Автоматиката е клон на науката и технологиите, обхващащ теорията и принципите на конструиране
системи за управление на технически обекти и процеси, работещи без пряко човешко участие.
Технически обект (машина, двигател, самолет, производствена линия, автоматизирана секция, работилница и т.н.), изискващи автоматично или автоматизирано
управление, се нарича обект на управление (CO) или обект на технически контрол
(ТУ).
Комбинацията от операционен усилвател и устройство за автоматично управление се нарича система
автоматично управление (ACS) или автоматизирана система за управление (ACS).
По-долу са най-често използваните термини и техните определения:
елемент - най-простият компонент на устройства, инструменти и други средства, в който
извършва се една трансформация на произволно количество (по-късно ще дадем повече).
точно определение)
монтаж - част от устройство, състоящо се от няколко по-прости елемента (части);
конвертор - устройство, което преобразува един вид сигнал в друг по форма или вид
енергия;
устройство - съвкупност от определен брой елементи, свързани помежду си
подходящо, служещи за обработка на информация;
устройство - общо имеширок клас устройства, предназначени за измервания,
производствен контрол, калкулации, счетоводство, продажби и др.;
блок - част от устройството, която е колекция от функционално комбинирани
елементи.
събиране на информация за текущо състояниетехнологичен обект
управление (ОУ);
определяне на критерии за качество на работа на ОС;
намиране на оптимален режим на работа на оп-усилвателя и оптимален
контролни действия, осигуряващи екстремума на критериите
качество;
прилагане на намерения оптимален режим на операционния усилвател.
Тези функции могат да се изпълняват от персонал по поддръжката или от TCA.
Има четири вида системи за управление (CS):
информационни;
автоматично управление;
централизиран контрол и регулиране;
автоматизирани системи за контрол на процесите. В самоходните оръдия всички функции се изпълняват автоматично
използвайки подходящи технически
средства.
Функциите на оператора включват:
- техническа диагностика на състоянието на самоходните оръдия и
възстановяване на повредени системни елементи;
- коригиране на регулаторни закони;
- смяна на задачата;
- преминаване към ръчно управление;
- поддръжка на оборудването. OPU - операторски контролен център;
D - сензор;
NP - нормализиращ преобразувател;
KP - кодиране и декодиране
конвертори;
CR - централни регулатори;
MP - многоканален инструмент
регистрация (печат);
C - алармено устройство
предавариен режим;
MPP - многоканално показване
устройства (дисплеи);
MS - мнемосхема;
IM - изпълнителен механизъм;
RO - регулаторен орган;
К – контролер. Автоматизирани системи за управление на процесите
процеси (ACSTP) е машинна система, в която TSA
получаване на информация за състоянието на обектите,
изчисляване на критерии за качество, намиране на оптимални настройки
управление.
Функциите на оператора се свеждат до анализиране на получената информация и
изпълнение с помощта на локални автоматизирани системи за управление или дистанционно
Управление на РО.
Разграничете следните видове APCS:
- централизирана автоматизирана система за управление на процесите (всички функции за обработка на информация и
управлението се извършва от един компютър;
- надзорна автоматизирана система за управление (има изградени редица локални автоматизирани системи за управление
TCA база данни за индивидуална употреба и централна
компютър, който има информационна линия за комуникация с
локални системи);
- разпределена система за управление на процеси - характеризира се с разделяне на функциите
контрол на обработката на информация и управление между няколко
географски разпределени обекти и компютри. Типичните инструменти за автоматизация могат
бъди:
-технически;
-хардуер;
- софтуер и хардуер;
- за цялата система. РАЗПРЕДЕЛЕНИЕ НА TAS ПО НИВА НА ЙЕРАРХИЯТА НА ACS
Информационни и контролни изчислителни системи (IUCC)
Централизирани системи за управление на информацията (CIUS)
Местни информационни системи за управление (LIUS)
Уреди за регулиране и контрол (RU и CU)
Вторичен
конвертор (VP)
Първичен конвертор (PC)
Чувствителен елемент (SE)
Изпълнителен директор
механизъм (IM)
работник
орган (Рума)
Операционен усилвател ИУВК: LAN, сървъри, ERP, MES системи. Тук се реализират всички цели на автоматизираните системи за управление,
калкулират се себестойността на продукцията и производствените разходи.
CIUS: индустриални компютри, контролни панели, управление
комплекси, системи за защита и сигнализация.
LIUS: индустриални контролери, интелигентни контролери.
РУ и блок за управление: микроконтролери, регулатори, регулиране и сигнализация
устройства.
VP: показване, записване (волтметри, амперметри,
потенциометри, мостове), интегриращи броячи.
IM: двигател, скоростна кутия, електромагнити, електромагнитни съединители и др.
SE: сензори за термични технологични параметри, движение, скорост,
ускорение.
RO: механично устройство, промяна на количеството на веществото или
енергия, подадена към операционния усилвател и носеща информация за управлението
влияние. RO може да бъде клапани, амортисьори, нагреватели, порти,
клапани, клапи.
OU: механизъм, единица, процес. Техническото оборудване за автоматизация (TAA) включва:
сензори;
задвижващи механизми;
регулаторни органи (RO);
комуникационни линии;
вторични инструменти (показващи и записващи);
аналогови и цифрови контролни устройства;
блокове за програмиране;
логико-командни управляващи устройства;
модули за събиране и първична обработка на данни и мониторинг на състоянието
обект на технологичен контрол (ТОУ);
модули за галванична изолация и нормализиране на сигнала;
преобразуватели на сигнали от една форма в друга;
модули за представяне на данни, индикация, запис и генериране на сигнали
управление;
буферни устройства за съхранение;
програмируеми таймери;
специализирани изчислителни устройства, устройства за предварителна обработка
подготовка. Инструментите за автоматизация на софтуера и хардуера включват:
аналогово-цифрови и цифрово-аналогови преобразуватели;
контролни средства;
многоконтурни, аналогови и аналогово-цифрови управляващи блокове;
Устройства за програмно логическо управление с множество връзки;
програмируеми микроконтролери;
локални мрежи.
Средствата за автоматизация на цялата система включват:
интерфейсни устройства и комуникационни адаптери;
блокове споделена памет;
магистрали (автобуси);
Уреди за обща системна диагностика;
Процесори с директен достъп за съхраняване на информация;
операторски конзоли. В автоматичните системи за управление като
сигналите обикновено се използват електрически и
механични величини (например постоянен ток,
напрежение, налягане на сгъстен газ или течност,
сила и т.н.), тъй като те го правят лесно
извършва трансформация, сравнение, прехвърляне към
разстояние и съхранение на информация. В някои случаи
сигналите възникват директно в резултат
процеси, протичащи по време на управление (промени
ток, напрежение, температура, налягане, наличност
механични движения и др.), в други случаи
те се произвеждат от чувствителни елементи
или сензори. Елемент на автоматизация се нарича най-простият структурно завършен в
функционално, клетка (устройство, верига), която изпълнява определена
независима функция на преобразуване на сигнала (информация) в системите
автоматично управление:
трансформация на контролираната величина в сигнал, функционално свързан с
информация за това количество (чувствителни елементи, сензори);
преобразуване на сигнал от един вид енергия в сигнал от друг вид енергия: електрическа
към неелектрически, неелектрически към електрически, неелектрически към неелектрически
(електромеханични, термоелектрически, електропневматични, фотоелектрически и
други конвертори);
преобразуване на сигнала въз основа на енергийната стойност (усилватели);
преобразуване на сигнала по тип, т.е. непрекъснато към дискретно или обратно
(аналогово-цифрови, цифрово-аналогови и други преобразуватели);
преобразуване на сигнала според неговата форма, т.е. сигнал DCкъм AC сигнал
и обратно (модулатори, демодулатори);
функционално преобразуване на сигнала (елементи за броене и вземане на решения, функционални
елементи);
сравнение на сигнали и създаване на команден контролен сигнал (елементи за сравнение,
нулеви органи);
изпълнение логически операциисъс сигнали (логически елементи);
разпределение на сигнали по различни вериги (разпределители, превключватели);
съхранение на сигнали (елементи на паметта, устройства);
използване на сигнали за въздействие върху контролирания процес (изпълнител
елементи). Комплекси от различни технически устройства и елементи, включени в системата
управление и свързани чрез електрически, механични и други връзки, към
чертежите са изобразени под формата на различни диаграми:
електрически, хидравлични, пневматични и кинематични.
Диаграмата служи за получаване на концентрирана и доста пълна представа за
състав и връзки на всяко устройство или система.
Според Единна системапроектна документация (ESKD) и GOST 2.701 електрически
диаграмите са разделени на структурни, функционални, схематични (пълни), диаграми
връзки (инсталация), връзки, общи, локационни и комбинирани.
Блоковата схема служи за определяне на функционалните части, тяхното предназначение и
отношения.
Функционалната схема има за цел да определи характера на протичащите процеси
в отделни функционални вериги или инсталацията като цяло.
Схематична диаграма, показваща пълния състав на елементите на инсталацията като цяло и всички
връзките между тях, дава основна представа за принципите на действие на съотв
инсталации.
Електрическата схема илюстрира свързването на компонентите на инсталацията, използвайки
жици, кабели, тръбопроводи.
Схемата на свързване показва външните връзки на инсталацията или продукта.
Общата схема служи за определяне на компонентите на комплекса и начина на свързването им
на мястото на операцията.
Комбинираната схема включва няколко схеми различни видовеза по-голяма яснота
разкриване на съдържанието и връзките на инсталационните елементи. Нека означим с y(t) функцията, която описва промяната във времето на регулируемото
количества, т.е. y(t) е контролирана величина.
Нека с g(t) означим функцията, характеризираща търсения закон на неговото изменение.
Величината g(t) ще се нарича еталонно влияние.
Тогава основната задача на автоматичното регулиране се свежда до осигуряване на равенство
y(t)=g(t). Контролираната стойност y(t) се измерва с помощта на сензор D и се изпраща на
елемент на сравнение (ES).
Същият елемент за сравнение получава еталонно влияние g(t) от еталонния сензор (DS).
В ES, количествата g(t) и y(t) се сравняват, т.е. y (t) се изважда от g(t). На изхода на ES
генерира се сигнал, равен на отклонението на контролираното количество от зададената стойност, т.е. грешка
∆ = g(t) – y(t). Този сигнал се подава към усилвателя (U) и след това към изпълнителния блок
елемент (ИЕ), който оказва регулиращо въздействие върху обекта на регулиране
(ИЛИ). Този ефект ще се промени, докато контролираната променлива y (t)
ще бъде равно на дадения g(t).
Обектът на регулиране постоянно се влияе от различни смущаващи влияния:
натоварване на обекта, външни фактори и др.
Тези смущаващи влияния са склонни да променят стойността y(t).
Но ACS постоянно определя отклонението на y(t) от g(t) и генерира контролен сигнал,
стремейки се да намалят това отклонение до нула. Според изпълняваните функции основните елементи
системите за автоматизация са разделени на сензори, усилватели, стабилизатори,
релета, разпределители, двигатели и други компоненти (генератори
импулси, логически елементи, токоизправители и др.).
По пол физически процеси, използвани в основата
устройства, елементите за автоматизация са разделени на електрически,
феромагнитна, електротермична, електрическа машина,
радиоактивни, електронни, йонни и др. Сензор (измервателен преобразувател, чувствителен елемент) -
устройство, предназначено да позволява получаване на информация
към неговия вход под формата на някаква физическа величина, функционално
преобразувайте в друга физическа величина на изхода, по-удобно
да повлияе на следващите елементи (блокове). Усилвател - елемент на автоматизация, който извършва
количествена трансформация (най-често усилване)
физическо количество, пристигащо на неговия вход (ток,
мощност, напрежение, налягане и др.). Стабилизатор - елемент на автоматизация, който осигурява последователност
изходно количество y, когато входното количество x варира в определени граници
граници.
Релето е елемент за автоматизация, в който при достигане на входната стойност,
X определена стойностизходното количество y се променя рязко. Разпределител (стъпков търсач) - елемент
автоматизация, която изпълнява алтернативни връзки
с еднакъв размер към няколко вериги.
Актуатори - електромагнити с прибиращ се
и ротационни котви, електромагнитни съединители, както и
електродвигатели, свързани с електромеханичните
изпълнителни елементи на автоматични устройства.
Електрическият двигател е устройство, което осигурява
трансформация електрическа енергияв механични и
преодоляване на значителни механични
съпротивление от движещи се устройства. ОБЩА ХАРАКТЕРИСТИКА НА ЕЛЕМЕНТИТЕ ЗА АВТОМАТИЗАЦИЯ
Основни понятия и определения
Всеки от елементите се характеризира с някои свойства, които
определени от съответните характеристики. Някои от тези
характеристиките са общи за повечето елементи.
Начало обща характеристикаелементи е коеф
преобразуване (или коефициент на предаване, който е
съотношението на изходната стойност на елемента y към входната стойност x, или
съотношението на приращението на изходната стойност ∆у или dy към приращението
входна стойност ∆х или dx.
В първия случай K=y/x се нарича статичен коефициент
трансформация, а във втория случай K" = ∆у/∆х≈ dy/dx за ∆х →0 -
динамичен коефициент на преобразуване.
Връзката между стойностите на x и y се определя от функционала
пристрастяване; стойностите на коефициентите K и K" зависят от формата
характеристики на елемента или вида на функцията y = f (x), както и върху факта, че когато
какви стойности на количествата се изчисляват K и K". В повечето случаи
изходната стойност се променя пропорционално на входа и
коефициентите на преобразуване са равни помежду си, т.е. K = K" = const. Количество, представляващо съотношението на относителния прираст
изходна стойност ∆у/у спрямо относителното нарастване на входната стойност
∆x/x се нарича относителен коефициент на преобразуване η∆.
Например, ако промяна от 2% във входящото количество причини промяна
изходна стойност при
3%, тогава относителният коефициент на преобразуване η∆ = 1,5.
Във връзка с различни елементиавтоматични коефициенти
трансформации K", K, η∆ и η имат определен физически смисъли твоето
Име. Например, по отношение на датчик, коеф
трансформацията се нарича чувствителност (статична, динамична,
роднина); желателно е да е възможно най-голям. За
усилватели, коефициентът на преобразуване обикновено се нарича коефициент
усилване; желателно е да е възможно най-голям. За
повечето усилватели (включително електрически) стойности x и y
са хомогенни и следователно печалбата представлява
е безразмерна величина. Когато елементите работят, изходната стойност y може да се отклонява от изискваната
стойности поради промени във вътрешните им свойства (износване, стареене на материали и
и т.н.) или поради промени външни фактори(колебания на захранващото напрежение,
температура на околната среда и др.), докато характеристиките се променят
елемент (крива у" на фиг. 2.1). Това отклонение се нарича грешка, която
могат да бъдат абсолютни и относителни.
Абсолютна грешка (грешка) е разликата между получените
стойността на изходната величина y" и нейната изчислена (желана) стойност ∆у = y" - y.
Относителната грешка е отношението на абсолютната грешка ∆у към
номиналната (изчислената) стойност на изходната величина y. Процент
относителната грешка се определя като γ = ∆ y 100/y.
В зависимост от причините, предизвикващи отклонението, има температура,
честота, ток и други грешки.
Понякога те използват дадената грешка, което означава
съотношение на абсолютната грешка към най-висока стойностизходна стойност.
Процент на дадена грешка
γpriv = ∆y 100/уmax
Ако абсолютна грешкае константа, тогава намалената грешка също е
е постоянен.
Грешката, причинена от промени в характеристиките на елемента с течение на времето,
наречена нестабилност на елемента. Прагът на чувствителност е минималният
количеството на входа на елемент, което причинява промяна
изходна стойност (т.е. надеждно открита чрез
на този сензор). Поява на прага на чувствителност
причиняват външни и вътрешни фактори (триене,
обратна реакция, хистерезис, вътрешен шум, смущения и др.).
При наличие на релейни свойства, характеристиката на елемента
може да стане обратимо. В този случай тя
също има праг и зона на чувствителност
нечувствителност. Динамичен режим на работа на елементите.
Динамичният режим е процес на преход на елементи и системи от едно
стационарно състояние към друго, т.е. такова условие за тяхната работа, когато входната величина x, и
следователно изходното количество y се променя с времето. Процесът на промяна на стойностите на x и y
започва от определено прагово време t = tп и може да протича в инерционно и
безинерционни режими.
При наличие на инерция има забавяне в промяната на y спрямо промяната
X. След това, с рязка промяна на входната стойност от 0 до x0, изходната стойност y достига
стационарно състояние Не веднага, а след период от време, през който
преходен процес. В този случай преходният процес може да бъде апериодичен (неколебателен) затихващ или осцилаторно затихващ Време tst (време на установяване) по време
при която изходната стойност y достига стойност в стационарно състояние, зависи от инерцията
елемент, характеризиращ се с времева константа T.
В най-простия случай стойността на y се определя според експоненциалния закон:
където T е времеконстантата на елемента, в зависимост от параметрите, свързани с неговата инерция.
Установяването на изходната стойност y отнема повече време, толкова по-дълго повече стойност T. Времето за установяване tyct се избира в зависимост от необходимата точност на измерване на сензора и е
обикновено (3... 5) Т, което дава грешка в динамичен режим не повече от 5... 1%. Степен на приближение ∆у
обикновено се определя и в повечето случаи варира от 1 до 10% от стойността в стационарно състояние.
Разликата между стойностите на изходното количество в динамичен и статичен режим се нарича динамична грешка. Желателно е да е възможно най-малък. В електромеханичните и електрическите машинни елементи инерцията се определя главно от механиката
инерция на движещи се и въртящи се части. Инерция в електрическите елементи
определени от електромагнитна инерция или други подобни фактори. Инерция
може да доведе до нарушаване на стабилната работа на елемент или системата като цяло.
Въпрос 1 Основни понятия и дефиниции на A&C
Автоматизация- едно от направленията на научно-техническия прогрес, използващо саморегулиращи се технически средства и математически методис цел освобождаване на дадено лице от участие в процесите на получаване, преобразуване, пренос и използване на енергия, материали или информация или значително намаляване на степента на това участие или сложността на извършваните операции. Автоматизацията позволява да се повиши производителността на труда, да се подобри качеството на продуктите, да се оптимизират процесите на управление и да се отстранят хората от производствените процеси, които са опасни за здравето. Автоматизацията, с изключение на най-простите случаи, изисква сложни, систематичен подходза решаване на проблема. Системите за автоматизация включват сензори (сензори), входни устройства, управляващи устройства (контролери), задвижващи механизми, изходни устройства и компютри. Използваните изчислителни методи понякога копират нервните и умствените функции на хората. Целият този комплекс от инструменти обикновено се нарича системи за автоматизация и управление.
Всички системи за автоматизация и управление се основават на такива понятия като обект на управление, комуникационно устройство с обект на управление, управление и регулиране на технологични параметри, измерване и преобразуване на сигнали.
Обектът на управление се разбира като технологично устройство или набор от тях, в които се извършват (или с помощта на които се извършват) стандартни технологични операции на смесване, разделяне или тяхното взаимно комбиниране с прости операции. Такъв технологичен апарат, заедно с технологичния процес, който протича в него и за който е разработена система за автоматично управление, се нарича обект на управление или обект на автоматизация. От набора от входни и изходни величини на контролиран обект могат да се разграничат контролирани величини, управляващи и смущаващи въздействия и смущения. Контролирано количествое изходна физическа величина или параметър на контролиран обект, който по време на работа на обекта трябва да се поддържа на определено определено ниво или да се променя според даден закон. Контролно действиее материален или енергиен входен поток, чрез промяна на който е възможно контролираното количество да се поддържа на дадено ниво или да се променя по даден закон. Автоматично устройство или регулатор е техническо устройство, което позволява без човешка намеса да поддържа стойността на технологичен параметър или да го променя според даден закон. Устройството за автоматично управление включва комплекс технически средства, изпълняващ определени функции в системата за автоматично управление включва: Чувствителен елемент или сензор, който служи за преобразуване на изходната стойност на контролирания обект в пропорционален електрически или пневматичен сигнал, Елемент за сравнение- да се определи големината на несъответствието между текущите и зададените стойности на изходното количество. Елемент за настройкаслужи за задаване на стойността на параметъра на процеса, която трябва да се поддържа на постоянно ниво. Усилвателно-преобразуващелементът служи за генериране на регулиращо действие в зависимост от големината и знака на несъответствието поради външен източникенергия. Изпълнителен елементслужи за осъществяване на регулиращо въздействие. произведени от UPE. Регулиращ елемент– за смяна на материал или енергиен потокза да се поддържа изходната стойност на дадено ниво. В практиката на автоматизациятаПо време на производствените процеси системите за автоматично управление са оборудвани със стандартни общопромишлени устройства, които изпълняват функциите на горните елементи. Основният елемент на такива системи е компютър, получаване на информация от аналогови и дискретни сензори за параметрите на процеса. Същата информация може да бъде изпратена до аналогови или цифрови устройства за представяне на информация (вторични устройства). Операторът на процеса има достъп до тази машина с помощта на дистанционно управление, за да въведе информация, която не е получена от автоматични сензори, заявканеобходимата информация
и съвети за управление на процеса. Работата на автоматизираната система за управление се основава на получаване и обработка на информация.
Основни видове системи за автоматизация и управление:
· автоматизирана система за планиране (APS),
· автоматизирана система за научни изследвания (ASNI),
· система за автоматизирано проектиране (CAD),
· автоматизиран експериментален комплекс (АЕК),
· гъвкаво автоматизирано производство (GAP) и автоматизирана система за контрол на процесите (APCS),
· автоматизирана система за управление на работата (ACS)
· автоматична система за управление (ACS).
Въпрос 2 Състав на технически средства за автоматизация и управление на автоматизирани системи за управление.
Техническите средства за автоматизация и управление са устройства и инструменти, които могат да бъдат сами средства за автоматизация или да бъдат част от хардуерен и софтуерен комплекс.
Техническите средства за автоматизация и управление включват:
− сензори;
− изпълнителни механизми;
− регулаторни органи (RO);
− комуникационни линии;
− вторични инструменти (показващи и записващи);
− аналогови и цифрови устройства за управление;
− програмни блокове;
− логико-командни управляващи устройства;
− модули за събиране и първична обработка на данни и мониторинг на състоянието на обект на технологично управление (ТОУ);
− модули за галванична изолация и нормализиране на сигнала;
− преобразуватели на сигнали от една форма в друга;
−модули за представяне на данни, индикация, запис и генериране на управляващи сигнали;
− буферни запаметяващи устройства;
− програмируеми таймери;
− специализирани изчислителни устройства, устройства за предпроцесорна подготовка.
Техническите средства за автоматизация и управление могат да бъдат систематизирани както следва:
CS – система за управление.
Памет – Главно устройство (бутони, екрани, превключватели).
UIO – Устройство за показване на информация.
UIO – Устройство за обработка на информация.
USPU – Конверторно / усилвателно устройство.
CS – Комуникационен канал.
OU – Контролен обект.
IM – Актуатори.
РО – Работни органи (Манипулатори).
D – Сензори.
VP – Вторични преобразуватели.
Според функционалното си предназначение се разделят на следните 5 групи:
Входни устройства. Те включват - ZU, VP, D;
Изходни устройства. Те включват - IM, USPI, RO;
Устройства на централната част. Те включват - UPI;
Индустриални мрежови инструменти. Те включват - KS;
Устройства за показване на информация – UIO.
TSAiU изпълнява следните функции: 1. събиране и трансформиране на информация за състоянието на процеса; 2. предаване на информация по комуникационни канали; 3. преобразуване, съхраняване и обработка на информация; 4. формиране на управленски екипи в съответствие с избраните цели (критерии за функциониране на системите); 5. използване и представяне на командна информация за повлияване на процеса и комуникация с оператора с помощта на изпълнителни механизми. Следователно, цялото оборудване за индустриална автоматизация технологични процесивъз основа на тяхната връзка със системата, те се комбинират в съответствие със стандарта в следното функционални групи: 1. средства на входа на системата (сензори); 2. средства на изхода на системата (изходни преобразуватели, средства за извеждане на информация и команди за управление на процеси, до реч); 3. системи за вътрешносистемно управление (осигуряващи взаимовръзка между устройства с различни сигнали и различни машинни езици), например имат релейни изходи или изходи с отворен колектор; 4. средства за предаване, съхранение и обработка на информация.
Такова разнообразие от групи, видове и конфигурации на системи за управление води до много алтернативни проблеми при проектирането техническа поддръжкаАСУ ТП във всяка конкретен случай. Един от най важни критерииИзборът на TSAiU може да се основава на тяхната цена.
По този начин техническите средства за автоматизация и контрол включват устройства за запис, обработка и предаване на информация в автоматизирано производство. С тяхна помощ се наблюдават, регулират и контролират автоматизирани производствени линии.
СРЕДСТВА ЗА АВТОМАТИЗАЦИЯ И ТЕХНИЧЕСКА АВТОМАТИЗАЦИЯ
Обща информацияотносно автоматизацията на технологичните
процеси производство на храни
Основни понятия и дефиниции на автоматизацията
машина(на гръцки automatos - самодействащ) е устройство (комплект от устройства), което функционира без човешка намеса.
Автоматизацияе процес в развитието на машинното производство, при който функциите за управление и контрол, изпълнявани преди това от хората, се прехвърлят на инструменти и автоматични устройства.
Целта на автоматизацията– повишаване на производителността на труда, подобряване на качеството на продуктите, оптимизиране на планирането и управлението, премахване на хората от работа в опасни за здравето условия.
Автоматизацията е едно от основните направления на научно-техническия прогрес.
Автоматизациякак учебна дисциплинае областта на теоретичната и приложни знанияза автоматично работещи устройства и системи.
Историята на автоматизацията като клон на техниката е тясно свързана с развитието на автомати, автоматични устройства и автоматизирани комплекси. В зародиш автоматизацията разчиташе на теоретична механикаи теория на електрическите вериги и системи и решава проблеми, свързани с регулиране на налягането в парни котли, ход на парно бутало и скорост на въртене на електрически машини, управление на работата на автомати, автоматични телефонни централи и устройства за релейна защита. Съответно техническите средства за автоматизация през този период са разработени и използвани по отношение на системите за автоматично управление. Интензивното развитие на всички отрасли на науката и техниката в края на първата половина на 20 век също предизвика бърз растежтехнология за автоматично управление, чието използване става универсално.
Втората половина на 20 век е белязана от по-нататъшно усъвършенстване на техническите средства за автоматизация и широко, макар и неравномерно за различните индустрии национална икономика, разпространението на устройства за автоматично управление с прехода към по-сложни автоматични системи, по-специално в промишлеността - от автоматизацията на отделни единици до комплексната автоматизация на цехове и фабрики. Особеност е използването на автоматизация в съоръжения, които са географски отдалечени един от друг, например големи промишлени и енергийни комплекси, селскостопански съоръжения за производство и преработка на селскостопански продукти и др. За комуникация между отделните устройства в такива системи се използва телемеханика, която заедно с устройствата за управление и контролираните обекти образуват телеавтоматични системи. Голяма стойноств същото време те придобиват технически (включително телемеханични) средства за събиране и автоматична обработка на информация, тъй като много проблеми в сложните системи за автоматично управление могат да бъдат решени само с помощта компютърни технологии. И накрая, теорията за автоматичното управление отстъпва място на една обобщена теория за автоматичното управление, която обединява всички теоретични аспектиавтоматизация и формиране на основата обща теорияуправление.
Въвеждането на автоматизация в производството значително увеличи производителността на труда, намали дела на заетите работници различни полетапроизводство. Преди въвеждането на автоматизацията, замяната на физическия труд ставаше чрез механизация на основните и спомагателните операции на производствения процес. Интелектуална работа за дълго времеостана немеханизирана. В момента операциите на интелектуалния труд стават обект на механизация и автоматизация.
Има различни видове автоматизация.
1. Автоматичен контролвключва автоматична аларма, измерване, събиране и сортиране на информация.
2. Автоматична алармае предназначен да уведомява за гранични или аварийни стойности на всякакви физически параметри, за местоположението и естеството на техническите нарушения.
3. Автоматично измерванеосигурява измерване и предаване на специални записващи устройства на контролирани стойности физични величини.
4. Автоматично сортиранеизвършва контрол и разделяне на продукти и суровини по размер, вискозитет и други показатели.
5. Автоматична защитаТова е набор от технически средства, които осигуряват прекратяване на контролиран технологичен процес при възникване на извънредни или аварийни условия.
6. Автоматичен контролвключва набор от технически средства и методи за управление на оптималното протичане на технологичните процеси.
7. Автоматично регулиранеподдържа стойностите на физическите величини на определено нивоили да ги промените според изискванията на закона без пряко човешко участие.
Тези и други понятия, свързани с автоматизацията и управлението, са обединени от кибернетика– наука за управление на сложни развиващи се системи и процеси, изучаваща общите математически закони за управление на обекти от различно естество (kibernetas (гръцки) – управител, кормчия, кормчия).
Автоматична система за управление(ACS) е набор от контролни обекти ( Операционен усилвател) и устройства за управление ( UU), взаимодействащи помежду си без човешко участие, чието действие е насочено към постигане на конкретна цел.
Автоматична система за управление(SAR) – съвкупност Операционен усилватели автоматичен регулатор, взаимодействайки помежду си, гарантира, че параметрите на TP се поддържат на дадено ниво или се променят според изисквания закон, и също така работи без човешка намеса. ATS е вид самоходно оръдие.
Щербина В.
Технически средства за автоматизация и управление
Министерство на образованието на Руската федерация
Москва държавен университетпечат
Урок
Приет от УМО за обучение в областта на печата и книжарството за студенти от висшето образование образователни институциистуденти, обучаващи се по специалност 210100 „Управление и компютърни науки в технически системи»
Москва 2002 г
Рецензенти: Г.Б. Фалк, професор от Москва държавен институтелектроника и математика технически университет; А.С. Сидоров, професор в Московския държавен университет по печатни изкуства
Урокът обхваща архитектурата и принципите на работа модерни системиконтрол на процеса. Системи за управление на базата на компютърно оборудване от общ индустриален тип и за печатно производство, основни технически средства за автоматизация (сензори, конверторисигнали, микроконтролери, изпълнителни механизми), както и софтуерсистеми за автоматизация и контрол.
Щербина Ю.В. Технически средства за автоматизация и управление: Учебник; Москва състояние Университет по печат. М.: МГУП, 2002. 448 с.
© Ю.В. Щербина, 2002
© Дизайн. Московски държавен университет по печатни изкуства, 2002 г
Въведение
1. ОСНОВНИ НАПРАВЛЕНИЯ НА РАЗДЕЛЕНИЕ НА АВТОМАТИЗИРАНИ КОМПЛЕКСИ И СИСТЕМИ ЗА УПРАВЛЕНИЕ
1.1. Понятие за производствена система
1.2. Еволюция на автоматизираните комплекси и производство
1.3. Гъвкави автоматизирани производствени системи
1.4. Изчерпателна многостепенна системаавтоматизация и управление на печатното производство
2. СИСТЕМИ ЗА АВТОМАТИЗАЦИЯ НА ТЕХНОЛОГИЧНИ ПРОЦЕСИ БАЗИРАНИ НА КОМПЮТЪРНА ТЕХНИКА
2.1. Структура на система за автоматизация, базирана на компютърни технологии
2.2. Основни функции на компютър или микроконтролер
2.3. Софтуерни изисквания
2.4. Контролни обекти
2.5. Регулаторни системи и методи на управление
2.6. Сензори на системата за управление
2.7. Аналогово-цифрови и цифрово-аналогови преобразуватели
2.8. Примери за внедряване на индустриални микропроцесорни системи за управление на производството
2.8.1. Хардуерен и софтуерен комплекс в реално време за характеристики на намеренията трафик поток
2.8.2. Интегрирана разпределена система за управление на водноелектрически централи
3. МИКРОПРОЦЕСОРНИ СИСТЕМИ ЗА УПРАВЛЕНИЕ НА ПЕЧАТНИЯ ПРОЦЕС
3.1. Архитектура на микропроцесорни системи за управление на печата
3.2. Интегрирани системи за управление на съвременни печатни машини
3.3. Индустриален формат на печатни продукти
3.4. Централизирана конфигурация и системи за управление на печатната машина
3.5. Дали системите за контрол на станцията за подаване на мастило и регистрация
3.6. Системи за контрол на качеството на печатните продукти
4. ПРИНЦИПИ ЗА ИЗПЪЛНЕНИЕ НА ОБМЕН НА ИНФОРМАЦИЯ В ЛОКАЛНИ КОМПЮТЪРНИ МРЕЖИ
4.1. Правила за обмен на информация в съответствие с модела ISO/OSI
4.2. Функции на слоя модел ISO/OSI
4.3. Протоколи за взаимодействие на приложения и протоколи за транспортна подсистема
4.4. TCP/IP стек
4.5. Методи за достъп до LAN среда за предаване на данни
4.6. Протоколи за обмен на информация в LAN
4.7. LAN хардуер
4.8. Ethernet мрежи
4.9. Token Ring мрежа
4.10. Мрежа Arcnet
4.11. FDDI мрежа
4.12. Други високоскоростни LAN мрежи
4.13. Корпоративни мрежи
4.14. мрежи индустриална автоматизация
5. МИКРОПРОЦЕСОРНИ СИСТЕМИ ЗА УПРАВЛЕНИЕ, БАЗИРАНИ НА CAN МРЕЖИ
5.1. Основни предимства на CAN мрежите
5.2. Принципът на работа на CAN интерфейса в локални индустриални мрежи
5.3. Архитектура на текущите CAN мрежови протоколи
5.4. CAL (CAN Application Layer) протокол
5.5. CANopen протокол
5.6. Kingdom CAN протокол
5.7. DeviceNet протокол
5.8. SDS (Smart Distributed System) протокол
5.9. Сравнение на протоколи. Други HLP
5.10. Използване в индустриални приложения
ВЪВЕДЕНИЕ
Техническите средства са най-динамичната част от системите за автоматизация и управление, обновяват се несравнимо по-бързо от еволюцията например на принципите на организация и състав на функционалните типични задачиуправление. Развитието на елементната база на микропроцесора и значителното му намаляване на цената послужиха като предпоставка за масовото използване на програмируеми логически и управляващи микроконтролери.
Интегрирането на микропроцесорни устройства в локални мрежи доведе до появата на принципно нови системи с разпределено управление, които имат гъвкава структура и осигуряват възможност за лесно адаптиране към изискванията на конкретно производство. Използването на микропроцесорни системи (индустриални компютри), периферни устройства с разширени функции, модерни технологиикомуникации, като фиброоптични комуникационни канали, в системите за контрол, събиране на данни и контрол доведе до появата на „интелигентни“ технически системи. Пример за такава система е разгледан в това ръководствокомплексна многостепенна система за автоматизация и управление на печатното производство RESOM, разработена от Man Roland.
Анализ на състоянието и перспективите за развитие модерни средстваавтоматизация показва основните насоки за тяхното подобряване:
интеграция индивидуални функцииСъбиране, междинна обработка и преобразуване на информация в единични устройства, изградени на базата на цифрови сигнални процесори (DSP), програмируеми логически интегрални схеми (FPGA), мултипроцесорни модули и отдалечени входно-изходни сигнални модули;
разработване на нови видове различни процесорни платки (пълен размер, полуразмер), едноплаткови компютри (All-in-one) с формат 3.5" и 5.25", Compact PCI процесорни платки, осигуряващи пълно съответствие с отворената архитектура на PC-съвместим компютър;
разработване на високоскоростно мрежово събиране и обработка на мрежова информация на базата на CAN интерфейси, AS интерфейси и серийни протоколи за предаване на кодирани сигнали RS-482/485.
Важен аспект на подобряването на автоматизираните системи за управление е повишаването на надеждността на тяхната работа и „оцеляването“ на устройствата, включени в тях, с прилагането на диагностични функции и регистриране на състоянието на системата за управление в работни и ненормални условия на нейната работа . Този проблем се решава както чрез горещо резервиране на каналите за предаване на данни, така и чрез прехвърляне на отделни функции за обработка на информация към обслужваеми микропроцесорни устройства. Много вниманиее посветен на създаването на агрегатни комплекси с обектна ориентация, способни да работят като част от локални управляващи компютърни мрежи.
Този урок обхваща индивидуални въпросиистория на развитие автоматизирани системиуправление, предназначение и функции на гъвкав производствени системи. Достатъчно подробно са разгледани компютърно базираните системи за автоматизация на технологичните процеси, разгледани са тяхната структура, основните функции на компютъра и микроконтролерите, както и ролята на операционния и приложния софтуер. Като примери за промишлени микропроцесорни системи са описани хардуерно-софтуерен комплекс за измерване на характеристиките на трафика и интегрирана разпределена система за управление на хидравлични агрегати на водноелектрически централи, разработени от SPC „Модул“.
Отделна глава включва описание на микропроцесорната система за управление на процеса на печат, която обхваща архитектурата на микропроцесорните системи за управление на печата, интегрираните системи за управление на съвременните листови печатни машини и възможностите на индустриалния формат на печатни продукти CIP3. Използвайки примера интегрирана системаавтоматизиран контрол на печата от Хайделберг, централизираните системи за конфигуриране и управление на печатната машина TsPTronik и системите за дистанционно управление за подаване и регистрация на мастило, както и системите за управление на качеството на печатните продукти.
Обърнато е голямо внимание на принципите на работа на управляващите локални компютърни мрежи (LAN) и разпределените системи за обработка на информация, постъпваща от микропроцесорни модули, базирани на CAN мрежи. Обхваща правилата за обмен на информация в съответствие с модела ISO/OSI, функциите на информационните слоеве, протоколите за взаимодействие на приложенията и протоколите транспортна система, LAN хардуер, Ethernet мрежи, Token Ring, Arcnet и др. Разглеждат се предимствата на CAN мрежите и принципите на работа. Подчертани са особеностите на тяхната архитектура и са дадени описания на различни CAN мрежови протоколи (CAL, CANopen, CAN Kingdom, DeviceNet и др.).
Описанието на хардуера съдържа данни за аналогово-цифрови преобразуватели (ADC), сензори на системи за автоматизация и управление, цифрови сигнални процесори, цифрово-аналогови преобразуватели и изпълнителни механизми на системи за автоматизация. Наред с разглеждането на традиционните въпроси, авторът се опита да предостави технически данни за съвременни технически устройства, които се произвеждат от Motorola, Honeywell и др. Тези продукти сега се рекламират активно на руски пазарпродукти за индустриална автоматизация на компании като Prosoft, Rakurs, PLC-Systems, Rodnik и др.
Ето примери за използването на тези устройства при решаване на някои проблеми на автоматичното наблюдение и управление. Тези материали могат да бъдат полезни при курсова работа и дипломни проекти.
Включени са две допълнителни глави. Една от тях разглежда приложен софтуер за микропроцесорни системи. Въпреки че софтуерните проблеми изискват повече подробно разглеждане, но и тук покритието им се наложи. Организацията на работа както на локалните, така и на мрежовите системи е пряко свързана с конструктивните особености на микропроцесорните устройства и специфичните възможности на софтуера. Тази статия описва някои инструменти за разработка на промишлени микроконтролери (например софтуерния комплект LASDK), системата GENESIS32-6.0 SCADA, както и приложния софтуер LabWindowsAAH за събиране и обработка на данни и други софтуерни пакети.
В глава “Микропроцесорни модули за дистанционно събиране и управление” са описани микропроцесорни устройства и дистанционни входно/изходни модули на Advantech и ICP по каталози на Prosoft, IKOS и др. Тук са дадени списъци на устройствата, включени в семействата ADAM 5000 и ROBO 8000, дадени са техните паспортни данни и са описани примери за внедряване на разпределени системи за събиране и управление на информация.
Целта на изготвянето на този ръкопис беше унифицирано описание на изключително разнородната и бързо променяща се гама от устройства и методи за изграждане на промишлена автоматизация и системи за управление. Затова авторът обърна повишено внимание не само на самия хардуер, но и на архитектурата, информационна поддръжкаи методи за изграждане на системи за управление на мрежата.
При подготовката на тази работа са използвани статии от научни и общотехнически списания, учебници, справочници, монографии, както и материали от информационни и търговски WEB сайтове в Интернет. В края на ръкописа е даден списък с препоръчителна литература. За улеснение на читателите тя е разделена на три части. Освен това е приложен списък на WEB сайтове за индустриална автоматизация, компютърна и микропроцесорна техника.
дадени наръчник за обучениеПрепоръчва се за студенти от специалност 210100 „Управление и информатика в техническите системи” при изучаване на курса TSAiU, както и за използване в курсова работа и дипломно проектиране. В допълнение, този учебник може да се използва от студенти от специалност 170800 „Печатарски машини и автоматизирани комплекси“, както и 281400 „Технология на печатарското производство“ при изучаване на курсовете „Управление в техническите системи“ и „Автоматизация на печатарското производство“.
Изтеглете книгата "Технически средства за автоматизация и управление". Москва, Московски държавен университет по печатни изкуства, 2002 г
Въведение 4
Тема 1. Етапи на развитие и принципи на формиране на състава на техническите средства на автоматизираните системи за управление 4
Тема 2. Технически средства на автоматизирани системи
контрол 10
Тема 3. Електрически моторни задвижвания 19
Тема 4. Електромагнитни изпълнителни механизми 40
Тема 5. Електромеханични съединители 46
Тема 6. Релейни изпълнителни механизми 58
Отговори на тестове 69
Финален тест 70
Литература 72
ВЪВЕДЕНИЕ
Автоматизацията е един от най-важните фактори за повишаване на производителността на труда и подобряване на качеството на продуктите. Незаменимо условие за ускоряване на темповете на растеж на автоматизацията е развитието и усъвършенстването на нейните технически средства, които включват всички устройства, включени в системата за управление и предназначени да получават информация, да я предават, съхраняват и преобразуват, както и да извършват контрол. действия върху обекта на управление. Тези влияния се осъществяват с помощта на изпълнителни механизми и регулаторни органи, чието описание е посветено на това ръководство.
Основното внимание се обръща на електромеханичните задвижващи механизми, т.к те получиха широко разпространенана практика, поради удобството на преобразуване на електрически сигнали от управляващото устройство - регулатор в необходимото механично движение на регулиращия орган, променяйки материалните и енергийните потоци в контролирания обект.
Тема 1. Етапи на развитие и принципи на формиране на състава на техническото оборудване за автоматизация
Етапи на развитие на технически средства за автоматизация.Развитието на техническото оборудване за автоматизация е сложен процес, което се основава на икономическите интереси и технически нужди на автоматизираното производство, от една страна, и същите интереси и технологични възможности на производителите на оборудване за автоматизация, от друга. Основният стимул за развитие е повишаването на икономическата ефективност на предприятията, благодарение на въвеждането на нови, по-модерни технически средства за автоматизация.
В развитието на икономическите и техническите предпоставки за внедряване и използване на автоматизация на технологичните процеси (TP) могат да се разграничат следните етапи:
1. Елементарноетап, характеризиращ се с излишък от евтини работна сила, ниска производителност на труда, ниска единична мощност на агрегати и инсталации. Благодарение на това най-широкото човешко участие в управлението на технологичните процеси, т.е. наблюдение на обекта на управление, както и вземане и изпълнение на управленски решения, на на този етапбеше икономически оправдано. На механизация и автоматизация подлежаха само онези отделни процеси и операции, които човек не можеше да контролира достатъчно надеждно според своите психофизиологични данни, т.е. технологични операции, които изискват голямо мускулно усилие, скорост на реакция, повишено внимание и др.
2. Отидете на сцената комплексна механизация и автоматизацияпроизводството се дължи на повишаване на производителността на труда, консолидиране на единичния капацитет на агрегати и инсталации, развитие на материалната, научна и техническа база на автоматизацията. На този етап, когато управлява процесната инсталация, човешкият оператор все повече се занимава с умствена работа, извършвайки различни логически операции при пускане и спиране на обекти, особено когато възникнат всякакви непредвидени обстоятелства, предаварийни и извънредни ситуации, а също така оценява състоянието на обекта, контролира и резервира работата на автоматичните системи. На този етап се формират основите на широкомащабно производство на техническо оборудване за автоматизация, фокусирано върху широкото използване на стандартизация, специализация и сътрудничество. Широкият мащаб на производство на средства за автоматизация и спецификата на тяхното производство водят до постепенното отделяне на това производство в самостоятелна индустрия.
3. С появата на управляващите компютри (CCM) започва преходът към сцената автоматизирани системи за контрол на процесите (APCS), което съвпадна с началото на научно-техническата революция. На този етап става възможно и икономически целесъобразно да се автоматизират все по-сложни контролни функции с помощта на компютри. Но тъй като тогава CVM бяха много обемисти и скъпи, беше по-трудно да се внедри прости функциисистеми за управление, традиционните аналогови устройства за автоматизация също бяха широко използвани. Недостатъкът на такива системи беше тяхната ниска надеждност, т.к цялата информация за хода на технологичния процес се получава и обработва от компютъра, ако той не работи, неговите функции трябваше да бъдат поети от оператор-технолог, който контролира работата на автоматизираната система за управление на процеса. Естествено, в такива случаи качеството на управление на ТР намалява значително, т.к човек не може да упражнява контрол толкова ефективно, колкото UVM.
4. Появата на сравнително евтини и компактни микропроцесорни устройства направи възможно изоставянето на централизираните системи за управление на процесите, като ги замени разпределени системи , при които събирането и обработката на информация за изпълнението на отделни взаимосвързани операции на технологичните процеси, както и приемането на управленски решения, се извършват автономно от локални микропроцесорни устройства, наречени микроконтролери. Следователно надеждността на разпределените системи е много по-висока от централизираните.
5. Развитието на мрежовите технологии, което направи възможно свързването на множество и отдалечени компютри в единна корпоративна мрежа, с помощта на която се извършва контрол и анализ на финансови, материални и енергийни потоци при производството на продукти от предприятието, както и като управление на технологичния процес, беше извършено, допринесе за прехода към интегрирани системи за управление . В тези системи, с помощта на много сложен софтуер, съвместно се решава целият набор от задачи за управление на дейността на предприятието, включително задачите на счетоводството, планирането, управлението на технологичните процеси и др.
6. Увеличаването на скоростта и другите ресурси на микропроцесорите, използвани за управление на технологичните процеси, ни позволява вече да говорим за прехода към етапа на създаване интелигентни системи за управление , способни да вземат ефективни решения за управление на предприятието в условия на информационна несигурност, т.е. липса на необходимата информация за факторите, влияещи върху печалбата му.
Методи за стандартизация и структура на технически средства за автоматизация.Икономиката на индустрията, произвеждаща оборудване за автоматизация, изисква доста тясна специализация на предприятията, които произвеждат големи серии от подобни устройства. В същото време, с развитието на автоматизацията, с появата на нови, все по-сложни обекти на управление и увеличаване на обема на автоматизираните функции, изискванията за функционално разнообразие на устройствата за автоматизация и разнообразието от техните технически характеристики и конструктивни характеристики се увеличават. Проблемът с намаляването на функционалното и дизайнерското разнообразие, като същевременно оптимално отговаря на изискванията на автоматизираните предприятия, се решава с помощта на методи за стандартизация .
Решенията за стандартизация винаги се предшестват от систематично изследване на практиките за автоматизация, типизиране на съществуващите решения и научна основаикономически оптимални варианти и възможности за допълнително намаляване на разнообразието от използвани устройства. Решенията, взети в този случай, след тяхната практическа проверка, се формализират със задължителни държавни стандарти (GOST). Решенията, които са с по-тесен обхват, могат да бъдат формализирани под формата на индустриални стандарти (OST), както и под формата на корпоративни стандарти (STP), които имат още по-ограничена приложимост.
Агрегиране – принципът на формиране на състава на масово произвежданото оборудване за автоматизация, насочен към максимално задоволяване на нуждите на потребителските предприятия с ограничен набор от масово произвеждани продукти.
Агрегирането се основава на факта, че сложните управляващи функции могат да бъдат разложени на техните най-прости компоненти (точно както, например, сложните изчислителни алгоритми могат да бъдат представени като колекция от отделни прости оператори).
по този начин агрегирането се основава на разлагането на общия контролен проблем на редица прости подобни операции, повтарящи се в определени комбинации в голямо разнообразие от контролни системи. При анализиране на голям брой такива системи за управление е възможно да се идентифицира ограничен набор от прости функционални оператори, върху комбинацията от които е изградена почти всяка версия на системата за управление на процеси. В резултат на това се формира състав от масово произвеждано оборудване за автоматизация, включващо такива структурно завършени и функционално независими единици като блокове и модули, устройства и механизми.
Блокирайте – устройство за структурно сглобяване, което изпълнява една или повече функционални операции за преобразуване на информация.
Модул – унифицирана единица, която изпълнява елементарна стандартна операция като част от блок или устройство.
Актуатор (IM) – устройство за преобразуване на управляващата информация в механично движение с налична мощност, достатъчна за въздействие върху обекта на управление.
В съответствие с принципа на агрегиране, системите за управление се създават чрез инсталиране на модули, блокове, устройства и механизми с последващо превключване на канали и комуникационни линии между тях. От своя страна, самите блокове и устройства също се създават чрез инсталиране и превключване на различни модули. Модулите се сглобяват от по-прости единици (микромодули, микросхеми, платки, превключващи устройства и др.), Които съставляват елементната база на техническото оборудване. В същото време производството на блокове, устройства и модули се извършва изцяло в завода, докато инсталирането и превключването на системата за управление на процесите се извършва само на мястото на нейната експлоатация. Този подход към градивни елементи и устройства се нарича блоково-модулен принцип изпълнение на технически средства за автоматизация.
Използването на блоково-модулния принцип не само позволява широка специализация и сътрудничество на предприятията в индустрията, произвеждащи оборудване за автоматизация, но също така води до повишена ремонтопригодност и увеличаване на степента на използване на това оборудване в системите за управление. Обикновено предприятията, които произвеждат оборудване за промишлена автоматизация, се специализират в производството на комплекси или системи от блокове и устройства, чийто функционален състав е насочен към изпълнението на всякакви големи функции или подсистеми на автоматизирани системи за управление на процеси. Освен това в рамките на отделен комплекс се изпълняват всички блокове и устройства интерфейс съвместим , т.е. съвместими по параметри и характеристики на информационните носители на сигнали, както и по конструктивни параметри и характеристики на комутационни устройства. Обичайно е такива комплекси и системи от оборудване за автоматизация да се наричат агрегирани или агрегирани.
В Русия производството на оборудване за индустриална автоматизация се извършва в рамките на Държавната система за инструменти и оборудване за индустриална автоматизация (или накратко GSP). GSP включва цялото оборудване за автоматизация, което отговаря на унифицирани общи технологични изисквания за параметрите и характеристиките на информационните носители на сигнали, за характеристиките на точността и надеждността на оборудването, за техните параметри и конструктивни характеристики.
Унификация на оборудването за автоматизация. Обединение – метод за стандартизация, придружаващ агрегацията, също насочен към рационализиране и разумно намаляване на състава на серийно произвежданото оборудване за автоматизация. Тя е насочена към ограничаване на разнообразието от параметри и технически характеристики, принципи на работа и схеми, както и конструктивни характеристики на оборудването за автоматизация.
Сигнали - носители информацията в средствата за автоматизация може да се различава както по физическо естество и параметри, така и по формата на представяне на информацията. В рамките на GSP в серийното производство на оборудване за автоматизация се използват следните видове сигнали:
Електрически сигнал (напрежение, сила или честота на електрически ток);
Пневматичен сигнал (налягане на сгъстен въздух);
Хидравличен сигнал (налягане или диференциално налягане на течността).
Съответно в рамките на GSP се формират електрически, пневматични и хидравлични клонове на оборудването за автоматизация.
Най-развитият клон на автоматизацията е електрическият. В същото време пневматичните средства също се използват широко. Развитието на пневматичния клон е ограничено от относително ниската скорост на преобразуване и предаване на пневматичните сигнали. Независимо от това, в областта на автоматизацията на пожаро- и взривоопасни индустрии, пневматичните средства са по същество извън конкуренцията. Хидравличният клон на SHG фондовете не е получил широко развитие.
Според формата на представяне на информацията сигналът може да бъде аналогов, импулсен или кодов.
Аналогов сигнал характеризиращ се с текущи промени във всеки физически параметър на носителя (например моментни стойности на електрическо напрежение или ток). Такъв сигнал съществува в почти всеки даден момент от времето и може да приеме всякаква стойност в рамките на даден диапазон от промени на параметрите.
Импулсен сигнал характеризиращ се с представяне на информация само в дискретни моментивреме, т.е. наличието на квантуване на времето. В този случай информацията се представя под формата на поредица от импулси с еднаква продължителност, но различни амплитуди (импулсна амплитудна модулация на сигнала) или еднаква амплитуда, но различна продължителност (импулсна модулация на сигнала). Амплитудна модулация на импулса (PAM) на сигнал се използва в случаите, когато стойностите на физически параметър - носителят на информация - могат да се променят с времето. Широчинно-импулсната модулация (PWM) на сигнала се използва, ако физическият параметър - информационният носител - може да приеме само определена постоянна стойност.
Кодов сигнал е сложна последователност от импулси, използвани за предаване на цифрова информация. Освен това всяка цифра може да бъде представена като сложна последователност от импулси, т.е. код, а предаваният сигнал е дискретен (квантуван) както по време, така и по ниво.
В съответствие с формата на представяне на информацията средствата на SHG се разделят на аналогов и дискретно цифрово . Към последните спадат и компютърните технологии.
Всички параметри и характеристики на информационните носители на сигнали в GPS съоръженията са унифицирани. Стандартите предвиждат използването на следните видове електрически сигнали в аналогови медии:
Сигнал за промяна на силата на постоянен ток (токов сигнал);
Сигнал за промяна на постоянно напрежение;
Сигнал за промяна на напрежението на променлив ток;
Честотен електрически сигнал.
DC сигналите се използват по-често. В този случай токов сигнал (с голямо вътрешно съпротивление на източника) се използва за предаване на информация в относително дълги редовекомуникации.
AC сигналите рядко се използват за преобразуване и предаване на информация във външни комуникационни линии. Това се дължи на факта, че при добавяне и изваждане на променливотокови сигнали е необходимо да се изпълни изискването за общ режим, както и да се осигури потискане на нелинейни токови хармонични изкривявания. В същото време, когато се използва този сигнал, задачите за галванично разделяне на електрически вериги се изпълняват лесно.
Електрически честотният сигнал е потенциално най-устойчивият на шум аналогов сигнал. В същото време получаването и прилагането на линейни трансформации на този сигнал причинява определени трудности. Следователно честотният сигнал не се използва широко.
За всеки тип сигнали са установени редица унифицирани диапазони на техните изменения.
Стандартите за видовете и параметрите на сигналите унифицират системата външни отношенияили интерфейс инструменти за автоматизация. Тази унификация, допълнена със стандарти за устройства за свързване на блокове помежду си (под формата на система от съединители), създава предпоставки за максимално опростяванепроектиране, монтаж, превключване и настройка на технически средства на системи за управление. В този случай блокове, устройства и други устройства със същия тип и диапазон от параметри на сигнала на входовете и изходите се свързват чрез проста връзкаконектори.