Материал: Основы автоматизации производства
3. Системы централизованного контроля
Для уменьшения числа индивидуальных приборов применяют системы централизованного обегающего контроля. Основным техническим средством этих систем являются машины централизованного контроля, которые собирают, хранят и перерабатывают по определенному закону (алгоритму) информацию о ходе производственного процесса, поступающую от различных первичных преобразователей.
В этих системах показания всех приборов в форме электрических сигналов считываются в определенной последовательности обегающим устройством и перерабатываются в цифровую информацию, которая печатается в виде таблицы.
К машинам централизованного обегающего контроля можно присоединить первичные преобразователи, у которых выходной величиной является термоЭДС или изменение электрического сопротивления. Последовательное подключение к измерительному устройству машины централизованного обегающего контроля различных преобразователей требует от последних максимальной унификации выдаваемых сигналов по их виду и значению.
Рассмотрим принципы действия и типовую схему машины централизованного контроля (рис. 117). Основные функции, выполняемые машиной, следующие: опрос первичных преобразователей и сравнение полученных значений с заданной нормой; световая (звуковая) сигнализация и цифровая регистрация отклонений; измерение контролируемой величины и представление результатов измерения (в виде показания стрелочного прибора, цифрового указателя или записи) по запросу оператора; вычисление и анализ технико-экономических показателей, характеризующих объект контроля; цифровая регистрация измеренных и вычисленных значений параметров с заданной периодичностью, в том числе на перфокартах или магнитных лентах, для последующей обработки на вычислительной машине; цифровая регистрация значений параметров по запросу оператора.
Рис. 117. Типовая схема устройства централизованного контроля
На вход машины от первичных преобразователей Д1...ДЗ поступают сигналы в аналоговой форме, чаще всего в виде напряжения или постоянного тока. Входной переключатель 2 по очереди подключает преобразователи к узлу обнаружения отклонения 4, фиксирующему отклонение контролируемого параметра от установленных задатчиком 1 пределов. При наличии отклонения с учетом знака последнего («меньше», «больше») через выходной переключатель 5, работающий синхронно с входным, сигнал поступает на выходные реле Р1 ... РЗ. Реле срабатывает и включает индикаторную лампу (ЛМ – «меньше», ЛБ – «больше»). Для цифрового представления значения контролируемого параметра преобразователи через входной переключатель 11 подключены к аналого-цифровому преобразователю 9, который выдает цифровой код, полученный в преобразователе; этот код используется в печатающем устройстве 8, регистрирующем значения контролируемых параметров, и в блоке логики 6, служащем для выявления причин нарушения работы объекта контроля, анализа причин аварий и т. д.
Печатающее устройство регистрирует значения всех или определенным образом выбранных контролируемых параметров. При регистрации всех параметров машина как бы опрашивает все каналы контроля, поэтому такая печать называется опросной. Опросная печать может запускаться либо автоматически в заранее выбранные и введенные в блок управления 3 моменты времени (периодическая регистрация), либо по произвольному выбору оператора с помощью блока выбора 10. Кроме того, этот блок позволяет вызвать данный параметр на показывающий и записывающий приборы. Визуальное наблюдение за параметрами осуществляется также с помощью цифрового показывающего прибора 7, на который оператор может вызвать значение любого контролируемого параметра из аналого-цифрового преобразователя либо из вычислительного устройства.
Информация, подлежащая обработке, поступает в вычислительное устройство, которое хранит результаты обработки в своей оперативной памяти и может выдавать их по требованию на печатающее устройство или цифровой показывающий прибор.
Промышленность выпускает различные виды устройств централизованного автоматического контроля. К их числу относятся ЭЛРУ-2, МАР-1, ЗЕНИТ-1 и др.
ЭЛРУ-2 (электронное логическое регистрирующее устройство) предназначено для автоматического централизованного измерения и цифровой регистрации на специальных бланках в виде таблиц параметров технологических процессов, а также для сигнализации при выходе этих параметров за пределы заданных значений. ЭЛРУ-2 может быть использовано для измерения и регистрации температуры, состава газовой фазы, давления, расхода и т. п. К устройству ЭЛРУ-2 может быть подключено 56 преобразователей.
МАР-1 служит для централизованного автоматического измерения и сигнализации 240 параметров и цифровой регистрации 200 параметров технологических процессов.
ЗЕНИТ-1 предназначен для измерения цифровой регистрации, сигнализации и позиционного регулирования 40 параметров технологических процессов.
МАРС-200-Р обеспечивает контроль по 200 параметрам технологических процессов и регулирование по 144 параметрам. Наиболее успешно машина работает при контроле температуры, реагируя на отклонение температуры до ±1°С.
Дальнейшим развитием централизованного контроля являются машины, содержащие блоки математической обработки полученной информации и выдачи результатов в соответствии с законом управления. Такие машины называют управляющими вычислительными машинами (УВМ).
4. Системы автоматической сигнализации
Предупредительная сигнализация извещает обслуживающий персонал о различных режимах работы оборудования или о непредвиденном его выключении, вызванном неисправностью или внешними причинами. Получаемая обслуживающим персоналом информация может быть как звуковой, так и световой.
Для подачи звуковых сигналов используются сирены, звонки, гудки, зуммеры и магнитофоны с предварительно записанными сообщениями. Громкость и частота звукового сигнала должны обеспечивать его хорошую слышимость на фоне производственных шумов (уровень сигнала должен быть выше на 10 дБ общего шума). Повышенной надежностью обладают модулированные (по высоте) и прерывающиеся во времени звуки.
В качестве визуальных сигнализаторов используются световые приборы: фонари, прожекторы, табло, транспаранты с надписью, указывающие характер событий, электромеханические реле с сигнальными флажками.
Отдельные сигнализаторы могут объединяться в комплекс (на пультах управления), дающий изображение текущего состояния контролируемого объекта.
Конструкция и параметры светосигнальных устройств должны обеспечивать надежное фиксирование сигнала глазом человека. Для этого необходимо создавать такую освещенность, при которой начинает восприниматься цвет сигнала. Сигнальные цвета должны быть контрастными по отношению друг к другу и окружающему фону.
В аварийной световой сигнализации предпочтение отдается красному цвету, который лучше всего виден сквозь пыль и дым. Хорошо воспринимается мигающий свет с частотой мигания не более 10 Гц и продолжительностью не менее 0,05 с.
Для надежного обнаружения светового сигнала сигнализаторы должны располагаться в пределах 30° от нормальной оси зрения оператора.
В качестве источников света в сигнализаторах используют лампы накаливания, лампы тлеющего разряда и электролюминесцентные приборы.
Рис. 118. Схема предупредительной сигнализации рольганговой печи
Характерным примером предупредительной сигнализации в термических цехах является устройство, применяемое на селитровых ваннах. Перегрев селитры выше определенной температуры недопустим, так как может вызвать взрыв. Для предупреждения перегрева предусматривается световая и звуковая сигнализации. Сигнальная лампа и звуковой сигнал включаются по достижении максимально допустимой температуры.
В литейных цехах при транспортировании и разливке жидкого металла обязательно предусматривается звуковая сигнализация.
Упрощенная схема предупредительной сигнализации рольганговой печи с водоохлаждаемыми роликами показана на рис. 118. Если по каким-либо причинам вода недостаточно охлаждает ролики (или совсем прекратилась подача воды), приводится в действие световая и звуковая сигнализации. При недостатке воды в охлаждающей системе реле ВР замыкают контакты и включает промежуточное реле KL1, контакт которого включает сигнальную лампу EL и звуковой сигнал НА. Одновременно возбуждается реле КТ, которое своим контактом КТ1 через определенный интервал времени включает промежуточное реле KL2. Контакт KL2.1 этого реле размыкается, и цепь управления магнитным пускателем КМ с управляющим контактом УК разрывается.
Аналогичные схемы применяют и для контроля смазки подшипников ответственных механизмов.
Контрольные вопросы и задания
1. Расскажите о значении систем автоматического контроля и их видах.
2. Какай система носит название системы контроля с цифровым отсчетом?
3. Что такое квантование?
4. Расскажите о видах цифровых индикаторов.
5. Какое назначение имеет система централизованного контроля?
6. Расскажите о назначении и характеристике систем централизованного контроля, выпускаемых промышленностью.
7. Расскажите о видах систем автоматической сигнализации.
8. Расскажите о средствах технологической сигнализации.
Глава 14. Системы автоматического регулирования
1. Основные понятия и определения
Управление, сопровождающееся непрерывным контролем, называют регулированием, а параметр, которым необходимо управлять, т. е. регулировать, – регулируемой величиной. Например, если уровень жидкости в закалочном баке снижается, то необходимо увеличивать подачу воды в бак до тех пор, пока уровень не достигнет заданного значения. В данном примере уровень жидкости является регулируемой величиной, а закалочный бак, в котором регулируется уровень, – объектом регулирования. Следовательно, операция поддержания равенства регулируемой величины ее заданному значению является регулированием. Регулирование может осуществляться вручную и автоматически.
Рассмотрим принцип работы лабораторной нагревательной печи, подключенной к электросети через автотрансформатор. Пусть для измерения температуры в печи установлен термоэлектрический преобразователь (термопара), подключённый к милливольтметру. Лаборант, наблюдая за показаниями милливольтметра, регулирует напряжение на нагревательных элементах печи. Если температура в печи оказывается ниже заданной, он увеличивает напряжение на нагревательных элементах, отчего температура повышается; и наоборот, если температура повышается, то лаборант уменьшает напряжение на нагревательных элементах. Таким образом, лаборант, изменяя напряжение на нагревательных элементах, регулирует температуру. Такое регулирование называют ручным регулированием.
Для автоматизации процесса регулирования необходимо, чтобы какое-либо устройство непрерывно или периодически измеряло значение регулируемой величины, сравнивало с заданным значением и в случае несоответствия с помощью регулирующего органа корректировало технологический процесс, поддерживая заданное значение регулируемой величины. Такое регулирование, при котором управление осуществляется различными устройствами без вмешательства человека, называют автоматическим регулированием, а совокупность устройств, состоящих из измерительного элемента (первичного преобразователя), исполнительного механизма и регулирующего органа, называют автоматическим регулятором.
Система автоматического регулирования (рис. 119) представляет собой совокупность отдельных элементов, направленно воздействующих друг на друга. В сравнивающем устройстве происходит сравнение текущего значения регулируемой величины X, которое поступает по главной обратной связи, с ее заданным значением Х0.
Рис. 119. Схема системы автоматического регулирования
В цепи главной обратной связи имеется инвертор, изменяющий знак сигнала X. В случае неравенства величин, поступающих на сравнивающее устройство, т. е. в случае рассогласования, на выходе задающего устройства появляется сигнал ΔХ = Х0 ‑ X, пропорциональный рассогласованию. Этот сигнал подается на вход регулятора. В регуляторе сигнал АХ преобразуется и усиливается по мощности до уровня, необходимого для управления исполнительным устройством. Исполнительное устройство в свою очередь воздействует на объект регулирования. При этом регулируемая величина X в результате регулирующего воздействия Y изменяется в сторону уменьшения отклонения ΔХ.
Рассмотрим несколько подробнее основные элементы системы автоматического регулирования.
Для установления текущего значения регулируемой величины X в системе имеются специальные элементы получения информации, которые называются измерительными элементами. Основная функция измерительного элемента – измерение регулируемой величины (температуры, давления, запыленности и т. п.) и ее преобразование в электрический, пневматический или гидравлический сигналы, удобные для подачи последующим элементам системы. Измерительными элементами, как правило, являются первичные преобразователи аналогового или дискретного действия.
Сигналы задающих органов (органов настройки), как и выходные величины измерительных элементов, могут иметь различную физическую природу. В связи с этим задающие органы могут быть электрическими, механическими, пневматическими и т. п. В, электрических регуляторах, где выходным является электрический сигнал, задающие органы выполняются в виде резисторов, реостатов или потенциометров. В механических, гидравлических и пневматических регуляторах задающие органы выполняются в виде винтов, пружин или неподвижных опор.