ТЕМА 1. КЛАССИФИКАЦИЯ И ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ (ИУ)

ТЕМА 1. КЛАССИФИКАЦИЯ И ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ (ИУ)

Тема 1. НАЗНАЧЕНИЕ, ВИДЫ И СОСТАВ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ

ДЛЯ СБ

Включенные в системы безопасности ИУ могут реагировать на угрозы и принимать решения по защите от угроз путем приведения в движение отдельных звеньев технических средств СБ. ИУ принимают команды управления, обеспечивают приведение в движение исполнительных звеньев ТС СБ и управляют этим движением в целях осуществления технологического процесса. В зависимости от реальных условий ИУ могут работать при ручном, полуавтоматическом и автоматическом способе управления. Это возможно при использовании ИУ в системах дистанционного управления с помощью электрических сигналов.

Для получения нужных перемещений, усилий исполнительными звеньями в ИУ используют ТС с электромеханичесим, механическим, гидравлическим, пневматическим и др. принципом действия. Наибольшее распространение в качестве ИУ или их составляющих получили различные электромеханические устройства (ЭМУ). Они представляют собой преобразователи электрической энергии в механическую, электрического сигнала в механическое перемещение или наоборот, механической энергии в электрическую, механическое перемещения в электрический сигнал, т.е. процесс преобразования энергии в этих устройствах может быть обратимым.

Повсеместное использование ЭМУ связано с наличием, простым подводом и управлением, в том числе дистанционным, электрического тока. ЭМУ можно разделить на электродвигательные и электромагнитные, которые позволяют получать не только разные усилия, но и разные виды движений (вращательное, поступательное), на устройства постоянного и переменного (одно- и техфазного) тока (рис. 1.1).

ИУ с гидравлическим принципом действия – это совокупность ТС СБ, предназначенных для приведения в движение исполнительных звеньев посредством энергии сжатой жидкости. Гидропровод выполняет функции аналогичные электромеханическому приводу – преобразование параметров движения звеньев в соответствии с нагрузкой, получение требуемых скоростей и усилий, т.е. получение требуемого вида движения исполнительного звена, а также регулирование кинематических и силовых параметров движения и защиту от перегрузок. В общем в гидравлических ИУ имеют место следующие преобразования энергии:

– приводной двигатель (электро- или двигатель внутреннего сгорания) передает вращающий момент на вал насоса, который сообщает энергию сжатой жидкости;

– рабочая жидкость (минеральное масло) под давлением по гидролиниям (трубы, шланги) через регулирующую аппаратуру поступает в гидродвигатель (цилиндр – при поступательном движении или поворотное устройство), где гидравлическая энергия преобразуется в механическую (перемещение исполнительного звена);

– после этого рабочая жидкость по гидролиниям возвращается либо в бак, либо непосредственно к насосу.

ИУ с пневматическим принципом действия – это совокупность ТС СБ, предназначенных для приведения в движение исполнительных звеньев посредством энергии сжатого воздуха. Пневмопривод выполняет следующие функции – преобразование параметров движения звеньев в соответствии с нагрузкой, получение требуемых скоростей и усилий, т.е. получение требуемого вида движения исполнительного звена, а так же регулирование кинематических и силовых параметров движения, защиту от перегрузок. В

ИУ пневматического принципа действия имеет место следующие преобразования энергии:

– приводной двигатель предает вращающий момент на вал компрессора, который сообщает энергию рабочему газу (сжимает воздух);

– после специальной подготовки сжатый воздух по пневмолиниям через регулирующую аппаратуру поступает в пневмодвигатель, где энергия сжатого воздуха (пневматическая энергия) преобразуется в механическую;

– после этого сжатый воздух выбрасывается в окружающую среду. В зависимости от вида движения исполнительного звена пневмодвигателя различают устройства с поступательным и вращательным движением. Пневмоприводы с поступательным движением (поршневые, мембранные) получили наибольшее распространение.

В течении последних десятилетий наблюдается общая тенденция к миниатюризации технических систем, в том числе ТС СБ. Бурное развитие наноэлектроники приводит к объединению все большего числа функций в единичных миниатюрных компактных устройствах – микро-электромеханических устройствах (MEMS – устройствах). Это устройства, в которых электронная часть (логика управления) неразрывно объединена с механической. Все многообразие MEMS-изделий можно условно разделить на два вида устройств – датчики и актюаторы (приводные устройства). В первых энергия (механическая, тепловая и др.) преобразуется в электрический сигнал, а во вторых – наоборот, электрическая энергия преобразуется в механическое движение. Примером MEMS-датчиков являются устройства для измерения давления, силы, скорости, положения, температуры. MEMS-актюаторы применяют для изменения положения объектов управления: переключателей оптических сигналов, индуктированных элементов акустических, радиочастотных фильтров и т.д.

MEMS-изделия представляют устройства, основным материалом для изготовления которых является кремний, что связано с его хорошими механическими свойствами и отработанной технологией для изделий микроэлектроники. Это позволяет объединять механические устройства MEMS с уже существующими электронными компонентами. В качестве базовых подвижных механических элементов используют микроконсоли, микробалки, пластины толщиной 1-15 мкм, полученные глубоким травлением монокристалла кремния. Изготовление MEMS-изделий оказывается дешевле традиционной сборочной технологии, так как используется групповое производство, когда на одной пластине сразу изготавливаются сотни готовых устройств. Повышается надежность, уменьшается масса, габариты устройств, расход энергии при эксплуатации.

Рис. 1.1 – Классификация ИУ СБ