Первые шаги в программирование

Современная автоматизация немыслима без
программирования.
И если вы ещё не пробовали это, то уже пора сделать...
...первые шаги в программирование

Исполнительные устройства систем автоматики

Исполнительные устройства систем управления выполняют функции “рук” и “ног” в системе “человек”. То есть с их помощью автоматизированные системы воздействуют на окружающий мир - выполняют какую-то работу.

Что такое исполнительное устройство в АСУ

Согласно ГОСТ 14691-69:

Исполнительное устройство - это устройство системы автоматического управления или регулирования, воздействующее на процесс в соответствии с получаемой командной информацией.

ПРИМЕЧАНИЕ
Состоит из двух функциональных блоков: исполнительного механизма и регулирующего органа и может оснащаться дополнительными блоками.

Есть ещё такое понятие, как исполнительный механизм. Согласно того же ГОСТ ГОСТ 14691-69:

Исполнительный механизм - это механизм, являющийся функциональным блоком, предназначенным для управления исполнительным органом в соответствии с командной информацией.

ПРИМЕЧАНИЕ
В системах автоматического регулирования сред исполнительный механизм предназначен для перемещения затвора регулирующего органа. А регулирующий орган - это исполнительный орган, воздействующий на процесс путем изменения пропускной способности.

Назначение исполнительного устройства

С помощью исполнительных устройств команды системы управления обретают возможность воплощаться в какие-то действия. Таким образом осуществляется взаимодействие мира машин с миром людей.

Система управления обрабатывает входные сигналы, которые получает от датчиков, и, в зависимости от значений этих сигналов и в соответствии с алгоритмами управляющей программы, устанавливает выходные сигналы.

Но выходные сигналы, как правило, не могут напрямую управлять какими-то механизмами. Поэтому между выходом системы и конечным результатом есть один или несколько посредников. Например, цепь управления может быть такой:

Исполнительные устройства систем автоматики

Таким образом, исполнительные устройства предназначены для преобразования выходных сигналов в полезную работу. Например, конечной целью может быть закрытие/открытие клапанов, включение электродвигателя, который прокручивает ленту конвейера, включение/отключение ламп индикации и т.п.

Виды исполнительных устройств

Исполнительные устройства делятся на виды по нескольким признакам:

  • В зависимости от вида используемой энергии
  • В зависимости от конструктивных особенностей исполнительных механизмов и вида используемой энергии
  • В зависимости от конструктивных особенностей регулирующих органов

Все их рассматривать в данной статье не будем. Остановимся на первой группе - для подавляющего большинства практического использования этого достаточно. Итак, в зависимости от вида используемой энергии исполнительные устройства подразделяют на:

  • Электрические
  • Пневматические
  • Гидравлические
  • Электропневматические
  • Электрогидравлические
  • Пневмогидравлические

Здесь надо отметить, что при делении на виды имеется ввиду работа исполнительного механизма. То есть, например, электрическим устройством может быть электродвигатель. Но не пневмоцилиндр, даже если подачей воздуха в него управляет электромагнитное реле. То есть исполнительные устройства делятся на указанные группы по виду исполнительного механизма, а не по виду управляющего сигнала.

Наиболее часто в автоматизации используются электрические устройства, но гидравлика и пневматика тоже встречаются нередко. В группе электрических устройств можно также выделить электромагнитные исполнительные устройства.

Далее расскажу об этом более подробно…

Электрические исполнительные устройства

В эту группу входят все устройства с электроприводом, такие как электродвигатели, реле, пускатели, электромагниты.

Если система управляет какой-то индикаторной лампой, то эту лампу тоже можно назвать исполнительным устройством.

Исполнительным устройством также можно назвать электронагреватель. Он, хотя и не выполняет никакую механическую работу, но он выполняет нагрев - а это тоже работа.

Преимуществом электрических исполнительных устройств является то, что для реализации системы не требуется никакой другой энергии, кроме электрической. Это упрощает проектирование и снижает требования к квалификации инженеров, потому что от разработчика не требуется знаний пневматики и гидравлики (а это довольно мудрёные науки).

Электромагнитные исполнительные устройства

Эти устройства входят в состав электрических. Но, ввиду их очень большого разнообразия, их можно выделить в отдельную группу.

Это могут быть электромагниты, электромагнитные клапаны, электромагнитные реле и пускатели.

Хотя реле и пускатели обычно являются промежуточным звеном между выходом системы и исполнительным механизмом, и в полной мере исполнительными устройствами не являются (а являются его частью), я их всё-таки сюда причисляю.

Пневматические исполнительные устройства

Этот вид устройств содержит исполнительный орган, который управляется подачей воздуха (или другого газа).

Наиболее распространённые пневматические устройства - это пневмоцилиндры, в которых перемещение цилиндра выполняется под давлением воздуха. А цилиндр, в свою очередь, может перемещать какие-то механизмы. Например, задвижки, заслонки. Это может быть также поднятие каких-то платформ (например, разгрузочных автомобильных) и т.п.

Недостатки пневматических устройств:

  • Необходим подвод сжатого воздуха к каждому исполнительному устройству.
  • Коммутация пневматики довольно сложная по сравнению с электрическими приводами.
  • Управление тоже сложнее, чем в случае с электроприводами.
  • Ограниченное количество решаемых задач.
  • Требуются дополнительные инженерные решения при работе в среде с отрицательными температурами (в основном, это связано с накоплением конденсата и перемерзанием трубопроводов, сами же пневмоприводы при отрицательных температурах обычно работают хорошо).
  • Высокая стоимость пневмоэнергии. Гидропривод имеет КПД около 70%. Электропривод 90% и выше. КПД пневмопривода обычно не более 30%, а часто ещё ниже: 5…15%.

Преимущества тоже есть:

  • Во многих случаях нет необходимости использовать редукторы и другие механизмы для перемещения в вертикальном или горизонтальном направлении. В случае, например, применения электродвигателя для такой же задачи, потребовались бы дополнительные механизмы.
  • Большая степень взрыво- пожаробезопасности, потому что вероятность возникновения искры при работе пневмопривода практически нулевая.
  • Отсутствие больших пусковых токов при перемещении тяжёлых предметов (электроэнергия потребляется только компрессором, электропривод которого имеет относительно небольшую мощность).
  • Большой срок службы (по сравнению с электро- и гидроприводами).
  • Высокое быстродействие. Отсутствие редукторов и прочих механизмов позволяет почти мгновенно воздействовать на исполнительный орган. Однако это касается только исполнительного устройства, сигнал до которого ещё надо доставить, и вот здесь как раз быстродействие хуже, чем у электрических устройств.
  • Нечувствительность к радиационному и электромагнитному воздействию.

Гидравлические исполнительные устройства

Этот вид устройств содержит исполнительный орган, который управляется подачей жидкости (обычно масла).

Наиболее распространённые гидравлические устройства - это гидроцилиндры, в которых перемещение цилиндра выполняется под давлением жидкости.

В стационарных системах автоматизации гидравлика применяется достаточно редко. Чаще всего она используется в автономных системах, таких как тракторы, автомобили, погрузчики и т.п.

Преимущества и недостатки по сравнению с электроприводами примерно такие же, как и у пневматики. За исключением одного: масло, как правило - это горючая жидкость. Поэтому применять гидроцилиндры в помещениях с повышенной взрыво- пожароопасностью нежелательно.

Примеры исполнительных устройств

В общем-то в статье примеры уже приводились. Но здесь я их сгруппирую и приведу основные:

  • Электрические:
    • Электродвигатели
    • Электромагниты и устройства, содержащие электромагниты (например, электромагнитные клапаны)
    • Электронагреватели
    • Реле, пускатели, контакторы, ламы - с определёнными оговорками их тоже можно назвать исполнительными устройствами
  • Пневматические:
    • Пневмодвигатели (вращательное движение)
    • Пневмоцилиндры (поступательное движение)
  • Гидравлические:
    • Гидродвигатели
    • Гидроцилиндры

Управление исполнительными устройствами

Система управляет исполнительными механизмами через посредников, таких как реле, пускатели и т.п.

В былые времена делали системы управления, например, полностью на пневматике. В таких системах использовались пневмореле, пневмопереключатели, логические пневмоустройства и т.п. Но в наше время, думаю, так уже никто не делает.

Современные системы управления строятся, как правило, на ПЛК, которые имеют аналоговые и/или дискретные выходы. Обычно это транзисторы или реле.

Небольшую нагрузку можно подключать к реле. Более мощную - через контакторы. Но в любом случае на выходах современных систем устанавливаются электрические сигналы. В каких-то случаях эти сигналы достаточно усилить. А в каких-то ещё надо преобразовать.

Например, если требуется управлять пневмоцилиндром, то к выходу ПЛК можно подключить реле, через которое включить электромагнитный клапан, подающий воздух в пневмоцилиндр.

Алгоритмы управления зависят от конкретного вида исполнительного устройства. Например, для мембранного пневматического устройства это могут быть два клапана. Алгоритм может быть таким:

  • Клапан 1 подключен к магистрали сжатого воздуха, давления которого достаточно для управления пневмоцилиндром. Клапан 2 никуда не подключен, он предназначен для сброса воздуха.
  • Изначально оба клапана закрыты, воздух на устройство не поступает.
  • Чтобы привести в действие шток пневмопривода, который, например, открывает какую-то заслонку, мы открываем клапан 1, в цилиндр поступает воздух, мембрана под давлением прогибается и двигает шток. Шток открывает заслонку.
  • Чтобы закрыть заслонку, нам надо сбросить давление. Для этого закрываем клапан 1 и открываем клапан 2. Через какое то время клапан 2 закрываем - пневмоцилиндр снова готов к работе.

Это пример для некоего абстрактного пневмоустройства. Конкретные алгоритмы составляются после изучения документации и принципов работы конкретного устройства.

Что почитать про исполнительные устройства

Электропривод производственных механизмов


Электропривод производственных механизмов Учебное пособие, в котором изложены основные разделы дисциплины “Электропривод” в соответствии с государственными образовательными стандартами. Рассказывается об электроприводах постоянного и переменного токов, а также об особенностях их использования в сельском хозяйстве. Есть примеры решения типовых задач с использованием MathCAD. 2021 год. 224 стр. Подробнее…

Подробнее...

Автоматическое управление электроприводами


Автоматическое управление электроприводами Книга рассказывает об основных принципах построения систем автоматического управления электроприводами постоянного тока с одним двигателем. Также рассмотрены вопросы математического моделирования таких систем. Будет полезна инженерам, аспирантам и научным сотрудникам в данной области. 2013 год, 200 стр. Подробнее…

Подробнее...

Автоматизированный электропривод в современных технологиях


Автоматизированный электропривод в современных технологиях В книге рассмотрены вопросы расчёта и моделирования систем автоматизированного электропривода. Для студентов. Два раздела: ограничение нагрузки электроприводов и регулирование скорости. 2014 год, 103 стр. Подробнее…

Подробнее...

Электропривод типовых производственных механизмов


Электропривод типовых производственных механизмов Учебное пособие для студентов. Рассмотрены вопросы проектирования и моделирования в среде MATLAB-Simulink. А также настройка систем управления и компьютерного исследования асинхронного частотно-регулируемого электропривода. 2018 год, 403 стр. Подробнее…

Подробнее...

Электропривод и электрооборудование


Электропривод и электрооборудование Учебник для студентов. Состоит из двух частей: 1) теоретические основы; 2) применение электрической энергии для освещения. Рассмотрены устройство и принцип работы электродвигателей и примеры их подбора для различных применений. А также аварийные режимы и принципы защиты электродвигателей. Кроме того, рассказывается об электронагревательных приборах: принцип работы, выбор и т.п. 2017 год, 239 стр. Подробнее…

Подробнее...

Пневмоприводы и приборы управления пневмоприводами


Пневмоприводы и приборы управления пневмоприводами Общие сведения по теории и технике пневмоприводов. Рассказано о характеристиках пневмоприводов, используемых в трубопроводной арматуре, об особенностях их применения в различных случаях. Также довольно подробно рассказано о приборах управления пневматикой. 2020 год, 280 стр. Подробнее…

Подробнее...

Основы гидравлики и гидропривод


Основы гидравлики и гидропривод Учебное пособие по курсу “Гидравлика”. Изложены теоретические основы расчёта и проектирования гидравлических систем, узлов и деталей гидропривода. Также есть сведения о жидкостях, применяемых в гидравлике, об устройстве и особенностях использования гидромашин. 2012 год, 236 стр. Подробнее…

Подробнее...

Гидравлика и гидропневмопривод


Гидравлика и гидропневмопривод Механика жидкости и газа, теория гидравлического и пневматического приводов, расчёты основных параметров. Общие сведения по составлению схем гидроустройств и гидроприводов. Рассказано о насосах и турбинах, используемых в гидравлических системах. Для студентов и инженеров. 2012 год, 430 стр. Подробнее…

Подробнее...

На этом всё. Более подробно буду рассказывать о конкретных исполнительных устройствах в следующих статьях. Подписывайтесь на новости, чтобы ничего не пропустить (кнопка вверху страницы справа).


Комментарии для сайта Cackle

Инфо-МАСТЕР ®
Все права защищены ©
e-mail: mail@info-master.su