Автоматика негіздері

Автоматтандыру негіздері

Автоматтандыру дегеніміз – өндіріс процесстері кезінде адамның қатысуын азайтуға арналған ғылыми-техникалық прогресстің бір бағыты, нақтырақ айтатын болсақ: реттелгіш техникалық құралдар мен математикалық әдістерді өте қиын және қауіпті амалдарды орындауға қолдану.

Автоматтандыру облыстары:

• Өндірістік процесстер;
• проектілеуде;
• ұйымдастыру, жоспарлау және басқару;
• ғылыми зерттеулерде;
• бизнес процесстері;
• және адамның т.б. кызмет салаларында.

 

Автоматтандыру арқылы еңбек өнімділігін арттыруға, өнімнің сапасын арттыруға, басқару процесстерін оптимизацияландыруға, адамды денсаулыққа зиянды жұмыстардан қатыстырмауға мүмкіндік береді.

Қойылған тапсырманы автоматтандыру комплексті жүйелі түрде қарауды қажет етеді. Автоматтандыру жүйелерінің құрамына датчиктер(сенсорлар), енгізу құрылғылары, басқару қрылғылары(контроллер), орындау құрылғылары, шығару құрылғылар және компьютерлер жатады.

Есептеулерде қолданылатын кейбір әдістер адамның жүйке және ойлау  функцияларының жұмысына ұқсайды. Бұл  құрылғылар комплексін жалпы түрде жүйелер деп  атайды.

Автоматтандыру жүйелерінің  негізгі түрлері:

• Жоспарлаудың автоматтандырылған жүйесі (АСП)
• Ғылыми зерттеулердің автоматтандырылған жүйесі (АСНИ),
• Автоматтандырылған проектілеу жүйесі (САПР),
• Автоматтандырылған эксперименттік комплекс (АЭК),
• Икемделген автоматтандырылған өндіріс (ГАП)
• Технологиялық процесстерді басқарудың автоматтандырылған жүйесі (АСУ ТП),
• Пайдалануды  басқарудың автоматтандырылған жүйесі(АСУ)
• Және автоматтандырылған басқару жүйесі (САУ).

Автоматтандырылған жүйелер  дамуының негізгі тенденциясы келесі бағытты қамтыған, яғни болашақта  алдыға қойылған тапсырманы адамның  қатысуынсыз орындайтын автоматтандырылған жүйелер құру. Ал адамның жұмысы бастапқы мәліметтерді дайындау, тапсырманы орындайтын алгоритмді таңдау(шешу әдісі) және алынған нәтижені анализдеу ғана болып қалады.

Бірақ, кейбір өте қиын тапсырмалар мен процесстерде автоматтандырылған жүйенің жұмысын адам міндетті түрде  қадағалап отыру керек, мысал ретінде аралық мәліметтерді енгізеді және т.б.

Автоматтандырылған процесстер уақытты жақсы үнемдеуге мүмкіндік  береді, бірақ кейбір жағдайда стандартты емес процесстерде адамның тікелей  қатысуы абзал.

 

Классификация элементов  автоматики

 Элементы автоматики  чрезвычайно разнообразны по  выполняемым функциям, конструкции, принципу действия, характеристикам, физической природе преобразуемых сигналов и т.д.

 

1) В зависимости от  того, как элементы получают энергию,  необходимую для преобразования  входных сигналов, они делятся  на пассивные и активные.

 Пассивные элементы  автоматики – это элементы, у  которых входное воздействие  (сигнал хвх) преобразуется в  выходное воздействие (сигнал  хвых) за счёт энергии входного  сигнала (например, редуктор).

 Активные элементы  автоматики для преобразования  входного сигнала используют энергию от вспомогательного источника (например, двигатель, усилитель).

2) В зависимости от  энергии на входе и выходе  элементы автоматики подразделяются  на:

- электрические;

- гидравлические;

- пневматические;

- механические;

- комбинированные.

3) По выполняемым функциям  в системах регулирования и  управления элементы автоматики  подразделяются на:

- датчики;

- усилители;

- исполнительные устройства;

- реле;

- вычислительные элементы;

- согласующие элементы;

- вспомогательные элементы и т.д.

 

 Датчики воспринимают  поступающую на их вход информацию  об управляемой величине объекта  управления и преобразуют её  в форму, удобную для дальнейшего  использования в устройстве автоматического  управления. Большинство датчиков  преобразует входной неэлектрический сигнал хвх в выходной электрический сигнал хвых. В зависимости от вида входного неэлектрического сигнала хвх выделяют:

- датчики механических  величин (датчики перемещения,  датчики скорости, датчики ускорения  и т.д.);

- датчики тепловых величин (датчики температуры);

- датчики оптических  величин (датчики излучения) и  т.д.

 Часто применяются датчики  с двойным преобразованием сигнала,  например, входной неэлектрический  сигнал хвх сначала преобразуется  в перемещение, а затем перемещение преобразуется в выходной электрический сигнал хвых.

 Так, например, в системе автоматического  регулирования высоты полёта  самолёта, изменение барометрического  давления, возникающее при изменении  высоты полёта, преобразуется сначала  в механическое перемещение центра анероидной коробки, а затем в напряжение, измеряемое с помощью потенциометра.

 

 Усилители - это элементы  автоматики, которые осуществляют  количественное преобразование, усиление  мощности входного сигнала хвх.  В некоторых случаях одновременно  с количественным преобразованием, усилители осуществляют и качественное преобразование (например, преобразование постоянного тока в переменный, в пневматических и гидравлических усилителях осуществляется преобразование перемещения в изменение давления).

 В зависимости от вида энергии, получаемой усилителем, последние делятся на:

- электрические;

- гидравлические;

- пневматические;

- электрогидравлические;

- электропневматические.

 Наибольшее распространение  получили электрические усилители,  имеющие высокую чувствительность, большой коэффициент усиления  и удобные в эксплуатации.

 

 Исполнительные устройства  относятся к элементам автоматики, создающим управляющие воздействия  на объект управления. Они изменяют состояние или положение регулирующего органа объекта таким образом, чтобы регулируемый параметр соответствовал заданному значению. К исполнительным устройствам, создающим управляющее воздействие в виде силы или вращающего момента, относятся силовые электромагниты, электромагнитные муфты, двигатели.

 Двигатели в зависимости  от вида применяемой для работы  энергии могут быть:

- электрическими;

- гидравлическими;

- пневматическими.

 В качестве исполнительных  устройств, изменяющих состояние регулирующего органа, могут использоваться усилители или реле.

 

 Реле – это элементы  автоматики, у которых изменение  выходного сигнала (хвых) происходит  дискретно (т.е. скачкообразно)  при достижении входным сигналом (хвх) определённого значения, вызывающего срабатывание реле.

 Это значение входного  сигнала называется уровнем срабатывания  реле.

 Мощность входного  сигнала (хвх), вызывающего срабатывание  реле, значительно меньше мощности, которой реле может управлять.  Поэтому реле используется и  как усилительный, и как исполнительный элемент.

 Реле часто используются  и как автоматически управляемые  коммутаторы сигналов в многоканальных  системах сбора и передачи  данных, в которых обрабатывается  информация от десятков, сотен  и даже тысяч датчиков. Они  применяются также в системах контроля, сигнализации, блокировки и защиты.

 

 Вычислительные элементы  в устройствах автоматического  управления осуществляют математические  преобразования с поступающими  на их вход сигналами. Эти  операции осуществляются с целью  обеспечения заданного алгоритма работы системы.

 В простейшем случае  вычислительные элементы выполняют  отдельные математические операции, такие как алгебраическое суммирование, дифференцирование, интегрирование, логическое сложение, логическое  умножение и т.д.

 В замкнутых САУ  необходимо осуществлять суммирование  сигнала датчика и сигнала  обратной связи. В корректирующих  устройствах используется дифференцирование  и интегрирование сигналов. Для  выполнения этих операций главным  образом используются вычислительные элементы аналогового типа.

 В более сложных  случаях в качестве вычислительного  элемента может использоваться  микропроцессор, специализированные  и унифицированные ЭВМ цифрового  и аналогового типов или комплекс  этих машин. Такие задачи автоматического  управления, как оптимизация, создание адаптивных (приспосабливающихся) САУ, использование алгоритмов управления, основанных на вероятностных и статистических методах обработки сигналов, невозможно осуществить без применения ЭВМ.

 

 Согласующие и вспомогательные элементы включаются в устройство автоматического управления для улучшения его параметров, расширения функциональных возможностей основных элементов и т.д.

 В качестве согласующих элементов  часто используют трансформаторы, редукторы, позволяющие согласовать параметры исполнительного элемента с параметрами объекта управления.

 В системах автоматического  управления, в которых качестве  вычислительного элемента используется  микропроцессор или ЭВМ, часто  возникает необходимость согласования  ЭВМ с датчиками информации и исполнительными элементами аналогового типа, широко применяемыми в автоматике. Для этой цели на входе ЭВМ устанавливаются аналого-цифровые преобразователи (АЦП). Аналого-цифровые преобразователи преобразуют механический сигнал (перемещения, скорости и т.д.) или электрический сигнал (напряжения, силы тока, сопротивления и т.д.), получаемый от аналоговых датчиков, в дискретный кодовый сигнал, способный восприниматься ЭВМ.

 Управляющее воздействие в  таких системах получают в  дискретной форме как результат обработки в ЭВМ поступившей информации.

 Если в устройстве автоматического  управления в качестве исполнительного  элемента используются электродвигатели  постоянного или переменного  тока, электромагнитные муфты, усилители  мощности постоянного или переменного тока и т.д., то возникает потребность обратного преобразования дискретного сигнала ЭВМ в аналоговый сигнал, воспринимаемый исполнительным элементом.

 Эта задача решается с  помощью цифро-аналоговых преобразователей (ЦАП).

 Они преобразуют кодовый  сигнал, полученный от ЭВМ, в перемещение, напряжение, ток, частоту и т.д.

 

 Вспомогательные элементы автоматики  – это стабилизаторы напряжения  или тока, коммутаторы и распределители, генераторы напряжения специальной  формы («пила»), формирователи импульсов,  индикаторные и регистрирующие приборы, сигнальные и защитные устройства.

 

 Эти элементы автоматики, не  являясь принципиально необходимыми  для работы устройства автоматического  управления, в то же время позволяют  увеличить точность и стабильность  его работы, облегчают наладку и эксплуатацию, расширяют возможности использования этого устройства при создании САУ.