Файл: Кусмарцев, В. С. Автоматизация строительного производства.pdf

технологического процесса без участия человека), и мо­ гут быть отнесены к двум основным классам.

К первому классу относят автоматические системы, выполняющие свои функции по заранее заданной про­ грамме вне зависимости от фактического протекания управляемого процесса. В этих системах входными воз­ действиями управляющего устройства являются только внешние команды. Такие автоматические системы назы­ вают разомкнутыми или безрефлексными, чтобы под­ черкнуть отсутствие в них информационных процессов или несущественное значение последних.

Автоматические системы второго класса в процессе управления учитывают фактическое состояние в ОУ, т. е. информацию о том, как фактически протекает управляе­ мый процесс.

Здесь входными воздействиями для управляющего устройства будут как внешние воздействия, так и инфор­ мация, полученная при контроле протекания управляе­ мого процесса. Вот почему эти системы называются ин­ формационными, рефлексными или замкнутыми.

Информационные автоматические системы подразде­ ляют на несколько групп:

стабилизирующие автоматические системы, алгоритм функционирования которых содержит предписание под­ держивать управляемый параметр на постоянном зна­ чении;

программные автоматические системы, алгоритм функционирования которых содержит предписание из­ менять управляемый параметр в соответствии с заранее заданной функцией;

следящие автоматические системы, алгоритм функ­ ционирования которых содержит предписание изменять управляемую величину в зависимости от значения неиз­ вестной заранее переменной величины на входе автома­ тической системы;

системы автоматического регулирования (сокращен­ но САР) -с замкнутой цепью воздействий, в которой уп­ равляющие воздействия вырабатываются в результате сравнения действительного значения управляемого пара­ метра с предписанным значением.

Многие авторы, давая определение САР, говорят: «Система автоматического регулирования либо поддер­ живает постоянное значение регулируемого параметра,

9

либо изменяет его по определенному закону (по про­ грамме) или в зависимости от изменения другого, зара­ нее выбранного параметра данного или другого процесса (следящие системы)». Из последнего определения мож­ но понять, что САР — более общее название систем авто­ матического управления.

При комплексной автоматизации применяется сово­ купность различных автоматических систем, управляю­ щих процессами, машинами, цехами и заводами с наи­ высшими, в данных условиях, технико-экономическими показателями.

Для осуществления процессов автоматического уп­ равления (регулирования) к объекту управления (ОУ), как и к объекту регулирования (ОР), надо присоединить управляющий орган (ОУ), автоматический регулятор

(АР).

Объект управления и управляющий орган составля­ ют замкнутую цепь направленных воздействий. Это оз­ начает, что изменения процесса в объекте управления воздействуют на управляющий орган,. а последний, в свою очередь, воздействует на объект управления гак, чтобы осуществить восстановление необходимых пара­ метров процесса. Направление воздействий указано на рис. 1 стрелками.

Можно сказать, что в автоматизированной системе - все время происходит обмен информацией между ОУ и УО, поэтому вполне очевидно, что работа автоматиче­ ской системы и ее характеристика определяются струк­ турой и свойствами как объекта управления, так и уп­

равляющего органа.

Автоматические управляющие устройства и автома­ тические регуляторы должны иметь в своем составе:

чувствительные (воспринимающие) устройства, слу­

10

жащие для получения информации о ходе управляемого (регулируемого) процесса;

средства для передачи информации; задающие устройства; управляющие устройства; регулирующий орган (устройство).

Чувствительные элементы или воспринимающие устройства все время находятся под воздействием регу­ лируемого параметра и реагируют на отклонение по­ следнего ог установленного значения. Воспринимаемая ими величина (вещественная или энергетическая) назы­ вается сигналом. Совокупность сигналов, характери­ зующих регулируемый процесс, представляет собой не­ обходимую информацию, которая передается от воспри­ нимающих устройств к последующим звеньям по всему контуру автоматической системы.

Если воспринимающие устройства осуществляют пре­ рывистую связь, то они называются релейными или про­ сто реле. Если информация имеет функциональную зави­ симость от величины регулируемого параметра, то воспринимающие устройства называются датчиками. Часто датчиками называют элементы, воспринимающие контролируемый параметр и преобразующие его к виду, удобному для усиления, измерения или сопоставления с нормой и для передачи на расстояние. Обычно это устройство с электрическим выходным сигналом.

Так как датчик (как функциональный элемент) дол­

жуточного преобразователя. Учитывая последнее, к вос­ принимающим устройствам относят пер!вичные приборы автоматического контроля (измерительные приборы), которые не только реагируют на отклонение, но и пере­ дают соответствующие сигналы устройству сравнения, управления и регистрации.

К средствам передачи информации относят все кана­ лы связи, отображающие путь и направление передачи воздействий между звеньями, и связанные с ними преоб­

разователи, передатчики и приемники.

Задающее устройство (задатчик), или программный механизм, представляет собой устройство, фиксирующее предписание, соответствующее заданной программе.

11

Управляющее устройство выполняет две функции: во-первых, сопоставляет информацию от воспринимаю­ щих устройств и задатчика и выявляет отклонение регу­ лируемого параметра от заданного значения (иначе, оп­ ределяет рассогласование, его знак, а иногда и ско­ рость). Во-вторых, вырабатывается управляющее воздей­ ствие, передаваемое на исполнительные устройства.

Исполнительные устройства осуществляют изменение положения или состояния регулирующего устройства. Чаще всего это механизмы и различные двигатели (сер­ водвигатели)-, служащие для преобразования энергии того или иного вида в механическое движение, необхо­ димое для изменения положения регулирующего элемен­ та, или дроссели, регулирующие поток электроэнергии.

Кроме рассмотренных устройств, в автоматические системы часто входят:

преобразующие элементы, представляющие собой устройства, служащие для преобразования контролируе­ мого (регулируемого) параметра к виду, при котором он может быть легко передан к последующим устройст­ вам для измерения и управления;

усилительные элементы, предназначенные для усиле­ ния величины или мощности сигналов;

корректирующие и стабилизирующие устройства, служащие для придания системе автоматического регу­ лирования требуемых динамических свойств;

ЭВМ, счетно-решающие и логические устройства, вы­ полняющие математические и логические операции с не­ сколькими величинами, характеризующими один или несколько процессов.

Конструктивно-обособленная часть автоматической системы, выполняющая определенную функцию, назы­ вается функциональным звеном или блоком. Поскольку при рассмотрении вопросов автоматики нас интересует, в первую очередь, передача информации и характер ее преобразования, то можно опустить конструктивное оформление звеньев и изображать их условно в виде блоков-прямоугольников. Такая схема автоматической системы называется функциональной структурной схе­ мой. В такой схеме все звенья получают характеристи­ ки, определяющие выполняемые ими функции: воспри­ нимающее устройство, усилитель, управляющее устрой­ ство'и т. д. до объекта управления включительно.

12

Для того, чтобы реализовать функциональную схему, сначала надо выбрать принцип действия каждого из звеньев и составить принципиальную схему.

Для теоретического анализа условий и качества ра­ боты автоматических систем нужно знать статические и динамические свойства звеньев. Эти свойства определя-

Рис. 2. Структурные схемы систем автоматического регулирования.

ют: во-первых, направленность действия их, во-вторых, функциональные зависимости преобразований, осущест­

вляемых звеньями.

Под направленностью действия подразумевается, что каждое звено оказывает воздействие на последующее и не может воздействовать на предыдущее. Свойство направленности действия звеньев позволяет установить для каждого «вход» и «выход», и на структурной схеме можно отметить стрелками направление воздействия от

одного звена к другому.

Вопрос о характеристиках преобразований, выпол­ няемых отдельными звеньями, здесь нами не рассматри­ вается. Рассмотрим несколько функциональных схем ав­ томатических систем. При этом примем следующие буквенные обозначения: ВУ или ЧЭ — воспринимающее или чувствительное устройство; 3 — задающий элемент; УУ — управляющее устройство; ИМ — исполнительный механизм; РО — регулирующий орган.

На рис. 2. представлена САР, состоящая из объекта регулирования ОР с одним параметром регулирования.

Если настройка задающего элемента в такой системе не изменяется, то мы будем иметь простую систему ав­ томатического регулирования. Если же настройка зада­

13

ющих элементов изменяется автоматически, под влияни­ ем изменения учитываемых воздействий, то будем иметь дело с самонастраивающейся системой.

Самонастраивающаяся система имеет в своем составе дополнительное автоматическое устройство, изменяю­ щее алгоритм управления таким образом, чтобы автома­ тическая система в целом осуществляла заданный алго­ ритм управления с наилучшими показателями.

Системы управления, обладающие свойством самона­ страиваться и приспосабливаться к новым условиям ра­ боты, обеспечивают получение наилучших результатов. Для достижения последнего в них включаются автома­ тические вычислительные машины и элементы логиче­ ского действия, в связи с чем они становятся кибернети­ ческими системами. В будущем кибернетические систе­ мы будут составлять основу комплексной автоматизации производства.

По виду используемой энергии или по способу воз­ действия автоматического регулятора - на объект регули­ рования различают регуляторы прямого действия и ре­ гуляторы непрямого действия.

Регуляторами прямого действия называются такие автоматические регуляторы, в которых энергия, необхо­ димая для воздействия на регулирующий орган, черпа­ ется только из объекта регулирования, через чувстви­ тельный элемент регулятора.

Система автоматического регулирования с регулято­ рами прямого действия более проста по конструктивно­ му оформлению и более надежна в работе, но может быть осуществлена только в том случае, если восприни­ мающее устройство является достаточно мощным для непосредственного воздействия на регулирующий эле­ мент.

В тех случаях, когда воспринимающее устройство не обладает достаточной мощностью, возникает необходи­ мость в применении усилителя. Регуляторы, имеющие в

14

подробном рассмотрении может значительно усложнить­ ся, поскольку усилитель, отмеченный здесь в виде одно­ го блока Ус, иногда распадается на выпрямитель, уси­ литель и преобразователь, а исполнительный механизм— на двигатель и редуктор.

Автоматические регуляторы непрямого действия по виду энергии, потребляемой от постороннего источника, разделяются на гидравлические, пневматические, элек­ трические и комбинированные.

Рассматривая схемы, приведенные на рис. 2 а, б, лег­ ко заметить, что замкнутая цепь может быть разделена на две основные цепи. Первая цепь (ОУ—ВУ—УУ) осу­ ществляет контроль, а вторая (3 — УУ—ИМ—РЭ—ОУ) служит для управления. Каждая из этих цепей может существовать самостоятельно и служит примером ра­ зомкнутой автоматической системы. При этом различа­ ют: разомкнутую систему автоматического управления, обычно с жесткой программой, и систему автоматиче­ ского контроля.

Система автоматического контроля служит для полу­ чения и обработки информации о ходе контролируемого процесса, для регистрации полученных данных, а иногда

идля сигнализации и блокировки.

2.РАЗОМКНУТЫЕ СИСТЕМЫ

АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ И РЕЛЕЙНО-КОНТАКТНЫЕ схем ы

Здесь мы рассматриваем частный случай ав­ томатического управления — разомкнутые системы ав­ томатического управления с жесткой программой, кото­ рые применяются для автоматического пуска, торможе­ ния и реверса машин и механизмов, не требующих точного выполнения диаграммы скорости при пуске и остановке.

Разомкнутые автоматические системы представляют собой самостоятельную систему (например: электропри­ вод конвейера, насоса, вентилятора), но могут быть вспомогательным механизмом более сложной системы.

Большинство машин и механизмов, работающих на стройках и в промышленности, снабжено электрическим

15

приводом, поэтому автоматическое управление (АУ) ими сводится к управлению электродвигателями. На пер­ вом этапе автоматическое управление решало задачу пуска и останова двигателя, изменение скорости и на­ правления движения, только после соответствующего воздействия со стороны оператора на пусковую кнопку или рычаг командоаппарата. Дальнейшее усовершенст­ вование автоматического управления привело к тому, что были созданы схемы, осуществляющие пуск, реверс и остановку двигателя в зависимости от командного им­ пульса, посылаемого аппаратом или прибором контроля технологического процесса. Первую схему управления

называют полуавтоматической, вторую — автоматиче­ ской.

Так как любой технологический процесс распадается на отдельные операции, то приборы автоматического управления должны не только посылать командный (распорядительный) импульс о начале и окончании опе­ рации, но должны еще обеспечить требуемое чередова­ ние их. Различают два принципа .посылки командных импульсов: принцип последовательности действий (в за­ висимости от протекания технологического процесса) и принцип временных зависимостей между моментами воз­ никновения и прекращения процессов, т. е. в функции времени.

При осуществлении автоматического управления по первому принципу командный импульс на выполнение каждой последующей операции посылается устройством, отмечающим завершение предыдущей операции.

Для этого применяют различного рода-путевые и ко­ нечные выключатели, блокировочные контакты и другие приборы, фиксирующие перемещения исполнительных механизмов в требуемое положение, или реле и датчики, реагирующие на предельные значения величин, указы­ вающие на завершение операции.

Для реализации второго принципа управления ис­ пользуют командоаппараты и программные устройства, с помощью которых можно получить совпадение по вре­ мени протекания нескольких процессов или не допус­ тить этого совпадения, а также возможно осуществление определенной последовательности их и повторяемости с заданной продолжительностью и интервалами (соподчи­ ненное порядко-временное связывание).

16