22. Програмні елементи систем автоматики (електромеханічні). Класифікація, загальна будова, принцип дії. Інтелектуальні датчики.

Программирующим называют элемент или устройство, которые преобразуют входной сигнал в серию выходных электрических сиг­налов, определяющих последовательность выполнения операций в процессе автоматического управления. Эти элементы выпол­няются с программированием во времени, без учета времени и ком­бинированными. Элементы первого типа обеспечивают переход к следующей операции по истечении времени, предусмотренного на выполнение предыдущей операции J элементы второго типа — после завершения предыдущей операции независимо от того, когда она закончится. В элементах третьего типа одна часть операций программируется во времени, а другая часть операций — без учета времени. Программа может быть жесткой и гибкой. 1

Элементы с жесткой программой не допускают изменения по­рядка выполнения операций. Они выполняются на базе электро­магнитных реле, шаговых искателей и электронных ключей, явля­ются наиболее простыми, надежными и дешевыми, но позволяют реализовать сравнительно простые программы с малым числом 134 выполняемых операций. Элементы с гибкой программой позволяют изменять порядок выполнения операций и имеют регулируемый или сменный программоноситель. В качестве программоносителей используются наборные контактные поля, перфокарты, перфо­ленты, магнитные ленты, киноленты и др.

Наборные контактные поля обеспечивают удобное и простое изменение программы путем коммутации их в нужной ком­бинации. Программирующие элементы с наборными контактными полями имеют простую конструкцию, малые габаритные размеры и стоимость, но позволяют реализовать сравнительно простые программы с малым количеством выполняемых операций. В качестве таких элементов широкое применение получили про­граммные реле времени типов ВС и Е. Реле типа ВС-10 предназна­чено для получения регулируемых программ выдержек времени в трех или шести независимых цепях в диапазоне уставок в зави­симости от исполнения реле от 2 до 24 ч и представляет собой элек­тромеханическое устройство с приводом от синхронного микро­электродвигателя. Он начинает работать с включением питания схемы, в которой используется реле. Вращение от двигателя 1 (рис. 53, й) через понижающий редуктор часового типа 2 пере­дается левой полумуфте сцепления 3, свободно сидящей на оси. Входной сигнал поступает на электромагнит сцепления 4, который перемещает левую полумуфту до полного зацепления с правой по­лумуфтой, после чего вращение передается шестерне 7 на главной оси 13. На этой оси расположены три или шесть шкал 8, набор ко­торых стянут зажимной гайкой 9. Ослабив затяжку гайки, можно производить перестройку программ выдержек времени путем по­ворота шкал, устанавливая против стрелки визира требуемые де­ления шкал. При вращении шкал во время работы реле упоры 12 производят переброс кулачков 11, вызывающий переключение уп­ругих контактов 10. После срабатывания всех контактных групп через систему рычагов 14 и 18 вызывается срабатывание микровы­ключателя 17, и контакт KB (рис. 53, б) в цепи двигателя размы­кается, что вызывает его остановку. Возврат реле в исходное по­ложение происходит после отключения электромагнита. Возврат­ная пружина 15 выводит левую полумуфту из зацепления, а воз­вратная пружина 5 приводит главную ось со шкалами в исходное положение, определяемое упором 16 (см. рис. 53, а). Для плавного возврата реле имеет центробежный тормоз 6. На рис. 53, б приве­дена электрическая схема реле с маркировкой зажимов.

Реле выпускаются на напряжение 12; 127 или 220 В переменного тока частотой 50 Гц. Они допускают до 300 включений в час и имеют износоустойчивость не более 3-10⁵ циклов ВО.

Широкое распространение в настоящее время получили про­граммирующие элементы с программоносителями в виде перфокарт, перфолент и магнитных лент.

Бурное развитие интегральной схемотехники привело к созданию принципиально новых измерительных преобразователей — интеллектуальных датчиков (ИД). Они содержат собственно преобразователь и микропроцессор в одном корпусе, что позволяет выполнять основные операции по преобразованию и повышению достоверности измерительной информации в месте ее возникновения.

Использование интеллектуальных датчиков предоставляет возможность по-новому подойти к распределению функций между основными элементами систем контроля и управления, в частности. — освободить центральный процессор от необходимости обработки больших объемов первичной информации.

Интеллектуальный датчик позволяет обеспечивать выполнение соответствующих функций, повышающих информативность выходного сигнала, формирование потока данных с необходимой достоверностью на основе анализа достаточно большого числа результатов отдельных, относительно недостоверных измерений.

Метрологические характеристики интеллектуатьных датчиков оказываются лучше характеристик обычных датчиков ИД представляет собой совокупность аппаратных и программных средств, обеспечивающих отображение свойств объекта

контроля или управления в виде некоторой структуры данных, формируемых в результате обработки выходного сигнала измерительного преобразователя по определенному алгоритму.

Интеллектуальные датчики обладают следующими свойствами:

— способность к самонастройке, т.е. к изменению чувствительности и динамических характеристик в соответствии с диапазоном и скоростью изменения входной величины, а также к подавлению помех;

— адаптивность к условиям окружающей среды,

— способность к самодиагностике, включая коррекцию ошибок

Можно предложить следующее определение такого датчика

Интеллектуальный датчик — это датчик, обладающий способностью автоматической адаптации к источнику сигнала и окружающей среде, а также способностью контролировать собственные функции и корректировать ошибки измерений.

ИД представляет собой электронное устройство, основанное на объединении чувствительных элементов, схем преобразования сигналов и средств микропроцессорной техники.

Использование микропроцессоров и однокристальных микро-ЭВМ непосредственно в составе датчиков обеспечивает возможность улучшения их метрологических и эксплуатационных характеристик.

По сравнению с традиционными датчиками ИД имеют следующие особенности, отмеченные ниже.

Алгоритмы улучшения статических характеристик ИД позволяют производить коррекцию нулевого сигнала и крутизны для линейных статических характеристик, корректировку масштаба измерительного тракта, линеаризацию статических характеристик.

Благодаря способности к самонастройке ИД выбирает наилучший диапазон измерения и посылает соответствующую информацию на верхний иерархический уровень системы В случае выхода заграницы выбранного диапазона измерений подается аварийный или предупредительный сигнал В ИД возможна коррекция влияния помех и различных возмущений.

По сравнению с традиционными, интеллектуальные датчики обладают большей надежностью, поскольку позволяют

— упростить измерительный преобразователь, используя возможности коррекции его характеристик при помощи программного обеспечения (в том числе посредством коррекции масштаба и внесения поправок на температуру);

— увеличивать число однотипных измерительных ячеек; свести к минимуму аналоговую часть

— источник появления неисправностей и искажений;

— ввести системы автоматического контроля старения компонентов;

— контролировать состояние окружающей среды для обнаружения отклонений и исключения работы датчика вне установленных пределов;

— контролировать работоспособность отдельных элементов и

узлов.

Программное обеспечение позволяет автоматически управлять процессом измерений, сменой диапазонов, переключением каналов измерений, частотой калибровки.

Связь ИД с управляющей ЭВМ и другими периферийными устройствами реализуется программными способами на общей шине.

Интеллектуальные датчики обеспечивают доступ к внутренней информации, которая может быть использована в целях диагностики и профилактического обслуживания. Через портативн портативный пульт или пульт дистанционного управления ИД предоставляет оператору следующие сведения:

— о мгновенных значениях напряжений питания, результатах измерений;

— о совокупности параметров, занесенных в память перед возникновением неисправности;

— о дате последнего проведения контроля (катибровок. проверки нулевого сигнала и т.п.);

— о причинах устраненных отказов;

— о вторичных параметрах, превысивших допустимые пределы (внутренней температуре, абсолютном давлении и т.д.)