Рудничная автоматика
..pdfа
ный возмущению, подают на второй вход управляющего устройст ва УУ, который суммирует сигналы задания 3 и усилителя У2.
В частном случае усилители У1 и У2 могут отсутствовать. САУ с воздействием по возмущению совершенно не реагируют
на второстепенные возмущению (например, В2 на рис. 2,6), вызывающие в системе управления погрешности, которые она исправить не в состоянии. В некоторых случаях выходная ве личина с течением времени под действием второстепенных воз мущений может отклониться от заданного значения настолько, что система окажется неработоспособной.
На рис. 2,в показана схема разомкнутой САУ генератора постоянного тока с воздействием по возмущению. За основное возмущение принято изменение частоты вращения. Компенсация его производится изменением магнитного потока.
Системы автоматического регулирования. Наибольшее рас пространение в горной промышленности получили системы авто матической стабилизации и программные системы регулирования. По построению они аналогичны. Рассмотрим различные САР и их характерные особенности в соответствии с их классификацией (см. 1.2).
Примером САР прямого действия, в которой для перемещения регулирующего органа не требуется дополнительного источника энергии, может служить САР напряжения генератора постоянного тока (рис. 3,а). В качестве датчика напряжения в этой сис теме используется электромагнит УА с пружиной, якорь кото рого связан с ползунком реостата R2 в цепи обмотки возбуж дения генератора G. При изменении напряжения UT генератора, например, при его уменьшении, якорь электромагнита несколько опустится и переместит ползунок реостата R2 вниз, т.е. в сторону, соответствующую увеличению тока возбуждения, маг нитного потока и напряжения. Заданное напряжение генератора устанавливают с помощью реостата R 1.
В системах прямого действия датчик должен иметь доста-
а |
1нагр |
В |
Рис. З.Схема статической САР напряжения генератора (а) и ее характерис тики (б)
точную мощность, чтобы перемещать регулирующий орган. Поэ тому в рудничной автоматике, где подавляющее большинство датчиков выполняются искробезопасными (т.е. они имеют весьма малую мощность) , системы прямого действия не применяются.
В САР непрямого действия для перемещения регулирующего органа необходимо усиливать сигнал датчика. Для этого при меняют различные усилители. В релейных системах одном из видов дискретных САР с этой целью применяют реле, контак торы, соленоиды. САР непрямого действия, в которой для перемещения регулирующего органа (ползунка реостата) исполь зован электродвигатель, была рассмотрена выше (см. рис. 1,в,г).
Статической САР в соответствии с приведенным выше опре делением является САР напряжения генератора, схема которой
показана на рис. 3,а. При отсутствии |
регулятора напряжение |
на генераторе с увеличением нагрузки |
снижалось бы по |
внешней характеристике генератора (кривая 1, рис. 3,6). Снижение напряжения компенсируется регулятором (электро магнитом YA с пружиной) путем увеличения магнитного потока, т.е. путем перемещения ползунка реостата R2 вниз. Каждому значению 1нагр в установившемся режиме соответствует опре деленное положение ползунка реостата R2, т.е. определенное положение жестко связанного с ним якоря электромагнита! YA и, следовательно, определенное напряжение генератора. Зависи
мость напряжения на генераторе от нагрузки при включенном регуляторе называется статической характеристикой системы
(кривая 2).
Примером астатической САР может служить САР напряжения генератора, рассмотренная в 1.2 (см. рис. 1,0, г). Харак терная особенность астатических САР состоит в том, что при одном и том же значении регулируемой величины (в данном примере - напряжения генератора) регулирующий орган (ползу нок реостата R) может занимать различные положения. Астати ческая характеристика системы показана кривой 3 на рис. 3,6.
Рассмотренные выше САР это непрерывные системы. В горной промышленности их применяют в системах стабилизации двигателей рабочих органов на очистных и проходческих ком байнах, в регуляторах давления на тормозах подъемных машин и др.
Дискретные САР делятся на релейные и импульсные. Релейной САР называется такая система, в которой хотя бы один основ ной элемент обладает релейной характеристикой. Обычно таким элементом является датчик. Примером релейной САР может слуслужить система автоматизации водоотливных установок (см 7.1). Она по существу представляет собой релейную САР уровня воды в водосборнике, являющемся объектом регулиро вания. Регулирующим органом служит главный насос, а испол нительным механизмом - его двигатель. Возмущающее воздейст вие в этой системе приток воды в водосборник, основной измерительный элемент системы - датчик верхнего уровня воды. Когда поднимающийся уровень воды достигнет этого датчика, замкнется электрическая цепь и включится насос. Так так его подача больше притока воды в водосборник, уровень воды будет опускаться и контакт между водой и датчиком верхнего уровня разорвется. Во избежание частых включений и отключений на соса в нижней части водосборника устанавливают дополнитель ный датчик (датчик нижнего уровня) и цепь управления двига телем насоса собирают так, чтобы он отключался, когда вода опустится до отметки датчика нижнего уровня.
1.4. ХАРАКТЕРИСТИКИ СИСТЕМ АВТОМАТИКИ И ИХ ЭЛЕМЕНТОВ
Характеристики элементов |
систем автоматики. К ним |
относятся статическая и переходная характеристики. |
|
С т а т и с т и ч е с к а я |
х а р а к т е р и с т и к а |
функциональных элементов САР и САУ представляет собой зави симость между выходной у и входной х величинами элемента, т.е. у-/(х). Различают линейные (рис. 4,а) и нелинейные (рис. 4,6,в) статистические характеристики. Характеристику 1 (рис. 4,6) имеют элементы, обладающие свойством насыщения; характеристика 2 (рис. 4,6) имеет зону нечувствительности от Х2 до xi, в пределах которой изменение входной величины х не приводит к изменению величины у. Характеристика на рис. 4,б называется релейной. Выходная величина при этой характерис тике может принимать только два значения ymin и утлх.
Для статических характеристик различают:
статический коэффициент передачи к = у/х . Для линейной характеристики, проходящей через начало координат (прямая /, рис. 4,я), значение к постоянно во всех точках, т.е.
к = у/х = tgai = const.
Т а б л и ц а 1. Переходные |
характеристики |
типовых |
динамических |
звеньев |
|
Динамическое
зВено
Безынерционное
Апериодическое
Копебатепьное
Интегрирующее
{астатическое)
Дифференцирующее
Постоянногозапаз дывания (Z)
Входной Величины имеет
Переходная
характеристика
У
t
У 1
t
У 1А^,
У
t
У
t
У
* " |
t |
Вид:
Пример динамического зВена
Рычажная передача; редуктор; электронный
усилитель
Генератор постоянного тока; электрическая RC-
или RL-цепь; теплоВые устройства
ЭлектродВигйтель; электрический колебатель ный контур; механические
системы
Гхдроцилиндр (у-ход поршня); Электродвигатель (у-угол
поворота; бункер (у-количес-
тВо ВещестВа В нем)
Механический демпфер ; конденсатор В цепи пос-
тоянного тока (у-ток)
Трубопроводы; конВейеры; линии сВязи
| |
t |
0
ференцирующее, постоянного запаздывания. Графики переходных характеристик и примеры этих звеньев даны в табл. 1 [2]. Там же показан график воздействия входной величины х ш п о .
Показатели работы систем автоматического регулирования. Основные требования, предъявляемые к САР в отношении их ра ботоспособности, состоят в том, что САР должны быть устой чивыми и иметь заданные показатели качества регулирования.
Под устойчивостью САР понимают ее способность возвра щаться к установившемуся состоянию после снятия возмущающего
превышать 3-5% ууст.ном; перерегулирование Aymax не должно превышать допустимого для данной системы значения; время регулирования tp должно соответствовать установленному для данной САР в зависимости от особенностей технологического процесса.
Контрольные вопросы
1.Как классифицируют системы автоматики по назначению?
2.Назовите функции отдельных элементов САУ и САР.
3.Каковы характерные черты различных этапов автоматики?
4.По каким признакам и как классифицирует САР?
5.Как работают САУ с воздействием по возмущению?
6.Чем отличаются статические и астатические САР?
7.Назовите виды статических характеристик функциональных элементов.
8. Изобразите переходные характеристики типовых динамических звеньев
иприведиie примеры.
9.Назовите показатели качества процесса регулирования.
2.ЭЛЕМЕНТЫ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ
2.1. ДАТЧИКИ
Общие сведения. Датчики - это элементы систем автоматики, осуществляющие ввод в систему сигналов о текущем значении регулируемой величины. Они преобразуют регулируемую величину в другую, более удобную для дальнейшего использования. Пос кольку подавляющее большинство систем рудничной автоматики - электрические, ниже рассматриваются датчики, в которых ре
гулируемая |
(контролируемая) |
величина |
преобразуется |
в |
|
электрическую. |
|
|
|
||
.Основной характеристикой датчиков служит выходная харак |
|||||
теристика |
- |
зависимость выходной величины у от входной х, |
|||
т.е. у в |
/ |
(х), от вида которой |
зависят |
свойства не только |
самого датчика, но и всей системы автоматики.
Преобразование контролируемой датчиком величины в элек трический сигнал может осуществляться не одним элементом, а несколькими последовательно действующими элементами. Нап ример, во многих датчиках, контролирующих давление, оно сначала преобразуется в перемещение промежуточного элемента, а затем - в электрическую величину. Совокупность элементов датчика, обеспечивающих все преобразования, называется
измерительной цепью датчика, а первый в измерительной цепи преобразовательный элемент, находящийся под непосредственным воздействием контролируемой величины, - чувствительным элементом.
Измерение контролируемой величины и ее дальнейшее преоб разование могут осуществляться методом непосредственной
Рис. 6. Датчики перемещения
используются в системах рудничной автоматики для контроля положения подъемных сосудов, стопоров, вагонеток и другого горного оборудования. В качестве датчиков с однозначной за висимостью у *= f(x) применяют реостатные и индуктивные дат чики, в которых перемещение преобразуется в изменение соот ветственно активного и индуктивного сопротивления.
Реостатные датчики представляют собой переменные резис торы поворотного типа или с поступательным ходом ползунка. Они обычно включаются по схеме потенциометра (делителя на пряжения). Если контролируемый объект перемещается только в одну сторону от исходного положения, то датчик включают по схеме, показанной на рис. 6,а. Выходное напряжение UBых связано с входной величиной (перемещением х) соотношением
и„ |
и |
Ml |
(1) |
|
1+1 |
нагр |
|
которое получено исходя из того, что напряжение U распре деляется между верхней и нижней (по отношению к ползунку) частями реостата R пропорционально соответственно сопро тивлению верхней части и эквивалентному сопротивлению сое
диненных |
параллельно |
нижней части реостата и |
нагрузки |
|||||
(й»||р). |
формулы |
(1) ВИДНО, ЧТО при отсутствии нагрузки (Ли* |
||||||
- |
Из |
|||||||
«\ Una/U - |
х/1. Следовательно, |
выходная |
характеристика у ■ |
|||||
- |
f(х) |
в |
этом |
случае - |
линейная |
(прямая |
I, рис. б, |
б). При |
подключении нагрузки пропорциональная зависимость выходного напряжения нарушается. Наибольшее отклонение характеристики от линейной (при х/1 - 0,5) зависит также от соотношения