10.7. Основные требования к датчикам, применяемым в сельскохозяйственном производстве

В сельскохозяйственном производстве и переработке имеется ряд особых условий, обуславливающих специфику работы датчиков:

1. Работа датчиков, особенно на мобильных объектах, связана с большим уровнем шумов- механических напряжений, вибраций, температурной нестабильности и влажности, снижающих точность измерений.

2. Датчики контактируют с агрессивными средами- аммиак, влажный воздух, сероводород, пыль, грязь и другие;

3. Многообразие технологий, процессов, параметров и режимов их работы.

4. Невозможность нанесения при измерении параметров допол­нительных механических повреждений объекту.

5. Невозможность применения сильных полей и излучений в силу их влияния на структуру, рост и качество продукта.

6. Высокие санитарные требования к продукту, связанные с по­следующим употреблением в пищу человеком.

7. Удаленность расположения датчиков от места сбора инфор­мации до места ее обработки (кабина водителя комбайна - жатка).

8. Распределенность общей схемы в пространстве (мобильный агрегат, поле, оросительная система и т.п.).

9. Пожаро и взрывоопасность в условиях запыленности техноло­гического процесса.

10. Высока интенсивность работы (уборочный процесс) с малы­ ми перерывами на техническое обслуживание.

Отсюда возникают специфические требования к датчикам сель­скохозяйственной автоматики:

• высокая точность при высоком уровне шумов;

• стойкость к агрессивным средам;

• простота настройки на измерение определенного параметра в условиях шумов (вибрации, влажность, запыленность и т.п.) и мо­бильного производства;

• ремонтопригодность общей схемы;

• высокая надежность;

• пожаро- и взрывобезопасность.

Следует стремиться к оптимальному сочетание вышеприведен­ных требований и применять или вновь создавать датчики с луч­шим соотношение цена / качество.

Лекция № 11. «Задающие, сравнивающие и усилительные устройства САР»

11.1. Задающие устройства

Задающее устройство САР формирует и хранит величину воздей­ствия, переменные величины, уставки, коэффициенты, метки времени и т.п. Задающее устройство вырабатывает условия протекания тех­нологического процесса Y_з(t)- функцию времени. Эта функция может быть одномерной (одна величина) или многомерной (несколько вели­чин). В системах автоматического управления чаще встречаются многомерные функции времени, когда задаются условия одновре­менно по нескольким параметрам - температуре, давлению и т.д.

В некоторых случаях задающая величина является постоянной во времени - тогда задается не функция времени, а отдельные величи­ны.

Задающие устройства выдают сигнал в аналоговой или цифровой форме.

В качестве задающего устройства ранее применялись кулачковые механизмы, функциональные потенциометры, перфокарты, магнит­ные пленки и кинопленки и т. п. В настоящее время используются электронные аналоговые и цифровые устройства.

На рис.11.1. приведены некоторые типы задающих устройств -задатчиков постоянных аналоговых и цифровых величин. Существует достаточно широкий класс потенциометрических задающих уст­ройств, в основе которых лежиг уставка величины с помощью потен­циометра R (рис.11.1а). На переменный резистор R подается опорное напряжение U_on.

Постоянный сигнал Y₃ задается и запоминается положением движка потенциометра R. Например, при необходимости задать ве­личину "1" положение движка устанавливают таким образом, что Y₃ = 1B, величину "1,4" - = 1,4В и т.д. Для этого к движку подсоеди­няют измерительный прибор П, проградуированный в единицах зада­ваемой величины, например, температуры. Иногда уставки имеют по­стоянные величины - их задают с помощью дискретного потенцио­метра, имеющего переключатель резисторов П_к (рис. 11.16). Положе­ние переключателя 1-ое, 2-ое и т.д. также градуируется в единицах задаваемой величины.

При исчезновении внешнего напряжения заданная величина оста­ется введенной и вновь подается в САУ при его появлении.

При необходимости использования задаваемой величины в циф­ровом виде потенциометрический задатчик снабжается аналого-цифровым преобразователем-АЦП (рис. 11.1в). На его выходе имеется цифровой код D₃ задаваемой величины Y₃.

Запоминание заданной величины осуществляется за счет неиз­менного положения движка потенциометра или переключателя.

Рисунок 11.1 - Аналоговые и цифровые постоянные задающие устройства: а- аналоговый потенциометрический; б- цифровой потенциометрический; в-дискретный потенциометрический; г- цифровой; R- потенциометр; П_к- пере­ключатель; П- измерительный прибор; АЦП- аналого-цифровой преобразова­тель; Т₁-Т₄ - триггеры; К₀ – К₄- кнопки ввода сигнала; U_on - опорное напряжение.

Для управления цифровыми системами на базе микропроцессо­ров и компьютеров используются кнопочные задатчики. На рис. 11.1 г приведена схема дискретного четырехразрядного задатчика сигнала. Он состоит из кнопок ввода К1-К4, кнопки сброса К₀ и триггеров па­мяти Т₁ - Т₄.

Если кнопки K₁ - K₅ отжаты, не соединяют общую шину со вхо­дами триггеров Т₁ - Т₄, то на S - выходах последних имеются логиче­ские "0" . Логический "0" триггеров устанавливается путем нажатия кнопки К₀.

Для ввода цифрового кода нажимаются кнопки К₁-К₄. Например, для ввода "1" нажимается К₁ Триггер T₁ перекидывается, и на его S-выходе появляется логическая "1", которая запоминается, несмотря на то, что кнопка K₁ отпускается. Далее можно вводить другие циф­ры, например, "2" , нажимая на соответствующие кнопки - К₂ и т.д. В результате на выходе триггеров появляется цифровой позиционный код вводимой величины, который используется далее САУ для полу­чения управляющего сигнала. Цифровой код сохраняется до нажатия кнопки К₀ или снятия напряжения со схемы. Последнее обстоятельст­во является недостатком описанной схемы. Для его устранения ис­пользуют специальные источники питания - аккумуляторы или по­стоянные запоминающие устройства.

При многопараметрических задающих аналоговых сигналах зада­ние каждого параметра производится отдельно, что предопределяет соответствующее количество вводных потенциометров.

При использовании цифровой формы ввода информации отдель­но хранятся только введенные величины, их ввод может осуществ­ляться одними и теми же потенциометрами и кнопками.

Для получения функциональных зависимостей используют воз­можности микропроцессоров к хранению и выполнению сдвиговых и математических операций. Функциональные зависимости в микро­процессорном устройстве генерируются с помощью специальной ра­бочей программы, записываемой в его память.

Для хранения рабочей программы используются постоянные запоминающие устройства - ПЗУ, выполняемые на отдельных микросхемах. Отличительной чертой ПЗУ является однократная запись информации. В последующем возможно только считывание записанной информации. Достоинством микросхем ПЗУ является их низкая стоимость и возможность хранения информации при от­ключенном питании.

Широко применяются перепрограммируемые устройства памяти - ППЗУ. Они используются для устройств, рабочая программа ко­торых должна изменяться в процессе эксплуатации. Логическая часть этих устройств создается пользователем из базовых логиче­ских функций типа И, ИЛИ, ТРИГГЕР и т.д. ППЗУ является энер­гонезависимой памятью, т.е. хранимая в ней информация не раз­рушается в обесточенном состоянии.

Для временного хранения результатов промежуточных вычисле­ний используются оперативные запоминающие устройства (ОЗУ).