Государственная система промышленных приборов средств автоматизации гсп

Промышленных приборов и средств автоматизации (ГСП)

ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА АВТОМАТИКИ И ТЕЛЕМЕХАНИКИ

Основные сведения о технических средствах Государственной системы

Основные понятия ГСП.

Рассмотрим основные понятия Государственной системы про­мышленных приборов и средств автоматизации (ГСП), созданной в нашей стране в целях экономически и технически рационального решения проблемы обеспечения техническими средствами систем контроля, регулирования и управления технологическими процес­сами различных отраслей народного хозяйства.

По функциональному признаку все изделия ГСП разделены на следующие группы:

— получения информации о состоянии объекта управления;

— приема, преобразования и передачи информации по каналам связи;

— преобразования, хранения и обработки информации, форми­рования команд управления, связи с оперативным персоналом;

— использования командной информации для воздействия на уп­равляемый объект.

В первую группу устройств входят измерительные и нормирую­щие преобразователи, другие устройства, используемые для конт­роля состояния объекта или его управляемых переменных.

Ко второй группе относят устройства для передачи информации на расстояние (например, устройства телемеханики).

Третья группа представляет собой устройства, предназначенные для формирования управляющих сигналов (т. е. командной инфор­мации): функциональные преобразователи, логические устройства, реле, программные устройства, регулирующие приборы, вычисли­тельные устройства и комплексы, задающие элементы и др.

В четвертую группу входят исполнительные элементы и их ком­поненты: электрические, пневматические и гидравлические испол­нительные механизмы, усилители мощности к ним, а также устрой­ства представления информации.

В сельскохозяйственном производстве используют как средства автоматизации общепромышленного назначения, входящие в ГСП, так и технические средства, применяемые в основном в сельс­ком хозяйстве.

Измерительные преобразователи.

Кратко рассмотрим измерительные преобразователи (в после­дующих подразделах будут рассмотрены и другие элементы систем автоматики).

Необходимую для управления информацию о состоянии объек­та и внешних воздействиях получают в виде значений отдельных физических величин с помощью соответствующих технических устройств, которые в автоматике называют измерительными пре­образователями (ИП).

В отличие от измерительных приборов, где такая информация дана в виде, удобном для непосредственного восприятия операто­ром — человеком, информация в ИПпредставляется в виде опре­деленной физической величины, удобной для передачи и дальней­шего преобразования в системе автоматики. Эту величину называ­ют сигналом, и она однозначно связана с контролируемой физичес­кой величиной или параметром того или иного технологического процесса.

ГСП охватывает лишь часть контролируемых величин, которые наиболее часто используют в практике автоматизации. В ГСП все контролируемые величины разбиты на пять групп: теплоэнергети­ческие, механические, электроэнергетические величины, хими­ческий состав и физические свойства.

Теплоэнергетические величины: температура, давление, пере­пад давлений, уровень и расход.

Электроэнергетические величины: постоянные и переменные ток и напряжение, мощность (активная и реактивная), коэффици­ент мощности, частота и сопротивление изоляции.

Механические величины: линейные и угловые перемещения, угловая скорость, деформация усилия, вращающие моменты, коли­чecтвo изделий, твердость материалов, вибрация, шум и масса.

Химический состав: концентрация, состав, химические свой­ства.

Величины, характеризующие физические свойства: влажность, электропроводность, плотность, вязкость, освещенность и др.

Устройства, в которых однократно (первично) преобразуется измеряемая физическая величина, принято называть первичными ИП.

ИП могут соединяться, образуя следующие структурные схемы:

— однократного прямого преобразования;

— последовательного прямого преобразования;

— с обратной связью (компенсационную).

Простейшие ИПсостоят из одного преобразователя. В случае последовательного соединения нескольких первичных преобразователей выходная величина предыдущего преобразователя является входной величиной последующего. Последовательное соединение ИПприменяют в том случае, когда однократное преобразование не дает удобного для использования выходного сигнала. При диффе­ренциальной схеме устраняется влияние на результат преобразова­ния искажающих внешних факторов благодаря сопоставлению (сравнению) преобразованной и некоторой эталонной величин, одинаково подверженных действию этих факторов. Схема ИПс об­ратной связью характеризуется высокой точностью, универсально­стью и малой зависимостью коэффициента преобразования от вне­шних возмущений.

ИП бывают с выходными естественным и унифицированным сигналами.

Естественный выходной сигнал формируется первичными ИПестественным путем и представляет собой угол поворота, переме­щение, усилие, напряжение (постоянное и переменное), сопро­тивление (активное и комплексное), электрическую емкость, час­тоту и др. ИПс естественным выходным сигналом (термопары, терморезисторы, тензодатчики и др.) широко применяют при ав­томатизации простых объектов.

Унифицированный сигнал — это сигнал определенной физи­ческой природы, изменяющийся в определенных фиксированных пределах независимо от вида измеряемой величины, метода и диа­пазона ее измерения. Среди унифицированных сигналов наиболь­шее распространение получили электрические сигналы постоян­ного и переменного тока, напряжения и частоты, а также пневма­тические сигналы.

К основным видам аналоговых унифицированных сигналов от­носят:

— электрические постоянного тока, мА: 0 . 5; 0 … 20; -5 … 0 . 5;

— электрические постоянного напряжения: 0 …10 мВ; 0 … 20 мВ; — 10 . 0 . 10 мВ; 0 .. .1 В; -1 . 0 . 1 В;

— электрические переменного напряжения, В: 0 . 2, -1 . 0 . 1;

— электрические переменного тока на частоте, кГц: 4 . 8; 2 .. .4;

— пневматические 20 . 100 кПа.

Преобразователи, служащие для изменения масштаба сигнала, называют масштабными ИП.

Для получения унифицированных аналоговых сигналов приме­няют ИП, называемые нормирующими.

Специфика контролируемой величины существенно влияет на метод преобразования, используемый в первичном ИП.

Типы преобразователей, применяемых в ГСП, подразделяют на шесть групп: механические, электромеханические, тепловые, электрохимические, оптические и электронно-ионизационные.

Преобразователи, предназначенные для передачи сигнала изме­рительной информации на расстояние, называют передающими. Их используют в системах телемеханики.

Исполнительные механизмы и регулирующие органы.

Для управления объектами в соответствующих системах автома­тики предусматривают исполнительные элементы (ИЭ), в состав которых входят исполнитель­ные механизмы (ИМ) и регулирующие органы.

По виду потребляемой энергии ИМ подразделяют на электри­ческие, гидравлические и пневматические.

Электрические исполнительные механизмы (ЭИМ) получили наиболее широкое распространение. Их выпускают постоянной и переменной скорости.

В системах управления технологическими процессами чаще всего применяют ЭИМ постоянной скорости. В результате повтор­но-кратковременного включения асинхронного электродвигателя ЭИМ реализует закон перемещения регулирующего органа (РО), формируемый управляющим элементом системы.

ЭИМ подразделяют также по характеру перемещения РО на

— механизмы электрические однооборотные (МЭО);

— механизмы электрические многооборотные (МЭМ);

механизмы электрические прямоходные (МЭП) с поступатель­ным движением РО.

Обычно ЭИМ состоит из электродвигателя, редуктора, аппара­туры контроля и управления, а также приставки, формирующей пе­ремещение выходного вала.

Для улучшения динамических характеристик и фиксации вы­ходного вала ЭИМ применяют тормоз.

Для обратной связи и контроля положения выходного вала слу­жит датчик положения.

При управлении ЭИМ используют контактные и бесконтакт­ные системы. В первом случае трехфазным асинхронным электро­двигателем управляют посредством релейно-контактной аппара­туры, а во втором — применяют тиристорное управление специ­альными двухфазными конденсаторными электродвигателями.

В сельскохозяйственной автоматике распространены электро­магнитные клапаны, в которых в качестве привода используют электромагниты (соленоиды). Они отличаются простотой конст­рукции, высокой надежностью, небольшими размерами и массой. Электромагнитные клапаны — МЭП систем двухпозиционного управления, конструктивно выполненные совместно с регулирую­щими органами. РО занимает два устойчивых положения — «От­крыто» и «Закрыто». Катушки соленоида питаются от источников постоянного тока.

Другим примером конструктивного выполнения ЭИМ совмес­тно с РО является фрикционная муфта с электромагнитным управ­лением (рис. 16.1).

Рис. 16.1. Схема фрикционной муфты с Рис. 16.2. Схемы регулирующих органов: а – од-

электромагнитным управлением. нодроссельного РО; б – двухдроссель-

Она состоит из электромагнита 1, якоря 2 и фрик­ционного кольца 3. При подаче сигнала управления электромагнит 1 перемещает якорь 2, который находится на одном валу с фрикционным кольцом 3 муфты. Это кольцо прижимается к вращающемуся кольцу 4 двигателя 5. Ввиду трения между кольцами 3 и 4 вращение передается на отборное устройство.

Для управления механическими потоками применяют также муфты скольжения, сухого и вязкого трения.

Схемы РО расхода жидкости показаны на рисунке 16.2. В одно­седельном РО (рис. 16.2,а)изменение пропускной способности дос­тигается поступательным перемещением затвора 2 вдоль оси седла 1корпуса 3. В двухседельном РО (рис. 16.2, б) изменение пропускной способности достигается перемещением затвора 2 вдоль оси прохо­дов двух седел 1и 3 корпуса 4. Преимущество двухседельных РО — наличие разгруженного затвора.

Существуют и другие типы РО. Например, для изменения рас­хода сыпучих материалов применяют ленточные, шнековые, дис­ковые и скребковые дозаторы.

Исполнительные элементы систем в пожаро- и взрывоопасных цехах выполняют на базе пневматических исполнительных меха­низмов (ПИМ). В сельскохозяйственной автоматике чаще других применяют мембранные ПИМ. В них энергию сжатого воздуха вос­принимает мембрана. Она преобразует ее в усилие, преодолеваю­щее сопротивление пружины для перемещения, например, затвора РО (см. рис. 16.2). Затем усилие пружины используется для переме­щения золотника в обратном направлении, что достигается сниже­нием давления воздуха.

К числу недостатков пневматических средств управления отно­сят следующие: неудобство в наладке, связанное со сложностью оперативных изменений давления воздуха при проверке работоспо­собности; необходимость применения специальных компрессор­ных установок питания.

С помощью гидравлических исполнительных механизмов (ГИМ) можно наиболее надежно и просто реализовать преобразо­вание управляющих сигналов-команд в перемещение РО, осуще­ствляемое с большой скоростью и мощностью. ГИМ надежно ра­ботают в неблагоприятных условиях (при высокой влажности, по­вышенных температурах, вибрациях). Вот почему их широко ис­пользуют для привода рабочих органов комбайнов и других мобильных сельскохозяйственных машин и агрегатов. Однако указанные ранее недостатки пневматических средств свойствен­ны и ГИМ.

Источник

Государственная система промышленных приборов и средств автоматизации

Государственная система промышленных приборов и средств автоматизации (ГСП) — это совокупность унифицированных блоков, приборов и устройств для получения, обработки и ис­пользования информации. ГСП имеет единые параметры вход­ных и выходных сигналов, а также унифицированные габарит­ные присоединительные размеры. Она построена по блочно-модульному принципу, что позволяет совершенствовать системы автоматического управления путем замены отдельных блоков и элементов.

По принадлежности к ГСП приборы и устройства подразде­ляются на три группы:

• системные, отвечающие всем без исключения требованиям ГСП;
• локального применения, по назначению, техническим и эксплуатационным характеристикам и конструктивным особенностям отвечающие требованиям ГСП, но не предназначенные для совместной работы в системах автоматического контроля, регулирования и управления с другими изделиями ГСП и не имеющие с ними сопряжения по информационной связи и конструктивному оформлению;
• вспомогательные, предназначенные специально для исследования объектов автоматизации или испытаний и проверки изделий, входящих в ГСП.

Измерительные преобразователи, приборы и устройства в соответствии с ГОСТ 12997—76 «ГСП. Общие технические тре­бования» классифицируются следующим образом: по выполняе­мым функциям; по виду энергии носителя сигналов; по метроло­гическим свойствам и по защищенности от воздействия окру­жающей среды.

На схеме 1 приведена классификация изделий ГСП. Рас­смотрим более подробно классификацию изделий ГСП по выполняемым функциям.

Схема 1. Классификация изделий Государственной системы промышленных приборов и средств автоматизации

К устройствам для получения информации о состоянии тех­нологического процесса относятся первичные измерительные преобразователи (чувствительные элементы), воспринимающие изменение технологических параметров (температура, давле­ние, уровень, расход вещества, вязкость, плотность и др.) и пре­образующие его в унифицированный выходной сигнал, пере­даваемый по каналам связи. В группу устройств приема и пре­образования информации входят устройства дистанционной и телемеханической передачи сигналов. В состав группы устройств для преобразования, хранения и обработки информации вклю­чены функциональные и логические блоки, регуляторы, управ­ляющие вычислительные машины и комплексы, а также пока­зывающие и самопишущие измерительные приборы и устройст­ва отображения информации (дисплеи, табло, мнемонические схемы). К устройствам, использующим информацию для управления технологическим процессом, относятся исполнительные устройства с электрическим, пневматическим и гидравлическим приводом.

Устройства ГСП по виду используемой энергии делят на электрические аналоговые, электрические дискретные, пневма­тические, гидравлические и устройства, работающие без источ­ников вспомогательной энергии.

Электрические аналоговые устройства ГСП имеют стандарт­ный диапазон значений силы тока 0—5 мА, 0—20, 4-20 мА и напряжений постоянного тока 0—10 мВ, 0—1 В, 0—5 В и 0—10 В (ГОСТ 14853—76 и ГОСТ 10938—75). Электрические дискретные устройства ГСП характеризуются диапазоном частоты переменного тока или частоты импульсов. Частотный диапазон О—8000 Гц. Параметры импульсных сигналов: для амплитуд сигналов 0,6—220 В, для токов 1—500 мА. Эти сигналы используются в управляющих вычислительных комплексах.

В силу специфических условий отрасли, а именно повышенных влажности, температуры, содержания паров солей в атмосфере цехов, получили распространение пневматиче­ские устройства ГСП ввиду простоты эксплуатации и надежности в работе.

Номинальное значение давления питания для приборов и устройств получения информации о состоянии процесса, преобразования, обработки, хранения информации—140 кПа (ГОСТ 13053—76). Допустимое отклонение давления питания составляет ±10% от номинального. Промышленность выпускает элементы УСЭППА (универсальная система элементов промышленной пневмоавтоматики) и систему модулей струйной техники (СМСТ), которые применяют при разработке систем автоматического управления технологическими процессами. Широкая номенклатура изделий пневматической ветви ГСП позволяет создавать различные по сложности системы автоматического управления.

Гидравлические устройства ГСП характеризуются диапазоном изменения давления рабочей жидкости (веретенное, турбинное, трансформаторное масло или вода) от 1 до 6,4 МПа. В промышленности они нашли значительное распространение.

Устройства ГСП, работающие без источников вспомогательной энергии, характеризуются тем, что они используют энергию той среды, для измерения и регулирования параметров которой устройства предназначены. Наибольшее распространение получили регуляторы прямого действия температуры, давления и уровня.

Для автоматических измерительных приборов установлены следующие классы точности: 0,25; 0,5; 1,0 и 1,5.

В зависимости от числа точек измерения приборы выпускаются одноточечные и многоточечные. С учетом внешних факторов, влияющих на работу приборов, их изготовляют в нормальном исполнении, а также в герметическом исполнении для работы при температуре окружающего воздуха от —10 С С до 45 °С и относительной влажности до 98%.

Внедрение ГСП не предусматривает повсеместного полного перехода на выпуск приборов и средств автоматизации, на выходе только унифицированные сигналы. Широко приборы, в которых для передачи контрольной информации используются так называемые естественные сигналы, представляющие собой изменение различных параметров (перемещение, электрический ток и напряжение, давление воды, воздуха и т.п.). В зависимости от изменения физической величины. Естественные сигналы передаются в том виде, в котором они получены с помощью чувствительного элемента измерительного прибора или устройства, без дополнительных преобразований.

Перевод сигналов из аналоговой формы в дискретную, и наоборот, а также изменение несущих величин осуществляется функциональными преобразователями, которые обеспечивают взаимосвязь устройств различных ветвей ГСП в единых измерительных или автоматических системах. Для обеспечения совместной работы приборов с естественны­ми сигналами с приборами ГСП, а также друг с другом служат специальные нормирующие преобразователи, входящие в систему ГСП и приводящие естественные сигналы к уровню и виду нор­мализованных стандартных сигналов ГСП.

В качестве базовой системы логических элементов электрических ветвей ГСП широко используются комплексы унифицированных логических элементов. Типовой логический (функциональный) модуль выполняется в виде кассеты, состоящей из печатной платы, на которой располагаются отдельные компоненты схемы. В пневматической ветви ГСП применяется система пневматических элементов УСЭППА, а также отдельные элементы системы модулей струйной техники (СМСТ).

ГСП охватывает все устройства, обеспечивающие формирование сигналов — носителей информации о значениях параметров объекта управления: первичные преобразователи (датчики); нормирование сигналов — вторичные преобразователи, «нормализаторы», функциональные преобразователи и процессоры; обеспечивающие коммутацию, аналого-цифровое и цифро-аналоговое преобразование — коммутаторы, АЦП и ЦАП; реализацию необходимого воздействия на объект — исполнительные механизмы, Система стандартов предусматривает общие технические требования к входным и выходным сигналам, правилам информационного сопряжения и конструктивному исполнению.

Таким образом, группы функциональных устройств образуют систему средств автоматизации, охватывающую все звенья формирования, передачи, обработки и использования информации, из которых могут создаваться разнообразные информационные системы, системы контроля, регулирования и управления.

Практически все разрабатываемые технические средства создаются в рамках унифицированных агрегатных комплексов. В настоящее время большее развитие получили агрегатные комплексы средств вычислительной техники (АСВТ) и средств электроизмерительной техники (АСЭТ).

Источник