Лекция 2

1. Лекция 2. Устройства автоматизации. Испытательные стенды. Комбинированные приборы.

2. Устройства автоматизации

• Устройства автоматики содержат входные чувствительные элементы —
датчики и реле, реагирующие на внешние воздействия (давление, температуру,
перемещение, скорость, силу света, электрический ток, напряжение и др.) и
передающие их промежуточным или исполнительным устройствам. В качестве
промежуточных элементов используются усилители, распределители и др.
Исполнительные (конечные) устройства автоматики делятся на контрольные
устройства: сигнальные, указывающие, учитывающие, регистрирующие и
исполнительные механизмы для систем управления и регулирования. Они
приводятся в действие гидравлическими, пневматическими или электрическим
источниками энергии.
• Датчики однозначно и непрерывно связывают воздействие на входе датчика и
выходные величины. Рассмотрим несколько видов датчиков, используемых в
качестве механических чувствительных элементов.

3.

• Для измерения деформаций используется тензометр,
который представляет собой тонкий провод, наклеенный на
тонкую бумагу. Тензометр наклеивают на деформируемую
деталь и по изменению длины провода и, следовательно,
его сопротивления судят о величине деформации.
Потенциометрический датчик представляет собой реостат,
движок которого перемещается при изменении положения
мембраны, диафрагмы, поплавка и т.д. В результате
сопротивление реостата меняется.

4.

• Для
измерения
перемещений
можно
использовать индуктивный датчик, если
выполнить его в виде катушки с незамкнутым
стальным сердечником, в разрыв которого
вводится стальной якорь. При изменении
положения якоря изменяется индуктивность
катушки и соответственно величина переменного
тока в катушке. Для измерения перемещений
можно использовать также емкостный датчик,
емкость которого меняется при изменении
расстояния между пластинками.

5.

• Реле представляет собой прибор, в котором при
достижении определенного значения входной величины
выходная величина изменяется скачком. Существует
много разновидностей реле как по принципу действия, так
и по назначению. Бывают реле механические,
гидравлические, пневматические, тепловые, акустические,
оптические, электрические и др. По назначению они
подразделяются на реле автоматики, реле защиты,
исполнительные реле, реле промежуточные и реле связи.

6.

• Следующей,
более
высокой
ступенью
автоматизации
является
автоматическое регулирование — поддержание без вмешательства человека
требуемых значений физических величин, характеризующих режим работы
машин, аппаратов и установок, посредством устройств, называемых
регуляторами. Совокупность объектов регулирования и регулятора образует
систему автоматического регулирования. Структурная схема этой системы
приведена на рисунке.

7.

• Возмущающие воздействия на объект регулирования вызывают отклонения
регулируемой величины от заданного постоянного значения или заданного
закона изменения, определяемого управляющим воздействием. Через цепь
обратной связи регулируемая величина подается на устройство сравнения, где
сравнивается с управляющим воздействием. На выходе устройства сравнения
возникает сигнал ошибки, который поступает на вход регулятора.
Регулирующее воздействие с выхода регулятора подается на объект
регулирования и изменяет его работу таким образом, чтобы уменьшить сигнал
ошибки. Системы автоматического регулирования в зависимости от характера
управляющего воздействия подразделяют на три класса: системы
автоматической стабилизации, в которых управляющее воздействие
представляет собой постоянную величину; системы программного
регулирования, в которых управляющее воздействие является заданной
функцией времени; следящие системы, в которых характер изменения
управляющего воздействия определяется процессами, протекающими вне
рассматриваемой системы, и заранее не может быть определен.

8.

• В системах автоматизации широко используется автоматическое
управление началом действия, последовательностью и прекращением
отдельных операций рабочего процесса (пуск и остановка машин и
механизмов, их торможение, равновесие и т.п.) посредством
комплекса приборов и устройств без непосредственного участия
человека. В сочетании со средствами вычислительной техники
программное управление (управление по определенной программе)
позволяет создать высокоорганизованные системы автоматического
управления, обладающие способностью автоматически выбирать
наилучшие режимы работы как отдельного агрегата или установки,
так и целого производственного участка, цеха, завода или
объединения предприятий.
• Автоматизация называется комплексной, если автоматизированы не
только основные технологические процессы, но и большинство или
все вспомогательные операции. Комплексная автоматизация включает
несколько или все виды автоматизации: управление, контроль,
регулирование.
В
нашей
стране
имеются
комплексноавтоматизированные гидроэлектростанции, тяговые подстанции и др.

9. Испытательные стенды

• Испытательные стенды представляют собой исследовательское
оборудование, предназначенное для различных приемочных,
контрольных, специальных испытаний технических и механических
объектов. Суть проверки заключается в выявлении соответствия
реальных и максимальных нагрузок. Рассмотрим виды подобных
устройств и их особенности.
• Испытательные стенды в стандартной конфигурации – это комплекс,
состоящий из станины, вибрационной, гидравлической или другой
рабочей
системы,
контрольно-измерительных
аппаратов,
дополнительных приспособлений. Проверка прибора или механизма
на стенде позволяет оценить несколько параметров одновременно,
которые влияют на объект. В реальных условиях такое тестирование
провести практически невозможно. После испытаний фиксируются
показатели. Определяются нарушения работы агрегата либо его
полное соответствие требуемым параметрам. Такой подход позволяет
своевременно выявить и устранить конструктивные недочеты.

10. Назначение и применение испытательных стендов

Использование рассматриваемых приборов
способствует следующим аспектам:
1.
Повышается качество продукции.
2.
Обеспечивается экономия энергии.
3.
Снижается влияние человеческого
фактора на ряд процессов.
4.
Улучшаются условия труда за счет
автоматизации и контроля процесса.
Как правило, контрольно-испытательный
стенд позволяет использовать три основные
позиции:
1.
Проводить проектирование и
исследование объектов.
2.
Определять возможность изготовления
или ремонта серийных образцов, которые
нуждаются в регулярной проверке или
калибровке.
3.
Контролировать работу оборудования в
процессе эксплуатации.

11.

• На каждой стадии предусмотрен ряд испытаний, которые обычно
проводятся по стандартной методике. После реализации задуманного
алгоритма
автоматическая
система
дает
возможность
в
математическом
плане
оценить
несколько
параметров
контролируемого объекта. В свою очередь, это повышает
производительность, точность и экономичность устройства. На
современных
испытательных
стендах
предусмотрена
автоматизированная матрица функционирования, которая через
короткий период времени выводит все показания на дисплей с
расшифровкой.

12. Принцип работы

• Автоматизированные устройства дают возможность использовать их с
минимальным участием оператора. Например, для проведения
тестирования программного обеспечения и его аналогов используется
программный комплекс, способный виртуально тестировать
требуемые агрегаты.
• Подобная технология дает ряд преимуществ, а именно:
1. Происходит автономная коммутация измерительных каналов.
2. Параметры питания остаются неизменными.
3. Показания снимаются автоматически, после чего заносятся в журнал
измерений.
4. Настройки испытаний подбираются в соответствии с условиями и
особенностями проверки.

13. Аппаратные элементы

В этом плане оборудование испытательных стендов состоит из следующих приспособлений:
1.
Анализатора спектра, отвечающего за поступающие аналоговые сигналы проверяемого
объекта.
2.
Усилителей, которые требуются для улучшения поступающей информации в
импульсном виде.
3.
Коммутационного блока. Этот узел позволяет тестировать поступающие сведения при
помощи специальных анализаторов, независимо от используемого канала связи.
4.
Источников питания, служащих для активации стенда или частей проверяемого
устройства.
5.
Мультиметров, плат и преобразователей. Они выполняют функцию стабилизаторов и
нормализаторов, гарантируя нормальную работу без перепадов напряжения или других
факторов.
6.
Дополнительных устройств.

14. Программная часть

• Испытательные стенды электрооборудования могут объединять в себе
несколько частей в одном корпусе. Это позволяет одновременно
проверить практически все требуемые параметры обследуемого
объекта. Программа некоторых стендов выполнена в системе
ZETVIEW, которая предполагает использование нескольких блочных
матриц. Рассматриваемое оборудование может изготавливаться для
сугубо узкой специализации либо проверять полный спектр
возможных аспектов.

15. Универсальный испытательный стенд

Такие поверочные станки дают возможность проводить тестирование
приспособлений, имеющих похожие характеристики. Оператору
достаточно просто выбрать подходящий объект из списка и настроить
прибор с учетом требуемых параметров. Обычно изменениям
подвергаются частотные, динамические диапазоны, количество
проверяемых показателей и пределы погрешностей. Подобные
аппараты оснащены сложным интерфейсом, что дает возможность
пользователю корректировать программные настройки. Схожий тип
стендов – многофункциональные модификации. Они предназначены
для работы в нескольких режимах. Среди них:
1.Калибровка.
2.Отладка.
3.Поверка. Для настройки правильного функционирования аппарата
потребуется выбрать соответствующую позицию. Такие устройства
позволяют оператору выбрать требуемую программу и провести
тестирование объекта. После этого, если необходимо, он может
перенастроить следующий режим.

16. Аналоги

Гидравлический испытательный стенд дает возможность проверки
соответствующих элементов распределителей и усилителей. В итоге
фиксируются показания силовой характеристики, показания датчиков,
амплитуда передаваемого сигнала и другие основные рабочие параметры.
Состоит агрегат из контрольных вентилей, которые открываются и
закрываются, в зависимости от направленности проверки. При помощи такого
приспособления можно протестировать следующие показатели гидравлических
устройств:
1.
Подачу давления.
2.
Кинематическую энергию.
3.
Скоростные аспекты.
4.
Герметичность прибора.
5.
Работу контролирующих устройств.
6.
Функциональность моторов и вспомогательных элементов.

17. Особенности гидравлического стенда испытаний

• Рассматриваемое приспособление относится преимущественно
к сфере машиностроения. Оно также может использоваться для
проверки гидрораспределителей, электрогидравлических
усилителей, прочих агрегатов, оборудованных подходящей
системой.
• Схема испытательного стенда, которая представлена ниже,
указывает на то, что устройство может также оборудоваться
блоком управления. Это позволяет тестировать
электромеханические преобразователи. В них измеряются
показатели между усилителем и блоком выходных параметров,
а также состояние гидравлического двигателя.
• В рассматриваемых модификациях скоростной показатель
определяется посредством подачи на вход ЭМП токов,
различных по полярности и величине. При этом учитывается
скорость передвижения выходной части технологического
мотора, а также контролируется величина хода
перемещающего звена.

18.

19. Минусы

К негативным чертам этих агрегатов относится
весьма продолжительная длительность замеров,
особенно в сфере малых расходов, которые
имеют низкое информативное содержание. Тем
не
менее
усовершенствованная
схема
гидравлического
испытательного
стенда
позволяет проверить не только основной мотор,
но и его сопутствующие агрегаты, а также
усилитель. Причем это возможно проделать с
подключенными гидролиниями, без слива
жидкостей.

20. Комбинированные приборы

• Комбинированные
цифровые
приборы
позволяют
измерять несколько электрических величин, например
напряжений
постоянного
и
переменного
тока,
сопротивления
постоянному
току,
емкости,
индуктивности в их различном сочетании.

21. Комбинированные приборы

• Приборостроительная промышленность выпускает большое количество
различных
типов
универсальных
комбинированных
приборов,
отличающихся отдельными качественными показателями. Основными
качественными показателями — параметрами комбинированных
приборов являются: а) назначение; б) диапазон измерения; в) класс
точности; г) входное сопротивление на постоянном и переменном токах;
д) габариты, масса и др.
• Основное назначение комбинированных приборов — измерение
постоянного и переменного (синусоидального) тока и напряжения, а
также сопротивления постоянному току.
• Отдельные типы приборов позволяют измерять: а) емкость; б)
относительный уровень переменного напряжения в децибелах; в)
отдельные параметры транзисторов (коэффициент усиления по току;
обратный ток коллекторного и эмиттерного переходов, начальный ток
коллектора); такой прибор часто называют ампервольтомметром —
испытателем
транзисторов;
г)
среднеквадратичное
значение
переменного тока и напряжения несинусоидальной формы с
коэффициентом, определяющим искажение синусоидальности до 20%.

22. Лекция окончена