6. Методические указания к изучению дисциплины «интегрированные системы проектирования и управления»
Программа дисциплины состоит из введения и 4 разделов, которые разбиты на 7 тем. Ниже по каждой теме приводятся ссылки на литературу с указанием глав и параграфов или номеров страниц, в которых излагается данная тема. Номер учебника, указанный в квадратных скобках, соответствует его номеру в списке литературы. Приводятся также вопросы для самоконтроля и перечень знаний и умений, которыми должен обладать студент после теоретического изучения учебника, проработки вопросов самоконтроля и решения задач.
Введение
Литература: [1], с. 4 170;
[3], с. 5 108.
Вопросы для самопроверки
Дайте определение программно-технических средств автоматизации, укажите их значение для современной энергетики и производства.
Какова роль программных средств автоматизации в функционировании автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП)?
Должен знать: основные понятия программно-технических средств автоматизации; терминологию; назначение программного обеспечения автоматизации.
Должен уметь: отличать разновидности программного обеспечения, используемого в автоматизации.
Раздел 1. Структура автоматизированных систем управления тема 1. Общие сведения о структуре автоматизированных систем управления
Литература: [1], с. 4-25;
[2], с. 3-156;
[5], п.п. 1.1, 1.2, 1.3, 1.5.
Современная АСУ ТП (автоматизированная система управления технологическим процессом) представляет собой многоуровневую человеко-машинную систему управления.
Рис. 1.1. Пример структуры АСУ.
Упрощенная структура АСУ представлена на рис. 1.1, в зависимости от производства, от целей автоматизации структура АСУ может включать подсистемы – РСУ и ПАЗ, различные дополнительные уровни и элементы. Нижний уровень – «полевое оборудование» (объект управления, датчики, исполнительные устройства); средний – управляющие устройства, преобразователи; верхний – автоматизированные рабочие места (АРМы).
Основными видами устройств в схемах автоматизации являются датчики, управляющие устройства, исполнительные устройства.
1. Датчики.
Современные датчики могут включать следующие составляющие – измерительный преобразователь (преобразует физическую величину в электрическую), преобразователь в унифицированный сигнал (опционально), индикатор (опционально), микропроцессорную составляющую (опционально).
Датчик, сенсор (от англ. sensor) — термин систем управления, первичный преобразователь, элемент измерительного, сигнального, регулирующего или управляющего устройства системы, преобразующий контролируемую величину в удобный для использования сигнал.
Датчики являются элементом технических систем, предназначенных для измерения, сигнализации, регулирования, управления устройствами или процессами. Датчики преобразуют контролируемую величину (давление, температура, расход, концентрация, частота, скорость, перемещение, напряжение, электрический ток и т. п.) в сигнал (электрический, оптический, пневматический), удобный для измерения, передачи, преобразования, хранения и регистрации информации о состоянии объекта измерений.
2. Управляющие устройства (УУ).
В зависимости от задачи автоматизации, УУ может быть регулятор, микроконтроллер, контроллер.
Регулятор — в теории управления устройство, которое следит за работой объекта управления как системы и вырабатывает для неё управляющие сигналы. Регуляторы следят за изменением некоторых параметров объекта управления (непосредственно, либо с помощью наблюдателей) и реагируют на эти изменения с помощью некоторых алгоритмов управления в соответствии с заданным качеством управления.
3. Исполнительные устройства.
Исполнительное устройство — в кибернетике подсистема, передающая воздействие с управляющего устройства на объект управления. Управляющим устройством может быть человек, робот, регулятор или любая другая динамическая система. Входные и выходные сигналы исполнительных устройств, а также их методы воздействия на объект управления могут иметь различную природу.
Рис. 1.2. Контур простейшей следящей системы
Исполнительное устройство в контуре простейшей следящей системы: сигнал рассогласования ε (разность задающего сигнала r и сигнала обратной связи u) с помощью управляющего устройства преобразуется в сигнал управления v, который передаётся на объект управления.
Примеры исполнительных устройств:
В технике исполнительные устройства представляют собой преобразователи, превращающие входной сигнал (электрический, оптический, механический, пневматический и др.) в выходной сигнал (обычно в движение), воздействующий на объект управления. Устройства такого типа включают: электрические двигатели, электрические, пневматические или гидравлические приводы, релейные устройства, электростатические двигатели, хватающие механизмы роботов, приводы их движущихся частей, а также многие другие.