Урок 21

Системи управління механізмами

Телемеханіка

Дистанційні системи контролю застосовуються тоді, коли відстань до контрольованого об’єкту не більше 1 км. Якщо ж об’єкт знаходиться на більшій відстані, то використовують засоби телемеханіки.

Телемеханіка зараз перетворилась у самостійну галузь науки, яка охоплює теорію, способи і технічні засоби автоматичного передавання на відстань команд управління, сигналів та інформації про стан керованих систем. Телемеханіка дозволяє здійснювати узгоджені дії, роботу великої кількості територіально віддалених машин, агрегатів, установок і зв’язати їх в єдину комплексну телемеханічну систему.

Телемеханіку широко використовують у сучасній техніці. Приклад розповсюдженого телемеханічного пристрою – автоматичні телефонні станції. набираючи номер телефону, ви посилаєте електричні імпульси на АТС, і там автомат з’єднує вас з потрібним абонентом.

Головні турботи телемеханіки – контроль і управління. Контроль різноманітних технологічних процесів, робота машин і механізмів і управління найрізноманітнішими системами, простими і надскладними.

Контролювати і управляти телемеханіка може здалеку, дистанційно, на відстанях від кількох кілометрів до мільйона кілометрів. Досліди телеуправління різними механізмами стали проводити дуже скоро, після винайдення радіо.

За допомогою радіо управляють кораблями та іншими рухомими об’єктами.

Найбільшого розповсюдження телемеханіка отримала в енергосистемах – для управління з єдиного диспетчерського пункту складним комплексом електростанцій, підстанцій і ліній електропередач.

Широко використовують телемеханіку у нафтовій і газовій промисловості. На нафтопромислах телемеханіці доручені контроль і управління нафтовими і водозабірними скважинами, по яких закачується вода у пласт, а також нафтозбірними пунктами, очисними та іншими пристроями. Без телемеханіки неможливою була б нормальна робота магістральних трубопроводів протяжністю в кілька тисяч кілометрів. Телеуправління засувками, кранами, передавання службових, аварійних та інших сигналів відбувається за допомогою численних пристроїв і апаратів по радіорелейним і кабельним лініям зв’язку, які протяглися вздовж нафтопроводу.

Без пристроїв телемеханіки не обходиться і залізничний транспорт. На електрифікованих дорогах управляють дистанційно – мережею електроживлення. Тягові підстанції тепер майже повністю автоматизовані. Широко впроваджене телеуправління стрілками і шляховою сигналізацією.

Застосовується телемеханіка для передачі метеорологічних даних в гідрометеоцентри і на метеостанції, де за ними складають прогноз погоди. Десятки метеостанцій в різних куточках країни запускають по кілька разів у день в небо радіозонди, які передають метеорологам дані про стан атмосфери.

Радіозонд – це радіотелевимірювальний пристрій, який піднімається у верхні шари атмосфери і передає звідти радіосигнал телевиміру атмосферного тиску, температури, вологості. Крім радіозондів широко застосовуються також автоматичні геофізичні ракети, довготривалі автоматичні радіометеорологічні станції, які залишають в океані, у льодах або в горах і на протязі тривалого часу посилають радіосигнали про погоду у даному місці. Також в арсенал служби погоди увійшли метеорологічні супутники Землі.

Дослідження навколоземного космічного простору і планет Сонячної системи за допомогою автоматичних апаратів виявилось можливим лише після розвитку телемеханіки і автоматики. З іншого боку, запуски космічних супутників Землі дали новий поштовх розвитку телемеханіки і автоматики.

Телемеханіка – незамінний супутник автоматики: саме вона допомагає автоматичним пристроям, які знаходяться інколи за сотні і тисячі кілометрів, «спілкуватись» і працювати узгоджено. В цьому полягає одна з важливих функцій телемеханіки для сучасної техніки.

Винятково важливий в автоматиці автоматичний захист, завдання якого полягає в тому, щоб не лише сигналізувати про небезпеку, пов’язану з відхиленням від нормального процесу, але і зупиняти весь процес, машини, станки.

Засоби автоматичного захисту застосовуються у промисловому виробництві, енергетиці, побуті.

Найпростішим автоматом, з яким ми зустрічаємося у побуті, є звичайні електричні пробки у вашій квартирі.

Для потужних генераторів, компресорів і насосів небезпечними є дуже великі обороти валу. Вони звичайно виникають при різкому зменшенні навантаження, наприклад, в результаті аварії. Щоб не допустити поломки машини, у вал вставлення вантажі, які утримуються у заглибинах пружиною. Коли обороти валу перевищать нормальні, пружини вже не зможуть утримувати вантажі, центробіжні сили заставлять їх вийти із заглиблень і зачепити за спусковий гачок. моментально вмикається тормозний механізм, який припинить подачу енергії до машини, зупинить її.

Великі лінії електропередач на всій довжині захищені від коротких замикань, ударів блискавки.

Автомати також охороняють життя і здоров’я робітників. Яким би досвідченим не був робітник, який обслуговує прес, може статися так, що його рука попаде у небезпечну зону і каліцтво виявиться неминучим. Тому до пресу приставляють автомат, який попереджає небезпечні випадки. Промені світла від лампочки проходять через небезпечну зону і попадають на фотоелемент. Прес можна вмикати. Але варто робітникові випадково загородити ці промені, як спрацює реле і прес зупиниться.

У ряді виробництв – паперовому, текстильному, борошномельному, хімічному – велика небезпека виникнення пожеж. Автоматика надійно захищає від них. На стелі цеху, що охороняється від пожежі, проходять труби, у відгалуженнях яких встановлені форсунки. Якщо виникне пожежа, то температура приміщення дуже підніметься, легкоплавкі вставки, які закривають вихідні отвори форсунок, розплавляться. Автоматично вмикаються насоси, і потоки води погасять пожежу.

На залізничному транспорті є автомати, які зупиняють поїзди, якщо машиніст не помічає червоного сигналу світлофору. На локомотиві є свій світлофор, у який по рейках поступають сигнали від шляхових світлофорів. Коли на локомотивному світлофорі з’явиться забороняючий сигнал, машиніст повинен натиснути відповідну ручку. Якщо він не зробить цього, поїзд зупиниться автоматично з допомогою автостопу.

На сучасних заводах та фабриках працює багато тисяч електричних моторів. Кожний електромотор має певну потужність, розрахований на певне навантаження. Якщо його перевантажити, то мотор вийде з ладу, згорить. Тому доводиться передбачати захист від перенавантажень.

Найпростіший вид такого захисту – плавкий запобіжник. При перенавантаженні двигун починає споживати велику силу струму, і цей струм нагріває плавкі запобіжники, розплавляє їх, і двигун автоматично вимикається.

Вимикання може здійснити і реле максимального струму. При проходженні по його обмотці більшого, ніж потрібно, струму реле спрацьовує і контакти, через які електрична напруга подається на обмотки двигуна, розмикаються.

Інколи електродвигуни доводиться оснащувати автоматичним захистом від значного зниження або від повного зникнення живильної напруги.

Автоматичне регулювання – це підтримання незмінною на протязі певного часу якої-небудь важливої величини, яка характеризує технологічний процес, або ж зміну цієї величини за певним законом.

Регульована величина (тиск, температура, частота обертання) порівнюється із заданим значенням. А регулятор здійснює вплив на технологічний процес.

У приладах і системах автоматичного регулювання використовується багато типів регуляторів.

Відкриємо капот автомобіля. Серед інших пристроїв ви знайдете коробку з написом «реле-регулятор».

Кожний автомобіль має свою «електростанцію» - генератор постійного струму. Напруга, яка виробляється ним, залежить від частоти обертання двигуна автомобіля. Якби не було автомата, який слідкує за величиною напруги генератора, то при малій частоті обертання генератор не заряджався, а при великій перегорали б лампочки фар і пошкоджувались інші споживачі струму.

Реле-регулятор робить просту річ: він то збільшує, то зменшує опір обмотки збудження генератора.

В цьому електричному регуляторі для управління виконавчим органом використовується електрична енергія. Крім регуляторів напруги існують також регулятори сили струму, частоти, активної і реактивної потужності.

Електричні регулятори можуть також розрізнятись по типу датчика, вимірювального перетворювача. Якщо датчик – електромагніт плюс магнітний підсилювач, то перед нами електромагнітний регулятор; якщо датчик – електронна лампа або напівпровідниковий пристрій,  то – електронний; якщо у чутливому елементі використовується поле вихрових струмів, то регулятор буде індукційним і т. д.

Крім електричних регуляторів, широко використовують пневматичні і гідравлічні регулятори. У них працюють стиснуте повітря або тиск рідини, які підводяться від стороннього джерела. Наприклад, автоматичний регулятор частоти обертання валу у паровій машині. Сходячись при зменшенні частоти обертання валу і розіходячись при збільшенні частоти, кулі то піднімають, то опускають заслінку, змінюючи подачу пару, а отже, і частоту обертання валу.

Пневматичні та гідравлічні регулятори мають досить складну конструкцію, потребують ряду точних у виготовленні деталей, що, звичайно, здорожує їх. порівняно дешевим і надійним є застосування у пристроях пневмогідроавтоматики так званої струменевої техніки.

Її особливістю є те, що у пристроях відсутні механічні рухомі деталі (поршні, мембрани), а всю роботу регулятора виконують струмені і потоки повітря або рідини. Прилади струменевої техніки особливо вигідні ще й тому, що їх виготовляють способом друкованих схем. При цьому у плоскій пластинці створюється відбиток всіх необхідних елементів у схемі регулятора. Закрий схему кришкою з отворами для підведення і відведення газу або рідини – пристрій готовий. Струменеві прилади, виготовлені таким шляхом, можуть бути одношаровими і багатошаровими, причому їх можна виготовляти не лише друкуванням, але і методом фотохімічного травлення або точного лиття різних металів.

У порівнянні зі звичайними приладами пневмогідроавтоматики струменеві прилади не лише надійні і недорогі, але і мають в сотні і тисячі разів більшу швидкодію. Вони використовуються не лише для регулювання і контролю, але і для управління технологічними процесами.

Будь-який автоматичний регулятор створюється з елементів, кожний з яких виконує цілком певну функцію. Ось ці елементи: вимірювальний (або чутливий) елемент, який підключається до об’єкту, вимірює і перетворює регульовану величину – температуру, тиск, струм і т. д. (автоматичний регулятор може мати не один, а кілька чутливих елементів, які вимірюють кілька величин, від яких залежить вплив регулятора).

Наступним елементом автоматичного регулятора є задаючий елемент, обов’язком якого є «пам’ятати» в кожний момент часу потрібне значення регульованої величини. При програмному регулюванні із складним законом зміни регульованої величини роль задаючого елементу може виконувати обчислювальний пристрій.

Є у автоматичному регуляторі і елемент порівняння, який порівнює сигнали вимірювального і задаючого елементів, виконавчий елемент, коректуючий елемент.

Чим вище розвивається автоматизація, тим автоматичні пристрої стають все складнішими.

Блокува́ння — фіксація робочих частин апаратів та механізмів у певному положенні, яке зберігається незалежно від того, усунено чи ні блокуючий вплив. Блокування підвищує безпеку обслуговування і надійність роботи обладнання, забезпечує необхідну послідовність вмикання механізмів та елементів пристроїв, а також обмеження переміщень механізмів в межах робочої зони.

Блокування широко застосовують в промисловості. Наприклад, механічне блокування кришок електроапаратури, автоматичних вимикачів, пускачів, контакторів та ін. пристроїв шахтної і нафтопромислової автоматики, що виготовляється у вибухозахищеному виконанні, забезпечує захист обслуговуючого персоналу при оглядах і ремонтах, запобігаючи відкриванню оболонки при наявності напруги в робочих камерах апарата.

Електричне блокування широко використовують на транспорті для безпеки проходження потягів і підвищення пропускної спроможності шляхів.

У гірництві — одній з найбільш складних і небезпечних галузей промисловості блокування застосовують на всіх видах шахтного транспорту, на людському і скіповому підйомах шахт для забезпечення заданого циклу руху, в системах керування гірничими машинами.

КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ:

1.    Що таке автоматичне регулювання?

2.    Які ви знаєте типи пристроїв автоматичного регулювання?

3.    Яке призначення пристроїв блокування?