10.2. Классификация систем автоматики

Автоматические системы, используемые в строительных маши­нах и оборудовании для контроля, регулирования и управления, можно классифицировать по ряду признаков.

По характеру алгоритма управления различают системы по ра­зомкнутому и замкнутому (с обратной связью) циклам, а также ком­бинированные системы. В первом случае в системе отсутствует об­ратная связь и управление является жестким. В такой системе (рис. 10.2, а) задающий сигнал X поступает в управляющее устройство УУ, из которого сигнал управляющего воздействия УВ направляет­ся к объекту управления ОУ для получения выходных координат Y с учетом возможного воздействия сторонних помех F. При управле­нии по замкнутому циклу (рис. 10.2, б) в случае отклонения выход­ного параметра от заданного значения сигнал возвращается объек­том управления на управляющее устройство для корректировки. Та­кие системы работают с изменяемы­ми структурой и законом управле­ния. Комбинированное управление (рис. 10.2, в) характеризуется на­личием в системе обратной связи и резервного управляющего устройст­ва, подключаемого параллельно первому через элемент сравнения (анализатор). Установленные на схе­мах знаки «плюс» и «минус» харак­теризуют положительные или отри­цательные значения задающего воздействия.

Рис. 10.2. Системы автоматического управления: а — по разомкнутому циклу; б — по замкнутому циклу; в — по комбинированной схеме

Устройства обратной связи объе­диняют под понятием «регуляторы», которые различают как регуляторы

прямого (использующие энергию объекта) и непрямого (требующие дополнительного электроснабжения — усилителя) действия. В зави­симости от числа каналов обратной связи различают одноконтур­ные и многоконтурные системы. В последних всегда более одной замкнутой цепи воздействия.

По характеру применяемых сигналов различают непрерывные и дискретные (импульсные, релейные) системы.

По характеру изменения сигналов задатчика системы делят на стабилизирующие, программного управления и следящие. В стаби­лизирующих системах по поступающим постоянным сигналам вы­ходные параметры поддерживаются практически с постоянными значениями (например, стабилизация температуры двигателя). В системах программного управления сигналы из задающего устрой­ства меняются по заранее установленным законам и выходные пара­метры также изменяются во времени и пространстве. В следящих системах значения заранее неизвестны и из блока задающего уст­ройства поступают случайно изменяющиеся сигналы, измеряемые соответствующими датчиками. Эти системы, в свою очередь, делят­ся на автономные, копирные и комбинированные.

По количеству выходных параметров различают одномерные и многомерные системы.

По расположению измерительных и сигнальных устройств отно­сительно управляемого объекта и по его расположению относитель­но пульта автоматические контроль и управление разделяют на местные и дистанционные. Местный контроль и управление наи­большее распространение получили в передвижных, в том числе в строительных машинах. Дистанционный контроль и управление ис­пользуют при одновременной работе с несколькими машинами или для приближения его к месту выполнения технологических опера­ций рабочим органом машины. При этом значительно увеличивает­ся роль каналов связи, осуществляющих передачу сигналов на рас­стояние. В качестве каналов связи используются механические, гидравлические, пневматические, электрические и комбинирован­ные (смешанные) передачи.

Для лучшего усвоения материала рассмотрим блок-схемы основ­ных автоматических систем, используемых для контроля, управле­ния и регулирования.

Системы автомати-

у		ип
\"	Д а		Да,
А		У		СП

ч) ческого контроля (САК)

<ь _{а i п} I ¹ _{Ло i )Ла i i} непрямого действия. В блок-схе­ме системы автоматического кон­

работают по разомкнутому циклу и могут быть как прямого, так и

троля непрямого действия (рис. Рис. ю.з. Блок-схемы САК 10.3, а) контролируемая величина

а с объекта О, осуществляющего производственный процесс, пода­ется на датчик Д, передающий сигнал а\ дальше на усилитель У, от которого сигнал аг поступает на измерительный преобразователь ИП. При использовании в качестве конечного элемента сигнально­го преобразователя (рис. 10.3, б) система автоматического контроля усложняется. В этом случае контролируемая величина а объекта О также подается на датчик Д. Однако в дальнейшем сигнал а\ от датчика поступает в сравнивающее устройство (анализатор) А. В анализаторе происходит сравнение сигнала а\ с сигналом сп, кото­рый должен быть равен сигналу а\ в соответствии с заданным значением величины а. При несовпадении сигналов а\ и аг анализа­тор посылает сигнал А а об отклонении контролируемой величины а от заданного параметра. После прохождения усилителя У сигнал Aai поступает на сигнальный преобразователь СП. В отличие от рассмотренных схем автоматического контроля в системах прямого действия отсутствует усилитель.

По числу контролируемых величин различают единичный и множественный автоматический контроль, в одном из которых осуществляется контроль только одного параметра рабочего про­цесса и только в одном месте, а во втором — контроль нескольких параметров или одного параметра в нескольких местах при выпол­нении определенного технологического процесса. Множественный контроль, в свою очередь, делится на параллельный, последова­тельный и смешанный, представляющий сочетание из двух основ­ных. При параллельном контроле используется необходимое количество каналов, обеспечивающих контроль всех измеряемых параметров во всех местах их расположения. Последовательный контроль позволяет получить информацию от нескольких датчиков к одному сигнальному преобразователю или же датчик имеет возможность перемещаться поочередно к различным местам получения информации.

Системы автоматической защиты (САЗ) также ра­ботают по разомкнутому циклу и в большинстве случаев являются системами непрямого действия, так как для подачи звуковых и све­товых предупреждающих сигналов, а также для отключения энерго­снабжения машины или отдельных ее узлов мощность сигнала, по­лучаемого от датчика, недостаточна. В отличие от блок-схемы системы автоматического контроля здесь в конце цепи обычно ис­пользуют реле или контактор, отключающие управляющие цепи привода объекта, а также применяют параллельное включение раз­личных датчиков на один сигнальный прибор или устройство ре­лейной защиты.

Системы автоматического управления (САУ) в основном работают по разомкнутому циклу, так как не получают

информацию о действительном протекании технологического

Рис. 10.4. Блок-схема САУ процесса, и практически всегда

являются непрямого действия. В блок-схеме этого управления (рис. 10.4) задающий сигнал а поступает в управляющее устройство УУ, из которого сигнал а\ о необходимости управления объектом поступает в усилитель У. Усиленный сигнал аг поступает в исполни­тельный орган ИО, оказывающий требуемое воздействие аз на объ­ект управления ОУ.

Автоматическое управление бывает непрерывным и дискрет­ным, по количеству управляемых объектов — единичным и множе­ственным, а также местным и дистанционным. Примером местного единичного управления является работа однозубого рыхлителя по заданной программе. Дистанционное множественное управление широко используется в асфальто- и цементобетонных установках и заводах. В основном это программное управление различными тех­нологическими процессами.

Системы автоматического регулирования (САР) являются разновидностью автоматического управления и предназначены для сопоставления действительного значения пара­метров выполняемого процесса с заданным и с дальнейшим управ­лением объектом в зависимости от результатов сопоставления (т. е. управление с использованием информации о результатах управле­ния).

В соответствии с этим система автоматического регулирования осуществляет не только управление объектом, но и одновремен­ный контроль за его правильной работой. Следует также отме­тить, что в системах автоматического регулирования рассматрива­ется совместная работа регулируемого объекта и регулирующих устройств.

К регулирующим устройствам относятся автоматические регуля­торы, позволяющие без участия человека выдерживать заданные па­раметры с требуемой степенью точности. Так как автоматический регулятор воздействует на регулируемый объект, а регулируемые параметры воздействуют на регулятор, вызывая в нем требуемое управляющее воздействие, цепь воздействия оказывается замкнутой и система работает с обратной связью.

В соответствии с используемой, по характеру изменения сигна­лов задатчика, системой (стабилизирующая, программная, следя­щая) изменяется и состав автоматического регулятора. Однако в об­щем случае блок-схема практически не изменяется. Рассмотрим состав и работу блок-схемы системы автоматического регулирова­ния для ее различных видов.

Блок-схема системы автома­тического регулирования (рис. 10.5) включает в себя объект регу­лирования ОР и автоматический регулятор АР, все элементы кото­рого расположены внутри прямо­угольника, обозначенного на схе­ме пунктиром. Регулируемый параметр а поступает из объекта регулирования ОР на датчик Д, откуда сигнал а\ поступает в анали­затор А, где сопоставляется с заданным значением регулируемого параметра аг- При значительном расхождении параметров а\ и аг анализатор подает о полученной разнице сигнал Да = с в усилитель У. Усиленный сигнал сi поступает в исполнительный орган ИО, из­меняющий рассогласованный сигнал и передающий отрегулирован­ное воздействие сг на объект регулирования ОР.

При различных видах систем автоматического регулирования в них вводятся дополнительные устройства.

В стабилизирующей САР вводится задатчик 3, подающий посто­янный сигнал аг (соответствующий такому сигналу а\, который по­является в датчике Д при соразмерности регулируемого параметра а заданному постоянному значению) в анализатор А.

В программной САР сигнал аг, изменяющийся по заданному закону во времени, подается в анализатор А также от задатчика 3. Однако для перемещающихся во время работы машин, регули­руемые параметры которых изменяются по заданной функции пу­ти, сигнал задатчика связан с длиной пройденного пути, измеряемого дополнительным датчиком времени или пройденно­го пути Дг.

В следящей САР вместо задатчика используется дополнитель­ный датчик Д|, измеряющий значение внешней переменной ве­личины аг, в соответствии с которой регулируется параметр а.

Различают САР прямого и непрямого действия, непрерывные и дискретные, одно- и многоконтурные и т. д.

Наряду с вышерассмотренными, в системе автоматического ре­гулирования используется и самонастраивающая (адаптивная) сис­тема, определяющая путем автоматического поиска такое значение регулируемого параметра, которое обеспечивает наивыгоднейший режим работы регулируемого объекта при изменяющихся условиях его работы.

Рис. 10.5. Блок-схема САР

В качестве рабочих элементов в автоматических системах управ­ления, регулирования, контроля и защиты используются датчики и устройства контроля и регулирования, усилители, микропроцессо­ры и исполнительные механизмы.