проходящих внутри плат.
Функциональные возможности УСЭППА позволяют реализовать непрерывные,
дискретные и непрерывно-дискретные операции. Для реализации непрерывных (аналоговых) операций над
пневматическими сигналами используют элементы сравнения (усилители) на два и четыре входа, различные
повторители, постоянные и переменные пневмоёмкости,
не регулируемые и
регулируемые пневмосопротивления.
С их помощью создаются пневматические решающие усилители и инерционные звенья, составляющие основу аналоговой
пневматической техники. Для построения дискретных (релейных) пневматических
устройств применяют универсальные и сдвоенный обратный клапан; с их помощью выполняются элементарныеЛогические операции. Временные операции в релейных схемах осуществляются с
использованием естественных задержек (инерционных звеньев) и принудительных задержек от
дискретных пневмосигналов.Непрерывно-дискретные операции выполняются с использованием пневмо
клапанов, элементов с запоминанием непрерывных сигналов и линейных пульсирующих сопротивлений. Эти
элементы работают как с непрерывными, так и с дискретными сигналами и позволяют существенно
расширить возможностипостроения устройств пневмоавтоматики. В состав УСЭППА
входят также вспомогательные элементы –различные задатчики, пневмокнопки, пневмотумблеры, пневмоэлектро- и электропневмо
преобразователи и т.д.
Использование универсальных элементов УСЭППА расширяет функциональные
возможности испособствует улучшению технико-экономических показателей устройств пневмоавтоматики. Эффективность
применения УСЭППА повышается при массовом промышленном изготовлении не только отдельных
элементов, но и типовых модулей из них и блоков различного назначения, конструктивно оформленных ввиде стандартных изделий. Такие наборы универсальных модулей и
блоков в свою очередь образуютсистемы агрегатов.
На базе УСЭППА в СССР в 60х гг. создана система универсальных пневматических приборов,получившая название «Старт». Она приспособлена для построения
преимущественно разветвленныхсистем стабилизации и оптимизации непрерывных технологических процессов. Для создания
автоматизированных систем управления непрерывными технологическими процессами
(АСУТП)используется агрегатный функционально
аппаратурный комплекс пневматических средств «Центр»(начало70х гг.). Он состоит из
крупных функциональных блоков, собранных из элементов УСЭППА.
Для построения дискретных систем управления циклическими и периодическими
процессами в начале70-х гг. создана агрегатная система субблоков «Цикл». Эта система использует
модернизированную элементную базу УСЭППА (кроме элементов с упругими и подвижными деталями в системе применяются
струйные элементы); все её блоки и устройства монтируются в типовых контейнерах,
шкафах, пультах и т.п.УСЭППА и «Старт» отмечены Ленинской премией (1964),
комплекс «Центр» – Государственная премия
СССР (1974).
Существует 4 поколения развития пневмоавтоматики:
1. Универсальные регуляторы приборного
типа (компенсаторы).
2. Регуляторы, реализующие агрегатную
структуру по принципу компенсации
усилия. Создана агрегатная унифицированная
система АУС.
3. Универсальная система элементов
промышленной пневмоавтоматики (УСЭППА)
и ее развитие комплект миниатюрных
элементов и модулей пневмоавтоматики
(КЭМП).
4. Струйная техника, где отсутствуют
подвижные части (увеличение быстродействия).
Но малый уровень помехозащищенности
(малый перепад давлений и мощность
выходного сигнала).
Распространение получили агрегатные
комплексы системы «СТАРТ», «Центр», использующие
элементарный и блочно модульный принцип,
и построенные на основе системы УСЭППА.
Любое новое устройство пневмоавтоматики
собирается путем коммутации пневмоэлементов
универсального назначения.
Структурная схема пневматического регулятора
ПП – первичный преобразователь;
ЗУ – задающее устройство;
РУ – регулирующее устройство;
ЭС – элемент сравнения;
УМ – усилитель мощности;
ПОЗ – позиционер;
ООС – отрицательная обратная связь.
Для передачи сигнала между блоками регулятора
используется унифицированный пневматический
сигнал. В качестве ЗУ используются редуктор
или ручной регулятор давления, с помощью
которого можно замыкать или размыкать
мощные пневмолинии.
Математические операции, необходимые
для воспроизведения законов регулирования
осуществляется с помощью пневматического
усилителя и элемента сравнения, хваченных
обратной связью положительной или отрицательной.
ИМ характеризуется простотой конструкции,
низкой стоимостью, достаточно высокой
мощностью, быстродействием. Он представляет
собой усилительное звено, поэтому ИМ
не изменяет тип закона регулирования,
который был сформулирован на РУ.
Для обеспечения максимальной дальности
передачи сигнала и большой его мощности,
рядом с ИМ устанавливается ПОЗ, который
является практически усилителем мощности.
Чтобы не было потерь в точности передачи
командного сигнала, вводится отрицательная
обратная связь по положению выходного
элемента ИМ. Сигнал с ПОЗ усиливается
по мощности за счет увеличения питания
или за счет большого расхода воздуха.
Элементы, на которых строится пневморегулятор,
в большинстве своем рассмотрены в элементарных
пневматических преобразователях:
ü постоянный дроссель;
ü переменный дроссель;
ü проточная или глухая камеры.
Элементы пневматических устройств предназначены
для выполнения различных операций с пневматическими
сигналами, однако номенклатура операций
ограничена. Поэтому в подавляющем большинстве
устройств пневматические сигналы предварительно
преобразуют в силу и перемещение, а после
этой операции снова в пневматический
сигнал (РВХ ® F ® Dl ® P).
В качестве примера
рассмотрим позиционный регулятор ПР1.5
ЭС двухвходовый
состоит из четырех камер: Б и В – глухие
и А и Б - проточные.
Регулятор реализует 2-х позиционный
закон регулирования. На выходе регулятора
возможно только два значения 0 (0,02 МПа)
или мах (0,1 МПа). Регулятор обрабатывает
каждое воздействие, которое необходимо
преобразовать в давление. Этот регулятор
не имеет настраиваемой зоны возврата,
т.к. гистерезис постоянен и обусловлен
конструктивными особенностями.
Алгоритм работы
регулятора следующий:
DР = РЗД - РВХ
Предназначен ЭС
для сравнения двух входных сигналов.
На выходе формируется дискретный сигнал
(0 или 1). Двухвходовое реле с подпором
состоит из четырех камер и блока (3 мембраны,
связанные между собой штоком), а также
2 дросселей типа сопло-заслонка. Площадь
средней мембраны больше площади крайних.
Давление в камерах создает усилие, действующее
вдоль оси штока. Если результирующее
усилие направлено вертикально, то мембранный
блок закрывает подачу давления питания.
Усилитель мощности
используется на больших пневмотрассах
через каждые 300 м. Усилитель имеет 3 секции
, связанные в мембранный блок, который
состоит из 2 мембран, равной площади и
клапана, обеспечивающего сопротивление
потоку воздуха из камеры А в камеру Б
и из камеры Б в камеру В. Поскольку площади
мембран равны, то давления на входе и
выходе усилителя в момент равновесия
будут равны.
Автоматизация
Автоматизация — одно из направлений
научно-технического прогресса, применение
саморегулирующих технических средств,
экономико-математических методов и систем
управления, освобождающих человека от
участия в процессах получения, преобразования,
передачи и использования энергии, материалов
или информации, существенно уменьшающих
степень этого участия или трудоёмкость
выполняемых операций. Требует дополнительного
применения датчиков (сенсоров), устройств
ввода, управляющих устройств (контроллеров),
исполнительных устройств, устройств
вывода, использующих электронную технику
и методы вычислений, иногда копирующие
нервные и мыслительные функции человека.
Наряду с термином автоматический, используется
понятие автоматизированный, подчеркивающий
относительно большую степень участия
человека в процессе.
Автоматизируются:
· производственные процессы;
· проектирование;
· организация, планирование
и управление;
· научные исследования.
· бизнес-процессы
Цель автоматизации — повышение
производительности труда, улучшение
качества продукции, оптимизация управления,
устранение человека от производств, опасных
для здоровья, повышение надежности и
точности производства, увеличение конвертируемости
и уменьшение времени обработки данных.
Автоматизация, за исключением
простейших случаев, требует комплексного,
системного подхода к решению задачи,
поэтому решения стоящих перед автоматизацией
задач обычно называются системами, например:
· система автоматического
управления (САУ);
· система автоматизации проектных
работ (САПР);
· автоматизированная система
управления технологическим процессом
(АСУ ТП).
Автоматизация обладает рядом
преимуществ и недостатков в сравнении
с предыдущим этапом технического развития.
К основным преимуществам можно
отнести:
· Замена человека в задачах,
включающих тяжелый физический или монотонный
труд.
· Замена человека при выполнении
задач в опасных условиях (а именно: пожар,
космос, извержения вулканов, ядерные
объекты, под водой и т.д.)
· Выполнение задач, которые
выходят за рамки человеческих возможностей
по весу, скорости, выносливости и т.д.
· Экономика улучшения. Автоматизация
может вносить улучшения в экономику предприятия,
общества или большей части человечества.
Основными недостатками автоматизации
являются:
· Рост уровня безработицы из-за
высвобождения людей в результате замены
их труда машинным.
· Технические ограничения.
· Угрозы безопасности / Уязвимость.
· Непредсказуемые затраты
на разработку.
· Высокая начальная стоимость.
Автоматизация технологических
процессов
Автоматизация технологического
процесса — совокупность методов и средств,
предназначенная для реализации системы
или систем, позволяющих осуществлять
управление самим технологическим процессом
без непосредственного участия человека,
либо оставления за человеком права принятия
наиболее ответственных решений.
Основа автоматизации технологических
процессов — это перераспределение материальных,
энергетических и информационных потоков
в соответствии с принятым критерием управления
(оптимальности).
Основными целями автоматизации
технологических процессов являются:
· Повышение эффективности
производственного процесса.
· Повышение безопасности.
· Повышение экологичности.
· Повышение экономичности.
Достижение целей осуществляется
посредством решения следующих задач:
· Улучшение качества регулирования
· Повышение коэффициента готовности
оборудования
· Улучшение эргономики труда
операторов процесса
· Обеспечение достоверности
информации о материальных компонентах,
применяемых в производстве (в т.ч. с помощью
управления каталогом)
· Хранение информации о ходе
технологического процесса и аварийных
ситуациях
Автоматизация технологических
процессов в рамках одного производственного
процесса позволяет организовать основу
для внедрения систем управления производством
и систем управления предприятием.
Как правило, в результате автоматизации
технологического процесса создаётся
АСУ ТП.
Автоматизированная система
управления технологическим процессом
(АСУТП) — комплекс программных и технических
средств, предназначенный для автоматизации
управления технологическим оборудованием
на предприятиях. Может иметь связь с более
глобальной Автоматизированной системой
управления предприятием (АСУП).
Под АСУТП обычно понимается
комплексное решение, обеспечивающее
автоматизацию основных технологических
операций технологического процесса на
производстве, в целом или каком-то его
участке, выпускающем относительно завершенный
продукт.
Термин «автоматизированный»
в отличие от термина «автоматический»
подчеркивает возможность участия человека
в отдельных операциях, как в целях сохранения
человеческого контроля над процессом,
так и в связи со сложностью или нецелесообразностью
автоматизации отдельных операций.
Составными частями АСУТП могут
быть отдельные системы автоматического
управления (САУ) и автоматизированные
устройства, связанные в единый комплекс.
Как правило АСУТП имеет единую систему
операторского управления технологическим
процессом в виде одного или нескольких
пультов управления, средства обработки
и архивирования информации о ходе процесса,
типовые элементы автоматики: датчики,
контроллеры, исполнительные устройства.
Для информационной связи всех подсистем
используются промышленные сети.
В связи с различностью подходов
различают автоматизацию следующих технологических
процессов:
· Автоматизация непрерывных
технологических процессов (Process Automation)
· Автоматизация дискретных
технологических процессов (Factory Automation)
· Автоматизация гибридных
технологических процессов (Hybrid Automation)
Системы технологического управления
(SCADA, Control Systems) и родственные им информационные
системы (системы диспетчерского управления,
противоаварийной автоматики и т. д.) прочно
входят в нашу повседневную жизнь. Электричество,
которое освещает нас, горючее, которым
заправляются наши автомобили, системы
управления дорожным трафиком и водоснабжением,
«умными зданиями» и атомными электростанциями
– все это примеры подобных систем. Они
делают проще и понятнее процессы управления
любыми сложными технологическими процессами
– от передачи электроэнергии до обогащения
урана. С каждым годом и каждым модернизированным
производством их становится все больше
и больше.