Автоматизація інженерного обладнання

Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

КИЇВСЬКИЙ КОЛЕДЖ МІСЬКОГО ГОСПОДАРСТВА

Реферат

з дисципліни: Основи автоматики та мікропроцесорної техніки

Тема:Автоматизація інженерного обладнання

Київ 2015

Зміст

Вступ

1. Основні елементи автоматизації в інженерному обладнанні

2. Приклад автоматизації інженерного обладнання

Висновок

Список використаної літератури

Додаток 1

Додаток 2

Вступ

Інженерне обладнання населених пунктів включає споруди водопостачання, каналізації, санітарної очистки, тепло-, газо-, електропостачання, радіофікації та телефонізації, які забезпечують необхідні санітарно-гігієнічні вимоги і створюють сприятливі умови для проживання населення та охорону навколишнього середовища від забруднення. Вибір систем інженерного обладнання, а також їх окремих елементів повинен обґрунтовуватись на порівнянні декількох варіантів і оцінки їх за техніко-економічними показниками. Всі види благоустрою представляють самостійну область інженерного проектування. Оскільки інженерні мережі розміщаються на території населених пунктів, то вони тісно пов'язані з їх плануванням і забудовою. Людині важко прослідкувати за усіма показниками та процесами, які відбуваються в інженерних системах, тому на допомогу приходить автоматизація.

Автоматизація - один з напрямів науково-технічного прогресу, спрямований на застосування саморегульованих технічних засобів, економіко-математичних методів і систем керування, що звільняють людину від участі в процесах отримання, перетворення, передачі і використання енергії, матеріалів чи інформації, істотно зменшують міру цієї участі чи трудомісткість виконуваних операцій. В автоматизації застосовують такі основні елементи: датчики, реле, підсилювачі, стабілізатори, розподілювачі та різні виконавчі механізми.

1. Основні елементи автоматизації в інженерному обладнанні

Одними з основних елементів в автоматизації являються датчики.

Датчики - це пристрої, які перетворюють не електричні величини у електричні.

Часто використовують такі датчики:

1) Ємнісні датчики - це такі датчики, в яких вимірювана величина перетворюється у значення ємності безпосередньо, чи при механічних переміщеннях. Відомо, що ємність плоского конденсатора пропорційна до діелектричної проникності середовища та площі пластин і обернено пропорційна до відстані між пластинами. Принцип роботи ємнісних датчиків і базується на зміні однієї із зазначених величин. Характерні галузі застосування ємнісних датчиків - вимірювання механічних переміщень (ємнісні мікрометри), вимірювання рівнів, тиску тощо.

2) Індуктивні датчики - це вимірювальні перетворювачі кута повороту або переміщення в зміну індуктивності. І. д. є котушкою індуктивності з магнітопроводом, рухливий елемент якого (якір) переміщується під впливом вимірюваної величини. Унаслідок зміни повітряного зазору в магнітопроводі змінюється його магнітний опір і отже, індуктивність котушки. Для вимірів котушку І. д. включають в диференціальну або мостову вимірювальну схему змінного струму, в якої вказуючий елемент проградуйований в одиницях вимірюваної величини.

Рис. 1 - а -- із змінним повітряним зазором; б -- із змінною площею повітряного зазору. 1 -- котушка індуктивності; 2 -- сердечник; 3 -- якір

3) Потенціометричні датчики використовують з метою перетворення кутових чи лінійних механічних переміщень у відповідні їм зміни опору, напруги або струму застосовують потенціометричний датчик, який становить увімкнений за схемою потенціометра резистор. На каркасі з ізоляційного матеріалу розміщена обмотка. Краєм провідника обмотки переміщується контакт щітки, який приводиться в рух за допомогою осі. Повзунок з'єднує контакт своєї щітки з щіткою струмоприймального кільця. Вісь обертання та повзунок ізольовані один від одного. Напруга живлення подається на зовнішні виводи потенціометра, а вихідна напруга знімається між одним із зовнішніх виводів і контактом, який з'єднаний зі струмоприймальним кільцем. Той елемент, котрого кутове переміщення потрібно перетворити, механічно з'єднується з віссю. Положення самої осі визначає опір потенціометра, а отже, вихідну напругу та струм навантаження. У якості навантаження можна застосувати і електровимірювальний прилад, наприклад, вольтметр, проградуйований у значеннях кутових переміщень. Потенціометричні датчики застосовують на тепловозах у якості датчиків тиску масла. Під тиском масла мембрана пливає на шток, далі - через важільну передачу на рухомий контакт потенціометра.

Рис. 2 - 1-вісь; 2-ковзкий контакт; 3-струмознімальне кільце; 4-намотаний дріт; 5-текстилітовий каркас (може бути інший матеріал)

Гальванічні датчики, їх робота базується на залежності ЕРС гальванічного кола від концентрації іонів в електроліті та окислювально-відновлювальних процесів, що відбуваються на електродах. Найширше гальванічні перетворювачі застосовуються у якості приладів для вимірювання активності (концентрації) водневих іонів. Вони базуються на властивостях різних розчинів (нейтральних, кислих, лужних), які залежать від концентрації в них водневих іонів. Гальванічний перетворювач складається з двох елементів: вимірювального електрода, який занурений у розчин, що досліджується та допоміжного елемента, у якого електродний потенціал повинен залишатись постійним. Вимірювання ЕРС гальванічних перетворювачів повинно проводитися таким чином, щоб через перетворювач не проходив струм, який спричиняє похибки від поляризації електродів та падіння напруги на внутрішньому опорі перетворювача. Зазначені вимоги примушують застосовувати електрометричні підсилювачі чи компенсаційні вимірювальні прилади. Необхідно також враховувати, що вимірювання тиску за допомогою гальванічних перетворювачів потребує уведення поправки на температуру.

Рис. 3 - 1-колба; 2-нижня сферична частина,виготовлена із спеціального мембранного скла; 3-допоміжний електрод(платиновий стержень, покритий шаром хлористого срібла)

Термоелектричні датчики, їх робота базується на термоелектричному ефекті, який полягає у тому, що у замкнутому контурі, котрий складається з двох різних провідників (чи напівпровідників), протікає струм, якщо місця з'єднання володіють різними температурами. Якщо взяти замкнутий контур, який складається з різнорідних провідників (термоелектродів), то на місці їх спаю і виникнуть термо-ЕРС, які залежать від температур цих спаїв. Оскільки ці термо-ЕРС виявляються увімкненими назустріч, то результуюча термо-ЕРС становитиме їх різницю. Якщо температури обох спаїв однакові, то результуюча термо-ЕРС дорівнює нулю. Спай, який поміщується у контрольоване середовище, називається робочим кінцем термопари, а інший - вільним.

Рис. 4 - 1 - Область холодного спаю, ІІ - область гарячого спаю, ІІІ - область вимірюваного приладу;1 - холодний спай, 2 - гарячий спай, 3 - вимірюваний прилад,4 - диференційний електрод

П'єзоелектричні датчики робота цих перетворювачів базується на використанні прямого п'єзоелектричного ефекту, який полягає у тому, що під впливом механічних напружень на поверхні деяких кристалів (кварц, сегнетова сіль, тощо…) з'являються електричні заряди. Ці перетворювачі генераторного типу, однак, їх вихідна потужність незначна, тому до виходу такого перетворювача необхідно під'єднати вимірювальний підсилювач з якнайбільшим вхідним опором. У п'єзоелектричних перетворювачах, в основному, застосовують кварц, який володіє високою механічною міцністю та дуже низькою залежністю параметрів від температури.Для збільшення сигналу, який надходить з перетворювача часто пластини-шайби з п'єзокераміки компонують в стовпчик (Б).Разом з перетворювачами, в яких п'єзоелемент працює на стискання-розтягнення, використовуються конструкції, в яких елемент працює на вигин і зсув (А-Б). Перетворювач, який працює на вигин, являє собою дві однакові пластини, склеєні між собою. Між ними розміщується металева фольга. При вигинанні такого елемента одна пластина видовжується, а інша скорочується. В залежності від схеми під'єднання обкладинок можна отримати або суму напруг (А), або суму зарядів (Б). Перетворювачі, які працюють на вигин, більш чутливі в порівнянні з перетворювачами, що працюють на стискання. В той же час вони поступаються останнім за міцністю та діапазоном частот.

Рис. 5

6) Тензометричні датчики - прилад для вимірювання деформацій, що викликаються механічним навантаженням в твердих тілах. Застосовується при дослідженні розподілу деформацій в деталях машин, конструкцій і споруд, а також при механічних випробуваннях матеріалів. Тензометричний датчик являє собою підкладку, на яку наклеєно декілька витків тонкого проводу (спеціальний сплав), або металевої фольги, як показано на рисунку. Датчик наклеюється на чутливий елемент, що сприймає навантаження F, з орієнтацією довгої осі датчика по лінії дії сили, що контролюється. Цим елементом може бути будь-яка конструкція, що перебуває під впливом сили F і працює в межах пружної деформації. Цієї ж деформації зазнає і тензодатчик, при цьому провідник датчика довшає або скорочується по довгій осі його установки. Останнє приводить до зміни його омічного опору за відомою з електротехніки формулою R=сl/S.

Тензодатчики можуть бути використані при контролі продуктивності стрічкових конвеєрів, вимірюванні маси транспортних засобів (автомобілів, залізничних вагонів), маси матеріалу в бункерах тощо.

Рис. 6

Також в автоматизації широко використовують реле.

Реле - це автоматичний пристрій, який реагує на зміни параметру (температури, тиску, освітленості тощо) і який, у разі досягнення параметром заданої величини, замикає або розмикає електричне коло.

Реле застосовуються там, де потрібно контролювати електричне коло за допомогою сигналу з низьким енергоспоживанням з повною гальванічною розв'язкою, або де кілька схем повинні контролюватися одним сигналом. Реле широко використовувалися на телефонних станціях й перших комп'ютерах для виконання логічних операцій.

Для автоматизації інженерного обладнання використовують такі види реле:

1) Геркон (скорочення від герметичний контакт) - електромеханічний пристрій, перемикач, рух електричних контактів якого керується магнітним полем.

Найменш надійним вузлом електромагнітного реле є контактна система. Істотним недоліком також є наявність тертя металевих деталей, знос яких призводить до зниження працездатності реле. Перераховані недоліки привели до створення герметичних магніто-керованих контактів, які називаються геркони.

Геркон являє собою герметичну скляну колбу в якій знаходяться дві (або більше) металічні контактні пластини. Всередині колби контакти гнучкі, бо обидва виконані у формі тонкої пластини, котра має довжину трішечки більшу за половину довжини колби. Ці пластини розташовані у паралельних площинах на малій відстані один від одного. Також виробляються геркони з перекидним контактом. У ньому центральний контакт виходить з одного боку колби та два других з іншого. Гнучким є тільки центральний контакт, який в присутності магнітного поля замикає один контакт або другий контакт при відсутності поля.

Під дією постійного магнітного поля гнучкі феромагнітні контакти взаємно притягаються і торкаються один одного. Коли дія магнітного поля припиняється, контакти повертаються в початкове положення.

Рис. 7

2) Реле рівня - пристрій, призначений для подання сигналу після того, як рівень робочої рідини (сипкої маси) досягне заданої величини.

Принцип роботи такого реле заснований на перетворенні зміни електричного опору між електродом датчика і стінкою резервуару в електричний релейний сигнал. При зануренні електроду реле в контрольоване середовище, опір ділянки електрод-стінка резервуара зменшується, загоряється світлодіод і спрацьовує реле відповідного каналу. При відсутності середовища опір збільшується, світлодіод гасне тому реле знеструмлюється.

3) Реле тиску - це пристрій, призначений для подання сигналу після того, як тиск робочого середовища досягне заданого значення.

Принцип роботи реле: вода або газ, поступаючи в резервуар, діє на мембрану або клапан, видавлюючи їх на деяку відстань. Коли тиск зменшується спрацьовує реле та закриває свої контакти. Коли тиск досягає зазначеного рівня контакти розмикаються, реле знеструмлюється.

4) Фазове реле - пристрій, що реагує на зміну зсуву фаз між струмом і напругою в системах змінного струму.

В електротехніці зсув фаз між напругою і струмом визначає коефіцієнт потужності в ланцюгах змінного струму. По суті Фазове реле фіксує коефіцієнт потужності.

5) Проміжне реле - це двопозиційні електричні апарати, що призначені для частих комутацій електричних кіл з малими струмами. Вони використовуються в схемах керуючого пристрою електроприводу для розмноження одного управляючого сигналу по декількох електричних колах. Ці реле також часто використовуються для забезпечення електричних блокувань. Іноді проміжні реле використовуються для вмикання/вимикання однофазних електродвигунів малої потужності. Оскільки такі електричні апарати призначені для комутації електричних кіл з малими струмами, то пристрій дугогасіння в них відсутній, і вони складаються лише з двох головних складових частин - електромагнітного привода та електричних контактів. Розподіл контактів на головні та допоміжні в ньому також відсутній, оскільки всі вони розраховані на комутацію електричних кіл зі струмами одного порядку.

У схемах електропривода робочих механізмів використовують реле проміжні як постійного, так і змінного струмів. Реле постійного струму більш надійні в експлуатації та більш економічні, ніж реле змінного струму. Основна перевага реле змінного струму полягає в тому, що вони не потребують окремого джерела постійного струму, оскільки переважна більшість робочих механізмів живиться від джерела змінного струму.

6) Реле захисту - здійснює безперервний контроль за станом усіх елементів електроенергетичної системи і реагує на виникнення пошкоджень і ненормальних режимів. При виникненні пошкоджень РЗ повинен виявити пошкоджену ділянку і відключити його від ЕЕС, впливаючи на спеціальні силові вимикачі, призначені для розмикання струмів пошкодження.

Швидке відключення пошкодженого устаткування або ділянки електричної мережі, що запобігає пошкодженню або зменшує його розміри, дозволяє зберегти нормальну роботу споживачів неушкодженої частини мережі, запобігає порушенню паралельної роботи генераторів.

7) Реле часу - реле, що призначено для створення потрібної затримки, або декількох затримок у передаванні впливу між окремими вузлами автоматичних пристроїв, або від одного пристрою до іншого, шляхом формування незалежної витримки часу для забезпечення певної послідовності роботи елементів схеми. Реле часу використовується у випадках, коли потрібно автоматично виконувати якусь дію не одразу, після надходження сигналу керування, а за деякий заданий проміжок часу.

Реле часу поділяються на реле затримки, та програмовані реле. Програмовані реле бувають електромеханічні (добові або тижневі) та електронні (тижневі, місячні та річні-астрономічні).

За способом запуску розрізняють реле часу з електричним, гідравлічним, пневматичним та ручним керуванням.

За видом вихідного сигналу реле часу бувають електричні, пневматичні та гідравлічні.

За способом формування витримки є реле часу з електричним, пневматичним, магнітним, механічним, електромеханічним, термічним та гідравлічним сповільненнями.

8) Реле температури - це таке реле яке спрацьовує, коли температура досягає певного рівня. Такі реле можуть встановлювати на електричні двигуни для запобігання перегріву, коли температура двигуна досягає максимуму то реле зупиняє роботу цього двигуна.

9) Електромагнітне реле - це механізм для управління різними виконавчими пристроями та комутації ланцюгів.

Будова реле досить проста. Його основою є котушка, що складається з великої кількості витків ізольованого проводу. Всередину котушки встановлюється стрижень з м'якого заліза. В результаті виходить електромагніт. Також в конструкції реле присутній якір. Він закріплений на пружному контакті. Сам же пружний контакт закріплений на ярмі. Разом зі стрижнем і якорем ярмо утворює магнітопровід.

Якщо котушку підключити до джерела струму, то магнітне поле, що утворилося намагнічує сердечник. Він в свою чергу притягує якір. Якір укріплений на пружному контакті. Далі пружний контакт замикається з іншим нерухомим контактом. Залежно від конструкції реле, якір може по-різному механічно управляти контактами.

2. Приклад автоматизації інженерного обладнання

реле автоматизація обладнання

Ефективність автоматизації інженерного обладнання можна показати на прикладі автоматичного управління відцентрового насосу.

Якщо до збірного резервуару від водойми потрапляє менше води ніж відбирається, то рівень в резервуарі зменшується. Коли він досягає мінімальної позначки, це фіксує електродний датчик сигналізатора рівня, який замикає свій контакт в ланцюзі, у якому знаходиться електромагнітне реле (KV1). Це реле замикає свій контакт, в ланцюзі де знаходиться інше електромагнітне реле(KV3).

Реле (KV3), має замикаючий контакт і коли він спрацьовує контакт цей замикається,це призводить до запуску магнітного пускача, який в свою чергу вмикає привід насосу.

Таким чином вода починає заливатись до резервуару.

Коли рівень води досягне максимальної позначки, то на це зреагує датчик рівня і замкне контакт в іншому ланцюзі, в якому знаходиться електромагнітне реле (КV2), це реле в свою чергу має розмикаючий контакт в ланцюзі де є реле (KV3).

Коли коло розмикається, знеструмлюється магнітний пускач і насос відключається.

Висновок

Отже пристрої автоматичного керування можна активно застосовувати для керування інженерним обладнанням. Адже це значно спрощує роботу людині. Всі дані, які показують датчики можна виводити на екрани. Таким чином перед працівником буде відкрита вся картина того, які процеси відбуваються, в якому стані знаходяться обладнання, контакти, ланцюги і т.д. Це дає змогу швидко реагувати на аварії, поломки і т.д. Таким чином можна збільшити термін використання деяких механізмів, приладів та приводів.

Звичайно дачники теж не довговічні,їм теж необхідний догляд та перевірки. Тому з кожним роком з'являються нові типи, які дешевші або зручніші в обслуговуванні та використанні. Також змінюються і габарити датчиків, що дозволяє економити місце. І з кожним роком автоматизація застосовується все більше й більше. Таким чином будуть з'являтися нові датчики, які будуть більш функціональними та корисними.

Список використаної літератури

1.Сайт vozom.org.ua;

2. Сайт uk.wikipedia.org ;

3. Сайт smart-home.te.ua ;

4. Сайт electrika.net.ua ;

5. Сайт studopedia.org ;

6. Сайт opticstoday.com;

7. Сайт strport.ru.

Додаток 1

Додаток 2

Размещено на Allbest.ru