité des produits, optimiser la planification et la gestion, exclure une personne de travailler dans des conditions dangereuses pour la santé.

L'automatisation est l'une des principales directions du progrès scientifique et technologique.

Automatisation Comment discipline académique est un domaine de connaissances théoriques et appliquées sur les appareils et systèmes à fonctionnement automatique.

L'histoire de l'automatisation en tant que branche de la technologie est étroitement liée au développement des automates, des dispositifs automatiques et des complexes automatisés. À ses débuts, l’automatisation s’appuyait sur la mécanique théorique et sur la théorie circuits électriques et systèmes et problèmes résolus liés à la régulation de la pression dans les chaudières à vapeur, à la course du piston à vapeur et à la vitesse de rotation machines électriques, contrôle du fonctionnement des machines automatiques, des centraux téléphoniques automatiques, des dispositifs de protection des relais. En conséquence, les moyens techniques d'automatisation au cours de cette période ont été développés et utilisés en relation avec les systèmes de contrôle automatique. Le développement intensif de toutes les branches de la science et de la technologie à la fin de la première moitié du XXe siècle a également entraîné une croissance rapide de la technologie de commande automatique, dont l'utilisation devient universelle.

La seconde moitié du XXe siècle a été marquée par une nouvelle amélioration des moyens techniques d'automatisation et un large éventail, quoique inégal selon les industries, économie nationale, la diffusion des automatismes avec le passage à des systèmes automatiques plus complexes, notamment dans l'industrie - de l'automatisation des unités individuelles à l'automatisation intégrée des ateliers et des usines. Une caractéristique est l'utilisation de l'automatisation dans des installations géographiquement éloignées les unes des autres, par exemple de grands complexes industriels et énergétiques, des installations agricoles pour la production et la transformation de produits agricoles, etc. Pour la communication entre les appareils individuels de tels systèmes, on utilise des télémécaniques qui, avec les appareils de contrôle et les objets contrôlés, forment des systèmes téléautomatiques. Dans le même temps, les moyens techniques (y compris télémécaniques) de collecte et de traitement automatique des informations acquièrent une grande importance, car de nombreuses tâches dans des systèmes de contrôle automatique complexes ne peuvent être résolues qu'à l'aide de l'informatique. Enfin, la théorie de l'automatisme cède la place à une théorie généralisée de l'automatisme, qui combine tous les aspects théoriques de l'automatisation et constitue la base d'une théorie générale du contrôle.

L'introduction de l'automatisation de la production a permis d'augmenter considérablement la productivité du travail et de réduire la proportion de travailleurs employés dans divers domaines de production. Avant l’introduction des outils d’automatisation, le remplacement du travail physique s’effectuait grâce à la mécanisation des opérations principales et auxiliaires du processus de production. Le travail intellectuel est resté longtemps non mécanisé. À l'heure actuelle, les opérations du travail intellectuel deviennent l'objet de mécanisation et d'automatisation.

Exister différentes sortes automatisation.

1. Contrôle automatique comprend la signalisation automatique, la mesure, la collecte et le tri des informations.

2. Alarme automatique est conçu pour signaler les valeurs limites ou d'urgence de tout paramètre physique, le lieu et la nature des violations du processus technologique.

3. Mesure automatique assure la mesure et la transmission à des appareils d'enregistrement spéciaux des valeurs des grandeurs physiques contrôlées.

4. Tri automatique effectue le contrôle et la séparation des produits et des matières premières par taille, viscosité et autres indicateurs.

5. Protection automatique il s'agit d'un ensemble de moyens techniques qui assurent la terminaison du TP contrôlé en cas de modes anormaux ou d'urgence.

6. Contrôle automatique comprend un ensemble de moyens techniques et de méthodes pour gérer le déroulement optimal du TP.

7. Régulation automatique maintient les valeurs des grandeurs physiques à un certain niveau ou les modifie conformément à la loi requise sans la participation directe d'une personne.

Ces concepts et d'autres liés à l'automatisation et au contrôle sont unis par cybernétique- la science de la gestion de systèmes et de processus en développement complexes, qui étudie les lois mathématiques générales de la gestion d'objets de nature diverse (kibernetas (grec) - gestionnaire, timonier, timonier).

Système de contrôle automatique(ACS) est un ensemble d'objets de contrôle ( UO) et les dispositifs de contrôle ( euh), interagissant les uns avec les autres sans intervention humaine, dont l'action vise à atteindre un objectif précis.

Système de contrôle automatique(SAR) - définir UO et un régulateur automatique, interagissant les uns avec les autres, assure le maintien des paramètres TP à un niveau donné ou leur évolution selon la loi requise, et fonctionne également sans intervention humaine. ATS est un type d’ACS.

Question 1 Concepts de base et définitions de l'ACS

Automatisation- l'une des directions du progrès scientifique et technologique, utilisant des moyens techniques d'autorégulation et des méthodes mathématiques afin de libérer une personne de la participation aux processus d'obtention, de conversion, de transfert et d'utilisation de l'énergie, des matériaux ou de l'information, ou de réduire significativement le diplôme de cette participation ou de la complexité des opérations réalisées. L'automatisation vous permet d'augmenter la productivité du travail, d'améliorer la qualité des produits, d'optimiser les processus de gestion et de retirer des personnes des industries dangereuses pour la santé. L'automatisation, à l'exception des cas les plus simples, nécessite une approche intégrée et systématique pour résoudre le problème. Les systèmes d'automatisation comprennent des capteurs (capteurs), des dispositifs d'entrée, des dispositifs de contrôle (contrôleurs), des actionneurs, des dispositifs de sortie et des ordinateurs. Les méthodes de calcul appliquées copient parfois les fonctions nerveuses et mentales d'une personne. L’ensemble de cet ensemble d’outils est généralement appelé systèmes d’automatisation et de contrôle..

Tous les systèmes d'automatisation et de contrôle sont basés sur des concepts tels qu'un objet de contrôle, un dispositif de communication avec un objet de contrôle, le contrôle et la régulation des paramètres technologiques, la mesure et la conversion du signal.

L'objet de contrôle s'entend comme un appareil technologique ou une combinaison de ceux-ci, dans lequel sont effectuées (ou à l'aide desquelles elles sont effectuées) des opérations technologiques standards de mélange, de séparation ou leur combinaison mutuelle avec des opérations simples. Un tel appareil technologique, ainsi que le processus technologique qui s'y déroule et pour lequel un système de contrôle automatique est en cours de développement, est appelé objet de contrôle ou objet d'automatisation. À partir de l'ensemble des valeurs d'entrée et de sortie de l'objet contrôlé, il est possible de distinguer les valeurs contrôlées, les influences et interférences contrôlantes et perturbatrices. Quantité gérée est la quantité physique de sortie ou le paramètre de l'objet contrôlé, qui pendant le fonctionnement de l'objet doit être maintenu à un certain niveau prédéterminé ou changer selon une loi prédéterminée. Action de contrôle est un flux d'entrée de matière ou d'énergie, en modifiant lequel, vous pouvez maintenir la valeur contrôlée à un niveau donné ou la modifier selon une loi donnée. Appareil automatique ou le contrôleur est appelé dispositif technique, qui permet, sans intervention humaine, de maintenir la valeur du paramètre technologique ou de le modifier selon une loi donnée. Le dispositif de contrôle automatique comprend un ensemble de moyens techniques qui remplissent certaines fonctions dans le système. Le système de contrôle automatique comprend : Un élément de détection ou capteur, qui sert à convertir la valeur de sortie de l'objet contrôlé en un signal électrique ou pneumatique proportionnel, Élément de comparaison- pour déterminer le degré d'inadéquation entre les valeurs actuelles et définies de la valeur de sortie. Élément maître sert à fixer la valeur du paramètre technologique, qui doit être maintenu à un niveau constant. amplification-conversion l'élément sert à générer une action de régulation en fonction de l'ampleur et du signe du décalage dû à une source d'énergie externe. Élément exécutif sert à mettre en œuvre une action réglementaire. généré l'UPE. Élément régulateur- de modifier le flux de matière ou d'énergie afin de maintenir la valeur de sortie à un niveau donné. Dans la pratique de l'automatisation processus de production, les systèmes de contrôle automatique sont équipés de dispositifs industriels généraux standard qui remplissent les fonctions des éléments ci-dessus. L'élément principal de ces systèmes est un ordinateur qui reçoit des informations de capteurs analogiques et discrets de paramètres technologiques. Les mêmes informations peuvent être envoyées à des appareils de présentation d'informations analogiques ou numériques (appareils secondaires). L'opérateur de processus accède à cette machine avec une console pour saisir les informations qui ne sont pas reçues des capteurs automatiques, demander les informations et conseils nécessaires sur le contrôle du processus. Le travail d’AMS repose sur la réception et le traitement des informations.

Les principaux types de systèmes d'automatisation et de contrôle :

système de planification automatisé (ASP),

Système automatisé de recherche scientifique (ASNI),

système de conception assistée par ordinateur (CAO),

Complexe Expérimental Automatisé (AEC),

production automatisée flexible (FAP) et système de contrôle de processus automatisé (APCS),

système de contrôle des opérations automatisé (ACS)

système de contrôle automatique (ACS).

Question 2 La composition des moyens techniques d'automatisation et de contrôle de l'ACS.

Les moyens techniques d'automatisation et de contrôle sont des dispositifs et des appareils qui peuvent soit être eux-mêmes des moyens d'automatisation, soit faire partie d'un complexe matériel et logiciel.

Les moyens typiques d'automatisation et de contrôle peuvent être techniques, matériels, logiciels et matériels et à l'échelle du système.

Les moyens techniques d'automatisation et de contrôle comprennent :

− capteurs ;

− mécanismes exécutifs ;

− autorités de régulation (OR) ;

− lignes de communication ;

− dispositifs secondaires (indicateurs et enregistreurs) ;

− appareils de régulation analogiques et numériques ;

− blocs de paramétrage du programme ;

− dispositifs de contrôle-commande logique ;

− modules de collecte et première transformation données et contrôle de l'état de l'objet technologique de contrôle (TOU) ;

− modules d'isolation galvanique et de normalisation des signaux ;

− convertisseurs de signaux d'une forme à une autre ;

−modules pour la présentation des données, l'indication, l'enregistrement et la génération de signaux de commande ;

− dispositifs de stockage tampon ;

− minuteries programmables ;

− appareils informatiques spécialisés, appareils de préparation des préprocesseurs.

Les moyens techniques d'automatisation et de contrôle peuvent être systématisés comme suit :

SU - système de contrôle.
ZU - Appareil maître (boutons, écrans, interrupteurs à bascule).

UOI - Dispositif d'affichage d'informations.
UOI - Dispositif de traitement de l'information.

USPU - Appareil convertisseur/amplificateur.
CS - Canal de communication.
OS - Objet de contrôle.
IM - Mécanismes exécutifs.

RO - Organismes de travail (Manipulateurs).

D - Capteurs.
VP - Convertisseurs secondaires.

Selon leur objectif fonctionnel, ils sont répartis dans les 5 groupes suivants :

des dispositifs d'entrée. Ceux-ci incluent - la mémoire, VP, D ;

des dispositifs de sortie. Ceux-ci incluent - IM, USPI, RO ;

Appareils de la partie centrale. Ceux-ci incluent - UPI ;

Moyens de réseaux industriels. Ceux-ci incluent - COP ;

Dispositifs d'affichage d'informations - UOI.

TSAiU remplit les fonctions suivantes: 1. collecte et transformation d'informations sur l'état du processus ; 2. transmission d'informations via les canaux de communication ; 3. transformation, stockage et traitement des informations ; 4. constitution d'équipes de direction en fonction des objectifs choisis (critères de fonctionnement des systèmes) ; 5. utilisation et présentation des informations de commande pour influencer le processus et la communication avec l'opérateur utilisant les actionneurs. Par conséquent, toute automatisation industrielle processus technologiques sur la base de leur relation avec le système, ils sont regroupés conformément à la norme dans les groupes fonctionnels suivants : 1. moyens à l'entrée du système (capteurs) ; 2. des moyens en sortie du système (convertisseurs de sortie, moyens d'affichage d'informations et de commandes de contrôle de processus, jusqu'à la parole) ; 3. ACS intra-système (assurant l'interconnexion entre des appareils avec des signaux différents et des langages machine différents), par exemple, avoir des sorties relais ou à collecteur ouvert ; 4. les moyens de transmission, de stockage et de traitement des informations.
Une telle variété de groupes, de types et de configurations de systèmes de contrôle automatisés conduit à un problème bien différent de conception de support technique pour les systèmes de contrôle de processus automatisés dans chaque cas spécifique. L’un des critères les plus importants pour choisir TSAiU peut être son coût.

Ainsi, les moyens techniques d'automatisation et de contrôle comprennent des dispositifs d'enregistrement, de traitement et de transmission d'informations en production automatisée. A l'aide d'eux, sont effectués le contrôle, la régulation et la gestion des lignes de production automatisées.