Автоматика - це галузь науки і техніки, що охоплює теорію та принципи побудови
систем управління технічними об'єктами та процесами, що діють без безпосередньої участі людини.
Технічний об'єкт (верстат, двигун, літальний апарат, потокова лінія, автоматизована ділянка, цех і т. д.), яка потребує автоматичного або автоматизованого
управлінні, називається об'єктом управління (ОУ) або технічним об'єктом управління
(ТОУ).
Сукупність ОУ та автоматичного керуючого пристрою називається системою
автоматичного керування (САУ) або автоматизованою системою керування (АСУ).
Нижче наведені терміни, що найбільш широко використовуються, та їх визначення:
елемент - найпростіша складова частина пристроїв, приладів та інших засобів, у якій
здійснюється одне перетворення будь-якої величини; (ми надалі дамо більше
точне визначення)
вузол - частина приладу, що складається з кількох простіших елементів (деталей);
перетворювач - пристрій, що перетворює один вид сигналу на інший за формою або видом
енергії;
пристрій - сукупність деякої кількості елементів, з'єднаних між собою
відповідним чином, що служить для переробки інформації;
прилад - загальна назваширокого класу пристроїв, призначених для вимірювань,
виробничого контролю, обчислень, обліку, збуту та ін;
блок - частина приладу, що є сукупністю функціонально об'єднаних
елементів.

Будь-яка система управління повинна виконувати такі функції:
збір інформації про поточному станітехнологічного об'єкта
управління (ОУ);
визначення критеріїв якості роботи ОУ;
знаходження оптимального режиму функціонування ОУ та оптимальних
керуючих впливів, що забезпечують екстремум критеріїв
якості;
реалізація знайденого оптимального режиму ОУ.
Ці функції можуть виконуватися персоналом або ТСА.
Розрізняють чотири типи систем керування (СУ):
інформаційні;
автоматичного керування;
централізованого контролю та регулювання;
автоматизовані системи керування технологічними процесами.

У САУ всі функції виконуються автоматично
за допомогою відповідних технічних
коштів.
Функції оператора включають:
- технічну діагностику стану САУ та
відновлення елементів системи, що відмовили;
- Корекцію законів регулювання;
- Зміна завдання;
- перехід на ручне керування;
- Технічне обслуговування обладнання.

ОПУ – операторський пункт управління;
Д – датчик;
НП - нормуючий перетворювач;
КП - кодуючі та декодуючі
перетворювачі;
ЦР – центральні регулятори;
MP - багатоканальний засіб
реєстрації (друк);
З - пристрій сигналізації
передаварійного режиму;
МПП - багатоканальні що показують
прилади (дисплеї);
МС – мнемосхема;
ІМ – виконавчий механізм;
РО – регулюючий орган;
К – контролер.

Автоматизовані системи керування технологічними
процесами (АСУТП) - це машинна система, у якій ТСА
здійснюють отримання інформації про стан об'єктів,
обчислюють критерії якості, знаходять оптимальні налаштування
управління.
Функції оператора зводяться до аналізу отриманої інформації та
реалізації за допомогою локальних АСР або дистанційного
управління РВ.
Розрізняють наступні типиАСУ ТП:
- централізована АСУ ТП (всі функції обробки інформації та
управління виконує один комп'ютер;
- супервізорна АСУТП (має ряд локальних АСР, побудованих на
базі ТСА індивідуального користування та центральним
комп'ютером, що має інформаційну лінію зв'язку з
локальними системами);
- розподілена АСУТП - характеризується поділом функцій
контролю обробки інформації та управління між декількома
територіально розподіленими об'єктами та комп'ютерами.

Типові засоби автоматизації можуть
бути:
-Технічними;
-Апаратними;
-програмно-технічними;
- Загальсистемними.

РОЗПОДІЛ ТСА ЗА РІВНЯМИ ІЄРАРХІЇ АСУ
Інформаційно-керуючі обчислювальні комплекси (ІВКК)
Централізовані інформаційні керуючі системи (ЦИУС)
Локальні інформаційно-керуючі системи (ЛІУС)
Регулюючі пристрої та пристрої керування (РУ та УУ)
Вторинний
перетворювач (ВП)
Первинний перетворювач (ПП)
Чутливий елемент (ЧЕ)
Виконавчий
механізм (ІМ)
Робочий
орган (РВ)
ОУ

ІУВК: ЛОМ, сервери, ERP-, MES-системи. Тут реалізуються всі цілі АСУП,
обчислюється собівартість продукції, видатки виробництво.
ЦИУС: промислові комп'ютери, пульти управління, керуючі
комплекси, засоби захисту та сигналізації.
ЛІУС: промислові контролери, інтелектуальні контролери.
РУ та УУ: мікроконтролери, регулятори, що регулюють та сигналізують
пристрої.
ВП: що показують, реєструючі (вольтметри, амперметри,
потенціометри, мости), інтегруючі лічильники.
ІМ: двигун, редуктор, електромагніти, електромагнітні муфти та ін.
ЧЕ: датчики тепло-технологічних параметрів, переміщення, швидкості,
прискорення.
РВ: механічний пристрій, що змінює кількість речовини або
енергії, що надходить на ОУ, та несе інформацію про керуючого
дії. РО можуть бути вентилі, клапани, нагрівачі, затвори,
засувки, заслінки.
ОУ: механізм, агрегат, процес.

До технічних засобів автоматизації (ТСА) відносять:
датчики;
виконавчі механізми;
регулюючі органи (РВ);
лінії зв'язку;
вторинні прилади (що показують та реєструють);
пристрої аналогового та цифрового регулювання;
програмно-задаючі блоки;
влаштування логіко-командного управління;
модулі збору та первинної обробки даних та контролю стану
технологічний об'єкт управління (ТОУ);
модулі гальванічної розв'язки та нормалізації сигналів;
перетворювачі сигналів з однієї форми в іншу;
модулі представлення даних, індикації, реєстрації та вироблення сигналів
управління;
буферні пристрої, що запам'ятовують;
програмовані таймери;
спеціалізовані обчислювальні пристрої, пристрої допроцесорної
підготовки.

До програмно-технічних засобів автоматизації відносять:
аналого-цифрові та цифро-аналогові перетворювачі;
керуючі засоби;
блоки багатоконтурного, аналогового та аналого-цифрового регулювання;
пристрої багатозв'язкового програмного логічного управління;
програмовані мікроконтролери;
локально-обчислювальні мережі.
До загальносистемних засобів автоматизації відносять:
пристрої сполучення та адаптери зв'язку;
блоки спільної пам'яті;
магістралі (шини);
пристрої загальносистемної діагностики;
процесори прямого доступу для накопичення інформації;
пульти оператора.

У системах автоматичного управління як
сигналів зазвичай використовуються електричні та
механічні величини (наприклад, постійний струм,
напруга, тиск стисненого газу або рідини,
зусилля і т.п.), оскільки вони дозволяють легко
здійснювати перетворення, порівняння, передачу на
відстань та зберігання інформації. В одних випадках
сигнали виникають безпосередньо внаслідок
протікають при управлінні процесів (зміни
струму, напруги, температури, тиску, наявності
механічних переміщень і т.д.), в інших випадках
вони виробляються чутливими елементами
чи датчиками.

Елементом автоматики називається найпростіша конструктивно закінчена в
функціональному відношенні осередок (пристрій, схема), що виконує певну
самостійну функцію перетворення сигналу (інформації) у системах
автоматичного керування:
перетворення контрольованої величини на сигнал, функціонально пов'язаний з
інформацією про цю величину (чутливі елементи, датчики);
перетворення сигналу одного роду енергії на сигнал іншого роду енергії: електричної
в неелектричну, неелектричну в електричну, неелектричну в неелектричну
(електромеханічні, термоелектричні, електропневматичні, фотоелектричні та
інші перетворювачі);
перетворення сигналу за значенням енергії (підсилювачі);
перетворення сигналу на вигляд, тобто. безперервного в дискретний або назад
(Аналогоцифрові, цифроаналогові та інші перетворювачі);
перетворення сигналу формою, тобто. сигналу постійного струмуу сигнал змінного струму
та навпаки (модулятори, демодулятори);
функціональне перетворення сигналів (рахунково-вирішальні елементи, функціональні
елементи);
порівняння сигналів та створення командного керуючого сигналу (елементи порівняння,
нуль-органи);
виконання логічних операційіз сигналами (логічні елементи);
розподіл сигналів за різними ланцюгами (розподільники, комутатори);
зберігання сигналів (елементи пам'яті, накопичувачі);
використання сигналів для впливу на керований процес (виконавчі
елементи).

Комплекси різних технічних пристроїв та елементів, що входять до складу системи
управління та з'єднаних електричними, механічними та іншими зв'язками, на
кресленнях зображують у вигляді різних схем:
електричних, гідравлічних, пневматичних та кінематичних.
Схема служить для отримання концентрованого та достатньо повного уявлення про
складі та зв'язки будь-якого пристрою або системи.
Згідно Єдиної системиконструкторської документації (ЕСКД) та ГОСТ 2.701 електричні
схеми поділяють на структурні, функціональні, принципові (повні), схеми
з'єднань (монтажні), підключення, загальні, розташування та об'єднані.
Структурна схема служить для визначення функціональних частин, їх призначення та
взаємозв'язків.
Функціональна схема призначена для визначення характеру процесів, що протікають
в окремих функціональних ланцюгах чи установці в цілому.
Принципова схема, що показує повний склад елементів установки загалом і все
зв'язок між ними, дає основне уявлення про принципи роботи відповідної
установки.
Монтажна схема ілюструє з'єднання складових частин установки за допомогою
дротів, кабелів, трубопроводів.
Схема підключення відображає зовнішні підключення установки або виробу.
Загальна схема служить визначення складових частин комплексу та способів їх з'єднання
на місці експлуатації.
Об'єднана схема включає кілька схем різних видівз метою більш ясного
розкриття змісту та зв'язків елементів установки.

Позначимо через y(t) функцію, що описує зміну регульованої в часі
величини, тобто у(t) - регульована величина.
Через g(t) позначимо функцію, що характеризує необхідний її зміни.
Величину g(t) називатимемо задає впливом.
Тоді основне завдання автоматичного регулювання зводиться до забезпечення рівності
y(t)=g(t). Регульована величина y(t) вимірюється за допомогою датчика Д і надходить на
елемент порівняння (ЕС).
На цей же елемент порівняння від датчика завдання (ДЗ) надходить вплив g(t), що задає.
У ЕС величини g(t) і y(t) порівнюються, тобто з g(t) віднімається у (t). На виході ЕС
формується сигнал, рівний відхилення регульованої величини від заданої, тобто помилка
∆ = g(t) – y(t). Цей сигнал надходить на підсилювач (У) і потім подається на виконавчий
елемент (ІЕ), який і чинить регулюючий вплив на об'єкт регулювання
(ВР). Цей вплив буде змінюватися доти, доки регульована величина у (t) не
дорівнюватиме заданій g(t).
На об'єкт регулювання постійно впливають різні впливи, що обурюють:
навантаження об'єкта, зовнішні фактори та ін.
Ці впливи, що обурюють, прагнуть змінити величину y(t).
Але САР постійно визначає відхилення y(t) від g(t) і формує сигнал, що управляє,
що прагне звести це відхилення до нуля.

За функціями, що виконуються, основні елементи
автоматики діляться на датчики, підсилювачі, стабілізатори,
реле, розподільники, двигуни та інші вузли (генератори
імпульсів, логічні елементи, випрямлячі та ін.).
За родом фізичних процесів, що використовуються в основі
пристроїв, елементи автоматики поділяються на електричні,
феромагнітні, електротеплові, електромашинні,
радіоактивні, електронні, іонні та ін.

Датчик (вимірювальний перетворювач, чутливий елемент)
пристрій, призначений для того, щоб інформацію, що надходить
на його вхід у вигляді деякої фізичної величини, функціонально
перетворити на іншу фізичну величину на виході, зручнішу
для на наступні елементи (блоки).

Підсилювач – елемент автоматики, що здійснює
кількісне перетворення (найчастіше посилення)
надходить на його вхід фізичної величини (струму,
потужності, напруги, тиску тощо).

Стабілізатор - елемент автоматики, що забезпечує сталість
вихідний величини у при коливаннях вхідної величини х у певних
межах.
Реле - елемент автоматики, у якому при досягненні вхідної величини
х певного значеннявихідна величина у змінюється стрибком.

Розподільник (кроковий шукач) – елемент
автоматики, що здійснює почергове підключення
однієї величини до кількох ланцюгів.
Виконавчі пристрої - електромагніти з втяжним
та поворотними якорями, електромагнітні муфти, а також
електродвигуни, що відносяться до електромеханічних
виконавчих елементів автоматичних пристроїв.
Електродвигун - це пристрій, що забезпечує
перетворення електричної енергіїв механічну та
долає при цьому значне механічне
опір з боку пристроїв, що переміщуються.

ЗАГАЛЬНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЕЛЕМЕНТІВ АВТОМАТИКИ
Основні поняття та визначення
Кожен із елементів характеризується якими-небудь властивостями, які
визначаються відповідними характеристиками. Деякі з цих
Показники є загальними для більшості елементів.
Головною загальною характеристикоюелементів є коефіцієнт
перетворення (або коефіцієнт передачі, що представляє собою
відношення вихідної величини елемента до вхідної величини х, або
відношення збільшення вихідної величини ∆у або dy до збільшення
вхідний величини ∆х чи dx.
У першому випадку К=у/г називається статичним коефіцієнтом
перетворення, а в другому випадку К" = ∆у/∆х≈ dy/dx при ∆х →0 -
динамічним коефіцієнтом перетворення.
Зв'язок між значеннями х і у визначається функціональним
залежністю; значення коефіцієнтів К і К" залежать від форми
характеристики елемента або виду функції у = f (х), а також від того, при
яких значеннях величин підраховуються К і К". Найчастіше
вихідна величина змінюється пропорційно до вхідного та
коефіцієнти перетворення дорівнюють між собою, тобто. К = К "= const.

Величина, що є відношенням відносного збільшення
вихідний величини ∆у/у до відносного збільшення вхідної величини
∆х/х називається відносним коефіцієнтом перетворення η∆ .
Наприклад, якщо зміна вхідної величини на 2% викликає зміну
вихідний величини на
3 %, то відносний коефіцієнт перетворення η ∆ = 1,5.
Стосовно до різним елементамавтоматики коефіцієнти
перетворення К", К, η∆ та η мають певний фізичний сенсі своє
назву. Наприклад, стосовно датчика коефіцієнт
перетворення називається чутливістю (статичної, динамічної,
відносної); бажано, щоб вона була якнайбільше. Для
підсилювачів коефіцієнт перетворення прийнято називати коефіцієнтом
посилення; бажано, щоб він був якомога більше. Для
більшості підсилювачів (у тому числі і електричних) величини х та у
є однорідними, і тому коефіцієнт посилення є
собою безрозмірну величину.

При роботі елементів вихідна величина може відхилятися від необхідного
значення за рахунок зміни їх внутрішніх властивостей (зносу, старіння матеріалів та
т.п.) або за рахунок зміни зовнішніх факторів(Коливання напруги живлення,
навколишньої температури та ін), при цьому відбувається зміна характеристики
елемента (крива у" на рис. 2.1). Це відхилення називається похибкою, яка
може бути абсолютною та відносною.
Абсолютною похибкою (помилкою) називається різницю між отриманим
значенням вихідної величини у" та розрахунковим (бажаним) її значенням ∆у = у"- у.
Відносною похибкою називається відношення абсолютної похибки ∆у до
номінальному (розрахунковому) значенню вихідної величини у. В процентах
відносна похибка визначається як γ = ∆ у 100/у.
Залежно від причин, що викликають відхилення, розрізняють температурну,
частотну, струмову та інші похибки.
Іноді користуються наведеною похибкою, під якою розуміється
відношення абсолютної похибки до найбільшого значеннявихідний величини.
У відсотках наведена похибка
γприв = ∆y 100/уmax
Якщо абсолютна похибкапостійна, то наведена похибка також
постійна.
Похибка, спричинена зміною характеристик елемента з часом,
називається нестабільністю елемента.

Порогом чутливості називається мінімальна
величина на вході елемента, що викликає зміну
вихідний величини (тобто впевнено виявляється за допомогою
даного датчика). Поява порога чутливості
викликають як зовнішні, так і внутрішні фактори (тертя,
люфти, гістерезис, внутрішні шуми, перешкоди та ін.).
За наявності релейних властивостей характеристика елемента
може набувати реверсивного характеру. У цьому випадку вона
також володіє порогом чутливості та зоною
нечутливість.

Динамічний режим роботи елементів.
Динамічним режимом називається процес переходу елементів та систем з одного
усталеного стану до іншого, тобто. така умова їхньої роботи, коли вхідна величина х, а
отже, і вихідна величина змінюються в часі. Процес зміни величин х і у
починається з деякого порогового часу t = tп і може протікати в інерційному та
безінерційному режимах.
За наявності інерційності спостерігається запізнення зміни щодо зміни
х. Тоді при стрибкоподібній зміні вхідної величини від 0 до х0 вихідна величина досягає
усталеного Yуст не відразу, а після закінчення проміжку часу, протягом якого відбувається
перехідний процес. При цьому перехідний процес може бути аперіодичним (не коливальним) загасаючим або коливальним загасаючим. Час tуст (час встановлення)
якого вихідна величина досягає встановленого значення, залежить від інерційності
елемента, що характеризується постійною добою Т.
У найпростішому випадку встановлення величини відбувається за показовим законом:
де Т - стала часу елемента, яка залежить від параметрів, пов'язаних з його інерційністю.
Встановлення вихідний величини тим триваліше, ніж більше значенняТ. Час встановлення tycт вибирається в залежності від необхідної точності вимірювання датчика і складає
зазвичай (3... 5) Т, що дає помилку в динамічному режимі трохи більше 5... 1 %. Ступінь наближення ∆у
зазвичай обмовляється і в більшості випадків становить від 1 до 10% від значення, що встановилося.
Різниця між значеннями вихідної величини в динамічному та статичному режимах називається динамічною похибкою. Бажано, щоб вона була якнайменша. В електромеханічних та електромашинних елементах інерційність в основному визначається механічною.
інерцією рухомих і обертових частин. В електричних елементах інерційність
визначається електромагнітною інерцією чи іншими подібними чинниками. Інерційність
може бути причиною порушення сталої роботи елемента чи системи загалом.

Питання 1 Основні поняття та визначення САіУ

Автоматизація- один із напрямів науково-технічного прогресу, що використовує саморегулюючі технічні засоби та математичні методиз метою звільнення людини від участі у процесах отримання, перетворення, передачі та використання енергії, матеріалів чи інформації, або суттєвого зменшення ступеня цієї участі чи трудомісткість виконуваних операцій. Автоматизація дозволяє підвищити продуктивність праці, покращити якість продукції, оптимізувати процеси управління, усунути людину від виробництв, небезпечних для здоров'я. Автоматизація, за винятком найпростіших випадків, вимагає комплексного, системного підходудо розв'язання задачі. До складу систем автоматизації входять датчики (сенсорів), пристрої введення, пристрої, що управляють (контролери), виконавчі пристрої, пристрої виведення, комп'ютери. Застосовувані методи обчислень іноді копіюють нервові та розумові функції людини. Весь цей комплекс засобів зазвичай називають системами автоматизації та управління.

В основі всіх систем автоматизації та управління лежать такі поняття як об'єкт управління, пристрій зв'язку з об'єктом управління, контроль та регулювання технологічних параметрів, вимірювання та перетворення сигналів.

Під об'єктом управління розуміється технологічний апарат або їх сукупність, у яких здійснюються (або за допомогою яких здійснюються) типові технологічні операції змішування, поділу або їхнє взаємне поєднання з простими операціями. Такий технологічний апарат разом із технологічним процесом, що у ньому протікає і якого розробляють систему автоматичного управління і називають об'єктом управління чи об'єктом автоматизації. Із сукупності вхідних та вихідних величин керованого об'єкта можна виділити керовані величини, що керують та обурюють дії та перешкоди. Керованою величиноює вихідна фізична величина або параметр керованого об'єкта, яка в процесі функціонування об'єкта повинна підтримуватися на певному заданому рівні або змінюватися заданим законом. Керуючим впливомє матеріальний чи енергетичний вхідний потік, змінюючи який, можна підтримувати керовану величину заданому рівні чи змінювати її за заданим законом. Автоматичним пристроєм або регулятором називають технічне пристрій, що дозволяє без участі людини, підтримувати величину технологічного параметра або міняти її за законом. Автоматичний керуючий пристрій включає комплекс технічних засобів, що виконують у системі певні функції. До складу автоматичної системи регулювання входять: Чутливий елемент або датчик, службовець перетворення вихідний величини керованого об'єкта в пропорційний електричний або пневматичний сигнал, Елемент порівняння- для визначення величини неузгодженості між поточним та заданим значеннями вихідної величини. Задає елементслужить завдання величини технологічного параметра, яку потрібно підтримувати постійному рівні. Підсилювально-перетворюючийелемент служить на вироблення регулюючого впливу залежно від величини і знака неузгодженості рахунок зовнішнього джерелаенергії. Виконавчий елементслужить реалізації регулюючого впливу. виробленого УПЕ. Регулюючий елемент– для зміни матеріального чи енергетичного потокуз метою підтримки вихідної величини на заданому рівні. У практиці автоматизаціївиробничих процесів автоматичні системи регулювання комплектуються типовими загальнопромисловими приладами, що виконують функції перерахованих вище елементів. Основним елементом таких систем є обчислювальна машина, Отримує інформацію від аналогових і дискретних датчиків технологічних параметрів Ця інформація може надходити на аналогові або цифрові пристрої подання інформації (вторинні прилади). Оператор-технолог звертається до цієї машини за допомогою пульта для введення інформації, яка не отримується від автоматичних датчиків, запитунеобхідної інформації

та порад з управління процесом. Робота САіУ базується на основі отримання та обробки інформації.

Основні види систем автоматизації та управління:

· Автоматизована система планування (АСП),

· Автоматизована система наукових досліджень (АСНІ),

· Система автоматизованого проектування (САПР),

· Автоматизований експериментальний комплекс (АЕК),

· Гнучке автоматизоване виробництво (ГАП) та автоматизована система управління технологічним процесом (АСУ ТП),

· Автоматизована система управління експлуатацією (АСУ)

· Система автоматичного управління (САУ).

Питання 2 Склад технічних засобів автоматизації та управління САіУ.

Технічні засоби автоматизації та управління - це пристрої та прилади, які можуть як самі засобами автоматизації, так і входити до складу програмно-апаратного комплексу.

До технічних засобів автоматизації та управління відносять:

− датчики;

− виконавчі механізми;

− регулюючі органи (РВ);

− лінії зв'язку;

− вторинні прилади (що показують та реєструють);

− пристрої аналогового та цифрового регулювання;

− програмно-задаючі блоки;

− устрою логіко-командного управління;

− модулі збору та первинної обробки даних та контролю стану технологічного об'єкта управління (ТОУ);

− модулі гальванічної розв'язки та нормалізації сигналів;

− перетворювачі сигналів з однієї форми в іншу;

−модулі подання даних, індикації, реєстрації та вироблення сигналів управління;

− буферні запам'ятовуючі пристрої;

− програмовані таймери;

−спеціалізовані обчислювальні пристрої, пристрої допроцесорної підготовки.

Технічні засоби автоматизації та управління можна систематизувати наступним чином:

СУ – система управління.
ЗУ – Задаюче пристрій (кнопки, екрани, тумблери).

УОІ - Пристрій відображення інформації.
УОІ - Пристрій переробки інформації.

УсПУ - Перетворювальний / Підсилювальний пристрій.
КС - Канал зв'язку.
ОУ - Об'єкт управління.
ІМ – Виконавчі механізми.

РО - Робочі органи (Маніпулятори).

Д – Датчики.
ВП - Вторинні перетворювачі.

За функціональним призначенням їх ділять на такі 5 груп:

Вхідні пристрої. До них відносяться - ЗП, ВП, Д;

Вихідні пристрої. До них відносяться - ІМ, УсПІ, РВ;

Пристрої центральної частини. До них відносяться - УПІ;

Кошти промислових мереж. До них відносяться – КС;

Пристрої відображення інформації - УОІ.

ТСАіУ виконують такі функції: 1. збір та перетворення інформації про стан процесу; 2. передачу інформації каналами зв'язку; 3. перетворення, зберігання та обробка інформації; 4. формування команд управління відповідно до обраних цілей (критеріями функціонування систем); 5. використання та подання командної інформації для впливу на процес та зв'язок з оператором за допомогою виконавчих механізмів. Тому всі промислові засоби автоматизації технологічних процесівза ознакою ставлення до системи об'єднують відповідно до стандарту наступні функціональні групи: 1. кошти на вході системи (датчики); 2. кошти на виході системи (вихідні перетворювачі, засоби відображення інформації та команд управління процесом, аж до мовних); 3. внутрішньосистемні САіУ (що забезпечують взаємозв'язок між пристроями з різними сигналами та різними машинними мовами) наприклад, мають виходи релейні або з відкритим колектором; 4. засоби передачі, зберігання та обробки інформації.
Таке різноманіття груп, типів та конфігурацій САіУ призводить до багато альтернативної проблеми проектування технічного забезпеченняАСУ ТП у кожному конкретному випадку. Одним з найбільш важливих критеріїввибору ТСАіУ може бути їхня вартість.

Таким чином, технічні засоби автоматизації та управління включають прилади для фіксування, переробки та передачі інформації на автоматизованому виробництві. За допомогою них здійснюється контроль, регулювання та управління автоматизованими лініями виробництва.

АВТОМАТИКА ТА ТЕХНІЧНІ ЗАСОБИ АВТОМАТИЗАЦІЇ

Загальні відомостіпро автоматизацію технологічних

процесів харчових виробництв

Основні поняття та визначення автоматики

Автомат(грец. automatos - автоматичний) - це пристрій (сукупність пристроїв), що функціонує без участі людини.

Автоматизація– це процес розвитку машинного виробництва, у якому функції управління і контролю, раніше виконувані людиною, передаються приладам і автоматичним пристроям.

Мета автоматизації- Підвищення продуктивності ефективності праці, поліпшення якості продукції, оптимізація планування та управління, усунення людини від роботи в умовах, небезпечних для здоров'я.

Автоматизація – один із основних напрямів науково-технічного прогресу.

Автоматикаяк навчальна дисципліна-це область теоретичних і прикладних знаньпро автоматично діючі пристрої та системи.

Історія автоматики як галузі техніки тісно пов'язана з розвитком автоматів, автоматичних пристроїв та автоматизованих комплексів. У стадії становлення автоматика спиралася на теоретичну механікуі теорію електричних ланцюгів і систем та вирішувала завдання, пов'язані з регулюванням тиску в парових котлах, ходу поршня парових та частоти обертання електричних машин, управління роботою верстатів-автоматів, АТС, пристроями релейного захисту. Відповідно і технічні засоби автоматики в цей період розроблялися і використовувалися до систем автоматичного регулювання. Інтенсивний розвиток усіх галузей науки і техніки наприкінці першої половини XX століття викликав також швидкий рісттехніки автоматичного керування, застосування якої стає загальним.

Друга половина XX століття ознаменувалася подальшим удосконаленням технічних засобів автоматики та широким, хоч і нерівномірним для різних галузей народного господарства, поширенням автоматичних керуючих пристроїв з переходом до більш складних автоматичних систем, зокрема в промисловості - від автоматизації окремих агрегатів до комплексної автоматизації цехів та заводів. Особливістю є використання автоматики на об'єктах, територіально віддалених один від одного, наприклад, великі промислові та енергетичні комплекси, аграрні об'єкти з виробництва та переробки сільськогосподарської продукції тощо. Для зв'язку між окремими пристроями у таких системах застосовуються засоби телемеханіки, які разом із пристроями управління та керованими об'єктами утворюють телеавтоматичні системи. Велике значенняпри цьому набувають технічних (у тому числі телемеханічних) засобів збору та автоматичної обробки інформації, оскільки багато завдань у складних системах автоматичного управління можуть бути вирішені тільки за допомогою обчислювальної техніки. Нарешті, теорія автоматичного регулювання поступається місцем узагальненої теорії автоматичного управління, що об'єднує все теоретичні аспектиавтоматики та складової основу загальної теоріїуправління.

Введення автоматизації на виробництві дозволило значно підвищити продуктивність праці, скоротити частку робітників, зайнятих у різних сферахвиробництва. До впровадження засобів автоматизації заміщення фізичної праці відбувалося у вигляді механізації основних та допоміжних операцій виробничого процесу. Інтелектуальна праця довгий часзалишався немеханізованим. В даний час операції інтелектуальної праці стають об'єктом механізації та автоматизації.

Існують різні види автоматизації.

1. Автоматичний контрольвключає автоматичну сигналізацію, вимірювання, збирання та сортування інформації.

2. Автоматична сигналізаціяпризначена для оповіщення про граничні або аварійні значення будь-яких фізичних параметрів, про місце та характер порушень ТП.

3. Автоматичний вимірзабезпечує вимірювання та передачу на спеціальні реєструвальні прилади значень контрольованих фізичних величин.

4. Автоматичне сортуванняздійснює контроль та поділ продуктів та сировини за розміром, в'язкістю та іншими показниками.

5. Автоматичний захистце сукупність технічних засобів, які забезпечують припинення контрольованого ТП у разі ненормальних чи аварійних режимів.

6. Автоматичне керуваннявключає комплекс технічних засобів та методів з управління оптимальним ходом ТП.

7. Автоматичне регулюванняпідтримує значення фізичних величин на певному рівніабо зміна їх за необхідним законом без безпосередньої участі людини.

Ці та інші поняття, що стосуються автоматизації та управління, об'єднує кібернетика– наука про управління складними системами та процесами, що розвиваються, вивчає загальні математичні закони управління об'єктами різної природи (kibernetas (грец.) – Керуючий, кермовий, керманич).

Система автоматичного керування(САУ) – це сукупність об'єкта управління ( ОУ) та пристрої керування ( УУ), що взаємодіють між собою без участі людини, дія якої спрямована на досягнення певної мети.

Система автоматичного регулювання(САР) – сукупність ОУта автоматичного регулятора, що взаємодіють між собою, забезпечує підтримку параметрів ТП на заданому рівні або їх зміну за необхідним законом, діє також без участі людини. САР є різновидом САУ.

Щербіна Ю. В.
Технічні засоби автоматизації та управління

Міністерство освіти Російської Федерації
Московський державний університетдруку

Навчальний посібник
Допущено УМО за освітою в галузі поліграфії та книжкової справи для студентів вищих навчальних закладів, які навчаються за спеціальністю 210100 «Управління та інформатика в технічні системи»

Москва 2002

Рецензенти: Г.Б. Фалк, професор Московського державного інститутуелектроніки та математики технічного університету; А.С. Сидоров, професор Московського державного університету друку

У навчальному посібнику розглянуто архітектуру та принципи функціонування сучасних системкерування технологічним процесом. Описано системи управління на базі комп'ютерної техніки загальнопромислового типу та для поліграфічного виробництва, основні технічні засоби автоматизації (датчики, перетворювачісигналів, мікроконтролери, виконавчі пристрої), а також програмне забезпеченнясистем автоматизації та управління.

Щербіна Ю.В. Технічні засоби автоматизації та управління: Навчальний посібник; Моск. держ. ун-т друку. М: МГУП, 2002. 448 с.

© Ю.В. Щербина, 2002
© Оформлення. Московський державний університет друку, 2002

Вступ

1. ОСНОВНІ НАПРЯМКИ РОЗБУТКУ АВТОМАТИЗОВАНИХ КОМПЛЕКСІВ І КЕРІВНИХ СИСТЕМ
1.1. Поняття виробничої системи
1.2. Еволюція автоматизованих комплексів та виробництв
1.3. Гнучкі автоматизовані виробничі системи
1.4. Комплексна багаторівнева системаавтоматизації та управління поліграфічним виробництвом

2. СИСТЕМИ АВТОМАТИЗАЦІЇ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ПРОЦЕСІВ НА БАЗІ КОМП'ЮТЕРНОЇ ТЕХНІКИ
2.1. Структура системи автоматизації з урахуванням комп'ютерної техніки
2.2. Основні функції комп'ютера чи мікроконтролера
2.3. Вимоги до програмного забезпечення
2.4. Об'єкти управління
2.5. Системи регулювання та методи управління
2.6. Датчики систем керування
2.7. Аналого-цифрові та цифроаналогові перетворювачі
2.8. Приклади реалізації промислових мікропроцесорних систем управління виробництвом
2.8.1. Апаратно-програмний комплекс реального часу для наміру характеристик транспортного потоку
2.8.2. Комплексна розподілена система керування гідроагрегатами ГЕС

3. МІКРОПРОЦЕСОРНІ СИСТЕМИ УПРАВЛІННЯ ДРУКОВАНИМ ПРОЦЕСОМ
3.1. Архітектура мікропроцесорних систем керування печаткою
3.2. Інтегровані системи керування сучасними друкарськими машинами
3.3. Галузевий формат друкованої продукції
3.4. Системи централізованого налаштування та управління друкарської машини
3.5. Чи системи станційного управління подачею фарби та приводкою
3.6. Системи контролю якості друкованої продукції

4. ПРИНЦИПИ РЕАЛІЗАЦІЇ ІНФОРМАЦІЙНОГО ОБМІНУ В ЛОКАЛЬНИХ ВИЧИСЛЮВАЛЬНИХ МЕРЕЖАХ
4.1. Правила інформаційного обміну відповідно до моделі ISO/OSI
4.2. Функції рівнів моделі ISO/OSI
4.3. Протоколи взаємодії додатків та протоколи транспортної підсистеми
4.4. Стек TCP/IP
4.5. Методи доступу до середовища передачі даних ЛОМ
4.6. Протоколи інформаційного обміну в ЛОМ
4.7. Апаратні засоби ЛОМ
4.8. Мережі Ethernet
4.9. Мережа Token Ring
4.10. Мережа Arcnet
4.11. Мережа FDDI
4.12. Інші високошвидкісні ЛОМ
4.13. Корпоративні мережі
4.14. Мережі промислової автоматизації

5. МІКРОПРОЦЕСОРНІ СИСТЕМИ УПРАВЛІННЯ НА БАЗІ CAN-МЕРЕЖЕЙ
5.1. Основні переваги CAN-мереж
5.2. Принцип роботи CAN-інтерфейсу у локальних промислових мережах
5.3. Архітектура чинних протоколів CAN-мереж
5.4. Протокол CAL (CAN Application Layer)
5.5. Протокол CANopen
5.6. Протокол CAN Kingdom
5.7. Протокол DeviceNet
5.8. Протокол SDS (Smart Distributed System)
5.9. Порівняння протоколів. Інші HLP
5.10. Застосування в індустріальних додатках

ВСТУП

Технічні засоби є найбільш динамічною частиною систем автоматизації та управління, що оновлюється незрівнянно швидше, ніж відбувається еволюція, наприклад, принципів організації та складу функціональних типових завданьуправління. Розвиток мікропроцесорної елементної бази та її значне здешевлення послужили передумовами для масового використання програмованих логічних та регулюючих мікроконтролерів.

Об'єднання мікропроцесорних пристроїв у локальні мережі призвело до появи нових систем з розподіленим управлінням, мають гнучку структуру і забезпечують можливість легкого пристосування до вимог конкретного виробництва. Використання мікропроцесорних систем (промислових комп'ютерів), периферійних пристроїв з розвиненими функціями, сучасної технікикомунікації, такий, наприклад, як волоконно-оптичні канали зв'язку, в системах супервізорного контролю, збору даних та управління призвело до появи «інтелектуальних» технічних систем. Прикладом такої системи є розглянута в даному посібникукомплексна багаторівнева система автоматизації та управління поліграфічним виробництвом РЕСОМ, розроблена фірмою Man Roland.

Аналіз стану та перспектив розвитку сучасних засобівавтоматизації показує основні напрями їх удосконалення:
інтеграція окремих функційзбору, проміжна обробка та перетворення інформації в єдиних пристроях, побудованих на базі цифрових сигнальних процесорів (ЦСП), програмованих логічних інтегральних схем (ПЛІС), багатопроцесорних модулів та модулів віддаленого введення-виведення сигналів;
розробка нових типів різних процесорних плат (повнорозмірних, половинних), одноплатних комп'ютерів (All-in-one) формату 3,5" та 5,25", процесорних плат Compact PCI, що забезпечують повну відповідність відкритій архітектурі РС-сумісного комп'ютера;
розвиток швидкодіючих мережного збору та обробки мережевої інформації на основі CAN-інтерфейсів, AS-інтерфейсів та послідовних протоколів передачі кодованих сигналів RS-482/485.

Важливим аспектом удосконалення САіУ є підвищення надійності їх функціонування та «живучості» пристроїв, що входять до них, з реалізацією функції діагностики та протоколювання стану системи управління в робочих і позаштатних умовах її роботи. Це завдання вирішується як рахунок гарячого резервування каналів передачі, і з допомогою передачі окремих функцій обробки інформації справним мікропроцесорним пристроям. Велика увагаприділяється створенню агрегатних комплексів з об'єктною орієнтацією, здатних працювати у складі локальних керуючих обчислювальних мереж.

У цьому навчальному посібнику розглянуто окремі питанняісторії розвитку автоматизованих системуправління, призначення та функції гнучких виробничих систем. Досить докладно висвітлено системи автоматизації технологічних процесів на базі комп'ютерної техніки, розглянуто їх структуру, основні функції комп'ютера та мікроконтролерів, а також роль операційного та прикладного програмного забезпечення. Як приклади промислових мікропроцесорних систем описано апаратно-програмний комплекс для вимірювання характеристик транспортного потоку та комплексну розподілену систему управління гідроагрегатами ГЕС, розроблені НВЦ «Модуль».

В окремий розділ виділено опис мікропроцесорної системи управління друкованим процесом, в якій висвітлено питання архітектури мікропроцесорних систем управління друком, інтегровані системи управління сучасними листовими друкарськими машинами, можливості галузевого формату друкованої продукції CIP3. На прикладі комплексної системиавтоматизованого управління печаткою фірми Heidelberg розглянуто системи централізованого налаштування та управління друкарською машиною ЦПТронік та системи дистанційного керування подачею фарби та приведенням, а також системи управління якістю друкованої продукції.

Велику увагу приділено принципам функціонування керуючих локальних обчислювальних мереж (LAN) та розподіленим системам обробки інформації, що надходить від мікропроцесорних модулів на базі CAN-мереж. Тут розглянуто правила інформаційного обміну відповідно до моделі ISO/OSI, функції інформаційних рівнів, протоколи взаємодії додатків та протоколи транспортної системи, апаратні засоби ЛОМ, мережі Ethernet, Token Ring, Arcnet та ін. Розглянуто переваги CAN-мереж, принципи роботи. Висвітлено особливості їхньої архітектури та надано опис різних протоколів CAN-мереж (CAL, CANopen, CAN Kingdom, DeviceNet та ін.).

Опис апаратних засобів містить дані про аналого-цифрові перетворювачі (АЦП), датчики систем автоматизації та управління, цифрові сигнальні процесори, цифроаналогові перетворювачі і виконавчі пристрої систем автоматики. Поряд із розглядом традиційних питань автор намагався навести технічні дані сучасних технічних пристроїв, що випускаються фірмами «Motorola», «Honeywell» та ін. Ці вироби зараз активно просуваються на російському ринкузасобів промислової автоматизації такими компаніями, як "Прософт", "Ракурс", "PLC-Systems", "Джерельце" та ін.

Тут же наведено приклади використання даних пристроїв під час вирішення деяких завдань автоматичного контролю та управління. Ці матеріали можуть бути корисними при виконанні курсових робіт та у дипломному проектуванні.

Додатково було включено два розділи. В одній із них розглядаються прикладні програмні засоби мікропроцесорних систем. Хоча питання програмного забезпечення потребують більше докладного розгляду, але й тут їхнє освітлення стало необхідним. Організація роботи як локальних, і мережевих систем безпосередньо пов'язані з особливостями конструкцій мікропроцесорних пристроїв і з конкретними можливостями програмного обеспечения. У цій роботі описано деякі засоби розробки промислових мікроконтролерів (наприклад, комплект програмного забезпечення LASDK), SCADA-система GENESIS32-6.0, а також прикладне програмне забезпечення LabWindowsAAH збору та обробки даних та інші програмні пакети.

У розділі "Мікропроцесорні модулі віддаленого збору інформації та управління" на підставі каталогів компаній "Прософт", ІКОС та інших описані мікропроцесорні пристрої та модулі віддаленого введення-виведення фірм Advantech та ICP. Тут наведено переліки пристроїв, що входять до сімейства ADAM 5000 та ROBO 8000, наведено їх паспортні дані та описано приклади реалізації розподілених систем збору інформації та управління.

Метою підготовки даного рукопису був єдиний опис надзвичайно різнорідної та швидко мінливої ​​номенклатури пристроїв та методів побудови систем промислової автоматизації та управління. Тому автор приділив підвищену увагу не лише самим апаратним засобам, а й архітектурі, інформаційне забезпеченняі способів побудови мережевих систем керування.

Під час підготовки цієї роботи використовувалися статті наукових та загальнотехнічних журналів, підручники, довідники, монографії, а також матеріали інформаційних та комерційних WEB-сайтів Інтернету. Список літератури, що рекомендується, наведено в кінці рукопису. Для зручності читачів він розбитий на три розділи. Додатково додано перелік WEB-сайтів з промислової автоматизації, комп'ютерної та мікропроцесорної техніки.

Це навчальний посібникрекомендується студентам спеціальності 210100 «Управління та інформатика в технічних системах» щодо курсу ТСАіУ, а також для використання в курсовому та дипломному проектуванні. Крім того, цей навчальний посібник може використовуватися студентами спеціальності 170800 «Поліграфічні машини та автоматизовані комплекси», а також 281400 «Технологія поліграфічного виробництва» щодо курсів «Управління в технічних системах» та «Автоматизація поліграфічного виробництва».

Завантажити книгу "Технічні засоби автоматизації та управління". Москва, Московський державний університет друку, 2002

Вступ 4

Тема 1. Етапи розвитку та принципи формування складу технічних засобів автоматизованих систем управління 4

Тема 2. Технічні засоби автоматизованих систем

управління 10

Тема 3. Електрорухові виконавчі механізми 19

Тема 4. Електромагнітні виконавчі механізми 40

Тема 5. Електромеханічні муфти 46

Тема 6. Релейні виконавчі механізми 58

Відповіді на тести 69

Підсумковий тест 70

Список литературы 72

ВСТУП

Автоматизація одна із найважливіших чинників зростання продуктивність праці та підвищення якості своєї продукції. Неодмінною умовою прискорення темпів зростання автоматизації є розвиток та вдосконалення її технічних засобів, до яких належать всі пристрої, що входять до системи управління та призначені для отримання інформації, її передачі, зберігання та перетворення, а також для здійснення керуючих впливів на об'єкт управління. Ці дії здійснюються за допомогою виконавчих механізмів та регулюючих органів, опису яких присвячено цей посібник.

Основна увага приділяється електромеханічним виконавчим механізмам, т.к. вони отримали широке розповсюдженняна практиці, завдяки зручності перетворення електричних сигналів пристрою управління-регулятора в необхідне механічне переміщення регулюючого органу, що змінює матеріальні та енергетичні потоки в об'єкті, що керується.

Тема 1. Етапи розвитку та принципи формування складу технічних засобів автоматизації

Етапи розвитку технічних засобів автоматизації.Розвиток технічних засобів автоматизації є складним процесом, основу якого лежать економічні інтереси та технічні потреби автоматизованих виробництв, з одного боку, і самі інтереси і технологічні можливості виробників технічних засобів автоматизації, – з іншого. Первинним стимулом розвитку є підвищення економічної ефективності роботи підприємств завдяки впровадженню нових, більш досконалих технічних засобів автоматизації.

У розвитку економічних та технічних передумов впровадження та використання автоматизації технологічних процесів (ТП) можна виділити такі етапи:

1. Початковийетап, для якого характерні надлишок дешевої робочої сили, низька продуктивність праці, мала поодинока потужність агрегатів та установок. Завдяки цьому найширша участь людини під управлінням ТП, тобто. спостереження за об'єктом управління, а також прийняття та виконання керуючих рішень, даному етапібуло економічно виправданим. Механізації та автоматизації підлягали лише окремі процеси та операції, управління якими людина було здійснювати досить надійно за своїми психофізіологічним даним, тобто. технологічні операції що вимагали великих м'язових зусиль, швидкості реакції, підвищеної уваги та ін.

2. Перехід до етапу комплексної механізації та автоматизаціївиробництва стався завдяки зростанню продуктивності праці, укрупненню одиничної потужності агрегатів та установок, розвитку матеріальної та науково-технічної бази автоматизації. На цьому етапі, при управлінні ТП людина-оператор все більше займається розумовою працею, виконуючи різноманітні логічні операції при пусках та зупинках об'єктів, особливо при виникненні непередбачуваних обставин, передаварійних і аварійних ситуацій, а також оцінює стан об'єкта, контролює та резервує роботу автоматичних систем. На цьому етапі формуються основи великосерійного виробництва технічних засобів автоматизації, орієнтованого на широке застосування стандартизації, спеціалізації та кооперації. Широкі масштаби виробництва засобів автоматизації та специфіка їх виготовлення призводять до поступового виділення цього у самостійну галузь.

3. З появою керуючих обчислювальних машин (УВМ) починається перехід до етапу автоматизованих систем керування технологічними процесами (АСУТП), що збігся з початком науково-технічної революції. На даному етапі стає можливою та економічно доцільною автоматизація все більш складних функцій управління, що здійснюється з використанням УВМ. Але оскільки УВМ тоді були дуже громіздкими і дорогими, то для реалізації більш простих функційУправління досить широко застосовувалися і традиційні аналогові пристрої автоматики. Недоліком таких систем була їхня невисока надійність, т.к. вся інформація про хід ТП надходить та обробляється УВМ, при виході якої з ладу, її функції повинен був взяти на себе оператор-технолог, який контролює роботу АСУТП. Природно, що у разі якість управління ТП значно знижувалася, т.к. людина було здійснювати управління настільки ж ефективно, як УВМ.

4. Поява щодо недорогих та компактних мікропроцесорних пристроїв дозволила відмовитися від централізованих систем управління ТП, замінивши їх розподіленими системами , в яких збирання та обробка інформації про виконання окремих взаємопов'язаних операцій ТП, а також прийняття управлінських рішень здійснюється автономно, локальними мікропроцесорними пристроями, що отримали назву мікроконтролерів. Тому надійність розподілених систем значно вища, ніж централізованих.

5. Розвиток мережевих технологій, що дозволило зв'язати в єдину корпоративну мережу численні та віддалені один від одного комп'ютери, за допомогою яких здійснюється контроль та аналіз фінансових, матеріальних та енергетичних потоків при виробництві підприємством продукції, а також управління ТП сприяло переходу до інтегрованим системам управління . У цих системах за допомогою дуже складного програмного забезпечення спільно вирішується весь комплекс завдань із управління діяльністю підприємства, включаючи завдання обліку, планування, управління ТП та ін.

6. Підвищення швидкодії та інших ресурсів мікропроцесорів, що використовуються для управління ТП, дозволяє в даний час говорити про перехід до етапу створення інтелектуальних систем управління , здатних приймати ефективні рішення щодо управління підприємством за умов інформаційної невизначеності, тобто. браку необхідної інформації про фактори, що впливають на його прибуток.

Методи стандартизації та структура технічних засобів автоматизації.Економіка галузі, що виробляє засоби автоматизації, вимагає досить вузької спеціалізації підприємств, що випускають великі серії однотипних пристроїв. У той же час з розвитком автоматизації, з появою нових, все більш складних об'єктів управління та збільшенням обсягу функцій, що автоматизуються, зростають вимоги до функціонального розмаїття пристроїв автоматизації і до різноманітності їх технічних характеристик і конструктивних особливостей виконання. Завдання зменшення функціонального та конструктивного різноманіття за оптимального задоволення запитів автоматизованих підприємств вирішується за допомогою методів стандартизації .

Рішенням щодо стандартизації завжди передують системні дослідження практики автоматизації, типізація наявних рішень та наукове обґрунтуванняекономічно оптимальних варіантів та можливостей подальшого скорочення різноманіття застосовуваних пристроїв. Рішення, що приймаються при цьому, після їх практичної перевірки оформлюються обов'язковими до виконання державними стандартами (ГОСТ). Вужчі за сферою застосування рішення можуть оформлятися і у вигляді галузевих стандартів (ОСТ), а також у вигляді стандартів підприємств, що мають ще більш обмежену застосовність (СТП).

Агрегатування – принцип формування складу серійно виготовлених засобів автоматизації, спрямований на максимальне задоволення запитів підприємств-споживачів при обмеженій номенклатурі продукції, що випускається серійно.

Агрегатування полягає в тому, що складні функції управління можна розкласти на найпростіші складові (також, як, наприклад, складні обчислювальні алгоритми можна у вигляді сукупності окремих найпростіших операторів).

Таким чином, агрегатування ґрунтується на розкладанні загального завдання управління на ряд найпростіших однотипних операцій, що повторюються в тих чи інших комбінаціях у різних системах управління. При аналізі великої кількості подібних систем управління можна виділити обмежений набір найпростіших функціональних операторів, комбінації яких будується практично будь-який варіант АСУТП. В результаті формується склад серійно виготовлених засобів автоматизації, що включає такі конструктивно завершені та функціонально самостійні одиниці, як блоки та модулі, прилади та механізми.

Блок – конструктивний збірний пристрій, який виконує одну або кілька функціональних операцій з перетворення інформації.

Модуль – уніфікований вузол, який виконує елементарну типову операцію у складі блоку чи приладу.

Виконавчий механізм (ІМ) – пристрій для перетворення керуючої інформації в механічне переміщення з потужністю, достатньої для впливу на об'єкт управління.

Відповідно до принципу агрегатування системи управління створюються шляхом монтажу модулів, блоків, приладів та механізмів з подальшою комутацією каналів та ліній зв'язку між ними. У свою чергу, самі блоки та прилади створюються також шляхом монтажу та комутації різних модулів. Модулі ж збираються з простіших вузлів (мікромодулів, мікросхем, плат, пристроїв комутації тощо), що становлять елементну базу технічних засобів. При цьому виготовлення блоків, приладів та модулів здійснюється повністю у заводських умовах, тоді як монтаж та комутація АСУТП повністю завершується лише на місці її експлуатації. Такий підхід до побудови блоків та приладів отримав назву блочно-модульного принципу виконання технічних засобів автоматизації

Застосування блочно–модульного принципу як дозволяє проводити широку спеціалізацію та кооперування підприємств у межах галузі, виробляє кошти автоматизації, а й веде до підвищення ремонтопридатності і збільшення коефіцієнтів використання цих засобів у системах управління. Зазвичай підприємства, що випускають засоби автоматизації промислового призначення, спеціалізуються на виготовленні комплексів або систем блоків та приладів, функціональний склад яких орієнтований на реалізацію якихось великих функцій або підсистем АСУТП. При цьому в рамках окремого комплексу всі блоки та прилади виконуються сумісними за інтерфейсом , тобто. сумісними за параметрами та характеристиками сигналів-носіїв інформації, так само як і за конструктивними параметрами та характеристиками пристроїв комутації. Прийнято називати такі комплекси та системи засобів автоматизації агрегатними чи агрегатованими.

У Росії виробництво засобів автоматизації промислового призначення здійснюється в рамках Державної системи приладів та засобів автоматизації промислового призначення (або скорочено ДСП). ДСП включає всі засоби автоматизації, що відповідають єдиним загальним технологічним вимогам до параметрів та характеристик сигналів-носіїв інформації, до характеристик точності та надійності засобів, до їх параметрів та особливостей конструктивного виконання.

Уніфікація засобів автоматизації. Уніфікація – супутній агрегатуванню метод стандартизації, також спрямований на впорядкування та розумне скорочення складу засобів автоматизації, що серійно виготовляються. Вона спрямована на обмеження різноманіття параметрів та технічних характеристик, принципів дії та схем, а також конструктивних особливостей виконання засобів автоматизації.

Сигнали – носії інформації в засобах автоматизації можуть відрізнятися як за фізичною природою та параметрами, так і за формою подання інформації. У рамках ГСП застосовуються у серійному виробництві засобів автоматизації такі типи сигналів:

Електричний сигнал (напруга, сила чи частота електричного струму);

Пневматичний сигнал (тиск стисненого повітря);

Гідравлічний сигнал (тиск або перепад тиску рідини).

Відповідно в рамках ДСП формуються електрична, пневматична та гідравлічна гілки засобів автоматизації.

Найбільш розвиненою гілкою засобів автоматизації є електрична. У той же час широко використовуються пневматичні засоби. Розвиток пневматичної гілки обмежується відносно низькою швидкістю перетворення та передачі пневматичних сигналів. Проте в галузі автоматизації пожежо- та вибухонебезпечних виробництв пневматичні засоби знаходяться, по суті, поза конкуренцією. Гідравлічна гілка засобів ГСП не набула широкого розвитку.

За формою подання інформації сигнал може бути аналоговим, імпульсним та кодовим.

Аналоговий сигнал характеризується поточними змінами якогось фізичного параметра-носія (наприклад, миттєвими значеннями електричної напруги або струму). Такий сигнал існує практично в кожний момент часу і може приймати будь-які значення в межах заданого діапазону змін параметра.

Імпульсний сигнал характерний поданням інформації лише в дискретні моментичасу, тобто. наявністю квантування за часом. При цьому інформація подається у вигляді послідовності імпульсів однакової тривалості, але різної амплітуди (амплітудно-імпульсна модуляція сигналу) або однакової амплітуди, але різної тривалості (широтно-імпульсна модуляція сигналу). Амплітудно-імпульсна модуляція (АІМ) сигналу застосовується в тих випадках, коли значення фізичного параметра-носія інформації можуть змінюватися з часом. Широтно-імпульсна модуляція (ШІМ) сигналу використовується, якщо фізичний параметр-носій інформації може набувати лише деяке постійне значення.

Кодовий сигнал є складною послідовністю імпульсів, що використовується для передачі цифрової інформації. У цьому кожна цифра то, можливо представлена ​​як складної послідовності імпульсів, тобто. коду, а сигнал, що передається, є дискретним (квантується) і за часом, і за рівнем.

Відповідно до форми подання інформації кошти ДСП поділяються на аналогові і дискретно-цифрові . До останніх належать також засоби обчислювальної техніки.

Усі параметри та характеристики сигналів-носіїв інформації у засобах ДСП уніфіковані. Стандартами передбачається використання в аналогових засобах таких видів електричних сигналів:

Сигнал щодо зміни сили постійного струму (струмовий сигнал);

Сигнал щодо зміни напруги постійного струму;

Сигнал щодо зміни напруги змінного струму;

Частотний електричний сигнал

Сигнали постійного струму використовуються найчастіше. При цьому струмовий сигнал (з великим внутрішнім опором джерела) застосовується для передачі інформації щодо довгих лініяхзв'язку.

Сигнали змінного струму рідко використовуються для перетворення та передачі у зовнішніх лініях зв'язку. Це пов'язано з тим, що при складанні та відніманні сигналів змінного струму необхідно виконати вимогу синфазності, а також забезпечити придушення нелінійних спотворень гармонік струму. У той самий час під час використання цього сигналу легко реалізуються завдання гальванічного поділу електричних ланцюгів.

Електричний частотний сигнал є потенційно найбільш завадостійким аналоговим сигналом. У той самий час отримання та здійснення лінійних перетворень цього сигналу викликає відомі труднощі. Тому частотний сигнал не набув широкого поширення.

Для кожного виду сигналів встановлено низку уніфікованих діапазонів їх змін.

Стандарти на види та параметри сигналів уніфікують систему зовнішніх зв'язківабо інтерфейс засобів автоматизації. Така уніфікація, доповнена стандартами на пристрої комутації блоків один з одним (у вигляді системи роз'ємів), створює передумови максимального спрощенняпроектування, монтажу, комутації та налагодження технічних засобів систем управління. При цьому блоки, прилади та інші пристрої з однаковим типом та діапазоном параметрів сигналів на входах-виходах стикуються шляхом простого з'єднанняроз'ємів.