После включения питания система запрашивает у оператора, в каком режиме она будет работать (ручном, автоматическом или полуавтоматическом). Когда режим работы определен, начинается производственный процесс.
Анализируя информацию от датчиков, расположенных непосредственно на объекте (датчик угла поворота, датчик крутящего момента), компьютер в соответствии с заложенной в него программой сравнивает получаемые им величины с заложенными, таким образом контролируя и корректируя процесс вальцовки.
Проанализировав характеристики рассмотренных контроллеров, ядро разрабатываемой АСУТП будем разрабатывать на контроллерах серии DEP. Данный тип контроллеров позволяет вести обработку и управление в режиме реального времени, обладает гибкими возможностями установки и передачей информации в обрабатывающий комплекс. Контроллеры серии DEP могут устанавливаться непосредственной близости от преобразователей и датчиков.
Основу аппаратной части комплекса составляют следующие компоненты:
– Программируемый контроллер Decont-182 с набором сменных интерфейсов;
– Модули ввода\вывода.
Программируемый контроллер Decont-182 обеспечивает взаимодействие с модулями ввода-вывода, ведет алгоритмы, архивы, поддерживает связь с другими контроллерами и верхним уровнем системы. Устанавливаемые в контроллере сменные интерфейсные платы обеспечивают передачу данных по разнообразным каналам связи.
Модули ввода\вывода – это функционально законченные устройства, обеспечивающие необходимую первичную обработку входных физических сигналов с объекта, преобразование их в защищенный цифровой вид для дальнейшей передачи по технологической сети.
Также для связи контроллера с пользователем будет использоваться ЭВМ, совместимая с IBMPC, с помощью которой пользователь может программировать контроллер и осуществлять наблюдение за технологическим процессом.
4.1 Разработка датчика крутящего момента
4.1.1 Анализ существующих устройств измерения крутящего момента
TPN-AB и TPN-CB
В тензометрических датчиках крутящего момента серий TPN-AB и TPN-CB применен принцип вращающегося трансформатора для бесконтактной передачи сигнала, что позволяет проводить долговременные стабильные измерения без эффекта щеток и контактных колец. Защита смазкой обеспечивает длительное время работы, что делает оптимальным их применение со встройкой в системы контроля и управления.
Область применения: в ручном электроинструменте – для защиты работников при резкой остановке вращения. В заводском оборудовании, автомобилях, катерах и т.д. Для контроля усилий на вращающихся частях механизмов и машин, а так же для предотвращения их разрушений.
Датчик крутящего момента TPH-A.
Бесконтактные датчики крутящего момента фланцевого типа серии TPH-A обладают высокойчувствительностью, воспроизводимостью и повторяемостью. Они позволяют измерять крутящий момент при частоте вращения до 10000 об/мин. Высокие прочностные характеристики датчиков дополняются использованием дополнительных упругих муфт. Уникальная конструкция без контактных элементов, таких как, контактные кольца, позволяет безопасно эксплуатировать датчик в длительных режимах при высоких частотах вращения. Встроенный усилитель сигнала дает возможность выдавать сигнал по напряжению и токовый сигнал непосредственно на устройства записи и индикации, а также через АЦП на персональный компьютер для сбора и обработки данных.
Выход датчика частоты вращения, входящий в стандартную конфигурацию TPH-A, позволяет одновременно измерять момент и частоту вращения.
Данные датчики имеют некоторые особенности, такие как:
– Высокая торсионная прочность с применением муфт, выше в 10-20 раз, чем у классических моделей.
– Отсутствие вращающихся частей, таких как, токосъемные кольца, делает датчики легкими в обслуживании и позволяет производить точные измерения при высоких скоростях вращения.
– Отсутствие влияния температуры трения в подшипниках делает характеристики датчиков высокостабильными.
– Подача питания на датчик посредством «вращающего трансформатора» и оптическая передача цифровых сигналов позволяют избежать интерференции
– сигнала и минимизировать наводки от вибрации и смещения валов.
– Упругие муфты диафрагменного типа
– Специальный встроенный усилитель позволяет получить сигнал по напряжению (±10 В) и току (4 ÷ 20 мА).
– Тахометрический выход (открытый коллектор) позволяет считать число оборотов (1 импульс/оборот)
Датчик обладает следующими техническими характеристиками:
– Номинальный момент: ±40
– Нелинейность: В пределах ±0.2% НВС* (±0.5% НВС* для 1TMA и выше)
– Гистерезис: В пределах ±0.2% НВС* (±0.5% НВС* для 1TMA и выше)
– Повторяемость: ±0.1% или менее (±0.5% НВС* макс. для 1TMA и выше)
– Номинальный выходной сигнал: ±10 В ±0.02 В (сопротивление нагрузки >10 кОм) ± 8 мА ±0.04 мА (сопротивление нагрузки до 500 Ом) (4 мА для отрицательного номинального момента, 12 мА для «0» и 20мА для положительного номинального момента)
– Диапазон термокомпенсации: -10÷60° С (без конденсации)
– Температурный дрейф ноля: В пределах ± 0.03% НВС*/°C
– Темп. изменение вых. сигнала: В пределах ± 0.03% /°C
– Частотный диапазон: 0 ÷ 1 кГц +1 ÷ -3 дБ (усилитель)
– Уровень сигнала: 50 дБ и более
– Питание: Постоянный ток
– Безопасная перегрузка: 150%
– Насыщение выходного сигнала при нагрузке: ~110%
Тензорезисторы.
Их действие основано на принципе изменения сопротивления металлов и полупроводников под действием деформаций
Чувствительные элементы тензорезисторов могут быть выполнены в виде петлеобразной решетки из тонкой проволоки или фольги, в виде пластинки монокристалла из полупроводникового материала. Чувствительные элементы могут быть также образованы напылением в вакууме полупроводниковой пленки и другими способами.
Чувствительный элемент обычно прикрепляют к основе из изоляционного материала (бумага, лаковая пленка, ткань и др.) с помощью связующего (клея, цемента), которые передают деформацию чувствительному элементу. На объекте исследования основу закрепляют также посредством связующего. Для электрического соединения тензорезистора с измерительными схемами имеются выводы.
Особенность тензорезистора состоит в том, что его чувствительный элемент (решетка), как правило, имеет механическую связь с объектом исследования по всей длине измерительной базы (а не только по концам базы).
Чувствительность тензорезистора к деформациям характеризуется отношением изменения его сопротивления под действием деформации к величине относительной деформации. Широкое распространение тензорезисторов как универсального средства измерения деформаций объясняется возможностью:
1. измерения деформаций при разных размерах базы, начиная с десятых долей миллиметра;
2. дистанционных измерений в большом числе точек;
3. измерений в широком диапазоне температур при самотермокомпенсации или автоматической схемной компенсации;
4. измерений при самых различных внешних условиях (влажность, давление, ионизирующие излучения и др.), неблагоприятных для других измерительных средств;
5. измерения многокомпонентных деформаций на локальных участках объекта исследования.
Они также имеют незначительную массу, широкий частотный диапазон, включающий статические деформации и низкий порог реагирования, высокую надежность и сравнительно низкую стоимость.
Тензорезисторам свойственны и некоторые недостатки:
1. невозможность индивидуальной градуировки;
2. возможность только однократного использования (исключая тензорезисторные преобразователи механических величин);
3. относительно невысокая чувствительность и относительно низкий абсолютный уровень выходных сигналов.
4.1.2 Обоснование выбора тензорезистивного преобразователя
При выборе тензорезисторов принимают во внимание характер решаемой задачи, требуемую чувствительность и точность измерений, а также упругие и структурные особенности материала объекта исследования