- •Кафедра АиКс Кафедра асоиу
- •Учебное пособие
- •Оглавление
- •Предисловие
- •1. Введение. Классификация элементов систем автоматики Основные понятия и определения
- •Обзор развития, современное состояние и значение элементов и технических средств автоматики
- •Основные принципы управления и регулирования
- •2. Типовые структуры и средства асу тп Обобщенная блок-схема асу тп. Комплекс типовых функций
- •Локальные системы контроля, регулирования и управления
- •Автоматизированные системы управления технологическими процессами
- •Принципы функциональной и топологической децентрализации
- •3. Типизация, унификация и агрегатирование средств асу тп Основные сведения
- •Унифицированные сигналы устройств автоматизации
- •Последовательная передача данных
- •Параллельная передача данных
- •Агрегатные комплексы
- •4. Функциональные схемы автоматизации Общие сведения
- •Изображение технологического оборудования и коммуникаций
- •Примеры построения условных обозначений приборов и средств автоматизации на функциональных схемах
- •Позиционные обозначения приборов и средств автоматизации
- •Примеры выполнения функциональных схем автоматизации
- •Последовательность чтения функциональных схем автоматизации
- •5. Автоматические регуляторы систем автоматики Общие сведения
- •Структурные схемы автоматических регуляторов
- •6. Электронные элементы систем автоматики Электронные компоненты
- •Резисторы
- •Конденсаторы
- •Катушки индуктивности
- •Полупроводниковые диоды
- •Биполярные транзисторы
- •Полупроводниковые тиристоры
- •Программируемые логические контроллеры
- •7. Электромагнитные устройства автоматики Электромагниты
- •Электромагнитные реле
- •Типовые релейные схемы
- •Синтез и минимизация дискретных схем логического управления
- •8. Выбор элементов систем автоматики Общие сведения
- •Выбор промышленных приборов и средств автоматизации
- •9. Трансформаторы Принцип действия и конструкция
- •Основные режимы работы и соотношения в трансформаторе
- •10. Измерительные преобразователи Общие сведения
- •Основные характеристики датчиков систем автоматики
- •11. Датчики температуры Общие сведения
- •Манометрические термометры
- •Термометры сопротивления
- •Термоэлектрические преобразователи
- •12. Датчики угловых перемещений Общие сведения
- •Шифраторы углового перемещения (положения)
- •13. Датчики давления Общие сведения
- •Классификация измерительных преобразователей давления
- •Пружинные приборы
- •Тензометрические измерительные преобразователи
- •Пьезоэлектрические измерительные преобразователи
- •14. Датчики уровня жидкостей и сыпучих материалов Общие сведения
- •Уровнемеры поплавковые, буйковые, акустические, ультразвуковые, радиоизотопные, емкостные, дифманометрические
- •Датчики-реле уровня поплавковые, емкостные, индуктивные, радиоизотопные, фотоэлектрические, акустические, мембранные и работающие на принципе проводимости
- •15. Технические средства измерения и контроля углового перемещения Тахогенераторы. Общие сведения
- •Синхронные тахогенераторы
- •Асинхронные тахогенераторы
- •Индукторные тахогенераторы
- •16. Технические средства измерения и контроля расхода материалов Общие сведения
- •Объемные счетчики
- •Скоростные счетчики
- •Расходомеры переменного перепада давления (дроссельные расходомеры)
- •Расходомеры обтекания
- •Расходомеры переменного уровня
- •Электромагнитные расходомеры
- •17. Технические средства измерения и контроля уровня среды Визуальные средства измерений уровня
- •Поплавковые средства измерений уровня
- •Буйковые средства измерений уровня
- •Гидростатические средства измерений уровня
- •Электрические средства измерений уровня
- •Акустические средства измерений уровня
- •Ультразвуковые средства измерений уровня
- •Радарные средства измерений уровня
- •Измерения уровня с помощью магнитных погружных зондов
- •Вибрационные сигнализаторы уровня
- •18. Исполнительные механизмы и устройства систем автоматики Общие сведения
- •Иу электрические, пневматические и гидравлические
- •Электрические исполнительные устройства
- •Основные характеристики эиу с электродвигателями
- •Позиционные эиу
- •19. Управление вентильными преобразователями Классификация управляемых преобразователей
- •Тиристорные преобразователи постоянного тока
- •Импульсные преобразователи постоянного тока
- •Коммутаторы переменного напряжения
- •Непосредственные преобразователи частоты
- •Инверторы напряжения
- •20. Электрические машины постоянного тока Общие сведения. Конструкция
- •Машина постоянного тока независимого возбуждения. Режимы работы и механические характеристики
- •Машина постоянного тока последовательного возбуждения. Режимы работы и механические характеристики
- •21. Электрические машины переменного тока Асинхронная машина переменного тока. Конструкция, режимы работы, механические характеристики
- •Синхронная машина переменного тока. Конструкция, режимы работы, механические характеристики
- •22. Электрические микромашины Электрические микромашины постоянного тока
- •Электрические микромашины переменного тока
- •Шаговые и моментные двигатели
- •Двигатели для микроперемещений
- •Литература
Кафедра АиКс Кафедра асоиу
Т Е Х Н О Т Р О Н И К А
Учебное пособие
Сургут
2012
В учебном пособии рассматриваются принципы построения, функционирования и конструктивные особенности элементов и устройств современных систем управления.
Учебное пособие предназначено для студентов высших учебных заведений,
обучающихся по направлениям бакалавров специальностей 230100 и 220400.
ББК 32.94-04
Оглавление
2
Оглавление 2
Предисловие 3
1. Введение. Классификация элементов систем автоматики 4
2. Типовые структуры и средства АСУ ТП 12
3. Типизация, унификация и агрегатирование средств АСУ ТП 26
4. Функциональные схемы автоматизации 41
5. Автоматические регуляторы систем автоматики 46
6. Электронные элементы систем автоматики 51
7. Электромагнитные устройства автоматики 72
8. Выбор элементов систем автоматики 91
9. Трансформаторы 96
10. Измерительные преобразователи 105
11. Датчики температуры 108
12. Датчики угловых перемещений 115
13. Датчики давления 118
14. Датчики уровня жидкостей и сыпучих материалов 128
15. Технические средства измерения и контроля углового перемещения 141
16. Технические средства измерения и контроля расхода материалов 150
17. Технические средства измерения и контроля уровня среды 168
18. Исполнительные механизмы и устройства систем автоматики 205
19. Управление вентильными преобразователями 217
20. Электрические машины постоянного тока 222
21. Электрические машины переменного тока 232
22. Электрические микромашины 247
Литература 273
Предисловие
Автоматизация является высшей ступенью в сложном комплексе управления производственным процессом, которая создает условия для повышения производительности труда. Автоматизация – это направление технического прогресса, обеспечивающее построение систем, выполняющих различные операции для создания продукции без непосредственного участия человека – в автоматическом режиме. Современным главным направлением в промышленности является комплексная автоматизация на уровне: участков; технологических процессов; автоматических производств (цехов, предприятий).
В настоящем учебном пособии приведены: общая информация об автоматических системах, их структура и способы анализа; электронная элементная база (технотроника), которая используются в современных устройствах и системах; принципы построения, функционирования и конструктивные особенности основных элементов и устройств автоматики.
Специалист в области управления и автоматики должен иметь глубокие знания не только основ теории систем управления, но и уметь проводить анализ и синтез технических средств систем управления. Курс «Технотроника» – один из основополагающих в подготовке студентов обучающихся по направлениям бакалавров специальностей 230100 и 220400.
1. Введение. Классификация элементов систем автоматики Основные понятия и определения
Автоматика как научная дисциплина рассматривает принципы и технические средства управления производственными процессами без непосредственного участия человека. В общем случае управление представляет собой такую организацию того или иного процесса, которая обеспечивает достижение определенных целей. Управление осуществляется с помощью специально организованных воздействий, прикладываемых к объекту управления и изменяющих его количественное и качественное состояние в соответствии с поставленной целью.
Любой процесс управления можно разделить на четыре составляющих:
1) получение информации о цели управления или задание величины параметров состояния объекта;
2) получение информации о состоянии объекта;
3) переработка полученной информации и принятие решения, т.е. формирование сигнала управления;
4) исполнения решения – реализация управляющего воздействия, соответствующего выработанному сигналу управления.
Соответственно для реализации автоматического управления необходимо иметь элементы – задающие, измерительные, управляющие (регулирующие) и исполнительные.
Под элементом системы управления понимают составную, относительно самостоятельную ее часть, предназначенную для выполнения какой-либо определенной функции.
Задающим элементом (задатчиком), называется элемент, вырабатывающий сигналы, соответствующие цели управления. В качестве задающего устройства могут использоваться простейшие реостатные задатчики, контактные командоаппараты, бесконтактные программные устройства и др.
Измерительный элемент (измерительный преобразователь) служит для контроля состояния объекта, его выходных параметров, а также параметров внешней среды и передачи этой информации управляющему элементу системы.
Управляющий (регулирующий) элемент в простейшем случае вырабатывает сигнал управления (регулирования), пропорциональный отклонению управляемой (регулируемой) величины от заданного значения. Обычно управляющий элемент (регулятор) имеет весьма сложное строение и может рассматриваться как система, состоящая из других элементов (усилителей, фильтров, суммирующих устройств и др.).
Исполнительные элементы служат для непосредственного изменения состояния объекта управления. К исполнительным элементам относятся исполнительные механизмы и регулирующие органы, которые конструктивно могут быть объединены в едином изделии или собираются из индивидуально выпускаемых блоков. В некоторых случаях исполнительный элемент может состоять из одного блока, выполняющего функции исполнительного механизма.
Под исполнительным механизмом в общем случае подразумевают блок, преобразующий входной управляющий сигнал от регулирующего устройства в сигнал, который через соответствующую связь осуществляет воздействие на регулирующий орган или непосредственно на объект регулирования. Как правило, это весьма мощные устройства, например электродвигатели, гидравлические и пневматические исполнительные механизмы.
Регулирующим органом называют блок исполнительного элемента, с помощью которого оказывается регулирующее воздействие на объект регулирования. Регулирующие органы по конструкции представляют собой устройства, монтируемые непосредственно в технологические объекты. Так, для трубопроводов используют различные клапаны, заслонки, шиберы и т.п. Управление регулирующими органами осуществляется исполнительными механизмами, выполняющими функции их приводов.