Автоматического автоматического контроля

Автоматические системы, применяемые при автоматизации производственных процессов, в зависимости от характера и объема операций, выполняемых ими, можно разделить на системы автоматического контроля, автоматического регулирования, автоматического управления, следящие, автоматической защиты, адаптивные и т. д. Автоматические системы могут быть комбинированными, т. е. представлять собой совокупность нескольких систем. Например, система автоматического регулирования представляет собой совокупность систем автоматического контроля и управления. Автоматические системы могут также различаться видами применяемых в них устройств, параметрами, конструктивными решениями и т. д.

Система автоматического контроля (САК) предназначена для автоматического контроля различных физических величин (параметров), сведения о которых необходимы при управлении объектом. Всякая система состоит из элементов, узлов и устройств, выполняющих ту или иную функцию; следовательно, систему автоматического контроля можно представить схематически (рис. 1, а).

Датчик (Д) измеряет значение контролируемого параметра объекта (О) и преобразует его в сигнал, удобный для усиления или передачи. Наибольшее применение находят датчики, преобразующие неэлектрическую величину в электрическую.

Усилитель (У) — устройство, усиливающее слабый сигнал, поступающий от датчика, так, что он становится достаточным для воздействия на исполнительный элемент.

Исполнительный элемент (ИЭ) — устройство, посредством которого выполняются заключительные операции.

Элементы передачи и связи — устройства, обеспечивающие передачу сигналов от датчика до исполнительного элемента.

В состав систем автоматизации производственных процессов входят дополнительные элементы, не участвующие в преобразовании информации, а обеспечивающие данное преобразование. К ним относятся источники энергии, стабилизаторы, переключатели и др.

В зависимости от вида исполнительного элемента автоматический контроль разделяют на четыре основные группы:

• автоматическая сигнализация характерных или предельных значений параметров; сигнализирующее устройство (СУ) — это лампочки, звонок, сирена;
• автоматическое указание значений контролируемых параметров; указывающий прибор (ПУ) может быть стрелочным, цифровым;
• автоматическая регистрация значений контролируемого параметра; регистрирующее устройство (РУ) — это самописец;
• автоматическая сортировка различных изделий в зависимости от заданных значений контролируемых параметров (ПС — прибор сортирующий).

Система автоматического контроля не вмешивается в ход протекания технологического процесса.

Система автоматического регулирования

Система автоматического регулирования (САР) обеспечивает поддержание регулируемой величины (параметра) в заданных пределах или по заданному закону (рис. 1,6). Задающий элемент воспроизводит задающее воздействие, определяющее закон изменения регулируемой величины. Как правило, эта величина задается в косвенном виде. Например, температура задается значением напряжения; давление — значением натяга пружины и т. п.

На элемент сравнения (ЭС) поступает заданное значение х_З регулируемого параметра с задающего элемента (ЗЭ) и значения сигнала обратной связи х_{0. С.} с датчика (Д) обратной связи — функция фактической величины регулируемого параметра х_Ф. В элементе сравнения сопоставляется требуемое значение регулируемого параметра с действительным его значением. В результате этого сопоставления в элементе сравнения вырабатывается управляющий сигнал ∆х = х_З — х_{0. С}. Обычно этот сигнал слабый, он поступает на усилитель (У), где усиливается до значения кАх и направляется на исполнительный элемент (ИЭ). С исполнительного элемента управляющее воздействие х_Р поступает на объект регулирования и корректирует фактическое значение регулируемого параметра до заданного значения.

Система автоматического управления

Системой автоматического управления называют такую систему, в которой организация целенаправленных действий осуществляется управляющим элементом, на который подается управляющий сигнал.

Этот сигнал может подаваться вручную или автоматически, т. е. системой автоматики другого процесса. Системы могут быть разомкнутыми или замкнутыми. От управляющего (задающего) элемента (ЗЭ) (рис. 1, в) сигнал управления поступает на усилитель (У), усиливается до необходимой величины и поступает на ИЭ. С помощью исполнительного элемента происходит воздействие на объект управления таким образом, что автоматически выполняется программа изменения управляемой величины.

С помощью систем автоматического управления исключается участие человека в управлении операциями технологического процесса. Человеку остается только предварительно выработать программу действий, а иногда подать пусковой сигнал. Получив начальный импульс, система управляет в заданной последовательности ходом технологического процесса.

Следящая система

Следящая система — автоматическая система, в которой выходная величина воспроизводит с определенной точностью входную величину, характер изменения которой заранее не известен.

Следящие системы используют для различных целей. В качестве выходной величины следящей системы можно рассматривать совершенно различные физические величины. Одной из наиболее широко распространенных разновидностей следящих систем являются системы управления положением объектов. Такие системы можно рассматривать как дальнейшее развитие и усовершенствование систем дистанционной передачи угловых или линейных перемещений, в которых регулируемой величиной обычно является угол поворота объекта.

На элемент сравнения (рис. 1, г) от задающего элемента, связанного с входным валом следящей системы, поступает входная величина α_ВХ. Сюда же от объекта управления, связанного с выходным валом системы, поступает значение угла обработки а_ВЫХ. В результате сравнения этих величин на выходе элемента сравнения появляется рассогласование θ = α_ВХ — а_ВЫХ.

Сигнал рассогласования с выхода элемента сравнения поступает на преобразователь (Пр), в котором угол θ преобразуется в пропорциональное ему напряжение U₀ — сигнал ошибки.

Однако в подавляющем большинстве случаев мощность сигнала ошибки недостаточна для приведения в действие исполнительного двигателя (М). Поэтому между преобразователем и исполнительным двигателем включают усилитель, обеспечивающий необходимое усиление сигнала ошибки по мощности. Усиленное напряжение с выхода усилителя поступает на М, который приводит в действие объект управления, а перемещение а_ВЫХ последнего передается на принимающий элемент измерительной схемы, т. е. на элемент сравнения.

Адаптивная система

Адаптивная (самоприспособляющаяся) система — система автоматического управления, у которой автоматически изменяется способ функционирования управляющей части для осуществления в каком-либо смысле наилучшего управления. В зависимости от поставленной задачи и методов ее решения возможны различные законы управления, поэтому адаптивные системы разделяют на следующие виды:

• адаптивные системы функционального регулирования, где управляющее воздействие является функцией какого-либо параметра, например, подача — функция одной из составляющих силы резания, скорость резания — функция мощности;
• адаптивные системы предельного (экстремального) регулирования, которые обеспечивают поддержание предельного значения одного или нескольких параметров в объекте;
• адаптивные системы оптимального регулирования, в которых учитывается совокупность многих факторов с помощью комплексного критерия оптимальности.

В соответствии с этим критерием осуществляется изменение регулируемых параметров и величин, например, поддержание в станке режима обработки, обеспечивающего максимальную производительность и наименьшую себестоимость обработки, определяется заданием оптимальных значений параметров (скоростей сил резания, температуры и т. д.), от которых зависят производительность и себестоимость процесса обработки.