2. Принципы построения автоматических систем

2.1. Основные понятия и определения

Из основных наиболее встречающиеся терминов можно выделить те, из которых производными являются большая часть остальных (cм. термины и определения по ГОСТ 17194-71. Автоматизированные системы управления технологическими процессами.).

Автоматика – отрасль науки и техники, исследующая и применяющая теорию построения автоматических систем и технические средства образующие эти автоматические системы. Автоматика объединяет комплекс прикладных научно-технических дисциплин, среди которых основными являются теория технических средств (элементов) автоматики и теория автоматического управления. Отличительной особенностью автоматики как научной дисциплины является выявление и практическое использование общих закономерностей, характеризующих работу автоматических систем различной физической природы – электрических, механических, пневматических, гидравлических и т. п.

Алгоритмом называют совокупность предписаний, устанавливающих конечную последовательность точно определенных действий, выполнение которых приводит к конечному результату. В автоматике термин «алгоритм» используют, чаще всего, в сочетании со словами «функционирование» и «управление».

Алгоритм функционирования – это совокупность предписаний, ведущих к правильному выполнению технического процесса в каком-либо устройстве или в совокупности устройств (системе). Например, алгоритм функционирования генератора переменного тока, предназначенного для преобразования тепловой энергии в электрическую, часто формулируется в виде:

обеспечение постоянства параметров напряжения U и частоты f , т.е. U = const и f = const.

Объект управления (ОУ) – устройство (совокупность устройств), осуществляющих технический процесс, которое нуждается в специально организованных воздействиях извне для обеспечения его алгоритма функционирования.

Алгоритм управления – это совокупность предписаний, определяющих характер воздействий на ОУ с целью обеспечения его алгоритма функционирования.

Управление – процесс выполнения воздействий на ОУ в соответствии с алгоритмом управления.

Система автоматического управления (САУ) – совокупность объекта управления (нескольких объектов) и автоматического управляющего устройства (нескольких устройств), взаимодействующих между собой с целью обеспечения заданного алгоритма функционирования ОУ.

Техническое устройство, выполняющее операции управления называется автоматическим устройством.

Устройство считается автоматическим если основные функции управления осуществляются без участия человека.

САУ является кибернетической системой в соответствии с определением кибернетики: кибернетика- наука об управлении, передаче и переработке информации.

Частным случаем автоматического управления является автоматическое регулирование (АР) – изменение каких-либо физических величин без непосредственного участия человека. Система, в которой осуществляется автоматическое регулирование физических величин, называется системой автоматического регулирования (САР).

Физическая величина, подлежащая регулированию, называется регулируемой величиной. Агрегат, где происходит регулирование, называется объектом регулирования (ОР).

Системы автоматики предназначены для получения информации о ходе управляемого процесса, ее обработки и использования при формировании управляющих воздействий на процесс.

ТАУ – инженерная дисциплина, изучающая принципы построения и методы расчета систем автоматического управления.

Функциональная схема – схема, разъясняющая определенные процессы, протекающие в отдельных функциональных цепях изделия (установки) или в изделии (установке) в целом. Функциональными схемами пользуются для изучения принципов работы изделий (установок), а также при их наладке, регулировке, контроле и ремонте.

Структурная схема системы автоматического управления – графическое изображение структуры системы автоматического управления (части системы автоматического управления). Структурные схемы в автоматике используются для отражения взаимодействия динамических звеньев, т.е. представляют собой математические модели системы автоматического управления.

Принципиальная (полная) схема – схема, определяющая полный состав, в элементов и связей между ними и как правило, дающая детальное представление о принципах работы изделия (установки). Принципиальные (полные) схемы служат основанием для разработки других конструктивных документов, например схем соединений (монтажных) и чертежей; пользуются ими для изучения принципов работы изделий (установок) а также при их наладке, регулировке и ремонте.

Примечание. Если в состав изделия (установки) входят устройства, имеющие собственные принципиальные (полные) схемы, то такие устройства в схеме изделия (установки) следует рассматривать как элементы. В этом случае детальный принцип работы изделия (установки) определяется совокупностью его принципиальной (полной) схемы и принципиальных (полных) схем этих устройств.

Функциональные элементы системы автоматического управления будем обозначать прямоугольниками, а сигналы, поступающие на эти элементы – стрелками. Сигналами мы будем называть физические процессы, параметры которых содержат информацию. Например, в телефонной связи при помощи электрических сигналов передаются звуки разговора, в телевидении – изображение.

Параметры, содержащие информацию, называются информационными параметрами. Например, сигнал – электрическое напряжение, информационный параметр – амплитуда сигнала.

Сигнал называется аналоговым, если его информационные параметры могут принимать любые значения в заданном промежутке.

Сигнал называется дискретным, если его информационные параметры принимают только дискретные значения (конечное множество).

В зависимости от назначения различают следующие автоматические системы.

Системы автоматической сигнализации предназначены для извещения обслуживающего персонала о состоянии той или иной технической установки, о протекании того или иного процесса.

Системы автоматического контроля осуществляют без участия человека контроль различных параметров и величин, характеризующих работу какого-либо технического агрегата или протекание какого-либо процесса.

Системы автоматической блокировки и защиты служат для предотвращения возникновения аварийных ситуаций в технических агрегатах и установках.

Системы автоматического пуска и остановки обеспечивают включение, остановку (а иногда и реверс) различных двигателей и приводов по заранее заданной программе.