Les principaux types de moyens techniques d'automatisation. Équipement d'automatisation industrielle

Question 1 Concepts de base et définitions des AC&S

Automatisation- l'une des directions du progrès scientifique et technologique, utilisant des moyens techniques autorégulés et des méthodes mathématiques afin de libérer une personne de la participation aux processus de réception, de transformation, de transfert et d'utilisation d'énergie, de matériaux ou d'informations, ou de réduire de manière significative la degré de cette participation ou de la complexité des opérations effectuées. L'automatisation vous permet d'augmenter la productivité du travail, d'améliorer la qualité des produits, d'optimiser les processus de gestion, 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, des ordinateurs. Les méthodes de calcul utilisées copient parfois les fonctions nerveuses et mentales d'une personne. Tout 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 de paramètres technologiques, la mesure et la conversion de signaux.

L'objet du contrôle est compris comme un appareil technologique ou leur combinaison, dans lequel (ou à l'aide duquel) sont effectuées des opérations technologiques typiques de mélange, de séparation ou leur combinaison mutuelle avec des opérations simples. Un tel dispositif technologique, ainsi que le processus technologique qui s'y déroule et pour lequel un système de contrôle automatique est développé, est appelé objet de contrôle ou objet d'automatisation. A 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 perturbations de contrôle et perturbatrices. Valeur contrôlée est la grandeur physique de sortie ou le paramètre de l'objet contrôlé, qui pendant le fonctionnement de l'objet doit être maintenu à un certain niveau donné ou changer selon une loi donnée. Contrôler l'influence est un flux d'apport de matière ou d'énergie, changeant lequel, vous pouvez maintenir une valeur contrôlée à un niveau donné ou la modifier selon une loi donnée. Un automatisme ou régulateur est un appareil technique qui permet, sans intervention humaine, de maintenir la valeur d'un paramètre technologique ou de la modifier selon une loi donnée. Le dispositif de commande automatique comprend un ensemble de moyens techniques qui exécutent certaines fonctions dans le système. Le système de commande automatique comprend : Un élément de détection ou capteur utilisé pour convertir la valeur de sortie de l'objet contrôlé en un signal électrique ou pneumatique proportionnel, Élément de comparaison- pour déterminer l'amplitude de l'écart entre les valeurs actuelles et définies de la variable de sortie. Élément maître sert à fixer la valeur du paramètre technologique, qui doit être maintenue à un niveau constant. Amplificateur-transformateur l'élément sert à générer un effet régulateur en fonction de l'amplitude et du signe du décalage dû à une source d'énergie externe. Élément exécutif sert à mettre en œuvre l'impact réglementaire. générés par 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 des processus de production, les systèmes de contrôle automatique sont complétés par des 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 transmises à des appareils analogiques ou numériques pour présenter des informations (appareils secondaires). L'opérateur-technologue se réfère à cette machine à l'aide de la télécommande pour saisir des informations non reçues des capteurs automatiques, demander les informations et conseils nécessaires sur le contrôle du processus. Le travail du système de contrôle automatisé est basé 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 (HAP) et système de contrôle de processus automatisé (APCS),

Système de contrôle d'exploitation automatisé (ACS)

· Système de contrôle automatique (ACS).

Question 2 Composition des moyens techniques d'automatisation et de contrôle d'AC&S.

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

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 ;

- les autorités de régulation (OR) ;

- les lignes de communication ;

- dispositifs secondaires (indication et enregistrement) ;

- dispositifs de contrôle analogique et numérique;

- des blocs de programmation ;

- dispositifs de contrôle de commande logiques;

- modules de collecte et de traitement primaire des données et de suivi de l'état de l'objet technologique de gestion (TOC) ;

- modules d'isolation galvanique et de normalisation du signal ;

- convertisseurs de signal d'une forme à l'autre ;

- modules de présentation de données, d'indication, d'enregistrement et de génération de signaux de commande ;

- dispositifs de stockage tampon ;

- minuteries programmables;

−dispositifs informatiques spécialisés, dispositifs de préparation de préprocesseurs.

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

SU - système de contrôle.
ZU - Dispositif de réglage (boutons, écrans, interrupteurs à bascule).

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

USPU - Convertisseur / Amplificateur.
KS - Canal de communication.
ОУ - Objet de contrôle.
IM - Mécanismes exécutifs.

RO - Organes de travail (manipulateurs).

D - Capteurs.
VP - Convertisseurs secondaires.

De par leur fonction, ils sont répartis dans les 5 groupes suivants :

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

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

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

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

Dispositifs d'affichage d'informations - UOI.

TCAiU effectue les fonctions suivantes: 1. collecte et transformation d'informations sur l'état du processus ; 2. transmission d'informations par des canaux de communication ; 3. transformation, stockage et traitement de l'information ; 4. formation d'équipes de gestion en fonction des objectifs retenus (critères de fonctionnement des systèmes) ; 5. utilisation et présentation des informations de commande pour influencer le processus et communiquer avec l'opérateur à l'aide de mécanismes exécutifs. Par conséquent, tous les moyens industriels d'automatisation des processus technologiques sur la base de leur relation avec le système 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 commandes de contrôle de processus, jusqu'à la parole) ; 3. les systèmes de contrôle automatique intégrés au système (fournissant l'interconnexion entre des appareils avec des signaux différents et des langages machine différents), par exemple, ont des sorties relais ou avec un collecteur ouvert ; 4. moyens de transmission, de stockage et de traitement des informations.
Une telle variété de groupes, de types et de configurations d'ACS conduit à de nombreux problèmes alternatifs de conception du support technique d'ACS TP dans chaque cas spécifique. L'un des critères les plus importants pour choisir TCAiU est leur coût.

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

Management, Conseil et Entrepreneuriat

Conférence 2. informations générales sur les moyens techniques d'automatisation. La nécessité d'étudier les questions générales liées aux moyens techniques d'automatisation et système d'état dispositifs industriels et équipements d'automatisation GSP est dictée par le fait que les moyens techniques

Conférence 2.

Informations générales sur les moyens techniques d'automatisation.

La nécessité d'étudier les questions générales liées aux moyens techniques d'automatisation et au système d'état des dispositifs industriels et des équipements d'automatisation (GSP) est dictée par le fait que les moyens techniques d'automatisation font partie intégrante des GSP. Les moyens techniques d'automatisation sont à la base de la mise en œuvre de systèmes d'information et de contrôle dans les sphères de production industrielles et non industrielles. Les principes d'organisation du GSP déterminent en grande partie le contenu de l'étape de conception du support technique. systèmes automatisés contrôle de processus (APCS). À son tour, la base du SPG est constituée de complexes agrégés de moyens techniques axés sur les problèmes.

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

À moyens techniques d'automatisation(TCA) comprennent :

• capteurs;
• mécanismes exécutifs;
• les autorités de régulation (OR) ;
• lignes de communication;
• dispositifs secondaires (indication et enregistrement);
• dispositifs de commande analogiques et numériques;
• blocs de programmation;
• dispositifs de contrôle de commande logiques;
• modules de collecte et de traitement primaire des données et de surveillance de l'état de l'objet technologique de contrôle (TOC) ;
• modules d'isolation galvanique et de normalisation du signal ;
• convertisseurs de signal d'une forme à une autre;
• modules de présentation de données, d'indication, d'enregistrement et de génération de signaux de commande;
• dispositifs de stockage tampon;
• minuteries programmables;
• dispositifs informatiques spécialisés, dispositifs de préparation de préprocesseurs.

À automatisation logicielle et matérielle inclure:

• convertisseurs analogique-numérique et numérique-analogique;
• installations de contrôle;
• blocs de commande analogique et analogique-numérique multicircuits;
• plusieurs dispositifs de contrôle de logique logicielle connectés ;
• microcontrôleurs programmables;
• réseaux locaux.

À outils d'automatisation à l'échelle du système inclure:

• dispositifs d'interface et adaptateurs de communication;
• blocs de mémoire partagés;
• autoroutes (autobus);
• dispositifs de diagnostic général du système ;
• processeurs à accès direct pour le stockage d'informations;
• pupitres opérateurs.

Moyens techniques d'automatisation dans les systèmes de contrôle

Tout système la direction doit effectuer les opérations suivantes les fonctions:

• collecte d'informations sur l'état actuel de l'objet de contrôle technologique (TOC);
• détermination des critères de qualité du travail de l'UT ;
• trouver le mode de fonctionnement optimal des TOU et des actions de contrôle optimales qui fournissent un extremum de critères de qualité ;
• mise en œuvre du mode optimal trouvé au TOU.

Ces fonctions peuvent être exécutées par le personnel de service ou les agents de contrôle technique. Ils sont quatretype de systèmes de contrôle(SU) :

1) informatif ;

2) contrôle automatique ;

3) contrôle et régulation centralisés ;

4) systèmes de contrôle automatisés pour les processus technologiques.

Information ( non automatisé) systèmes de contrôle(Fig. 1.1) sont rarement utilisés, uniquement pour des objets de contrôle technologiques simples fonctionnant de manière fiable de la TOU.

Riz. 1.1. La structure du système d'information de gestion :

D - capteur (transducteur de mesure primaire);

VP - dispositif indicateur secondaire ;

OPU - centre de contrôle opérateur (tableaux, consoles, schémas mnémoniques, dispositifs d'alarme);

UDU - dispositifs de contrôle à distance (boutons, touches, panneaux de commande de contournement, etc.);

IM - mécanisme exécutif ;

RO - organisme de réglementation ;

C - dispositifs d'alarme ;

MS - schémas mnémotechniques.

Dans certains cas, le système de contrôle de l'information comprend des régulateurs à action directe et des régulateurs intégrés aux équipements technologiques.

Dans les systèmes de contrôle automatique(Fig. 1.2) toutes les fonctions sont exécutées automatiquement à l'aide de moyens techniques appropriés.

Les fonctions de l'opérateur comprennent :

• diagnostics techniques de l'état de l'ACS et restauration des éléments défaillants du système ;
• correction des lois réglementaires;
• changer la tâche;
• passage au contrôle manuel ;
• entretien du matériel.

Riz. 1.2. La structure du système de contrôle automatique (ACS) :

KP - convertisseur de codage;

LS - lignes de communication (fils, tubes à impulsions);

VU - appareils informatiques

Systèmes de contrôle et de régulation centralisés(SCKR) (Fig. 1.3). Les ACS sont utilisées pour des TOU simples, dont les modes de fonctionnement sont caractérisés par un petit nombre de coordonnées, et la qualité de travail par un critère facilement calculable. Un cas particulier d'ACS est système automatique réglementation (ACP).

Le système de contrôle qui maintient automatiquement la valeur extrême du COT appartient à la classe des systèmes de régulation extrême.

Riz. 1.3. La structure du système de contrôle et de régulation centralisé :

OPU - centre de contrôle de l'opérateur ;

D - capteur ;

NP - convertisseur de normalisation ;

KP - convertisseurs d'encodage et de décodage ;

CR - régulateurs centraux ;

MR - outil d'enregistrement multicanal (imprimé);

C - dispositif de signalisation en mode pré-urgence ;

MPP - dispositifs indicateurs multicanaux (affichages);

MS - schéma mnémotechnique ;

IM - mécanisme exécutif ;

RO - organisme de réglementation ;

K - contrôleur

АСР, prenant en charge la valeur de consigne des coordonnées de sortie contrôlées de la TOU, sont subdivisés en :

• stabilisation;
• Logiciel;
• suivi;
• adaptatif.

Les régulateurs extrêmes sont rarement utilisés.

Les structures techniques du SCCS peuvent être de deux types :

1) avec TCA individuel ;

2) avec TCA collectif.

Dans le premier type de système, chaque canal est construit à partir d'un TCA personnalisé. Ceux-ci comprennent des capteurs, des convertisseurs de normalisation, des régulateurs, des dispositifs secondaires, des actionneurs et des organismes de réglementation.

La défaillance d'un canal de commande n'entraîne pas l'arrêt de l'objet technologique.

Cette disposition augmente le coût du système, mais augmente sa fiabilité.

Le système du second type est constitué de TCA à usage individuel et collectif. Utilisation collective TCA comprend : commutateur, CP (convertisseurs de codage et de décodage), CR (régulateurs centraux), MR (installation d'enregistrement multicanal (impression)), MPP (dispositifs indicateurs multicanaux (affichages)).

Le coût du système collectif est un peu inférieur, mais la fiabilité dépend fortement de la fiabilité du TCA collectif.

Avec une longueur considérable de la ligne de communication, des convertisseurs de codage et de décodage individuels sont utilisés, situés à proximité des capteurs et des actionneurs. Cela augmente le coût du système, mais améliore l'immunité au bruit de la ligne de communication.

Systèmes de contrôle de processus automatisés(APCS) (Fig. 1.4) est un système de machine dans lequel TSA obtient des informations sur l'état des objets, calcule des critères de qualité, trouve des paramètres de contrôle optimaux. Les fonctions de l'opérateur se réduisent à l'analyse des informations reçues et à la mise en œuvre à l'aide d'ACP locaux ou de télécommande d'OI.

Il existe les types de systèmes de contrôle de processus suivants :

• APCS centralisé (toutes les fonctions de traitement de l'information et de contrôle sont exécutées par un ordinateur de contrôle UVM) (Figure 1.4);

Riz. 1.4. La structure de l'APCS centralisé :

USO - dispositif de communication avec l'objet ;

DU - télécommande;

SOI - un moyen d'afficher des informations

• APCS de supervision (dispose d'un certain nombre de systèmes de contrôle automatisés locaux construits sur la base d'un TSA à usage individuel et d'un UVM central (CUVM), qui dispose d'une ligne de communication d'informations avec les systèmes locaux) (Fig. 1.5);

Riz. 1.5. La structure du système de contrôle des processus de surveillance : LR - régulateurs locaux

• APCS distribué - caractérisé par la division des fonctions de contrôle et de gestion du traitement de l'information entre plusieurs objets et ordinateurs répartis géographiquement (Fig. 1.6).

Riz. 1.6. Structure hiérarchique des moyens techniques du SPG

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Agence fédérale pour l'éducation

Établissement d'enseignement public

formation professionnelle supérieure

"Université technique d'État d'Omsk"

V.N. Gudinov, A.P. Korneichuk

MOYENS TECHNIQUES D'AUTOMATISATION
Notes de lecture

Omsk 2006
CDU 681.5.08 (075)

BBK 973.26-04я73

g
R e c e n s :
N.S. Galdin, Docteur en Sciences Techniques, Professeur du Département « PTTM et G » SibADI,

V.V. Zakharov, chef du département d'automatisation, CJSC NOMBUS.
Gudinov V.N., Korneichuk A.P.

G Moyens techniques d'automatisation : Notes de cours. - Omsk : Maison d'édition de l'OmSTU, 2006 .-- 52 p.
Les notes de cours fournissent des informations de base sur les moyens techniques et logiciels-techniques modernes d'automatisation (TCA) et les complexes logiciels et matériels (PTC), sur les principes de leur construction, classification, composition, objectif, caractéristiques et fonctionnalités d'application dans divers contrôles automatisés et systèmes de régulation des processus technologiques (ACS TP).

Les notes de cours sont destinées aux étudiants à temps plein, du soir, à temps partiel et à distance de la spécialité 220301 - "Automatisation des procédés technologiques et de la production".
Publié par décision du Conseil de rédaction et de publication de l'Université technique d'État d'Omsk.
CDU 681.5.08 (075)

BBK 973.26-04я73

Texte original russe © V.N. Gudinov, A.P. Korneichuk 2006

© État d'Omsk

Université technique, 2006

1. INFORMATIONS GÉNÉRALES SUR LES ÉQUIPEMENTS TECHNIQUES D'AUTOMATISATION

CONCEPTS DE BASE ET DEFINITIONS
L'objectif du cours « Moyens techniques d'automatisation » (TCA) est d'étudier la base d'éléments des systèmes de contrôle automatique des processus technologiques. Dans un premier temps, nous présentons les concepts de base et les définitions.

Élément(dispositif) - un produit technique structurellement complet conçu pour exécuter certaines fonctions dans les systèmes d'automatisation (mesure, transmission de signaux, stockage d'informations, traitement, génération de commandes de contrôle, etc.).

Système de contrôle automatique (ACS)- un ensemble de dispositifs techniques et logiciels et matériels, interagissant les uns avec les autres afin de mettre en œuvre une certaine loi de commande (algorithme).

Système de contrôle de processus automatisé (ACS TP)- un système conçu pour le développement et la mise en œuvre d'actions de contrôle sur un objet technologique de contrôle et est un système homme-machine qui assure la collecte et le traitement automatiques des informations nécessaires pour contrôler cet objet technologique conformément aux critères acceptés (techniques, technologiques, économique).

Objet de contrôle technologique (TOU) - agrégat équipement technologique et mis en œuvre sur celui-ci conformément aux instructions et réglementations pertinentes du processus technologique.

Lors de la création d'APCS modernes, il y a une intégration et une unification mondiales des solutions techniques. La principale exigence de l'ACS moderne est l'ouverture du système, lorsque les formats de données utilisés et l'interface procédurale sont définis et décrits pour celui-ci, ce qui permet d'y connecter des appareils et des appareils « externes » développés indépendamment. Au cours des dernières années, le marché du TCA a considérablement changé, de nombreuses entreprises nationales ont été créées pour produire des outils et des systèmes d'automatisation et des intégrateurs de systèmes ont vu le jour. Depuis le début des années 90, les principaux fabricants étrangers de TCA ont commencé à introduire à grande échelle leurs produits dans les pays de la CEI par le biais de représentations commerciales, de succursales, de coentreprises et de sociétés de distribution.

Le développement intensif et la dynamique rapide du marché de la technologie de contrôle moderne nécessitent l'apparition d'une littérature reflétant l'état actuel du TCA. Actuellement, les dernières informations sur les outils d'automatisation des entreprises nationales et étrangères sont dispersées et sont principalement présentées dans des périodiques ou sur Internet sur les sites Web des fabricants ou sur des sites spécialisés. portails d'informations tels que www.asutp.ru, www.mka.ru, www.industrialauto.ru. Le but de ces notes de cours est de fournir une présentation systématique du matériel sur les éléments et les complexes industriels de TCA. Le résumé est destiné aux étudiants de la spécialité "Automatisation des procédés technologiques et de la production", étudiant la discipline "Moyens techniques d'automatisation".

1.1. Classification TCA par objectif fonctionnel dans ACS

Conformément à GOST 12997-84, l'ensemble du complexe de TCA en fonction de son objectif fonctionnel dans l'ACS est divisé en sept groupes suivants (Fig. 1).

Riz. 1. Classification des TCA par objectif fonctionnel dans l'ACS :

SU - système de contrôle ; ОУ - objet de contrôle ; КС - canaux de communication;

ZU - dispositifs de conduite; UPI - dispositifs de traitement de l'information ;

USPU - dispositifs d'amplification et de conversion ; UOI - dispositifs d'affichage d'informations ; IM - mécanismes exécutifs; RO - organes de travail ; KU - dispositifs de contrôle; D - capteurs; VP - convertisseurs secondaires

1.2. Tendances de développement du TCA
1. Augmenter la fonctionnalité du TCA :

- dans la fonction de contrôle (du plus simple start/stop et inversion automatique au contrôle programmé et adaptatif cyclique et numérique) ;

- dans la fonction réveil (des ampoules les plus simples aux affichages textuels et graphiques) ;

- dans la fonction de diagnostic (de l'indication d'un circuit ouvert au test logiciel de l'ensemble du système d'automatisation) ;

- dans la fonction de communication avec d'autres systèmes (de la communication filaire aux installations industrielles en réseau).

2. Complication de la base de l'élément - signifie la transition des circuits à contact relais aux circuits sans contact sur semi-conducteur éléments individuels, et d'eux aux circuits intégrés tout dans une plus grande mesure intégration (Fig. 2).

Riz. 2. Étapes de développement du TSA électrique
3. Transition de structures rigides (matériel, circuits) à des structures flexibles (reconfigurables, reprogrammables).

4. Transition des méthodes manuelles (intuitives) de conception de TSA à des systèmes de conception assistée par ordinateur (CAO) basés sur la science.

1.3. Techniques d'imagerie TCA
Dans le cadre de l'étude de ce cours, diverses méthodes images et représentations de TCA et de leurs composants... Les plus couramment utilisés sont les suivants :

1. Méthode constructive(Fig. 7-13) assume l'image d'appareils et d'appareils utilisant des méthodes de dessin mécanique sous la forme de dessins techniques, de mises en page, types généraux, projections (y compris axonométriques), coupes, coupes, etc. ...

2. Méthode schématique(Fig. 14, 16-21, 23) suppose, conformément à GOST ESKD, la représentation de TSA avec des schémas de différents types (électrique, pneumatique, hydraulique, cinématique) et types (structurels, fonctionnels, principaux, d'assemblage, etc. ).

3. Modèle mathématique est plus souvent utilisé pour le TCA implémenté par logiciel et peut être représenté par :

- les fonctions de transfert des liens dynamiques typiques ;

- les équations différentielles des processus en cours ;

- fonctions logiques de contrôle des sorties et des transitions ;

- graphes d'état, cyclogrammes, chronogrammes (Fig. 14, 28);

- des schémas fonctionnels des algorithmes de fonctionnement (Fig. 40), etc.
1.4. Principes de base de la construction du TCA
Pour construire un APCS moderne, il faut une variété d'appareils et d'éléments. Répondre aux besoins de systèmes de contrôle si différents en termes de qualité et de complexité des équipements d'automatisation dans leur développement et leur fabrication individuels rendrait le problème d'automatisation immense et la gamme de dispositifs et dispositifs d'automatisation pratiquement illimitée.

A la fin des années 50 en URSS, le problème de la création d'un seul pour tout le pays a été formulé Système d'Etat des Instruments Industriels et Moyens d'Automatisation (GSP)- représentant un ensemble rationnellement organisé d'appareils et de dispositifs qui satisfont aux principes de typification, d'unification, d'agrégation, et sont destinés à la construction de systèmes automatisés de mesure, de surveillance, de régulation et de contrôle des processus technologiques dans diverses industries. Et depuis les années 70, GSP couvre également les sphères non industrielles de l'activité humaine, telles que : la recherche scientifique, les tests, la médecine, etc.

Dactylographie- il s'agit d'une réduction raisonnable de la variété des types sélectionnés, des conceptions de machines, d'équipements, de dispositifs, à un petit nombre des meilleurs échantillons à tout point de vue, possédant des caractéristiques qualitatives essentielles. Au cours du processus de saisie, des conceptions standard sont développées et installées, contenant des éléments de base et des paramètres communs à un certain nombre de produits, y compris des produits prometteurs. Le processus de typification équivaut à regrouper, à classer un ensemble initial d'éléments donnés en un nombre limité de types, en tenant compte des restrictions réellement existantes.

Unification- c'est ramener les différents types de produits et moyens de leur production à un minimum rationnel de tailles, marques, formes, propriétés standard. Il uniformise les principaux paramètres des solutions TCA typiques et élimine la variété injustifiée de moyens ayant le même objectif et la diversité de leurs parties. Dispositifs identiques ou différents dans leur fonction, leurs blocs et modules, mais qui sont dérivés d'un conception de base, forment une série unifiée.

Agrégation Est le développement et l'utilisation d'une nomenclature limitée de modules, blocs, dispositifs unifiés standard et structures standard unifiées (UTK) pour construire une variété de systèmes et de complexes complexes orientés problèmes. L'agrégation permet de créer diverses modifications de produits sur la même base, de produire du TCA dans le même but, mais avec des caractéristiques techniques différentes.

Le principe d'agrégation est largement utilisé dans de nombreuses branches de la technologie (par exemple, les machines-outils modulaires et les robots industriels modulaires en génie mécanique, les ordinateurs compatibles IBM dans les systèmes de contrôle et l'automatisation du traitement de l'information, etc.).

2. SYSTÈME D'ÉTAT DES INSTRUMENTS INDUSTRIELS

ET MOYENS D'AUTOMATISATION

GSP est un système de développement complexe, composé d'un certain nombre de sous-systèmes qui peuvent être considérés et classés à partir de différentes positions. Considérons la structure fonctionnelle-hiérarchique et constructive-technologique des moyens techniques de GSP.
2.1. Structure fonctionnelle-hiérarchique du GSP

Riz. 3. Hiérarchie SHG
Les caractéristiques distinctives des structures modernes pour la construction de systèmes de contrôle automatisés pour les entreprises industrielles sont: la pénétration des installations informatiques et l'introduction de technologies de réseau à tous les niveaux de gestion.

Dans la pratique mondiale, les spécialistes de l'automatisation complexe de la production distinguent également cinq niveaux de gestion d'une entreprise moderne (Fig. 4), qui coïncident pleinement avec la structure hiérarchique ci-dessus des SPG.

Au niveau EPR- Enterprise Resource Planning (planification des ressources d'entreprise), le calcul et l'analyse des indicateurs financiers et économiques sont effectués, les tâches administratives et logistiques stratégiques sont résolues.

Au niveau MES- Manufacturing Execution Systems (systèmes d'exécution de la production) - les tâches de gestion de la qualité des produits, de planification et de contrôle de la séquence des opérations du processus technologique, de gestion de la production et des ressources humaines au sein du processus technologique, de maintenance des équipements de production.

Ces deux niveaux concernent les tâches du système de contrôle automatisé (systèmes automatisés de gestion d'entreprise) et les moyens techniques avec lesquels ces tâches sont mises en œuvre sont de bureau Ordinateur personnel(PC) et postes de travail basés sur eux dans les services des principaux spécialistes de l'entreprise.


Riz. 4. La pyramide de la gestion moderne de la production.
Aux trois niveaux suivants, des tâches sont résolues qui appartiennent à la classe des systèmes de contrôle de processus automatisés (systèmes de contrôle automatisés pour les processus technologiques).

SCADA- Le contrôle de supervision et l'acquisition de données (système de collecte de données et de contrôle de supervision (expédition)) est le niveau de gestion opérationnelle tactique, qui résout les problèmes d'optimisation, de diagnostic, d'adaptation, etc.

Contrôler- niveau- le niveau de contrôle direct (local), qui est implémenté sur des TCA tels que : logiciel - panneaux (consoles) d'opérateurs, API - automates programmables, USO - dispositifs de communication avec un objet.

IHM- Interface Homme-Machine (communication homme-machine) - permet la visualisation (affichage d'informations) du processus technologique.

Saisir/ Sortir- Les entrées/sorties de l'objet de contrôle sont

capteurs et actionneurs (D/IM) d'installations technologiques spécifiques et de machines de travail.

2.2. Structure structurelle et technologique du SPG


Riz. 5. Structure des SHG
UKTS(ensemble unifié de moyens techniques) – c'est une collection de différents types de produits techniques conçus pour remplir différentes fonctions, mais construits sur la base d'un principe de fonctionnement et ayant les mêmes éléments structurels.

AKTS(ensemble agrégé de moyens techniques) – c'est une combinaison différents types produits et dispositifs techniques interconnectés par objectif fonctionnel, conception, type d'alimentation, niveau de signaux d'entrée / sortie, créés sur une seule conception, base logicielle et matérielle selon le principe bloc-modulaire. Des exemples d'UKTS et d'AKTS nationaux bien connus sont donnés dans le tableau. un.

PTK ( complexe logiciel et matériel ) – c'est un ensemble d'équipements d'automatisation à microprocesseur (automates programmables, régulateurs locaux, dispositifs de communication avec l'objet), des panneaux d'affichage des opérateurs et des serveurs, des réseaux industriels reliant les composants répertoriés, ainsi que des logiciels industriels de tous ces composants, conçus pour créer distribué APCS dans diverses industries. Des exemples de PTK nationaux et étrangers modernes sont donnés dans le tableau. 2.

Des complexes spécifiques de moyens techniques se composent de centaines et de milliers de différents types, tailles, modifications et versions d'appareils et d'appareils.

Type d'élément Est un ensemble de produits techniques qui sont identiques en fonctionnalité, un seul principe de fonctionnement, et ont la même nomenclature du paramètre principal.

Taille standard- des produits du même type, mais ayant leurs propres valeurs spécifiques du paramètre principal.

Modification Est une collection de produits du même type avec certaines caractéristiques de conception.

Exécution- caractéristiques de conception affectant les performances.

Complexes TCA Tableau 1

Thème 2

1. Capteurs

Un capteur est un dispositif qui convertit l'action d'entrée de n'importe quelle quantité 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 valeur d'entrée (mesurée), on les distingue : capteurs de déplacement mécanique (linéaire et angulaire), pneumatique, électrique, débitmètres, capteurs de vitesse, d'accélération, de force, de température, de pression, etc.

Par le type de grandeur de sortie en laquelle la grandeur d'entrée est convertie, on distingue les non électriques et électriques : capteurs de courant continu (FEM ou tension), capteurs d'amplitude AC (FEM ou tension), capteurs de fréquence AC (FEM ou tension), résistance capteurs (actifs, inductifs ou capacitifs), etc.

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

Il est commode de transmettre des grandeurs électriques sur une distance, et la transmission s'effectue à grande vitesse ;

Les grandeurs électriques sont universelles dans le sens où toutes les autres grandeurs peuvent être converties en grandeurs électriques et vice versa ;

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

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

Par le principe de fonctionnement, les capteurs peuvent également être divisés en ohmique, rhéostatique, photoélectrique (optoélectronique), inductif, capacitif, etc.

Il existe trois classes de capteurs :

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

Capteurs numériques qui génèrent un train d'impulsions ou un mot binaire ;

Capteurs binaires (binaires) qui génèrent 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 ;

Absence d'impact inverse sur le processus contrôlé et sur le paramètre contrôlé ;

Travailler dans diverses conditions d'exploitation;

Diverses options installation.

Capteurs paramétriques

Les capteurs paramétriques sont appelés capteurs qui convertissent les signaux d'entrée en un changement de n'importe quel paramètre d'un circuit électrique (R, L ou C). Conformément à cela, on distingue les capteurs de résistance actifs, inductifs, capacitifs.

Une caractéristique de ces capteurs est qu'ils ne sont utilisés qu'avec une alimentation externe.

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

Capteurs de contact... Les contacts scellés à commande magnétique (interrupteurs Reed) sont considérés comme les plus fiables parmi les capteurs de contact.

Figure 1 - Schéma électrique d'un interrupteur Reed

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

Le signal de sortie du capteur (U out à la charge R1) est égal à la tension U p de la source d'alimentation en présence d'un aimant (objet) au point de contrôle et nul en son absence.

Les interrupteurs Reed sont fabriqués à la fois avec des contacts NO et des contacts NF, ainsi qu'avec des contacts inverseurs et polarisés. Certains types de commutateurs à lames - KEM, MKS, MKA.

Les avantages des commutateurs à lames sont une fiabilité élevée et un MTBF (environ 10 7 opérations). L'inconvénient des commutateurs à lames est un changement important de sensibilité avec un léger déplacement de l'aimant dans la direction perpendiculaire au mouvement de l'objet.

Les commutateurs 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 (bande), cylindrique ou annulaire sur lequel est enroulé un fil mince de constantan ou de nichrome à haute résistivité. Un curseur se déplace le long du cadre - un contact coulissant relié mécaniquement à l'objet (voir Figure 2).

En déplaçant le curseur à l'aide du lecteur approprié, vous pouvez modifier la résistance de la résistance de zéro au maximum. De plus, la résistance du capteur peut varier à la fois linéairement et selon d'autres lois, 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) de longueur je la tension de sortie est déterminée par l'expression :

,

où x est le mouvement de la brosse ; k = U p / je- taux de transfert ; U p - tension d'alimentation.

Des capteurs potentiométriques sont utilisés pour mesurer divers paramètres de processus - pression, niveau, etc., transformés par un élément de détection préliminaire en mouvement.

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

L'inconvénient des capteurs potentiométriques est la présence d'un contact électrique glissant, ce qui réduit la fiabilité de fonctionnement.

Capteurs inductifs... Le principe de fonctionnement du capteur inductif est basé sur la variation de l'inductance L de la bobine 1, placée sur le 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, en se rapprochant du noyau, provoque une augmentation de la liaison de flux et, par conséquent, de l'inductance de la bobine. Réduire le jeu réà la valeur minimale, la résistance inductive de la bobine x L = wL = 2pfL augmente au maximum, réduisant le courant de charge RL, qui est généralement un relais électromagnétique. Ces derniers, avec leurs contacts, interrupteurs de commande, protections, circuits de commande, etc.

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 mobile dont la position est surveillée. La fonction de l'ancre peut être assurée par l'objet lui-même, qui comporte des pièces ferromagnétiques, par exemple une benne lors du contrôle de sa position dans le canon.

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, on utilise des capteurs de type solinoïde ou on les appelle différentiels.

Capteurs capacitifs. Les capteurs capacitifs sont des condensateurs structurellement variables divers modèles et formes, mais toujours avec deux plaques, entre lesquelles il y a un milieu diélectrique. De tels capteurs sont utilisés pour convertir les déplacements mécaniques linéaires ou angulaires, ainsi que la pression, l'humidité ou le niveau du milieu en un changement de capacité. Dans le même temps, des condensateurs sont utilisés pour contrôler de petits mouvements linéaires, dans lesquels l'entrefer entre les plaques change. Pour contrôler les déplacements angulaires, des condensateurs avec un écart constant et une zone de travail variable des plaques sont utilisés. Pour contrôler les niveaux de remplissage des réservoirs avec des matériaux en vrac ou des liquides à intervalles constants et zones de travail des plaques, des condensateurs avec la constante diélectrique du milieu sont contrôlés. La capacité électrique d'un tel condensateur est calculée par la formule

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

Par 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 1000 Hz. L'utilisation à fréquence industrielle est presque impossible en raison de la grande résistance capacitive (Xc = =).

Capteurs de générateur

Les capteurs de générateur sont des capteurs qui convertissent directement divers types d'énergie en énergie électrique. Ils ne nécessitent pas de sources d'alimentation externes, car ils génèrent eux-mêmes des CEM.Des phénomènes physiques bien connus sont utilisés dans les capteurs de générateur : l'apparition de CEM dans les thermocouples pendant le chauffage, dans les cellules photoélectriques avec une couche de blocage sous éclairage, effet piézoélectrique et le phénomène électromagnétique induction.

Capteurs à induction... Dans les capteurs à induction, conversion d'une quantité non électrique d'entrée en une force électromotrice induite. utilisé pour mesurer la vitesse de déplacement, les déplacements linéaires ou angulaires. E.m.s. dans de tels capteurs, il est induit dans des bobines ou des enroulements en fil de cuivre isolé et placés sur des circuits magnétiques en acier électrique.

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

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

Les génératrices tachymétriques à courant continu sont des collecteurs Voiture électrique avec induit et enroulement de champ ou aimant permanent. Ces derniers ne nécessitent pas d'alimentation supplémentaire. Le principe de fonctionnement de ces génératrices tachymétriques est qu'une force électromotrice est induite dans l'armature, qui tourne dans le flux magnétique (Ф) d'un aimant permanent ou d'un enroulement de champ. (E) dont la valeur est proportionnelle à la fréquence de rotation (ω) de l'objet :

E = cФn = cФω

Pour maintenir une dépendance linéaire de la fem à partir de la fréquence de rotation de l'induit, il est nécessaire que la résistance de charge de la génératrice tachymétrique reste toujours inchangée et soit plusieurs fois supérieure à la résistance de l'enroulement d'induit. L'inconvénient des génératrices 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 force électromotrice variable. ancres dans D.C..

Plus fiable est une génératrice tachymétrique à courant alternatif, dans laquelle l'enroulement de sortie à sécurité intrinsèque est situé sur le stator, et le rotor est aimant permanent avec un flux magnétique constant correspondant. Une telle génératrice tachymétrique ne nécessite pas de collecteur, mais sa force électromotrice variable. converti en courant continu à l'aide de circuits de diodes en pont. Le principe de fonctionnement d'une génératrice tachymétrique synchrone à courant alternatif est que lorsque le rotor tourne, une force électromotrice variable est induite dans son enroulement par l'objet de commande, 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, une telle génératrice tachymétrique est appelée synchrone. L'inconvénient d'une génératrice synchrone est qu'elle comporte des paliers, ce qui n'est pas adapté aux conditions minières. Le schéma du contrôle de la vitesse de la bande transporteuse par une génératrice tachymétrique est représenté sur la figure 5. La figure 5 montre : 1 - le rotor magnétique de la génératrice tachymétrique, 2 - le rouleau d'entraînement avec un protecteur, 3 - la bande transporteuse, 4 - l'enroulement du stator de la génératrice tachymétrique.

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

génératrice tachymétrique

Pour mesurer la vitesse linéaire de déplacement des organes de travail des convoyeurs à raclettes, des capteurs à induction magnétique sont utilisés, dans lesquels il n'y a aucune pièce mobile. La partie mobile (ancre) dans ce cas sont des racleurs de convoyeur en acier se déplaçant dans le flux magnétique d'un aimant permanent d'un capteur avec une bobine à sécurité intrinsèque. Lorsque les racleurs en acier traversent le flux magnétique dans la bobine, une force électromotrice variable est induite, 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 racleur. Le flux magnétique, qui conduit à la force électromotrice, dans la bobine dans ce cas change sous l'influence de grattoirs en acier, qui, se déplaçant au-dessus du capteur, provoquent des fluctuations de la résistance magnétique dans le chemin de fermeture du flux magnétique formé par un aimant permanent . Le schéma du contrôle de la vitesse de déplacement du corps de travail du convoyeur à raclettes par un capteur à induction magnétique est représenté sur la figure 6. La figure 6 indique : 1 - convoyeur à raclettes, 2 - noyau en acier, 3 - rondelle en acier, 4 - rondelle en plastique, 5 - aimant permanent à anneaux, 6 - bobine de capteur

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

convoyeur racleur avec capteur à induction magnétique

Capteurs magnétoélastiques. Le principe de fonctionnement des capteurs magnétoélastiques repose sur la propriété des matériaux ferromagnétiques de modifier la perméabilité magnétique m au cours de leur déformation. Cette propriété est appelée magnétoélasticité, qui se caractérise par une sensibilité magnétoélastique.

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

Structurellement, le capteur magnétoélastique est une bobine 1 avec un conducteur fermé en magnésium 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, par exemple d'un relais, 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 plantations sur les poings), les pressions des roches, etc.

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

Inconvénients des capteurs magnétoélastiques - des matériaux coûteux pour les noyaux magnétiques et leur traitement spécial sont nécessaires.

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, des charges électriques apparaissent sur ses surfaces, dont l'amplitude est proportionnelle à la déformation élastique du cristal. La taille et le nombre de plaques de cristal sont sélectionnés en fonction de la force et de la quantité de 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 200-2500 ° C, des capteurs thermoélectriques sont utilisés - des thermocouples, qui assurent la conversion de l'énergie thermique en force électromotrice électrique. Le principe de fonctionnement du thermocouple est basé sur le phénomène de l'effet thermoélectrique, qui consiste dans le fait que lorsque la jonction et les extrémités des thermoélectrodes sont placées dans un environnement avec des températures différentes t 1 et t 2, une température de thermocouple.

Figure 8 - Diagramme du thermocouple

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

Le thermo-emf pour divers types de thermocouples varie de dixièmes à plusieurs dizaines de millivolts. Par exemple, pour un thermocouple cuivre-constante, il passe de 4,3 à –6,18 mB 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 - une thermistance, de modifier la résistance lorsque la température change. Les thermistances sont constituées de métaux (cuivre, nickel, atine, etc.) et de semi-conducteurs (mélanges d'oxydes métalliques - cuivre, manganèse, etc.). Une thermistance métallique est constituée d'un fil, par exemple en cuivre d'un diamètre d'environ 0,1 mm, enroulé en spirale sur une monture en mica, porcelaine ou quartz. Une telle thermistance est enfermée dans un tube protecteur avec des pinces terminales, qui est placé au point de contrôle de la température de l'objet.

Les thermistances à semi-conducteurs sont fabriquées sous la forme de petites tiges et de disques avec des fils.

Avec une augmentation de la température, la résistance des thermistances métalliques augmente et, dans la plupart des thermistances à semi-conducteurs, elle diminue.

L'avantage des thermistances semi-conductrices est leur haute sensibilité thermique (30 fois plus que les thermistances métalliques).

L'inconvénient des thermistances à semi-conducteur est une large dispersion des résistances et une faible stabilité, ce qui rend difficile leur utilisation pour les mesures. Par conséquent, les thermistances à semi-conducteur dans les systèmes d'automatisation des installations technologiques minières sont principalement utilisées pour contrôler les valeurs de température des objets et leur protection thermique. Dans ce cas, ils sont généralement connectés en série avec un relais électromagnétique à une 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 l'ACS ou le système de mesure.

Le pont peut être équilibré ou déséquilibré.

Le pont équilibré est utilisé avec la méthode de mesure du zéro. Dans ce cas, la résistance R3 change (par exemple, par un automatisme spécial) suite à une modification de la résistance de la thermistance Rт de manière à assurer l'égalité des potentiels aux points A et B. Si l'échelle de la la résistance R3 est graduée en degrés, la température peut alors être lue à partir de la position de son curseur. 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 asymétrique génère un signal Uout proportionnel à la surchauffe de l'objet. En sélectionnant les résistances des résistances R1, R2, R3, l'équilibre du pont est atteint à la valeur de température initiale, assurant la réalisation de la condition

Rт / R1 = R3 / R2

Lorsque la valeur de la température contrôlée et, par conséquent, la résistance RT changent, l'équilibre du pont sera perturbé. Si un appareil mV avec une échelle calibrée en degrés est connecté à sa sortie, la flèche de l'appareil indiquera la température mesurée.

Débitmètre à induction

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

Le schéma structurel d'un débitmètre à induction est illustré à la figure 9. Lorsqu'un liquide conducteur s'écoule dans une canalisation entre les pôles d'un aimant, une force électromotrice apparaît dans la direction perpendiculaire à la direction du liquide et dans la direction de l'aimant principal. flux. U sur les électrodes, proportionnel à la vitesse de déplacement du liquide v :

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

Figure 9 - Schéma structurel d'un débitmètre à induction

Si nous exprimons la vitesse v en fonction du débit volumétrique Q, c'est-à-dire

Avantages d'un débitmètre à induction :

Avoir une persistance insignifiante des indications ;

Il n'y a pas de pièces à l'intérieur de la ligne de travail (elles ont donc des pertes hydrauliques minimales).

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 que

la vitesse de propagation des ultrasons dans un milieu en mouvement d'un gaz ou d'un liquide est égale à la somme géométrique de la vitesse moyenne de déplacement du milieu v et de la vitesse intrinsèque du son dans ce milieu.

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

Figure 10 - Schéma structurel d'un débitmètre à ultrasons

L'émetteur I crée des vibrations ultrasonores d'une fréquence de 20 Hz et plus, qui tombent sur un 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 du fluide ; C est la vitesse du son dans le milieu (pour un liquide 1000-1500 m/s) ;

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

t 2 - la durée de propagation de l'onde sonore à l'encontre du mouvement du flux 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 distribution des vitesses dans l'écoulement.

Avantages d'un débitmètre à ultrasons :

a) fiabilité et performances élevées ;

b) la capacité de mesurer des liquides non conducteurs.

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

2. Dispositifs de transmission de données

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

- lignes câblées - câbles électriques (symétriques, coaxiaux, "à paire torsadée", etc.), à fibres optiques et électriques combinés avec conducteurs à fibres optiques;

–Alimentation des réseaux électriques basse et haute tension ;

–Canaux infrarouges;

–Chaînes radio.

La transmission d'informations via des canaux de communication peut être transmise sans compactage d'informations, c'est-à-dire un signal d'information (analogique ou discret) est transmis sur un canal, et avec le compactage de l'information - une multitude de signaux d'information sont transmis sur le canal de communication. Le compactage d'informations est utilisé pour la transmission à distance d'informations sur une distance considérable (par exemple, d'un équipement d'automatisation situé sur la chaussée à un tondeur ou d'une section de mine à la surface à un répartiteur) et peut être effectué à l'aide de divers types de codage des signaux.

Les systèmes techniques qui assurent la transmission 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... Les systèmes de contrôle et de mesure à distance utilisent leur propre ligne pour chaque signal - un canal de communication. Combien de signaux, autant de canaux de communication sont nécessaires. Par conséquent, dans le contrôle et la mesure à distance, le nombre d'objets contrôlés, en particulier à de grandes distances, est généralement limité. Dans les systèmes télémécaniques, une seule ligne, ou un seul canal de communication, est utilisé pour transmettre de nombreux messages à un grand nombre d'objets. L'information est transmise sous forme codée, et chaque objet "connaît" son propre code, donc le nombre d'objets contrôlés ou gérés est pratiquement illimité, seul le code sera plus complexe. Les systèmes de télémécanique sont divisés en discrets et analogiques. Les systèmes de télécontrôle discrets sont appelés systèmes de signalisation à distance(TS), ils assurent le transfert d'un nombre fini d'états d'objets (par exemple, « activé », « désactivé »). Les systèmes de télécontrôle analogiques sont appelés systèmes de télémétrie(TI), ils assurent la transmission des changements continus de tous les paramètres qui caractérisent l'état de l'objet (par exemple, les changements de tension, de courant, de vitesse, etc.).

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

Pour l'échange d'informations entre les contrôleurs à microprocesseur de divers dispositifs du système d'automatisation, y compris les ordinateurs de contrôle, des moyens, des méthodes et des règles d'interaction spéciaux sont utilisés - interfaces... Une distinction est faite entre une interface parallèle et une interface série, selon le mode de transmission des données. V interface parallèle q des bits de données sont transmis sur q lignes de communication. V interface série la transmission des données s'effectue généralement sur deux lignes: l'une transmettant en continu les impulsions d'horloge (synchronisation) du minuteur et l'autre - les informations.

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

L'interface RS232 permet la communication entre deux ordinateurs, un ordinateur de contrôle et un microcontrôleur, ou la communication entre deux microcontrôleurs à une vitesse allant jusqu'à 19600 bit/s sur une distance de 15m.

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 une vitesse allant jusqu'à 10 Mbps. La distance de transmission maximale dépend de la vitesse : à une vitesse de 10 Mbit / s, la longueur de ligne maximale est de 120 m, à une vitesse de 100 kbit / s - 1200 m.Le nombre d'appareils connectés à une ligne d'interface dépend du type des émetteurs-récepteurs utilisés dans l'appareil. Un émetteur est conçu pour contrôler 32 récepteurs standard. Des récepteurs avec une impédance d'entrée 1/2, 1/4, 1/8 de la norme sont disponibles. Lors de l'utilisation de tels récepteurs, le nombre total d'appareils peut être augmenté, respectivement : 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 tronc est le maître et initie l'échange en envoyant des requêtes aux 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 (UI). En général, un dispositif exécutif est une combinaison d'un mécanisme exécutif (MI) et d'un organisme de réglementation (RO). L'emplacement des actionneurs dans le schéma structurel de l'ACS local est illustré à la figure 11.

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

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

L'actionneur se compose des éléments de base suivants :

moteur exécutif (moteur électrique, piston, membrane);

élément d'embrayage (embrayage, charnière);

élément de transfert-conversion (boîte de vitesses avec levier ou tige de sortie);

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

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

L'exigence principale de la GI : le mouvement des RO avec le moins de distorsion possible des lois de régulation formées par le PLC, c'est-à-dire MI doit avoir une vitesse et une précision suffisantes.

Caractéristiques principales:

a) couple nominal et maximum

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

b) le temps de révolution de l'arbre de sortie du MI 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 du corps de régulation (rotatif et linéaire);

2) conception (électrique, hydraulique, pneumatique);

Électrique - avec moteur électrique et entraînements électromagnétiques ;

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

Pneumatique - avec entraînements : piston, plongeur, diaphragme, diaphragme, du moteur pneumatique.

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

électromagnétique;

moteur électrique.

Les MI électromagnétiques sont subdivisés 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 électromagnétique sont des dispositifs à 2 positions (c'est-à-dire qu'ils sont conçus pour une commande à 2 positions) qui effectuent le mouvement de translation des corps d'entraînement selon le principe discret : "on - off".

Les IM de moteurs électriques sont subdivisés 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 vannes de pipeline (vannes).

Dans les systèmes d'automatisation des machines minières, les vannes électrohydrauliques sont largement utilisées comme actionneurs, par exemple du type GSD et 1RP2. Le distributeur électrohydraulique 1RP2 est conçu pour contrôler la vitesse d'alimentation et les corps de coupe de la moissonneuse-batteuse dans le cadre des régulateurs de charge automatiques URAN.1M et du système d'automatisation SAUK02.2M. Le distributeur électrohydraulique 1RP2 est un distributeur hydraulique à entraînement électromagnétique de type tirant.

L'organisme de réglementation (RO) est l'élément final de l'ACS, qui contrôle directement l'OS. RO modifie le flux de matière, d'énergie, arrangement mutuel parties d'appareils, de machines-outils ou de mécanismes dans le sens du cours normal du processus technologique.

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

L'OR fournit :

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

b) continu - dans ce cas, il est nécessaire que la caractéristique de débit de l'OI soit strictement définie (vanne, grue, vanne papillon).

Technologie d'automatisation

appareils, appareils et systèmes techniques s destiné à l'automatisation de la production (voir Automatisation de la production). T. p. une. assurer la réception, le transfert, la transformation, la comparaison et l'utilisation automatiques des informations afin de contrôler et de gérer les processus de production. En URSS, une approche systématique de la construction et de l'utilisation des T. s. une. (leur regroupement et leur unification selon des caractéristiques fonctionnelles, informationnelles et constructives-technologiques) ont permis d'unir tous les T. s. une. dans le cadre du Système National d'Instruments Industriels et Moyens d'Automatisation - SPG.