4. Терміни і поняття дотичні до керування й автоматизації:

Кібернетика – наука про керування і зв’язки в природі й суспільстві.

Технічна кібернетика – галузь науки, що займається найбільш загальними принципами керування інформаційними потоками в технічних системах.

Зворотній зв'язок – дія результатів функціонування деякої системи на характер цього функціонування.

Від’ємний зворотній зв'язок – зворотний зв'язок, спрямований на зменшення відхилення системи від початкового стану.

Додатній зворотній зв'язок – зворотній зв'язок, спрямований на збільшення відхилення системи від початкового стану.

Автоматичний регулятор – це пристрій, який діє на технологічний процес з метою підтримання технологічного параметру на заданому рівні. Для вимірювання технологічного параметру використовується чутливий елемент.

Виконавчим механізмом називається пристрій, який керується регулятором чи дистанційно оператором і призначений для управління регулюючим органом.

Пристрій при допомозі якого регулятор (або оператор) змінює матеріальний або енергетичний потік для підтримання параметру на заданому значенні, називається регулюючим органом.

Параметр технологічного процесу, значення якого підтримується рівним до заданого, називається величиною, що регулюється.

Процес підтримання рівності величини, що регулюється, до її заданого значення називається регулюванням.

Значення величини, що регулюється, яке необхідно підтримувати на потрібному рівні, називається, заданим значенням, а виміряне значення величини, що регулюється – біжучим значенням.

Різниця між біжучим і заданим значенням величини, що регулюється називається розбалансом, небалансом, розходженням або розбіжністю.

На стан об’єкту регулювання і відповідно, на значення параметрів, що регулюються впливають різноманітні фактори, які називаються впливами. Впливи, які діють довільно і викликають відхилення параметрів, що регулюються, від заданих величин, називаються збурюючими або просто збуреннями.

Найбільш поширеними в промисловості, зокрема в теплоенергетиці, є стабілізуючі автоматичні регулятори безперервної дії з імпульсним (релейним) вихідним сигналом, які реагують на відхилення величини, що регулюється, і які використовують для дії на виконавчий механізм електричну енергію або енергію стиснутого повітря.

Завданням стабілізуючих САР є компенсація впливу збурень на об’єкт регулювання, яка досягається цілеспрямованими змінами регулюючих дій.

Структурна схема регулятора має такий вигляд:

До складу такого регулятора звичайно входять: 1- Первинний (передаючий) вимірювальний перетворювач (ПВП), 2- Задаючий пристрій (ЗД), 3- Суматор (С), 4- Вимірювальний блок (ВБ), 5- Регулюючий блок або просто регулятор (Р), 6- Виконавчий механізм (ВМ), 7- Пристрій коректуючого зворотнього зв’язку (ЗЗ), сигнал від якого може подаватися в різні місця схеми.

Для прикладу розглянемо принципову схему автоматичного регулювання тиску газу в ємності з допомогою пропорційного регулятора (П - регулятора) прямої дії:

На схемі застосовані такі позначення: 1 - Мембранний пристрій з пружиною або мемебранно-пружинний механізм; 2 - РО - регулюючий клапан; 3 - Об’єкт регулювання (ОР) - газова ємність; 4 - Манометр.

В даній САР тиску газу чутливим елементом служить мембрана, яка при зміні тиску в ОР – ємності 3 прогинається на деяку величину.

Для контролю величини розбалансу, тобто порівняння або співставлення за величиною і знаком біжучого та заданого значень величини, що регулюється (тиску газу в ємкості), служить елемент порівняння – мембранний пристрій 1 з пружиною. При рівності біжучого Р і заданого Р_зд значень тисків в об’єкті зусилля, які діють на мембрану зверху і знизу, рівні. При цьому притікання Q_пр газу і витікання Q_в також рівні між собою. При відхиленні тиску газу в ємності від заданого значення мембрана змінює ступінь стискання пружини, що приводить до переміщення регулюючого клапану 2. Це переміщення змінює прохідний переріз регулюючого органу, а відповідно, притікання газу в ємність. При сталій витраті газу з ємності це приводить до відновлення початкового тиску в резервуарі. Візуальний контроль за значенням тиску здійснюється з допомогою манометра 3.

Збуреннями в даній системі можуть бути, як зміна притікання Q_пр , так і витікання Q_в газу, а регулюючою дією лише зміна притікання Q_пр.

Робота будь-якого з описаних пристроїв чи систем автоматизації неможлива без давачів або первинних вимірювальних перетворювачів автоматики.

Первинним вимірювальним перетворювачем (ПВП) називають спеціальний пристрій, який призначений для перетворення величин, що контролюються або регулюються, в електричний або інший (пневматичний, механічний, гідравлічний) вихідний сигнал. Він служить для отримання первинної інформації про стан процесу. Основним елементом ПВП є елемент, який сприймає величину, що контролюється чи регулюється. Він називається чутливим елементом. За фізичним принципом давачі або ПВП можуть бути електричні, механічні, акустичні і т.д. Найбільшого поширення в системах автоматики, які застосовуються в теплоенергетиці, набули давачі, що перетворюють неелектричні величини в електричні сигнали.

Давачі можуть класифікуватися за призначенням залежно від вхідної величини, яку вимірюють чи регулюють, наприклад – переміщення (лінійні і кутові), температури, тиску, кількості та витрати тощо. Для вимірювання одного і того самого параметру можуть застосовуватися давачі, які базуються на різних принципах дії. Цей принцип дії визначається їх вихідною величиною, яка може бути електричною, механічною, пневматичною, гідравлічною.

Давачі з електричним вихідним сигналом за способом подання інформації є двох типів:

1. Давачі з безперервними вихідними сигналами - в яких сигнал (напруга, сила струму, частота) зв’язаний з величиною, що вимірюється безперервною функціональною залежністю. В цьому випадку мірою величини, що виміряється, служить величина вихідного сигналу, яка може набувати нескінченне число значень;

2. Давачі з дискретними вихідними сигналами - в яких при плавній зміні величини, що вимірюється вихідний сигнал змінюється стрибком на деяку величину. Рівень вихідного сигналу може набувати обмежене число значень.

Розглянемо давач або первинний вимірювальний перетворювач як об’єкт, на вхід якого подається величина Х (вхідний сигнал), а на виході формується величина Y (вихідний сигнал). Структурна схема такого об’єкту має вигляд:

Відмінність динамічних характеристик давачів з безперервним і дискретним вихідними сигналами ілюструється з допомогою графіків:

Важливою характеристикою давача є його чутливість S, яка дорівнює границі відношення приросту вихідної величини ∆Y до приросту його вхідної величини ∆Х при прямуванні ∆Х→ 0, тобто

;

Статична характеристика давача демонструє залежність зміни вихідної величини Y від зміни Х у стаціонарному режимі:

1. пропорційна - S= const (чутливість стала);

2. лінійна - S= const (чутливість стала);

3. нелінійна - S= υar (чутливість змінна);

Для вимірювання значення параметрів і автоматизації технологічних процесів давачі повинні мати пропорційну 1 або лінійну 2 статичні характеристики, тобто повинна забезпечуватися лінійна залежність між вхідною та вихідною величинами і сталість чутливості S у всьому діапазоні роюоти ПВП. Інерційність давача – це величина, яка характеризує його динамічні властивості і показує наскільки швидко вихідна величина Y давача починає відповідати вхідній величині Х. Також однією з характеристик інерційності є час запізнення – τ_з.