Классификация средств автоматизации. Технические средства автоматизации конспект лекций Комплексы технических средств систем автоматизации

Классификация технических средств автоматизации не является чем-то, уж слишком, сложным и нагруженным. Однако, в целом технологические средства автоматизации имеют достаточно разветвленную структуру классификации. Попробуем разобраться с ней.

Современные средства автоматизации делятся на две группы: коммутированные и некоммутированные (программированные) технические средства автоматизации:

1) Коммутированные средства автоматизации

Регуляторы

Релейные схемы

2) Программированные средства автоматизации

ADSP процессоры

ADSP процессоры – средство автоматизации, которое используются для сложного математического анализа процессов в системе. Эти процессоры имеют быстродействующие модули ввода/вывода, которые с высокой частотой могут передавать данные на центральный процессор, который с помощью сложного математического аппарата анализирует работу системы. Пример – системы вибродиагностики, которые используют для анализа ряды Фурье, спектральный анализ и счетчик импульсов. Как правило, такие процессоры исполняются в виде отдельной PCI платы, которая монтируется в соответствующий слот компьютера и использует ЦП для математической обработки.

ПЛК (программируемый логический контроллер)

ПЛК – самые распространенные средства автоматизации. Имеют собственный блок питания, центральный процессор, оперативную память, сетевую карту, модули ввода/вывода. Преимущество – высокая надежность работы системы, адаптация к промышленным условиям. Кроме того используются программы, которые выполняются циклически и имеют так называемый Watch Dog, который используется для предотвращения зависания программы. Также программа выполняется последовательно и не имеет параллельных связей и этапов обработки, которые могли бы привести к негативным последствиям.

ПКК (Программируемые компьютерные контроллеры)

ПКК – компьютер с платами ввода/вывода, сетевыми картами, которые служат для ввода/вывода информации.

ПАК

ПАК (программированные автоматизированные контроллеры ) – ПЛК+ПКК. Имеют распределенную сетевую структуру для обработки данных (несколько ПЛК и ПКК).

· Специализированные контроллеры

Специализированные контроллеры – не являются свободно программируемыми средствами автоматизации, а используют стандартные программы, в которых можно изменить только некоторые коэффициенты (параметры ПИД-регулятора, время хода исполнительного механизма, задержки и т.д.). Такие контроллеры ориентированы на заранее известную систему регулирования (вентиляция, отопление, ГВС). В начале нового тысячелетия эти технические средства автоматизации получили большое распространение.

Особенностью ADSP и ПКК является использование стандартных языков программирования: C, C++, Assembler, Pascal , - так как они созданы на базе ПК. Эта особенность средств автоматизации является одновременно и достоинством и недостатком.

Преимущество в том, что с помощью стандартных языков программирования можно написать более сложный и гибкий алгоритм. Недостаток – для работы с ними необходимо создавать драйверы и использовать язык программирования, который является более сложным. Преимуществом ПЛК и ПАК является использование инженерных языков программирования, которые стандартизованы IEC 61131-3 . Эти языки рассчитаны не на программиста, а на инженера-электрика.

Принцип преобразования информации

Принципы управления основаны на принципе преобразования информации.

Преобразователи – устройства, использующиеся в преобразовании величин одной физической природы в другую и обратно.

Датчики – устройства, вырабатывающие дискретный сигнал в зависимости от кода технологического процесса или воздействия на них информации.

Информация и способы её преобразования

Информация должна обладать следующими свойствами :

1. Информация должна быть понятной в соответствии с принятой системой кодирования или её представлении.

2. Каналы передачи информации должны быть помехозащищенными и не допускать проникновение ложной информации.

3. Информация должна быть удобной для её обработки.

4. Информация должна быть удобной для её хранения.

Для передачи информации используются каналы связи, которые могут быть искусственными, естественными, смешанными.

Рис. 3. Каналы связи

По-подробнее о каналах связи мы будем говорить чуть позже.

Общие сведения об автоматизации технологических

Процессов пищевых производств

Основные понятия и определения автоматики

Автомат (греч. automatos – самодействующий) – это устройство (совокупность устройств), функционирующее без участия человека.

Автоматизация – это процесс в развитии машинного производства, при котором функции управления и контроля, ранее выполнявшиеся человеком, передаются приборам и автоматическим устройствам.

Цель автоматизации – повышение производительности эффективности труда, улучшение качества продукции, оптимизация планирования и управления, устранение человека от работы в условиях, опасных для здоровья.

Автоматизация – одно из основных направлений научно-технического прогресса.

Автоматика как учебная дисциплина –это область теоретических и прикладных знаний об автоматически действующих устройствах и системах.

История автоматики как отрасли техники тесно связана с развитием автоматов, автоматических устройств и автоматизированных комплексов. В стадии становления автоматика опиралась на теоретическую механику и теорию электрических цепей и систем и решала задачи, связанные с регулированием давления в паровых котлах, хода поршня паровых и частоты вращения электрических машин, управления работой станков-автоматов, АТС, устройствами релейной защиты. Соответственно и технические средства автоматики в этот период разрабатывались и использовались применительно к системам автоматического регулирования. Интенсивное развитие всех отраслей науки и техники в конце первой половины XX века вызвало также быстрый рост техники автоматического управления, применение которой становится всеобщим.

Вторая половина XX века ознаменовалась дальнейшим совершенствованием технических средств автоматики и широким, хотя и неравномерным для разных отраслей народного хозяйства, распространением автоматических управляющих устройств с переходом к более сложным автоматическим системам, в частности в промышленности - от автоматизации отдельных агрегатов к комплексной автоматизации цехов и заводов. Особенностью является использование автоматики на объектах, территориально удаленных друг от друга, например, крупные промышленные и энергетические комплексы, аграрные объекты по производству и переработке сельскохозяйственной продукции и т.д. Для связи между отдельными устройствами в таких системах применяются средства телемеханики, которые совместно с устройствами управления и управляемыми объектами образуют телеавтоматические системы. Большое значение при этом приобретают технические (в том числе телемеханические) средства сбора и автоматической обработки информации, так как многие задачи в сложных системах автоматического управления могут быть решены только с помощью вычислительной техники. Наконец, теория автоматического регулирования уступает место обобщённой теории автоматического управления, объединяющей все теоретические аспекты автоматики и составляющей основу общей теории управления.

Введение автоматизации на производстве позволило значительно повысить производительность труда, сократить долю рабочих, занятых в различных сферах производства. До внедрения средств автоматизации замещение физического труда происходило посредством механизации основных и вспомогательных операций производственного процесса. Интеллектуальный труд долгое время оставался немеханизированным. В настоящее время операции интеллектуального труда становятся объектом механизации и автоматизации.

Существуют различные виды автоматизации.

1. Автоматический контроль включает автоматическую сигнализацию, измерение, сбор и сортировку информации.

2. Автоматическая сигнализация предназначена для оповещения о предельных или аварийных значениях каких-либо физических параметров, о месте и характере нарушений ТП.

3. Автоматическое измерение обеспечивает измерение и передачу на специальные регистрирующие приборы значений контролируемых физических величин.

4. Автоматическая сортировка осуществляет контроль и разделение продуктов и сырья по размеру, вязкости и другим показателям.

5. Автоматическая защита это совокупность технических средств, обеспечивающих прекращение контролируемого ТП при возникновении ненормальных или аварийных режимов.

6. Автоматическое управление включает комплекс технических средств и методов по управлению оптимальным ходом ТП.

7. Автоматическое регулирование поддерживает значения физических величин на определенном уровне или изменение их по требуемому закону без непосредственного участия человека.

Эти и другие понятия, относящиеся к автоматизации и управлению, объединяет кибернетика – наука об управлении сложными развивающимися системами и процессами, изучающая общие математические законы управления объектами различной природы (kibernetas (греч.) – управляющий, рулевой, кормчий).

Система автоматического управления (САУ) - это совокупность объекта управления (ОУ ) и устройства управления (УУ ), взаимодействующих между собой без участия человека, действие которой направлено на достижение определенной цели.

Система автоматического регулирования (САР) – совокупность ОУ и автоматического регулятора, взаимодействующих между собой, обеспечивает поддержание параметров ТП на заданном уровне или их изменение по требуемому закону, действуюет также без участия человека. САР является разновидностью САУ.

Федеральное агенство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Омский государственный технический университет»

В.Н. Гудинов, А.П. Корнейчук

ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА АВТОМАТИЗАЦИИ
Конспект лекций

Омск 2006
УДК 681.5.08(075)

ББК 973.26-04я73

Г
Р е ц е н з е н т ы:
Н.С. Галдин, д.т.н., профессор кафедры «ПТТМ и Г» СибАДИ,

В.В. Захаров, начальник отдела автоматизации ЗАО «НОМБУС».
Гудинов В.Н., Корнейчук А.П.

Г Технические средства автоматизации: Конспект лекций. – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2006. – 52 с.
В конспекте лекций даны основные сведения о современных технических и программно-технических средствах автоматизации (ТСА) и программно-технических комплексах (ПТК), о принципах их построения, классификации, составе, назначении, характеристиках и особенностях применения в различных автоматизированных системах управления и регулирования технологическими процессами (АСУ ТП).

Конспект лекций предназначен для студентов дневной, вечерней, заочной и дистанционной форм обучения по специальности 220301 – «Автоматизация технологических процессов и производств».
Печатается по решению редакционно-издательского совета Омского государственного технического университета.
УДК 681.5.08(075)

ББК 973.26-04я73

© В.Н. Гудинов, А.П. Корнейчук 2006

© Омский государственный

технический университет, 2006

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВАХ АВТОМАТИЗАЦИИ

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Целью курса «Технические средства автоматизации» (ТСА) является изучение элементной базы систем автоматического управления технологическими процессами. Вначале приведем основные понятия и определения.

Элемент (устройство) – конструктивно законченное техническое изделие, предназначенное для выполнения определённых функций в системах автоматизации (измерение, передача сигнала, хранение информации, ее обработка, выработка команд управления и т.п.).

Система автоматического управления (САУ) – совокупность технических устройств и программно-технических средств, взаимодействующих между собой с целью реализации некоторого закона (алгоритма) управления.

Автоматизированная система управления технологическим процессом (АСУ ТП) – система, предназначенная для выработки и реализации управляющих воздействий на технологический объект управления и представляющая собой человеко-машинную систему, обеспечивающую автоматический сбор и обработку информации, необходимую для управления этим технологическим объектом в соответствии с принятыми критериями (техническими, технологическими, экономическими).

Технологический объект управления (ТОУ) - совокупность технологического оборудования и реализованного на нем по соответствующим инструкциям и регламентам технологического процесса.

При создании современных АСУ ТП наблюдается мировая инте­грация и унификация технических решений. Основное требова­ние современных САУ – это открытость системы, когда для нее определены и описаны используе­мые форматы данных и процедурный интерфейс, что позволяет под­ключить к ней «внешние» независимо разработанные устройства и приборы. За последние годы рынок ТСА су­щественно изменился, создано много отечественных предприятий, выпус­кающих средства и системы автоматизации, появились фирмы – системные инте­граторы. С начала 90-х годов ведущие зарубежные производители ТСА, начали широкое внедрение своей продукции в страны СНГ через торговые представительства, филиалы, со­вместные предприятия и фирмы-дилеры.

Интенсивное развитие и быстрая динамика рынка современной техники управления требуют появления литературы, отражающей со­временное состояние ТСА. В настоя­щее время свежая информация о средствах автоматизации оте­чественных и зарубежных фирм имеет разрозненный характер и в основном представлена в периодической печати либо в глобальной сети Internet на сайтах фирм-производителей или на специализиро­ванных информационных порталах, таких как www.asutp.ru, www.mka.ru, www.industrialauto.ru. Целью настоящего конспекта лекций является систематизированное представление материала о элементах и про­мышленных комплексах ТСА. Конспект предназначен для студентов специальности «Автоматизация технологических процессов и производств», изучающих дисциплину «Технические средства автоматизации».

1.1. Классификация ТСА по функциональному назначению в САУ

В соответствии с ГОСТ 12997-84 весь комплекс ТСА по их функциональному назначению в САУ делят на следующие семь групп (рис.1).

Рис. 1. Классификация ТСА по функциональному назначению в САУ:

СУ – система управления; ОУ – объект управления; КС – каналы связи;

ЗУ – задающие устройства; УПИ – устройства переработки информации;

УсПУ – усилительно-преобразовательные устройства; УОИ – устройства отображения информации; ИМ – исполнительные механизмы; РО – рабочие органы; КУ – контрольные устройства; Д – датчики; ВП – вторичные преобразователи

1.2. Тенденции развития ТСА
1. Увеличение функциональных возможностей ТСА:

– в функции управлении (от простейшего пуска/останова и автоматического реверса к цикловому и числовому программному и адаптивному управлению);

– в функции сигнализации (от простейших лампочек до текстовых и графических дисплеев);

– в функции диагностики (от индикации обрыва цепи до программного тестирования всей системы автоматики);

– в функции связи с другими системами (от проводной связи до сетевых промышленных средств).

2. Усложнение элементной базы – означает переход от релейно-контактных схем к бесконтактным схемам на полупроводниковых отдельных элементах, а от них к интегральным микросхемам все большей степени интеграции (рис.2).

Рис. 2. Этапы развития электрических ТСА
3. Переход от жёстких (аппаратных, схемных) структур к гибким (перенастраиваемым, перепрограммируемым) структурам.

4. Переход от ручных (интуитивных) методов проектирования ТСА к машинным, научно-обоснованным системам автоматизированного проектирования (САПР).

1.3. Методы изображения ТСА
В процессе изучения данного курса могут применяться разнообразные методы изображения и представления ТСА и их составных частей. Наиболее часто используются следующие:

1. Конструктивный метод (рис. 7-13) предполагает изображение приборов и устройств методами машиностроительного черчения в виде технических рисунков, компоновок, общих видов, проекций (в том числе и аксонометрических), сечений, разрезов и т.п. .

2. Схемный метод (рис. 14,16-21,23) предполагает в соответствии с ГОСТами ЕСКД представление ТСА схемами различных видов (электрических, пневматических, гидравлических, кинематических) и типов (структурных, функциональных, принципиальных, монтажных и др.) .

3. Математическая модель применяется чаще для программно-реализуемых ТСА и может быть представлена:

– передаточными функциями типовых динамических звеньев;

– дифференциальными уравнениями протекающих процессов;

– логическими функциями управления выходов и переходов;

– графами состояния, циклограммами, временными диаграммами (рис. 14, 28);

– блок-схемами алгоритмов функционирования (рис. 40) и т.п.
1.4. Основные принципы построения ТСА
Для построения современных АСУ ТП требуются разнообразные устройства и элементы. Удовлетворение потребностей столь различных по качеству и сложности СУ в средствах автоматизации при их индивидуальной разработке и изготовлении сделало бы проблему автоматизации необозримой, а номенклатуру приборов и устройств автоматики практически беспредельной.

В конце 50-х годов в СССР была сформулирована проблема создания единой для всей страны Государственной Системы промышленных Приборов и средств автоматизации (ГСП) – представляющей рационально организованную совокупность приборов и устройств, удовлетворяющих принципам типизации, унификации, агрегатирования, и предназначенных для построения автоматизированных систем измерения, контроля, регулирования и управления технологическими процессами в различных отраслях промышленности. А с 70-х годов ГСП охватывает и непромышленные сферы деятельности человека, такие как: научные исследования, испытания, медицина и др.

Типизация – это обоснованное сведение многообразия избранных типов, конструкций машин, оборудования, приборов, к небольшому числу наилучших с какой-либо точки зрения образцов, обладающих существенными качественными признаками. В процессе типизации разрабатываются и устанавливаются типовые конструкции, содержащие общие для ряда изделий базовые элементы и параметры, в том числе перспективные. Процесс типизации эквивалентен группированию, классификации некоторого исходного, заданного множества элементов, в ограниченный ряд типов с учётом реально действующих ограничений.

Унификация – это приведение различных видов продукции и средств её производства к рациональному минимуму типоразмеров, марок, форм, свойств. Она вносит единообразие в основные параметры типовых решений ТСА и устраняет неоправданное многообразие средств одинакового назначения и разнотипность их частей. Одинаковые или разные по своему функциональному назначению устройства, их блоки и модули, но являющиеся производными от одной базовой конструкции, образуют унифицированный ряд.

Агрегатирование – это разработка и использование ограниченной номенклатуры типовых унифицированных модулей, блоков, устройств и унифицированных типовых конструкций (УТК) для построения множества сложных проблемно-ориентированных систем и комплексов. Агрегатирование позволяет создавать на одной основе различные модификации изделий, выпускать ТСА одинакового назначения, но с различными техническими характеристиками.

Принцип агрегатирования широко применяется во многих отраслях техники (например, агрегатные станки и модульные промышленные роботы в машиностроении, IBM-совместимые компьютеры в системах управления и автоматизации обработки информации и др.).

2. ГОСУДАРСТВЕННАЯ СИСТЕМА ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРИБОРОВ

И СРЕДСТВ АВТОМАТИЗАЦИИ

ГСП представляет собой сложную развивающуюся систему, состоящую из ряда подсистем, которые можно рассматривать и классифицировать с разных позиций. Рассмотрим функционально-иерархическую и конструктивно-технологическую структуры технических средств ГСП.
2.1. Функционально-иерархическая структура ГСП

Рис. 3. Иерархия ГСП
Отличительными особенностями современных структур построения автоматизированных систем управления промышленными предприятиями являются: проникновение вычислительных средств и внедрение сетевых технологий на все уровни управления.

В мировой практике специалисты по комплексной автоматизации производства также выделяют пять уровней управления современным предприятием (рис. 4), что полностью совпадает с выше приведенной иерархической структурой ГСП.

На уровне Е RP – Enterprise Resource Planning (планирования ресурсов предприятия) осуществляют­ся расчет и анализ финансово-эко­номических показателей, решают­ся стратегические административные и логисти­ческие задачи.

На уровне MES – Manufacturing Execution Systems (системы исполнения производством) – задачи управления качеством про­дукции, планирования и контро­ля последовательности операций технологического процесса, уп­равления производственными и людскими ресурсами в рамках тех­нологического процесса, техничес­кого обслуживания производ­ственного оборудования.

Эти два уровня относятся к задачам АСУП (автоматизированным системам управления предприятием) и технические средства, с помощью которых эти задачи реализуются – это офисные персональные компьютеры (ПК) и рабочие станции на их основе в службах главных специалистов предприятия.


Рис. 4. Пирамида управления современным производством.
На следующих трех уровнях решаются задачи, которые относятся к классу АСУ ТП (автоматизированных систем управления технологическими процессами).

SCADA – Supervisory Control and Data Acquisition (система сбора данных и супервизорного (диспетчерского) управления) – это уровень тактического оперативного управления, на котором решаются задачи оптимизации, диагностики, адаптации и т.п.

Control - level – уровень непосредственного (локального) управления, который реализуется на таких ТСА как: ПО – панели (пульты) операторов, ПЛК – программируемые логические контроллеры, УСО – устройства связи с объектом.

HMI – Human-Machine Interface (человеко-машинная связь) – осуществляет визуализацию (отображение информации) хода технологического процесса.

Input / Output – Входы/Выходы объекта управления представляют собой

датчики и исполнительные механизмы (Д/ИМ) конкретных технологических установок и рабочих машин.

2.2. Конструктивно-технологическая структура ГСП


Рис. 5. Структура ГСП
УКТС (унифицированный комплекс технических средств) – это совокупность разных типов технических изделий, предназначенных для выполнения различных функций, но построенных на основе одного принципа действия и имеющие одинаковые конструктивные элементы.

АКТС (агрегатныйкомплекс технических средств) – это совокупность различных типов технических изделий и приборов, взаимосвязанных между собой по функциональному назначению, конструктивному исполнению, виду питания, уровню входных/выходных сигналов, создаваемая на единой конструктивной и программно-технической базе по блочно-модульному принципу. Примеры известных отечественных УКТС и АКТС приведены в табл. 1.

ПТК (программно-технический комплекс) – этосовокупность микропроцессорных средств автоматизации (программируемые логические контроллеры, локальные регуляторы, устройства связи с объектом), дисплейных панелей операторов и серверов, промышленных сетей, связывающих между собой перечисленные компоненты, а также промышленного программного обеспечения всех этих составных частей, предназначенная для создания распределенных АСУ ТП в различных отраслях промышленности. Примеры современных отечественных и зарубежных ПТК приведены в табл. 2.

Конкретные комплексы технических средств состоят из сотен и тысяч различных типов, типоразмеров, модификаций и исполнений приборов и устройств.

Тип изделия – это совокупность технических изделий, одинаковых по функциональному назначению, единого принципа действия, имеющие одинаковую номенклатуру главного параметра.

Типоразмер – изделия одного и того же типа, но имеющие свои конкретные значения главного параметра.

Модификация – это совокупность изделий одного типа, имеющих определенные конструктивные особенности.

Исполнение – конструктивные особенности, влияющие на эксплуатационные характеристики.

Комплексы ТСА Таблица 1

Список литературы 1. Кремлевский П. П. – Расходомеры и счетчики количества веществ (2 е книги) – С П. : Политехника, 2002 г. 2. Ранев Г. Г, Тарасенко А. П. , Методы и средства измерений. – М. : Издательский центр «Аккадемия» , 2004 г. – 336 с. 3. Исакович Р. Я. , Кучин Б. Л. , Контроль и автоматизация добычи нефти и газа. – М. : Недра, 1976. – 343 с. 4. Мовсумзаде А. Э. , Сощенко А. Е. , Развитие систем автоматизации и телемеханизации в нефтегазовой промышленности. – М. : Недра, 2004 – 331 с. 5. Коршак А. А. , Шаммазов А. М. , Основы нефтегазового дела, учебник для вузов. – Уфа: ООО «Дизайн. Полиграф. Сервис» , 2005 – 528 с. : ил.

Список литературы 6. Логачев В. Г. , Разработка средств автоматического контроля размеров движущихся изделий с неустойчивыми и сложными геометрическими формами. – Тюмень: Вектор Бук, 2001. – 311 с. 7. В. Г. Домрачев, В. Р. Матвеевский, Ю. С. Смирнов. Схемотехника цифровых преобразователей перемещений. Справочное пособие, М: Энергоавтомиздат, 1987. 8. Самхарадзе Т. Г. – Каталог. Приборы и средства автоматизации. Том 6 – Приборы вторичные – М. : ООО «Научтехлитиздат» , 2005 г. 9. Самхарадзе Т. Г. – Каталог. Приборы и средства автоматизации. Том 7 – Приборы регулирующие. Сигнализаторы температуры, давления, уровня. Датчики реле. Исполнительные механизмы – М. : ООО «Научтехлитиздат» , 2005 г. 10. Самхарадзе Т. Г. – Каталог. Приборы и средства автоматизации. Том 8 – Программно логические контроллеры (ПЛК) и программно технические комплексы (ПТК) – М. : ООО «Научтехлитиздат» , 2005 г.

Первичные преобразователи Первичным преобразователем (ПП) перемещения называется устройство, воспринимающее контролируемое входное перемещение (линейное или угловое) и преобразующее его в выходной сигнал (как правило, электрический), удобный для дальнейшей обработки, преобразования и, если это необходимо, передачи по каналу связи на большие расстояния. Являясь важнейшей составной частью цифровых преобразователей, первичные преобразователи перемещений во многом предопределяют параметры ЦПП в целом, поскольку именно первый этап преобразования перемещение – электрический параметр в основном определяет такие характеристики ЦПП, как точность, быстродействие, линейность управления и т. д. Основные требования, которые предъявляются при разработке конструировании к ПП перемещений: высокая точность измерения (или контроля) перемещений, быстродействие, надежность, помехоустойчивость информативного параметра, малые нелинейные искажения, высокая технологичность, небольшая стоимость, малые теплоотдача, габариты, масса и т. д. , что достаточно важно в условиях производства.

Классификация первичных преобразователей ¢ ¢ ¢ ¢ ПП могут классифицироваться по различным признакам, основными из которых являются: характер измеряемых перемещений, физический принцип действия чувствительного элемента, структура построения, вид выходного сигнала. По характеру измеряемых перемещений различают ПП линейных и угловых перемещений. По физическому принципу действия чувствительного элемента ПП можно разделить на: фотоэлектрические (оптоэлектронные), использующие эффект периодического изменения освещенности; электростатические: l емкостные (основанные на эффекте периодического изменения емкости); l пьезоэлектрические (основанные на эффекте возникновения электрического заряда на поверхности некоторых материалов в момент деформации); электромагнитные (использующие, например, эффект периодического изменения индуктивности или взаимоиндуктивности); электроакустические (основанные, например, на эффекте изменения энергии поверхностной акустической волны);

Классификация первичных преобразователей ¢ электромеханические: l электроконтактные (основанные на эффекте резкого изменения сопротивления парных электроконтактов при их замыкании и размыкании); l реостатные (использующие эффект линейного изменения сопротивления); l механотронные (основанные на механическом управлении электронным током электровакуумных приборов путем непосредственного механического перемещения их электродов). l По структуре построения в зависимости от способа соединения элементов ПП различают три основные структурные схемы: с последовательным преобразованием, дифференциальные и компенсационные. l По характеру изменения во времени выходного сигнала различают ПП непрерывного и дискретного действия. l В зависимости от вида параметра выходного сигнала, находящегося в линейной зависимости от измеряемого перемещения, ПП непрерывного действия подразделяются на амплитудные, частотные и фазовые. Соответственно ПП дискретного действия могут быть амплитудно импульсными, частотно импульсными, кодоимпульсными и др.

Классификация измерений ¢ ¢ ¢ Прямое измерение – измерение, при котором искомое значение величины получают непосредственно. Например, измерение температуры воздуха термометром, давления – манометром. Косвенное измерение – измерение, при котором значение физической величины определяют на основании результатов прямых измерений других физических величин, функционально связанных с искомой. Например, нахождение плотности тела по его массе и геометрическим размерам. Совместные измерения – одновременные измерения двух или нескольких неоднородных величин для установления зависимости между ними. Точность результата измерения – характеристика качества измерения, отражающая близость к нулю погрешности его результата (чем меньше погрешность измерения, тем больше его точность). Погрешность результата измерения – отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины.

Средства измерений Средство измерений – это техническое средство (или комплекс технических средств), предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее или хранящее одну или несколько единиц физических величин, размеры которых принимаются неизменными в течение известного промежутка времени. ¢ Измерительный прибор – средство измерений, предназначенное для получения значений измеряемой величины в установленном диапазоне. Как правило, измерительный прибор имеет устройства для преобразования измеряемой величины в сигнал измерительной информации и его индикации в форме, наиболее доступной для восприятия. Различают следующие типы приборов: показывающие, регистрирующие, суммирующие, прямого действия, сравнения. ¢ Класс точности – обобщенная характеристика СИ, определяемая пределами допускаемых основных и дополнительных погрешностей, а также другими свойствами СИ, влияющими на его точность. ¢ Погрешность средства измерений – разность между показаниями СИ и истинным (действительным) значением измеряемой величины. ¢

Запорная арматура ¢ ¢ ¢ Трубопроводная арматура предназначена для управления потоками нефти, транспортируемыми по трубопроводам. По принципу действия арматура делится на три класса: запорная, регулирующая и предохранительная. Запорная арматура (задвижки) служит для полного перекрытия сечения трубопровода, регулирующая (регуляторы давления) - для изменения давления или расхода перекачиваемой жидкости, предохранительная (обратные и предохранительные клапаны) - для защиты трубопроводов и оборудования при превышении допустимого давления, а так же предотвращения обратных токов жидкости. Задвижками называются запорные устройства, в которых проходное сечение перекрывается поступательным перемещением затвора в направ лении, перпендикулярном направлению движения нефти.

Запорная арматура Регуляторами давления называются устройства, служащие для автоматического поддержания давления на требуемом уровне. В соответствии с тем, где поддерживается давление до или после регулятора, различают регуляторы типа «до себя» и «после себя» . ¢ Предохранительными клапанами называются устройства, предотвращающие повышение давления в трубопроводе сверх установленной величины. На нефтепроводах применяют мало и полноподъемные предохранительные клапаны закрытого типа, работающие по принципу сброса части жидкости из места возникновения повышенного давления в специальный сборный коллектор. ¢ Обратным клапаном называется устройство для предотвращения обратного движения среды в трубопроводе. При перекачке нефти применяют клапаны обратные поворотные с затвором, вращающимся относительно горизонтальной оси. Арматура магистральных нефтепроводов рассчитана на рабочее давление 6, 4 МПа. ¢

Автоматизация производства процесс в развитии машинного производства, при котором функции управления и контроля, ранее выполнявшиеся человеком, передаются приборам и автоматическим устройствам. Автоматизация производства основа развития современной промышленности, генеральное направление технического прогресса. Основная ее цель заключается в повышении эффективности труда, улучшении качества выпускаемой продукции, в создании условий для оптимального использования всех ресурсов производства. Различают А. п. : частичную, комплексную и полную.

Методы автоматизации производства ¢ Во первых, разрабатывают методы эффективного изучения закономерностей объектов управления, их динамики, устойчивости, зависимости поведения от воздействия внешних факторов. Эти задачи решаются исследователями, конструкторами и технологами специалистами конкретных областей науки и производства. Сложные процессы и объекты изучают методами физического и математического моделирования, исследования операций с использованием аналоговых и цифровых вычислительных машин.

Методы автоматизации производства ¢ Во вторых, определяют экономически целесообразные методы управления, тщательно обосновывают цель и оценочную функцию управления, выбор наиболее эффективной зависимости между измеряемыми и управляющими параметрами процесса. На этой основе устанавливают правила принятия решений по управлению и выбирают стратегию поведения руководителей производства с учётом результатов экономических исследований, направленных на выявление рациональных закономерностей системы управления. Конкретные цели управления зависят от технико экономических, социальных и других условий. Они состоят в достижении максимальной производительности процесса, стабилизации высокого качества выпускаемой продукции, наибольшего коэффициента использования топлива, сырья и оборудования, максимального объёма реализованной продукции и снижении затрат на единицу изделия и др.

Методы автоматизации производства ¢ В третьих, ставится задача создания инженерных методов наиболее простого, надёжного и эффективного воплощения структуры и конструкции средств автоматизации, осуществляющих заданные функции измерения, обработки полученных результатов и управления. При разработке рациональных структур управления и технических средств их осуществления применяют теорию алгоритмов, автоматов, математическую логику и теорию релейных устройств. С помощью вычислительной техники автоматизируют многие процессы расчёта, проектирования и проверки устройств управления. Выбор оптимальных решений по сбору, передаче и обработке данных основывается на методах теории информации. При необходимости многоцелевого использования больших потоков информации применяются централизованные (интегральные) методы её обработки.

Средства автоматизации Технические средства автоматизации приборы, устройства и технические системы, предназначенные для автоматизации производства. Т. с. а. обеспечивают автоматическое получение, передачу, преобразование, сравнение и использование информации в целях контроля и управления производственными процессами. Датчик первичный преобразователь, элемент измерительного, сигнального, регулирующего или управляющего устройства системы, преобразующий контролируемую величину (давление, температуру, частоту, скорость, перемещение, напряжение, электрический ток и т. п.) в сигнал, удобный для измерения, передачи, преобразования, хранения и регистрации, а также для воздействия им на управляемые процессы.

Методы и приборы измерения температуры Под температурой понимают степень нагретости вещества. Физические свойства нефти (плотность, вязкость, количество газа и парафина, растворенных в нефти, и фазовые состояния нефти) в значительной степени зависят от ее температуры. Технология процесса добычи нефти, промыслового сбора и первичной подготовки ее на промыслах, транспорт нефти и нефтепродуктов в значительной степени зависят от температурных факторов, при которых протекают эти процессы. Так как температура является активной величиной, то измерять ее можно только косвенным путем, основываясь на зависимости от температуры таких физических свойств тел, которые поддаются непосредственному измерению (термо. ЭДС, электрическое сопротивление, плотность и т. д.). Температуру необходимо измерять в трубопроводах с теплоносителем, в водоносных, нефтеносных и компрессорных станциях для контроля состояния подшипников. Измерения температуры в резервуарах с нефтью и нефтепродуктами являются необходимым элементом количественного учета.

Датчик температуры Метран - 274 Датчик состоит из электронного преобразователя с выходным сигналом 4 20 м. А и термозондов с различными длинами погружаемой части. Измеряемый параметр температура линейно преобразуется в пропорциональное изменение омического сопротивления терморезистора, размещенного в термозонде. Электронный преобразователь преобразует напряжение, возникающее на термочувствительном элементе, в токовый выходной сигнал. Термочувствительным элементом датчика является терморезистор с номинальной статической характеристикой преобразования 100 М, размещенный в герметической оболочке термозонда.

Датчик температуры ТС 5008 Датчик предназначен для непрерывного преобразования температуры жидкостей и газов в унифицированный токовый выходной сигнал в условиях неагрессивных сред в системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами. Электронный преобразователь преобразует напряжение, возникающее на термочувствительном элементе, в токовый выходной сигнал.

Датчики температуры ТСМУ 0104, ТСПУ 0104 Термопреобразователи с унифицированным выходным сигналом ТСМУ 0104, ТСПУ 0104 предназначены для измерения и непрерывного преобразования температуры, твердых, жидких, газообразных и сыпучих веществ. ТСМУ 0104, ТСПУ 0104 предназначены для замены термопреобразователей с унифицированным выходным сигналом серии ТСМУ 205, ТСПУ 205. Отличаются возможностью смены термозонда и выбора нижнего и верхнего пределов диапазона измеряемой температуры с помощью переключателей (свитчи). В соответствии с ГОСТ 14254 степень защиты от проникновения твердых тел, пыли и воды: IP 54, IP 65, IP 67 в зависимости от исполнения клемной головки и типа присоединения.

Основные технические характеристики датчиков температуры ТС 5008, Метран-274, ТСМУ 0104 (ТСПУ 0104) Наименование прибора Параметры ТС 5008 Метран 274 ТСМУ 0104, ТСПУ 0104 ± 0, 5 ± 0, 25 ± 0, 1 50 до +350 50 до +180 50 до 550 Используемый выходной сигнал, м. А 4 20 Напряжение питания, В 17 42 15 42 Защита взрывозащ. Срок службы, лет 5 5 6 1, 5 1, 8 1, 08 Предел допустимой погрешности, % Диапазон измеряемых температур, ºС Цена, тыс. руб

Классификация приборов для измерения давления и разряжения Все приборы для измерения давления и разрежения можно разделить на следующие группы: 1. По роду измеряемой величины: барометры - для измерения атмосферного давления; манометры - для измерения избыточного давления; вакуумметры - для измерения разрежения; мановакуумметры - для измерения давления и разрежения; дифференциальные манометры - для измерения разности (пере пада) давления.

Классификация приборов для измерения давления и разряжения 2. По принципу действия: жидкостные - измеряемое давление уравновешивается стол бом жидкости; поршневые - измеряемое давление, действуя по одну сто рону поршня, уравновешивается давлением, создаваемым силой, приложенной с противоположной стороны. В качестве уравновеши вающей силы используют непосредственную нагрузку (грузы); пружинные - измеряемое давление деформирует различного рода пружины. Деформация, увеличенная при помощи переда точного механизма и преобразованная в перемещение указателя, является мерой измеряемого давления; электрические, основанные на изменении электрических свойств некоторых материалов при воздействии на них давления; радиоактивные - измеряемое давление вызывает соответст вующее изменение ионизации, производимой излучениями и ре комбинацией ионов. Жидкостные приборы применяются преимущественно в лабо раторных условиях, поршневые манометры - для градуировки приборов. На промышленных объектах применяются преимущественно пружинные и электрические манометры различных типов.

Датчик давления Сапфир– 22–ДИ–Ex Измерительные преобразователи Сапфир– 22–ДИ–Ex предназначены для работы в системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами и обеспечивают непрерывное преобразование значения измеряемого параметра – избыточного давления в унифицированный токовый выходной сигнал. Преобразователи предназначены для работы со вторичной регистрирующей и показывающей аппаратуры, регуляторами и другими устройствами автоматики, системами управления, работающими от стандартного выходного сигнала 4 20 м. А постоянного тока. Принцип работы преобразователя Сапфир– 22–ДИ–Ex основан на применении тензорезисторов. Преобразователи Сапфир– 22–ДИ–Ex обладают высокой точностью, стабильностью работы, малой инерционностью. Датчики изготавливают в виде многопредельных приборов с возможностью регулировки диапазона измерения.

Датчик давления Метран– 43 ДИ–Ех Датчики этого типа предназначены для работы в системе автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами и обеспечивают непрерывное преобразование значения измеряемого параметра – давления избыточного в стандартный токовый выходной сигнал дистанционной передачи. Работа измерительных преобразователей Метран– 43 ДИ–Ех основано на тензорезисторном эффекте. Преобразователи данной модели обладают высокой точностью, стабильностью работы, малой инерционностью. Датчики изготавливают в виде многопредельных приборов с возможностью регулировки диапазона измерения: каждый преобразователь может быть перенастроен на любой верхний диапазон измерений. От измеряемой среды чувствительный элемент защищён гофрированными металлическими мембранами, изготовленными из антикоррозийных материалов. Основными достоинствами является повышенная точность, однако, применение данного датчика в условиях автоматизируемого технологического процесса осложнено большими габаритами и узким диапазоном рабочих температур.

Датчик измерения перепада давления САПФИР - 22 -Ех-М-ДД Преобразователи разности давлений могут использоваться для преобразования значений уровня жидкости, расхода жидкости или газа, преобразование гидростатического давления для преобразования значений уровня жидкости в унифицированный токовый сигнал. Каждый преобразователь имеет регулировку диапазона измерений и может быть настроен на любой верхний предел измерения, указанный для данной модели. Предел допускаемой основной погрешности до 0. 5%. Преобразователи «САПФИР 22 Ех М ДД» выполняются с видом взрывозащиты «искробезопасная электрическая цепь» с уровнем взрывозащиты «особовзрывобезопасный» . Могут работать во взрывоопасных зонах помещений и наружных установок. Принцип работы преобразователей основан на свойствах материалов менять свои электрические параметры (емкость, сопротивление) при изменении их геометрии. В качестве чувствительного элемента в преобразователях используется слой тензосопротивлений напыленных методом вакуумной диффузии на пластину из сапфира (так называемая структура КНС «кремний на сапфире») соединенных с металлической пластиной. При изменении давления, оказываемого на пластину, происходит изменение сопротивления тензорезисторов, включенных в одно из плеч уравнительного моста, в результате чего появляется разбаланс мостовой схемы. Таким образом, изменение давления или перепада давления преобразуется в выходной токовый сигнал 4 20 м. А. Предельно допускаемое рабочее избыточное давление до 40 МПа.

Основные технические характеристики датчиков давления Сапфир– 22–ДИ–Ex, Метран– 43 ДИ–Ех, Сапфир - 22 -Ех-М-ДД Наименование прибора Параметры Сапфир 22 ДИ Ех Метран 43 ДИ Ех Сапфир 22 Ех М ДД ± 0, 5 ± 0, 25 ± 0, 5 от 0 до 2, 5 50 до +80 50 до +70 50 до 550 Используемый выходной сигнал, м. А 4 20 Напряжение питания, В 15 42 взрывозащ. Срок службы, лет 10 8 12 Цена, тыс. руб. 13 8 17 Предел допустимой погрешности, % Предел измерений, МПа Диапазон измеряемых температур, ºС Защита

Принцип действия ультразвуковых уровнемеров Ультразвуковые бесконтактные уровнемеры осуществляют зондирование рабочей зоны волнами ультразвука, т. е. волнами давления с частотой свыше 20 КГц. Они используют свойство ультразвуковых волн отражаться при прохождении границы двух сред с различными физическими свойствами. Поэтому, чувствительный элемент ультразвукового уровнемера состоит из излучателя и приемника колебаний, которые, как правило, конструктивно совмещены и представляют собой кварцевую пластину. При подаче на пластину переменного напряжения возникают деформации пластины, передающие колебания воздушной среде. Подача напряжения производиться импульсами и по завершении передачи, пластина превращается в приемник отраженных ультразвуковых колебаний, вызывающих колебания пластины и, как следствие, появление выходного напряжения (обратный пьезоэффект). Расстояние до границы раздела двух сред вычисляется по формуле: Н= V * t /2 , где V – скорость ультразвуковых волн в данной среде, t – время между началом излучения и приходом отраженного сигнала, определяемое электронным блоком уровнемера.

Принцип действия ультразвуковых уровнемеров Как правило, наиболее распространен вариант установки ультразвукового датчика в верхней части емкости. При этом сигнал проходит через воздушную среду, отражаясь от границы с твердой (жидкой) средой. Уровнемер в этом случае называется акустическим. Существует, также, вариант установки датчика в дно емкости. Сигнал в этом случае отражается от границы с менее плотной средой. Скорость распространения ультразвука зависит от температуры около 0, 18% на 1ºС. Для устранения этого влияния в уз уровнемерах применяется термокомпенсация с помощью встроенного термодатчика. Диапазон работы УЗ уровнемеров – до 25 м. при неизмеряемом уровне – около 1 м. Температура рабочей среды: 30. . +80(120) ºС, давление – до 4 МПа. Ультразвуковые уровнемеры позволяют достигать погрешности измерения уровня в 1%. Они могут использоваться для агрессивных сред и для сред с самыми различными физическими свойствами, за исключением сильнопарящих, сильнопенящихся жидкостей и мелкодисперсных и пористых гранулированных сыпучих продуктов. Вместе с тем, они существенно дешевле радарных микроволновых уровнемеров. УЗ уровнемеры часто используются для измерения расхода в профилированных каналах. Примерами распространенных ультразвуковых уровнемеров являются: ЭХО-5, ЭХО-АС 01, Prosonic M.

Микроволновые радарные уровнемеры – наиболее сложные и высокотехнологичные средства измерения уровня. Для зондирования рабочей зоны и определения расстояния до объекта контроля здесь используется электромагнитное излучение СВЧ диапазона. В настоящее время широко используются два типа микроволновых уровнемеров: импульсные и FMCW (frequency modulated continuous wave). В уровнемерах FMCW происходит постоянное непрерывное излучение линейно частотно модулированного сигнала и, одновременно, прием отраженного сигнала с помощью одной и той же антенны. В результате на выходе получается смесь сигналов, которая анализируется с применением специального математического и программного обеспечения для выделения и максимально точного определения частоты полезного эхо сигнала. Для каждого момента времени разность частот прямого и обратного сигналов прямопропорциональна расстоянию до контролируемого объекта. Импульсные микроволновые уровнемеры излучают сигнал в импульсном режиме, при этом прием отраженного сигнала происходит в промежутках между импульсами исходного излучения. Прибор вычисляет время прохождения прямого и обратного сигналов и определяет значение расстояния до контролируемой поверхности.

Микроволновые радарные уровнемеры Радарные уровнемеры наиболее универсальные средства измерения уровня. Не имея непосредственного контакта с контролируемой средой, они могут применяться для агрессивных, вязких, неоднородных жидких и сыпучих материалов. От ультразвуковых бесконтактных уровнемеров их выгодно отличает гораздо меньшая чувствительность к температуре и давлению в рабочей емкости, к их изменениям, а также большая устойчивость к таким явлениям как запыленность, испарения с контролируемой поверхности, пенообразование. Радарные уровнемеры обеспечивают высокую точность (до +/ 1 мм.), что позволяет использовать их в системах коммерческого учета. Вместе с тем существенным лимитирующим фактором применения радарных уровнемеров остается высокая стоимость данных приборов.

Принцип действия буйковых уровнемеров Метод определения уровня по выталкивающей силе действующей на погруженный в рабочую жидкость буек используют буйковые уровнемеры. На тонущий буек действует в соответствии с законом Архимеда выталкивающая сила, пропорциональная степени погружения и, соответственно, уровню жидкости. Действие этой силы воспринимает тензопреобразователь (уровнемеры типа Сапфир ДУ), либо индуктивный преобразователь (УБ ЭМ), либо заслонка, перекрывающая сопло (пневматические уровнемеры типа ПИУП). Буйковые уровнемеры предназначены для измерения уровня в диапазоне – до 10 м. при температурах – 50. . +120ºС (в диапазоне +60. . 120ºС при наличии теплоотводящего патрубка, при температурах 120. . 400°С приборы работают как индикаторы уровня) и давлении до 20 МПа, обеспечивая точность 0, 25. . 1, 5%. Плотность контролируемой жидкости: 0, 4… 2 г/см 3. Буйковые уровнемеры часто применяются для измерения уровня раздела фаз двух жидкостей. Возможно, также, их использование для определения плотности рабочей среды при неизменном уровне.

Технические характеристики ПИУП Условное обозначение модификаций преобразоват еля Предельно допускаемое рабочее избыточное давление, МПа Верхний Диапазон предел плотности измерения, м измеряемой жидкости, г/см³ Диапазон температур измеряемой среды, °С ПИУП 11 10; 16 0, 25 16, 0 50 +100 0, 5 1, 2 или 1, 0 2, 0

Преобразователь уровня буйковый пневматический ПИУП Назначение: прибор предназначен для контроля уровня жидкости или уровня раздела двух несмешивающихся жидкостей в системах автоматического контроля технологических процессов с повышенными требованиями к пожаробезопасности. Приборы используются в химической, нефте и газодобывающих отраслях промышленности совместно с регистраторами и исполнительными механизмами, работающими от стандартного пневматического сигнала 20 100 КПа. В состав прибора входят: буек с тросовой подвеской, комплект ЗИП, флакон с демпферной жидкостью. Для модели ПИУП 13 и ПИУП 15 - комплект монтажных частей с теплоотводящим патрубком.

Гидростатические уровнемеры Гидростатические уровнемеры измеряют давление столба жидкости и преобразуют его в значение уровня, поскольку гидростатическое давление зависит от величины уровня и плотности жидкости и не зависит от формы и объема резервуара. Они представляют собой дифференциальные датчики давления. На один из входов, подсоединяемый к емкости подается давление среды. Другой вход соединяется с атмосферой в случае открытой емкости без избыточного давления или соединяется с областью избыточного давления в случае закрытой емкости под давлением. Конструктивно гидростатические датчики бывают двух типов: мембранные и колокольные (погружные). В первом случае тензорезистивный или емкостной датчик непосредственно соединен с мембраной и весь прибор находится внизу емкости, как правило, сбоку на фланце, при этом расположение ЧЭ (мембраны) соответствует минимальному уровню. (Сапфир-ДГ, Метран 100 ДГ, 3051 L). В случае колокольного датчика чувствительный элемент погружен в рабочую среду и передает давление жидкости на тензорезистивный сенсор через столб воздуха запаянный в подводящей трубке.

Гидростатические уровнемеры Гидростатические уровнемеры применяются для однородных жидкостей в емкостях без существенного движения рабочей среды. Они позволяют производить измерения в диапазоне до 250 КПа, что соответствует (для воды) 25 и метрам, с точностью до 0, 1% при избыточном давлении до 10 МПа и температуре рабочей среды: – 40. . +120°С. Гидростатические уровнемеры могут использоваться для вязких жидкостей и паст. Важным достоинством гидростатических уровнемеров является высокая точность при относительной дешевизне и простоте конструкции.

Интеллектуальные приборы Термин "интеллектуальные" для первичных устройств был введен для тех первичных устройств, внутри которых содержится микропроцессор. Обычно это добавляет новые функциональные возможности, которых не было в аналогичных устройствах без микропроцессора. Например, интеллектуальный датчик может давать более точные показания благодаря применению числовых вычислений для компенсации нелинейности чувствительного элемента или температурной зависимости. Интеллектуальный датчик имеет возможность работать с большой разновидностью разных типов чувствительных элементов, а также составлять одно или несколько измерений в одно новое измерение (например, объемный расход и температуру в весовой расход). И наконец, интеллектуальный датчик позволяет производить настройку на другой диапазон измерений или полуавтоматическую калибровку, а также осуществлять функции внутренней самодиагностики, что упрощает техническое обслуживание.

Контроллеры В настоящее время на рынке средств автоматизации представлено огромное количество различных программируемых логических контроллеров. Они производятся многими известными фирмами, занимающимися разработками средств автоматизации. В настоящие время PLC выпускается более 50 производителями: Siemens, Allen Bradley, Octagon Systems, GE, Koyo, ABB, Advantech и т. д.

Контроллеры Контроллер (англ. controller регулятор, управляющее устройство) - электрический прибор, с помощью которого в телемеханике и системах управления измеряют токи, напряжения, температуру и другие физические параметры объекта, передают и принимают данные по каналам связи, передают на объект управляющие воздействия, используют в качестве локального автоматического регулятора. В настоящее время контроллеры - достаточно малогабаритные устройства, поэтому часто встречается название микроконтроллеры. Как правило, контроллеры оснащены микропроцессорной начинкой, позволяющей программировать контроллер на решение заданного круга задач, отсюда другие названия: программируемые контроллеры и программируемые логические контроллеры, которые обычно сокращают до ПЛК в русских описаниях и PLC в английских. Современный контроллер может обладать достаточно мощным процессором, класса Pentium, обычно с небольшим энергопотреблением. Контроллеры могут быть специализированными, рассчитанными на эффективное решение определённой задачи (например, контроллер релейной защиты) или универсальными, которые могут решать разноплановые задачи в соответствии с установленным набором блоков и вариантом программного обеспечения - например, задачу съёма показаний с приборов учета.

Контроллеры Контроллер SIMATIC S 7 400 компании SIEMENS Контроллер SIMATIC S 7 300 компании SIEMENS Контроллер Micro. PC компании Octagon Systems

Исполнительные механизмы Исполнительный механизм сервопривод, устройство, предназначенное для перемещения регулирующего органа (регулирующий орган может быть выполнен в виде вентиля, клапана, задвижки, крана, шибера, заслонки и др.) в системах автоматического регулирования или дистанционного управления, а также в качестве вспомогательного привода элементов следящих систем, рулевых устройств транспортных машин и т, п.

Классификация исполнительных механизмов И. м. обычно состоит из двигателя, передачи и элементов управления, а также элементов обратной связи, сигнализации, блокировки, выключения. И. м. для регулирования потока жидкостей и газов представляет собой клапан, задвижку или затвор, перемещаемые гидравлическим, пневматическим или электрическим приводом. В пневматических исполнительных механизмах перестановочное усилие создается за счет действия сжатого воздуха на мембрану, поршень или сильфон. В соответствии с этим конструктивно И. м. подразделяют на мембранные поршневые сильфонные

Классификация исполнительных механизмов В гидравлических исполнительных механизмах перестановочное усилие создается за счет действия давления жидкости на мембрану, поршень или лопасть. В соответствии с этим конструктивно И. м. подразделяют на мембранные поршневые лопастные

Классификация исполнительных механизмов Отдельный подкласс гидравлических И. м. составляют гидравлические И. м. с гидромуфтами. Мембранные и поршневые пневматические и гидравлические И. м. подразделяются на пружинные беспружинные В пружинных И. м. перестановочные усилия в одном направлении создаются давлением в рабочей полости И. м. , а в обратном направлении сплои упругости сжатой пружины. В беспружинных И. м. рабочее давление на поршень или мембрану действует с обеих сторон поршня или мембраны. Электрические И. м. характеризуются: а) разнообразием типов электродвигателей; б) простотой питания в промышленных условиях; в) легкостью получения больших скоростей.

Классификация исполнительных механизмов Электрические И. м. по принципу действия подразделяются на электродвигательные электромагнитные а по характеру движения выходного органа делятся на прямоходные (поступательное движение) поворотное (вращательное движение) поворотные в свою очередь делятся на однооборотные многооборотные

HART-протокол Обмен данными между системой управления и интеллектуальными первичными датчиками легко осуществляется с помощью стандартного коммуникационного протокола HART® (Highway Addressable Remote Transducer Адресуемый Дистанционный Магистральный Преобразователь). HART протокол использует принцип частотной модуляции для обмена данными на скорости 1200 Бод. Для передачи логической "1" HART использует один полный период частоты 1200 Гц, а для передачи логического "0" два неполных периода 2200 Гц. HART составляющая накладывается на токовую петлю 4 20 м. А. Поскольку среднее значение синусоиды за период равно "0", то HART сигнал никак не влияет на аналоговый сигнал 4 20 м. А. HART протокол построен по принципу "главный подчиненный", то есть полевое устройство отвечает по запросу системы. Протокол допускает наличие двух управляющих устройств (управляющая система и коммуникатор).

Архитектура HART Протокол HART может применяться в двух режимах подключения. Один представляет собой соединение «точка» , и применяется в системах с одним ведомым устройством и максимум двумя ведущими. Ведущим устройством может быть устройство связи с объектом или программируемый логический контроллер. В качестве вторичного – HART терминал или любое другое устройство с HART модемом. Передача информации может осуществляться в обоих направлениях, причем передача аналоговой информации по этому же каналу не прерывается. Второй тип подключения – «шина» предполагает соединение друг с другом до 15 ведомых устройств с теми же двумя ведущими устройствами. В этом случае предполагается обмен только данными в цифровой форме. Причем, в цепи контроллеров предусмотрен дополнительный источник тока, обеспечивающий по 4 м. А на каждого потребителя.

Команды HART-протокола Команды протокола подразделяются на три основные группы: Универсальные – основные команды, поддерживаемые ведомыми устройствами. Используются для считывания стандартных, общих для всех устройств параметров, таких как тип устройства, диапазон измерений, текущее значение и пр. Стандартные – использующиеся практических во всех HART устройствах команды. Настраивают работу устройств. Например, запись/считывание стандартных и приборных параметров. Специфические – команды настройки специфических, индивидуальных параметров какого либо устройства, например, калибровка ультразвукового датчика или считывание базовых данных прибора.

Команды HART-протокола 1. Универсальные ¢ Прочитать производителя и тип устройства ¢ Прочитать главную переменную (ГП), единицы измерения ¢ Прочитать текущее значение и процент от диапазона ¢ Прочитать до четырех предопределенных переменных ¢ Прочитать/записать 8 символьный идентификатор и 16 символьное описание ¢ Прочитать/записать 32 символьное сообщение ¢ Прочитать диапазон значений устройства, ед. измерения и время выборки ¢ Прочитать серийный номер датчика и ограничения ¢ Прочитать/записать последний шифр комплекта устройств ¢ Записать адрес запроса

Команды HART-протокола 2. Стандартные ¢ ¢ ¢ ¢ Прочитать выборку из максимум четырех динамических переменных Записать константу времени выборки Записать диапазон значений устройства Калибровать (установка нуля, диапазона) Установить постоянное значение выходного тока Выполнить самотестирование Выполнить перезапуск Установить ГП в нуль Записать единицы измерения ГП Установить нулевое значение ЦАП и коэф. усиления Записать функцию преобразования (кв. корень и др) Записать серийный номер датчика Прочитать/записать установки динамических переменных

Сетевая технология Ethernet Сетевая технология – это согласованный набор стандартных протоколов и реализующих их программно аппаратных средств (например, сетевых адаптеров, драйверов, кабелей и разъёмов), достаточный для построения вычислительной сети. Иногда сетевые технологии называют базовыми технологиями, имея в виду то, что на их основе строится базис любой сети. Стандарт Ethernet был принят в 1980 году. Число сетей, построенных на основе этой технологии, к настоящему моменту оценивается в 5 миллионов, а количество компьютеров, работающих в таких сетях, в 50 миллионов. Основной принцип, положенный в основу Ethernet, случайный метод доступа к разделяемой среде передачи данных.

Команды HART-протокола 3. Специфические команды устройств ¢ ¢ ¢ Прочитать/записать уровень обрезки малых значений Пуск, останов или общий сброс Прочитать/записать фактор точности калибровки Прочитать/записать информации о материалах и строительстве Калибровать сенсор Включить ПИД регулятор Установить заданное значение ПИД регулятора Характеристика вентиля Заданное значение вентиля Границы перемещения Единицы измерения пользователя Информация локального дисплея

Преимущества Ethernet ¢ ¢ ¢ Главным преимуществом сетей Ethernet, благодаря которому они стали такими популярными, является их экономичность. Кроме того, в сетях Ethernet реализованы достаточно простые алгоритмы доступа к среде, адресации и передачи данных. Простота логики работы сети ведёт к упрощению и, соответственно, удешевлению сетевых адаптеров и их драйверов. По той же причине адаптеры сети Ethernet обладают высокой надёжностью. И наконец, ещё одним замечательным свойством сетей Ethernet является их хорошая расширяемость, то есть лёгкость подключения новых узлов.

Средства автоматизации – это технические средства, предназначенные для оказания помощи должностным лицам органов управления в решении информационных и расчетных задач. Применение средств автоматизации повышает оперативность управления, снижает трудозатраты должностных лиц органов управления, повышает обоснованность принимаемых решений. К средствам автоматизации относятся следующие группы средств (рис. 3.4):

электронно-вычислительные машины (ЭВМ);

устройства сопряжения и обмена (УСО);

устройства сбора и ввода информации;

устройства отображения информации;

устройства документирования и регистрации информации;

автоматизированные рабочие места;

средства математического обеспечения;

средства программного обеспечения;

средства информационного обеспечения;

средства лингвистического обеспечения.

Электронно-вычислительные машины классифицируются:

а) по назначению – общего назначения (универсальные), проблемно-ориентированные, специализированные;

б) по размерам и функциональным возможностям - суперЭВМ, большие ЭВМ, малые ЭВМ, микроЭВМ.

СуперЭВМ обеспечивают решение сложных военно-технических задач и

задач по обработке больших объемов данных в реальном масштабе времени.

Большие и малые ЭВМ обеспечивают управление сложными объектами и системами. МикроЭВМ ориентированы для решения информационных и расчетных задач в интересах конкретных должностных лиц. В настоящее время широкое развитие получил класс микроЭВМ, основу которого составляют персональные ЭВМ (ПЭВМ).

В свою очередь персональные ЭВМ разделяются на стационарные и переносные. К стационарным ПЭВМ относят: настольные, портативные, блокноты, карманные. Все составные части настольных ПЭВМ выполнены в виде отдельных блоков. Портативные ПЭВМ типа ″Lоp Top″ выполняются в виде небольших чемоданчиков массой 5 – 10 килограммов. ПЭВМ-блокнот типа ″Note book″ или ″Sub Note book″ имеет размер с небольшую книгу и по характеристикам соответствует настольным ПЭВМ. Карманные ПЭВМ типа ″Palm Top″ имеют размеры записной книжки и позволяют записывать и редактировать небольшие объемы информации. К переносным ПЭВМ относятся электронные

секретари и электронные записные книжки.

Устройства сопряжения и обмена предназначены для согласования параметров сигналов внутреннего интерфейса ЭВМ с параметрами сигналов, передаваемых по каналам связи. При этом эти устройства выполняют как физическое согласование (форма, амплитуда, длительность сигнала), так и кодовое. К устройствам сопряжения и обмена относятся: адаптеры (сетевые адаптеры), модемы, мультиплексоры. Адаптеры и модемы обеспечивают согласование ЭВМ с каналами связи, а мультиплексоры обеспечивают согласование и коммутацию одной ЭВМ и нескольких каналов связи.

Устройства сбора и ввода информации . Сбор информации с целью ее последующей обработки на ЭВМосуществляется должностными лицами органов управления и специальными датчиками информации в системах управления оружием. Для ввода информации в ЭВМ применяются следующие устройства: клавиатура, манипуляторы, сканеры, графические планшеты, средства речевого ввода.

Клавиатура – это матрица клавиш, объединенных в единое целое, и электронный блок для преобразования нажатия клавиши в двоичный код.

Манипуляторы (координатно-указательные устройства, устройства управления курсором) совместно с клавиатурой повышают удобство работы пользователя. Повышение удобства работы связано, прежде всего, с возможностью быстро перемещать курсор по экрану дисплея. В настоящее время в ПЭВМ используются следующие разновидности манипуляторов: джойстик (рычаг, установленный на корпусе), световое перо (применяется для формирования изображений на экране), манипулятор типа «мышь», сканер – для ввода в ПЭВМ изображений, графические планшеты – для формирования и ввода в ПЭВМ изображений, средства речевого ввода.

Устройства отображения информации отображают информацию без ее долговременной фиксации. К ним относятся: дисплеи, графические табло, видеомониторы. Дисплеи и видеомониторы служат для отображения информации, вводимой с клавиатуры или других устройств ввода, а также для выдачи пользователю сообщений и результатов выполнения программ. Графические табло осуществляют визуальный вывод текстовой информации в виде бегущей строки.

Устройства документирования и регистрации информации предназначены для вывода информации на бумагу или другой носитель с целью обеспечения длительного времени хранения. К классу этих устройств относятся: печатающие устройства, внешние запоминающие устройства (ВЗУ).

Печатающие устройства или принтеры предназначены для вывода алфавитно-цифровой (текстовой) и графической информации на бумагу или подобный ей носитель. Наиболее широко применяются матричные, струйные и лазерные принтеры.

Современная ПЭВМ содержит, как минимум, два запоминающих устройства: накопитель на гибких магнитных дисках (НГМД) и накопитель на жестких магнитных дисках (НЖМД). Однако в случаях обработки больших объемов информации вышеуказанные накопители не могут обеспечить их запись и хранение. Для записи и хранения больших объемов информации используются дополнительные запоминающие устройства: накопители на магнитных дисках и лентах, накопители на оптических дисках (НОД), накопители на DVD-дисках. Накопители типа НОД обеспечивают высокую плотность записи, повышенную надежность и долговечность хранения информации.

Автоматизированные рабочие места (АРМ) – это рабочие места должностных лиц органов управления, оборудованные средствами связи и автоматизации. Основным средством автоматизации в составе АРМ является ПЭВМ.

Средства математического обеспечения – это совокупность методов, моделей и алгоритмов, необходимых для решения информационных и расчетных задач.

Средства программного обеспечения – это совокупность программ, данных и программных документов, необходимых для обеспечения функционирования самой ЭВМ и решения информационных и расчетных задач.

Средства информационного обеспечения – это совокупность информации, необходимая для решения информационных и расчетных задач. В состав информационного обеспечения входят собственно массивы информации, система классификации и кодирования информации, система унификации документов.

Средства лингвистического обеспечения – совокупность средств и способов представления информации, допускающих ее обработку на ЭВМ. Основу лингвистического обеспечения составляют языки программирования.