Заняття №. Тема заняття: Поняття про автоматичні системи

Дата:

Клас:

Розділ: ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНІ РОБОТИ

Тема заняття: Поняття про автоматичні системи. Захист, контроль і регулювання за допомогою автоматичних пристроїв.

Мета: Сформувати поняття учнів про автоматичні системи, ознайомити з принципом

Тип заняття: ННЗ

Обладнання, матеріали, інструменти: плакат, роздатковий матеріал, зразки

Хід заняття:

І.Організація класу.

ІІ. Вступний етап:

1. Актуалізація чуттєвого досвіду і опорних знань

1. Що називають автоматикою?

2. Що називається автоматами й автоматичними пристроями?

3. Для чого потрібна автоматика?

2. Мотивація навчальної діяльності учнів.

Вам відомо, що можна регулювати температуру нагріву праски, що в автомобілі на інформаційній панелі можна побачити, який рівень пального і мастила. Що дає людині можливість цим користуватися? По якому принципу працюють пристрої, які це забезпечують? Саме про це ви дізнаєтесь на сьогоднішньому уроці.

3. Повідомлення теми, мети та завдань заняття.

ІІІ. Основна частина:

1. Вивчення нового матеріалу.

1.1. Поняття про автоматичні системи

У попередньому розділі ти ознайомився з автоматами й автоматичними пристроями, які широко використовуються у народному господарстві, торгівлі, побуті тощо. Це порівняно нескладні технічні пристрої, робота яких, як правило, передбачає безпосереднє втручання людини (натискування кнопок, важелів, вкидання монет, рух через турнікет у метро тощо).

Проте людиною створені і значно складніші технічні утворення, які прийнято називати системами автоматики або автоматичними системами.

Автоматика — це галузь науки і техніки, яка розробляє теорію й принципи побудови автоматичних систем керування технічними процесами, що діють без втручання людини.

На виробництві системи автоматики контролюють й регулюють різні технологічні процеси, вивільнюючи людину від виконання тяжких і трудомістких операцій, а також операцій, де небажане або взагалі неможливе перебування людини. При цьому вони забезпечують високу продуктивність праці. У чорній металургії, зокрема, автоматизовано трудомісткі процеси підготовки руди, коксу й інших матеріалів і завантаження їх у доменну піч. Автоматичні системи керують роботою парових турбін та електроприводів верстатів, керують процесами горіння у топках печей парових котлів і доменних печей. Вони впроваджені на гідро-, теплоелектростанціях, на транспортних системах шахт, керують повністю заводами-автоматами.

Технічну систему, яка забезпечує всі операції з керування виробничим процесом без втручання людини, називають автоматичною системою.

Вона складається, як бачимо, з об'єкта керування й керуючого пристрою, який в цьому випадку називають автоматичним керуючим пристроєм. Він цілеспрямовано діє на об'єкт керування з метою досягнення запланованого результату.

1.2. Захист, контроль і регулювання за допомогою автоматичних пристроїв

Багато приладів, технічних систем або їх окремих складових частин (вузлів) оснащено автоматичними пристроями. Вони самостійно, без втручання людини, керують режимом їх роботи або виконують захисні і контролюючі функції.

У попередньому параграфі йшлося про керуючу функцію автоматів та автоматичних систем. Окрім цього існують автоматичні пристрої захисту, контролю та регулювання.

1.2.1. ПРИСТРОЇ АВТОМАТИЧНОГО ЗАХИСТУ

Трапляються випадки, коли в електричній мережі, наприклад, квартири (це стосується також будь-яких інших виробничих приміщень) сила струму може різко збільшитися (випадок так званого «короткого замикання»). Це може призвести до тяжких наслідків - загоряння електропроводки і виникнення пожежі, виведення з ладу приладів, оснащення тощо. Схоже явище має місце і за тривалого перевантаження мережі. Досить важливо в таких випадках мати в електричній мережі пристрій, який автоматично «зреагував» би на підвищення сили струму й вчасно розімкнув електричне коло. Тож пристрої автоматичного захисту призначені вимикати машини, верстати, знеструмлювати електричні кола приміщень, зупиняти будь-який технологічний процес, якщо виникли відхилення від нормального режиму роботи електричної мережі. Найпростіший автомат такого призначення є й у вашій квартирі - це електричні запобіжники. На рис. зображено схему автоматичного запобіжника.

Якщо ввімкнено автомат, струм проходить від центрального контакту 10 через нерухомі контакти 6 й 11, що з'єднані контактним містком 5, біметалеву пластину 12, гнучкий провідник 14 й обмотку електромагніта 15 до різьбової гільзи 7. Тож електрична мережа квартири замкнена і в ній існує електричний струм. Коли виникає тривале перевантаження, біметалева пластина нагрівається, згинається, штифт 13, що зв'язаний з нею, переміщується ліворуч. При цьому важіль 4 зіскакує із штифта 13, пружина 9 виштовхує вгору деталь 8 і важіль повертається навколо своєї осі. При цьому контактний місток 5 також піднімається, розмикає електричне коло запобіжника й автомат вимикається, розмикаючи загальне електричне коло.

Під час коротких замикань різке й значне зростання струму спричинює втягування осердя 16 униз, заскочка 3 при цьому повертається навколо своєї осі, вивільняє важіль 4, і автомат вимикається.

Щоб увімкнути автомат, треба натиснути кнопку 1: важіль 4 повертається навколо своєї осі й займе таке положення, коли лівий кінець важеля утримується штифтом 13, а правий - заскочкою 3. Контакти 6 й 11 замкнуться. При вмиканні автомата на пошкоджену мережу він негайно вимикається незалежно від того, скільки часу натиснута кнопка 1, і сам повторно увімкнутися не може.

1.2.2. ПРИСТРОЇ АВТОМАТИЧНОГО КОНТРОЛЮ

Досить широко автоматичні пристрої використовують для операцій контролю. До цього типу відносять значну кількість операцій: контроль (нагляд) температури, рівня рідин, напруги, частоти, швидкості обертання та інших величин; облік виробленої продукції, витраченої енергії, перевірка запасів сировини, комплектуючих виробів; сортування або маркування виробів. Важливою контрольною операцією цих пристроїв є порівняння розмірів готової деталі із заданим значенням.

Схема пристрою для автоматичного контролю рівня пального зображена на рис.

Він складається з повзункового реостата 1, який змонтований всередині металевої коробки й закріплений на верхній стінці паливного баку, поплавка 12 та покажчика зі стрілкою на щитку приладів. Положення поплавка 12 змінюється в залежності від рівня пального в баку. Поплавок зв'язаний важелем з рухомим повзунком реостата. Зміна положення поплавка веде до зміщення повзунка. В свою чергу зміна положення повзунка призводить до зміни опору, а отже, й сили струму в колі обмоток 4, 6 і 7 приладу (покажчика). Результуюче магнітне поле цих обмоток взаємодіє з магнітним полем рухомого магніту 3, що веде до переміщення стрілки 5 (вона закріплена на магніті) на відповідну поділку шкали. При збільшенні рівня пального в баку опір реостата збільшується, а при зниженні - зменшується.

Якщо в баку залишається 4 - 6 л пального, то на щитку приладів вмикається контрольна лампа - індикатор.

Розглянутий пристрій дає можливість контролювати кількість пального в баку за показами стрілки приладу зі шкалою.

На рис. зображено схему автоматичного контролю і сортування за розмірами кульок підшипників.

Уздовж жолоба, яким скочуються кульки, встановлені контрольно-сортувальні пристрої. Якщо діаметр кульки більший від заданого, вона через шток 6 натискує на пружний контакт 8 й відхиляє його. Електричне коло електромагніта 1 розривається і його осердя відпускає важіль 2 заслінки (основи жолоба) 4. Під дією маси кульки заслінка відкривається, і кулька скочується в нагромаджувач 9. Кульки менших діаметрів вільно прокочуються до наступного контролюючого пристрою. Пружина 3 і електромагніт повертають заслінку у вихідне положення. Гайка 7 дає змогу регулювати контрольований розмір кульок.

1.2.3. ПРИСТРОЇ АВТОМАТИЧНОГО РЕГУЛЮВАННЯ

Стан технічної системи (керованого об'єкта) відображають, характеризують певні фізичні величини, які називаються параметрами. До них належать: температура, швидкість, тиск, освітленість, електрична напруга, рівень води чи пального в поплавковій камері тощо.

Згідно з умовами роботи системи (об'єкта) ці параметри мають залишатися незмінними або змінюватися за певним законом. Автоматичне забезпечення заданих значень параметрів у системі називають автоматичним регулюванням, а параметри - регульованими параметрами. Об'єкт при цьому називається об'єктом автоматичного регулювання.

Так, в одній із найпростіших автоматичних технічних систем регулювання температури термостаті об'єктом регулювання є термостат, а регулювальним параметром - температура в ньому.

Пристрої автоматичного регулювання призначені для підтримування заданого режиму роботи технічного об'єкта - машин, приладів тощо.

Розглянемо детальніше принцип автоматичного регулювання на інших приладах.

Електрична праска. Для автоматичного регулювання температури праски в ній застосовується біметалева пластина, яка є основною частиною регулятора температури (рис.). Це невелика пластина, спаяна з пластинок двох металів, що мають різний ступінь розширення (наприклад, сталь і мідь).

Терморегулятор - це важлива складова частина праски. Він автоматично вмикає або вимикає електричний струм, підтримуючи в ній задану температуру. Біметалева пластина 2 кріпиться одним її кінцем на внутрішній поверхні металевої основи праски 1. Керамічна основа 3, опора 4 і нижній пружний контакт 10 жорстко скріплені між собою. У перші моменти існування напруги на нагрівальному елементі (спіралі) 12 праски контакти 10 й 11 замкнуті. Після того, як спіраль нагріє основу праски до необхідної температури, біметалева пластина прогнеться вниз, у результаті дії пружини 9 (вона почне розгинатися) нижній контакт 10 також відхилиться вниз, електричне коло розімкнеться і нагрівання спіралі припиниться. При певному охолодженні основи праски з'єднана з нею біметалева пластина також охолоне, що призведе до її випрямлення. При цьому контакти 10 і 11 знову замкнуться й через нагрівальний елемент знову проходитиме електричний струм. Цей процес періодично автоматично повторюватиметься, підтримуючи температуру праски в межах заданого значення.

На корпус праски біля перемикача 13 нанесена шкала з назвами тканин, кожна з яких потребує певної температури прасування. її можна встановити за допомогою регулювального гвинта 5. Збільшимо, наприклад, за його допомогою тиск на верхній контакт 11. При цьому розмикання контактів 10 й 11 станеться при більшому прогині біметалевої пластини, що відповідатиме більш високій температурі праски.

Зазначимо також, що регулювання температури у термостаті здійснюється подібним чином - за допомогою такої ж біметалевої пластини.