Функции и общие характеристики элементов систем автоматики и телемеханики

Системы автоматики и телемеханики состоят из отдельных связанных между собой элементов. Важным этапом разработки и проектирования САР является выбор этих элементов в соответствии с требованиями, предъявляемыми к ним по чувствительности, мощности, точности и надежности. Специалист, разрабатывающий автоматический регулятор, должен располагать достаточно полными сведениями о свойствах элементов, из которых могут быть собраны проектируемые устройства. Эти знания нужны и специалисту-эксплуатационнику. Ниже рассматриваются основные характеристики систем автоматики и телемеханики.

Задачей каждого элемента является качественное или количественное преобразование воздействия х, полученного от предыдущего элемента системы, в выходную величину у и передача ее последующему элементу.

Величины х и у могут быть как электрическими (ток, напряжение, сопротивление), так и неэлектрическими (температура, давление, скорость, перемещение). Связь между значениями х и у определяется некоторой зависимостью:

Если выходная величина у изменяется пропорционально входной величине х, то выражение (7.1) можно записать как.

где К — коэффициент преобразования.

Таким образом, каждый элемент автоматики и телемеханики можно представить как преобразователь параметров энергии или преобразователь параметров информации. Свойства систем автоматики и телемеханики зависят от свойств элементов, из которых они составлены. В свою очередь, свойства элементов системы и их характеристики определяются физическими принципами, лежащими в основе их действия. Чтобы решать задачи автоматизации различных технологических процессов, необходимо хорошо знать принципы действия отдельных элементов. Поэтому в данной главе рассмотрены физические принципы действия основных элементов автоматики и телемеханики.

По характеру выполняемых функций можно выделить следующие основные виды элементов автоматики и телемеханики: датчики, усилители, реле, двигатели и программируемые логические контроллеры (ПЛК) или микропроцессоры.

Датчик (измерительный орган или чувствительный элемент) — элемент, преобразующий контролируемую или регулируемую величину в величину другого вида, более удобного для воздействия на управляющий орган системы автоматики и телемеханики. Большей частью применяют датчики, которые преобразуют неэлектрические контролируемые величины в величины электрические, что позволяет создавать наиболее совершенные электрические системы автоматики и телемеханики.

Выходная электрическая величина датчика может представлять собой параметр элемента электрической цепи или ЭДС. Датчик, преобразующий изменение контролируемой величины в изменение параметра электрической цепи — активного, индуктивного или емкостного сопротивления, называется параметрическим. Датчик, преобразующий контролируемую величину в ЭДС постоянного или переменного тока, называется генераторным. Параметрические датчики не вырабатывают электрический сигнал. Они только изменяют свои параметры, а следовательно, и параметры цепи, и поэтому дополнительно требуют источник питания. Генераторные датчики не требуют источника питания, так как сами вырабатывают электрический сигнал.

По виду входных величин различают датчики механических и тепловых величин, а также датчики оптических величин и датчики состава вещества. Здесь мы будем рассматривать только датчики механических и тепловых величин.

Если контролируемая величина не воздействует непосредственно на датчик, а предварительно преобразуется в другую неэлектрическую величину (обычно механическое перемещение), то элемент, производящий это преобразование, называют первичным преобразователем или первичным измерителем.

Усилитель — элемент, в котором входная и выходная величины имеют одинаковую физическую природу и производится лишь количественное преобразование — усиление малой входной величины. Следует различать силовые и информационные усилители. В первом случае происходит усиление мощности. Во втором случае, когда потребление энергии практически отсутствует и передается только информация, в усилителе изменяются параметры информационного сигнала. Этот процесс называют также нормированием входной величины. Необходимость последнего вызывается тем, что разные информационные элементы работают с разными уровнями информационных сигналов.

Двигатель — элемент автоматики и телемеханики, служащий для преобразования энергии того или иного вида, чаще всего электрической, в механическое движение. Двигатели часто используются в качестве исполнительного органа для управления автоматизированным объектом.

Из всего многообразия элементов автоматики, которым можно было бы посвятить не одну книгу, в настоящей главе мы рассмотрим лишь физические принципы работы наиболее распространенных видов датчиков и электромагнитных элементов.