Игумнов Н.П.
ТИПОВЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ И
УСТРОЙСТВА СИСТЕМ
АВТОМАТИЧЕСКОГО
УПРАВЛЕНИЯ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ФГОУ СПО
Каннский политехнический колледж
ИГУМНОВ Н.П.
ТИПОВЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ И УСТРОЙСТВА СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ
Рассмотрено и утверждено на заседании ЦМК электротехнических
дисциплин в качестве учебного пособия для студентов, обучающихся
по специальности 220301 «Автоматизация технологических
процессов и производств»
2009
Рецензенты: А.И. Мухатаев, преподаватель Каннского педагогического колледжа
Игумнов Н.П.
Типовые элементы и устройства систем автоматического управления: Учебное пособие для студентов специальности 220301. – 3 – е изд., исправ. и доп. Канск: КПК, 2009. 180 с. ил.
Рассмотрены основные элементы, устройства и схемы, применяемые в системах автоматического управления. Изложены принципы действия, характеристики коммутационных электромеханических элементов (реле, контакторов и магнитных пускателей, электромагнитов и электромагнитных муфт), магнитных усилителей, аппаратов защиты и других элементов автоматики. В данное издание по сравнению со вторым внесены изменения и добавления: рассмотрены вопросы надежности элементов САУ, переработан материал по задающим элементам и внесены дополнения в раздел «Элементы защиты»
Для студентов СПО, обучающихся по специальности «Автоматизация технологических процессов и производств», а также для студентов родственных специальностей.
СОДЕРЖАНИЕ
Раздел 1 Элементы релейно-контакторного управления и защиты.. 13
Глава 1. Релейно-контакторные элементы систем автоматического управления. 13
1.2 Электромагнитные реле постоянного тока. 15
1.3 Тяговые и механические характеристики электромагнитного реле. 17
1.4 Электромагнитные реле переменного тока. 19
1.5 Быстродействие электромагнитных реле. 21
1.2 Контактные элементы электромеханических релейных устройств. 25
1.2.1 Режимы работы контактов. 25
1.2.2 Конструктивные типы контактов. 26
1.4 Поляризованные электромагнитные реле. 31
1.7 Контакторы и магнитные пускатели. 46
Глава 2 Коммутационные элементы ручного управления. 53
2.1 Общие сведения. Назначение. 53
2.2 Кнопки управления и кнопочные посты.. 53
2.3 Универсальные и пакетные переключатели. Тумблеры.. 55
2.4 Путевые и конечные выключатели. Микропереключатели. 58
Глава 3. Устройства защиты.. 68
3.2 Плавкие предохранители. 70
3.3 Автоматические выключатели. 74
3.4 Специальные устройства защиты.. 79
Раздел 2 Источники электрического питания устройств систем автоматического управления. 86
Глава 4. Требования, предъявляемые к источникам питания. 86
4.1 Источники постоянного тока. 87
4.2 Устройства для стабилизации напряжения и силы тока. 89
4.4 Блок питания измерительных преобразователей и датчиков. 94
Раздел 3 Электрические исполнительные устройства систем автоматического управления. 97
Глава 5. Электромагниты и электромагнитные муфты.. 97
5.1 Назначение электромагнитных исполнительных устройств. 97
5.2 Классификация электромагнитов. 97
5.3 Исполнительные электромагниты.. 99
5.4 Электромагнитные муфты.. 103
Глава 6. Электрические исполнительные механизмы постоянной скорости. 109
6.1 Позиционные исполнительные механизмы.. 109
6.2 Пропорциональные исполнительные механизмы.. 110
6.3 Исполнительные механизмы переменной скорости. 117
Глава 7 Бесконтактные коммутирующие устройства. 121
Тиристорные коммутирующие устройства. 123
7.2.1 Тиристрорные контакторы.. 123
7.2.2 Тиристорные пускатели. 125
Раздел 4 Цифровые системы автоматического управления. 130
Глава 8 ЭВМ и микропроцессоры В САУ.. 131
8.2 Логические устройства автоматики. 133
8.3 Микропроцессорные комплекты и системы.. 135
8.4 Микропроцессорная система. 137
Глава 9. Устройства представления информации. 142
9.1 Индикаторные элементы отображения информации. 142
Глава10 Надежность систем автоматического управления. 149
10.1 Основные понятия и показатели надежности. 149
10.2 Методы расчета на надежность. 151
10.3 Обеспечение надежности введением внутриэлементной и структурной избыточности. 156
Широкое развитие систем автоматического управления, систем и средств автоматизации во всех областях техники и отраслях современного производства связано с разработкой, модернизацией и выпуском в больших количествах разнообразных технических средств автоматики, к которым относятся функциональные элементы и различные автоматические устройства.
Специалисты в области автоматики, автоматизации производства и управления должны иметь глубокие знания в области теории автоматического управления и уметь проводить анализ и синтез систем автоматизации, т.е должны быть хорошо знакомы с элементами и устройствами, на базе которых строятся системы автоматики, автоматизации и управления.
Постоянное развитие науки и техники и интенсивное внедрение научно-технических достижений в производство обеспечивают непрерывное пополнение арсенала технических средств автоматики, вытесняя устаревшие элементы новыми, более современными конструкциями. Поэтому в предлагаемом учебном пособии основное внимание уделяется рассмотрению принципов действия, общих свойств, характеристик и способов реализации различных функциональных элементов автоматики, имеющих в настоящее время наибольшее применение.
Учебное пособие предназначено для студентов техникумов и колледжей, обучающихся по специальности 220301 «Автоматизация технологических процессов и производств», а также для студентов родственных специальностей.
При написании учебного пособия автор использовал многолетний опыт преподавания дисциплины «Автоматизация технологических процессов», «Электрические машины и электропривод автоматических устройств» и «Типовые элементы и устройства систем автоматического управления» в средних профессиональных учебных заведениях.
Современный научно-технический прогресс тесно связан с широким развитием автоматики. Автоматика – это отрасль науки и техники, охватывающая теорию и принципы построения систем управления техническими объектами и процессами, действующих без непосредственного участия человека.
Технический объект (станок, поточная линия, автоматизированный участок, цех т т.д.), называется объектом управления (ОУ).
Совокупность ОУ и автоматического управляющего устройства называется системой автоматического управления (САУ).
На крупных предприятиях, как правило, технологическое оборудование обладает большой единичной мощностью, процессы в значительной мере непрерывны. Многие установки и процессы достаточно хорошо подготовлены к автоматизации.
Анализ внедрения САУ показывает, что свыше 65%, действующих на предприятиях, является электрическими. Это обуславливается, во-первых, тем, что для питания электрических систем на каждом предприятии имеются источники электрической энергии, подключение к которым не вызывает трудностей; во вторых, большинство преобразовательных элементов и устройств имеет на выходе электрические сигналы (Э.Д.С., сопротивление, емкость т.д.), что не требует использования дополнительных преобразователей; в третьих, значительное число аналоговых регулирующих устройств (АРУ), выпускаемых отечественной промышленностью, является унифицированными; в четвертых, неограниченный радиус действия передачи сигналов положительно сказывается на работе систем автоматического управления, в пятых, сравнительно низкая стоимость САУ.
Использование электрических средств в системах управления позволяет значительно повысить качество управления, увеличить скорость и точность протекания процессов и повысить технико-экономические показатели использования аппаратуры.
Элементами автоматики называются конструктивно законченные устройства, выполняющие определенные самостоятельные функции преобразования сигнала (информации) в системах автоматического управления.