Г Л А В А I

ОБЪЕКТЫ АВТОМАТИЗАЦИИ

Объектами автоматизации на заводах железобетонных изделий являются установки, осуществляющие различные технологические операции (пере­ мешивание, уплотнение, затирку и т. п.), а также различные транспорти­ рующие механизмы. Все установки, расположенные вдоль технологического потока, должны быть в какой-то степени автоматизированы.

Технологический процесс начинается с момента поступления на завод материалов.

§ 1. СХЕМА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПОТОКА

Для инертных материалов (гравия, щебня, песка) на заводах имеются специальные склады. Например, на некоторых московских заводах железо­ бетонных изделий есть механизированные склады емкостью около 15 тыс. м 3. Вагоны и платформы разгружаются при помощи специальных машин.

Разгрузка полувагона продолжается 8—10 Мин. Из приемных разгру­ зочных бункеров инертные материалы поднимаются на транспортерах длиной порядка 50—70 м по наклонным галереям на верхние ярусы, откуда сбра­ сываются вниз в соответствующие штабеля, под которыми расположены подземные приемные галереи. По мере надобности инертные материалы подаются дальше по наклонным галереям в бетоносмесительный цех.

Зимой материалы предварительно проходят через, бункера подогрева и поступают в бетоносмесительный цех с температурой 25—30°.

Для приема и хранения цемента различных марок строятся прирель­

рабочими. Пневматический разгрузчик состоит из трех агрегатов: забор­ ного устройства, осадочной.камеры и машинного отделения. Сопло машины засасывает цемент под действием вакуума, специальный рушитель и под­ гребные шнеки обеспечивают эффективное всасывание цемента.

По бронированному шлангу цемент поступает в осадочную камеру, отсюда он подается питателем в горизонтальный шнек цементного склада. Шнек в свою очередь доставляет цемент в баШМак ленточного элеватора, откуда его элеватор ковшами подает в приемные рукава аэрожелоба.

Аэрожелоб транспортирует цемент к силосным башням.

На всех железобетонных заводах имеется арматурный цех. В этом цехе установлены машины для изготовления арматурных сеток. Там есть авто-

матические машины типа АТМС-14-75, полуавтоматические МТМС-7-35, различные сварочные клещи и машины, а также правильные — отрезные станки.

Готовые арматурные сетки и стержни доставляются на конвейер кра­ ном или кран-балкой.

Основой производства является конвейер по изготовлению железобе­ тонных изделий. На конвейер подается арматура и бетономасса.

Бетоносмесительный цех находится обычно над помещением, в котором расположен конвейер. Бетоносмесительный цех размещается в 5 или 6-этажном здании. Технологический процесс осуществляется по вертикали сверху вниз.

Наверху находится бункерное отделение, куда поступает цемент и заполнители.

Под ним размещается дозировочное отделение с автоматизированными весами-дозаторами.

Из дозаторов цемент, компоненты и вода поступают в бетономешалки. Из бетономешалок бетонная масса по ленточным транспортерам поступает в бетоноукладчики конвейера.

Процессы дозирования и перемешивания автоматизированы. На до­ заторах имеются автоматизированные весовые головки, которые обеспе­ чивают прекращение поступления материала при достижении заданного веса. Оператор включает начало дозирования нажатием кнопки.

Управление перемешиванием и работой конвейеров, транспортирующих бетонную массу от бетономешалки до конвейера, осуществляется электрокомандным прибором (КЭП-12У).

На заводах обычно есть несколько конвейеров, на которых проводятся все операции от укладки арматуры до выхода готового изделия. Длина конвейеров порядка 60—80 м.

На конвейере по рельсам перемещаются формовагонетки, они прохо­ дят под различным оборудованием, которым оснащен конвейер.

Конвейеры оснащены машинами для очистки и смазки форм бетоно­

на которых проходят все технологические операции по формованию изде­ лия.

После конвейера изделия поступают в камеру тепловлажностной об­ работки. В некоторых случаях устанавливается камера тепловлажност­ ной обработки непрерывного действия.

Кроме того, тепловлажностная обработка производится в ямных ка­ мерах и в кассетах.

По выходе из камер тепловлажностной обработки, где изделия наби­ рают приблизительно 70% прочности, они направляются на склад готовой продукции.

Из приведенного видно, что на технологическом потоке по изготовле­ нию железобетонных изделий есть объекты, где нужно: 1) вести учет ма­ териала; 2) программное включение отдельных агрегатов; 3) автоматиче­ ское поддержание параметров на заданном уровне.

Все эти объекты различны по своим свойствам, различно реагируют на воздействие регулятора и в зависимости от этого классифицируются.

§ 2. КЛАССИФИКАЦИЯ ОБЪЕКТОВ

Объекты можно разделить на более простые, одноемкостные объекты, и более сложные, многоемкостные объекты. Емкостью объекта называется способность накапливать вещество или энергию.

Одноемкостные объекты имеют одну емкость. Например, бак с жидкостью, уровень которой регулируется, является одноемкостным объектом.

коэффициентом самовыравнивания, показывает, насколько интенсивно отклонение регулируемой величины влияет на небаланс объекта.

Статический объект характеризуется также временем разгона Тр. Время разгона Г р — это время, в течение которого регулируемая ве­

личина изменится от нуля до своего номинального значения при постоян­ ной максимальной скорости изменения, соответствующей максимальному небалансу. Для рассматриваемого примера

ложенной над баком, и величина уровня не будет влиять на сопротивление притока, то объект станет астатическим со стороны притока.

Астатическим или нейтральным объектом называется такой объект, у которого одному и тому же значению нагрузки могут соответствовать раз­ ные значения регулируемого параметра.

Астатические объекты не обладают свойством самовыравнивания и параметр при изменении притока или стока будет изменяться с постоянной скоростью, пропорциональной величине возмущения.

Так как параметр в астатическом объекте изменяется со скоростью, пропорциональной величине возмущения, то процесс в них протекает по уравнению

dx

(1.3)

~dt

где х — регулируемая величина в относительных единицах;

у— воздействие, которое может представлять собой возмущение или

регулирующее воздействие, или и то и другое вместе.

Г р — время разгона астатического объекта, т. е. время, в течение кото­ рого емкость объекта будет целиком заполнена или опорожнена при максимальном небалансе

Статические объекты по сравнению с астатическими более легко авто­ матизировать, так как они обладают саморегулированием.

Помимо статических и астатических объектов, существуют объекты, у которых отклонение регулируемой величины также действует на небаланс, но не в сторону его уменьшения, а в сторону его увеличения. В таких объек­ тах даже при самом незначительном нарушении равновесия отклонение регулируемой величины продолжается до бесконечности.

Такие объекты называются неустойчивыми или объектами с отрица­ тельным самовыравниванием.

Существенным свойством объектов как статических, так и астатиче­ ских является запаздывание.

Запаздывание z представляет собой время, прошедшее от начала воз­ мущения до момента, когда параметр начнет изменяться. Это запаздыва­ ние складывается из времени чистого запаздывания т0 (которое называют дистанционным или передаточным) и времени переходного запаздывания тп, так что

Г Л А В А II ДАТЧИКИ

§ 1. ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ О ЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТАХ И ДАТЧИКАХ

Как видно из функциональной схемы рис. 1, каждый регулятор имеет измерительное устройство И, контролирующее величину параметра. В данной главе рассматривается устройство и принцип действия некоторых, наиболее часто применяемых измерителей.

Всякое измерение осуществляется чувствительными органами, реаги­ рующими на изменение измеряемой величины. Например, измерение тем­ пературы может быть произведено термометром сопротивления, состоящим из металлической проволоки. Сопротивление этой проволоки зависит от температуры. Каждой температуре соответствует определенное сопротив­ ление. Поэтому, измеряя сопротивление, можно' определить температуру. Измерение давления можно производить манометрической пружиной. Каждому давлению внутри пружины соответствует определенная ее де­ формация. Измеряя деформацию пружины, можно судить о давлении.

Проволока термометра сопротивления и пружина манометра являются чувствительными органами.

Чувствительный орган, как видно из указанного, воспринимает изме­ нение контролируемой величины и преобразует это изменение в изменение

руемой величины в выходной сигнал, удобный для дистанционной передачи \ и дальнейшего использования.

По структуре датчики состоят из одного или нескольких элементарных преобразователей, соединенных в единую систему. Важнейшим из них яв­ ляется первый преобразователь, воспринимающий контролируемую вели­ чину .

В датчиках различают входную величину, действующую на датчик, и выходную величину, которая является информацией для всех следующих за датчиком элементов системы. Для термометра сопротивления входной величиной будет температура, а выходной — сопротивление. Для мано­ метрической пружины входной величиной будет давление, а выходной — деформация.

Такая термопара изображена на рис. 2.1, а. Если концы термопары (места соединений термоэлектродов) имеют разные температуры, то в термо­ паре появится э. д. с., величина которой зависит от разности температур концов термопары.

При замере температуры на одном конце термопары (называемым сво­ бодным) поддерживается постоянная температура, а другой конец (назы­ ваемый рабочим) помещается в среду, температура которой измеряется.

Величина термо-э. д. с. в спае обозначается

елв (О»

в индексе указываются материалы термоэлектродов, в скобках температура конца термопары.

Термо-э. д. с. всего контура, состоящая из двух термоэлектродов, равна

Для измерения термо-э. д. с. в цепь термопары нужно включить милли­ вольтметр. Включение милливольтметра равносильно включению нового проводника (третьего термоэлектрода D) в цепь термопары. Включение нового проводника может быть сделано либо между термоэлектродами, либо в рассечку термоэлектрода (рис. 2.1, б).

Если концы нового проводника находятся при одинаковой температуре, то введение этого проводника не искажает термо-э. д. с. термопары, состав­ ленной из двух других проводников. Если же концы нового проводника на­ ходятся при разных температурах, то этот проводник образует новую (паразитную) термопару и термо-э. д. с. термопары будет изменена на вели­ чину э. д. с. паразитной термопары.

Очевидно, что из имеющихся проводниковых материалов можно составить громадное количество термопар.

Для того чтобы можно было составить справочные таблицы, принято каждый термоэлектрод характеризовать величиной ТЭДС, которую он развивает в паре с так называемым нормальным термоэлектродом, в ка­ честве которого принята химически чистая платина. Зная термо-э. д. с. раз­

Зависимость между сопротивлением и температурой для полупроводни­ ковых термометров сопротивления определяется формулой

Л

R = Ae т

ся, при сжатии конструкции — сжиматься. Рекомендуется, чтобы рассто­ яние между осью проволоки и поверхностью испытуемой детали не пре­ вышало 0,03 -f- 0,04 мм.

Проволочный датчик, сделанный из проволоки малого диаметра, не может быть хорошо приклеен. Поэтому делают такие датчики из фольги — рис. 2.5. Такой датчик представляет собой решетку из тонкой металлической фольги, на которой часть металла вытравлена. Такие датчики лучше на­ клеиваются и допускают относительно большие токи, чем датчики из про­ волоки.

Деформируясь вместе с испытуемой конструкцией, проволочный дат­ чик изменяет свое сопротивление. Измеряя сопротивление, можно судить

Рис. 2.5. Тензометр из фольги

о происходящих деформациях и о силах, их вызывающих.

При деформации датчика (имеется в виду упругая деформация) изме­ няется длина проволоки I, сечение проволоки s и удельное сопротивление

р.Если величина сопротивления выражается формулой

Я= Р — ,

S

то относительное изменение сопротивления при упругой деформации про­ волоки может быть представлено формулой

Выражая сечение проволоки s через его радиус г, имеем

As _2 Дг

S г

Связь между изменением диаметра проволоки и ее длиной (при упругой

определяется экспериментально, так как относительное изменение удель­ ного сопротивления нам обычно неизвестно. Чувствительность зависит от материала датчика и его конструкции.

В зависимости от этого чувствительность может находиться в пределе 0,4 -н 3,5.

Датчики следует накладывать так, чтобы ось чувствительности (рис. 2.4) располагалась вдоль линии ожидаемой деформации. Размеры датчика в направлении, перпендикулярном оси чувствительности, должны быть по возможности минимальными. Размеры проволочных датчиков в зависимости от их назначения колеблются в пределах 5—150 мм вдоль оси чувствитель­ ности и 3—60 мм в перпендикулярном к оси чувствительности направлении.

При работе с проволочными датчиками нужно тщательно учитывать влияние температуры, так как изменение сопротивления, вызванное изме­ нением температуры, соизмеримо с изменением сопротивления, вызванным деформацией.

2§ 5. ИНДУКТИВНЫЕ И ИНДУКТИВНО-ТРАНСФОРМАТОРНЫЕ ДАТЧИКИ

Индуктивные датчики применяются для измерения малых перемеще­ ний и напряжений. Индуктивные датчики представляют собой катушки со стальным магнитопроводом. Магнитопровод обычно состоит из сердеч­ ника и якоря с зазором между ними — рис. 2.6, а. При перемещении якоря

Рис. 2.6. Индуктивные датчики:

а — с замкнутым магнитопроводом; б — с разомкнутым магнитопроводом

изменяется индуктивность катушки. Таким образом, индуктивные датчики преобразуют линейное перемещение в изменении индуктивности. Конструк­ тивное выполнение этих датчиков довольно разнообразно. Индуктивные датчики изготовляются и с разомкнутым магнитопроводом (рис. 2.6, б). Комплект двух индуктивных датчиков с общим якорем называют диффе­ ренциальным индуктивным датчиком (рис. 2.7, а, б).

Рис., 2.7. Индуктивные дифференциальные датчики:

а — с замкнутым магнитопроводом; б — с разомкнутым магнитопроводом

Применение индуктивных датчиков в производственных условиях дает значительное преимущество, заключающееся в том, что эти датчики обла­ дают значительной прочностью и дают возможность не пользоваться уси­ лителем, так как могут питать измерительный прибор. Кроме того, при этих

Реостатные датчики используются для передачи на расстояние показа­ ний измерительных приборов, а также для обратной связи в электрических регуляторах.

§ 7. ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ДАТЧИКИ

Фотоэлементом называется прибор, в котором используется явление фотоэффекта. Это явление заключается в ионизации атомов вещества кван­ тами электромагнитного излучения, сопровождающееся образованием свободных носителей заряда внутри тела (внутренний фотоэффект) или вы­ ходом их в вакуум (внешний фотоэффект). Различают три вида фотоэффекта

С увеличением светового потока, падающего на катод, увеличивается число имитированных электронов, т. е. увеличивается ток.

Электровакуумные фотоэлементы с внешним фотоэффектом изготов­ ляются двух типов: 1) электронные фотоэлементы, в которых благодаря высокому вакууму создается чисто электронный ток и 2) ионные фото­ элементы, в которые введен инертный газ под давлением в сотые доли миллиметра ртутного столба. В последних фотоэлементах благодаря иони­ зации ток может быть больше, чем у электронных.

Фотоэлементы изготовляются из различных материалов: селена, сер­ нистого таллия, а также сернисто-свинцовые и сернисто-висмутовые. Светочувствительный полупроводник наносится тонким слоем (0,02— 0,03 мм) на стеклянную пластинку, на которую предварительно положены гребенчатые электроды.

На рис. 2.11 показана конструкция селенового фотосопротивления. Фотосопротивления типа ФС-4 (сернисто-свинцовые) и ФС-К (сульфидно­

кадмиевые) имеют чувствительность в пределах 500 -f- 600 мка/лм. Вентильный фотоэлемент (с запирающим слоем) представляет собой

полупроводниковый диод, у которого между двумя областями с л и р про­ водимостями образуется п — р переход 3.

Кванты света ионизируют атомы п — р перехода, образуя новые пары свободных носителей зарядов (дырки и электроны). Под действием потен­ циального барьера п — р перехода дырки уходят в область р, а электроны

На рис. 2.12 показано устройство селенового фотоэлемента. На стальной пластинке 1 нанесен слой селена 2. На селен напылен полупрозрачный слой серебра или золота 4. К полупрозрачному слою металла и прижимается контактное кольцо 5. Фотоэлемент помещается в защитный кожух 6. Между полупрозрачным слоем металла и селеном образуется р — п переход.

Если такой фотоэлемент замкнуть на сопротивление, в цепи возникает ток, величина которого определяется световым потоком, падающим на

фотоэлемент.

Селеновые вентильные фотоэле­ менты имеют чувствительность (при потоках до 1 лм) 500 мка/лм при их коротком замыкании.

Сернисто-серебряные фотоэлемен­ ты имеют чувствительность порядка 6000 -f- 7000 мка/лм.

§ 8. ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ ДАТЧИКИ

Кроме рассмотренных выше дат­ чиков, у которых выходная величи­ на электрическая, применяются дат­ чики, имеющие в качестве выходной величины давление воздуха или дав­ ление жидкости. В измерительных приборах с такими датчиками в ка­ честве показывающего прибора при­ меняются манометры, отградуирован­ ные в единицах измеряемой величи­ ны.

На рис. 2.13 дана конструктивная схема регулятора температуры типа РТУ-1, представляющего собой сое­ динение в одном корпусе манометри­

и сильфона 3. К дну сильфона пружиной 4 прижимается стойка 5. Край­ ние верхнее и нижнее положения дна сильфона фиксируются заслонкой 9, впаянной в дно сильфона, и стойками 8.

Питание датчика производится очищенным воздухом с давлением 1,2 кПсм2 (118000 н/м2).

Из манометрического термометра откачан воздух и термобаллон на 3/4 наполнен рабочей жидкостью. Остальное внутреннее пространство термо­ метра заполнено парами этой жидкости. Давление внутри сильфона 3 зависит от температуры термобаллона 1.

Чем выше температура, тем больше давление и тем больше распрямля­ ется сильфон 3, сжимая пружину 4. В зависимости от температуры меняется расстояние между заслонкой 9 и соплом 6 и меняется величина проходного отверстия, через которое воздух выходит в атмосферу.

При минимальной температуре (на которую рассчитан прибор) про­ ходное отверстие сопла 6 в несколько раз больше сечения дросселя 7 и воздух, прошедший через дроссель 7, свободно проходит в атмосферу, а давление в корпусе прибора при этом почти равно атмосферному. При уве­ личении температуры проходное отверстие сопла 6 уменьшается, а давле­

пазоне этих температур давление в корпусе датчика изменяется в пределах от 0,2 до 1,0 кГ/см2.