Основы автоматизации в строительстве

2.Классификация систем автоматики 

       Автоматические  системы, используемые в строительных машинах и оборудовании для контроля, регулирования и управления, можно классифицировать по ряду признаков.

Рис.2. Системы  автоматического управления

а –  по разомкнутому циклу; б – по замкнутому циклу;

в –  по комбинированной схеме.

       По  характеру алгоритма управления различают системы по разомкнутому и замкнутому (с обратной связью) циклам, а также комбинированные системы. В первом случае в системе отсутствует обратная связь и управление является жестким. В такой системе (рис.2, а) задающий сигнал X поступает в управляющее устройство УУ, из которого сигнал управляющего воздействия УВ направляется к объекту управления ОУ для получения выходных координат Y с учетом возможного воздействия сторонних помех F. При управлении по замкнутому циклу (рис.2, б) в случае отклонения выходного параметра от заданного значения сигнал возвращается объектом управления на управляющее устройство для корректировки. Такие системы работают с изменяемыми структурой и законом управления. Комбинированное управление (рис.2, в) характеризуется наличием в системе обратной связи и резервного управляющего устройства, подключаемого параллельно первому через элемент сравнения (анализатор). Установленные на схемах знаки «плюс» и «минус» характеризуют положительные или отрицательные значения задающего воздействия.

       В зависимости от числа каналов обратной связи различают одноконтурные и многоконтурные системы. В последних всегда более одной замкнутой цепи воздействия.

       По  характеру применяемых сигналов различают непрерывные и дискретные (импульсные, релейные) системы.

       По  характеру изменения сигналов задатчика системы делят на стабилизирующие, программного управления и следящие. В стабилизирующих системах по поступающим постоянным сигналам выходные параметры поддерживаются практически с постоянными значениями (например, стабилизация температуры двигателя). В системах программного управления сигналы из задающего устройства меняются по заранее установленным законам и выходные параметры также изменяются во времени и пространстве. В следящих системах значения заранее неизвестны и из блока задающего устройства поступают случайно изменяющиеся сигналы, измеряемые соответствующими датчиками. Эти системы, в свою очередь, делятся на автономные, копирные и комбинированные.

       По  количеству выходных параметров различают  одномерные и многомерные системы.

       По  расположению измерительных и сигнальных устройств относительно управляемого объекта и по его расположению относительно пульта автоматические контроль и управление разделяют на местные и дистанционные. Местный контроль и управление наибольшее распространение получили в передвижных, в том числе в строительных машинах. Дистанционный контроль и управление используют при одновременной работе с несколькими машинами или для приближения его к месту выполнения технологических операций рабочим органом машины. При этом значительно увеличивается роль каналов связи, осуществляющих передачу сигналов на расстояние. В качестве каналов связи используются механические, гидравлические, пневматические, электрические и комбинированные (смешанные) передачи. 

3.Классификация средств автоматизации 

       Внедрение в нашей стране Государственной  системы приборов (ГСП) позволило  наладить выпуск датчиков, преобразователей, исполнительных механизмов и других устройств и средств автоматизации с унифицированными входными и выходными параметрами.

       Все изделия ГСП составляют четыре основные группы, в каждую из которых входят определенные устройства.

       К первой группе относятся средства получения  информации о состоянии объектов управления, регулирования и контроля. Эти средства включают в себя измерительные элементы (датчики) и состоят из первичных измерительных (для перевода любого контролируемого параметра в физическую величину - усилие, напряжение, силу тока и т.п.) и нормирующих (для перевода выходного сигнала в унифицированный) преобразователей.

       Вторая  группа представлена средствами приема, переработки и дальнейшей передачи информации, полученной от измерительных  элементов, а также для преобразования и передачи управляющих команд. Эта группа представляет собой усилители сигналов, каналы связи, преобразователи и сравнивающие устройства (преобразующие устройства) и состоит из устройств телемеханики, телеуправления, телесигнализации, шифраторов, дешифраторов, согласования и др.

       В третью группу входят средства получения  информации о задачах автоматического  управления, регулирования и контроля. Они включают в себя запоминающие и программные устройства, выполненные  на базе микропроцессоров и микро-ЭВМ (задающие устройства).

       Четвертая группа включает в себя средства регулирования параметров контролируемых процессов (исполнительные устройства), состоящие из усилителей входных сигналов и исполнительных механизмов, преобразующих указанные сигналы в энергию механических перемещений.

       Следует отметить, что не все вышеуказанные  элементы используются во всех автоматических системах, хотя в то же время отдельные  элементы способны выполнять сразу  несколько функций. Так, центробежный регулятор частоты вращения вала двигателя в системе прямого воздействия является одновременно и измерительным, и исполнительным элементом. 
 
 
 
 
 
 

4. Общее состояние  автоматизации строительных  машин 

       Постоянно растущее увеличение объемов строительных работ и ужесточающие требования по значительному улучшению их качества требуют ускоренного и широкого внедрения автоматизации в строительных машинах и технологических процессах. Для этого в НИИСтройдормаше разработан набор унифицированных приборов регулирования и управления различными машинами, входящих в ряд агрегатированных комплексов автоматической аппаратуры (АКА). Однако выпуск автоматизированной продукции по строительным и дорожным машинам и оборудованию очень неоднороден по номенклатуре, стоимости и объему производства. Значительную часть объема выпуска (53%) составляют автоматизированные мобильные строительные и дорожные машины. К ним относят самоходные стреловые краны, гидравлические экскаваторы, землеройно-транспортные и дорожные машины.

       Практически одинаковый объем выпуска составляет продукция на базе автоматизированных тракторов и для промышленности строительных материалов. И всего по 4 % приходится на долю мелиоративных, торфяных и лесозаготовительных машин, строительно-отделочных машин и электроинструмента и другой продукции. Объем выпуска специализированных средств автоматизации для дорожно-строительных машин также неоднороден и в большинстве своем предназначен для защиты строительных кранов от перегрузки и для систем контроля, диагностики и управления. Рассмотрим основные разработки, внедренные в строительные и дорожные машины и оборудование.

       Автоматическое  управление перемещением, взвешиванием, перемешиванием, контролем за работой  и порционной выдачей материалов в асфальтосмесительных и цементосмесительных  установках всех типов и назначений осуществляется системой «АКА-Бетон».

       Автоматизация контроля безопасности работы различных  кранов и погрузчиков, ограничения  их грузоподъемности, применения дистанционного и автоматического управления осуществляется системой «АКА-Кран».

       Автоматизация саморегулирования рабочих органов, элементов управления и контроля аэродромных, мелиоративных и дорожно-строительных машин при возведении земляного полотна и устройстве дорожных покрытий в части обеспечения ровности взлетной полосы, траншеи, дороги и покрытий, требуемых поперечного и продольного уклонов, толщины и плотности укладываемого материала осуществляется системой «АКА-Дормаш». 
 
 
 
 

Рис.3. Комплект аппаратуры «АКА-Дормаш» 

       В комплект аппаратуры «АКА-Дормаш» входят следующие устройства (рис.3): I - «Стабилоплан» для скреперов, канавокопателей, дреноукладчиков и др.; II - «Автоплан» для бульдозеров; III - «Профиль» для автогрейдеров и профилировщиков; IV - «Стабилослой» для различных укладочных машин.

       В комплекте аппаратуры используют следующие  автономные системы управления:

       - маятниковые датчики, установленные на борту машины, для контроля положения рабочего органа;

       - копирные системы, обеспечивающие контроль положения по внешнему копиру - проволоке (тросу), бордюру, колесу, лыже, поверхности готового покрытия, радио- и световому лучу и т. п.;

       - комбинированные системы, в которых контроль углового положения осуществляется автономными датчиками, а определение положения по высоте - копиром.

       Все системы, используемые в машинах различного назначения (рис.3), комплектуют в основном из двух разновидностей автономных маятниковых датчиков (отличающихся между собой типом установочного приспособления и разрешающей способностью преобразователя), щуповым (копирным) датчиком, подъемным устройством, двумя разновидностями электрогидрозолотников (при этом один вид золотника является составным элементом другого), унифицированным пультом дистанционного управления и вспомогательным блоком. Вместо щупового или маятникового датчика может использоваться следящая система управления с дискретным регулированием. В этом случае дополнительно применяется унифицированное согласующее устройство, лазерный излучатель (световой луч вместо копира) и фотоэлектрический приемник. 

       Рис.4. Датчики контроля положения рабочего органа машины 

       В датчиках углового положения (ДУП) первого поколения используется преобразователь контактного типа. В последующих конструкциях применяется датчик углового положения (ДКБ), в котором преобразование изменения угла отклонения в электрический сигнал осуществляется унифицированным бесконтактным преобразователем. Маятниковый датчик ДКБ (рис.4, а) состоит из закрепленного на валу тонкостенного цилиндра со смещенным, относительно оси вращения, центром тяжести.

       Экран, связанный с чувствительным элементом, при повороте корпуса датчика (изменении угла наклона рамы машин) изменяет свое положение относительно катушек, закрепленных на корпусе, и изменяет выходной сигнал преобразующего блока.

       При работе машины с внешним копирным устройством применяют датчики  типа ДЩ (рис.4, б), состоящие из бесконтактного датчика и экрана, соединенного с щупом. Поворот щупа относительно тросика и соответственно экрана на угол, превышающий допустимое значение, вызывает подачу датчиком дискретного сигнала, осуществляющего управление рабочим органом. В датчике второго поколения ДЩБ используют унифицированный преобразователь аналогового типа с выходным сигналом, пропорциональным угловому перемещению щупа и необходимым для индикации отклонения и в качестве управляющего сигнала. При этом преобразователь перемещения в электрический сигнал является унифицированным и применяется в обоих типах датчиков последнего поколения.

       Системы автоматического управления по положению  рабочего органа машин разделяют  на одно-, двух- и трехканальные. При  одноканальных системах управления рабочий орган машины удерживается в заданном положении в одной плоскости: продольной у скреперов и бульдозеров, поперечной - у авто грейдеров. К таким системам относятся «Стабилоплан-1» и заменяющие их системы последующих поколений, «Стабилоплан-10» и «Копир-Стабилоплан» для скреперов, «Автоплан-1» и «Копир-Автоплан-10» - для бульдозеров, «Профиль-1» и «Профиль-10» - для легких и средних автогрейдеров. При двухканальных системах управления стабилизация положения рабочего органа обеспечивается одновременно в продольной и поперечной плоскостях. К этим системам относятся «Комбиплан» для бульдозеров, «Профиль-2» и «Профиль-20» - для средних и тяжелых авто грейдеров, «Стабилослой-1» и «Стабилослой-10» - для укладчиков покрытий.

       При трехканальных системах управления, помимо фиксации положения рабочего органа в двух ортогональных вертикальных плоскостях, имеется еще и управление движением машины в плане («по курсу»). Эти системы управления «Профиломат-1», «Профиломат-2, 5, 6 и 7» устанавливаются на профилировщиках оснований и укладчиках покрытий, входящих в комплект машин типа ДС-110 для скоростного строительства автомобильных дорог и взлетно-посадочных полос аэродромов.