تصميم مخطط حلقة التحكم لمعلمة عملية معينة. مراقبة وتنظيم المعلمات التكنولوجية الأساسية: التدفق والمستوى والضغط ودرجة الحرارة

تشمل المعلمات التكنولوجية الرئيسية الخاضعة للرقابة والتنظيم في العمليات التكنولوجية الكيميائية التدفق والمستوى والضغط ودرجة الحرارة وقيمة الرقم الهيدروجيني ومؤشرات الجودة (التركيز والكثافة واللزوجة وما إلى ذلك).

تحدث الحاجة إلى تنظيم التدفق عند أتمتة أي عملية مستمرة تقريبًا.

تدفق ASRs مصمم لتحقيق الاستقرار في الاضطرابات تدفقات المواد، هي جزء لا يتجزأ من أنظمة التشغيل الآلي ذات الحلقة المفتوحة العمليات التكنولوجية. يوضح الشكل 3.4 رسمًا تخطيطيًا لجسم ما لتنظيم التدفق. عادةً ما يكون هذا الكائن عبارة عن قسم من خط الأنابيب بين نقطة قياس التدفق (على سبيل المثال، موقع تثبيت جهاز التقييد 1) والجسم التنظيمي 2. يتم تحديد طول هذا القسم من خلال قواعد تثبيت أجهزة الفتحة والهيئات المنظمة وعادة ما تكون عدة أمتار. يتم وصف ديناميكيات القناة "تدفق المادة عبر الصمام - تدفق المادة عبر مقياس التدفق" تقريبًا من خلال رابط غير دوري من الدرجة الأولى مع تأخير خالص. عادة ما يكون وقت التأخير النقي جزءًا من الثانية للغاز وبضع ثوانٍ للسائل؛ الثابت الزمني هو عدة ثواني.

نظرًا للقصور الذاتي المنخفض للكائن الخاضع للتنظيم، يتم فرض متطلبات خاصة على اختيار معدات التشغيل الآلي وطرق حساب ACP. على وجه الخصوص، في المنشآت الصناعية، يصبح القصور الذاتي لدوائر التحكم في التدفق وتنظيمه متناسبًا مع القصور الذاتي للكائن، ويجب أن يؤخذ ذلك في الاعتبار عند حساب أنظمة التحكم.

أرز. 3.4. رسم تخطيطىكائن عند تنظيم التدفق: 1-مقياس التدفق؛ 2-صمام التحكم.

يتم تحديد اختيار قوانين التحكم من خلال الجودة المعتادة المطلوبة للعمليات العابرة. لتنظيم التدفق بدون خطأ ثابت في ASRs ذات الدائرة الواحدة، يتم استخدام وحدات تحكم PI. إذا كان تدفق ACP عبارة عن حلقة داخلية في نظام التحكم المتتالي، فيمكن تنفيذ التحكم في التدفق من خلال قانون التنظيم P. إذا كان هناك تداخل عالي التردد في إشارة التدفق، فإن استخدام منظمات ذات مكونات تفاضلية في قانون التحكم دون تجانس أولي للإشارة يمكن أن يؤدي إلى تشغيل غير مستقر للنظام. لذلك، في أنظمة التحكم في التدفق الصناعي، لا يوصى باستخدام وحدات التحكم PD أو PID.

تستخدم أنظمة التحكم في التدفق إحدى الطرق الثلاث لتغيير التدفق:

خنق تدفق المادة من خلال هيئة تنظيمية مثبتة على خط الأنابيب (صمام، بوابة، بوابة)؛

تغيير الضغط في خط الأنابيب باستخدام مصدر طاقة يمكن التحكم فيه (على سبيل المثال، تغيير سرعة محرك المضخة أو زاوية دوران شفرات المروحة)؛

تجاوز، أي. نقل المادة الزائدة من خط الأنابيب الرئيسي إلى الخط الالتفافي.

يتم التحكم في معدل التدفق بعد مضخة الطرد المركزي بواسطة صمام تحكم مثبت على خط أنابيب التفريغ (الشكل 3.5 أ). إذا تم استخدام مضخة مكبس لضخ السائل، فإن استخدام مثل هذا ACP غير مقبول، لأنه أثناء تشغيل المنظم قد يغلق الصمام تمامًا، مما سيؤدي إلى تمزق خط الأنابيب (أو إلى الارتفاع إذا تم تثبيت الصمام على محور المضخة).

في هذه الحالة ل
في هذه الحالة، يمكن أن يكون مقياس التدفق بمثابة جهاز وزن يحدد كتلة المادة الموجودة على الحزام الناقل.

أرز. 3.6. مخططات تنظيم استهلاك المواد الصلبة السائبة:

أ - عن طريق تغيير درجة فتح صمام التحكم؛

ب-التغير في سرعة الناقل. 1- القبو.

2 - الناقل. 3 - منظم. 4 – صمام التحكم

5- محرك كهربائي

يمكن تنظيم نسبة استهلاك مادتين وفقًا لأحد المخططات الثلاثة الموضحة أدناه.

1. مع إنتاجية إجمالية غير محددة، يمكن أن يتغير استهلاك مادة واحدة (الشكل 3.7، أ) G1، تسمى "الرائدة"، بشكل تعسفي؛ يتم توفير المادة الثانية بنسبة ثابتة g مع المادة الأولى، بحيث يكون معدل التدفق "المدفوع" يساوي gG1. في بعض الأحيان، بدلاً من منظم النسبة، يتم استخدام مرحل النسبة ومنظم تقليدي لمتغير واحد (الشكل 3.7 ب). يتم توفير إشارة الخرج للمرحل 6، التي تحدد معامل النسبة المحدد g، في شكل مهمة للمنظم 5، مما يضمن الحفاظ على معدل التدفق "التابع".

2. بالنسبة لمعدل التدفق "الرائد" المحدد، بالإضافة إلى نسبة ASR، يتم أيضًا استخدام ASR لمعدل التدفق "الرائد" (الشكل 3.7، ج). باستخدام هذا المخطط، إذا تغير هدف معدل تدفق G1، فإن معدل تدفق G2 سيتغير تلقائيًا (بنسبة معينة مع G1).

3. ASR لنسبة التدفق عبارة عن حلقة داخلية في نظام متتالي لتنظيم المعلمة التكنولوجية الثالثة g (على سبيل المثال، درجة الحرارة في الجهاز). في هذه الحالة، يتم تعيين معامل النسبة المعطاة بواسطة منظم خارجي اعتمادًا على هذه المعلمة، بحيث G2 = g(y) G1 (الشكل 3.7 د).

أرز. 3.7 مخططات تنظيم نسبة التكلفة:

أ، ب – مع حمولة إجمالية غير محددة؛ ج - عند حمولة إجمالية معينة؛ د - عند حمل إجمالي معين وتصحيح معامل النسبة حسب المعلمة الثالثة؛ 1,2 - عدادات التدفق 3 - منظم النسبة. 4.7 – صمامات التحكم.

5 - منظم التدفق. 6 – نسبة التتابع. 8 - منظم درجة الحرارة. 9- جهاز الحد

تشكل مجموعة العمليات الفردية عمليات تكنولوجية محددة. بشكل عام، يتم تنفيذ العملية التكنولوجية من خلال العمليات التكنولوجية التي يتم إجراؤها بالتوازي أو بالتتابع أو مجتمعة، عندما يتم تحويل بداية العملية اللاحقة مقارنة ببداية العملية السابقة.

يعد التحكم في العمليات التكنولوجية مشكلة تنظيمية وفنية، ويتم حلها اليوم عن طريق إنشاء آلية أو الأنظمة الآليةتحكم العملية.

الغرض من الإدارة العملية التكنولوجيةيمكن أن يكون: تثبيت بعض الكمية المادية، أو تغييرها وفقًا لبرنامج معين، أو في الحالات الأكثر تعقيدًا، تحسين بعض المعايير العامة، أو أعلى إنتاجية للعملية، أو أقل تكلفة للمنتج، وما إلى ذلك.

تشمل معلمات العملية النموذجية التي تخضع للمراقبة والتنظيم التدفق والمستوى والضغط ودرجة الحرارة وعدد من مؤشرات الجودة.

تستخدم أنظمة الحلقة المغلقة المعلومات الحالية حول كميات المخرجات وتحدد الانحراف ε( ر)المتغير المتحكم فيه Y(t) من قيمته المحددة Y(o) واتخاذ الإجراءات اللازمة لتقليل ε (t) أو إزالتها تمامًا.

إن أبسط مثال على نظام مغلق، يسمى نظام التحكم في الانحراف، هو نظام تثبيت مستوى الماء في الخزان، كما هو موضح في الشكل 1. يتكون النظام من محول قياس المستوى 2 (المستشعر)، وجهاز التحكم 1 (المنظم) والمشغل 3 الذي يتحكم في موضع المنظم (الصمام) 5.

أرز. 1. مخطط وظيفي لنظام التحكم الآلي: 1 - منظم، 2 - محول قياس المستوى، 3 - المحرك، 5 - منظم.

التحكم في التدفق

تتميز أنظمة التحكم في التدفق بالقصور الذاتي المنخفض والنبض المتكرر للمعلمة.

عادة، يتم التحكم في التدفق عن طريق خنق تدفق المادة باستخدام صمام أو بوابة، وتغيير الضغط في خط الأنابيب عن طريق تغيير سرعة محرك المضخة أو درجة الالتفافية (تحويل جزء من التدفق عبر قنوات إضافية).

تظهر مبادئ تنفيذ منظمات التدفق للوسائط السائلة والغازية في الشكل 2، أ، ​​للمواد السائبة - في الشكل 2، ب.

أرز. 2. مخططات التحكم في التدفق: أ - الوسائط السائلة والغازية، ب - المواد السائبة، ج - نسب الوسائط.

في ممارسة أتمتة العمليات التكنولوجية، هناك حالات عندما يكون من الضروري تحقيق الاستقرار في نسبة معدل التدفق لوسائطين أو أكثر.

في الدائرة الموضحة في الشكل 2، c، يكون التدفق إلى G1 هو التدفق الرئيسي، والتدفق G2 = γ G هو التدفق التابع، حيث γ هو معامل نسبة التدفق، الذي يتم ضبطه أثناء الضبط الثابت للمنظم.

عندما يتغير التدفق الرئيسي G1، تقوم وحدة التحكم FF بتغيير التدفق التابع G2 بشكل متناسب.

يعتمد اختيار قانون التحكم على الجودة المطلوبة لتثبيت المعلمة.

تنظيم المستوى

تتمتع أنظمة التحكم في المستوى بنفس ميزات أنظمة التحكم في التدفق. في الحالة العامة، يتم وصف سلوك المستوى بالمعادلة التفاضلية

D(dl/dt) = G in - G out + G arr.

حيث S هي مساحة المقطع الأفقي للحاوية، L هو المستوى، Gin، Gout هو معدل تدفق الوسط عند المدخل والمخرج، G arr هي كمية الوسط المتزايدة أو المتناقصة في الخزان (يمكن أن يساوي 0) لكل وحدة زمنية t.

ويشير ثبات المستوى إلى تساوي كميات السوائل الموردة والمستهلكة. يمكن ضمان هذه الحالة من خلال التأثير على العرض (الشكل 3، أ) أو معدل التدفق (الشكل 3، ب) للسائل. في إصدار المنظم الموضح في الشكل 3، ج، يتم استخدام نتائج قياسات إمدادات السوائل وتدفقها لتثبيت المعلمة.

نبض مستوى السائل تصحيحي، فهو يزيل تراكم الأخطاء بسبب الأخطاء الحتمية التي تنشأ عندما يتغير معدل العرض والتدفق. يعتمد اختيار قانون التحكم أيضًا على الجودة المطلوبة لتثبيت المعلمة. في هذه الحالة، من الممكن استخدام ليس فقط وحدات التحكم التناسبية، ولكن أيضًا وحدات التحكم الموضعية.

أرز. 3. مخططات أنظمة التحكم في المستوى: أ - مع التأثير على العرض، ب و ج - مع التأثير على تدفق الوسط.

تنظيم الضغط

يشير ثبات الضغط، وكذلك ثبات المستوى، إلى التوازن المادي للكائن. بشكل عام، يتم وصف التغير في الضغط بالمعادلة:

V(dp/dt) = G in - G out + G arr.

حيث V هو حجم الجهاز، p هو الضغط.

تشبه طرق التحكم في الضغط طرق التحكم في المستوى.

تنظيم درجة الحرارة

درجة الحرارة هي مؤشر على الحالة الديناميكية الحرارية للنظام. تعتمد الخصائص الديناميكية لنظام التحكم في درجة الحرارة على المعلمات الفيزيائية والكيميائية للعملية وتصميم الجهاز. من سمات هذا النظام القصور الذاتي الكبير للجسم وغالبًا ما يكون محول طاقة القياس.

تتشابه مبادئ تنفيذ أجهزة التحكم في درجة الحرارة مع مبادئ تنفيذ أجهزة التحكم في المستوى (الشكل 2)، مع مراعاة التحكم في استهلاك الطاقة في المنشأة. يعتمد اختيار قانون التحكم على القصور الذاتي للكائن: كلما كان قانون التحكم أكثر تعقيدًا. يمكن تقليل الثابت الزمني لمحول القياس عن طريق زيادة سرعة سائل التبريد، وتقليل سمك جدران الغطاء الواقي (الكم)، وما إلى ذلك.

تنظيم تكوين المنتج ومعايير الجودة

عند تنظيم تكوين المنتج أو جودته، من الممكن حدوث موقف عندما يتم قياس المعلمة (على سبيل المثال، رطوبة الحبوب) بشكل منفصل. في هذه الحالة، فقدان المعلومات وانخفاض دقة عملية التحكم الديناميكية أمر لا مفر منه.

يظهر الشكل 4 الدائرة الموصى بها للمنظم الذي يعمل على تثبيت بعض المعلمات المتوسطة Y(t)، والتي تعتمد قيمتها على المعلمة الرئيسية التي يتم التحكم فيها - مؤشر جودة المنتج Y(ti).

أرز. 4. رسم تخطيطي لنظام مراقبة جودة المنتج: 1 - الكائن، 2 - محلل الجودة، 3 - مرشح الاستقراء، 4 - جهاز الحوسبة, 5 - منظم.

يقوم جهاز الحوسبة 4، باستخدام نموذج رياضي للعلاقة بين المعلمات Y(t) وY(ti)، بتقييم مؤشر الجودة بشكل مستمر. يُنتج مرشح الاستقراء 3 معلمة جودة المنتج المقدرة Y(ti) في الفواصل الزمنية بين قياسين.

المعلمات التكنولوجية، كائنات أنظمة التحكم الآلي. مفاهيم أجهزة الاستشعار ومحول الطاقة. محولات الإزاحة. الدوائر التفاضلية والجسور لتوصيل أجهزة الاستشعار. أجهزة استشعار الكميات الفيزيائية – درجة الحرارة، الضغط، القوى الميكانيكية، رصد المستويات البيئية. تصنيف ومخططات أجهزة قياس المستوى. طرق مراقبة استهلاك الوسائط السائلة. مستوى متغير ومقاييس تدفق الضغط التفاضلي المتغير. مقاييس الدوران. أجهزة قياس التدفق الكهرومغناطيسي. تنفيذ عدادات التدفق ونطاق التطبيق.طرق التحكم في كثافة المعلقات. المانومتر والوزن وأجهزة قياس كثافة النظائر المشعة. التحكم في اللزوجة وتكوين المعلقات. أجهزة قياس الحبيبات الأوتوماتيكية، أجهزة التحليل. أجهزة قياس الرطوبة لمنتجات التخصيب.

7.1 الخصائص العامة لأنظمة التحكم. أجهزة الاستشعار ومحولات الطاقة

يعتمد التحكم الآلي على القياس المستمر والدقيق للمعلمات التكنولوجية للمدخلات والمخرجات لعملية التخصيب.

من الضروري التمييز بين معلمات الإخراج الرئيسية لعملية (أو آلة معينة)، والتي تميز الهدف النهائي للعملية، على سبيل المثال، المؤشرات النوعية والكمية للمنتجات المصنعة، والمعلمات التكنولوجية المتوسطة (غير المباشرة) التي تحدد شروط العملية وطرق تشغيل المعدات. على سبيل المثال، بالنسبة لعملية تخصيب الفحم في آلة القفز، قد تكون معلمات الإخراج الرئيسية هي العائد ومحتوى الرماد للمنتجات المنتجة. في الوقت نفسه، تتأثر هذه المؤشرات بعدد من العوامل الوسيطة، على سبيل المثال، ارتفاع ورخاوة السرير في آلة القفز.

بالإضافة إلى ذلك، هناك عدد من المعلمات التي تميز الحالة الفنية لمعدات المعالجة. على سبيل المثال، درجة حرارة محامل الآليات التكنولوجية؛ معلمات التشحيم السائل المركزي للمحامل. حالة وحدات إعادة التحميل وعناصر أنظمة نقل التدفق؛ وجود المواد على الحزام الناقل. وجود أجسام معدنية على الحزام الناقل، ومستويات المواد واللب في الحاويات؛ مدة التشغيل ووقت توقف الآليات التكنولوجية، وما إلى ذلك.

من الصعب بشكل خاص التحكم التشغيلي التلقائي للمعلمات التكنولوجية التي تحدد خصائص المواد الخام ومنتجات التخصيب، مثل محتوى الرماد، والتركيب المادي للخام، ودرجة فتح الحبوب المعدنية، والتركيب الحبيبي والكسري للمواد، ودرجة مثل أكسدة سطح الحبوب وغيرها. وهذه المؤشرات إما يتم التحكم فيها بدقة غير كافية أو لا يتم التحكم فيها على الإطلاق.

يتم التحكم في عدد كبير من الكميات الفيزيائية والكيميائية التي تحدد أنماط عمليات معالجة المواد الخام بدقة كافية. وتشمل هذه الكثافة والتركيب الأيوني لللب، ومعدلات التدفق الحجمي والكتلي لتدفقات العمليات، والكواشف، والوقود، والهواء؛ مستويات المنتج في الآلات والأجهزة، ودرجة الحرارة المحيطة، والضغط والفراغ في الأجهزة، ورطوبة المنتج، وما إلى ذلك.

وبالتالي، فإن تنوع المعلمات التكنولوجية وأهميتها في إدارة عمليات التخصيب يتطلب تطوير أنظمة تحكم تشغيلية موثوقة، حيث يعتمد القياس التشغيلي للكميات الفيزيائية والكيميائية على مجموعة متنوعة من المبادئ.

تجدر الإشارة إلى أن موثوقية أنظمة التحكم في المعلمات تحدد بشكل أساسي أداء أنظمة التحكم التلقائي في العمليات.

تعمل أنظمة التحكم الآلي كمصدر رئيسي للمعلومات في إدارة الإنتاج، بما في ذلك أنظمة التحكم الآلي وأنظمة التحكم في العمليات.

أجهزة الاستشعار ومحولات الطاقة

العنصر الرئيسي لأنظمة التحكم الآلي، الذي يحدد موثوقية وأداء النظام بأكمله، هو المستشعر، الذي يكون على اتصال مباشر مع البيئة الخاضعة للرقابة.

المستشعر هو عنصر تلقائي يقوم بتحويل المعلمة المراقبة إلى إشارة مناسبة لإدخالها في نظام المراقبة أو التحكم.

يتضمن نظام التحكم الآلي النموذجي عمومًا محول طاقة قياس أولي (مستشعر)، ومحول طاقة ثانوي، وخط نقل معلومات (إشارة) وجهاز تسجيل (الشكل 7.1). في كثير من الأحيان، يحتوي نظام التحكم فقط على عنصر حساس، ومحول، وخط نقل المعلومات، وجهاز ثانوي (تسجيل).

يحتوي المستشعر، كقاعدة عامة، على عنصر حساس يدرك قيمة المعلمة المقاسة، وفي بعض الحالات يحولها إلى إشارة مناسبة للإرسال عن بعد إلى جهاز تسجيل، وإذا لزم الأمر، إلى نظام التحكم.

مثال على عنصر الاستشعار هو غشاء مقياس الضغط التفاضلي الذي يقيس فرق الضغط عبر الجسم. يتم تحويل حركة الغشاء الناتجة عن القوة الناتجة عن فرق الضغط باستخدام عنصر إضافي (محول الطاقة) إلى إشارة كهربائية يمكن نقلها بسهولة إلى المسجل.

مثال آخر على المستشعر هو المزدوج الحراري، حيث يتم الجمع بين وظائف عنصر الاستشعار ومحول الطاقة، حيث تظهر إشارة كهربائية متناسبة مع درجة الحرارة المقاسة عند الأطراف الباردة للمزدوجة الحرارية.

سيتم وصف المزيد من التفاصيل حول أجهزة الاستشعار ذات المعلمات المحددة أدناه.

يتم تصنيف المحولات إلى متجانسة وغير متجانسة. الأول لديه كميات المدخلات والمخرجات متطابقة في الطبيعة الفيزيائية. على سبيل المثال، مكبرات الصوت والمحولات والمقومات - تحويل الكميات الكهربائية إلى كميات كهربائية مع معلمات أخرى.

من بين الكميات غير المتجانسة، تتكون المجموعة الأكبر من محولات الكميات غير الكهربائية إلى كميات كهربائية (المزدوجات الحرارية، الثرمستورات، مقاييس الضغط، العناصر الكهرضغطية، وما إلى ذلك).

بناءً على نوع قيمة الخرج، تنقسم هذه المحولات إلى مجموعتين: مجموعة المولدات، التي لها قيمة كهربائية نشطة عند الخرج - EMF، والمحولات البارامترية - بقيمة خرج سلبية على شكل R أو L أو C.

محولات الإزاحة. الأكثر انتشارًا هي محولات الطاقة البارامترية للإزاحة الميكانيكية. وتشمل هذه المحولات R (المقاوم)، L (الحثي) وC (السعة). تغير هذه العناصر قيمة الخرج بما يتناسب مع حركة الإدخال: المقاومة الكهربائية R، الحث L والسعة C (الشكل 7.2).

يمكن صنع المحول الحثي على شكل ملف بنقرة من النقطة الوسطى ومكبس (قلب) يتحرك إلى الداخل.

عادة ما تكون المحولات المعنية متصلة بأنظمة التحكم باستخدام دوائر الجسر. يتم توصيل محول طاقة الإزاحة بأحد أذرع الجسر (الشكل 7.3 أ). ثم يتم أخذ جهد الخرج (U out) من القمم جسر أ-ب، سوف يتغير عند تحريك عنصر العمل للمحول ويمكن تقديره بالتعبير:

يمكن أن يكون جهد إمداد الجسر (مصدر U) مباشرًا (عند Z i = R i) أو تيارًا متناوبًا (عند Z i = 1/(Cω) أو Z i =Lω) مع التردد ω.

يمكن توصيل الثرمستورات ومقياس الضغط والمقاومات الضوئية بدائرة جسر تحتوي على عناصر R، أي. المحولات التي تكون إشارة خرجها عبارة عن تغيير في المقاومة النشطة R.

عادةً ما يتم توصيل المحول الحثي المستخدم على نطاق واسع بدائرة جسر تيار متردد مكونة من محول (الشكل 7.3 ب). يتم تخصيص جهد الخرج في هذه الحالة للمقاوم R، الموجود في قطر الجسر.

تتكون المجموعة الخاصة من محولات الحث المستخدمة على نطاق واسع - المحولات التفاضلية والديناميكية الحديدية (الشكل 7.4). هذه هي محولات المولدات.

يتم توليد إشارة الخرج (U out) لهذه المحولات على شكل جهد تيار متردد، مما يلغي الحاجة إلى استخدام دوائر الجسر والمحولات الإضافية.

يعتمد المبدأ التفاضلي لتوليد إشارة الخرج في محول المحول (الشكل 6.4 أ) على استخدام ملفين ثانويين متصلين ببعضهما البعض. هنا إشارة الخرج هي الفرق المتجه في الجهود التي تنشأ في الملفات الثانوية عند تطبيق جهد الإمداد U، بينما يحمل جهد الخرج معلومتين: القيمة المطلقة للجهد هي مقدار حركة المكبس، والطور هو اتجاه حركتها:

Ū خارج = Ū 1 - Ū 2 = kХ في،

حيث k هو معامل التناسب؛

X في - إشارة الدخل (حركة المكبس).

المبدأ التفاضلي لتوليد إشارة الخرج يضاعف حساسية المحول، لأنه عندما يتحرك المكبس، على سبيل المثال، إلى أعلى، فإن الجهد في الملف العلوي (Ū 1) يزداد بسبب زيادة نسبة التحويل، والجهد في يتناقص الملف السفلي (Ū 2) بنفس المقدار. .

تستخدم محولات المحولات التفاضلية على نطاق واسع في أنظمة التحكم والتنظيم نظرًا لموثوقيتها وبساطتها. يتم وضعها في الأدوات الأولية والثانوية لقياس الضغط والتدفق والمستويات وما إلى ذلك.

الأكثر تعقيدًا هي المحولات الديناميكية الحديدية (PF) للإزاحات الزاوية (الشكل 7.4 ب و7.5).

هنا، في الفجوة الهوائية للدائرة المغناطيسية (1)، يتم وضع قلب أسطواني (2) مع لف على شكل إطار. يتم تثبيت القلب باستخدام النوى ويمكن تدويره بزاوية صغيرة α داخل ± 20 درجة. يتم توفير جهد متناوب من 12 إلى 60 فولت لملف الإثارة للمحول (ث 1)، مما يؤدي إلى تدفق مغناطيسي يعبر منطقة الإطار (5). يتم إحداث تيار في لفه، يتناسب جهده (Ū out)، مع تساوي العوامل الأخرى، مع زاوية دوران الإطار (α in)، ويتغير طور الجهد عندما يتم تدوير الإطار إلى الداخل اتجاه أو آخر من الوضع المحايد (موازي للتدفق المغناطيسي).

تظهر الخصائص الثابتة لمحولات PF في الشكل. 7.6.

السمة 1 تحتوي على محول بدون لف متحيز قيد التشغيل (W cm). إذا كانت القيمة الصفرية لإشارة الخرج لا تحتاج إلى الحصول عليها في المتوسط، ولكن في أحد المواضع المتطرفة للإطار، فيجب توصيل الملف المتحيز بالتسلسل مع الإطار.

في هذه الحالة، إشارة الخرج هي مجموع الفولتية المأخوذة من الإطار والملف المتحيز، والذي يتوافق مع خاصية 2 أو 2 بوصة، إذا قمت بتغيير اتصال الملف المتحيز إلى الطور المضاد.

من الخصائص المهمة للمحول الديناميكي الحديدي القدرة على تغيير ميل الخاصية. يتم تحقيق ذلك عن طريق تغيير حجم فجوة الهواء (δ) بين الغطاسات الثابتة (3) والمتحركة (4) للدائرة المغناطيسية، عن طريق ربط الأخير أو فكه.

تُستخدم الخصائص المدروسة لمحولات PF في بناء أنظمة تحكم معقدة نسبيًا مع تنفيذ عمليات حسابية بسيطة.

أجهزة الاستشعار الصناعية العامة للكميات الفيزيائية.

وتعتمد كفاءة عمليات التخصيب إلى حد كبير على الأنظمة التكنولوجية، والتي بدورها تحددها قيم المعلمات التي تؤثر على هذه العمليات. يحدد تنوع عمليات التخصيب عددًا كبيرًا من المعلمات التكنولوجية التي تتطلب التحكم فيها. للتحكم في بعض الكميات الفيزيائية، يكفي أن يكون لديك جهاز استشعار قياسي مع جهاز ثانوي (على سبيل المثال، الحرارية - الجهد التلقائي)، والبعض الآخر يتطلب أجهزة ومحولات إضافية (عدادات الكثافة، عدادات التدفق، عدادات الرماد، إلخ).

من بين العدد الكبير من أجهزة الاستشعار الصناعية، يمكننا تسليط الضوء على أجهزة الاستشعار التي تستخدم على نطاق واسع في مختلف الصناعات كمصادر مستقلة للمعلومات وكمكونات لأجهزة استشعار أكثر تعقيدا.

سنتناول في هذا القسم الفرعي أبسط أجهزة الاستشعار الصناعية العامة للكميات الفيزيائية.

أجهزة استشعار درجة الحرارة. إن مراقبة ظروف التشغيل الحرارية للغلايات ووحدات التجفيف وبعض وحدات الاحتكاك للآلات تتيح لنا الحصول على المعلومات الهامة اللازمة للتحكم في تشغيل هذه الأجسام.

موازين الحرارة المانومترية. يشتمل هذا الجهاز على عنصر حساس (لمبة حرارية) وجهاز إشارة متصل بواسطة أنبوب شعري ومملوء بمادة عاملة. يعتمد مبدأ التشغيل على تغيير ضغط المادة العاملة في نظام ميزان الحرارة المغلق حسب درجة الحرارة.

اعتمادًا على حالة تجميع المادة العاملة ، يتم تمييز مقاييس الحرارة السائلة (الزئبق والزيلين والكحول) والغاز (النيتروجين والهيليوم) والبخار (البخار المشبع لسائل منخفض الغليان).

يتم تثبيت ضغط المادة العاملة بواسطة عنصر قياس الضغط - زنبرك أنبوبي ينحل مع زيادة الضغط في نظام مغلق.

اعتمادًا على نوع المادة العاملة لمقياس الحرارة، يتراوح نطاق قياس درجة الحرارة من – 50 درجة مئوية إلى +1300 درجة مئوية. يمكن تجهيز الأجهزة بملامسات إشارة وجهاز تسجيل.

الثرمستورات (المقاومة الحرارية).يعتمد مبدأ التشغيل على خصائص المعادن أو أشباه الموصلات ( الثرمستورات) تتغير مقاومتها الكهربائية مع تغيرات درجة الحرارة. هذا الاعتماد على الثرمستورات له الشكل:

أين ر 0 – مقاومة الموصل عند T 0 = 293 0 K؛

α T – معامل درجة حرارة المقاومة

يتم تصنيع العناصر المعدنية الحساسة على شكل لفائف سلكية أو حلزونات، بشكل رئيسي من معدنين - النحاس (لدرجات حرارة منخفضة تصل إلى 180 درجة مئوية) والبلاتين (من -250 درجة مئوية إلى 1300 درجة مئوية)، موضوعة في غلاف معدني واقٍ .

لتسجيل درجة الحرارة التي يتم التحكم فيها، يتم توصيل الثرمستور، كجهاز استشعار أساسي، بجسر تيار متردد تلقائي (جهاز ثانوي)، وسيتم مناقشة هذه المشكلة أدناه.

من الناحية الديناميكية، يمكن تمثيل الثرمستورات كوصلة غير دورية من الدرجة الأولى مع وظيفة النقل W(ع)=ك/(Tp+1)، إذا كان وقت الاستشعار ثابتًا ( ت) أقل بكثير من الثابت الزمني لموضوع التنظيم (التحكم)، يجوز قبول هذا العنصر كرابط متناسب.

المزدوجات الحرارية.لقياس درجات الحرارة في نطاقات كبيرة وما فوق 1000 درجة مئوية، تُستخدم عادةً موازين الحرارة الحرارية (المزدوجات الحرارية).

يعتمد مبدأ تشغيل المزدوجات الحرارية على تأثير القوى الدافعة الكهربية. التيار المباشرعند الأطراف الحرة (الباردة) لموصلين ملحومين غير متشابهين (الوصلة الساخنة)، بشرط أن تختلف درجة حرارة الأطراف الباردة عن درجة حرارة الوصلة. ويتناسب حجم المجالات الكهرومغناطيسية مع الفرق بين درجات الحرارة هذه، ويعتمد حجم ومدى درجات الحرارة المقاسة على مادة الأقطاب الكهربائية. يتم وضع الأقطاب الكهربائية ذات الخرز الخزفي المعلقة عليها في تركيبات واقية.

يتم توصيل المزدوجات الحرارية بجهاز التسجيل باستخدام أسلاك كهربائية حرارية خاصة. يمكن استخدام مقياس الميليفولتميتر بمعايرة معينة أو جسر تيار مباشر تلقائي (مقياس الجهد) كجهاز تسجيل.

عند حساب أنظمة التحكم، يمكن تمثيل المزدوجات الحرارية، مثل الثرمستورات، كوصلة غير دورية أو تناسبية من الدرجة الأولى.

الصناعة تنتج أنواع مختلفةالمزدوجات الحرارية (الجدول 7.1).

الجدول 7.1 خصائص المزدوجات الحرارية

أجهزة استشعار الضغط. أجهزة استشعار الضغط (الفراغ) والضغط التفاضليتستخدم على نطاق واسع في صناعة التعدين والمعالجة، سواء كأجهزة استشعار صناعية عامة أو كمكونات لأنظمة أكثر تعقيدًا لمراقبة المعلمات مثل كثافة اللب، وتدفق الوسائط، ومستوى السائل، ولزوجة التعليق، وما إلى ذلك.

تسمى أدوات قياس الضغط الزائد أجهزة قياس الضغطأو عدادات الضغط، لقياس ضغط الفراغ (تحت الغلاف الجوي، الفراغ) - باستخدام مقاييس الفراغ أو مقاييس السحب، للقياس المتزامن للضغط الزائد والضغط الفراغي - باستخدام مقاييس الضغط والفراغ أو مقاييس السحب والضغط.

الأكثر انتشارًا هي أجهزة الاستشعار من النوع الزنبركي (السلالة) ذات العناصر الحساسة المرنة على شكل زنبرك مانومتري (الشكل 7.7 أ) وغشاء مرن (الشكل 7.7 ب) ومنفاخ مرن.

.

لنقل القراءات إلى جهاز تسجيل، يمكن أن تحتوي أجهزة قياس الضغط على محول طاقة إزاحة مدمج. يوضح الشكل محولات المحولات التحريضية (2)، والتي ترتبط غطاساتها بالعناصر الحساسة (1 و2).

تسمى أجهزة قياس الفرق بين ضغطين (تفاضلي) بمقاييس الضغط التفاضلي أو مقاييس الضغط التفاضلي (الشكل 7.8). هنا، يعمل الضغط على العنصر الحساس من الجانبين؛ تحتوي هذه الأجهزة على تركيبين مدخلين لتوفير ضغط أعلى (+P) وأقل (-P).

يمكن تقسيم مقاييس الضغط التفاضلي إلى مجموعتين رئيسيتين: السائل والربيع. وفقًا لنوع العنصر الحساس، فإن العناصر الأكثر شيوعًا بين عناصر الزنبرك هي الغشاء (الشكل 7.8 أ)، والمنفاخ (الشكل 7.8 ب)، وبين العناصر السائلة - الجرس (الشكل 7.8 ج).

عادةً ما يتم ملء كتلة الغشاء (الشكل 7.8 أ) بالماء المقطر.

تعتبر مقاييس الضغط التفاضلي الجرسية، التي يكون فيها العنصر الحساس عبارة عن جرس مغمور جزئيًا رأسًا على عقب في زيت المحولات، هي الأكثر حساسية. يتم استخدامها لقياس فروق الضغط الصغيرة في نطاق 0 – 400 باسكال، على سبيل المثال للتحكم في الفراغ في أفران مصانع التجفيف والغلايات

مقاييس الضغط التفاضلي التي تم النظر فيها هي بلا مقياس؛ يتم تسجيل المعلمة التي يتم التحكم فيها بواسطة الأجهزة الثانوية التي تستقبل إشارة كهربائية من محولات طاقة الإزاحة المقابلة.

أجهزة استشعار القوة الميكانيكية. تشتمل هذه المستشعرات على مستشعرات تحتوي على عنصر مرن ومحول إزاحة ومقاييس ضغط وكهرضغطية وعدد من الأجهزة الأخرى (الشكل 7.9).

مبدأ تشغيل هذه المستشعرات واضح من الشكل. لاحظ أن المستشعر الذي يحتوي على عنصر مرن يمكن أن يعمل مع جهاز ثانوي - معوض التيار المتردد، ومستشعر قياس الضغط - مع جسر تيار متردد، وجهاز قياس ضغطي - مع جسر تيار مباشر. سيتم مناقشة هذه المشكلة بمزيد من التفصيل في الأقسام اللاحقة.

مستشعر قياس الضغط هو ركيزة يتم لصق عدة لفات من الأسلاك الرفيعة (سبيكة خاصة) أو رقائق معدنية عليها كما هو موضح في الشكل. 7.9 ب. يتم لصق المستشعر على العنصر الحساس الذي يستشعر الحمل F، مع توجيه المحور الطويل للمستشعر على طول خط عمل القوة المتحكم فيها. يمكن أن يكون هذا العنصر أي هيكل يقع تحت تأثير القوة F ويعمل ضمن حدود التشوه المرن. ويتعرض مقياس الضغط أيضًا لنفس التشوه، بينما يطول موصل المستشعر أو ينكمش على طول المحور الطويل لتركيبه. وهذا الأخير يؤدي إلى تغير في مقاومته الأومية حسب الصيغة R=ρl/S المعروفة في الهندسة الكهربائية.

دعونا نضيف هنا أن أجهزة الاستشعار المعنية يمكن استخدامها في مراقبة أداء ناقلات الحزام (الشكل 7.10 أ)، وقياس كتلة المركبات (السيارات، وعربات السكك الحديدية، الشكل 7.10 ب)، وكتلة المواد في الصناديق، وما إلى ذلك .

يعتمد تقييم أداء الناقل على وزن قسم معين من الحزام المحمل بالمواد بسرعة ثابتة. يتم نقل الحركة الرأسية لمنصة الوزن (2)، المثبتة على وصلات مرنة، الناتجة عن كتلة المادة الموجودة على الشريط، إلى مكبس محول المحول التحريضي (ITC)، الذي يولد معلومات إلى الجهاز الثانوي (U) خارج).

لوزن عربات السكك الحديدية والعربات المحملة، ترتكز منصة الوزن (4) على كتل قياس الانفعال (5)، وهي عبارة عن دعامات معدنية مزودة بأجهزة استشعار لقياس الانفعال ملصوقة، والتي تتعرض لتشوه مرن اعتمادًا على كتلة الجسم الذي يتم وزنه.

التنظيم التلقائيهو التحكم في العمليات التكنولوجية باستخدام أجهزة متقدمة ذات خوارزميات محددة مسبقًا.

في الحياة اليومية، على سبيل المثال، يمكن إجراء التنظيم التلقائي باستخدام منظم الحرارة، الذي يقيس درجة حرارة الغرفة ويحافظ عليها عند مستوى معين.

بمجرد ضبط درجة الحرارة المطلوبة، يقوم منظم الحرارة تلقائيًا بمراقبة درجة حرارة الغرفة وتشغيل المدفأة أو مكيف الهواء أو إيقاف تشغيله حسب الحاجة للحفاظ على درجة الحرارة المحددة.

في الإنتاج، يتم التحكم في العملية عادةً عن طريق الأجهزة والأتمتة، التي تقيس وتحافظ على المستوى المطلوب من المعلمات التكنولوجية للعملية، مثل درجة الحرارة والضغط والمستوى والتدفق. يعد التنظيم اليدوي في الإنتاج واسع النطاق أمرًا صعبًا لعدد من الأسباب، ولا يمكن تعديل العديد من العمليات يدويًا على الإطلاق.

العمليات التكنولوجية ومتغيرات العملية

للتنفيذ الطبيعي للعمليات التكنولوجية من الضروري السيطرة عليها الحالة الجسديةمسارهم. يمكن أن تتغير المعلمات الفيزيائية مثل درجة الحرارة والضغط والمستوى والتدفق لأسباب عديدة، وتؤثر تغيراتها على العملية. تسمى هذه الظروف المادية المتغيرة "متغيرات العملية".

وبعضها قد يقلل من كفاءة الإنتاج ويزيد تكاليف الإنتاج. الهدف من نظام التحكم الآلي هو تقليل خسائر الإنتاج وتكاليف التحكم المرتبطة بالتغيرات التعسفية في متغيرات العملية.

في أي إنتاج تتأثر المواد الخام والمكونات الأولية الأخرى للحصول على المنتج المستهدف. تعتمد كفاءة واقتصاد أي عملية تصنيع على كيفية التحكم في العمليات ومتغيرات العملية أنظمة خاصةأنظمة.

في محطة الطاقة الحرارية التي تعمل بالفحم، يتم طحن الفحم ثم حرقه لإنتاج الحرارة اللازمة لتحويل الماء إلى بخار. يمكن استخدام البخار لأغراض عديدة: للعمل التوربينات البخاريةالمعالجة الحرارية أو تجفيف المواد الخام. وتسمى سلسلة العمليات التي تخضع لها هذه المواد والمواد بـ "العملية". غالبًا ما تُستخدم عملية الكلمات أيضًا للإشارة إلى العمليات الفردية. على سبيل المثال، يمكن تسمية عملية طحن الفحم أو تحويل الماء إلى بخار بعملية.

مبدأ التشغيل وعناصر نظام التحكم الآلي

في حالة نظام التحكم الآلي، يتم إجراء المراقبة والتنظيم تلقائيًا باستخدام أدوات تم تكوينها مسبقًا. المعدات قادرة على تنفيذ جميع الإجراءات بشكل أسرع وأكثر دقة مما كانت عليه في حالة التحكم اليدوي.

يمكن تقسيم إجراء النظام إلى قسمين: يكتشف النظام تغييرًا في قيمة متغير العملية ثم يقوم بإجراء تصحيحي يجبر متغير العملية على العودة إلى القيمة المحددة.

يحتوي نظام التحكم الآلي على أربعة عناصر رئيسية: عنصر أساسي، وعنصر قياس، وعنصر تنظيم، وعنصر نهائي.

يدرك العنصر الأساسي قيمة متغير العملية ويحولها إلى كمية فيزيائية تنتقل إلى عنصر القياس. يقوم عنصر القياس بتحويل التغير الفيزيائي الناتج عن العنصر الأساسي إلى إشارة تمثل حجم متغير العملية.

يتم إرسال إشارة الخرج من عنصر القياس إلى عنصر التحكم. يقوم عنصر التحكم بمقارنة الإشارة الصادرة من عنصر القياس بإشارة مرجعية تمثل القيمة المحددة، ويحسب الفرق بين هاتين الإشارتين. ثم يقوم عنصر التحكم بإنتاج إشارة تصحيح، وهي الفرق بين القيمة الفعلية لمتغير العملية وقيمته المحددة.

يتم إرسال إشارة الخرج من عنصر التحكم إلى عنصر التحكم النهائي. عنصر النهايةيقوم التحكم بتحويل الإشارة التي يتلقاها إلى إجراء تصحيحي يجبر متغير العملية على العودة إلى القيمة المحددة.

بالإضافة إلى العناصر الأربعة الرئيسية، قد تحتوي أنظمة التحكم في العمليات على معدات مساعدة توفر معلومات حول حجم متغير العملية. قد تشتمل هذه المعدات على أدوات مثل المسجلات والعدادات وأجهزة الإنذار.

أنواع أنظمة التحكم الآلي

هناك نوعان رئيسيان أنظمة أوتوماتيكيةالتنظيم: مغلق ومفتوح، ويختلفان في خصائصهما، وبالتالي في مدى ملاءمة التطبيق.

نظام التحكم الآلي ذو الحلقة المغلقة

في النظام المغلق، تمر المعلومات حول قيمة متغير العملية المتحكم فيه عبر سلسلة كاملة من الأدوات والأجهزة المصممة للتحكم في هذا المتغير وتنظيمه. وهكذا، في نظام مغلق، يتم إجراء قياس ثابت للقيمة الخاضعة للرقابة، ومقارنتها بالقيمة المحددة ويتم ممارسة التأثير المناسب على العملية لجعل القيمة الخاضعة للرقابة متوافقة مع القيمة المحددة.

على سبيل المثال، يعتبر هذا النظام مناسبًا تمامًا لمراقبة المستوى المطلوب من السائل في الخزان والحفاظ عليه. يستشعر المزاح التغييرات في مستوى السائل. يقوم محول القياس بتحويل تغيرات المستوى إلى إشارة يرسلها إلى المنظم. والذي بدوره يقارن الإشارة المستقبلة بها المستوى المطلوب، محدد مسبقًا. بعد ذلك، يقوم المنظم بتوليد إشارة تصحيح وإرسالها إلى صمام التحكم، الذي يقوم بضبط تدفق المياه.

نظام التحكم الآلي ذو الحلقة المفتوحة

في نظام الحلقة المفتوحة، لا توجد سلسلة مغلقة من أدوات وأدوات القياس ومعالجة الإشارات من الإخراج إلى مدخلات العملية، ولا يعتمد تأثير وحدة التحكم على العملية على القيمة الناتجة للتحكم عامل. لا توجد مقارنة بين القيمة الحالية والقيمة المطلوبة لمتغير العملية ولا يتم إنشاء أي إجراء تصحيحي.

أحد الأمثلة على نظام التحكم ذو الحلقة المفتوحة هو غسيل السيارات الأوتوماتيكي. هذه عملية تكنولوجية لغسيل السيارات وجميع العمليات الضرورية محددة بوضوح. عندما تخرج السيارة من المغسلة فمن المفترض أن تكون نظيفة. إذا لم تكن السيارة نظيفة بما فيه الكفاية، فلن يكتشف النظام ذلك. لا يوجد أي عنصر هنا من شأنه أن يوفر معلومات حول هذا الأمر ويصحح العملية.

في التصنيع، تستخدم بعض أنظمة الحلقة المفتوحة أجهزة ضبط الوقت لضمان اكتمال سلسلة من العمليات المتسلسلة. قد يكون هذا النوع من التحكم في الحلقة المفتوحة مقبولاً إذا لم تكن العملية حرجة للغاية. ومع ذلك، إذا كانت العملية تتطلب التحقق من شروط معينة وإجراء التعديلات إذا لزم الأمر، فإن نظام الحلقة المفتوحة غير مقبول. في مثل هذه الحالات، فمن الضروري استخدام نظام مغلق.

طرق التحكم الآلي

يمكن بناء أنظمة التحكم الآلي باستخدام طريقتين أساسيتين للتحكم: التحكم في الحلقة المغلقة، والذي يعمل عن طريق تصحيح الانحرافات في متغير العملية بعد حدوثها؛ ومع عمل الاضطراب مما يمنع حدوث انحرافات في متغير العملية.

مراقبة ردود الفعل

التحكم في الحلقة المغلقة هو أسلوب للتحكم الآلي يتم فيه مقارنة القيمة المقاسة لمتغير العملية مع نقطة الالتقاط الخاصة به ويتم اتخاذ الإجراء لتصحيح أي انحراف للمتغير عن نقطة الضبط.

العيب الرئيسي لنظام التحكم في الحلقة المغلقة هو أنه لا يبدأ في تنظيم العملية حتى ينحرف متغير العملية المتحكم فيه عن قيمته المحددة.

يجب أن تتغير درجة الحرارة قبل أن يبدأ نظام التحكم في فتح أو إغلاق صمام التحكم على خط البخار. في معظم أنظمة التحكم، يكون هذا النوع من إجراءات التحكم مقبولاً وهو مدمج في تصميم النظام.

في بعض العمليات الصناعية مثل التصنيع الأدوية، لا يمكن السماح لمتغير العملية بالانحراف عن قيمة نقطة الضبط. أي انحراف قد يؤدي إلى فقدان المنتج. وفي هذه الحالة، هناك حاجة إلى نظام تنظيمي يتوقع التغييرات في العملية. يتم توفير هذا النوع الاستباقي من التنظيم من خلال نظام تحكم يحركه الاضطراب.

السيطرة على الاضطراب

التحكم المبني على الاضطراب هو تحكم استباقي لأنه يتنبأ بالتغيير المتوقع في المتغير الذي يتم التحكم فيه ويتخذ الإجراء قبل حدوث هذا التغيير.

هذا هو الفرق الأساسي بين التحكم في الإزعاج والتحكم في ردود الفعل. تحاول حلقة التحكم في الاضطراب تحييد الاضطراب قبل أن يؤثر على المتغير المعالج، بينما تحاول حلقة التحكم في التغذية الراجعة معالجة الاضطراب بعد أن يؤثر على المتغير المعالج.

نظام التحكم في الإزعاج لديه ميزة واضحةقبل نظام التحكم في ردود الفعل. عند التحكم عن طريق الاضطراب، في الحالة المثالية، لا تتغير قيمة المتغير المتحكم فيه، بل تظل عند قيمة الإعداد الخاص به. لكن التحكم اليدوي في الاضطراب يتطلب فهمًا أكثر تعقيدًا لتأثير الاضطراب على المتغير المتحكم فيه، بالإضافة إلى استخدام أدوات أكثر تعقيدًا ودقة.

من النادر العثور على نظام نقي للتحكم في الاضطرابات في النبات. عندما يتم استخدام نظام التحكم في الإزعاج، فإنه عادة ما يتم دمجه مع نظام التحكم في ردود الفعل. ومع ذلك، فإن التحكم في الاضطراب مخصص فقط للعمليات الأكثر أهمية والتي تتطلب تحكمًا دقيقًا للغاية.

أنظمة التحكم أحادية الدائرة ومتعددة الدوائر

نظام التحكم ذو الحلقة الواحدة أو حلقة التحكم البسيطة هو نظام تحكم ذو حلقة واحدة، والذي يحتوي عادةً على عنصر استشعار أساسي واحد فقط ويوفر معالجة إشارة دخل واحدة فقط لوحدة التحكم.

تحتوي بعض أنظمة التحكم على عنصرين أساسيين أو أكثر وتعالج أكثر من إشارة دخل واحدة لكل وحدة تحكم. تسمى أنظمة التحكم الآلي هذه أنظمة التحكم "متعددة الحلقات".

على آلات عالميةيتم التحكم في معلمات العملية التكنولوجية والآلة بواسطة مشغل الآلة. كما أنه يتخذ قرارات بشأن إعادة هيكلة المعدات، وإيقاف تشغيل المعدات، وإمدادات سائل التبريد، وما إلى ذلك. يتم الحفاظ على معلمات التشغيل لمعدات GPM (وحدة الإنتاج المرنة) أو الخط الأوتوماتيكي نظام التحكم(الشكل 12.1)، والذي يتضمن أدوات المراقبة والتشخيص، والتي تسمح، عند استخدام PMG، برفض الموظفين المشاركين بشكل مباشر في العملية التكنولوجية. يستخدم نظام التحكم PMG مصدرين للمعلومات: برنامج لرصد الانحرافات عن الأداء الطبيعي لـ PMG والمعلومات الواردة من أجهزة التشخيص، مثل أجهزة الاستشعار تعليقوقياس معلمات الحركة (السرعة والإحداثيات) لأجزاء عمل الماكينة وآلياتها المساعدة أو أجهزة التشغيل الآلي.

أرز. 12.1.

يتم دمج الأدوات الإضافية المصممة لأداء وظائف المشغل في نظام يتضمن أجهزة وأدوات التحكم والقياس والتشخيص (مع أجهزة استشعار لتحديد قيمة المعلمات التي يتم مراقبتها)، وأجهزة لجمع المعلومات ومعالجتها في البداية واتخاذ القرارات.

في حالة استبدال المشغل، يجب على النظام: مراقبة تشغيل آليات PMG، والتقدم المحرز في العملية التكنولوجية للعمل، والجودة المنتجات النهائية، تحديد الانحرافات عن وضعها الطبيعي

عمل مجموعة PMG، بما في ذلك تلك التي لم تؤد بعد إلى إخفاقات وإخفاقات، ولكنها قد تصبح قضيتها في المستقبل؛ سجل الفشل والفشل. صياغة الحلول اللازمة للاستمرار التلقائي في تشغيل محرك التوربينات الغازية بعد توقفه المؤقت لسبب أو لآخر؛ إذا لزم الأمر، قم بمقاطعة تشغيل PMG، واستدعاء الضابط وتزويده بمعلومات حول سبب الانحراف عن التشغيل العادي.

يتكون نظام صيانة الماكينة من عدة أنظمة فرعية تعمل معًا أو بشكل مستقل اعتمادًا على حلول التصميم أو ظروف الإنتاج. ويشمل ذلك نظامًا فرعيًا لمراقبة حالة أداة القطع، ونظامًا فرعيًا لمراقبة الجودة، ونظامًا فرعيًا لمراقبة عمل آليات الماكينة، ونظامًا فرعيًا لتشخيص الآليات.

الأجهزة الأنظمة الفرعية لمراقبة حالة أدوات القطعيمكن إجراء المراقبة الدورية أو الحالية (الشكل 12.2، 12.3). الأدوات المحورية الصغيرة (المثاقب، الصنابير، المطاحن النهائية التي يصل قطرها إلى 6-8 ملم)، وكذلك الأدوات الأخرى، تخضع للفحص الدوري إذا كانت المراقبة الحالية لحالتها مستحيلة أو غير عملية. لتنفيذ هذا الإجراء، يجب إعطاء أمر بإيقاف الجهاز.

يمكن وضع جهاز التحكم في منطقة عمل الماكينة، على الوحدة التي تحمل الأداة، في مخزن الأداة. عادة ما تكون طريقة القياس مباشرة، وذلك باستخدام أجهزة الاستشعار الحثية أو الكهروميكانيكية أو الكهروضوئية. في التين. يوضح الشكل 12.2 رسمًا تخطيطيًا لمراقبة حالة الأداة 2 على الآلة متعددة الأغراض 6. بعد معالجة قطعة العمل 1 وسحب الأداة باستخدام المثقاب، يتلامس المسبار 3. إذا انكسرت الأداة، يتغير موضع المسبار، ونتيجة لذلك، تدور الرافعة 4 وتتوقف عن التأثير على مستشعر التلامس الكهربائي (مفتاح الحد) 5. بناءً على إشارة الأخير، يعطي نظام التحكم أمرًا بإيقاف المعالجة واستبدال الأداة بنسخة احتياطية أو الاتصال بفني الخدمة. يمكن استخدام مستشعر من نوع BVK أو مستشعر Hall كجهاز استشعار، مما يزيد بشكل كبير من عمر الخدمة والتشغيل الخالي من المشاكل.

لرصد الحالة أداة قطععلى مخرطةاستخدم طريقة قياس إحداثيات طرف القاطع. بعد

بعد المرور التالي، يتحرك القاطع إلى موضع التحكم، وإذا لم يكن هناك اتصال كهربائي بين طرف القاطع ولوحة الاتصال الخاصة، يتم إرسال إشارة لمقاطعة عملية المعالجة، يليها استبدال الأداة أو استدعاء الضابط.

رأس؛ 3- أداة؛ 4-آلة المغزل

أرز. 12.2. مخطط لمراقبة أداة القطع على آلة متعددة المهام

أرز. 12.3. وضع رأس القياس على الآلة متعددة الأغراض: 1 - الطاولة؛ 2- القياس

للتحكم الأداة الموجودة في مجلة الآلة متعددة الأغراض،يتم استخدام كاميرات التلفزيون المصنوعة على أساس مصفوفات CCD، والتي، بجودة صورة مرضية، يمكن أن تقلل بشكل كبير من تكلفة المعدات. يتم عرض صورة الأداة على الشاشة، و النظام الإلكتروني"يقرأ" الصورة بالتتابع وينقلها إلى ذاكرة الكمبيوتر. نظرا لانخفاض جودة الصورة، يتم استخدام أساليب رياضية خاصة لاستعادتها. لتحديد العطل، تتم مقارنة الصورة المرجعية المسجلة في ذاكرة الكمبيوتر بعد تثبيت أداة جديدة مع صورة نفس الأداة، ولكنها تعمل بالفعل. الوقت اللازم لنقل الصورة إلى ذاكرة الكمبيوتر قصير جدًا، مما يسمح بإجراء القياسات دون توقف. بغض النظر عن حجم الأداة، تكون الكاميرا دائمًا في نفس الوضع.

يتم إجراء المراقبة الدورية و إذا لزم الأمر، أدخل التصحيح في برنامج التحكمفي حالة استبدال الأداة البالية أو المكسورة بنسخة احتياطية. للقيام بذلك، استخدم رأس قياس مزود بمستشعر لمس على المخارط

على الآلات، يتم قياس تراكب القواطع، على الآلات متعددة الأغراض (انظر الشكل 12.3) - طول وقطر الأداة.

يحتل رأس القياس موضعًا معينًا في منطقة عمل الماكينة: على الطاولة متعددة الأغراض أو على غراب الرأس مخرطة. تتيح مثل هذه القياسات "ربط" الأداة بنظام الإحداثيات الخاص بالآلة، والحصول على معلومات حول وجود الأداة في المغزل، ومراقبة تآكلها وسلامتها.

تخضع مراقبة الحالة الحالية ل أداة محورية يبلغ قطرها أكثر من 8... 12 مم،و قواطع وقواطع الطحن أنواع مختلفة. يتم التحكم أثناء عملية القطع؛ والغرض منه هو التحذير حالات طارئةالتي تحدث عندما تتعطل الأداة فجأة. طريقة المراقبة الحالية غير مباشرة بشكل أساسي (عن طريق عزم الدوران، وتيار محرك المحرك الرئيسي، والحمل، والتسارع، وما إلى ذلك).

وبالتالي، عندما تصبح الأداة باهتة، تزداد قوة القطع، وبالتالي الحمل (عزم الدوران) على المحرك والتيار المتدفق عبر لفاته. وتعتمد حساسية حساس عزم الدوران الذي يعمل على هذا المبدأ على نوع المحرك وقوته وحجم نسبة نقل السلسلة الحركية بين المحرك ومجموعة المغزل. قبل البدء في كل دورة قطع، يجب قياس وتخزين حمل عدم التحميل.

قياس الحمل المحوري على المسمار الرصاص آلة باستخدام قياس الضغط،يسمح لك المدمج في دعامة اللولب بمراقبة تآكل الأداة، بالإضافة إلى التغييرات في وضع التشغيل أثناء معالجة مجموعة من قطع العمل (على سبيل المثال، يتم تسجيل تغيير قدره 0.2...0.3 مم على المخرطة ). الإشارة الصادرة عن هذا المستشعر خالية عمليًا من التداخل. المستشعر منخفض القصور الذاتي، أي. يمكنه تسجيل الأحمال المتغيرة بسرعة الناتجة، على سبيل المثال، عن الدوران غير المتساوي لبرغي الرصاص خلال دورة واحدة.

لقياس الحمل الذي تتعرض له الأبراج وصناديق المغزل وتجميعات المغزل، يتم دمج مقاييس الضغط المصنوعة على شكل محامل الضغط فيها. يؤدي دوران كل كرة تحمل تحت الحمل المقابل إلى تشوه موضعي للحلقة الخارجية، وهو ما يتم استشعاره بواسطة مقاييس الضغط الموجودة في أخدود على السطح الخارجي للحلقة. عند معالجة إشارة خرج المستشعر، ينبغي للمرء أن يأخذ في الاعتبار نبضه، الذي يرتبط تردده مباشرة بسرعة المغزل.

لقياس الحمل الذي يعمل على العقد المختلفة، يتم استخدامها على نطاق واسع. أجهزة استشعار بيزو العلوية(الشكل 12.4). إن حساسيتها أعلى من حساسية الثرمستورات، كما أن عرض النطاق الترددي يسمح لها بتسجيل التغيرات السريعة إلى حد ما في الحمل الذي يعمل على الأداة.

تختلف حلول التصميم التي يتم تنفيذها عند استخدام هذه المستشعرات. على سبيل المثال، يتم بناؤها في بلاطة موضوعة

أرز. 12.4. أجهزة استشعار بيزو لقياس قوة القطع: أ

مخطط دائرة القياس. ب -وتنفيذها البناء؛ (1 - عنصر مرن؛ 2 - مستشعر كهرضغطية؛ 3 - جزء الآلة؛ 4 - أسطح الاتصال, / - قاعدة قياس المستشعر؛ ص،- قوة الشد والضغط.

ر- قوة التثبيت

تحت رأس برج المخرطة. من أجل خلق

التحميل المسبق، يجب أن يبرز المستشعر الكهرضغطي بمقدار 10...15 ميكرومتر فوق السطح.

يمكن تحديد تآكل الأداة من خلال تسارع الموجة المرنة، والتي

يمتد من منطقة القطع إلى موقع تركيب المستشعر

(1مقياس التسارع)، اصلاح

الانبعاث الاهتزازي الصوتي. إذا كانت الأداة تدور، فإن المستشعر

مثبتة على طاولة الآلة؛ لو

تكون الأداة ثابتة، وتدور قطعة العمل - على حامل الأداة أو على جسم البرج. عند استخدام مثل هذه المجسات فمن الضروري للأدوات

كل نوع، مبدئيا تحديد نطاق التردد، في

حيث يتجلى الاتصال بين المعلمات بشكل أكبر

انبعاثات اهتزازية صوتية مع تآكل أو كسر الأداة. يجب تقليل عدد المفاصل بين قطعة العمل (أو الأداة) والمستشعر قدر الإمكان، حيث أن لها تأثير تشوه (اهتزازات ضعيفة)، مما يجعل القياسات صعبة.

يتم قياس وقت تشغيل الأداة مؤقت,وقت الإدخال والقطع - مستشعر القوةأو التسريع(يتم تسجيل لحظات بداية ونهاية عملية القطع)، وحجم مكونات قوى القطع - أجهزة استشعار الضغطفي محامل المغزل الهيدروستاتيكي أو أجهزة الاستشعار المغناطيسية المرنة,قياس عزم القطع، EMF - ميلي فولتميتر,المقاومة الكهربائية للتلامس بين قطعة العمل والأداة - مقياس المقاومة.

يجب أن يؤخذ في الاعتبار أن موثوقية المراقبة التلقائية لحالة أداة القطع منخفضة نسبيًا. قد تكون الأسباب عبارة عن شقوق صغيرة في جزء القطع وعدم التجانس والتقلبات المحلية في صلابة كل من المادة المعالجة ومواد الأداة وعوامل أخرى لا يمكن تحديدها بالوسائل التلقائية. ولذلك فمن المستحسن تحكم مزدوجعمر الأداة لاستبدالها في الوقت المناسب والحالة الحقيقية للأداة وفقًا لأحد المعلمات غير المباشرة (المراقبة الحالية).

عند تصميم المعدات، لم يتم تصميم أجهزة الاستشعار المستخدمة للتحكم في الأداة. يختار المصمم مستشعرًا منتجًا تجاريًا أو يطلب مستشعرًا خاصًا تتوافق خصائصه مع المهمة المطروحة، ويقوم بدمجه في المنطقة المناسبة من الماكينة.

تم وصف الأجهزة المختلفة المستخدمة في النظام الفرعي لمراقبة حالة أداة القطع في الأدبيات. أحد هذه الأجهزة هو نظام المراقبة المستخدم في آلة تشغيل الغاز. نظام مراقبةمع مؤشر الاتصال (انظر الشكل 12.5) يعتمد على المعلومات الواردة من محرك تغذية الماكينة وأجهزة الاستشعار التي تسجل حركة الطاولة ومجموعة المغزل. يتم إدخال ثلاث مجموعات من البيانات في الشاشة: 1) الثوابت التي تحدد إعدادات الجهاز على جهاز معين، ونوع التحكم ومستوى الإشارة من المستشعر (على سبيل المثال، التيار)؛ 2) استبيانات الأدوات التي تحتوي على بيانات مستمرة عن خصائص أدوات محددة؛ 3) تم تجميع برنامج التحكم لكل قطعة عمل يتم معالجتها. يتم إدخال البيانات باستخدام لوحة المفاتيح. يتم استخدام شاشة العرض أو العرض الرقمي لعرض المعلومات.

أرز. 12.5. دائرة المراقبة مع مؤشر الاتصال: 1 - مؤشر الاتصال؛ 2 - فارغ (جزء)؛ 3 - لوحة التحكم. 4 - جهاز إدخال المعلومات. 5 - المحطات. 6 - كمبيوتر التحكم الرئيسي. 7 -

عداد؛ 8 - المساطر الاندفاعية

ل أجهزة النظام الفرعي لمراقبة الجودة(الشكل 12.6) تشمل أجهزة التحكم النشطة (PAC)، المستخدمة في ظروف الإنتاج الضخم والواسع النطاق، وأجهزة استشعار اللمس المستخدمة في ظروف الإنتاج الضخم.

اذا كان ضروري تحكم تلقائىالأحجام والأشكال و دقة تركيب قطعة العمل و (أو) الجزء الميكانيكي بشكل مختلف

أرز. 12.6. مخططات التحكم في دقة المعالجة النموذجية عند استخدام PAK (о) والضبط التلقائي ( 6)

مراحل المعالجة تستخدم PAC، والتي يمكن أن تكون موجودة في منطقة عمل الجهاز (الشكل 12.6، أ)،ومع التحكم الدوري التلقائي. وفي الوقت نفسه، يتم تنظيم تدفقين للمعلومات في نظام التحكم في الماكينة. الأول يضمن عملية المعالجة وفقا لبرنامج معين، والثاني يستخدم لضبط مستوى الإعداد. ويشارك المشغل أيضًا في التحكم في عملية التصنيع، وتتمثل مهمته في ضبط مستوى ضبط الماكينات وأدوات التحكم النشطة. في التدفق الثاني للمعلومات توجد حلقتان للتحكم: الحلقة / تشير إلى نظام التحكم الآلي باستخدام نظام التحكم أو الضبط التلقائي (الشكل 1).

12.6، ب)، كفاف ثانيا- لنظام الضبط اليدوي لعملية المعالجة باستخدام أدوات القياس التقليدية

جهاز. يتم تعيين المخططات بشكل تقليدي: TO - التشغيل التكنولوجي؛ وعن - وكالة تنفيذيةآلة؛ MP - آلية تعديل الآلة؛ أ

• - مصلح السيارات. ه - قياسي؛ الملكية الفكرية - جهاز قياس; مرجع سابق
• - المشغل أو العامل.

للخشونة المعالجة

ل التحكم في الأبعاديتم استخدام قطع العمل و (أو) الأجزاء (وفي بعض الحالات لسطح التحكم) على آلات CNC و GPM عن طريق قياس الرؤوس (IG) (أحيانًا

تسمى مؤشرات الاتصال). يقع IG (الشكل 12.7)، الذي يتكون من مسبار كامل مع وحدة إلكترونية وجهاز إرسال الإشارات اللاسلكية (عادةً باستخدام الأشعة تحت الحمراء)، في مخزن الأدوات، حيث يقوم المناور بنقله إلى المغزل (عند الحفر، آلات الطحن والمملة) أو رأس البرج (على المخارط).

أرز. 12.7. رأس القياس: 1 - طرف المسبار؛ 2 - التحقيق. 3 -

آلية النقل 4 - آلية موازنة المسبار. 5 - الاتصال الكهربائي. 6 - كتلة مولد إشارة اللمس. 7- الإشارة المرسلة إلى الوحدة الإلكترونية أو إلى جهاز الإرسال

مع الحركة النسبية لطرف المسبار والسطح الذي يتم التحكم فيه، فإنهما يتلامسان. ينحرف المسبار عن موضعه الأصلي،

يتم فتح الاتصال الكهربائي داخل IG، ويتم إنشاء إشارة اللمس

دائرة خاصة، تدخل إلى CNC من خلال وحدة إلكترونية، حيث تتم مقارنة البيانات المستلمة مع القيم المحددة للمعلمة المقابلة.

يتم استخدام IGs مماثلة للتحكم في البدلات وموضع قطعة العمل، للتحكم المتوسط ​​في قطع العمل على الماكينة أثناء المعالجة والتحكم النهائي في الجزء المُشكل على الماكينة. وفي هذه الحالة، ومن أجل تحديد المسافة بين مستويين، يتم قياس إحداثيات ثلاث نقاط على كل منهما وحساب الفرق بينهما. لتحديد موضع مركز الحفرة يتم قياس إحداثيات ثلاث نقاط في المقطع الشعاعي ومن ثم حساب إحداثيات مركز الدائرة التي تمر بهذه النقاط الثلاث (تتم جميع هذه الإجراءات تلقائيا.

عند تصميم معدات المعالجة، عادة لا يتم تصميم PAK وIG؛ تم تطويرها بواسطة خاص منظمات التصميم. يقوم مصمم المعدات ببناء جهاز منتج تجاريًا أو جهازًا خاصًا في المعدات. ومع ذلك، يجب عليه الاهتمام بتطوير خوارزميات التشغيل المشترك للآلة وجهاز التحكم (القياس والحسابات وتوصيات اتخاذ القرار).

استقرار عملية التصنيع على الآلات الحديثة التحكم بالبرنامجيسمح لك بعدم بناء أجهزة قياس فيها، ولكن استخدام آلة قياس الإحداثيات (CMM) المثبتة في ورشة العمل لمراقبة جودة المعالجة بشكل دوري. في هذه الحالة، يقوم مشغل الآلة أو فني الخدمة بتثبيت الجزء المعالج على CMM، ويقيس المعلمات التي يتم التحكم فيها، وبناءً على النتائج التي تم الحصول عليها، يرسل الجزء للمعالجة الإضافية أو اللاحقة العملية التكنولوجية، وإذا لزم الأمر، قم بإجراء التعديلات على الجهاز.

النظام الفرعي لمراقبة عمل آليات الآلة(الشكل 12.8) يتضمن عددًا من أجهزة القياس التي تسجل الانحرافات عن القاعدة (على سبيل المثال، يتم تسجيل ارتفاع درجة حرارة حركة المحرك الرئيسي بواسطة مستشعر درجة الحرارة). عند إخراج هذه الأجهزة يتم تشكيلها

أرز. 12.8. هيكل النظام الفرعي لرصد عمل الآليات؛ IU، IU 2 ... IU" - أجهزة القياس؛ د - الاستشعار. نقاط البيع - المعالجة الأوليةالإشارة؛ USO - جهاز جمع ومعالجة المعلومات؛ DPR - جهاز صنع القرار. URR - جهاز تنفيذ الحل

الإشارات الطبيعية التي تدخل الجهاز لجمع ومعالجة المعلومات، ومن هناك يتم نقلها إلى جهاز اتخاذ القرار. هنا مع الأخذ بعين الاعتبار معلومات إضافيةيتم اتخاذ قرار معين، والذي يتم تنفيذه لاحقًا في شكل أوامر مناسبة.

تتطابق أجهزة المعالجات الدقيقة في بنيتها مع وحدات CNC الحديثة وتختلف عنها فقط في تكوين وحدات الاتصال بجهاز خارجي ووجود أجهزة استشعار التغذية الراجعة وأجهزة القياس.

النظام الفرعي لتشخيص حالة الآلياتيجب التأكد من تشغيل الآلة بأقل قدر من تدخل المشغل. توجد أجهزة لتشخيص المحركات الهيدروليكية للأدوات الآلية والمحامل الدوارة وعلب التروس وصناديق التغذية وغيرها من الأجهزة المماثلة.

إن التحكم في وحدات التشوه النموذجية للآلة وتعويضها يجعل من الممكن ضمان المعالجة الدقيقة أثناء التشغيل على المدى الطويل. وبالتالي، بسبب التسخين، تتحرك مجموعة المغزل، مما يؤدي إلى انخفاض في دقة المعالجة. يعتمد التعويض في هذه الحالة على القياس الدوري للإزاحات الفعلية لأجزاء التجميع في الفضاء. باستخدام IG المثبت على عمود دوران الآلة، يتم قياس موضع السطح المرجعي على طاولته، أو باستخدام IG للتحكم في الأداة المثبتة على طاولة الآلة، يتم قياس موضع الشياق المرجعي في المغزل. يحدد الفرق بين نتائج القياسات المتعاقبة إزاحة المغزل خلال الفترة الزمنية المقابلة. يتيح لك إدخال هذه القيمة في ذاكرة CNC تصحيح الحركات المحددة في برنامج التحكموبالتالي التعويض عن تأثير التشوهات الحرارية.

مشابه أنظمة التشخيصيتم تصميمها بواسطة مصمم الآلة، عادةً من عناصر منتجة بكميات كبيرة أو عناصر خاصة، على الرغم من أنه في بعض الحالات يكون من الضروري تطوير أجهزة تشخيص خاصة. غالبًا ما يتم استخدام مرحلات الحجاب الحاجز كمثل هذه الأجهزة.