Измерений, испытаний и контроля

Задачи и компоненты автоматизации

Лекция 1–3

Промышленные автоматические системы в зависимости от выполняемых ими функций можно классифицировать на автоматические системы контроля и автоматические системы управления.

Автоматическая система контроля решает задачу сбора информации, т.е. сведений о состоянии одного или нескольких параметров, характеризующих тот или иной производственный процесс или объект. В подобных устройствах конечный результат контроля может выражаться в форме регистрации состояния параметра, в виде сигнализации при наступлении определенных состояний, в сортировке по тем или иным признакам и т.д.

Автоматический контроль широко распространен в легкой промышленности. Такому контролю подвергаются сырье (например, кожевенное при хранении на кожзаводах), исходные материалы (например, различные растворы в кожевенном производстве, а также производстве искусственной кожи), параметры технологических процессов (например, температура, давление, время и т.п.), параметры, характеризующие работу оборудования (например, учет простоев, наличие смазки и др.), полуфабрикат (например, картонная масса, ткань и др.) и, наконец, готовая продукция (например, кожи, поливинилхлоридная пленка и др.).

Сейчас нет ни одного производства, в котором хотя бы частично не осуществлялся автоматический контроль за ходом производственных процессов. Автоматический контроль (и измерение имеет не только большое самостоятельное значение, но и является основой, как мы увидим в дальнейшем, других, в том числе самых сложных систем автоматики (автоматическое управление, регулирование и др.).

Устройства автоматического контроля и измерения применяются для осуществления контроля за ходом производственного процесса. При этом могут преследоваться различные цели. Прежде всего это наблюдение за ходом производственного процесса или контроль за качеством изделий (например, контроль размеров и формы деталей обуви, толщины покрытия при производстве искусственной кожи, температуры в сушильной камере и др. Автоматический контроль используется для получения показателей, необходимых для учета работы той или иной производственной установки, агрегата, конвейера, поточной линии и т.д. Для производств легкой промышленности особый интерес представляет учет штучных предметов, длины, площади и массы твердых тел, объема и массы жидкостей и газов.

К устройствам автоматического контроля можно отнести и различные виды автоматической сигнализации. Командная сигнализация предназначается для передачи типовых командных сигналов от одного поста управления к другому. Контрольная технологическая сигнализация служит для автоматического извещения о включении в работу или останове отдельных установок, вспомогательных устройств (например, нагревательных элементов), о положении запорных органов на различных коммуникациях и т.п. Предупредительная сигнализация автоматически извещает персонал о возникновении опасных изменений режима, которые в дальнейшем могут привести к аварии. Сигнализация всех видов может быть световой (оптической) или звуковой (акустической). Схемы автоматической сигнализации аварийных режимов, как правило, имеют оба вида сигналов, которые при возникновении аварийной ситуации подаются одновременно.

Отдельно следует остановиться на автоматической защите и блокировке. При возникновении ненормальных режимов устройства автоматической защиты либо прекращают контролируемый производственный процесс, например отключают электрические устройства и электрические сети при коротких замыканиях, либо обеспечивают другие меры для ликвидации опасности, например открывают предохранительный клапан для снижения давления в резервуаре, когда оно превышает предельно допустимое значение. Между автоматической защитой и автоматической сигнализацией существует тесная связь. И для того, и для другого часто используется одно и то же автоматическое устройство. Например, контролируя давление какой-либо среды в резервуаре, автоматическое устройство может сначала дать сигнал о начавшемся повышении давления, а потом сбросить его, если будет превышен допустимый предел.

Особым видом автоматической защиты является автоматическая блокировка. Устройства автоблокировки предотвращают возможность неправильных включений и выключений оборудования и тем самым предупреждают повреждения или даже аварии, которые могут возникать из-за невнимательности обслуживающего персонала, неправильно понятой команды и других причин.

В качестве примера можно указать на блокировочные устройства, применяемые в системе конвейер — бункер — накопитель. Они не допускают пуск конвейера при закрытом бункере.

Поскольку действие устройств автоматической защиты так или иначе связано с органами управления производственными процессами, машиной, аппаратом и т.п., ее можно рассматривать как разновидность автоматического управления. Автоматические системы управления предназначены для управления работой тех или иных процессов без непосредственного участия человека.

Управлением в широком смысле слова называется организация того или иного процесса, обеспечивающая достижение определенной цели. Управляемым процессом может быть процесс производства какого-либо продукта (например, натуральной или искусственной кожи) или изделия (например, обуви). Цель управления в этом случае заключается в создании продукта или изделия с заданными характеристиками и свойствами.

Управляемые процессы, так же как и цели управления, могут быть разнообразными. В связи с этим существует громадное разнообразие автоматических систем управления, которые классифицируются по различным признакам.

Прежде всего автоматические системы можно подразделить на два основных класса: циклические и ациклические.

Циклические (или детерминированные) автоматические системы достигают поставленной цели без всякой свободы выбора, не выходят за пределы установленной для них жесткой программы вне зависимости от условий фактического протекания процесса. В подобных системах контрольная информация или отсутствует, или имеет вспомогательное значение. Важнейшими представителями этих систем являются машины-автоматы, автоматические линии и т.п.

Ациклические (или информационные) автоматические системы функционируют на основе полученной или контрольной информации о фактическом протекании управляемых процессов. В информационной автоматической системе происходит постоянный обмен информацией между управляемым процессом (объектом) и управляющей частью системы.

Наиболее важным и чаще других встречающимся представителем автоматических систем управления в технике являются автоматические системы регулирования. Автоматическим регулированием называется изменение какого-либо параметра процесса по определенному закону без непосредственного участия человека. Параметр процесса, подлежащий регулированию, называют регулируемой величиной, а техническое устройство, в котором протекает процесс, требующий автоматического регулирования, – объектом регулирования.

Автоматическое регулирование является частным случаем автоматического управления. Управляемым процессом в этом случае является процесс изменения регулируемой величины во времени (или как функции какой-либо другой величины), а цель управления заключается в обеспечении соответствия изменения регулируемой величины определенному закону — алгоритму функционирования автоматической системы регулирования.

Возможности современной автоматики существенно расширили применение ЭВМ, особенно в кибернетических системах, предназначенных для решения задач, значительно более сложных, чем задачи, решаемые автоматическими системами регулирования. К таким задачам относятся, в частности, самонастройка и даже самоорганизация автоматических систем (адаптивных систем), обеспечение оптимального функционирования технических устройств, протекания производственных процессов и др. Например, экстремальные системы не только решают обычную задачу следования закону изменения регулируемой величины, но и автоматически ищут наиболее выгодное значение требуемой регулируемой величины, т.е. то ее значение, которое необходимо в данный момент выдерживать, чтобы при изменяющихся внешних условиях режим работы объекта регулирования был экстремальным (имел максимальный КПД, минимальный расход энергии и т.п.).

Широкое распространение получили машины (станки) с цифровым программным управлением. На базе этих машин создаются сложные автоматизированные комплексы.

Применение ЭВМ в сочетании с устройствами для получения контрольной информации о фактическом протекании технологического процесса (с обратными связями) позволяет осуществить всесторонний контроль и анализ технологического процесса и по специальным программам изменять его, настраивать на оптимальный (в определенном смысле) режим.

Существующие в настоящее время разнообразные автоматические системы представляют собой совокупность отдельных элементов, выполняющих вполне определенные функции. При этом множество самых различных по назначению, принципу действия, физической природе и устройству систем состоит из одинаковых, но выполняющих разные функции элементов. Эти элементы могут быть различными по своей физической природе (электрические, пневматические, гидравлические, оптические, акустические, механические и др.), принципу действия, конструктивному оформлению и т.п., но иметь одно и то же назначение, один и тот же функциональный признак. Классифицируя элементы по этому признаку, можно выделить некоторые из них, общие для различных автоматических систем контроля, управления и регулирования.

Обобщенная структурная схема типовой системы автоматического измерения, контроля и испытания приведена на рисунке 1.

Рис. 1. Обобщенная структурная схема системы автоматического

измерения, контроля и испытания:

Д1,…Дn – датчики физических величин; У1,… Уn – усилители сигнала с датчиков;

Ф1,…Фn – фильтры; К – коммутатор; АЦП – аналого-цифровой преобразователь;

ОЗУ – оперативное запоминающие устройство; ПЗУ – постоянное запоминающее

устройство; М – модулятор; Д – демодулятор; ПК – персональный компьютер;

ПО – программное обеспечение; ЦАП – цифро-аналоговый преобразователь;

УМ – усилитель мощности; ИЭ1-ИЭn – исполнительные элементы

Дата добавления: 2014-01-04