Жорсткий зворотній зв’язокздійснюється за допомогою резистора змінного опору, повзунок якого має жорсткий механічний зв’язок з ротором електродвигуна і переміщується одночасно з ним.

В залежності від того, який вид зв’язку використовується – жорстких чи гнучкий в системі АК, системи стабілізації поділяються на статичні і астатичні.

Принцип комбінованого керуванняпоєднує в собі два принципи :принцип замкненого керування і принцип компенсації.

КП

КЕ

ВЕ

ОК

СЕ

Література Л. 21-33 . Самостійне вивчення :Статичне і астатичне керування ( Л1.ст 29-33). Класифікація схем автоматики(структурні , функціональні, принципові)

Модуль 1 Лекція 2

Розділ 1.2 : Міжнародні стандарти на прилади і засоби

автоматизації

Тема : Міжнародні стандарти на прилади і засоби автоматизації.

Державна система приладів і засобів автоматизації

План :

1.1 Загальні відомості про засоби автоматизації, що входять в систему ДСП.

1.2 Класифікація приладів та засобів автоматизації.

2. Задачі технічних засобів автоматизації.

3. Вимоги до технічних засобів автоматизації.

4. Стандарти на дискретні і аналогові сигнали.

5. Інтерфейсні пристрої.

Термін часу : 90 хв.

1.1 Засоби автоматизації включають в себе прилади і технічні пристрої, що виконують функції отримання, передачі, перетворення контрольованої інформації. Для того щоб економічно і технічно раціонально вирішувати проблему забезпечення технічними засобами в різноманітних галузях створена Міжнародна та Державна система приладів і засобів автоматизації.

ДСП — це сукупність уніфікованих та нормалізованих рядів приладів і засобів для одержання, опрацювання та використання інформації, які відповідають єдиним технічним і метрологічним вимогам і мають уніфіковані параметри вхідних і вихідних сигналів, нормалізовані габарити, а також економічно обґрунтовану точність, надійність, довговічність та естетичність.

Нині у межах ДСП випускається понад 2000типів промислових приладів та засобів автоматизації, які задовольняють потреби народного господарства у засобах автоматизації й у розробці на їх основі необхідних систем автоматичного контролю, керування та управління.

1.2 Класифікація виробів ДСП

Всі технічні засоби по функціональному призначенню поділені на наступні групи:

- отримання інформації про стан процесу;

- прийому , перетворення і передачі інформації по каналам зв'язку;

-перетворення, обробки і зберігання інформації, формування команд керування;

- використання командної інформації для впливу на об'єкт керування.

В першу групу пристроїв входять вимірювальні перетворювачі(датчики), нормуючі перетворювачі , та інші пристрої , які використовуються для контролю стану процесу.

До другої групи відносяться пристрої для передачі інформації на відстані (телемеханічні пристрої ).

До третьої групи відносяться пристрої, які призначені для формування керуючих сигналів (командної інформації ), такі як функціональні перетворювачі, логічні пристрої , реле, програмні пристрої, регулятори, задатчики, розрахункові пристрої.

До четвертої групи відносяться виконавчі пристрої-електричні, пневматичні і гідравлічні, підсилювачі потужності, а також пристрої представлення інформації

Залежно від використовуваної зовнішньої енергії вироби ДСП класифікуються як електрична, пневматична та гідравлічна групи ,та без використання зовнішньої енергії.

Електричні засоби автоматизації — це прилади і засоби автоматизації, у яких для живлення використовується зовнішня електрична енергія, а енергетичним носієм інформації є електричний сигнал. Електрична гілка розділяється на аналогову та дискретну гілки ДСП з відповідними стандартними уніфікованими сигналами. Найширшого використання набули електричні ЗВТ зі струмовими сигналами 05 мА та 420 мА, а за напругою 010 В.

Та частотні (48 кГц) сигнали.

Пневматичні засоби автоматизації — це прилади і засоби автоматизації, в яких для живлення використовується стиснуте повітря 140 кПа, а енергетичним носієм інформації є стандартний пневматичний сигнал 20100 кПа.

Засоби пневмоавтоматики і вторинні прилади широко використовуються у хімічній, нафтопереробній, газовій, харчовій та інших галузях промисловості.

Гідравлічні засоби автоматизації — це прилади і засоби автоматизації, у яких джерелом зовнішньої енергії є стиснута рідина, а носієм інформації — гідравлічні сигнали. Робоча рідина (турбінне і трансформаторне мастила та вода), що є енергоносієм, перебуває під тиском від 0,16до 6,4 МПа. Засоби гідравлічної гілки ДСП забезпечують точні переміщення виконуючих механізмів при великих зусиллях. Ця гілка засобів менше поширена у промисловості.

Комбіновані засоби автоматизації — низка приладів і засобів автоматизації різних гілок ДСП, об'єднаних за допомогою перетворювачів, на базі яких розроблені системи автоматизації з урахуванням конкретних умов роботи та виробництва: висока вологість, вибухонебезпечність, пожежонебезпечність, інерційність та ін. Найчастіше використовуються пневматичні датчики з електричними приладами та ЕОМ за допомогою пневмоелектричних та електропневматичних перетворювачів.

Прилади і засоби ДСП, які працюють без стороннього джерела енергії, а за рахунок енергії середовища, параметри якого вимірюються та регулюються (пасивні перетворювачі). Наприклад, регулювання рівнями, температури, тиску та ін.

Крім того вироби ДСП класифікуються за метрологічними властивостями стійкості до механічних дій та захищеності від зовнішнього середовища.

Класифікація виробів ДСП наведена відповідно до стандартів ДСП, до складу яких входять понад 140 державних і 52 галузевих. Стандарти ґрунтуються на загальній методології і складені за принципами ієрархічної підпорядкованості стандартів нижчих рівнів вищим.

2. Задачі технічних засобів автоматизації :

-збір інформації про хід технологічного процесу;

-зміна дійсних значень контрольованої величини;

-перетворення контрольованої величини і зібраної інформації в сигнали, зручні для передачі на відстані або зберігання інформації;

-зберігання сигналів і по необхідності їх видачу іншим засобам автоматизації;

-здійсення логічних та математичних операцій зі сигналами;

-розподілення сигналів по різноманітним колам;

-перетворення сигналів з одного виду на інший;

-стабілізація параметрів.

3.Вимоги до технічних засобів автоматики

-висока чутливість;

- простота монтажу і обслуговування;

-достатній рівень надійності;

-стабільність характеристик в часі;

-висока перевантажувальна здатність.

4. Стандарти на дискретні і аналогові сигнали.

Аналоговимназивається сигнал, який безперервно змінюється в певному діапазоні, набуваючи в цьому діапазоні будь-якого значення .Наприклад, аналоговими сигналами є температура, тиск або рівень в технологічному апараті.

Дискретниминазивають сигнали, що набувають лише 2 значення – наявність або відсутність самого сигналу (ввімкнено-вимкнено, відкрито-закрито, логічні «0» –«1»).

Імпульсний сигналтеж набуває 2 значення, але корисну інформацію про процес несе не поточний стан сигналу, а кількість імпульсів.

Іншим різновидом є сигнали частотні - корисну інформацію про процес несе частота сигналів.

Уніфіковані аналогові сигнали.

Таким є пневматичний сигнал 0.2-1 кгс/см2(20-100 кПа). Він використовується в даний час практично лише для управління пневмопріводамі, поширеними у взривопожароопасних виробництвах.

Електричні аналогові сигнали нормуються до наступних: 0-10 В, 0-5 В, 0-5 мА, 0-20 мА, 4-20 мА.Сигнали напруги використовуються дуже рідко, оскільки на них сильно впливає опір ланцюгів. Найбільш поширеним же сьогодні є сигнал 4-20 мА. Це пов'язано з тим, що такий сигнал дозволяє контролювати обрив ланцюга. Якщо сигнал, наприклад, діапазону 0-20 мА набуває значення 0 мА, ми не можемо визначити, що ми маємо – нуль шкали або обрив. В разі 4-20 мА нулю шкали відповідає 4 мА, а обриву – 0 мА.

Уніфіковані дискретні сигнали.

Загальноприйнятою напругою живлення датчиків , та і взагалі пристроїв , є напруга 24 В постійного струму і 220 В змінного струму.

Дискретні сигнали зазвичай розв'язуються за допомогою реле, де на котушку подається 220 В, а через контакти проходить 24В. Таким чином, основним сигналом є сигнал типа «сухий контакт» (сухий він тому, що не має живлення).

Іншим стандартомдискретного сигналу є сигналNAMUR. Цей сигнал набуває наступних значень: 0.2-2 мА – логічний «0» або 2.1-6.5 мА – логічна «1».

Цей стандарт використовується тоді, коли потрібний підвищений контроль за ланцюгами зв'язку.Коли струм менше 0.2 мА, це вказує на обрив зв'язку, коли вище 6.5 мА – на коротке замикання. У ланцюгах же з «сухим контактом» диференціювати обрив і КЗ неможливо.Коли струм менше 0.2 мА, це вказує на обрив зв'язку, коли вище 6.5 мА – на коротке замикання. У ланцюгах же з «сухим контактом» диференціювати обрив і КЗ неможливо.

5. ІНТЕРФЕЙСНІ ПРИСТРОЇ

5.1. Принцип побудови інформаційно-вимірювальних систем і класифікація інтерфейсів

Інтерфейс (від англ. interface - сполучати, узгоджувати) - це пристрій сполучення .

Під інтерфейсом звичайно розуміється сукупність механічних, електричних і програмних засобів, що дозволяють об'єднати в єдину систему об'єкт контролю, засоби вимірювання й ЕОМ.

Стандартний інтерфейс - це сукупність уніфікованих технічних, програмних і конструктивних засобів, необхідних для реалізації взаємодії різних функціональних елементів у системах обробки інформації при умовах, запропонованих стандартом і спрямованих на забезпечення інформаційної, електричної й конструктивної сумісності зазначених елементів.

Під інтерфейсною системою розуміють сукупність логічних пристроїв, об'єднаних уніфікованим набором зв'язків та призначених для забезпечення інформаційної, електричної та конструктивної сумісності.

У загальному вигляді інтерфейсні системи складають з таких основних елементів: ФБ - функціональний блок, К - контролер, УБ - керуючий блок, ІБ - інтерфейсний блок.

Основною структурною одиницею ІВС є функціональний блок ФБ, який представляє собою один чи кілька об'єднаних і взаємодіючих між собою вимірювальних перетворювачів. Взаємодія ФБ здійснюється через інтерфейсні блоки ІБ по командах, організуючим обмін даними.

Команди управління формуються в керуючому блоці КБ і впливають на інтерфейсні блоки через контролер (К). Між ФБ ІВС здійснюється обмін інформаційними і керуючими повідомленнями. Інформаційне повідомлення, яке містить відомості про значення вимірюваного параметра, діапазоні вимірювання, часу вимірювання, результати контролю стану вимірювальних каналів та ін. Управляюче повідомлення містить відомості про режим роботи ФБ, порядку виконання ними послідовності операцій у часі, команді контролю стану вимірювальних каналів5.2.

Інтерфейсні системи здійснюють наступні функції:·

• видача та прийом інформації (виконуються джерелами та приймачами інформації); управління передачею даних (функція контролера);

• узгодження джерела інформації (виконується пристроєм-джерелом або контролером);

• узгодження приймача інформації (виконується пристроєм-приймачем або контролером). обміну інформації, перетворення форми подання інформації та ін.

Класифікація інтерфейсів

По способу з'єднання функціональних блоків :розрізняють магістральні, радіальні, ланцюгові й змішані інтерфейси.

Уланцюгових інтерфейсах модулі з'єднані послідовно. Керуючий модуль у таких структурах може бути відсутній.

У радіальній структурі кожний модуль пов'язаний з керуючим модулем індивідуальною шиною, адресація визначається номером індивідуальних шин. Швидкість обміну інформацією в такій структурі максимальна.

У системах з магістральною структурою модулі підключають до колективної шини. Є можливість обміну інформацією між будь-якими модулями й можливість почергового керування від декількох керуючих модулів. У порівнянні з радіальною структурою тут менше витрат на з’єднувальне обладнання, але швидкість обміну нижче. У цей час дана система одержала широке поширення. Найбільш краще її використання – у системах з більшою кількістю модулів.

Змішане(гібридне) з'єднання модулів дає можливість підвищити продуктивність окремих підсистем, зменшити конструктивну й енергетичну надмірність.

По способу передачі інформації розрізняють паралельні, послідовні й паралельно-послідовні системи.

У паралельних інтерфейсах обмін інформацією (даними) здійснюється за один такт обміну (одну посилку). Паралельний обмін припускає фіксовану розрядність пристроїв. Відстань до 1 метра. Використовується всередині комп'ютера.

При послідовному обміні всі повідомлення передаються послідовно по загальній лінії. (інформація передається по бітам). Застосовується для великих відстаней (більше 50 м) і є самим повільним. Всі комп'ютерні мережі з послідовною передачею цифр Послідовна структура інтерфейсу знаходить застосування в територіально рознесених системах або в системах з розподіленою обробкою інформації з малою інтенсивністю потоків інформації.

Змішаний паралельно-послідовний (байтовий) спосіб широко використовується в системах з різною розрядністю подання даних у різних пристроях. Інформація передається паралельно за бітам і послідовно по байтам. Передаються 8 розрядів і знак.

По режиму передачі інформації розрізняють наступні інтерфейси:

із двосторонньою одночасною передачею (дуплексні); із двосторонньою почерговою передачею (напівдуплексні); з однобічною передачею (симплексні).

У перспективних інтерфейсах в основному застосовують двонаправлені лінії.

За принципом обміну інформацією інтерфейси підрозділяють на синхронні й асинхронні.

У синхронних інтерфейсах задаються фіксовані цикли повідомлень. При синхронному обміні всі приймачі інформації повинні мати швидкодію не нижче передавача, що визначає темп видачі одиниць повідомлень.

В асинхронних інтерфейсах передавач і приймач інформації обмінюються сигналами про видачу й прийом даних. У цьому випадку наявність додаткових керуючих сигналів, переданих по спеціальних лініях, обов'язково. Асинхронний принцип знаходить найбільше застосування.

По конструктивному виконанню інтерфейси ділять на наступні категорії; міжблочні, що забезпечують взаємодію компонентів на рівні автономного пристрою, блоку, стійки, шафи; внутрішньо блокові, що забезпечують взаємодія на рівні сублоків, модулів, плат, внутрішньо платні, що забезпечують взаємодія між інтегральними схемами (СІС, ВІС, НВІС); внутрішньо корпусні, що забезпечують взаємодія компонентів усередині НВІС.

Важливе значення мають також наступні технічні характеристики інтерфейсів:

-Місткість (максимально можлива кількість абонентів, одночасно підключаються до контролера інтерфейсу без розширювачів);

-Пропускна здатність або швидкість передачі;

-Максимальна довжина лінії зв'язку;

-Розрядність;

-Функціональне призначення;

- Структура або типи ліній зв'язку;

- Принцип обміну інформацією;

-Спосіб обміну даними;

- Номенклатура шин і сигналів;

-Кількість ліній для передачі даних;

-Кількість адрес, команд;

Принципи організації інтерфейсів

З'єднання окремих приладів і блоків між собою здійснюється лініями зв'язку аболініями інтерфейсу. Одна лінія складається з сигнального та зворотного (загального) проводів.

Лінії інтерфейсу можуть об'єднуватися у групи для виконання однієї з операцій в програмно-керованому процесі передачі даних. Ці групи ліній називаються шинами інтерфейсу.

Класифікація шин

Шини адреси - призначені для вибірки в магістралі вузлів пристрою або елементів пам'яті.

Шина команд - використовується для управління операціями на магістралі.

Найбільш поширеними командами управління обміном є: запуск, читання, запис, кінець передачі.

Шини даних - використовуються для передачі двійкових кодів.

Шина станів - використовується для передачі повідомлень про результат виконання операції на інтерфейсі або про стан пристроїв сполучення. Ці коди формуються у відповідь на дію команд або відображають стану функціонуючих пристроїв ("готовий", "зайнятий", "помилка").

Магістраль - сукупність всіх ліній інтерфейсу (або сукупність шин).

Стандарт передбачає довжину магістралі до 20 м з числом приєднуваних пристроїв до 15. Залежно від елементної бази та конфігурації системи швидкість передачі даних може досягати 1 Мбайт / с. Максимальна швидкість передачі інформації 1 Мбайт / с. При використанні паралельних розширювачів магістралі її довжина може бути збільшена до 300 м. Є можливість збільшення числа пристроїв, що підключаються (більше 15). Виділяють дві магістралі: інформаційного каналу та управління інформаційним каналом.

Для зв'язку датчиків інформації, виконавчих елементів, територіально віддалених від процесора на десятки і сотні метрів, в МП ІУВС застосовують інтерфейси периферійних пристроїв. У таких інтерфейсах використовуються як паралельний, так і послідовний способи обміну інформацією.

Поряд з поняттям інтерфейс часто використовують поняття протокол.

Протокол - це строго задана процедура або сукупність правил, що визначає спосіб виконання певного класу функцій відповідними пристроями.

Практично будь-який інтерфейс містить деякі елементи протоколу

Перетворювач інтерфейсів -це пристрій, до якого під'єднуються два або більше різних типів інтерфейсів(наприклад :RS232, RS485, М-Bus), які передають інформацію і призначений для перетворення сигналів інтерфейсіводного типу в інший тип, як в дуплексному так і напівдуплексному режимі.Перетворювач інтерфейсів може використовуватися для обміну даними не тільки між комп’ютером та іншими пристроями, але з пристроями, один з яких має, наприклад, інтерфейс RS-232, а другий – інший.

Перетворювач інтерфейсу

Приклад інтерфейсних ліній зв’язку

Послідовний інтерфейс RS-232 використовувався для підключення ЕОМ і терміналів до системи зв'язку через модеми, а також для безпосереднього підключення терміналів до машин(довжина до 15 м.). До недавнього часу послідовний інтерфейс використовувався для широкого спектру периферійних пристроїв (плоттери, принтери, миші, модеми і ін.), але зараз активно витісняється інтерфейсом USB.

Зазвичай ПК мають в своєму складі два інтерфейси RS-232, які позначаються COM1 і COM2.

Інтерфейс RS-232 містить сигнали керування , забезпечуючи асинхронний режим функціонування. Обмін даними забезпечується по двох ланцюгах, кожна з яких є для однієї із сторін передавальною, а для іншої - приймальною.

Схема інтерфейсної системи контролю температури

Модем - це пристрій, який перетворює цифрові дані з комп'ютера в аналогові сигнали, які можуть передаватися по телефонній лінії і цей процес називається модуляцією. Аналогові сигнали потім знов перетворюються в цифрові дані( демодуляція).

Схема перетворення цифрових та аналогових сигналів

Л.1 Електрорадіовимірювальні прилади та системи

Навч. посібник: для ВНЗ – К.: ВІКНУ, 2009. – 36

Питання для перевірки знань студентів по модулю 1

1. Астатичне керування реалізується в :

а) програмних ; б) слідкуючих ; в) стабілізуючих; г) самопристосовуючих АС.

2. Вкажіть, які з перелічених автоматичних систем відносяться до систем з :

А) розімкненим колом дії 1.Стабілізуючі;

Б) замкненим колом дії 2.Програмні;

3.Самопристосовуючі;

4.Слідкуючі.

3.В якості регулюючого органу можуть бути:

а) електродвигун; б)електромагнітний пускач; в)клапан;

в) датчик ; г)вентиль ; д)підсилювач .

4.В якості сприймаючих елементів в автоматичних системах можуть бути:

а) двигуни; б) вентилі; в)датчики; г)стабілізатори.

6. В якості виконавчого механізму в автоматичних системах можуть бути:

а) датчики ; б)електромагнітні реле ; в) проміжні реле;

г) двигуни; д)стабілізатори ж) нагрівні елементи.

7. За принципом дії автоматичні системи поділяються на:

а) замкнені ; б)розімкнені ; в)програмні; г) релейні; д)стабілізуючі;

ж)слідкуючі; з)імпульсні ; е) неперервні . і) самопристосовуючі.

8. Автоматична система керування освітленням через певний інтервал часу

відноситься до:

а) програмних ; б) слідкуючих ; в) стабілізуючих; г) самопристосовуючих АС

9.В якості програмного елемента ( ПЕ) в системах автоматики можуть використовуватися :

а) реле часу; б) електромагнітне реле ; в) регулятор ; г) тиристор

10. Перехідний режим- це режим ……………………………………………………………..

11.Дайте визначення терміну “сприймаючий елемент “ (СЕ).

12.Слідкуюча автоматична система – це................. (далі продовжіть речення ).

13Вкажіть відмінність між статичним і астатичним керуванням.

14.Дайте визначення терміну “об´єкт керування” (ОК).

15. По закону кеування автоматичні системи поділяються на :

а) замкнені ; б)розімкнені ; в)програмні; г) релейні; д)стабілізуючі;

ж)слідкуючі; з)імпульсні ; е) неперервні ; і)цифрові

16.Програмна автоматична система – це.......(далі продовжити речення ).

17.Наведіть приклад статичного керування.

-16-

18.Дайте визначення терміну “внутрішня дія АС“.

19.Дайте визначення терміну “керуючий елемент “ (КЕ).

20Поясніть головний та місцевий зворотній зв´язок автоматичної системи.

21.Яка відмінність між стабілізуючою та програмною АС за принципом керування.

22.Наведіть приклади об´єктів керування в сільському господарстві.

23.Поясніть додатній зворотній зв´язок в автоматичних системах.

24.За яким принципом керування діє стабілізуюча АС:

а) принцип розімкненого керування; б) компенсації; в) замкненого керування.

25. Дайте точне визначення терміну «Виконавчий елемент»:

а) контролює стан об’єктів керування і сприймаєі перетворює значення вихідної величини у сигнали, які придатні для передачі іншим елементам автоматики;

б) діє безпосередньо на об’єкт керування і здійснює необхідні зміни його параметрів;

в) порівнює регульовану величину з заданою величиною.

26.Дайте визначення терміну “регулюючий орган “(РО) , наведіть приклади.

27. Автоматичні систем за наявністю похибки поділяються на:

а) замкнені ; б)розімкнені ; в)програмні; г) статичні; д)стабілізуючі;

ж)слідкуючі; з)імпульсні ; е)астатичні; і) самопристосовуючі.

28.Наведіть приклад комбінованих автоматичних систем.

29 Дайте визначення аналогового та дискретного сигналу.

30. Призначення інтерфейсних пристроїв. 31.Дайте визначення «лініїї»,»шини» і «магістралі» інтерфейсів

32.Що розуміють під «протоколом»? 33. Які функції виконує перетворювач інтерфейсів?