Лекція №1 Структурна система автоматизації та система електроприводу X(t) задавальна дія Y(t) вихідна дія



Скачати 201.23 Kb.
Дата конвертації31.12.2016
Розмір201.23 Kb.
Лекція №1
Структурна система автоматизації та

система електроприводу




X(t) – задавальна дія

Y(t) – вихідна дія

U(t) – керувальна дія

h(t) – зворотна дія

q(t), j(t) – збурувальна дія

Р – регулятор

ОК – об’єкт керування.

Система електропривода – система, яка містить у своєму складі електричний двигун.

Система автоматизації – здійснюється підігрів, хімічна реакція.


Лекція №2
Зв'язок між дисциплінами у підготовці

інженера – електромеханіка

ЗІ – задавач інтенсивності

Р – регулятор.

СП – силовий перетворювач

ВМ – виконавчий механізм

СС – сенсор сигналу (датчик)

ЗЗ – зворотний зв'язок

У – керований параметр

ВМ – електричний двигун

СП – передбачає вивчення дисципліни СП

Р, СП – ЕМСТ, МПП (мікропроцесорні пристрої)

ЗІ, СС, ЗЗ – елементарні пристрої електроприводу (Е, ПЕП), елементи та пристрої системи автоматизації (Е, ПСА)

СС – датчик сигналу (шунт)

У – може бути швидкість

У – СКЕП (передбачає регулювання координатами точки таким чином якщо ми отримуємо координату яку нам потрібно).

СКЕП – система керування електропроводами, поділяється:



  1. ССКЕП – спеціальні (ЕМТ)

  2. МПСКЕП – мікропроцесорні (МПП)

Щоб запрограмувати регулятор потрібні витрати. СП, ВМ, СС, ЗЗ, тоді розраховується динаміка руху предмету: ОЕП – основи електроприводу

ТЕП – типовий електричний привод

АЕП – автоматизований

електропривод.

ТАК – теорія автоматичного керування

МІЕМП – методи індетифікації електромеханічних процесів.

Далі розраховується амплітуду, для цього → ОЕП – оптимізація електроприводів. Для забезпечення надійності → Н, D – надійність та діагностика (контроль роботи кожного блоку).

Для того щоб забезпечити відповідний зв'язок потрібно зробити розрахунок → ІВС – інформаційно вимірювальна система. Призначена для вимірювання сигналу і забезпечення коректної їх подачі.

АТП – автоматизація технологічних процесах, якщо система автоматизована. Та здатність ВМ використовується ВМ, котушка. Відбувається нагрівання, відштовхування.
Основні програмні продукти якими повинен володіти

інженер – електромеханік.

Windows – операційне середовище

Ms. Of – офісний пакет

Ms. Visio, Adov Photoshop, Corel Drav, Adobe Reader, КОМПАС.



Математичні пакети: MathCad, Matlab, Scilab, Sam Silk, Mapple.

Спеціальні пакети:

Мікро контролери фірми Atmel:

AVR studio, IAR, PROTEUS

AVR studio – мова ass

PROTEUS – програма емулятор

AlterraCorp – MAX+PLUSII, QU ARTUS виготовляє ПЛІС – програмовані схеми.


Побудова систем автоматизації

Simens


Обладнання Програмні продукти контролер LOGO → LOGO Soft Comport

S200 → Micro Win

S300 → Stem 7 lite

Операторська панель OP170 → WinCC flexdle

Частотні перетворювачі Micromaser → Master Drive

Серія програмних продуктів:

PCAD – для розробки системи планування. А для їх реалізації використовується середовище MiCroCAP, Electronic Word Bench.

OrGAD – альтернатива PCAD.

Середовище Delphi, Visual C, VB.


Лекція №3

Основні типи виконавчих механізмів.

Електродвигуни постійного струму

ОЯ – обмотка якоря

ОЗ – обмотка збудження

1.





Наприклад, на ОЗ номінальна напруга. Напруга на ОЯ збільшувати то і швидкість обертання буде збільшуватися.

2.







зменшується. Коли ослаблювати поле збудження то швидкість збільшується.

До обмоток подається напруга постійного струму.

Для того що б двигун обертався в іншу сторону потрібно поміняти полюси на лобій із котушок.

Є машини з постійними магнітами.



Електричний двигун паралельного з’єднання

Обмотка збудження приєднана паралельно до ОЯ.

Коли подаємо напругу на ОЯ то і одразу подаєм на обмотку збудження.

Напрямок тут також можна змінити.



, то
Електричні машини послідовного збудження



Їх не можна включати без навантаження.



Якщо то .



Електрична машина змішаного типу

Характеризується стійким характеристиками.

Асинхронні машині

Асинхронні машини бувають двох видів:



  1. Асинхронні двигуни з короткозамкненим ротором (мідна обмотка), тут обмотка живиться від джерела струму.





  1. Асинхронний двигун з фазним ротором.



Якщо представити обмотку без сердечника, то вона має вигляд “беличьей клетки”. Тобто, це багатофазна обмотка, яка з’єднана в зірку і замкнута накоротко. Вона має такий вигляд:

Частота обертання вала машини визначається за формулою:



р – кількість пар полюсів;

f – промислова частота.

Якщо одна пара полюсів (р = 1), то n = 3000 об/хв

Для того, щоб регулювати швидкість обертання вала двигуна з короткозамкненим ротором можна змінити кількість пар полюсів. Такий спосіб дає можливість керувати швидкість в малому діапазоні, а це є невигідно. Тому більш доцільним методом є зміна частоти електричної мережі.

Для керування швидкість обертання в двигунах з фазним ротором потрібно закоротити його обмотки, або ввести додатковий опір (зменшується момент).





Синхронні машини

Синхронні машини відрізняється від асинхронної машини тим, що до неї прикладена трифазна напруга, і подається постійна напруга. У них обертове магнітне поле і частота обертання ротора однакові. Їх використовують в якості генераторів.



Колекторні машини

Це машини, які можуть бути постійного та змінного струмів. Колекторні машини змінного струму використовують в якості електричних двигунів.



Вентильні двигуни

Є ще вентильні (крокові) двигуни. Вони застосовуються у вінчестерах. В таких двигунах є кілька обмоток, на які почергово подають напругу, в результаті чого двигун приводиться в рух. Щоб змінити швидкість такого двигуна, потрібно подавати частіше імпульси. Коли змінити довжину імпульсу, частота обертання збільшиться.



Є ще спеціальні двигуни. Прикладом такого двигуна є лінійний двигун, такий двигун використовується в моно рейсових поїздах.

У двофазних двигунах обмотки зсунуті на 900.


Лекція №4
Структура силових перетворювачів.
Принцип роботи.


При однократному викривленні сигналу замикається одна хвиля.

Якщо проходить додатну на пів хвилю, то один діод згорає, а коли від’ємну то відкривається другий і також згорає..

Типи діодів: Д226Б (діод германієвої групи), КД521 (діод кремнієвої групи), також ще групи арсеніт-галій.

В діоді є енергетичні зони:

Напруга для кремнієвої групи діодів становить 0,8 – 1,1 В.

Однопровідниковий напіввипрямляч:

Якщо подаємо , то на виході нуль. А якщо , то на виході інший сигнал.

Стабілітрони

Типи: Д814А, КС156А.



Стабілізує напругу лише в одному напрямку.

Від’ємної на пів хвилі він не бачить.



Вольт – амперна характеристика


Якщо напруга збільшується, то робоча точка зміщується. Це не нормальне явище.

К133А →

Д814А → ÷

КС156А →


Двох анодний стабілітрон

На виході напруга, яка обмежується як від’ємною, так і додатною полярність.
Тиристори
На схемах мають позначення VS.

КЕ – керуючий електрод;

А – анод;

К – катод.

Вони бувають звичайними та запираючими.

Звичайні мають властивість закриватися при переході струму через нуль.

Схема ввімкнення:


Подаємо короткочасний імпульс.

Щоб залишилася верхня на пів хвиля потрібно поставити діод.




Чим пізніше подаємо сигнал, тим залишається менша частинка.

Є тиристори, які бояться зворотної напруги.

КУ202Н – не боїться ЗЗ сигналів.

КУ202М – боїться ЗЗ сигналів.

Є також тиристори, які керуються відносно анода.

Запираючі: при подачі сигналу вони відкриваються, а відразу після його зняття – закриваються.

Потужні тиристори: ТС – 150 – 600. Це тиристори на 150 А і 600 В.


Селістори

Силістори – це два тиристори, які включенні зустрічно послідовно.



Для різної полярності використовують селістори.

Силістор заміняє реле або контактор. Вони чутливі до вхідного сигналу та до перевищення струму.


Трифазний випрямляч

Має шість тиристорів.





Напівкерований випрямляч. Він має три діоди і три тиристори.




Повність керований випрямляч. Він складається з шести тиристорів.


Такий випрямляч є більш ефективнішим для регулювання.

Фрагменти системи керування електричними проводами:




Все разом – кероване джерело напруги постійного струму.

СІФК – система імпульсно – фазового керування.

Мінімальна кількість проводів 12.

Гальванічна розв’язка: ставиться 6 трансформаторів. Для кожного тиристора свій трансформатор.


Застосовують оптрони (діодний) А0Д101Б.

Це прилад в одному корпусі.

Реальна схема ввімкнення:




діністер:


Є ще транзисторний оптрон.

Щоб знайти момент відкривання тиристора, ставлять сенсор синхронізації, який подає сигнал.

КДН – кероване джерело напруги;

ТП – тиристорний перетворювач.
Силовий перетворювач по схемі ТРН – АД
ТРН – тиристорний регулював напруги;

АД – асинхронний двигун.


ТК – тиристорний комутатор;

СІФК – система імпульсно – фазового керування.

Якщо до тиристорного комутатора додати систему імпульсно – фазового керування, то отримаємо тиристорний регулював напруги.

Тільки в певному режимі кута відкривання буде нормальний режим роботи.

В залежності від того, де розташований силовий перетворювач, ми отримаємо різні режими роботи.

Система керування з керуванням в колі збудження. Якщо напругу змінювати від нуля, то швидкість обертання буде наближатися до нескінченності (двигун може розпастися).


Інвертуючий підсилювач

Схема увімкнення:





Лекція №5

Неінвертуючий підсилювач

Схема увімкнення:




Характеристика перетворення:

Коефіцієнт підсилення:



Що б К=1, потрібно що б не було R, або просто зробити R1 було дуже великим.


Компаратори

Даний компаратор з від’ємним ЗЗ.

Запускається в режимі мах підсилення.

В нього є два сигнали U1 та U2.

Нехай U1=2В, а U2=3В. потрібно визначити який сигнал буде на виході.

3В подається на інвертний вхід, а 2В на простий. На виході утримується -1,

Uвх= -Uж.

Якщо U1 збільшити, сигнали зрівнюються, і коли перше джерело стає більшим за друге то в середині компаратора сигнал буде додатнім.

На графіку це можна зобразити так:

Якщо буде присутній сигнал ЗЗ, то графік буде мати інший вигляд (к=1):




Тригер Шмітта

Схема ввімкнення тригера Шмітта (не інвертуюча):





Нехай на вхід подаємо сигнал, близький до нуля. Сигнал додатній. Тоді на схемі будемо рухатися в право. Починаємо знижувати вхідний сигнал. Якщо коефіцієнт підсилення 1, то знижуємо: -1; -2; -3; ….; -10, тоді сигнали компенсують один одного. але коли настає 10,1 то сигнал приймає значення -0,1, і тригер відходе у від’ємну область. Коли ще змінювати до -15; -20;… і так далі, то сигнал так і залишається на від’ємній області.

Починаємо збільшувати сигнал . коли доходимо до точки -10, сигнал починає рухатися далі, але так і заходить і від’ємну область. Лише коли набуваємо значення 10,1 то він перескакує в додатну область. Таку операцію можна повторювати безкінченно.

Застосування тригера Шмітта:Нехай маємо синусоїдальний сигнал, з нього потрібно зробити прямокутні імпульси за допомогою тригера Шмітта.

Тригер Шмітта може забезпечувати і інші лінії носіїв.



Обмеження сигналів

(способи обмеження сигналів)
Функціональна схема:

На вході розташовані два паралельні діоди. Діоди ставляться для захисту. Якщо навіть подається напруга , яка більша допустимої, то діоди забезпечують не проходження такої великої напруги, а пропускають допустиму.

Характеристика перетворення:

Коли підключити два діоди то ця характеристика зміниться.

Вважаємо що є захист, що б діоди не згоріли. Нехай діоди нулеві. Тепер змінюємо сигнал від 1,1 до -11, то сигнал буде лінійним.

Приклад:

Нехай коефіцієнт к=10, Uж=10В, Uвх=1В. поставимо діод: Д226Б (діод германія). Припускаємо, що6 U=0,6В. Додамо 0,1 на вихід, 1В, при Uвх=0,2В. тоді Uвих=2В.

Uвх=0,6В тоді Uвих=6В. Вищу напругу не можна брати, бо є обмеження.

Діоди обмежують вхідний сигнал, що дозволяє працювати в лінійному режимі до закінчення цього обмеження.

Другий спосіб обмеження, пов'язаний із стабілітронами, коли х включають в коло не залежно від включення послідовного чи паралельного.

Схема одного із включень має такий вигляд:



Третім способом обмеження є потенціометр і джерело напруги. Схема:




Лекція №6

Пропорційні та

пропорційно-інтегральні регулятори
П-регулятор – пе регулятор

ПІ-регулятор – пі регулятор

І ще диференційні регулятори, а саме ПІД-регулятори. Ланка яких другого порядку, мають складну конструкцію.

Схема П-регулятора:




П-регулятор – це самий звичайний підсилювач зі своїми параметрами, це регулятор без обмеження сигналу. Для обмеженні сигналу колі до нього включають стабілітрони або транзистори.

ПІ- регулятор


Для такого регулятора передаточна функція по Лапласу має вигляд:

,

деτ – стала часу ланки;



– пропорційна складова;

– інтегруюча складова



Задамо нулеві початкові умови, тоді конденсатор Сзз буде розряджений, сигнал на виході буде мати наступний вигляд:




Якщо к=1, тобто τ0=1 то на виході сигнал буде таким як на вході, якщо ж к=2 то в два рази більший.

Оскільки є сигнал то конденсатор починає заряджатися по лінійному закону, далі сигнал пропадає. Але нічого при цьому не міняється, конденсатор зарядився і перебуває зарядженим, тобто конденсатор перебуває в тому ж самому положенні.

Але якщо на вхід подати сигнал протилежної полярності то сигнал починає зменшуватися на величину амплітуди. Конденсатор починає розряджається.

При цьому вихідна напруга не повинна перевищувати напругу живлення.


Застосування елементів цифрової техніки в системах керування
Цифрова техніка має свій алфавіт. Всі прилади ПК працюють на трьох базових елементах: «НІ», «І», «АБО».

– елемент «АБО», двохфазовий
– функція Пірса

– елемент «І-НІ», штриф Шейфера

Це є найпростіші елементи, на них будують такі тригери, як: RS, RSC, R-S-C, D, T, JK – тригери. Вони бувають статичні, одноступеневі, багатоступеневі.

На тригерах будують складніші елементи, наприклад лічильники (двійкові, двійковостатичні); елементи пам’яті RG, регістри СТ.

Всі ці елементи базуються на Булі вій алгебрі. Алгебра Буля буває або істинна або не істинна (1 0). Саме на ній базується цифрова техніка.



– аксіома Булевої алгебри

– правило поглинання



– «АБО-НІ»



Правило де Моргана:



Таблиця істинності для елемента «АБО-НІ»:



Найпримітивніша схема «АБО-НІ» має в середині чотири логічних елементи. Така схема має вигляд:






К155ЛАЗ – має в собі цю мікросхему, логіка ТТЛ.

З будь-якого елемента можна утворити інші, будь-які елементи.

Розглянемо R-S тригер, схема такого тригера має вигляд:


ST – встановлюється сигнал

RT – скидаємо сигнал

S=R=1 – заборонена умова

Схема позначення двохступінчатого асинхронного RS – тригера:




Це асинхронні тригери.

Синхронні тригери:


Вхідний сигнал такого тригера інверсний.

Схема синхронного двоступінчатого RS- тригера така:






Спочатку подається сигнал на вхід S, а потом на вхід С і одразу зняли сигнал. Коли сигнали паралельні, то інформація на першій сходинці, потом переходить на другу і йде на вихід.

Розгорнута структура має наступний вигляд:

Перехресні зворотні зв’язки, їх схема:



Лекція №7






Якщо на вхід подаємо 1 і одразу її знімаємо, то на виході появляється 0. Після чого 1 появляється на вході R, і відбувається скидання тригера. На виході сигнал з’являється лише тоді коли сигнал пропадає.




Імпульси можуть також проходити не рівномірні.


Коли проходить синхросигнал, а при цьому на входах D та R, то на виході не буде ніякого сигналу. Коли на вході D нема сигналу то і не буде на виході тригера.

Сигнал на виході тригера буде лиш у тому випадку коли на вході D буде сигнал та подати синхросигнал.

Якщо подавати на сигнал одночасно на входи С та D, але при цьому на D сигналу буде набагато коротший то на виході також буде присутній сигнал.

Першим іде синхросигнал, лише через деякий проміжок часу інформаційний.

Двоступеневий тригер:



Коли синхросигнал пропадає то лиш тоді на виході з’являється сигнал.

Це тригер з синхронним прямим динамічним входом.


Коли сигнал наростає на вході С, то на інформаційному вході він також присутній.

В даній схемі міститься два комбіновані тригери.

Комбінація з D-тригера:



З D-тригера можна отримати Т-тригер. Для цього потрібно з’єднати інвертуючий вихід D-тригера із його прямим входом. Схема Т-тригера має наступний вигляд:



Є ще J-тригери. Це універсальні тригери за допоїмо яких можна реалізувати інші тригери.


Лічильники імпульсів
Будуються на Т – тригерах.

Найпростіший чотири розрядний двійковий лічильник імпульсів.






Скільки подали імпульсів стільки ж отримали на виході двійковий код.

Коли надходить 16 – й імпульс, все скидається і починається спочатку.

Восьмирозрядний лічильник

Лічильник чотири розрядний двійковий

Реверсний лічильник




Дораховує до будь – якого числа і може рахувати назад.



Лекція №8
Дільники частоти

Кожен лічильник імпульсів є дільником частоти.

Т – тригер працює як дільник частоти на два.

Типова структура лічильника


Щоб поділити на три добавляємо до схеми елемент “І”, з’єднуємо два сигнала і подаємо на вхід Reset.

Діаграма сигналів:



Коли закінчується імпульс, з’являється сигнал логічної одиниці. Коли закінчується перший сигнал, то з’являється другий.

Пройшло три імпульси – закінчується перший сигнал, проходить ще три імпульси – закінчується другий імпульс. Виходить ділення на 3.

Дільник частоти на 7:



Елемент 5І:





Лічильники використовують в музичних інструментах. Наприклад:




Інший вид застосування це електронний годинник.

Лекція №9
Регістри

Це пристрої, які призначені для запам’ятовування інформації. Вони бувають послідовного, паралельного та змішаного типів.

Регістр паралельного типу на RS-тригерах:

Якщо на вхід такого регістру подати сигнал у вигляді 101101, то для запам’ятовування потрібен шести розрядний регістр. Але пер тим як подати сигнал необхідно обновити регістр, подавши при цьому Reset. Цей сигнал бути доти поки не не подити Reset або перестати подавати напругу.

Коли регістр очистити і при цьому одразу подати сигнал, то буде спостерігатися спотворення.

Регістри послідовного типу:





Регістр такого типу працює наступним чином: коли подається сигнал на першій вхід 1, і після цього подати сигнал на С вхід, то ця 1 стає на вихід. Коли ж подати 0, то він займає місце 1, а сама 1 зсувається. Такий процес може відбуватися нескінченно. Після закінчення потрібних операцій регістр очищується, але перед цим подається сигнал Reset.

Такі регістри застосовуються в цифровому номеро-набирачі.

Регістри змішаного типу:

Прикладом такого регістра є регістри типу К155UР1 та К555UР23.



Лекція №10

Мікропроцесори та мікроконтролери

Мікропроцесор це пристрій в якому здійснюється логічних ти диференціальних оперецій, який забезпечує введення та виведення інформації необхідної для інших трифазних пристроїв.

Периферійні пристрої – це допоміжні пристрої, які узгоджують роботу мікропроцесора. Сукупність мікропроцесора з периферійними пристроями в інтегральному виконанні являє собою мікропроцесор.

АЛГ – арифметично логічний пристрій. Задає обчислення блоку мікропроцесора в якому задаються арифметичні та логічна операції.

АЦП – аналового цифровий перетворювач

ЦАП – цифро аналоговий перетворювач

Timer – на один із виходів подається сигнал 1Гц. Може підраховувати імпульси, та формувати часові інтервали.

Все це разом складає мікросхему.

G – генератор, він формує імпульси

ROM – постійний запам’ятовуючий пристрій, наприклад К573РР5



MS – комутатор, підключає 8 входів на один вхід


База даних захищена авторським правом ©lecture.in.ua 2016
звернутися до адміністрації

    Головна сторінка