Электронная автоматика что это такое
Базовые элементы автоматики
Любое автоматическое устройство состоит из связанных между собой элементов, задачей которых является качественное или количественное преобразование полученного ими сигнала.
Элемент автоматики — это часть устройства автоматической системы управления, в которой происходят качественные или количественные преобразования физических величин. Помимо преобразования физических величин элемент автоматики служит для передачи сигнала от предыдущего элемента к последующему.
Элементы, входящие в автоматические системы, выполняют различные функции и в зависимости от функционального назначения подразделяются на воспринимающие, преобразующие, исполнительные, задающие и корректирующие органы (элементы), а также на элементы сложения и вычитания сигналов.
Воспринимающие органы (чувствительные элементы) предназначаются для измерения и преобразования контролируемой или управляемой величины объекта управления в сигнал, удобный для передачи и дальнейшей обработки.
Примеры: датчики для измерения температуры (термопары, терморезисторы), влажности, частоты вращения, силы и т. д.
Усилительные органы (элементы), усилители — устройства, которые, не изменяя физической природы сигнала, производят лишь усиление, т.е. увеличение его до требуемого значения. В автоматических системах применяются механические, гидравлические, электронные, магнитные, электромеханические (электромагнитные реле, магнитные пускатели), электромашинные усилители и т. и.
Преобразующие органы (элементы) преобразуют сигналы одной физической природы в сигналы другой физической природы для удобства дальнейшей передачи и обработки.
Примеры: преобразователи неэлектрических величин в электрические.
Исполнительные органы (элементы) предназначаются для изменения значения управляющего воздействия на объекте управления, если объект представляет собой единое целое с управляющим органом, либо для изменения входных величин (координаты) регулирующего органа, который также следует рассматривать как элемент автоматичсеких систем. По принципу работы и конструкции исполнительные и регулирующие элементы многообразны.
Примеры: нагревательные элементы в системах управления температурой, вентили и клапаны с электрическим приводом в системах регулирования расхода жидкости и газа и т. д.
Задающие органы (элементы) предназначены для задания требуемого значения управляемой величины.
Корректирующие органы (элементы) служат для коррекции автоматических систем с целью улучшения их работы.
В зависимости от функций, выполняемых элементами автоматики, их можно разделить на датчики, усилители, стабилизаторы, реле, распределители, двигатели и др.
Датчик (измерительный орган, чувствительный элемент) — элемент, преобразующий одну физическую величину в другую, более удобную для использования в автоматическом устройстве.
Параметрическими называют такие датчики, которые преобразуют измеряемую величину в параметр электрической цепи — ток, напряжение, сопротивление и т. д.
Например, температурный контактный датчик преобразует изменение температуры в изменение сопротивления электрической цепи от минимального при замкнутых до бесконечно большого при разомкнутых контактах. Таким элементом является датчик температуры, устанавливаемый в бытовых утюгах.
Рис. 1. Схема регулирования температуры нагрева термоконтактом
В холодном утюге термоконтакт, чувствительный к изменению температуры замкнут, и при включении утюга в сеть через нагревательный элемент проходит ток, нагревающий его. При достижении подошвой утюга температуры срабатывания контакта он размыкается и отключает нагревательный элемент от сети.
Генераторным называют такой датчик, который преобразует измеряемую величину в эдс, например термопара, применяемая совместно с вольтметром для измерения температуры. Эдс на концах такой термопары пропорциональна разности температур холодного и нагретого спая.
Рис. 2. Устройство термопары
Устройство и принцип действия термопары. Рабочим органом термопары является чувствительный элемент, состоящий из двух разнородных термоэлектродов 9, сваренных между собой на конце 11, который составляет горячий спай. Термоэлектроды изолированы по всей длине с помощью изоляторов 1 и помещены в защитную арматуру 10. Свободные концы элемента подключены к контактам термопары 7, расположенным в головке 4, которая закрывается крышкой 6, имеющей прокладку 5. Положительный термоэлектрод подключают к контакту со знаком » + «.
Герметизация вводов термоэлектродов 9 осуществляется с помощью эпоксидного компаунда 8. Рабочий конец термопары изолируют от защитной арматуры керамическим наконечником, который в некоторых конструкциях для уменьшения тепловой инерционности, может отсутствовать. Термопары могут иметь штуцер 2 для крепления по месту и штуцер 3 для ввода соединительных проводов измерительных приборов.
Подробнее про классификацию, устройство и принцип действия термопар читайте в этой статье: Термоэлектрические преобразователи
Отличия параметрических датчиков от генераторных
В параметрических датчиках под воздействием входного сигнала изменяется какой-либо параметр датчика (сопротивление, емкость, индуктивность) и соответственно его выходной сигнал. Для их работы требуется внешний источник энергии. Генераторные датчики под действием входного сигнала генерируют эдс и не требуют дополнительного источника энергии.
Другие элементы автоматики
Усилитель — элемент, в котором входная и выходная величины имеют одинаковую физическую природу, но преобразуются в количественном отношении. Эффект усиления получается в результате использования энергии источника питания. В электрических усилителях различают коэффициент усиления по напряжению ku = U вых/ U вх, коэффициент усиления по току ki = I вых /I вх и коэффициент усиления по мощности k p = k u ki.
Усилителем может служить любой электромашинный генератор. Небольшое изменение возбуждения приводит в нем к значительному изменению выходного сигнала — тока или напряжения нагрузки. Источником энергии служит двигатель, приводящий генератор во вращение.
Примеры усилителей, ранее активно использовавшихся в электроприводе: электромашинные усилители, магнитные усилители. В настоящее время для этих целей активно используются усилители и преобразователи на тиристорах и транзисторах с большой частотой коммутации.
Стабилизатор — элемент автоматики, обеспечивающий практически неизменное значение выходной величины при изменении входной величины в заданных пределах. Основной характеристикой стабилизатора является коэффициент стабилизации, показывающий, во сколько раз относительное изменение входной величины больше относительного изменения выходной величины. В электротехнических устройствах используют стабилизаторы тока и напряжения.
Реле — элемент, в котором при достижении определенной входной величины выходная величина изменяется скачком. Реле прнменяют для фиксации определенных значений входной величины, усиления сигнала, одновременной передачи сигнала в несколько электрически не связанных цепей. Наиболее распространены различные конструкции электромагнитных реле управления.
Распределитель — элемент автоматики, обеспечивающий поочередную коммутацию цепей для передачи сигнала. Распределение чаще всего используют в электрических цепях. Примером распределителя служит шаговый искатель.
Двигатель — механизм, преобразующий энергию какого-нибудь вида в механическую. Наиболее часто в устройствах автоматики используют электрические двигатели, но применяют и пневматические. В автоматике самыми распространенными устройствами такого типа являются шаговые двигатели.
Передатчик — устройство, предназначенное для преобразования одной величины в другую, удобную для передачи по каналу связи. Помимо основной функции передатчик обычно осуществляет кодирование преобразованной величины, позволяющее рационально использовать каналы связи и уменьшить влияние помех на передаваемый сигнал.
Приемник — устройство, преобразующее сигнал, полученный но каналу связи, в величину, удобную для восприятия элементами системы автоматики. Если при передаче сигнал кодируют, в приемник входит декодирующее устройство. Приемники и передатчики активно используются в системах телеуправления и телесигнализации.
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Подписывайтесь на наш канал в Telegram!
Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Электронные системы управления современных автомобилей. Фундаментальные основы. MilSpecWiring как #хeштэг. Часть 1.
Современная автомобильная техника оснащена большим количеством электронного оборудования. Начиная с сенсоров ДВС, заканчивая блоками управления с алгоритмами работы роботизированной КПП, систем «трекшн», «лаунч» контроля, акустических, охранных систем и т.п.
Чем больше данных требуется той или иной системе для управления своей работой, тем больше датчиков и исполнительных устройств необходимо соединить проводами с тем или иным ЭБУ. Если таких систем у машины много, то электропроводка автомобиля представляет собой очень большой и сложный узел.
При подготовке («постройке») спортивной техники многие энтузиасты лично разрабатывают свои «конфиги» и даже лично осуществляют монтажные работы. Однако модификации ЭЛЕКТРОПРОВОДКИ почти всегда требуют привлечения специалиста.
Электронные схемы некоторых систем могут вызвать ужас у простого обывателя, однако если у Вас под рукой есть учебник Физики 8 класса или в детстве Вы были отличником, разобраться в электронных системах управления своего автомобиля не составит проблем.
Сегодня, при наличии современных социальных сетей, парой «хэштэгов» можно найти массу фото профессиональных электрических «кос», изготовленных из специальных проводов, электрических круглых разъемов, покрытых специальной глянцевой «термоусадкой» в стиле Дарта Вейдера.
Так выглядит проводка гоночных болидов Формул, автомобилей участвующих в Le Mans 24, DTM, а также многих «западных» любительских проектов.
Если Вы ищете способ подключить универсальный ЭБУ взамен заводского «мозга» своего автомобиля — поищите хештэг #milspecwiring в Instagram. Это — современный способ модификации любых электронных систем.
«MilSpec» – это сокращение от термина Military Specification. Термин представляет собой набор спецификаций, определяющих эксплуатационные стандарты для товаров, предназначенных для нужд Министерства обороны США. Так как ключевые параметры этих спецификаций для электроники совпадают с нуждами современного автоспорта – термин был позаимствован.
Итак, если Вы ставите перед собой цель избежать проблем с электроникой, на устранение которых обычно требуется большое количество сил и времени, то первое, от чего нужно отказаться – это паяные соединения проводов.
Это может показаться весьма спорным, так как существует множество людей, которые уверены что «пайка» — это лучший способ соединения двух проводов. К сожалению, это не так. «Пайка» — это то, чего Вы никогда не найдете в профессиональных жгутах проводов спортивной техники.
Проблема паяных соединений кроется в местах перехода паяной гильзы в провод. Т.е. там, где заканчивается «пайка» и начинается провод. В этом месте соединение очень хрупкое и обладает очень низкими показателями вибрационной устойчивости. Из-за вибрационных воздействий окружающей среды, такие соединения могут очень быстро выйти из строя.
Предпочтительный способ – механический обжим – кримпинг. Это техника, которую используют как заводские производители, так и инженеры Формулы-1. Правильно обжатая гильза – крепче, чем среднестатистический провод, т.е. провод порвется раньше, чем сломается «кримпинг».
Вспомните черные круглые разъемы на фото с хештэгом #motorsportwiring. Если Вы собираетесь изготовить электропроводку класса Hi-End, то это — самые надежные электрические разъемы из ныне существующих. Они обладают сверх легким весом и малыми размерами, при этом очень хорошо защищены от влаги и пыли. Использование таких разъемов позволяет существенно упростить монтаж целых узлов и агрегатов. Один разъем может отсоединить двигатель от электроники кузова или шасси в одно движение – полуоборот коннектора против часовой стрелки.
Если Вы не собираетесь «строить» болид Формулы-1, или отдать свою почку и легкое за электропроводку, Ваш выбор — разъемы Deutsch DTM, DT, DTP.
Огромный ассортимент этих коннекторов позволяет использовать различные по площади сечения провода и соединять от 2-х до 12-ти контактов. Стоимость таких разъемов очень небольшая, при этом соединения проводов получаются защищенными от влаги и пыли и очень надежными.
Существуют разъемы средней ценовой категории, которые используют такие же контакты и технологии соединений, как Deutsch Autosport – Amphenol Aerospace. Отличительные черты – материал разъемов (сталь), чуть большие размеры по сравнению с Deutsch AS и ощутимо более низкая стоимость. Ассортимент каталога Amphenol Aerospace позволяет создать надежные влаго- и пылезащищенные быстроразъемные соединения от 3-х до 61 контакта. Такие коннекторы часто используются в авиации.
Все вышеприведенные разъемы используют контакты одного типа – цилиндрические клеммы. Для их обжима необходим специальный инструмент – кримпер. Профессионалы используют дорогие кримперы с револьверными головками, которые позволяют обжимать разные по размеру провода различными по размеру контактами. Например, кримпер американского производства DMC Кримпер цилиндрических ножевых клемм Mil Crimp Tool Frame DMC
Однако, существуют более бюджетные инструменты, например Кримпер Deutsch DT / DTP / DTM
Обжим любого контакта начинается с удаления изоляции с конца провода. Для этого существует специальный инструмент – стриппер. В зависимости от того, какие провода Вы используете – Вам нужен стриппер с подходящим к этим проводам набором лезвий.
Профессиональные жгуты проводов спортивной техники изготовлены из специальных проводов – MilSpec Wire, так называемого Tefzel Wire. Существуют два вида таких проводов – “Spec 44” и “Spec 55”.
Кабель Raychem M22759/16 (Spec 44) покрыт одним слоем изоляции из Этилен-Тетрафлуороэтилена (ETFE) – полимерный материал, так же известный, как Tefzel. Провод был разработан изначально для применения в аэрокосмической промышленности. Кабели, покрытые изоляцией ETFE, стойки к химическому, радиационному воздействиям, механическому истиранию и высоким температурам. Также обладают малым весом. Проводник кабеля M22759/16 представляет собой луженую медную жилу, за счет которой стоимость провода существенно ниже стоимости M22759/32 “Spec 55 Wire” c посеребренным проводником.
Итак, для осуществления правильного кримпинга необходимо удалить изоляцию с провода на определенную длину.
В каждой цилиндрической клемме есть смотровое окно, в которое должен быть виден оголенный проводник.
При этом зазор между клеммой и изоляцией провода должен быть минимальным.
Автоматизация производства: системы, их назначение и разновидности
Для достижения успеха в своей деятельности предприятиям требуется вносить существенные коррективы в прежнюю систему управления производством. На помощь приходит научно-технический прогресс. Современные разработки позволяют автоматизировать производство. Люди при этом освобождаются от выполнения многих функций и те возлагаются на специальные приборы, устройства, информационные системы.
Автоматизация производства бывает полной, частичной и комплексной. В первом варианте весь рабочий процесс осуществляется с применением машин. При менее затратной частичной автоматизации технические устройства отвечают только за выполнение отдельных операций. Комплексный подход предполагает функционирование цеха или участка как единого целого, состоящего из взаимосвязанных частей. Но в любом случае самые ответственные решения принимает человек. Он подготавливает исходные данные, подбирает подходящие алгоритмы, анализирует полученные результаты.
Эффективное управление ресурсами предприятия с помощью 1С:ERP Управление предприятием 2
Цели автоматизации производства
Установка на предприятии специального технического оснащения и его обслуживание требует немалых затрат. Но это помогает добиться следующего:
Автоматизация производства способствует достижению главной цели – увеличить прибыль предприятия. Но есть и определенные недостатки такого подхода. В частности, одной из проблем является возникновение так называемой технологической безработицы. Кроме того, усложнение производственной системы вызывает необходимость в подборе квалифицированных кадров. Однако не всегда легко найти специалистов, обладающих нужным опытом и знаниями современных стандартов.
Перечень проблем, связанных с введением автоматизации, можно дополнить тем, что существует риск взлома системы, устройства уязвимы в техническом плане, а их работа зависит от электроснабжения. Но перечисленные недостатки можно минимизировать с помощью грамотной организации производственного контроля, повышения квалификации работников, своевременного обслуживания техники, обеспечения качественной защиты данных. Эти меры необходимо реализовывать, так как в целом плюсы оказываются гораздо весомее минусов.
Типы автоматизации производства
Замена человеческого труда машинным осуществляется в разных направлениях. При этом используется соответствующее оборудование – оно может быть относительно простым или представлять собой целые программно-технические комплексы. Различают несколько типов автоматизации.
Машины с числовым управлением (NC)
Речь идет о станках, запрограммированных на выполнение определенных работ. Весь технологический процесс здесь осуществляется под управлением электроники. Вмешательство человека сведено к минимуму. Оно заключается в наладке и проверке оборудования, установке и снятии заготовок. С этим под силу справиться одному рабочему, причем под его контролем могут находиться сразу несколько станков.
Машины с числовым управлением, функционирующие практически автономно, способны производить изделия высокого качества. Они обрабатывают детали очень точно в течение нужного времени и «не устают» в отличие от мастеров, работающих вручную. Подобные станки справляются с теми задачами, которые невозможно выполнить с применением обычных устройств. Они помогают четко спланировать деятельность благодаря тому, что время для выполнения операции устанавливается заранее.
Еще одним преимуществом такой техники является производственная гибкость. Она заключается в том, что при работе с деталями другого типа достаточно сменить программу, а применяемая до этого может храниться на накопителе и вновь использоваться в случае необходимости.
Роботы
Такие машины все активнее включаются в автоматизацию производства с целью облегчить человеческий труд. Они легко справляются со сложными рабочими процессами. Роботы различаются видом, размерами, функционалом. Круг задач, которые они способны выполнять, очень широк. Это погрузка тяжелых или опасных предметов, упаковка товаров, отделочные, сварочные и многие другие работы.
Есть роботы, каждым движением которых управляет оператор. Другие, относящиеся к автоматам, следуют заданной программе. Они не способны корректировать выполняемые действия, и здесь тоже требуется участие рабочего. Максимально самостоятельными являются автономные роботы. Такие механизмы совершают запрограммированные операции. Функционируя по заданным алгоритмам, они при необходимости корректируют действия. Подобные устройства берут на себя всю работу на определенном участке конвейера, при этом привлечение живой рабочей силы не требуется.
Информационные технологии (IT)
Эта обширная область характеризуется применением компьютерного оснащения. В отличие от других средств, применяемых в автоматизации производства, они охватывают в первую очередь сферу интеллектуального труда. Такие технологии нацелены на различные способы обращения с информацией – ее создание, получение и обработку, хранение, распространение.
В современном производстве компьютеры приобретают жизненно важное значение в деле управления данными. Люди получают возможность освободиться от выполнения рутинных и сложных мыслительных операций. Причем скорость работы человеческого мозга не может сравниться с производительностью машины. Кроме того, правильно настроенная техника работает безошибочно и может справляться с колоссальным объемом работы.
Применение систем автоматизированного проектирования
Здесь подразумевается программное обеспечение, которое подразделяется на отдельные направления – CAD/CAM/CAE. Каждое из них помогает решать узкоспециализированные задачи, и на конкретном этапе производства можно применить наиболее подходящую систему. С компьютерной поддержкой такого рода удается изготавливать сложные детали и сокращать цикл их производства.
Посредством прикладных программ создаются алгоритмы работы применяемых станков. Появляется возможность проектировать изделия, прогнозировать их качества и характеристики и определять оптимальную технологию изготовления. Указанные системы помогают воплощать идеи любой сложности. Скорость и точность работы компьютерных программ способствует получению продукции высокого качества и снижению ее себестоимости.
Гибкие производственные системы (FMS)
Такие комплексы помогают совершать полные циклы изготовления продукции в условиях изменяющейся производственной среды. Система своевременно реагирует на предсказуемые и непредвиденные обстоятельства и адаптируется к ним. Например, при необходимости меняется порядок рабочих операций, корректируется дизайн изделия, упрощается сборка деталей.
Автоматизацию производства, проводимую с применением этого метода, нельзя назвать экономичной. Стоимость самой техники, а также ее установки высока. Кроме того, здесь требуется квалифицированный персонал, способный управлять таким оснащением и производить сложное предварительное планирование. Однако эти моменты компенсируются высокой надежностью системы, значительным повышением производительности труда, уменьшением стоимости производства.
Гибкие системы помогают избежать простоев и максимально эффективно использовать рабочее время. Если обычное оборудование при возникшей поломке прекращает свою работу, то FMS способна адаптироваться к неполадкам и продолжать изготовление изделий во время ремонта.
Системы компьютерного интегрирования (CIM)
Высшей степени автоматизации производства можно достичь только при условии интеграции всех действующих на предприятии сегментов. В этом случае участие человека в производственной деятельности оказывается минимальным.
Нельзя путать комплексную автоматизацию с компьютерным интегрированием. В первом случае дело касается только технических процессов и работы оборудования. CIM же наряду с этим предполагает применение компьютерных систем и для автоматизации управления, принятия различных решений.
Так создается интегрированная информационная среда, где различные программные модули обмениваются данными между собой и с центром всей системы. При такой организации существует общая база данных. Пользователь через интерфейс получает доступ ко всем производственным модулям и может наблюдать за любыми нужными сегментами производственного комплекса.
В целом компьютерное интегрирование направлено на выполнение следующих функций:
При компьютерном интегрировании охватывается полный спектр задач, вязанных с созданием продукта. Производственный процесс значительно ускоряется, а благодаря минимальному участию человека снижается количество различных ошибок и сбоев.
1C:ERP Управление предприятием 2
В настоящее время предлагаются различные программные продукты для автоматизации производства. Еще сравнительно недавно наиболее подходящим решением для организации в рамках предприятия единого информационного пространства считалось 1С:УПП. Но особенности современного бизнеса стали выходить за рамки этого программного обеспечения.
Возникла необходимость в создании новой системы, удовлетворяющей текущие потребности предпринимателей. На смену 1С:УПП пришла 1С:ERP. Эта организационная стратегия позволяет объединить в одно целое все бизнес-процессы и грамотно управлять ими.
Программный продукт «1С:ERP Управление предприятием 2» разработан при участии специального совета экспертов – руководителей и специалистов крупных промышленных компаний. Он предназначен для внедрения на предприятиях любого масштаба, в том числе крупных, с технически сложным производством, в котором действуют инновационные технологии.
Инструменты в составе указанного программного продукта позволяют анализировать показатели эффективности производственной деятельности, отслеживать их изменения. Предусмотрена возможность планирования, как стратегического и тактического, так и оперативного. В программе заложен набор необходимых для этого инструментов. Готовые планы проверяются на выполнимость, сбалансированность и корректность.
С помощью предложенного продукта удобно управлять производством. При этом детализация может доходить до выполнения отдельных технологических операций. В целом предусмотрены две ступени управления. На верхней координируется деятельность подразделений и цехов. На нижней осуществляется контроль за работой оборудования и выполнением заданий, данных главным диспетчером.
В программу также входят пункты, связанные с техническим обслуживанием приборов и ремонтом, учетом затрат по различным направлениям, планированием и контролем поступающих и расходуемых средств, кадровым делопроизводством и многое другое.
Автоматизация производства набирает темпы в различных сферах бизнеса. Владельцы предприятий все больше склоняются к применению такого подхода, и современный рынок предоставляет широкий выбор решений для его реализации. Ключом к успеху становится тщательный анализ конкретных условий и внедрение подходящих технологий. Автоматизация, реализованная с учетом реальных потребностей, может принести предприятию максимальную пользу.