Трикотаж материалмен жұмыс

I. Технологиялық бөлім
Автоматика туралы жалпы түсінік
0.1 Автоматика элементтері туралы түсінік

Автоматика деп адамның тікелей қатысуынсыз өзінің негізгі функцияларын орындайтын автоматтық жүйелер мен құрылғыларды құру теориясы мен принциптерін қамтитын ғылым мен техника саласы аталады.
Автоматика жүйелерін жіктеу:
1. автоматты өлшеу жүйесі (АСИ) және автоматты сигнал беру жүйесі (АСС) түрінде әртүрлілігі болуы мүмкін автоматты бақылау жүйелері.
2. автоматты басқару жүйелері (АБЖ). АБЖ-ның жеке жағдайы автоматты реттеу жүйесі (ЕАЖ) болып табылады.

1-сурет. Автоматикалық басқару

АСК өндірістік процестің бір немесе бірнеше параметрлерін автоматты бақылауды жүзеге асыру үшін қызмет етеді және оған бақыланатын объект, датчик, құрылғыны беретін салыстырмалы құрылғы, ойнату құрылғысы кіреді.
КЖ-ның бір немесе бірнеше бақыланатын параметрлері бар, олар датчиктен алынып, берілген құрылғымен өндірілетін параметрдің эталондық мәні түсетін салыстырмалы құрылғыға беріледі. Салыстырмалы құрылғыда ағымдағы бақыланатын параметрді эталонмен осы екі шаманы азайту түрінде салыстыру жүргізіледі. Егер осы екі сигналдың айырмашылығы 0 тең болса, параметрдің ағымдағы мәні эталондық және ойнату құрылғысы қате мәнін көрсетеді «=0».
Егер бақыланатын параметр эталоннан өзгеше болса, онда айырымдық сигнал қате шамасын көрсететін ойнату құрылғысында көрсетіледі.
Кез келген автоматты құрылғы жеке конструктивтік немесе схемалық элементтердің кешені болып табылады, олардың әрқайсысы алдыңғы элементтен алынған энергияны түрлендіру және оны кейінгі элементке беру бойынша тапсырманы орындайды. Автоматты басқару және бақылау жүйелерінде сигналды (ақпаратты) түрлендірудің белгілі бір дербес функцияларын орындайтын конструктивті аяқталған құрылғылар автоматика элементтері деп аталады.
Сурет 2 а-да, ал схемалық түрде автоматика элементі (Э) энергия күшейткішсіз бейнеленген, оның кіруіне х белгіленген энергия беріледі.
Бұл жағдайда элементке z қосымша энергиясы енгізіледі (сурет. 2, б). Әлбетте, қосымша энергия беру кезінде шағын кіріс энергиясын x, яғни үлкен шығыс энергиясын алу мүмкін.
Х және у шамалары электрлік (мысалы, кернеу, ток, кедергі) және электрлік емес (мысалы, қысым, орын ауыстыру, температура, жылдамдық) болуы мүмкін.
Автоматикада көбінесе х және у шамалары электрлік болып табылатын электр элементтері қолданылады, бірақ Автоматиканың электрлік емес элементтері де қолданылады: гидравликалық, пневматикалық, механикалық және т. б.

2-сурет. Қосымша энергия (а) жоқ және қосымша энергия (б) беретін автоматика элементтерінің схемалары)

Элементтердің сипаттамалары автоматика жүйелерінің қасиеттеріне әсер етеді. Бұл элементтердің қасиеттерін зерттеу құрылғылардың және схемалардың жұмысын талдау үшін қажет, олардың негізгі жұмыс көрсеткіштері дәлдік, сезімталдық, инерциондық және т. б. болып табылады.
Әр түрлі элементтермен орындалатын функцияларды, олардың іс-әрекеттері негізінде жатқан физикалық принциптердің жіктелуін және автоматиканың әр түрлі элементтері үшін ортақ сипаттамаларды келтіреміз.
Сондай-ақ, олардың негізгі ережелерін қарастырайық.
Кез келген басқару жүйесінің құрамына кіретін және электрлік, механикалық және басқа байланыстарға қосылған әр түрлі құрылғылар мен элементтердің кешендері сызбаларда электрлік, гидравликалық, пневматикалық және кинематикалық схемалар түрінде бейнеленеді.
Схема кез келген құрылғыда (жүйеде) элементтердің құрамы мен байланыстары туралы шоғырланған және жеткілікті толық түсінікті қамтамасыз етеді.
Конструкторлық құжаттаманың бірыңғай жүйесіне сәйкес (ЕСКД) электр сұлбалары құрылымдық, функционалдық, принципті (толық), жалғау (монтаждық) схемалары, қосылымдар, жалпы, орналасулар және біріккен болып бөлінеді.
Құрылымдық схема құрылғының функционалдық бөліктерін, олардың тағайындалуы мен өзара байланысын анықтау үшін қызмет етеді.
Функционалдық схема жекелеген функционалдық тізбектерде немесе тұтастай құрылғыда өтетін процестерді түсіндіруге арналған.
Құрылғы элементтерінің толық құрамын және олардың арасындағы барлық байланыстарды көрсететін принципті схема осы құрылғының жұмыс істеу принципі туралы негізгі түсінік береді.
Монтаждық схема сымдардың, кабельдердің, құбырлардың көмегімен құрылғының негізгі бөліктерінің қосылуын бейнелейді.
Байланыс схемасы құрылғының сыртқы байланысын көрсетеді.
Жалпы схема жүйенің құрамдас бөліктерін анықтау және оларды пайдалану орнында қосу үшін қызмет етеді.
Біріктірілген схема әртүрлі типтегі бірнеше схемаларды қамтиды және жүйе элементтерінің мазмұны мен байланыстарын неғұрлым айқын ашу үшін қызмет етеді.
ЕСҚ-ның қолданыстағы стандарттарында көрсетілген сұлбаларды орындаудың негізгі ережелерін келтіреміз.
Құрылымдық және функционалдық схемалардағы жүйенің немесе құрылғының функционалдық бөліктері мен элементтері өзара байланыс сызықтарымен біріктірілген тікбұрыштар немесе арнайы графикалық белгілер түрінде бейнеленеді. Байланыс желілерінде бағыттамалармен ақпараттық ағындардың өту бағытын білдіреді, ал тікбұрыштардың ішінде тиісті функционалдық бөліктер мен элементтердің атауларын көрсетеді. Функционалдық схемаларда шартты графикалық белгілер түрінде бейнеленген жеке элементтерге дейін функционалдық бөліктерді ішінара немесе үлкен ақпараттылық үшін толығымен ашуға жол беріледі.
Принциптік схемаларда барлық электр элементтері шартты графикалық белгілер түрінде көрсетіледі, олардың жанында (жоғарыдан немесе оңнан) шартты әріптік-сандық белгілер қойылады. Принциптік схемалар неғұрлым толық болып табылады. Олар жүйенің барлық элементтерін тұтастай немесе оның функционалдық бөліктерін және олардың байланыстарын көрсетеді.
Бір тізбекке кіретін элементтердің барлық шартты графикалық белгілері схемаларда бірінен кейін бірі бір деңгейде, ал жекелеген тізбектер — біреуі екіншісінің астында немесе бір-біріне параллель сызылады.
Коммутациялық және басқа құрылғылар схемаларда ажыратылған күйде бейнеленеді, яғни барлық тізбектерде ток болмаған кезде және жылжымалы контактілерге әсер ететін сыртқы мәжбүрлі Күштерде бейнеленеді.
Қосылу және қосылу сұлбалары басқару жүйелерін пайдалану, монтаждау және жөндеу кезінде қолданылады. Олар бойынша қосылыстар мен қосылыстардың өздері орындайтын сымдар, түйіспелі өткізгіштер, жгуттар, шиналар мен кәбілдер, сондай-ақ тиісті мекен-жайлары көрсетілген оларды дәнекерлеу, қосу және қосу орындары анықталады.
Басқару жүйесінің құрамдас бөліктерінің орналасу сұлбасы технологиялық қондырғының контурында орындалады. Жиі мұндай схемалар функционалдық-технологиялық деп аталады.
Жүйедегі әрбір функционалдық элемент Элементарлық функцияны орындайды, ол белгілі бір физикалық табиғаттың сигналдары түрінде ақпаратты алу, түрлендіру және беру болып табылады. Автоматтандыру және телемеханика жүйелерінде функционалдық элементтер бір бағыттағы әрекет буындары болып табылады, яғни сигналды бір бағытта — шығу есігінен береді (3-сурет). Бұл схемада басқару объектісі (ЖБ) — калорифермен жабдықталған үй-жай.

3-сурет. Үй-жайдағы ауа температурасын басқару схемасы

Басқару үшін атқарушы механизм (сервопривод) және реттеуші орган (клапан) бар атқарушы элемент (ИЭ) қарастырылған. Жылу тасымалдағыштың шығыны калорифер арқылы, демек, бөлмедегі ауаның температурасы сервоприводпен өтетін Алтын мен клапанның жағдайына байланысты болады. Шок сервоприводын басқару сигналы салыстыру элементінің шығыс сигналы (ЭС):
ε=ε1+ε2
ε2=-μк=-θд(dyэлdt)

мұнда ц3 — үй — жайдағы ауа температурасының талап етілетін мәніне сәйкес келетін, берілетін элемент (ЗЭ) қалыптасатын электр сигналы; уэп — үй — жайдағы ауаның нақты температурасына сәйкес келетін бірінші қабылдайтын элемент (ДЭ1) қалыптасатын электр сигналы; рк-түзетуші элементтің шығу сигналы (КЭ); 0Д-дифференциатордың, яғни түзетуші элементтің тұрақты уақытын білдіретін оң шама; Хэп-сыртқы ауаның X температурасына сәйкес келетін екінші қабылдайтын элемент (ВЭ2) қалыптасатын электр сигналы.
Қарастырылып отырған жүйеде КЭ — нақты дифференцирующее буыны (шамамен орындайтын операцияға дифференциалды түрде электр сигнал Хэя уақыт бойынша ), яғни шығыс сигналы үйлестіруші элемент жоғалады жоғалуымен байланысты өзгерістер, сыртқы ауа температурасының X. олай болмаған жағдайда, дабыл КЭ қамтуы мүмкін тұрақты құрамдас айқындалатын установившимся температура мәнінің X және воспринимаемую ЭС белгі ретінде қт-ны. Басқа сөзбен айтқанда, КЭ шығу сигналында тұрақты құраушысының болуына жол берілмейді, өйткені бұл құрауыш басқару жүйесіне тапсырманың алгебралық қосынды сигналын қалыптастырады. Бірақ басқару жүйесіне тапсырма сигналын оператор тек ЭҚ көмегімен қалыптастыруы тиіс.
КЭ шығу сигналында тұрақты құрамдас бөліктің болуы, егер бұл сигнал ЭК кіруіне тікелей түссе, мүмкін болады. Бұл жағдайда ЭК іске қосылатын қажетті Қуат күшейткішін қамтуы тиіс, яғни басқарушы элемент болуы тиіс.
Осыған ұқсас басқа басқару жүйелері үшін схемалар құрылады. Қарастырылған мысалдан, басқару жүйесіндегі әрбір элемент өте белгілі бір функцияны орындайды.

1.2 Автоматика элементтерінің түрлері

Орындалатын функциялар бойынша Автоматиканың негізгі элементтері датчиктерге, күшейткіштерге, тұрақтандырғыштарға, релеге, таратқыштарға, қозғалтқыштарға, импульс генераторларына, логикалық элементтерге, түзеткіштерге және т. б. бөлінеді.
Құрылғылар негізінде қолданылатын физикалық процестер түрі бойынша автоматика элементтері электр, ферромагнит, электржылытқыш, электр машиналық, радиоактивті, электрондық, иондық және т. б. болып бөлінеді.
Автоматтарда жиі қолданылатын кейбір негізгі элементтерді, оларды орындайтын функциялар бойынша жіктеп қарастырайық.
Датчик (өлшеу элементі, электрлік түрлендіргіш, сезімтал элемент) – кейбір физикалық шамалар түрінде, басқа физикалық шамаға шығуда оның кіруіне түсетін ақпаратты келесі элементтерге әсер ету үшін неғұрлым ыңғайлы етіп түрлендіруге арналған құрылғы.

4-сурет. Датчик схемасы

Көптеген датчиктер электрлі емес бақыланатын шамасына х электр өндіреді (мысалы, температурасын — ЭҚК көмегімен термопаралар; механикалық ауыстыруға байланысты ережелер зәкір мен электромагнит — индуктивтілік оның орамасының және т. б.).
Датчиктің негізгі сипаттамасы Шығыс шамасының кіріс х, яғни у = (х) тәуелділігі болып табылады.
– Сурет 5 датчиктердің негізгі сипаттамасының кейбір жалпы түрлері бейнеленген. Сурет бойынша, функционалдық байланыс кез келген заңдылыққа бағынуы мүмкін, бірақ датчиктің сипаттамасы сызықтық болып табылады.

5-сурет. Датчиктердің негізгі сипаттамалары

Өндірілетін түрлендіру принципіне байланысты датчиктердің екі түрі ажыратылады:
бақыланатын шаманың өзгеруі х кедергінің (белсенді, индуктивті және сыйымдылық) тиісті өзгеруімен қоса жүретін параметрлік (немесе пассивті), ал қосымша энергияның бөгде көзінің болуы z (2-сурет. б) міндетті шарт болып табылады;
(мысалы, термо -, пьезо -, фотоэффект және электр зарядтарының пайда болуын тудыратын басқа да құбылыстар салдарынан пайда болатын). Ол қосымша энергия көзін қажет етпейді, өйткені элементтің шығу энергиясы х кірісінен толық алынады (демек, олардың шығу сигналының қуаты кіріс сигналының қуатынан әрдайым аз).
Қарай, вила бақыланатын нсэлсктрической шамасын ажыратады датчиктер механикалық, жылулық, оптикалық және т. б.
Аралық түрлендіргішпен электр датчиктері жиі қолданылады, яғни механикалық датчикті электрмен біріктіреді. Мұндай датчиктерде бақыланатын шаманың түрленуі мынадай схема бойынша жүзеге асырылады: өлшенетін шама — механикалық орын ауыстыру-электрлік шама. Өлшенетін шаманы жылжытуға түрлендіретін Элемент бастапқы түрлендіргіш немесе бастапқы өлшеуіш (ПИ) деп аталады.
Мысалы, қысым ПИ Манометрді жылжытуға түрлендіреді, ол содан кейін белсенді кедергіні өзгертуге түрлендіреді (бұл сым, резисторлы датчиктер және т.б.).
Күшейткіш-кіріске түсетін физикалық шаманың (ток, қуат, Кернеу, қысым және т.б.) сандық түрлендіруін жүзеге асыратын автоматика элементі. Күшейткіштің z қосымша энергия көзі болуы тиіс (суретті қараңыз. 2, б). Күшейткіштің негізгі сипаттамасы У = (х) тәуелділік болып табылады; бұл ретте әдетте жұмыс учаскесіндегі желілік немесе желілік сипаттамаға жақын алуға ұмтылады. Күшейткіштің кірісі мен шығысындағы шамалар бірдей физикалық табиғатқа ие. 6-суретте күшейткіштердің әр түрлі сипаттамалары бейнеленген.
Әрекет принципі бойынша күшейткіштер электрондық, магниттік, электр машиналық, диэлектрлік, тиратрондық, пневматикалық және гидравликалық болып бөлінеді.

6-сурет. Күшейткіштердің негізгі сипаттамалары

Автоматты жүйе өзара байланысқан және белгілі бір қызмет атқаратын дербес конструкциялық элементтерден тұрады, оларды автоматика элементтері не құралдары деп атайды. Элементтерді жүйеде атқаратын қызметіне қарай салыстырушы, түзетуші, қабылдаушы, жоспарлаушы, түрлендіруші және атқарушы деп ажыратады.
Қабылдағыш элементтер не бастапқы түрлендіріп бергіштер (датчиктер) технологиялық процестердің басқарылатын шамаларын өлшейді де, оларды бір физикалық түрден екінші бір физикалық шамаға түрлендіреді (мысалы, термоэлектрлік термометр температура айырымын термоЭҚК-не түрлеңдіреді).
Жоспарлаушы элементтер (баптау элементтері) арқылы жүйеге реттелетін шаманың Х0 қажет мәні беріледі; оның нақты мәні осы берілген мәнге сәйкес келуі тиіс.
Салыстырушы элементтер реттелетін шаманың берілген мәнін Х0 нақты мәнімен X салыстырады. Бұл элементтің шығысында алынатын айырымдық сигнал X=Х0-X атқарушы элементке тікелей не күшейткіш арқылы беріледі.
Түрлендіруші элементтер сигналдың пайдалануға ыңгайлы түрге түрлендірілуін және оның қуатын магниттік, электрондық және т. б. күшейткіштер арқылы үдетуін жүзеге асырады.
Атқарушы элементтер басқару объектісіне берілетін басқару әсерін тудырады. Олар басқару объектісіне берілетін не одан алынатын энергия немесе заттар санын өзгерту арқылы басқарылатын шаманы берілген мәніне сәйкес етіп ұстап отырады.
Түзетуші элементтер басқару процесінің сапасын жақсарту үшін қажет.
Автоматты жүйелерде көрсетілген негізгі элементтерден басқа қосалқы элементтер де болады, оларға ауыстырып қосқыш құрылғылар мен қорғау элементтері, резисторлар, конденсаторлар, сигнал беру жабдықтары жатады.
Автоматика элементтерінің қолдану және технологиялық ерекшеліктерін айқындайтын арнайы сипаттамалары мен параметрлері болады.
Басты сипаттамалардың біріне элементтің статикалық сипаттамасы жатады. Статикалық сипаттама деп, тұрақталған режим кезіндегі Хшығ шамасының Хкір шамасына тәуелділігін айтады: Хшығ=f(Хкір). Кірістік шамасының таңбасына сәйкес бейреверсивті (шығыстық шаманың таңбасы өзгерістің барлық деңгейінде тұракты болғанда) және реверсивті (кірістік шаманың таңбасының өзгерісі шығыстық шаманың таңбасының өзгерісіне әкеледі) статикалық сипаттамалар болып ажыратылады.