foto1
foto1
foto1
foto1
foto1

Знання - це скарб, а навчання - ключ до нього.

Навчання - світло, а не навчання тьма.

Знання за гроші не купиш.

Знання - це сила, а незнання - робоча сила?

Хорошого спеціаліста робота сама шукає.

Електротехніка

 Тема: Загальні відомості про системи і елементи автоматики

 1. Види і призначення автоматичних систем.

2. Загальні властивості елементів автоматичних систем.

1. Види і призначення автоматичних систем.

Автоматизація виробництва це етап машинного виробництва, що характеризується звільненням людини від безпосереднього виконання функцій управління виробничими процесами та передачею цих функцій технічним засобом - автоматичним пристроям і системам. В основі автоматизації виробництва лежить поняття  "управління".

Управління -  цілеспрямована дія на процес (об̓єкт), яка забезпечує оптимальний чи заданий режим його роботи. Процес управління,  з точки зору автоматичних систем, складаються з ряду елементарних операцій та етапів, які є спільними для технічних систем і систем живої природи.
Незалежно від мети, призначення, структури об̓єкта процес управління передбачає виконання таких операцій, як:
- одержання та попередня обробка інформації про фактичний стан об̓єкта, системи і навколишнього середовища;
- аналіз одержаної інформації, порівняння існуючої виробничої ситуації із даною;
- прийняття рішення про дію на  об̓єкт у певному напрямку та оцінка можливості реалізації такої дії;
- реалізація управління, тобто формування дії за допомогою відповідних технічних засобів.
Системи називаються автоматичними чи автоматизованими. Якщо людина не бере участі у формуванні управляючої дії, управління називається автоматичнимє. Людиною залишаються лише функції по обслуговуванню системи і контролю за її функціонуванням. У складних системах і ситуаціях прийняття остаточних рішень щодо управління залишається за людиною, тоді управління є автоматизованим технічні засоби забезпечують людину оперативною інформацією, але остаточне рішення, тобто етапи оцінки ситуації та формування управлінь, приймає вона сама.При здійсненні процесу управління часто доводиться спочатку  відшуковувати потрібний режим роботи, а потім його підтримувати. В окремих випадках для простих об̓єктів значення технологічних параметрів задаються наперед, тоді системи називаються системами автоматичного регулювання САР. Сучасні автоматичні та автоматизовані системи є за своєю структурою розподіленими і базуються на мережових технологій з використанням мікропроцесорних засобів.
Об̓єкт автоматизації - будь - який технологічний апарат, процес, машина, установка які підлягають автоматизації.
Сучасні системи автоматизації об̓єднуються у складні комп̓ютерно - інтегровані системи. При створенні й аналізі систем автоматизації виділяються такі структури:
- функціональну - сукупність частин для виконання окремих функцій: одержання інформації, її обробки, передачі і т.д.;
- алгоритмічну - сукупність частин для виконання певних алгоритмів обробки інформації;
- технічну - сукупність необхідних технічних засобів як відображення функціональної та алгоритмічної структур.
Основні  переваги автоматизації полягають у можливостях забезпечити:
- зростання продуктивності та поліпшення умов праці;
- виконання робіт в важкодоступних та взагалі недоступних для людини    сферах (радіоактивні зони, космос окремі види металургійного та інших виробництв);
- підвищення точності, якості технологічних процесів і відповідних виробів;
- зростання надійності та техніко - економічних показників і загальної культури виробництва та кваліфікації обслуговуючого персоналу.
Автоматизація виробництва проводиться автоматичних пристроїв, які можна класифікувати за різними ознаками. Класифікація за функціональним призначенням пристрою, згідно з якою виділяють такі автоматичні пристрої:
автоматичний контроль, автоматичну захист, автоматичний і дистанційне керування, телемеханічне керування.
Автоматичний контроль містить у собі автоматичну сигналізацію, вимір, сортування і збір інформації.
Автоматична сигналізація призначена для повідомлення обслуговуючого персоналу про граничні чи аварійні значення яких-небудь фізичних параметрів, про місце і характер порушень технологічного процесу. Сигнальними пристроями служать лампи, дзвоники, сирени, спеціальні мнемонічні покажчики й ін.
Автоматичний вимір дозволяє вимірювати і передавати на спеціальні вказівні прилади значення, що реєструються, чи фізичні величин, що характеризують технологічний процес чи роботу машин. Обслуговуючий персонал за показниками приладів судить про якість технологічного процесу чи про режим роботи машин і агрегатів.
Автоматичне сортування здійснює контроль і поділ продукції по розміру, вазі, твердості, в'язкості й іншим показникам (наприклад, сортування зерна, яєць, фруктів, картоплі і т. п.).
Автоматичний збір інформації призначений для одержання інформації про хід технологічного процесу, про якість і кількість продукції, що випускається, і для подальшої обробки, збереження і видачі інформації обслуговуючому персоналу.
Автоматичний захист являє собою сукупність технічних засобів, що при виникненні ненормальних і аварійних режимів або припиняють контрольований виробничий процес (наприклад, відключають визначені ділянки електроустановки при виникненні на них коротких замикань), або автоматично усувають ненормальні режими. Автоматичний захист тісно зв'язаний з автоматичним керуванням і сигналізацією. Вона впливає на органи керування й оповіщає обслуговуючий персонал про здійснену операцію.
Релейний захист, виконаний на основі реле, широко застосовується на електричних станціях, підстанціях, у мережах і різних електроустановках.
Пристрої автоблокування, що входять в автоматичний захист, в основному призначені для запобігання неправильних вмикань і вимикань і помилкових дій обслуговуючого персоналу; вони попереджають можливі несправності й аварії.
Керування— процес здійснення сукупності впливів, спрямованих на підтримку керованого параметра відповідно до заданого алгоритму функціонування.
Алгоритм — це розпорядження, що визначає зміст і послідовність операцій, що переводить вихідні дані в шуканий результат. Алгоритм функціонування являє собою сукупність розпоряджень, необхідних для правильного виконання технологічного процесу в якому-небудь чи пристрої сукупності пристроїв.
Керованим об'єктом називають пристрій, що безпосередньо здійснює технологічний процес, і потребує в наданні спеціально організованих впливів ззовні для виконання його алгоритму.
Дистанційне керування поєднує методи і технічні засоби керування установками і зосередженими об'єктами на відстані. Імпульси на керування (команди) подаються обслуговуючим персоналом по електричних сполучних проводах за допомогою відповідних кнопок, ключів і іншої командної апаратури.
Автоматичне керування містить у собі комплекс технічних засобів і методів по керуванню об'єктами без участі обслуговуючого персоналу: пуск і зупинку основних установок, вмикання і вимикання допоміжних пристроїв, забезпечення безаварійної роботи, дотримання необхідних значень параметрів відповідно до оптимального ходу технологічного процесу і т. д.
Сполучення комплексу технічних пристроїв з об'єктом керування називають системою автоматичного керування (САК).
Різновидом автоматичного керування є автоматичне регулювання, під яким розуміють процес автоматичної підтримки якого-небудь параметра на заданому рівні або зміна його по визначеному законі. Автоматичне регулювання здійснюється спеціальним пристроєм – автоматичним регулятором. Регулятор вимірює регульовану величину і при її відхиленні від розрахункового значення, змінює процес роботи об'єкта керування (регулювання) так, щоб виконувався заданий алгоритм функціонування. Автоматична система, що складається з регулятора й об'єкта керування, називається системою автоматичного регулювання (САР).
Телемеханіка
— область науки і техніки, що охоплює теорію і технічні засоби автоматичної передачі на відстань команд керування й інформації про стан об'єкта. Телемеханічні системи, що дозволяють об'єднати в один технологічний процес роботу великого числа машин і установок, розташованих одна від одної на значних відстанях, у залежності від призначення прийнято розділяти на системи телесигналізації, телевимірювання і телекерування.

Усі розглянуті вище поняття і системи автоматизації поєднуються в новий науково-технічний напрямок, що одержало назву технічної кібернетики.
Кібернетика — наука про цілеспрямоване керування складними системами, що розвиваються, і процесами, що вивчає загальні математичні закони керування об'єктами різної природи.
В залежності від ступеня автоматизації розрізняють ручне, автоматизоване і автоматичне керування.
При ручному керуванні всі функції управління виконує людина-оператор;
при  автоматизованому – частину функцій виконує людина, а іншу частину – автоматичні пристрої;
при автоматичному – всі функції керування виконують автоматичні пристрої.
У сучасній автоматиці системи керування розділяють на автоматизовані системи керування виробництвом (АСКВ), автоматизовані системи керування технологічними процесами (АСК ТП) і системи автоматичного керування технологічними процесами (САК ТП).
АСКВ — це людино-машинна система, що забезпечує автоматизований збір і обробку інформації, необхідної для оптимізації керування в різних сферах, головним чином в організаційно-економічній діяльності людини, наприклад, керування господарсько-плановою діяльністю галузі, підприємством, комплексом, територіальним регіоном, тобто керування системою сільськогосподарських підрозділів.
АСК ТП – це теж людино-машинна система, призначена для контролю режимів роботи, збору й обробки інформації про протікання технологічних процесів локальних виробництв. Звичайно АСК ТП охоплює окремі цехи, тваринницькі і птахівничі ферми, сховища, господарства. АСК ТП у сполученні з ЕОМ допомагає диспетчеру і керівнику підприємства оперативно знаходити рішення по оптимальному керуванню виробничим процесом, спираючи на показники окремих технологічних операцій.
САК ТП являє собою сукупність автоматичних керуючих пристроїв і керованого об'єкта, взаємодіючих один з одним без особистої участі людини.
Таким чином, САК ТП — чисто технічні пристрої, що безпосередньо виконують заданий алгоритм функціонування установок, що діють незалежно один від одного. Вони знаходяться на найнижчий сходинці ієрархічної градації систем керування, на середній сходинці знаходяться АСК ТП і на більш високій — АСКВ.
По ступеню автоматичного керування виробничими технологічними процесами розрізняють часткову, комплексну і повну автоматизацію.
Часткова автоматизація розповсюджується тільки на окремі виробничі операції або установки і не звільняє людину від участі в виробничому процесі, що суттєво полегшує його працю (прибирання гною).
Комплексна автоматизація технологічного процесу означає автоматичне виконання всього комплексу операції і установок по обробці матеріалів і їх транспортування по завчасно заданій програмі за допомогою різних автоматичних пристроїв, які об’єднані загальною системою управління. В цьому випадку функції людини зводяться до спостереження за ходом процесу, його аналізу і зміни режиму роботи автоматичних пристроїв з метою досягнення найкращих техніко-економічних показників (очищення зерна, кормоприготування).
Повна автоматизація покладає виконання функцій вибору і узгодження режимів роботи окремих машин і агрегатів як при нормальному режимі, так і в аварійних ситуаціях не на людину, а на спеціальні автоматичні пристрої. В цьому випадку всі основні і допоміжні установки можуть робити в автоматичному режимі протягом тривалого періоду без участі людини. За обслуговуючим персоналом залишаються функції періодичного огляду, профілактичного ремонту і перебудови всієї системи на новий режим роботи (система керування мікрокліматом).
За принципом дії автоматичні системи поділяються на програмні, стабілізуючі та слідкуючі.

Програмна автоматична система автоматично забезпечує зміну керованої величини за даним законом (програмою), яка складається на основі вимог технологічного процесу. Це можуть бути системи програмні керування станками, освітлення тощо.

pas
Стабілізуюча автоматична  система  забезпечує підтримання керованої величини на заданому рівні із заданою точністю.Такі системи часто називають автоматичними системами регулювання (АСР), а керовану величину-регульованою величиною.

cas

Слідкуюча автоматична система замінює керуючу величину залежно від значення невідомої раніше змінної величини на вході автоматичної системи. наприклад система спостереження за напрямком приходу радіосигналу.

sas

Класифікація автоматичних систем за характером керування.

as

Автоматична система з розімкненим колом дій - це система, в якій дії мають односторонній напрям: або від керованого об'єкта до керуючого елемента (контроль), або від керуючого елемента до керованого об'єкта (керування).
Система з розімкненим колом дій , в якій керуючі дії формуються від керованого об'єкта до керуючого елемента називається автоматична система контролю.
Система з розімкненим колом дій , в якій керуючі дії формуються від  керуючого елемента до керованого об'єкта називається автоматична система керування.
Прикладом системи контролю може бути система контролю температури теплиці, система вимірювання струму, частоти, напруги тощо. Приклад систе­ми керування -- система дистанційного і програмного вмикання і вими­кання електроприводів, водонагрівачів, освітлення приміщень тощо.
Автоматична система із замкненим колом дії - це система, в якій вхідними діями для керуючого елемента є дії зовнішні та контрольні.
Автоматична система регулювання (АРС) - система з замкне­ним колом дій, в якій керуючі дії формуються в результаті порівняння дійсного і заданого значення керованої величини. Це системи регулювання температури, вологості в інкубаторах, теплицях тощо.
Автоматична система пошуку - це система з замкненим колом дій, в якій підсумкова керуюча дія виробляється за допомогою пробних керуючих дій та аналізу результатів цих дій.
Це системи, що автоматично підтримують (максимальне чи мінімальне) значення регульованої величини (витрати палива, енергії). Система працює в режимі постійного пошуку, і на вхід її спеціальним пристроєм безперервно подаються збурюючі дії; залежно від того, як при цьому змінюється регульована величина, відповідно змінюється керуюча дія, забезпечуючи екстремальне значення керованої величини (наприклад, підтримання оптимального режиму роботи сушарки, що опалюється складною сумішшю).

Автоматизовані зйомки території


2. Загальні властивості елементів автоматичних систем.

Всяка автоматична система складається з окремих елементів (функціональних блоків), що виконують певні функції і пов'язані між собою. Це частина системи, в якій проходять якісні або кількісні зміни фізичної величини, передача перетвореної дії від попереднього до наступного елемента.
Отже, будь-яка автоматична система управління складається з окремих елементів, які пов’язані між собою.
За наявністю додаткового джерела енергії всі елементи систем автоматичного управління і контролю можна поділити на два класи: пасивні і активні. Відповідно, потужність вихідного сигналу завжди менша (на величину внутрішніх втрат) потужності вхідного сигналу. Такі елементи називаються пасивними. При наявності додаткового джерела енергії можливе перетворення вхідного сигналу малої потужності в вихідний сигнал великої потужності, тобто – підсилення потужності. Такі елементи називаються активними.
Елементи поділяють на генераторні та параметричні. В генераторних елементах відбувається безпосереднє перетворення однієї форми енергії в іншу (наприклад термопара, п’єзоелемент), а в параметричних елементах – енергія вхідної величини витрачається на зміну величини одного з параметрів елемента (R, L, C, і т.п., наприклад, термоопір, тензодавач).
За видом енергії додаткового джерела елементи можуть бути поділені на електричні, гідравлічні, пневматичні, механічні і комбіновані. Для елемента має значення форма енергії, яка діє на вході та виході.
За фізичним принципом дії елементи поділяють на: механічні, теплові, електричні, магнітні, електромагнітні, напівпровідникові, оптоелектронні, акустичні та ін.
За величиною вихідної потужності ділять на елементи: низької потужності (до 10 Вт); середньої потужності (10 ¸ 100 Вт); великої потужності (300 ¸ 1000 Вт та більше).
За характером зміни вихідної величини можна виділити такі класи елементів: неперервний, пульсуючий, цифровий, релейний.
klel

За властивістю елементи (здатність розрізняти зміни знаку або фази вхідного сигналу) поділяються на реверсні (двотактні), у яких знак (або фаза) вихідного сигналу змінюється при зміні знаку вхідного сигналу, і нереверсні (однотактні), у яких знак (або фаза) вихідного сигналу не залежить від полярності вхідного.
Якщо вхідний сигнал не залежить від вихідного, то такий елемент називають розімкнутим. Вихідний сигнал може здійснювати вплив на вхідний при частковій передачі енергії сигналу в зворотному напрямку – з виходу на вхід, тобто при наявності зворотного зв’язку між вихідними та вхідними колами. Елементи зі зворотним зв’язком називають замкненими. Зворотний зв’язок може бути позитивним або негативним.
За видом рівнянь, що описують процеси, які протікають в елементах систем, виділяють такі елементи: лінійні, лінеаризовані, нелінійні..
За функціональним призначенням елементи поділяють: сприймальний (вимірювальний) або датчик; елементи порівняння; підсилювачі; виконавчі механізми; задавачі (елементи наладки); коректуючі елементи; регулювальний орган; елементи захисту.
Сприймальні елементи (датчики) вимірюють дійсне значення керованої величини, перетворюють її в однозначну відповідну величину, зручну для порівняння з заданою величиною (завданням регулятора).
Елементи порівняння в більшості випадків вимірюють різницю сигналів між заданим значенням керованої величини і її дійсним значенням у цей час.
Задавальні елементи(задаючий елемент) формують задаючу дію, яка визначає необхідне значення керованої (контрольованої) величини, тобто це є завданням регулятора системи автоматики.
Підсилювальні елементи служить для підсилення різниці сигналів (між завданням і дійсним значенням контрольованої величини) до значення, достатнього для приведення в роботу виконавчого елемента. Підси­лювач працює за рахунок джерела енергії і може бути електричним (електронні,   релейні,   електромагнітні,   напівпровідникові тощо), гідравлічні, пневматичні з високим коефіцієнтом підсилення потужності.
Виконавчі елементи (механізми) безпосередньо діють на керований об'єкт (водокачку, сушарку тощо) з метою зміни параметрів керованої величини до заданого рівня.
Коректуючі елементи - може бути місцевий внутрішній зв'язок для покращення регулювальних властивостей системи автоматики в цілому або її окремих частин.
Регулювальний орган - це частина виконавчого елемента. Він може регулювати подачу маси, енергії до об'єкта керування за допомогою зміни пропускної здатності (продуктивності об'єкта). Застосовують вентилі, клапани, заслінки тощо.
Елементи захисту (теплові реле, автомати, запобіжники тощо) виконують захисні функції при недопустимих режимах роботи системи.
Елементи автоматики характеризують параметри: статична і динамічна характеристики.
Статична характеристика елемента автоматики - залежність між вихідною "у" та вхідною "х" величинами в усталеному режимі, тобто у=f(x). Ці характеристики бувають лінійні і нелінійні.
Динамічна характеристика - це також залежність у=f(x) але в перехідному режимі (неусталеному), коли у і х змінюються в часі.