1 Основные понятия и определения автоматизации производства. Основные понятия и определения автоматизации производства
 Скачать 62.76 Kb.
|
Основные понятия и определения автоматизации производстваАвтоматика - это отрасль науки и техники, которая занимается теорией и построением систем управления, работающих без участия человека. Основой этой отрасли является теория автоматического управления. Следует отметить, что термин «автоматика» используется иногда и в более узком смысле, как совокупность механизмов и устройств, действующих автоматически. Автоматизация производства - это этап машинного производства, характеризуемый освобождением человека от непосредственного управления производственным процессом и передачей этих функций автоматическим устройствам. Автоматизация предполагает применение методов и средств автоматики для превращения неавтоматических процессов в автоматические. В современной технике используются разнообразные автоматические устройства и системы, отличающиеся друг от друга физической природой, принципом действия, схемными и конструктивными решениями. Все эти устройства и системы предназначены для выполнения одной из следующих основных задач автоматизации контроля, сигнализации, защиты или управления. Автоматический контроль выполняет измерение различных параметров технологического процесса и их регистрацию с помощью измерительных приборов. Автоматическая сигнализация предназначена для оповещения обслуживающего персонала о предельных или аварийных значениях каких-либо физических параметров, о месте и характере нарушений технологического процесса. Автоматическая защита представляет собой совокупность технических средств, которые при возникновении ненормальных и аварийных режимов либо прекращают производственный процесс, либо устраняют ненормальные режимы. Дистанционное управление - ручное управление на расстоянии механизмами в пределах производственного комплекса, используя на каждый механизм отдельную линию связи. Телеуправление обеспечивает управление на расстоянии различными объектами с помощью устройств, позволяющих передавать большое количество различных управляющих сигналов одновременно или в разное время по одной связи или по небольшому их числу. Автоматизированное управление - управление, при котором сбор и обработка информации о состоянии объекта производятся автоматически (с помощью вычислительных машин), а принятие решений и выдача команд управления осуществляются человеком. Человеко-машинная система, осуществляющая такое управление, называется автоматизированной системой управления (АСУ). Автоматическое регулирование - процесс поддержания какого-либо параметра на заданном уровне или изменение его по определенному закону без участия человека. Совокупность устройств, обеспечивающих автоматическое регулирование, называется системой автоматического регулирования (САР). Автоматическое управление - управление объектами без участия обслуживающего персонала. Совокупность технических устройств и объекта управления называется системой автоматического управления (САУ). В общем случае автоматический контроль, сигнализацию, защиту, дистанционное управление и телеуправление можно рассматривать как составную часть процесса автоматического управления, наиболее распространенной разновидностью которого является автоматическое регулирование. Задача автоматического регулирования заключается в том, чтобы поддерживать заданные значения показателей какого-либо процесса или изменять их определенным образом без непосредственного участия человека. Физические величины, значения которых требуется поддерживать постоянными или изменять в соответствии с технологическими процессами, называются регулируемыми или выходными величинами. Автоматическое устройство, обеспечивающее регулирование значения какой-либо физической величины, называется автоматическим регулятором, а технический агрегат, в котором происходит процесс, подлежащий регулированию, называется объектом регулирования. Автоматический регулятор совместно с объектом регулирования составляет САР. Процесс регулирования включает получение информации о задачах регулирования и о регулируемой величине, ее анализ, выработку решения и осуществление регулирующих действий. В соответствии с этим автоматический регулятор должен иметь измерительные, промежуточные и исполнительные устройства. Измерительное устройство служит для определения действительного значения регулируемой величины и сравнения его с заданным значением. Оно вырабатывает сигнал соответствующего знака, пропорциональный разности измеренного и заданного значений регулируемой величины. Измерительное устройство состоит из чувствительного, задающего и сравнивающего элементов. Чувствительный элемент, или датчик, выполняет функции источника информации о действительном значении регулируемой величины. Задающий элемент служит для введения в систему требуемого закона изменения регулируемой величины. Элемент сравнения осуществляет сопоставление измеренного (хос) и заданного (хз ) значений регулируемой величины и формирование сигнала управления. Выходной сигнал измерительного устройства в большинстве случаев не может быть непосредственно использован для управления исполнительным устройством САР из-за малой мощности или несовпадения по физической природе. Поэтому между измерительным и исполнительным устройствами включаются промежуточные элементы. Промежуточные элементы преобразуют выходной сигнал измерительного устройства по виду и величине таким образом, чтобы он обеспечивал надежную работу исполнительных устройств системы. К ним относятся усилители, обеспечивающие простое усиление сигнала по величине или мощности, и преобразователи, осуществляющие преобразование сигнала по виду или по требуемому функциональному закону. Исполнительное устройство - это элемент системы, который непосредственно оказывает воздействие на регулирующий орган объекта с целью восстановления требуемого значения регулируемой величины. Отдельные элементы, входящие в состав автоматической системы, определенным образом связаны между собой. Связь, обеспечивающая передачу сигналов между элементами в направлении объекта регулирования, называется прямой, а связь выхода объекта регулирования со входом автоматического регулятора называется главной обратной связью системы. Обратная связь служит для сравнения действительного значения регулируемой величины с заданным. Различают положительную и отрицательную обратные связи. При положительной обратной связи сигнал хж совпадает по знаку с входным сигналом хзад, а при отрицательной - их знаки противоположны. Наряду с главной обратной связью в САР могут иметь место местные обратные связи, которые охватывают отдельные элементы или группу элементов. В зависимости от характера действия обратная связь может быть гибкой и жесткой. Жесткая обратная связь действует в установившемся и в переходном режимах работы, а гибкая - только в переходном режиме. Графическое изображение САР, па котором приводятся ее элементы и связи между ними, называется структурной схемой (рис. 186). Каждый элемент системы на такой схеме условно изображается прямоугольником с указанием выполняемой функции, а связи между элементами указываются линиями со стрелками. Регулируемая величина у в автоматических системах зависит от ряда факторов, определяемых внешними условиями и внутренними свойствами самой системы. Переменные величины, оказываю-  Рис. 186. щие влияние на регулируемую величину, называются воздействиями. Различают управляющие, задающие, регулирующие и возмущающие воздействия (рис. 186). Управляющее воздействие (Б ) представляет собой внешнее воздействие, поступающее на систему через задающий элемент. Оно исходит от человека или управляющего устройства. Задающее воздействие (и ) формируется задающим элементом в соответствии с требуемым законом изменения регулируемой величины. Регулирующее воздействие (И ) создается автоматическим регулятором с целью устранения отклонения регулируемой величины от заданного значения. Возмущающие воздействия (Б ) - это внешние воздействия на объект регулирования, вызывающие нарушения требуемой функциональной связи между задающим воздействием и регулируемой величиной. Они подразделяются на основные и помехи. К основным относятся воздействия, существенно влияющие на регулируемую величину и легко поддающиеся измерению. Все остальные виды возмущающих воздействий называются помехами. В процессе работы САР могут находиться в различных состояниях. Возможны два качественно отличных друг от друга состояния системы: установившееся и неустановившееся. При установившемся (статическом) режиме регулируемая величина остается постоянной или изменяется с постоянной скоростью, при этом внешние воздействия на систему остаются постоянными либо равномерно изменяются во времени. В неустановившемся (динамическом) режиме регулируемая величина изменяется во времени вследствие изменения внешнего воздействия. Если внешнее воздействие изменяется скачком, то система совершает переход из одного установившегося состояния в другое. Изменение состояния системы под действием ступенчатого воздействия называется переходным процессом. Автоматические системы можно классифицировать по ряду признаков: назначению, степени автоматизации, характеру алгоритма управления, виду сигнала, используемому носителю информации, применяемой элементной базе. По назначению автоматические системы разделяются на системы управления, регулирования, контроля, сигнализации и защиты, блокировки и др. Наиболее сложными по структуре и набору функциональных элементов являются автоматические системы управления и регулирования. По степени автоматизации различают частичную, комплексную и полную автоматизацию производства. Частичная автоматизация представляет собой автоматизацию отдельных операций или технологических процессов. Во многих случаях она применяется тогда, когда человек практически не может управлять производственными процессами из-за их сложности и быстротечности. Частично, как правило, автоматизируется действующее производственное оборудование. Системы частичной автоматизации называются локальными системами. При комплексной автоматизации участок, цех или завод работают как автоматизированный объект. При этом автоматизация охватывает все основные производственные функции предприятия, хозяйств, служб. Она целесообразна лишь при высокоразвитом производстве на базе совершенной технологии и прогрессивных методов управления с применением надежного производственного оборудования, действующего по заданной или самоорганизующейся программе. Полная автоматизация охватывает как основные, так и вспомогательные процессы. Функции человека при этом ограничиваются общим контролем состояния процесса. Степень автоматизации определяется, прежде всего, ее экономической эффективностью и целесообразностью. По характеру алгоритма управления, под которым понимается совокупность действий, выполняемых системой в процессе ее функционирования, различают следующие автоматические системы управления: • стабилизирующие - поддерживающие значение управляемой величины постоянным; • программные - изменяющие управляемую величину в соответствии с заранее заданной последовательностью по времени; • следящие - изменяет управляемую величину в зависимости от неизвестного заранее значения переменной величины на входе автоматической системы; • адаптивные (самоприспосабливающиеся) - алгоритм управления изменяется автоматическим устройством таким образом, чтобы автоматическая система осуществляла заданную цель управления; • логико-программные - изменяющие состояние управляемого объекта в соответствии с требуемой последовательностью рабочих операций. По виду сигнала САР делятся на системы непрерывные и дискретные. В непрерывных системах все элементы формируют сигналы в виде непрерывных функций времени. В них регулирующий орган, будучи все время связан с чувствительным элементом, непрерывно следует за отклонением регулируемого параметра в соответствии с сигналом чувствительного элемента. В дискретных системах присутствует по крайней мере один элемент, производящий квантование непрерывных сигналов по уровню, времени, либо одновременно по обоим. В соответствии с этим дискретные системы, в свою очередь, делятся на релейные, импульсные и цифровые. В релейных системах осуществляется квантование по уровню, в импульсных - по времени, а в цифровых - по уровню и времени. В зависимости от используемого носителя информации и соответствующих ему средств автоматизации автоматические системы подразделяются на электрические, пневматические, гидравлические и комбинированные. Наибольшее применение в практике автоматизации технологических процессов получили электрические системы благодаря широкой номенклатуре технологических средств и удобству использования электрических сигналов как носителей информации. В условиях повышенной взрывоопасности применяются пневматические системы автоматизации. Гидравлические системы используются крайне редко в связи с трудностями дистанционной передачи управляющих воздействий. |