1. Датчик (Sensor) - это устройство,  преобразующее контролируемую величину (давление, температуру, уровень, расход, частоту, скорость, перемещение, напряжение, электрический ток и т.п.) в сигнал, удобный для измерения, хранения , регистрации, преобразования и передачи  на управляющее устройство (контроллер, регулятор, компьютер), которое должно принять и обработать этот сигнал.

 Обычно датчик (sensor) состоит из двух частей — измерительной головки (sensorhead) и преобразователя (transducer). Измерительная головка или первичный преобразователь непосредственно реагирует на контролируемый параметр ” X” и преобразует его в электрический параметр (R,C,L, U, I), пневматический или гидравлический сигналы. Вторичный преобразователь преобразует полученный от первичного преобразователя сигнал в выходной сигнал датчика “X’ “ Рис.25. Например: первичный преобразователь (sensorhead) термопара - преобразует температуру ” X”  в термо э.д.с., а затем вторичный преобразователь (transducer)- преобразует термо э.д.с. в кодированную последовательность импульсов “X’ “.

Рис.25  Структура датчика. Х - контролируемый параметр;   Х' – выходной сигнал датчика (рисунок автора).

В автоматизированных системах применяют электрические, пневматические, гидравлические и комбинированные устройства, которые управляются соответствующими сигналами

В АСУ ТП наиболее распространены электрические сигналы связи, достоинствами которых являются высокая скорость передачи сигнала, низкая стоимость и доступность источников энергии, простота прокладки линий связи. В чистом виде  пневматические сигналы применяют в основном в нефтяной, химической и нефтехимической промышленности, где необходимо обеспечить взрывобезопасность и не требуется высокое быстродействие. Гидравлические сигналы в основном применяют в гидравлических следящих системах и устройствах управления гидравлическими исполнительными механизмами. Имеются комбинированные системы. Например, при управлении пневмо- или гидро- исполнительными механизмами с помощью  PLC , электрические сигналы надо преобразовать в пневмо- или гидросигналы  и наоборот.

Различают три класса датчиков:
- аналоговые датчики - датчики, вырабатывающие аналоговый сигнал;
- цифровые датчики -  генерирующие последовательность импульсов или двоичное слово;
- бинарные (двоичные) датчики -  вырабатывают сигнал только двух уровней: "включено/выключено" (т.е.  1 или 0).                                                                

В  качестве выходной величины у аналогового выхода в основном используется ток 4 – 20 мА, а также напряжение 0 – 5 V, но их применение снижается (напряжение 0 – 10 V и ток 0 – 20 мА считаются устаревшими).

У цифровых датчиков сигнал на выходе кодируется в последовательность импульсов определенного формата, в соответствии с протоколом сети, в которой они используются.

Промышленные датчики являются одними из основных элементов в системах регулирования, управления и АСУ ТП.
По физическому принципу работы датчики подразделяются на бесконтактные - индуктивные, емкостные, магнитные, оптические (фотоэлектрические), ультразвуковые, и на контактные, основными из которых являются энкодеры – устройства, преобразующие угловые повороты или линейные перемещения в последовательность импульсов определенного формата и др.

Примеры промышленных датчиков.

Рис.26  Промышленные датчики

Источник:  http://www.electronshik.ru/class/promishlennie-datchiki-1601

Интеллектуальные датчики

В настоящее время в автоматизированных системах все более широко  применяют интеллектуальные датчики (smart sensor), которые имеют:

1. первичный преобразователь (sensorhead) и вторичный преобразователь (transducer). В одном датчике может иметься несколько первичных преобразователей , взаимодействующих с одним вторичным.

2. усилители, для усиления сигнала с первичного преобразователя, мультиплексоры для выбора первичного преобразователя, встроенный аналогово цифровой, вторичный, преобразователь (АЦП),

3. микроконтроллер, осуществляющий необходимые преобразования сигнала, коррекцию погрешностей преобразователя, фильтрацию помех, контроль работоспособности

4. цифровой интерфейс,поддерживающий сетевой протокол и подключающий датчик через сетевой адрес в информационную сеть для передачи данных в цифровой форме пользователю, который, в свою очередь, имеет возможность настраивать параметры датчика (например,пределы измерения и т. п.) и запрашивать дополнительную информацию о состоянии датчика и результатах измерений.

5.  память для записи значений параметров, сетевого адреса, данные для выполнения функций коррекции, автоматической калиб­ровки и компенсации нелинейностей датчика, самодиагностики и выбора режима работы.

6.  дополнительным блоком может являться устройство местной индикации

Интеллектуальные датчики в пределах сети должны обладать свойством взаимозаменяемости, в частности иметь один и тот же протокол обмена и физический интерфейс связи, а также нормированные метрологические характеристики и возможность смены адре­са перед заменой датчика.

Датчик может быть  включен  в проводную или беспроводную сеть датчиков.

Рис. 27. Блок схема интеллектуального датчика

Источник:    http://conf.mirea.ru/CD2012/pdf/p4/29.pdf

Примеры интеллектуальных датчиков:

Рис. 28  Интеллектуальные датчики.

Источник:  http://znamus.ru/page/intellect_datchiki

Контрольно измерительные приборы

Приборы для измерения различных параметров : температуры, давления, расхода, уровня  , позиционирования, записи и регулирования , устанавливаются  по месту в точках контроля или на щите. Позволяют непосредственно наблюдать значения параметров при наладке, профилактике и являются важнейшей частью системы управления. Приборы фирмы Siemens‘  изображённые на Рис. 29 являются частью концепции Totally Integrated Automation и потому гарантируют лёгкое внедрение в систему управления.

Рис.29.  Контрольно измерительные приборы

Источник: http://siemens.el-complex.com/index.php?tree=1000000&tree2=3009999&tree3=3000174

2. Исполнительный механизм (Actuator)

Исполнительный механизм - это часть исполнительного устройства. Исполнительное устройство осуществляет перемещение регулирующего органа в соответствии с сигналами, поступающими от регулятора или управляющего устройства. . Исполнительные устройства являются последним звеном цепи автоматического управления и в общем случае состоят из блоков:

1. (УУ) устройство усиления( контактор, частотный преобразователь, усилитель, и т.п.);

2. (ИМ) исполнительного механизма ( электро-, пневмо-, гидропривод ) с дополнительными (датчик положения выходного вала т.е. обратной связи, сигнализации конечных положений, ручного привода и т. п.) элементами;

3. (РО) регулирующего органа (вентили, клапаны, заслонки, шиберы и т.п.).

В зависимости от условий применения исполнительные устройства конструктивно могут различаться между собой. К основным блокам исполнительных устройств, обычно, относят исполнительные механизмы и регулирующие органы.

Часто исполнительное устройство в целом, называют исполнительным механизмом (ИМ)

В зависимости от вида потребляемой энергии ИМ подразделяются на:

- электрические;

-пневматические;

-гидравлические;

-комбинированные (электрогидравлические, электропневматические).

Однооборотные ИМ.

http://prompribor.com.ua/ru/pages/922/

http://bas888.all.biz/elektroprivod-odnooborotnyj-sp-35-regada-g139565

Регулирующий клапан с электрическим ИМ.

Драйвер шагового двигатела

Источник:

http://www.electronshik.ru/card/shagoviy-dvigatel-8-kgs8729sm-a8k-m566-112239

Прямоходовой ИМ

Источник: http://td-prom.ru/prod/other/mep.html

Рис. 31 Примеры электрических исполнительных механизмов.

Рис. 32 Примеры применения прямоходового механизма.

Источник: http://td-prom.ru/prod/other/mep.html

Рис. 33. Устройство электромагнитной муфты.

Источник: http://stroy-technics.ru/article/regulirovanie-skorosti-vrashcheniya-i-reversirovanie-asinkhronnykh-elektrodvigatelei

1- ротор муфты, связанный с ведущим валом двигателя; 2 - якорь муфты с электромагнитом 3; 4 - контактные кольца; 5 - щетки; 6 - ведомый вал.

При подаче тока в электромагнит через контактные кольца 4, возникает магнитное поле, которое сцепляет ротор1 и якорь 2 и вращение с ведущего вала передается на ведомый.

Электрические исполнительные механизмы характеризуются разнообразием типов, большим числом способов управления, легкостью получения различных скоростей и мощностей, а в промышленных условиях — легкостью получения источников питания.

В общем случае исполнительный механизм перемещает регулирующий орган. Это перемещение, как было видно, может быть поворотным (в пределах одного оборота) , многооборотным и поступательным. Исполнительные механизмы могут выполнять простейшие операции (например, открыть — закрыть регулирующий орган). Такие исполнительные механизмы называют двухпозициоиными (on-off), т.к. имеет только два крайних устойчивых состояния. Если же они предназначены для плавного перемещения регулирующего органа и регулирующий может останавливаться в любом положении между двумя крайними, то их называют пропорциональными.