Классификация устройств автоматики по назначению и выполняемым функциям

Все устройства автоматики можно разделить на две группы по своему назначению и области применения это такие как: системная автоматика технологическая.

В свою очередь, устройства автоматики в каждый из этих групп делятся на устройства автоматического управления и устройства автоматического регулирования.

Технологическая автоматика обеспечивает автоматическое управление или регулирование в основном в нормальном режиме работы, например, автоматическое включение синхронных компенсаторов или автоматическое регулирование напряжения, автоматическая синхронизация генераторов. Устройства технологической автоматики имеют, ?как правило местное значение.

Системная автоматика обеспечивает автоматическое управление или регулирование в основном в аварийных условиях. Поэтому к ней относятся устройства обеспечивающие предотвращение или наиболее эффективную локализацию аварий, возникающих в энергосистеме, например, устройства АРВ и форсировки возбуждения генераторов, устройства АЧР, АВР и АПВ.

Назначение и общая характеристика элементов составляющих автоматические устройства

Любое устройство автоматики имеет в том или ином виде следующие основные органы: воспринимающий воздействие внешнего фактора; преобразующий указанное воздействие по заранее намеченной программе в выходной сигнал и исполнительный, реализующий воздействие выходного сигнала на изменение регулируемого или управляемого параметра. B этих органах в определенных сочетаниях могут использоваться элементы различного функционального назначения — усиления сигналов, задержки, логических операций, математических преобразований (суммирования, инвертирования, дифференцирования, интегрирования, умножения, деления и т. п.) В качестве элементов автоматических устройств используются также датчики, реле и регуляторы.

Датчики или измерительные органы служат для, того «чтобы вое» принимать внешние воздействие.

Автоматический регулятор является устройством обеспечивающим поддержание требуемого режима регулируемого параметра в соответствии с заданной заранее программой.

Автоматические устройства осуществляют алгоритм автоматического управления и функционируют на основе информационных процессов. Изменяющиеся параметры процесса называются информационными. Характерными электрическими сигналами являются случайно изменяющейся постоянный или переменный ток, в частности синусоидальный, ток изменяющейся амплитудой, фазой или частотой. Значения постоянного тока и является информационными параметрами несущих процессов — постоянного и синусоидального токов.

Измерительные органы автоматических устройств можно разделить на аналоговые, аналого-дискретные, и дискретные, в частности цифровые.

Основной информационной операцией измерительной части автоматических устройств является сравнение сигналов. Сравнение состоит в сопоставлении однородных информационных параметров.

Кaк указывалось, в качестве информационных параметров используются амплитуда (абсолютное значение), фаза и частота переменного тока, значение и знак постоянного тока. Поэтому необходимо различать принципы сравнения электрических величин по абсолютному значению, фазе и частоте. Принцип сравнения фаз относится лишь к 1 измерительным органам переменного тока.

Если информационным параметром является частота переменного тока, то в измерительной части изменение частоты сначала преобразуется в изменение амплитуды или фазы, а затем производится сравнение по одному из указанных принципов. Для выполнения операции уравнения необходимо не менее двух значений тока или напряжения (электрических величин). Поэтому в измерительных органах с одной входной величиной производится либо сравнение информационного параметра с заданным (эталонным) значением, либо амплитуд или фаз двух величин, которые являются разными функциями информационного параметра.

К дополнительным элементам часто относят элементы, которые могут и не входить в измерительный орган. Наиболее важным дополнительным элементом измерительного органа является усилитель мощности выходного сигнала элемента сравнения. В ряде случаев между элементом сравнения и линейным усилителем устанавливается частотный фильтр, для снижения гармонических составляющих на выходе элемента сравнения в целях повышения относительного уровня сигнала.

В электромеханических измерительных органах производится преобразование физической природы выходного сигнала. Например, изменения амплитуды переменного тока преобразуется в изменение средних значений механического усилия (или вращающего момента) которое сопоставляется с усилием (или противодействующим моментом) пружины, пропорциональным заданному току. Соответствующие преобразователи сигнала называются также воспринимающими элементами. Они обычно конструктивно связаны с элементов сравнения.

В устройствах автоматики, аппараты относящиеся к категории элементов релейного действия содержат четыре основных органа: воспринимающий, исполнительный, замедляющий и регулировочный.

ВОСПРИНИМАЮЩИЙ орган реагирует на внешние параметры и при достижении ими определенных значений производит скачкообразное изменение состояния исполнительного органа (положение контактов, перемещение спускового механизма и т. д.).

Орган, вводящий задержку в действие реле, называется ЗАМЕДЛЯЮЩИМ или органом выдержки времени. Если исполнительный орган воздействует на изменение у ставок срабатывания своего воспринимающего органа или воспринимающих органов других устройств, то такой исполнительный орган называется РЕГУЛИРОВОЧНЫМ.

Работать в релейном режиме, могут различные автоматические устройства, содержащие электромеханические, электропневматические, электромагнитные или электрогидравлические аппараты, полупроводники, магнитные элементы и т. п. В таком режиме работают всевозможные типы выключателе и автоматов, исполнительным орган которых контролирует включенное или отключенное состояние силовой цепи, Релейный режим характерен еще и тем, что незначительное изменение внешнего фактора, на которое реагирует воспринимающий орган, может вызвать большое изменение величин, управляемых исполнительным органом.

В устройствах системной автоматики, так же как и в устройствах релейной защиты, в большинстве случаев реле служат для управления электрическими цепями. Воздействие исполнительного органа на управляющую цепь осуществляется при помощи контактов или бесконтактно. Контакты реле бывают замыкающие и размыкающие (проскальзывающие). Если после исчезновения действующего фактора (контролируемый параметр принял исходные величины) возврат исполнительного органа и всех рабочих частей происходит в исходное положение самостоятельно, то реле называется «РЕЛЕ С САМОВОЗВРАТОМ», если рабочие части остаются в сработанном состоянии — «РЕЛЕ С САМОУДЕРЖАНИЕМ». Если возврат реле происходит не сразу, а с некоторой выдержкой времени, то говорят, что «РЕЛЕ С ВРЕМЕНШМ ВОЗВРАТОМ» .

Параметром срабатывания реле Пср является минимальная величина внешнего фактора, на который реагирует воспринимающий орган (например, замыкаются замыкающие контакты) или размыкаются размыкающие контакты.

Параметром отпускания реле Потп является максимальная величина внешнего фактора, на который реагирует воспринимающий орган, вызывающая действие исполнительного органа, обратное тому, которое производится при срабатывании.

Параметром возврата реле Пв является максимальная величина внешнего фактора, на который реагирует воспринимающий орган, обуславливающая переход всех органов реле в исходное первоначальное состояние.

Параметры срабатывания и возврата не следует смешивать с параметрами трогания реле при срабатывании или отпускании, т. е. с теми значениями внешнего фактора при которых происходит качественные изменения состояния внутри реле, являющиеся необходимыми, но не обязательно достаточными для срабатывания или возврата.

Для анализа действия различных устройств автоматики важное значение имеет величина коэффициента возврата, определяющаяся соотношением:

В настоящее время имеются различные способы, позволяющие приблизить значение KВ различных релейных устройств в единице, что требуется для повышения чувствительности воспринимающих органов.

Качественные характеристики явлений, на которые реле предназначены реагировать, следующие: реле значения величин (значение тока, напряжения, сопротивления, мощности и т. п.), реле длительности явлений (реле времени), реле последовательности явлений (органы логических операций), реле частоты импульсов (счетные устройства и т. д. Кроме того реле различают по областям значений величины, на которые реагирует воспринимающий орган: реле увеличения или уменьшения — максимальное или минимальное реле и знака — величины — направленные реле, поляризованные реле.

Для максимальных реле коэффициент возврата КВ меньше единицы, для минимальных KВ больше единицы.

Реле подразделяются на электрические, механические, гидравлические, тепловые, оптические и т. д. В зависимости от состояния объектов, контролируемых при помощи реле различают: реле защиты, контроля, перегрузки, соответствия, синхронизации и т. п.

В зависимости от положении в устройстве автоматики и выполняемых функций реле классифицируют как первичные — воспринимающий орган реле включен непосредственно в цепь, на изменение состояния которой реле предназначены действовать; вторичные — воспринимающий орган включен в контролируемую цепь через индуктивную или емкостную связь; промежуточные — реле являются в схеме устройства промежуточным звеном; замедляющие — реле являются звеном создающим требуемое замедление в работе устройства; сигнальное — реле указывает состояние исполнительного устройства в целом или его отдельных элементов.

В зависимости от явлений, используемых для действий реле, последние подразделяются на электромагнитные, поляризованные, полупроводниковые, электронные, индукционные, фотоэлектрические и ферромагнитные и т. п.

Реле классифицируются также и по времени срабатывания или возврата (tср и tв) т. е. по времени от момента достижения действующего фактора, на который реагирует воспринимающий орган, величины параметра срабатывания или возврата, до момента срабатывания или возврата исполнительного органа. Время срабатывания (t? 0,02 с) быстродействующие.

Как было отмечено ранее, в результате переработки информации о состоянии управляемого (контролируемого) элемента и о действующих на него возмущениях должны быть определены необходимые управляющие воздействия. Формирование сигналов, преобразуемых затем в управляющие воздействия, производится логической; частью автоматических устройств.

Схемы логической части современниых автоматических устройств во многих случаях достаточно сложны. Применение при анализе и синтезе логических схем аппарата математической логики позволяет в значительной степени формализовать их описание и свести решение логических задач к операциям с алгебраическими символами по правилам, установленным алгеброй логики, называемой также булевой алгеброй. Использование терминов и символов алгебры логики позволяет обеспечить достаточную наглядность и дает изображение схем не зависящим от типа применяемых элементов.

Переменные величины в алгебре логики могут принимать только два значения, в соответствии с которым в зависимости от условий рассматриваемой задачи могут ставиться различные пары противоположных понятий: истине — ложно, включено — отключено, естьнет и т. д.

Для обобщенного описании задачи приняты эти два значения переменной обозначать цифрами 0 и 1.

Основные понятия алгебры логики.

Логические элементы автоматических устройств выполняются на базе элементов релейного действия или элементов работающих в режиме переключения, поскольку как аргументы, так и сами функции принимают только два значения (0 или I).

Логические функции, значения которых полностью определяются только существующим сочетанием значений аргументов и изменяются и одновременно с изменением этого сочетания, принято называть комбинационными или однотактными.

Комбинационные логические функции не содержат временных операторов задержки или памяти. Схемы реализующие комбинационные логические функции, относятся к так называемым простым или примитивным автоматам.

Логические схемы, реализующие на ряду с комбинационными логическими функциями также и временные операторы задержки или памяти, относятся к классу цифровых или КОНЕЧНЫХ АВТОМАТОВ.

Если независимые переменные (аргументы) обозначить Х1, Х2, Х3 и т. д., а функцию через Y, то все комбинационные логические функции, устанавливающих соответствие значений функции значениям аргументов.

Yi = fi (X1, X2,…).

или в виде таблиц, содержащих все возможные комбинации значений аргументов и соответствующие им значения функций.

Рассмотрим основные функции и некоторые тождества алгебры логики в объеме необходимом для понимания изучаемого материала. Логическое сложение — функций или — называют функцию, в результате которой получается логическая сумма, или дизъюнкция:

Y = Х1 + Х2 + X3 +.. .+ Xn.,.

Логическая сумма Y равна нулю только в том случае, когда все входные переменные одновременно равны нулю, и равна единице, если хотя бы одна из них равна единице. Логический элемент или обозначается следующим образом.

Логическое умножение. Логическим умножением — функцией и называют функцию, результатом которой является логическое произведение, или конъюнкция переменных:

Y = Х1, Х2, X3 … Xn.,.

Логическое произведение X равно единице в том случае, когда все переменные X равны одновременно 1, и равно 0, если хотя бы одна из переменных равна 0. Для обозначения логического сложение и умножения используются знаки? и ?.

Логическое отрицание. Логическим отрицанием, или инверсией, называют функцию.

Y =, которая означает, что Y = 1 при X = 0 и наоборот, Y = 0, когда X = 1 (читается «НЕ х»).

При анализе и синтезе логических схем устройств автоматики, помимо элементарных функций ИЛИ, И, НЕ, могут оказаться необходимыми некоторые основные тождества и законы, устанавливаемые алгеброй логики. К тождествам, истинность которых легко устанавливается при помощи элементарных функций, относятся следующие:

X1 + = 1; X1 · = 0;

XI + 1 = 1; XI· I = XI; XI + XI = XI.

XI· XI = XI;

= XI.

Для логических функций сложения и умножения справедливы основные законы элементарной алгебры, на основании которых могут быть записаны соответствующие тождества:

сочетательный закон: (XI+X2) + X3=(XI+X3); (XI · X2) X3 =(X2· X3) XI.

переместительный закон: XI+X2=X2+XI; XI· X2=X2·XI.

раcпределительный закон: XI (X2+X3)=XI· X2+XI·X3; (XI+X2)(XI+X3)=XI· X2·X3 данное выражение получается на основе тождеств указанных выше.

Основные виды ПА.

При всем многообразии конкретный исполнений устройств ПА все они могут быть сведены к следующим основным видам:

а) ПА для предотвращения нарушения устойчивости АПНУ Устройства АПНУ выявляют возникновение опасных перегрузок или набросов мощности, внезапное отключение участков электропередач или их полные разрывы, возникновение неполнофазных режимов и другие аналогичные нарушения нормального режима работы.

Во всех случаях угрозы нарушения устойчивости АПНУ производят быструю дозированную разгрузку электропередач и меж естественных связей.

Для разгрузки используются 3 основных вида воздействий: отключение гидрои турбогенераторов (ОГ) или быстрая разгрузка паровых турбин (РТ) с последующим ограничением мощности (ОМ) по условиям после аварийного режима.

В некоторых случаях целесообразно совмещать с ОГ и РТ в избыточной части ОЭС производить ограничения нагрузки (ОН). Кроме рассмотренных основных видов воздействия применяются дополнительные воздействия, способствующие повышению пределов передаваемой мощности; принудительная форсировка возбуждения генераторов и СК; форсировка установок продольной, емкостной компенсации (УПК) путем отключения части параллельных ветвей (мостов); отключения шунтирующих реакторов.

б) ПА для ликвидации асинхронного режима (АЛАР).

Устройства АЛАР выявляют моменты в приближения к пределу устойчивости или момент возникновения асинхронного режима и воздействует на его прекращение путем деления энергосистем в заранее намеченных сечениях, либо ресинхронизации энергосистем.

В этих случаях они производят ОГ и РТ в избыточной части энергосистемы для выравнивания частот, что ускоряет процесс ресинхронизации.

в) ПА для ограничения повышения частоты (АОПЧ) Устройства АОПЧ выявляют повышение частоты и при превышении допустимых значений производят ОГ и гидрогенераторов и при необходимости отделение ТЭС от энергосистемы со сбалансированной нагрузкой.

г) ПА для ограничения повышения напряжения (АОПН) Устройство АОПН выявляет повышение напряжения до определенных установленных значений и производят включение шунтирующих реакторов и отключение линий, являющихся источниками повышенного напряжения.