Системы автоматического контроля (сак)
САК решает задачу автоматического получения информации о значении контролируемых параметров или их отклонении от заданных значений и представления её в удобном виде оператору или для использования в системах автоматики.
При малом числе контролируемых параметров объекта по каждому из них организуется автономный канал контроля.
РИС 77
В такой САК контролируемый параметр Х объекта О измеряется датчиком Д, сравнивается с заданным значением ХЗ в управляющем элементе УЭ и результат измерения и контроля представляется оператору элементами отображения информации ЭОИ (световые и звуковые приборы). Сигнальные элементы (разноцветные лампы) загораются при достижении предельных отклонений параметров от заданных значений. Если же отклонение параметра грозит безопасности персонала или нарушению тех. процесса, включается звуковой сигнал (звонок, сирена).
С увеличением числа контролируемых параметров применение одноканальных САК становится очень громоздким. Оценка течения тех. процесса оператором становится затруднительной из-за множества приборов. В таких случаях организуется централизованный автоматический контроль.
В централизованных САК контролируемые параметры делятся на 4 группы:
1) параметры, значения которых измеряются постоянно и отражаются на пульте управления;
3) параметры, значения которых не отображаются, но осуществляется сигнализация их отклонений от заданных значений;
4) параметры, измеряемые по вызову оператора.
Для снижения затрат построение систем централизованного (СЦК) контроля осуществляется по принципу обегающего контроля.
Рассмотрим один из вариантов построения СЦК со следующими функциями:
а) последовательное измерение контролируемых параметров объекта О и сигнализация об их отклонении от нормы;
б) периодическая и (или) непрерывная регистрация контролируемых параметров и их отклонений в цифровой форме по выбору оператора;
в) выдача информации о значении любого контролируемого параметра по запросу оператора, а также автоматически локальным регуляторам и вычислительным устройствам.
РИС 78
Устройство централизованного контроля включает в себя:
НП – нормирующие преобразователи, осуществляющие нормализацию сигналов датчиков Д;
ВП – входной переключатель, подключающий последовательно во времени датчики ко входу устройства контроля;
БУ – блок управления, организующий работу элементов устройства; _
ЗУ – задающее устройство, определяющее граничные значения по каждому параметру ХЗi;
УОО – устройство определения отклонения параметра от заданного значения
СИ – сигнализатор отклонения параметра в меньшую или большую сторону от зоны допустимых значений;
БВ – блок выбора оператором параметров и способа их регистрации и индикации;
ЦПУ – цифровое печатающее устройство;
ЦП – цифровой показывающий прибор.
Параметры Х1, …, Хn тех. процесса измеряются датчиком, преобразуются в унифицированные сигналы НП и через ВП поступают поочерёдно на вход АЦП в аналоговой форме. С выхода АЦП сигналы в цифровой форме (цифровой код) Хi направляются к устройствам УОО, ЦПУ и ЦП и на вычислительное устройство для более сложной обработки информации, например для вычисления и анализа технико-экономических показателей функционирования объекта контроля. На другой вход УОО синхронно с измеренным значением i-го параметра подаётся его заданное значение. По результатам их сравнения с учётом величины и знака отклонения выходной сигнал УОО включает соответствующие сигнальные лампы.
ЦПУ регистрирует значения всех или по выбору оператора контролируемых параметров и их отклонений. При этом осуществляется т.н. “опросная печать”, которая запускается либо автоматически в заранее выбранные и введённые в БУ моменты времени, либо по произвольному выбору оператора с помощью БВ.
При управлении тех. процессом часть аналоговых сигналов А передаётся на локальные регуляторы, которые воздействуют на процесс через исполнительные механизмы.
СЦК марки М-60 могут контролировать свыше 4000 сигналов, используются при управлении мощными энергоблоками ТЭС и АЭС.
Системы автоматического контроля (САК).
Служат для получения и обработки информации о значении контролируемого параметра и сравнения его с заданным.
Контроль может быть:
— непрерывным или дискретным;
— самостоятельным или входить в состав системы управоения технологическим процессом;
— местным или дистанционным;
— пассивным или активным;
— единичного или множественного действия.
Рассмотрим работу типовой структурной схемы САК
Рисунок 14.1 Структурной схемы САК
где U(t) – задающее воздействие (общий сигнал в систему),
x(t) – управляющее воздействие (то, что вырабатывает регулятор),
y(t) – управляемая величина,
e(t) – отклонение (ошибка) управляемой величины от задающего воздействия.
Структура САУ состоит из (см. рис.14.1):
Блоки 1, 10, 9 образуют датчик (D), а блоки 3, 4, 5, 6, 7, 8 – сервомеханизм.
Тогда, с учетом укрупнений, получим (см.рис. 14.2):
Рисунок 14.2. Укрупнённая структура САУ
Работа любой САК начинается с измерения контролируемого параметра объекта (О). Этот процесс выполняет датчик (D). Он не только измеряет контролируемую величину, но и преобразует эту величину в удобную для передачи на расстояние или для восприятия последующими устройствами схемы форму сигнала. Если этот сигнал слаб, его усиливают усилителем (6). Далее сигнал может быть послан по-разному.
Недостатком этой схемы является невозможность вмешиваться в ход протекания технологического процесса.
Дата добавления: 2015-10-26 ; просмотров: 2304 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ
Тема 1.3 Системы автоматического контроля. Автоматизация контрольных измерений в машиностроении
1. Структура САК, основные понятия.
2. Классификация систем автоматического контроля.
3. Системы пассивного контроля. Автоматические сортировщики
4. Системы активного контроля. Контрольно-измерительные машины.
1. Для обеспечения требуемого качества дет талей и изделий (точность размеров, геометрическая, форма, параметр шероховатости поверхности и т. д.) применяют комплексный контроль, включающий в себя контроль: готовых изделий, заготовок, вспомогательных средств производства (режущего инструмента, измерительных средств и т. д.), основных средств производства (технологического оборудования, систем и средств управления и т. д.).
Система автоматического контроля (САК) предназначена для автоматического контроля различных физических величин (параметров), сведения о которых необходимы при управлении объектом. Всякая система состоит из элементов, узлов и устройств, оределенную функцию; следовательно, систему автоматического контроля можно представить схематически (Рисунок 10)
Датчик (Д) измеряет значение контролируемого параметра объекта (О) и преобразует его в сигнал, удобный для усиления или передачи. Наибольшее применение находят датчики, преобразующие неэлектрическую величину в электрическую.
В состав систем автоматизации производственных процессов входят дополнительные элементы, не участвующие в преобразовании информации, а обеспечивающие данное преобразование. К ним относятся источники энергии, стабилизаторы, переключатели и др.
В зависимости от вида исполнительного элемента автоматический контроль разделяют на четыре основные группы:
— автоматическое указание значений контролируемых параметров; указывающий прибор (ПУ) может быть стрелочным, цифровым;
— автоматическая сортировка различных изделий в зависимости от заданных значений контролируемых параметров (ПС – прибор сортирующий).
Система автоматического контроля не вмешивается в ход протекания технологического процесса.
2. В зависимости от вида, стоимости и требований, предъявляемых к точности изготовления деталей, контроль может быть полным, когда проверяются все изделия, и выборочным, когда проверяется часть деталей.
По принципу действия различают:
— системы пассивного контроля, представляющие собой системы автоматического контроля (САК), задача которых получить необходимые сведения об управляемом объекте или параметрах технологического процесса (система не изменяет параметров технологического процесса во время обработки, т.е. ведет себя пассивно);
— системы активного контроля, которые представляют собой системы автоматического регулирования (САР), задача их не только измерять необходимые величины, но и поддерживать их заданное значение во время технологического процесса.
В настоящее время системы активного контроля организуют в большинстве случаев по принципу адаптивного управления, т. е. управление технологическим процессом ведут совместно с ЧПУ и САК, задача которой на основании сведений, полученных от автоматических устройств, менять программу управления, тем самым восстанавливая отклонившиеся величины.
По назначению различают следующие системы автоматического контроля: технологических параметров в процессе обработки; параметров готовых изделий (контроль качества продукции); состояния оборудования и систем управления; состояния инструмента, оснастки и т. д.; программного и информационного обеспечения (сбор сведений, обработка сведений, систематизация и т. д.).
3. Системы автоматического пассивного контроля различаются:
— аппаратными средствами и способами организации контроля; разновидностями и способами контактирования с измеряемыми величинами (прямое контактирование, косвенное, контактирование в рабочей позиции, в измеряемой позиции и т. д.);
— видами датчиков, применяемых для измерения величин (индуктивные, пневматические, фотоэлектрические, тензометрические, оптоэлектронные);
— способами организации измерительной системы и средствами обработки полученной информации (измерение, дискретное, измерение методом сравнения с заданным значением, измерение с преобразованием аналогового сигнала в числовой код и т. д.);
— видами индикаторов и средствами отображения информации измерений (стрелочные индикаторы, цифровые, символьные, сегментные отображения информации на ЭЛТ и т. д.);
— способами хранения и регистрации данных (регистрация на бумажных лентах в виде диаграмм, графиков, регистрация посредством печатающих устройств, регистрация с записью в ЗУ).
Системы пассивного автоматического контроля могут иметь также различные способы организации контроля: непосредственно во время технологического процесса (постоянный или поэтапный) и полученных результатов.
На рисунке 11показана одна из структурных схем системы пассивного автоматического контроля. Система включает в себя: дифференциальный индуктивный размерный датчик 1; электронный блок (ЭБ), имеющий электронный усилитель и преобразователь; указывающий прибор, выполненный в виде электронного цифрового индикатора (ЭЦИ) и исполнительного реле. Датчик имеет два Ш-образных сердечника (4),закрепленных с помощью плоских пружин на корпусе датчика. На сердечниках расположены две обмотки (W1W3),которые совместно с полуобмотками трансформатора (W2W4,)представляют собой уравновешенный измерительный мост, в диагонали которого подключено питающее напряжение от сети переменного тока (Un).Измерительный шток датчика 2 подвешен посредством плоских пружин 3к корпусу. На штоке закреплен якорь сердечника 5.Вращением микрометрического винта 8 сердечники перемещаются относительно якоря. Если размеры детали до обработки превышают пределы измерения датчика, то ограничительная гайка 6, установленная на штоке, с помощью угольника 7 отодвигает сердечник от микрометрического винта (зона отсутствия измерений).
Принцип действия САК состоит в следующем. При контактировании измерительного штока с измеряемойповерхностью якорь средечника отклоняется от среднего положения, что вызывает дисбаланс моста (сигнал рассогласования) вследствие неравенства зазоров между якорем и сердечником. Напряжение рассогласования моста, усиленное и преобразованное в электронном блоке в цифровой код, индицируется на ЭЦИ в виде значения отклонения размера. При балансе моста электронный блок формирует сигнал на прекращение обработки с помощью исполнительного реле.
В массовых видах производства применяются для контроля изделий или деталей применяют всевозможные пассивные средства контроля, работающие как автоматические сортировщики. Они не только измеряют размер или его отклонения, но и по результатам измерений дают оценку: годная деталь с допустимыми отклонениями; негодная с отклонениями, которые можно исправить; бракованная. Такие автоматические сортировщики, кроме измерительной системы, имеют исполнительные механизмы подачи детали на измеряемую позицию, ее фиксацию и механизмы, распределяющие детали по накопителям упомянутых позиций.
4. С развитием микропроцессорной и микроэлектронной измерительной техники многие задачи автоматизации контроля в машиностроении решаются на новом техническом уровне с учетом новых достижений в технике.
САК параметров технологического процесса или автоматического контроля качества готовых изделий на базе развития микроэлектронной техники и средств вычислительной техники стали составной частью САУ и встраиваются непосредственно в технологические объекты или технологические комплексы.
Измерительные машины изготовляют в виде промышленных роботов автоматического контроля, которые оснащены измерительными средствами, управляющими программами. САК СЧПУ выполняют как координатно-измерительные машины (КИМ), которые могут быть автономными или могут встраиваться в технологический комплекс.
На рисунке 13показана структурная схема координатно-измерительной системы, состоящей из измерительного стола, который свободно перемещается по трем координатам X, Y, Z. На столе с помощью приспособления устанавливается контролируемое изделие. На неподвижной части относительно стола устанавливается измерительное устройство, фиксирующее положение измеряемой поверхности в виде калибра, щупа. Перемещение измерительного стола относительно фиксируемой позиции измеряется размерными датчиками (РД), которые ведут отсчет перемещения посредством оптической измерительной шкалы (ИШ). Сигналы датчика в виде импульсов, число которых пропорционально перемещению, подаются в операционное устройство (ОУ), где преобразуются в сигналы индикации (операционное устройство в своем ЗУ может сравнивать заданное значение с измеренным и вычислять отклонение). Обработанный в операционном устройстве сигнал подается на цифровое индицирующее устройство (ЦИУ), где в цифровом коде индицируется измеряемая величина или ее отклонение.
Раздел 2 Измерительные преобразователи систем (датчики)
Различают сак системы автоматического контроля какие
26. Системы автоматического контроля: назначение, структурная схема с дискретным контролем, принцип действия
САК является разновидностью ИИС (осуществляет контроль за состоянием объектов). Выдает информацию об исправности или неисправности объекта, не указывая на место неисправности. САК не имеет в своем составе устройств, кот осуществляют воздействие на объект.
Современные САК делятся на системы: 1) в которых осуществляется непрерывный контроль за состоянием объекта; 2) на системы с дискретным последовательным контролем параметров объекта.
САК с дискретным последовательным контролем наиболее распространены, дешевы, в своем составе имеют меньше оборудования
Контролируемая величина преобразуется в унифицированные сигналы И i и через коммутатор ИК подается на сравнивающее устройство СУ, где сравнивается с блоком выборки и хранения норм Н.
При наличии нескольких норм у одного контролируемого параметра норма может изменяться во времени. Изменение норм и переключение измерительного коммутатора ИК осуществляется блоком управления.
СПИ – средство представления информации. Соединяет устр-во индикации отклонения. СПИ выдает и регистрирует номер контролируемого параметра от устройства управления. Время наступления определяет события. Это время генерируется блоком УФВ – устройством формирования сигналов времени.
Недостатки : большая избыточность операций контроля. Частота опроса каналов ИК определяется из наихудших условий.
Из-за недостаточности предварительных сведений об объекте или невозможности построения САК в соответствии с этими свойствами может возникнуть ситуация, когда один или несколько параметров выйдут за пределы нормального обслуживания вследствие ожидания опроса. Такая ситуация приводит к пропуску предварительного режима работы.
Промышленные САК обычно являются комбинированными, т.е наиболее важные параметры контролируются непрерывно, менее важные – последовательно-дискретный контроль.
27. Системы автоматического контроля: назначение, структурная схема канала с непрерывным контролем, принцип действия
САК является разновидностью ИИС (осуществляет контроль за состоянием объектов). Выдает информацию об исправности или неисправности объекта, не указывая на место неисправности. САК не имеет в своем составе устройств, кот осуществляют воздействие на объект.
Современные САК делятся на системы: 1) в которых осуществляется непрерывный контроль за состоянием объекта; 2) на системы с дискретным последовательным контролем параметров объекта.
Структура системы с непрерывным контролем параметров объекта
СУ – сравнивающее устройство
Н – выработка и хранение норм
ИО – устр-во индикации отклонений
Система содержит в каждом канале контроля сравнивающее устройство и ИО. Число этих устройств в каждом канале зависит от числа установленных границ измеряемых параметров объекта. Это границы:
— предупредительная граница меньше;
— предупредительная граница больше;
— аварийная граница меньше;
— аварийная граница больше.
Устройство выборки и хранения норм Н может быть общим для ряда каналов или быть индивидуальным для каждого из каналов. Последний вариант требует использования значительных объемов оборудования. Сл-но, используется тогда, когда речь идет о контроле наиболее ответственных параметров для высокой точности и своевременности выдачи результатов контроля. Быстродействие максимально.
Промышленные САК обычно являются комбинированными, т.е наиболее важные параметры контролируются непрерывно, менее важные – последовательно-дискретный контроль.
28. Системы технической диагностики: назначение, схема, принцип действия
СТД не только выдают информацию о исправности или неисправности объекта, но и указывают на место неисправности. Любая СТД имеет в своем составе устройство, которое осуществляет воздействие на объект. Эти устройства реализуются в виде всевозможных генераторов стимулирующих воздействий.
По целевому назначению два класса СТД:
1) диагностические; 2) прогнозирующие.
Диагностические предназначены для установления диагноза, т.е. обнаружения неисправности или повреждения какого-либо объекта. Прогнозирующие решают задачу прогнозирования, которая является более сложной задачей и связана с тем, что по результатам предыдущих измерений проводят прогнозирование поведения системы в будущем.
По характеру процедуры выработки состояния объекта: 1) статистические; 2)детерминированные.
При статистической оценке состояния объекта решение выносят на основе измерений и проверок сигналов. При детерминированной – параметры объекта сравнивают с параметрами эталонного объекта.
Разновидности проверок : 1)функциональная; 2)алгоритмическая; 3)логически-комбинационная.
При функциональной выявляется наличие сигнала на выходе объекта при поступлении сигнала на вход. Отсутствие сигнала – отказ. При алгоритмической – в соответствии с алгоритмом работы объекта проверяется последовательность выполняемых объектом функций. Логически-комбинационная (тестовая) – позволяет обнаружить неисправность на любом уровне возникновения. Для решения этой задачи на вход подается специальная тестовая комбинация специальных стимулирующих сигналов. Наиболее сложная задача – задача отыскания узла, который вызывает неисправность объекта. Каждая очередная проверка должна проводиться с учетом функциональной задачи каждого узла, а также относительной вероятности возможности неисправности. Должен производиться учет ранее полученной информации. Существуют различные методы оптимизации программ диагностики.
ОД – объект диагностики
УКП – устройство контроля параметров
УО – устройство обработки
УВП – устройство ввода программ
УРИ – устройство распределения информации
ГСС – генератор стимулирующих сигналов
СПИ – средство представления информации
УУ – устройство управления
ИК – измерительный коммутатор
Информация от ОД через датчики Д с унифицированным выходным сигналом и ИК1 поступает на устройство контроля параметров УКП, содержащее устройство измерения и сравнения параметров с нормами. Результаты контроля поступают в УО, где могут сравниваться с образцовыми результатами. Образцовые результаты получают из ОЗУ. В ОЗУ может быть записана программа проверки, которая поступает от УВП. Эта передача осуществляется через УРИ, которое также управляет работой ГСС. А также осуществляет управление ИК2. На вход ИК2 подаются сигналы от ГСС. Эти напряжения на выходе измерительного коммутатора преобразуются измерительными преобразователями П в соответствующие сигналы, которые воздействуют на объект ОД.
Эти сигналы могут представляться в конечном итоге как электрические воздействия, так и неэлектрические воздействия.
В зависимости от полученной информации, которая представляется оператору О, осуществляется также выработка соответствующий воздействий на УУ. Кроме этого через УУ можно осуществлять воздействие на УВП и изменить программу проверки.
Изменяя программу проверки через П, в конечном итоге производится выявление дефектных узлов или деталей. Поэтому в зависимости от набора тестовых сигналов (сложности набора) может быть определен неисправный элемент почти на любом уровне.
29. Измерительно-вычислительные средства: назначение и области применения, основные функции и компоненты ИВС
ИВС – это совокупность технических средств, которые обеспечивают измерение, сбор, вычислительную обработку, распределение измерительной информации в системах управления при проведении научных исследований и комплексных испытаний.
К ИВС относятся как измерительные приборы, так и измерительные комплексы, которые содержат аналоговые, цифровые или гибридные процессорные средства. Различают ИВП – измерительно-вычислительные приборы; ИВК – измерительно-вычислительные комплексы.
На основе ИВС создают информационно-измерительные приборы, информационно-измерительные системы, которые отличаются следующими признаками:
1) Они имеют расширенные функциональные возможности, которые функцией перепрограммирования.
2) обладают улучшенными метрологическими характеристиками за счет применения статистических методов обработки измеренной информации с учетом внешних влияющих факторов.
К вычислительным средствам, которые используются в СИ, возлагают функции:
В общем случае вычислительные средства обеспечивают автоматизацию измерительных процедур от начала измерения до получения окончательных результатов.
Особое место в ИВС занимают процессорные средства, которые используются почти во всех измерительных устройствах. Современные ИИС на основе ИВС входят в состав автоматических систем управления, автоматических систем научно исследовательских комплексных испытаний АСНИКИ, САПР, гибких автоматических производств, автоматических обучающих систем.
Основные компоненты : аналоговые измерительные преобразователи, АЦП, ЦАП, средства сопряжения. Сочетание перечисленных преобразователей и их различная структурная организация позволяет обеспечить требуемые функции и требуемую погрешность измерительного канала.
30. Измерительный канал на основе измерительно-вычислительных средств: структурная схема, принцип действия, определение числа разрядов АЦП и оценка достоверности аналогово-цифрового преобразования
Измерительный канал ИК содержит:
1 – аналоговый измерительный преобразователь
2 – аналогово-цифровой преобразователь АЦП
3 – цифровое вычислительное средство.
Задача проектирования – выбор числа разрядов АЦП.
Определение требуемого числа разрядов АЦП при заданной общей предельной погрешности 
и заданном отношении с.
Примем закон распределения равномерным для погрешности квантования и для суммы остальных составляющих. Тогда 
, где К – коэф-т, зависящий от закона распределения 
, а также от принятой доверительной вероятности.
Нужно выполнить оценку достоверности аналогово-цифрового преобразования величины S при воздействии на АЦП аддетивной случайной помехи h с нормальным законом распределения.
Для решения этой задачи примем, что вероятность 
правильного аналогово-цифрового преобразования S определяется вероятностью того, что мгновенное значение помехи р не выйдет за пределы шага квантования.
Вероятность ошибочного преобразования:
.
Это вероятность того, что в процессе преобразования аналогового сигнала в цифровой код выйдет за пределы шага квантования. Т.е. превысит 
Разрядность ИВС может оказаться значительно больше, чем разрядность используемых АЦП. Это объясняется тем, что после преобразования осуществляется обработка информации, которая содержит элементы статистической обработки, что приводит к увеличению разрядности.
