На головну

Автоматизація технологічних процесів тваринництва

  1.  Автоматизація введення
  2.  Автоматизація малого бізнесу
  3.  Автоматизація процесу розслідування злочинів
  4.  АВТОМАТИЗАЦІЯ РОБОТИ КОРИСТУВАЧА В СЕРЕДОВИЩІ MICROSOFT OFFICE
  5.  Автоматизація технологічних процесів
  6.  Автоматизація технологічних процесів. Аналіз і синтез механізмів.

17.1. Загальні відомості

автоматика - Галузь науки і техніки, що охоплює теорію і принципи побудови систем управління виробничими процесами без безпосередньої участі людини. Конкретніше (вузьке) визначення автоматики - це сукупність методів і технічних засобів, що виключають участь людини при виконанні операцій конкретного процесу.

Залежно від виду застосовуваних технічних засобів розрізняють пневмоавтоматику, гідроавтоматики і Електроавтоматика.

Автоматизація - Впровадження автоматичних пристроїв в той чи інший процес. Поняття автоматизації тестю пов'язано з поняттями механізації та електрифікації.

Автоматизація характеризується звільненням людини від безпосереднього виконання функцій управління виробничими процесами і передачею цих функцій автоматичним пристроям. Автоматизація дозволяє вирішити ряд питань технічного, економічного і соціального характеру. Технічна спрямованість автоматизації - виконання технологічних процесів з такою швидкістю, точністю і надійністю, які людина забезпечити не може. Економічна спрямованість - отримання порівняно швидкої окупності початкових витрат за рахунок зниження експлуатаційних витрат і підвищення обсягу та якості продукції, що випускається, соціальна спрямованість - поліпшення умов праці людини.

Автоматизація може бути частковою, комплексної та повної.

часткова автоматизація - Це автоматизація окремих виробничих операцій і установок. Решта технологічні процеси здійснюються з безпосередньою участю людини-оператора. Така автоматизація не звільняє людину від участі в виробничому процесі, але істотно полегшує його працю, як, наприклад, при дистанційному управлінні електроприводами кормораздачи.

комплексна автоматизація технологічного процесу передбачає автоматичне виконання всього комплексу операцій по заздалегідь заданими програмами за допомогою різних автоматичних пристроїв, об'єднаних загальною системою управління. Функції людини-оператора зводяться до спостереження за ходом процесу, його аналізу і зміни режиму роботи цих пристроїв з метою досягнення найкращих техніко-економічних показників. У тваринництві комплексна автоматизація здійснюється за кормоприготовления.

повна автоматизація на відміну від комплексної покладає виконання функцій вибору і узгодження режимів роботи окремих машин і агрегатів як при нормальному режимі, так і в аварійних ситуаціях не на людину, а на спеціальні автоматичні пристрої. В цьому випадку всі основні і допоміжні установки працюють в автоматичному режимі. За обслуговуючим персоналом зберігаються функції періодичного огляду, профілактичного ремонту, переналагодження всієї системи, наприклад системи управління мікрокліматом в тваринницьких приміщеннях, на новий режим роботи.

Як показує досвід, найбільший ефект дає повна автоматизація потомним і циклічних стаціонарних технологічних процесів в тваринництві та птахівництві. Так, в передових господарствах з високим рівнем автоматизації витрати праці на виробництво м'яса в 5-10 разів менше, ніж в господарствах з частковою автоматизацією процесів.

17.2. Основні функції автоматичних пристроїв

Автоматичні пристрої, що застосовуються в сільськогосподарському виробництві, мають такі основні види: автоматичний контроль, автоматичний захист, дистанційне і автоматичне керування, телемеханическое управління.

автоматичний контроль включає в себе автоматичні сигналізацію, вимір, сортування і збір інформації.

автоматичне вимірювання служить для вимірювання та передачі на спеціальні вказівні або реєструючі прилади значень фізичних величин, що характеризують технологічний процес або роботу машин. Обслуговуючий персонал за показниками приладів судить про якість технологічного процесу та режим роботи машин і агрегатів.

автоматичне сортування призначене для контролю і поділу продукції за розміром, масою, твердості, в'язкості і іншим показникам (наприклад, сортування зерна, яєць, фруктів, картоплі голок.).

автоматичний збір інформації необхідний для отримання інформації про хід технологічного процесу, якості і кількості продукції, що випускається і для подальшої обробки, зберігання та видачі інформації обслуговуючому персоналу.

автоматична сигналізація служить для сповіщення обслуговуючого персоналу про граничні або аварійних значеннях технологічних параметрів, про місце і характер порушень технологічного процесу. Як сигнальних пристроїв застосовують лампи розжарювання і неонові, світлодіоди, рідкокристалічні індикатори, дзвінки, сирени і спеціальні покажчики.

автоматичний захист служить для захисту технологічного обладнання від ненормальних режимів роботи і при їх виникненні відключає певні механізми.

Блокування здійснює взаємозв'язок окремих механізмів і елементів автоматичних пристроїв. Вона служить для запобігання неправильних включень і відключень, а також помилкових дій обслуговуючого персоналу. За допомогою блокувань попереджають можливі пошкодження обладнання та аварії.

автоматичне управління складається з комплексу технічних засобів і методів з управління об'єктами без участі обслуговуючого персоналу: пуск і зупинка основних установок, включення і виключення допоміжних пристроїв, забезпечення безаварійної роботи, дотримання необхідних значень параметрів відповідно до оптимального протіканням технологічного процесу.

Різновид автоматичного управління - автоматичне регулювання, яке полягає в автоматичному підтримці будь-якого технологічного параметра в заданих межах або зміні його за заданою програмою. Пристрій, що здійснює автоматичне регулювання, називають автоматичним регулятором.

Дистанційне (Телемеханическое) управління здійснюється за допомогою методів і технічних засобів, що дозволяють управляти установками на відстані. Керуючі команди подає обслуговуючий персонал по дротах або по радіо за допомогою відповідної апаратури.

17.3. Системи автоматичного управління

Залежно від ступеня автоматизації розрізняють ручне, автоматизоване і автоматичне керування. У першому випадку всі функції управління виконує людина-оператор. При автоматизованому управлінні частина цих функцій здійснює людина, а іншу частину - автоматичні пристрої. При автоматичному управлінні всі функції управління виконують автоматичні пристрої.

Автоматичне управління включає в себе комплекс технічних засобів і методів управління об'єктами без участі обслуговуючого персоналу. Воно забезпечує пуск і зупинку основних установок, вмикати або вимикати допоміжних пристроїв, їх безаварійну роботу і дотримання необхідних значень параметрів, що відповідають оптимальному ходу технологічного процесу. Поєднання комплексу технічних засобів з об'єктом управління - пристроєм, що безпосередньо здійснює технологічний процес, називають системою автоматичного управління.

Різновидом автоматичного управління є автоматичне регулювання, під яким розуміють процес автоматичної підтримки будь-якого параметра на заданому рівні або зміна його по певному закону. Автоматичне регулювання здійснюється спеціальним пристроєм - автоматичним регулятором. Автоматична система, що складається з автоматичного регулятора і об'єкта управління, називається системою автоматичного регулювання.

Технічний пристрій, за допомогою якого автоматично керують об'єктом, називають керуючим пристроєм. Сукупність об'єкта управління ОУ і керуючого пристрою УУ становить систему автоматичного управління, яка в загальному випадку може бути зображена у вигляді структурної схеми (рис. 17.1).

Мал. 17.1. Структурна схема системи автоматичного управління

Об'єкти управління в технологічних процесах сільськогосподарського виробництва характеризуються різними фізичними і хімічними величинами: температурою, вологістю, рівнем, освітленістю, кислотністю, засоленням і т.д.

Стан об'єкта управління в загальному вигляді характеризується вектором Y, Координатами якого є окремі вихідні величини. Від керуючого пристрою на об'єкт управління надходить керуючий вплив q. На об'єкт управління діють також різного роду обурення - перешкоди V, які перешкоджають процесу управління. На вхід керуючого пристрою подається вплив X, яке містить інформацію про необхідному значенні вектора Y. Наприклад, при регулюванні температури повітря і грунту в спорудах захищеного грунту відомі оптимальні значення цих температур для кожного з видів вирощуваних культур.

У ряді систем автоматичного управління па вхід керуючого пристрою, крім задає впливу, надходить інформація про збурення, що діють на об'єкт управління, і про поточний стан його. Керуючий пристрій переробляє всю інформацію, що надходить по закладеному в неї законом і виділяє керуючий вплив, яке направляється до об'єкта управління.

Для виявлення взаємодії пристроїв, вузлів і елементів автоматики в процесі їх роботи застосовують функціональні схеми.

На малюнку 17.2 зображена функціональна схема системи автоматичного управління.

Мал. 17.2 Функціональна схема системи автоматичного управління

Основні частини системи - датчик Д, підсилювач У, обчислювальний ВУ і виконавче ІУ пристрою.

Датчики призначені для перетворення фізичних величин в електричні сигнали. Датчики розрізняють за назвою вимірюваної величини, на яку вони реагують.

Підсилювачі необхідні для посилення сигналів, що надходять отдатчіка. У сільськогосподарській автоматиці широко поширені електромеханічні, магнітні та електронні (лампові і напівпровідникові) підсилювачі.

Обчислювальний пристрій математично обробляє посилений сигнал і передає його до виконавчого пристрою. У складних системах автоматичного управління роль обчислювальних пристроїв виконують комп'ютери і мікропроцесори. Використання ЕОМ в системі управління розширює можливості здійснення складних алгоритмів управління при великому числі змінних величин, що характеризують хід технологічного процесу. У простих системах автоматичного управління обчислювальний пристрій відсутній.

У сучасних системах автоматичного управління широко використовують контролери. Контролер - це пристрій локального управління, яке працює в реальному масштабі часу за певним алгоритмом, який може бути заданий апаратно або програмно.

Перші контролери виконували у вигляді електромеханічних командоаппаратов. Це були переважно барабанні комутатори електричних або пневматичних ланцюгів. Реалізовується алгоритм управління визначався положенням кулачків (штифтів) на барабані, що обертається, які в заданій послідовності замикали або розмикали ланцюга харчування виконавчих механізмів.

Потім стали створювати контролери у вигляді автоматів, алгоритм яких визначався схемою з'єднання логічних елементів. Ці контролери назвали контролерами з «жорсткою логікою».

У сучасних системах автоматичного управління застосовують контролери на базі мікропроцесорів. Їх алгоритм дії визначається не способом з'єднання окремих елементів, а програмою, що вводиться у вигляді машиночитаних кодів в блок пам'яті. Такі контролери називають програмованими. Основні їх переваги: ??висока надійність, універсальність і гнучкість. Один і той же програмований контролер в залежності від записаної в його пам'яті програми можна використовувати для вирішення різних завдань управління. Для поновлення програми або замінюють велику інтегральну схему пам'яті (БІС) на іншу, в яку «зашита» нова робоча програма, або перепрограмують наявну в контролері відповідну БІС пам'яті. У загальному випадку контролер має центральний процесор з перепрограмувальний блоком пам'яті, клавіатуру введення команд і даних, а також інтерфейс зв'язку з зовнішніми пристроями, до яких відносяться датчики технологічних параметрів і виконавчі механізми. Алгоритм функціонування забезпечується програмою, яка зберігається в перепрограммируемой нам'яті і може бути змінена оператором за допомогою клавіатури.

Виконавчі пристрої призначені для безпосереднього впливу па керований об'єкт. Як виконавчі пристрої застосовують електричні реле, контактори, соленоїдні клапани, електродвигунні виконавчі механізми та ін.

17.4. Принципи автоматичного керування

На об'єкти управління і на величини, їх характеризують, діють різні зовнішні перешкоди і обурення, які необхідно враховувати в процесі роботи автоматичних систем.

Принцип управління з обуренню - Один їх принципів автоматичного управління (регулювання). Впливів, що обурюють, що викликаються різними причинами, може бути кілька. Зазвичай беруть до уваги тільки основне рівноваги вплив, який чинить найбільший вплив на роботу системи. Компенсація всіх впливів, що обурюють скрутна, тому другорядними возмущающими впливами нехтують. Це є в ряді випадків істотним недоліком принципу управління з обуренню; сумарний вплив другорядних збурень на керовану величину може виявитися значним.

Принцип управління по відхиленню - Інший важливий принцип автоматичного управління. Він передбачає, що керуючий вплив в автоматичній системі виробляється з урахуванням інформації про відхилення керованої величини від заданого значення. При цьому необхідно виміряти значення керованої величини, порівняти його з необхідним і визначити відхилення, а потім здійснити управління. Принцип управління по відхиленню універсальний. Він характерний не тільки для технічних, а й для біологічних систем. Принцип управління по відхиленню має серйозний недолік, пов'язаний із запізненням проходження керуючого впливу. При використанні цього принципу не можна домогтися високої точності регулювання.

Характерна риса автоматичних систем, що використовують принцип управління за відхиленням, - наявність зворотного зв'язку. Зворотній зв'язок - зв'язок, що з'єднує вихід системи (елементу системи) зі входом. За зворотного зв'язку інформація з виходу передається на вхід системи.

Систему автоматичного управління зі зворотним зв'язком називають замкнутою, систему без зворотного зв'язку - розімкнутої.

Зворотній зв'язок в системі автоматичного управління (регулювання) може бути позитивною і негативною.

При позитивного зворотного зв'язку відхилення регульованого параметра від заданого в бік збільшення (зменшення) змушує регулятор видати сигнал, спрямований на збільшення (зменшення) цього параметра.

При негативного зворотного зв'язку відхилення регульованого параметра від заданого в сторону зменшення (збільшення) змушує регулятор видати сигнал, спрямований на збільшення (зменшення) цього параметра. Найбільшого поширення в системах автоматичного управління має негативний зворотний зв'язок. Зворотні зв'язку в автоматичних системах підвищують якість управління.

Принцип комбінованого управління - Найбільш досконалий принцип автоматичного керування, що поєднує в собі переваги принципів управління по відхиленню і обуренню. Цей принцип використовують при побудові систем високої точності, що досягається за рахунок одночасного управління по відхиленню і обуренню. Дія неврахованих збурень в комбінованих системах компенсується або послаблюється управлінням по відхиленню.

Види автоматичних систем. Залежно від реалізованого закону керування автоматичні системи ділять на стабілізуючі, програмні, що стежать і самопріспосаблівающіеся.

Стабілізуючі системи підтримують керовану величину на заданому рівні з необхідною точністю. Прикладами таких систем служать системи підтримки рівня води в водонапірних вежах водокачек, в водогрійних і парових котлах, а також підтримання температури і вологості повітря в інкубаторах, теплицях, парниках і ін.

У програмних системах керована величина регулюється в часі за заздалегідь складеною програмою, заданої спеціальним програмним пристроєм. Такою системою може бути система управління поворотом лотків в інкубаторах і система управління освітленням в пташниках.

У стежить системі задане значення керованої величини може змінюватися в широких межах за довільним законом, зумовленого будь-яким зовнішнім явищем, впливати на хід якого не представляється можливим, але враховувати його потрібно. Тому такі системи призначені для зміни керованої величини за законом заздалегідь невідомої функції часу, яка визначається заданою дією. Прикладом системи, що стежить може служити система автоматичного водіння трактора при роботі з грунтообробної машиною в залежності від зміни напрямку раніше прокладеній борозни, за якою стежить копір.

Самопріспосаблівающаяся система діє не тільки відповідно до заданого законом функціонування, але і в залежності від конкретних умов самостійно змінює свою роботу з метою досягнення оптимальною режиму.

Залежно від характеру управління в часі системи автоматичного управління ділять на системи безперервного, переривчастого і релейної дії.

В системі безперервного (пропорційного) управління сигнал на її виході являє собою безперервну функцію часу і пропорційний впливає величиною Х на її вході.

Система переривчастого управління має на виході групу послідовних імпульсів, параметри яких (амплітуда, тривалість, частота) певним чином пов'язані з вхідною величиною X.

Система релейної дії характеризується появою на її виході декількох імпульсів певних значень в залежності від вхідної величини X.

способи управління. Поширені двохпозиційні і трипозиційні способи управління. При двопозиційний управлінні регулятор займає одне з двох стійких станів: «більше» і «менше». При шорстколистому управлінні регулятор може перебувати в одному з трьох стійких станів: «більше», «норма» і «менше». Якість управління при використанні трьохпозиційних регуляторів значно вище, ніж при використанні двохпозиційних.

17.5. Елементи автоматичних систем

Будь-яка автоматична система складається з окремих, пов'язаних між собою елементів. Елемент автоматики - частина системи, в якій відбуваються якісні або кількісні перетворення фізичних величин, а також передача перетвореного впливу від попереднього елемента до наступного. У системах автоматики застосовують різні елементи управління: датчики, підсилювачі, виконавчі механізми, елементи настройки, Командоконтроллери, вимірювальні прилади і апаратуру захисту.

датчики. Автоматизація різних технологічних процесів і операцій можлива тільки при наявності необхідної інформації про значення величин, що характеризують протікання цих процесів і операцій. Для цього використовують різноманітні електричні та неелектричні датчики (вимірювальні перетворювачі), які перетворять параметри технологічних режимів і операцій в електричний сигнал і передають інформацію до наступних елементів системи.

підсилювачі. У системах автоматичного керування для посилення сигналів, що надходять від датчиків, служать різного типу підсилювачі.

Електромеханічний підсилювач - реле - найбільш простий по конструкції і принципу дії. Він (рис. 17.3) складається з сердечника 1, контактів 4 і 5, протидіє пружини 2.

Мал. 17.3. електромагнітне реле

Коли по котушці протікає електричний струм, сердечник намагнічується і притягує до себе якір 3. Відбувається з'єднання замикаючих контактів 5 і роз'єднання спорогенезів 4. У разі припинення проходження струму через котушку реле якір під дією пружини відпускається, прикінцеві контакти 5 роз'єднуються, а розмикаючих 4 з'єднуються. Підсилювальне дію реле полягає в тому, що сила струму на виході його (через контакти) в десятки і сотні разів більше струму на вході (через котушку). Реле також використовують для розділення електричних ланцюгів і одночасного управління декількома електричними ланцюгами.

Герконові реле мають герметичні контакти - геркони (рис. 17.4), які представляють собою пристрій, виконаний у вигляді запаяній скляній трубки 2 діаметром в декілька міліметрів. Всередині трубки розташовані контактні пластини 1, виготовлені з феромагнітного матеріалу і припаяні до висновків 3. Усередині трубки знаходиться інертний газ або створений вакуум. Контакти геркона покривають платиною, золотом, сріблом або їх сплавами. Герметизація контактів геркона значно підвищує їх надійність, зносостійкість і термін служби. Управління контактами (їх замикання і розмикання) здійснюється за допомогою магнітного поля, тому геркони називають ще й магнітоуправляємим контактами. Керуючий магнітне поле створюється постійним магнітом або електромагнітом, розташованим зовні геркона.

Мал. 17.4. герметизований контакт

У порівнянні зі звичайними електромагнітними реле геркони більш швидкодіючі прилади, їх час спрацьовування становить 0,5 ... 2 мс. Сила струму геркона допустима до 5 А.

Напівпровідникові підсилювачі. У системах автоматичного керування широко використовують напівпровідникові (транзисторні) підсилювачі.

У напівпровідникових підсилювачах використовують напівпровідникові тріоди-транзистори, які представляють собою тришарову структуру, що складається з пластинки монокристалічного напівпровідника (база) і вплавлений в неї по обидва боки металевих електродів (колектор і емітер).

Напівпровідникові підсилювачі за способом включення напівпровідникових тріодів ділять на три основні типи: із загальним емітером, із загальною базою і з загальним колектором (рис. 17.5).

Мал. 17.5. Схеми транзисторних підсилювачів

Підсилювачі, зібрані за схемою з загальним емітером (рис. 17.5, а), дозволяють отримати високий коефіцієнт посилення за проектною потужністю і току (близько 104) І мають порівняно великим вхідним опором. Напруга на виході такого підсилювача знаходиться в протифазі щодо напруги на вході.

Підсилювачі, зібрані за схемою із загальною базою (рис. 17.5, б), мають мале вхідний опір і велику вихідну. Посилення по струму такого підсилювача менше одиниці, а але напрузі досягає декількох сотень. Вихідна напруга знаходиться в фазі з вхідним.

Схема із загальним колектором (рис. 17.5, в) Має великий вхідний опір і мале вихідний. Коефіцієнт посилення по струму цієї схеми дорівнює 19-50, а за напругою менше одиниці. Вихідна напруга по фазі збігається з вхідним.

Зазвичай напівпровідникові підсилювачі збирають з декількох каскадів, які мають між собою емкостную, індуктивну (трансформаторну) або безпосередній зв'язок.

Тиристорні схеми управління. У ланцюгах управління і силових ланцюгах систем автоматики все ширше застосовують безконтактні елементи, що забезпечують підвищену надійність. До числа таких елементів віднесені тиристори.

тиристор - Керований напівпровідниковий вентиль, який представляє собою чотирьохшаровий напівпровідниковий прилад. Тиристор має анод, катод і керуючий електрод. Коли на анод подано позитивний потенціал щодо катода і в керуючій ланцюга відсутня струм, сила струму, що протікає через тиристор мала. Це відповідає замкненого стану тиристора. Тиристор відкривається при подачі на керуючий електрод позитивного потенціалу по відношенню до катода. Сила струму управління становить кілька десятків міліампер, а сила струму, що протікає через тиристор, досягає декількох сотень ампер. Коефіцієнт посилення по струму досягає тисячі, а коефіцієнт посилення за проектною потужністю ще більше.

Тиристори - швидкодіючі прилади, тривалість їх перемикання становить десятки мікросекунд.

Виконавчий механізм в автоматиці - пристрій, що впливає за допомогою регулюючого органу на об'єкт управління шляхом зміни потоку енергії і матеріалу, що надходять на об'єкт.

Виконавчий механізм в загальному вигляді складається з приводу, регулюючого органу, кінцевих вимикачів, елементів управління, сигналізації, кінематичних і електричних зв'язків між ними. До виконавчих механізмів можна віднести крокові шукачі, контактори, магнітні пускачі і т.п., які автоматично включають і відключають об'єкти управління.

В окремих установках як виконавчі механізми виступають нагрівальні і вентиляційні, зволожувальні та осушувальні, електротехнологічні та інші пристрої, за допомогою яких здійснюється безпосереднє управління заданими параметрами об'єктів автоматизації. У виконавчих механізмах використовують електричну енергію, енергію руху струменя рідини або стисненого повітря і їх тиск, потенційну енергію піднятого вантажу або стиснутої пружини, енергію вибуху і ін.

З усіх типів виконавчих механізмів найбільшого поширення в автоматиці отримали електричні, гідравлічні і пневматичні. Вони перетворять електричну енергію, енергію тиску рідини або стисненого повітря в механічне переміщення регулюючих органів - сервоприводів.

Регулюючими органами можуть бути різного роду дроселі, заслінки, вентилі, реостати, шибери, засувки, клапани, крани, золотники, форсунки, дозатори, живильники, направляючі апарати, здатні змінювати кількість робочої речовини, що подається на об'єкт.

електричні виконавчі пристрої - Виконавчі пристрої, що перетворюють енергію електричного струму в механічну енергію з метою впливу на об'єкт управління або його органи.

Електричні виконавчі пристрої ділять на електромагнітні і електродвигунні.

Електромагнітні виконавчі пристрої - сукупність електромагніта і механічного навантаження (заслінки, засувки, клапани, вентилі).

До електромагнітним відносять реле, контактори, електромагніти, вентилі, клапани, електромагнітні муфти; до електродвигунні - двигуни постійного струму, змінного струму і крокові.

Залежно від типу регулюючого органу розрізняють однооборотние, багатооборотні, крокові і постійно обертаються електродвигунні виконавчі механізми.

Однооборотние виконавчі механізми з кутом повороту вихідного вала 120 ... 270 ° застосовують зазвичай в приводі таких регулюючих органів, як заслінки, крани, шибери і т.п.

Багатооборотні виконавчі механізми використовують для переміщення регулюючих органів у формі запірних вентилів, дроселів і засувок. Вихідний вал у них може обертатися з великою частотою і одночасно поступально переміщувати регулюючі органи.

Крокові виконавчі механізми застосовують для перетворення імпульсних сигналів управління в фіксований кут повороту, т. Е. На кожен імпульс механізм робить строго заданий кутовий крок.

У постійно обертаються виконавчих механізмів крутний момент від вала електродвигуна до регулюючого органу передається зазвичай через електромагнітні муфти. Частоту обертання вихідного вала муфти регулюють, змінюючи струм збудження муфти.

Гідравлічні і пневматичні виконавчі механізми застосовують в тих випадках, коли відсутні джерела електроенергії, наприклад на мобільних машинах, або потрібне збільшення зусилля, що впливає на регулюючий орган, і зменшення інерційності системи автоматики. Вони мають ряд переваг в порівнянні з електричними виконавчими механізмами: широкий діапазон плавного зміни частоти обертання, безпосереднє (без проміжних редукторів) перетворення енергії потоку рідини або повітря в механічну енергію зворотно-поступального і обертального руху, просту конструкцію і невелику вартість, поєднання значною вихідної потужності з малими габаритами і інерційністю.

Разом з тим розглядаються виконавчим пристроям властиві й досить істотні недоліки: потреба в гідравлічних і пневматичних джерелах живлення, необхідність забезпечення герметичності системи, залежність характеристик від температури навколишнього середовища і порівняно складне виконання дистанційного керування.

Тиск рідини або газу в гідравлічних або пневматичних системах створюють за допомогою насосів, компресорів, гідро-і Пневмоакумулятори.

Практичне застосування отримали гідравлічні виконавчі механізми з зворотно-поступальним (поршневі і мембранні) і обертовим рухом (лопатеві і кривошипно-шатунні). Вони складаються з двох основних елементів: керуючого і виконавчого. Залежно від виду керуючого пристрою розрізняють гідравлічні виконавчі механізми золотникового і струменевого управління.

Основні параметри виконавчих механізмів систем автоматичного управління:

номінальні і максимальні значення потужності або продуктивності, крутного моменту на вихідному валу або зусилля на вихідному штоке;

зона нечутливості, в межах якої зміна керуючого сигналу не викликає спрацьовування виконавчого механізму;

постійна часу, що характеризує інерційне запізнювання початку роботи виконавчого механізму після подачі на його вхід сигналу;

час і кут повороту вихідного вала виконавчого механізму.

За вказаними параметрами, а також але діапазону регулювання частоти обертання, коефіцієнту посилення і максимальній частоті обертання вихідного валу, по надійності дії і ККД виконавчі механізми порівнюють між собою.

Найбільш широким діапазоном потужностей (0,01 ... 1 кВт) і найбільшою частотою обертання валу (до 20 тис. Хв-1) Мають електричні виконавчі механізми. У той же час у них вузький діапазон регулювання частоти обертання (не більше 1: 20) і відносно невелика надійність, особливо у виконавчих механізмів з двигунами постійного струму. На порядок вище діапазон регулювання частот обертання і надійність пневматичних і особливо гідравлічних виконавчих механізмів. Вихідна потужність цих виконавчих механізмів становить приблизно 0,1 ... 1000 кВт.

Електричним виконавчим механізмам притаманні універсальність, просте з'єднання з регулятором і об'єктом управління і інші переваги, які визначають їх широке використання в системах автоматики.

7.6. Прості схеми автоматичного управління

Управління температурою повітря в приміщенні. Як простих схем автоматичного управління розглянемо дні схеми автоматичного управління температурою повітря в приміщенні. На малюнку .17.6, а представлена ??схема автоматичного управління температурою повітря в приміщенні за допомогою вентилятора. Схема складається з ртутного контактного термометра SK, електромагнітного реле КV, що має прикінцеві контакти, і електродвигуна М, що обертає вентилятор.

Мал. 17.6. Принципові схеми автоматичного регулювання температури повітря та приміщенні:

а - за допомогою вентилятора; б - за допомогою нагрівального приладу

Попередньо на контактному термометрі за допомогою магнітно-поворотного пристрою встановлюється потрібне значення температури повітря. При підвищенні температури повітря в приміщенні до заданого рівня відбувається з'єднання ртутним стовпчиком обох контактів усередині термометра. Електричний струм починає протікати через котушку електромагнітного реле. В результаті цього сердечник реле намагничивается і притягує до себе якір, який викликає замикання контактів реле. При замиканні контактів реле електричний струм починає проходити через обмотку електродвигуна М, Який приводить в обертання вентилятор.

Вентилятор, встановлений в спеціальному отворі вікна або стіни, подає холодний або видаляє тепле повітря з приміщення. Температура повітря в приміщенні поступово знижується. Це зниження фіксується термометром. Коли температура досягає заданої, електричне коло всередині термометра розривається, котушка реле знеструмлюється. Якір реле під дією пружини віддаляється від сердечника, і контакти реле розмикаються. При цьому струм перестає протікати через обмотку електродвигуна М. Вентилятор зупиняється. Якщо температура повітря в приміщенні знову підвищується, то процес включення вентилятора повторюється в колишній последовательности.

Схема малюнка 17.6, б має також два ланцюги, приєднані до джерела струму, але управління проводиться роботою електричного нагрівального приладу ЕК. Коли температура повітря в приміщенні нижче заданої, ланцюг всередині контактного термометра розімкнути, термометр показує знижену температуру. При цьому струм через котушку реле КV не проходить, а розмикаючих контакти реле замкнуті і через них до нагрівального приладу струм проходить. В результаті роботи нагрівального приладу в приміщенні температура повітря поступово підвищується. При досягненні температури повітря заданого значення контакти всередині термометра замикаються. Завдяки цьому через обмотку реле починає протікати струм. Воно спрацьовує і відключає нагрівальний прилад. Якщо температура повітря в приміщенні з якихось причин знову знизиться, на це зреагує термометр. Ртутний стовпчик розірве ланцюг живлення обмотки реле, розмикаючих контакти якою замкнуться і включать нагрівальний прилад. Процес включення і відключення нагрівального приладу повториться.

Слід мати на увазі, що наведені схеми демонструють принципи автоматичного керування (регулювання) температурою повітря. У представлених схемах контактний термометр пропускає слабкий струм, тому слід застосовувати високочутливі реле, наприклад поляризовані. Подібні схеми, які застосовуються в сушильних шафах, інкубаторах і т.п., мають спеціальні напівпровідникові підсилювачі, що підсилюють сигнал, що надходить від контактного термометра.

Управління освітлювальними установками. Для управління освітлювальними установками застосовують фотореле. Воно реагує на зміну світлового потоку, забезпечує автоматичне керування додатковим освітленням в пташниках і теплицях, а також вуличним освітленням. Використання фотореле забезпечує економію електроенергії до 30%.

На малюнку 17.7 приведена принципова схема фотореле ФР-1. У такому реле фоторезистор BL типу ФСК-1 включений послідовно з високочутливим поляризованим реле KV1 типу РП-7 (підсилювальний елемент). Виконавче реле KV2 типу РПНН управляє котушкою магнітного пускача КМ. Змінюючи значення опору резистора R2 в ланцюзі котушки реле KVI, налаштовують реле. Обмежує резистор R1 оберігає реле і фоторезистор від перевантажень.

17.7. Принципова схема фотореле

Фотореле працює наступним чином. У денний час, коли природне освітлення досить інтенсивно, опір фоторезистора BL мало, струм в ланцюзі котушки реле KV2 більше струму спрацьовування і вона була придбана, реле KV2 відключено. Вечірньої пори опір фоторезистора зменшується до значення струму відключення реле. При цьому відбувається розмикання контактів KV1 і включення реле KV2, яке включає магнітний пускач КМ, керуючий освітлювальними установками. Вимикач SA служить для керування освітлювальними установками вручну.

7.7. Мікропроцесорні системи управління

Мікропроцесорні системи використовують при управлінні складними технологічними процесами, які характеризуються великим обсягом інформації, що переробляється і не можуть управлятися автоматичним пристроєм без участі людини. У цьому випадку функції управління розподіляються між людиною-оператором і обчислювальною машиною, здатною переробляти практично необмежений обсяг інформації.

Структурна схема мікропроцесорної системи управління на базі мікро-ЕОМ показана на малюнку 17.8. Мікро-ЕОМ-це комплектний пристрій на базі мікропроцесора, що має блоки пам'яті, вводу-виводу і сполучення. При цьому мікропроцесор, виконаний на одній або декількох великих інтегральних схемах, призначений для виконання логічних і арифметичних операцій за спеціальною програмою, що зберігається в пам'яті пристрою. Мікропроцесор пристосований до роботи в виробничих умовах і має кошти для обміну сигналами з об'єктами управління (вимірювальні контролери та інтерфейсні блоки зв'язку).

Мал. 17.8. Структурна схема мікропроцесорної системи управління з мікро-ЕОМ:

1 - технологічний об'єкт управління; 2 вимірювальні перетворювачі управляючих впливів; 3 - вимірювальні перетворювачі вихідних параметрів об'єкта управління; 4 вимірювальні контролери; 5 керуюча мікро-ЕОМ; б-інтерфейсні блоки зв'язку з об'єктом; 7- виконавчі механізми; 8 - інтерфейсні блоки зв'язку з периферією; 9-дисплей; 10 пульт оператора

Алгоритми управління реалізовані у вигляді програм, що зберігаються в пам'яті ЕОМ. Інтерфейсні блоки служать для зв'язку ЕОМ з об'єктами управління (з виконавчими механізмами і регулюючими органами) і периферійним обладнанням (з пультом оператора, дисплеєм). Пульт оператор використовує для управління роботою мікро-ЕОМ, а дисплей - для подання йому інформації про стан обладнання, контрольовані параметри і інших характеристиках автоматизованого процесу.

Збір і перетворення в цифрову форму інформації про хід технологічного процесу, що надходить від різного роду вимірювальних перетворювачів, здійснюються вимірювальними контролерами. До складу інтерфейсних блоків зв'язку і контролерів теж можуть входити мікропроцесори, які виконують ті операції по введенню-висновку і попередньої обробки інформації, які зазвичай виконує центральний процесор.

При побудові систем управління складними об'єктами, що мають ступінчасту (ієрархічну) структуру, мікропроцесорну систему управління низького рівня пов'язують з вишерасположенной також через інтерфейсні блоки зв'язку.

Мікропроцесорні системи реалізовані в системах: автоматичного керування витратою рідини (САУ РЖ), автоматичного контролю і автоматичного регулювання (Сакара), управління технологічними, енергетичними та експлуатаційними режимами роботи мобільних сільськогосподарських агрегатів (МСА) і ін.

Польові причіпні і самохідні обприскувачі (подкормщікі) оснащують пристроями автоматики, які забезпечують регулювання кількості рідких компонентів (добрив, хімічних препаратів), що вносяться на одиницю оброблюваної площі.

Автоматичне управління витратою рідини здійснюється наступним чином. На підставі сигналів вимірювального перетворювача витрати рідини, що надходить до розпилюючим штанзі, і сигналів від датчика (вимірювального перетворювача пройденого агрегатом шляху) контролер обчислює питома витрата рідини на одиницю обробленої площі (л / м2). Якщо ці витрати відрізняється від заданого, то контролер формує імпульсний командний сигнал на електродвигунні виконавчий механізм, який за рахунок зміни прохідного перетину дроселя збільшує або зменшує витрату рідини, що підлягає поверненню в бак, а отже, зменшує або збільшує витрату рідини, що спрямовується до сопловим апаратів розпилюють штанги . Тривалість командного імпульсу пропорційна значенню відхилення поточного значення питомої витрати від його заданого значення.

Система САУ РЖ має перепрограмувальний мікропроцесорний контролер, до складу якого входять програмований таймер, мікропроцесор, постійний запам'ятовуючий пристрій, панель індикації, контролер і поле клавіатури, блок живлення.

Система САУ РЖ при робочому діапазоні зміни тисків (0,02 ... 0,06 МПа) рідини на вході в розпилюючим штангу і швидкості руху агрегату 5 ... 12 км / год забезпечує точність підтримки заданої норми внесення рідини з похибкою + 5% . Діапазон регулювання дози внесення рідких компонентів становить 20 ... 2000 л / га, а крок зміни налаштування - 1 л / га.

Мікропроцесорний контролер забезпечує роботу САУ РЖ в трьох режимах: програмування, робота і діагностика. У режимі програмування оператор за допомогою клавіатури може вводити технологічні параметри агрегату (тип і кількість розпилювачів і ін.) І задавати необхідну норму внесення. Дані, що вводяться і завдання візуалізуються на панелі цифрової індикації, при цьому автоматично перевіряється виконання стабілізації заданої норми внесення. Якщо в межах допустимих змін швидкостей переміщення агрегату норму забезпечити не можна, то на індикаторі висвічується повідомлення про помилку.

У режимі роботи контролер в процесі руху агрегату підтримує задану норму внесення за рахунок зміни витрати рідини через соплові апарати пропорційно швидкості. Крім того, обчислюється ряд параметрів, що характеризують фактичний перебіг технологічного процесу (поточне значення норми внесення, робочий тиск розпилу, швидкість руху агрегату, розмір обробленої площі).

Система Сакара призначена в основному для корнеуборочная і кукурудзозбиральних самохідних машин з гідростатичною трансмісією, а також для інших МСА. Вона забезпечує виконання функцій систем автоматичного контролю водіння, а самохідних МСА шляхом відповідних змін їх поступальної швидкості. СЛКАГ дозволяє виконувати і ряд додаткових функцій управління - забезпечення діалогового режиму з оператором і ін. При виникненні аварійних ситуацій з робочими органами, перевантаженнях дизельного або гідравлічного двигунів, падінні тиску масла в системі змащення Сакара автоматично зупиняє МСА.

В системі Сакара машини для збирання цукрових буряків програмований контролер містить Одноплатний мікро-ЕОМ. Її адаптери зовнішнього інтерфейсу забезпечують 64 каналу зв'язку з зовнішніми пристроями. Мікро-ЕОМ має кварцовий генератор тактових сигналів і програмований таймер для синтезу необхідних системі управління тимчасових інтервалів спостереження. Сакара здійснює введення, формування і посилення імпульсних сигналів від 13 індукційних датчиків частоти обертання. Десять з них формують сигнали про частоту обертання валів основних робочих органів, інші - про частоту обертання ходового колеса, веденого вала клинопасової передачі, колінчастого вала двигуна.

Панель управління і індикації з відповідними схемами формування сигналів містить клавіатуру і дисплей на рідких кристалах, на якому можуть инициализироваться повідомлення в цифровій формі і у вигляді вказівних написів, піктограм робочих органів (відповідно до символів, розташованими на кнопках клавіатури). Мікроконтролер може реалізувати різні програми по командам, що вводиться з клавіатури.

Так, команда «Тест» запускає програму діагностики стану робочих органів і двигуна, при цьому може здійснюватися цифрова індикація стану їх кінематичного режиму. Частоти обертання робочих органів, виміряні в режимі холостого ходу, контролер запам'ятовує. Надалі за цими значеннями з урахуванням реальної частоти обертання валу двигуна контролер формує сигнали про порушення в роботі фрикційних передач, ступеня завантаження, станах режимів робочих органів та ін. Команди «Пуск» і «Стоп» відповідно пускають і припиняють програму контролю робочих органів і двигуна при виконанні технологічних процесів. Команда «САВ» запускає програму корекції системи автоматичного водіння.

Команда «АРЗ» (автоматичне регулювання завантаження) запускає програму формування сигналу рівня завантаження збиральної машини. Він формується контролером на підставі інформації про частоти обертання валу двигуна і окремих робочих органів. Цей сигнал передається в електронний блок і далі на управління пропорційним електрогідравлічним сервомеханізмом, який змінює швидкість поступального руху МСА при відхиленні значення сигналу завантаження від заданого. Таким чином здійснюється стабілізація технологічної завантаження МСА.

17.8. Особливості автоматизації технологічних процесів

в тваринництві

Автоматизація трудомістких процесів в тваринництві значно скорочує або повністю виключає застосування ручної праці, забезпечуючи при цьому високу якість виконуваних робіт і функціонування механізмів в оптимальних експлуатаційних режимах.

На відміну від промисловості в тваринництві мають справу не тільки з технікою, а й з живими організмами, причому машинна технологія тісно переплітається і ув'язується з біологічними процесами. Тому до методів і засобів автоматизації в тваринництві пред'являють специфічні вимоги, обумовлені характерними особливостями цього виду виробництва.

Загальна кількість годин роботи машин в тваринницькому виробництві невелика, отже, кошти автоматики повинні бути відносно дешевими, простими по влаштуванню і надійними в експлуатації. Безперервність біологічних процесів утворення продукції і циклічність її отримання обумовлюють неможливість збільшення її випуску за рахунок прискорення виробництва. У цих умовах автоматика повинна працювати досить надійно, оскільки такий процес не можна перервати і практично неможливо надолужити згаяне шляхом інтенсифікації наступного періоду.

Умови роботи засобів автоматики в тваринництві надзвичайно несприятливі (підвищена вологість, наявність агресивних газів, вібрація і ін.) І ймовірність виникнення несправностей значно вище, ніж в ряді інших галузей. В першу чергу це відноситься до первинних перетворювачів (датчиків) і виконавчим органам автоматики, розміщених безпосередньо на установках. Інші вузли автоматики можна розташовувати в окремих приміщеннях або спеціальних шафах, що виключають вплив несприятливих умов виробничих приміщень.

17.9. Використання автоматизованих систем управління і

комп'ютерної техніки в тваринництві та птахівництві

У виробництві тваринницької продукції можна виділити ряд типових технологічних процесів, що характеризуються досить високим рівнем механізації. Це доїння корів (рівень механізації,%, становить 96), подача води (95), роздача кормів (68) і прибирання гною (66). Саме високомеханізовані процеси в першу чергу підлягають автоматизації. Важливе значення має також забезпечення автоматизованого контролю фізіологічного стану тварин, їх маси і продуктивності з подальшою комп'ютерною обробкою і систематизацією отриманих даних.

У промисловому птахівництві застосовуються сучасні машинні технології на основі комплексного технологічного обладнання для механізації і автоматизації інкубаційного процесу, а також процесів годування і напування птиці, збору яєць, прибирання посліду і забезпечення мікроклімату. Наприклад, до складу комплекту автоматизованого обладнання пташника на 35 тис. Курей-несучок з клітинними батареями БКН-3 входять (крім власне батарей) обладнання для прибирання посліду, зберігання і завантаження кормів, стаціонарний транспортер для внутрішньогосподарського збору і доставки яєць, укладальник яєць і пристрій для управління тривалістю світлового дня в пташнику.

Параметри автоматизованих систем управління в тваринництві та птахівництві регулюють з урахуванням зоотехнічних норм, а також характеристик приміщення і працює в ньому технологічного обладнання.

Контрольні питання

1. Яке управління називають автоматичним?

2. Назвіть основні елементи систем автоматичного управління.

3. У чому полягають функції чутливих перетворювачів?

4. Для чого служать підсилювачі?

5. Які існують прості підсилювачі?

6. Як влаштовано і працює електромагнітне реле?

7. Перерахуйте основні принципи автоматичного керування.

8. Що являють собою мікропроцесорні системи управління?

9. Чим обумовлені специфічні вимоги, що висуваються до засобів автоматизації в тваринництві?

10. Які технологічні процеси доцільно автоматизувати
 в тваринництві та птахівництві?

 




 Технології та машини для заготівлі кормів 6 сторінка |  Машини та обладнання для подрібнення кормів |  Машини та обладнання для теплової обробки і змішування кормів |  Машини та обладнання для ущільнення кормів |  Кормоцехи і кормоприготувальні агрегати |  Механізація роздачі кормів |  Механізація автопоения тварин і птиці |  Механізація видалення і підготовки гною до використання |  Механізація стрижки овець і первинної обробки вовни |  Доїльні апарати і установки |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати