Глава 4. Элементы систем автоматического управления

Автоматизация производства — одно из главных направлений технического прогресса. В связи с развитием автоматики появилась возможность освободить человека от непосредственного участия в производственном процессе. При автоматизации машины уже не только заменяют физический труд человека, но и выполняют функции управления производством. При этом процессы получения, преобразования, передачи и использования энергии, материалов и информации производятся автоматически.

В то же время автоматизация — это качественно новый этап развития производства. В результате автоматизации увеличивается производительность оборудования, снижается себестоимость, сокращается брак и повышается безопасность работы, улучшается санитарное состояние цехов и т.д.

Автоматика —отрасль науки и техники об управлении различными процессами и контроле их протекания, осуществляемых без непосредственного участия человека.

Управление различными процессами без вмешательства человека называется автоматическим управлением, а технические средства, с помощью которых оно осуществляется — средствами автоматики. Под управлением понимают процесс организации такого целенаправленного воздействия на объект управления, в результате которого последний переходит в требуемое (целенаправленное) состояние.

Параметры производственного технологического процесса, которые необходимо поддерживать постоянно или изменять по определенному закону называются управляемыми величинами.

Комплекс технических средств, предназначенных для автоматизации производственных процессов, представляет собой автоматическую систему.

Системы состоят из объекта управления и автоматического управляющего устройства. Если входными воздействиями для управляющего устройства являются только внешние воздействия, система называется разомкнутой (без обратной связи), если внешние и внутренние — замкнутой (с обратной связью).

Системы автоматики состоят из ряда связанных между собой элементов, выполняющих определённые функции и обеспечивающих в комплексе весь процесс управления:

Получение первичной информации

Усиление информационных сигналов и преобразование их в управляющие

Действие исполнительных механизмов

Элементами автоматики называются конструктивно законченные устройства, выполняющие определённые самостоятельные функции преобразования сигналов в системах автоматики. Каждый элемент преобразует энергию, полученную от предыдущего элемента, и передает ее последующему.

Пример 1. Схема ручного регулирования температуры сушильного шкафа.

Температуру в сушильном шкафу на уровне Т_зад. необходимо поддерживать вручную. Человек-оператор в зависимости от показаний ртутного термометра РТ включает или выключает нагревательный элемент Н с помощью рубильника Р. Посредством данного примера можно ввести следующие определения.

Объект управления (объект регулирования, ОУ) – устройство, требуемый режим работы которого должен поддерживаться извне специально организованными управляющими воздействиями.

Управление – формирование управляющих воздействий, обеспечивающих требуемый режим работы ОУ.

Регулирование – частный вид управления, когда задачей является обеспечение постоянства какой-либо выходной величины ОУ.

Автоматическое управление – управление, осуществляемое без непосредственного участия человека.

Входное воздействие (Х) – воздействие, подаваемое на вход системы или устройства.

Выходное воздействие (Y) – воздействие, подаваемое на выходе из системы или устройства.

Внешнее воздействие – воздействие внешней среды на систему.

Структурная схема системы регулирования к примеру 1 изображена на рисунке 4.2.

В зависимости от выполняемых функций различают автоматические системы контроля, управления и регулирования.

В зависимости от способа формирования сигналов управления системы делятся на непрерывные и дискретные (цифровые).

В соответствии с выполняемыми функциями все элементы автоматической системы делятся на три группы: измерительная, преобразовательная, исполнительная.

Измерительную группу составляют различного рода датчики, преобразовательную – усилительные устройства, регуляторы, цифровые и микропроцессорные устройства, исполнительную – электродвигатели, контакторы, управляющие клапаны и др.

Исполнительным устройством(ИУ) называется устройство в системе управления, непосредственно реализующее управляющее воздействие со стороны регулятора на объект управления путем механического перемещения регулирующего органа (РО) объекта.

На схеме 4.1. дана классификация систем автоматического управления и элементов автоматических систем.