4.Элементы автоматизации.

4.1 Классификация элементов автоматизации.

Компоненты автоматизации можно условно разделить на четыре класса:

1. Датчики

2. Анализаторы

3. Исполнительные механизмы

4. Приводы

Взаимосвязь этих компонентов между собой и с элементами технологического процесса показанного на рисунке.

оператор деталь оборудование

датчик

анализатор

исполн.

механизм

силовой

цилиндр

обычный тех. процесс

элементы

автоматизац.

Рис.4.1.Элементы АП

В данной схеме оператор – человек, а не ПР, так как промышленный робот является частью автоматизированной системы и включает сам указанные компоненты всех четырех классов.

Датчики собирают информацию об обрабатывающем оборудовании, обрабатываемой детали и о человеке – операторе. Анализаторы регистрируют и оценивают информацию, воспринятую датчиками. После этого устанавливается очередность действия, которую реализуют исполнительные устройства.

Примером действия исполнительного механизма может служить толкатель или штанга (шибер), сталкивающие детали с конвейера – чисто физическое действие. Другой пример – замыкание электрической цепи.

Приводы, как и исполнительные механизмы, воздействуют на процессы в соответствии с командами от анализаторов. Различие между приводами и исполнительными механизмами заключается в том что, исполнительные механизмы используются для выполнения законченных дискретных коротко ходовых движений (региональные перемещения относительно рабочей зоны оборудования), обычно линейных. Приводы реализуют более продолжительные (глобальные) движения, по большей части вращательные. Исполнительные механизмы могут включать и выключать приводы. (Золотник и гидроцилиндр).

4.2. Датчики.

Служат для получения необходимой информации о параметрах ТП .

Различают датчики перемещения, положения, скорости, ускорения и т.п. По способу получения информации д. подразделяются на дискретные, фазовые и амплитудные. По способу преобразования информации - контактные и бесконтактные (емкостные, фотоэлектрические, индуктивные и т.д.). По конструкции д.подразделяются на линейные и роторные. Роторные – кинематически связаны с валом двигателя и осуществляют косвенное измерение величины перемещения рабочего органа станка. Линейные д. располагают на неподвижной части ТО и производят прямое измерение линейных перемещений рабочего органа.

Основные характеристики датчиков:

- чувствительность д.( отношение изменения выходного сигнала к изменению контролируемой величины

Ручной выключатель – самый известный датчик.

Посредством ручного выключателя автоматизированная система связана с оператором, который включает или выключает ее в нужный момент, чтобы отрегулировать автоматический цикл.

Большинство ручных выключателей имеют два стабильных состояния: включено и выключено. Но могут иметь и одно состояние. Такие ручные выключатели снабжены пружиной, возвращающей их в это состояние.

Концевые выключатели (путевые датчики), как и ручные, срабатывают от механического воздействия, но не оператора или наладчика, а элементов самой автоматизированной системы. Моделей и видов концевых выключателей существуют очень много. Это связано с тем, что конструкции к.в. должны по размерам, по ходу рычага, силе воздействия и жесткости точно соответствовать требованиям конкретного процесса. Концевые выключатели приводятся в действие рычагами, штифтами, кнопками, плунжерами, роликами, пружинами и.т.д.

В роботизированных системах концевые выключатели применяются как на самих роботах, так и в периферийном оборудовании. Концевые выключатели могут ограничивать перемещение руки робота по любой из осей координат (упоры).

Размерные датчики – элементы системы управления, контролирующие размер деталей в процессе обработки.

Датчики бывают как контактные, так и бесконтактные.

Бесконтактные датчики - не требуют физического контакта с объектом или светового излучения от объекта.

Физических явлений, на основе которых работают выключатели, реагирующих на любые объекты – как металлические, так и неметаллические, существует достаточно много.

В одном из типов выключателей имеется специальная антенна, работающая в диапазоне радиочастот. Антенна принимает сигнал, передаваемый другой системой, а помещение любого объекта в создаваемое поле вызывает помехи приему. Эти помехи улавливаются антенной датчика, и при достижении ими определенного уровня, выключатель срабатывает. Особенность – чувствительность антенны связана с электрическими свойствами материала объекта. Имеют значение также размеры объекта, поэтому систему можно превратить в подобие избирательной для определенных изделий.

Другой тип бесконтактных выключателей – сонары. Сонары излучают волны давления и улавливают отраженные от объектов волны. Большинство сонаров работают в ультразвуковом диапазоне.

Работа другого типа б.д. основана на эффекте Холла, заключающемся в появлении небольшого напряжения в поперечном сечении проводника, по которому проходит электрический ток, если проводник помещен во внешнее магнитное поле. Значение этого напряжения, пропорционально плотности потока магнитного поля, перпендикулярного направлению тока. С помощью этого явления можно определять не только наличие объекта, но и расстояние до него.

Пневматические и струйные датчики управления применяются, помимо обнаружения и контроля объекта, в логических устройствах для воспроизведения отдельных или комплекса логических функций.

Фотоэлектрические датчики -реагируют на световое излучение

Фотоэлектрические датчики - более распространены, чем бесконтактные выключатели.

Как правило, используется луч света, создаваемый искусственным источником. Основной задачей является обнаружение объекта на пути прохождения луча.

Отражающие поверхности, которые оцениваются фотоэлектрическими датчиками, бывают трех типов:

• Рассеивающее

• Зеркальное

• Обратного отражения

источник

света датчик

Рис.4.2.Принцип работы Ф.Д.

Датчики инфрокрасного излучения -

реагируют на излучение в диапазоне частот, примыкающем к видимому со стороны красного цвета. Пример использования – обнаружение и контроль горячих объектов. Реагирование на «естественное» инфракрасное излучение объектов используется в работе системы, диагностирующей неисправности. Износ выше нормы режущего инструмента приводит к значительному повышению температуры, которая фиксируется д.и.и. Д.и.и. практически не подвержены воздействию помех в диапазоне видимого света. Наибольшее распространение получила методика использования модулированного инфракрасного излучения, когда источник генерирует пульсирующее излучение, обладающее повышенной интенсивностью, а датчик настроен на частоту модуляции. Модуляция излучения расширяет диапазон использования таких в принципе слабых источников инфракрасного излучения, как светодиоды.

Оптоволоконные устройства.-

волоконные светодиоды – гибкие стеклянные или пластиковые трубки, по которым можно пропускать лучи света, меняя их направление. Когда используют пучки волокон, могут быть переданы целые изображения объектов. Однако обычно в системах автоматизации применяются отдельные волокна для передач луча, присутствие или отсутствие которого фиксирует датчик.

Лазеры.-

свет, представляющий собой концентрированный, усиленный луч полимеризованного света. Такие лучи способны переносить на расстояние, большое количество энергии, сосредотачивая ее на маленькой площади. В автоматизированных системах лазеры используются как источники очень длинных и калиброванных лучей света. Преимущества узких концентрированных лучей, испускаемых лазерами, заключается в их практической параллельности (отсутствие фокусного расстояния).

Свойства лазерных лучей позволяют с их помощью обнаруживать малые объекты, прерывающие их на большом переменном настоянии. Присутствие или отсутствие луча за объектом может быть использовано как логический вход в автоматизированную систему управления. Лазер можно использовать также для измерения размеров.

Оптические датчики положения – позволяют с большой точностью определять угловые перемещения, Устройство представляет собой пазовый диск, установленный жестко на вращающемся объекте.

С одной стороны перед диском устанавливают источник света, с другой фотодатчики для каждого диаметра диска с пазами. При повороте вала объекта фотодатчики с большой точностью фиксируют угол поворота. На кольце диска, расположенном ближе к центру, пазы расположены с большими интервалами (промежутками) нежели на периферии диска. . На кольце, расположенном ближе всего к центру, темные и светлые полосы чередуются через 180 градусов, на следующем – через каждые 90 градусов, затем – через 45 градусов и.т.д. в зависимости от количества колец на диске.

Информация о положении может быть передана в ЭВМ или другое управляющее устройство для контроля частоты вращения или положения вала. Подобные устройства применяются в конструкциях роботов и станков с ЧПУ.

Оптические датчики могут быть двух видов: работающие в абсолютной или в относительной системе координат (в приращениях). Последние подают серии импульсов напряжений, пропорциональных углу поворота вала. Чтобы рассчитать новое положение вала, управляющая ЭВМ должна знать предыдущее. Датчики, работающие в абсолютной системе координат, передают набор напряжений, соответствующий положению вала в каждый момент времени. На выходе выдается сигнал в двоичной форме с количеством знаков, равным количеству колец (10110010).