Классификация автоматических систем управления (АСУ).

Основные понятия и терминология курса.

Управление (в автоматике) - это любое воздействие на производственный процесс с целью получения желаемого эффекта.

Основные составляющие части управления (с обратной связью):

- контроль за процессом,

- анализ информации и принятие решения,

- воздействие на процесс (исполнение).

Аппараты, машины, установки, трубопроводы и другое тех. оборудование, при помощи которых осуществляется технологический процесс, на который направлено управление, носят название объектов управления.

Технологический процесс характеризуется определенными физическими величинами, которые принято называть (технологическими) параметрами процесса. При рассмотрении объекта управления выделяют входные, выходные и возмущающие параметры. f

x_вх x_звых

ОУ

 

 

Выходные параметры - параметры, которые наиболее полно ха­рактеризуют интенсивность протекания процесса.

Входные (управляющие) параметры - параметры, изменением которых можно воздействовать на выходные (изменение расхода, энер­гии, концентрацией компонента).

В процессе работы объект подвергается различным воздействиям, которые мешают правильному протеканию процесса. Такие воздействия называются возмущениями, т.е. возмущающие – это такие параметры, изменение которых приводит к отклонению выходных параметров от заданных значений.

Контроль - это наблюдение за технологическими параметрами (с целью обеспечения правильного протекания технологического процесса).

Регулирование - это поддержание параметра относительно заданных значений (стабилизация параметра) или изменение его по определенному закону. Регулирование - частный случай управления. Стабилизация – частный случай управления.

Сигнализация – это оповещение о состоянии производственного процесса с целью исключения брака и обеспечения безаварийности работы оборудования.

Автоматизация - это один из этапов развития машинного произ­водства. Ему предшествует механизация.

Механизация - внедрение механизмов и машин в производство (направлена на облегчение физического труда). В механизированном технологическом процессе человек принимает непосредственное участие, но его физическая работа сводится лишь к нажатию кнопок, повороту рычагов т т.п.

Здесь на человека возложены функции управ­ления механизмами и машинами.

С увеличением нагрузок аппаратов, мощностей машин, сложности и масштабов производства, с повышением давлений, температур и скоростей химических реакций даже опытный рабочий не в состоянии своевременно воздействовать на процесс в случае отклонения его от нормы, а это может привести к авариям, пожарам, взрывам, порче большого количества сырья и полуфабрикатов. Ограниченные возможности человеческого организма (утомляемость, недостаточная скорость реакции на изменение окружающей обстановки и на большое количество поступающей информации, субъективность в оценке сложившейся ситуации и т.д.) является препятствием для дальнейшей интенсификации производства. Необходим новый этап в машинном производстве - автоматизация.

Автоматизация - это внедрение в производство технических средств, позволяющих освободить частично или полностью человека от непосредственного участия в управлении и передачи этой функции (специальным) устройствам (направлена на облегчение умственного труда по управлению производством). В автоматизированном производстве человек переключается на творческую работу - анализ результатов управления, составление заданий и программ для автоматических устройств, их наладку.

Следующий этап машинного производства - автоматическое производство, т.е. производство полностью исключающее участие в нем человека (цеха-автоматы, заводы-автоматы). Роль человека здесь в усовершенствовании таких производств и наладки их в аварийных ситуациях, вызванных стихийными бедствиями.

Цели автоматизации (способствует):

- безаварийность работы, исключение травматизма;

- повышение качества выпускаемой продукции;

- сокращение брака, отходов, уменьшение затрат электроэнергии и сырья, т.е. снижение затрат на производство;

- повышение производительности труда и рост объема производства;

- уменьшение численности основных рабочих;

- улучшение условий труда производства (труда), повышение культуры производства (квалификации и культурного уровня рабочих)

- повышение экологичности производства;

- снижение затрат на строительство зданий, уменьшение сроков межремонтного пробега оборудования.

Различают два этапа автоматизации: частичная (начальная) и комплексная. Частичная автоматизация - когда каждый технологичес­кий параметр в пределах участка, цеха автоматизируется отдельно, независимо от других. Комплексная автоматизация - все технологи­ческие параметры автоматизируются как единое целое. Здесь выделя­ют полную автоматизацию, когда все производство есть единая авто­матически работающая система.

Автоматика - отрасль науки и техники, разрабатывающая теорию и методы автоматизации (технических и производственных) процессов.

Задача автоматизации современных технических систем и комплексов настолько сложна и специфична, что совокупность научных направлений, обеспечивающих ее решение, выделена в отдельную область науки и носит название технической кибернетики. Т.к. сложные расчеты невозможны без применения вычислительной техники, то теоретической основой автоматизации на базе вычислительной техники и является кибернетика – наука об общих законах получения, хранения, преобразования и передачи информации в сложных управляющих системах.

 

 

Классификация автоматических систем управления (АСУ).

Совокупность технических средств, используемых для управления и персонал, принимающий в нем непосредственное участие образуют совместно с объектом (управления) систему управления (СУ).

Автоматическая СУ (САУ) состоит только из ОУ и технических средств автоматизации (где человек лишь следит за состоянием последних).

Рассмотрим пример регулирования уровня.

Человек + емкость – система ручного регулирования.

Емкость – объект регулирования (управляемая система)

Человек – регулирующая (управляющая) система – регулятор:

1) техническое задание (регламент) - задатчик (З);

2) глаза – датчик (преобразователь П);

3) мозг: – а) элемент сравнения (ЭС),

б) устройство выработки управляющего сигнала (УВУС);

4) рука – исполнительный механизм (ИМ);

5) ладонь – регулирующий орган (РО).

После замены человека техническими средствами управления функциональная схема автоматического регулирования уровня будет выглядеть следующим образом:

 

x_вх x_звых

 

Регулирующий

бло к

Исполнительное

ИМ

устройство

		Д

 

При технической реализации элементов систем регулирования З, ЭС и УУ как правило конструктивно выполнены едино и образуют регулирующий (управляющий) блок (РУ). Часто совместно выполняются также ИМ и РО, образуя исполнительное устройство (ИУ).

Система регулирования в простом (классическом) виде, содержит следующие основные элементы: ОУ, ПП, АР и ИУ.

Простейшая АСР содержит два основных элемента ОУ и регулирующее устройство (РУ).

Автоматизированная СУ (АСУ) частично освобождает человека от функций управления. Автоматическая СУ (САУ) состоит лишь из объекта управления и технических средств.

Автоматическая СУ (САУ) состоит только из ОУ и технических средств автоматизации (где человек лишь следит за состоянием последних).

Различают: АСУ технологическим процессом (АСУТП), АСУ производством (АСУП) и отраслевую АСУ (ОАСУ).

Классификация АСУ:

1. По задачам автоматизации:

автоматического контроля, сигнализации, защиты, управления (регулирования и кибернетические) и др.

2. По виду регулирующего воздействия:

а) по отклонению - в качестве регулирующего воздействия принято отклонение значения регулируемого параметра от заданного, т.е. D = х_вых - х_вх (свойство данной системы - замкнутый контур передачи информации о ходе процесса - см. предыдущий рисунок);

б) по возмущению - регулирующее воздействие направлено на устранение возмущающего воздействия (разомкнутая система передачи информации);

в) комбинированные - содержат контуры по отклонению и возмущению.

 

 

3. По назначению (по функциональному признаку):

а) стабилизации (регулирования);

б) программные (регулирование изменения параметра во времени по какому-либо закону);

в) следящие (регулирование в зависимости от значения другого параметра).

4. По использованию вспомогательной энергии:

а) прямого действия (без использования вспомогательной энергии - выходной сигнал формируется за счет энергии входного);

б) непрямого действия (с усилением – выходной сигнал формируется за счет вспомогательной энергии).

5. По характеру изменения выходной величины:

а) непрерывные;

б) прерывистые (дискретные): релейные и импульсные;

Релейные – выходной сигнал принимает два значения: min и max. Импульсные, когда выходной сигнал представляет собой последовательность импульсов по времени.

6. По наличию обратной связи:

а) разомкнутые (без наличия

обратной связи);

б) замкнутые (с обратной связью) (см. предыдущие рисунки).

 

 

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ И ПРИБОРЫ