Тема № 2

Тема № 2
Тема урока
Основные понятия
Назначение моделей
Свойства моделей
Виды моделей
Компьютерное моделирование
Этапы решения задач
– это процесс управляющего
воздействия на объект с целью привести
его в желаемое состояние или
положение.
– это объект,
нуждающийся в управляющем
воздействии для его успешного
взаимодействия с другими объектами
( внешней средой).
объектов управления: - станок;
автомобиль; оборудование; группа
людей.
:
1) Иметь алгоритм управления (свод
правил);
2) Иметь устройство управления.
Любой объект с точки зрения управления
имеет
и
.
 Это могут быть
и т.п.


Если взять в качестве объекта
, то
можно считать
в печи, а
будет
, подаваемый на
нагревательные элементы. Между входом и выходом
существует зависимость. Можно сказать, что выход
является функцией входа - ВЫХОД= F (ВХОД) . Это
означает, что, изменяя вход объекта, можно изменять
значение выхода. Так, изменяя величину электрического
тока (или включая и отключая ток), можно изменять
температуру в печи.

Это и есть управление объектом, в данном случае печью.

Для автоматического управления объектом необходимо
(
).
– электронное устройство
различной степени сложности, которое принимает
сигналы от датчиков с одной стороны, и выдает
управляющий сигнал на исполнительный механизм с
другой стороны. Используется для построения систем
автоматического управления.

Для управления устройству управления нужно знать
текущее состояние выхода объекта. Для получения
информации о выходе объекта используется
(в
нашем примере это датчик температуры).
САУ газокомпрессором
Например, температуру в
электрический ток или электрическое
сопротивление.
 Информация от датчика поступает на
.
 В управляющем устройстве постоянно
функционирует программав зависимости от состояния выхода
объекта.

В результате выполнения этой программы
управляющее устройство выдает управляющее то или
иное воздействие на вход объекта. Например,
«включить ток», если температура меньше заданной
и «выключить ток», если температура выше заданной.

Но само управляющее устройство не может
воздействовать на вход. Для этого используется
, который получает
команду от управляющего устройства и воздействует
на вход. Например, включает или выключает
электрический ток, открывает или закрывает
трубопровод и т.п.


Итак, составными
являются:
 управляющее устройство;
 датчик;
 исполнительный механизм;
 программа управления.
Цепочка от выхода объекта к его входу называется
. Причем, если температура на
выходе объекта повышается, воздействие на вход
объекта приводит к понижению этой температуры.
Такая обратная связь называется
. С помощью отрицательной
обратной связи и происходит автоматическое
управление объектом.
Тема урока
Сбор и обработку
измерительной
информации
осуществляет
человек, он же
принимает
окончательное
решение
(регулировка
трансформатора)
Приём и обработку
измерительной
информации
осуществляет ЭВМ и
измерительные
приборы, но
окончательное
решение принимает
человек – оператор
(атомная станция)
Сбор и обработку
измерительной
информации, а
также принятие
окончательного
решения и выдачу
управляющего
сигнала
осуществляет ЭВМ

Это наиболее распространенные системы, которые
Регулирующие
системы
иначе называют автоматическими регуляторами. В
автоматического
управления
автоматических
регуляторах используется
принцип
отрицательной обратной связи - основной принцип
всех кибернетических систем.

Такие системы используются для поддержания каких
либо параметров объекта на заданном уровне.
Например, температуры, давления, уровня, скорости и
т.п.


Эти системы управляют множеством механизмов и
агрегатов одного или нескольких технологических
процессов изготовления продукции, например, спичек,
напитков, химических веществ и т.п.
В таких системах с помощью датчиков собирается
информация о положении рабочих органов, состоянии
продукции, параметрах процесса. В управляющем
устройстве (обычно это программируемый контроллер)
заложена программа – алгоритм управления, в
соответствии с которой, в зависимости от показаний
датчиков, выдаются управляющие сигналы на
исполнительные механизмы. С помощью таких систем
создаются как поточные линии, так и отдельные
агрегаты автоматизированных производств.
САУ освещением
Центральная СУ
САУ роллетами
В следящих системах осуществляется регулирование
одного параметра в зависимости от значения другого
параметра.
 Например, в автоматической линии изготовления лекарств
количество одного компонента должно строго в
определенной пропорции соответствовать количеству
другого компонента. Или, например, в крылатой ракете
высота полета изменяется в соответствии с изменением
рельефа или положение руля корабля изменяется рулевой
машиной в соответствии с положением штурвала в рулевой
рубке. Автопилот самолета это тоже следящая система. На
прокатных станах постоянно контролируется толщина
прокатанной ленты и, при отклонении от заданного
значения в результате износа валков, изменяется
положение валков. Толщина ленты снова соответствует
заданной.

Системы автоматического контроля с
помощью датчиков собирают информацию
(давление, плотность, вязкость, температура,
влажность, концентрация примесей и т.д.).
Данные выводятся в удобной форме на
общий пульт управления, где оператор может
их видеть и принимать решение.
 Кроме этого, при отклонении параметров от
заданных значений система сигнализирует об
этом звуковыми и световыми сигналами.


В основном это диспетчерские системы.
Например, на химическом производстве, на
пульте управления процессом оператор видит на,
так называемой, мнемосхеме положение кранов,
вентилей трубопроводов химических веществ
(закрыт – открыт), состояние насосов (включен выключен), значение параметров процесса в разных
точках (температура, давление, концентрация
примеси и т.п.). Или на железной дороге у
диспетчера на общей мнемосхеме станции видно
положение стрелок, состояние семафоров,
положение составов.
Пульт управления системой
автоматического дозирования



На станочных агрегатах типа «обрабатывающий центр»
имеется система контроля состояния режущего
инструмента, которая контролирует геометрические
размеры инструмента и при недопустимом износе
выдается сигнал на замену инструмента.
Среди систем автоматического контроля выделяются
системы автоматической сигнализации. В их задачу
входит оповещение обслуживающего персонала о ходе
технологического процесса, о возникновении опасности,
об аварийных режимах работы оборудования,
требующих принятия неотложных мер.
Виды сигналов зависят от степени опасности. При
поступлении сигналов о наиболее опасных
недопустимых режимах для привлечения внимания
обслуживающего персонала, как правило, применяются
прерывистые звуковые сигналы, яркие вспышки ламп,
звонки, сирены.

Автоматические системы защиты не только подают
сигналы обслуживающему персоналу об аварийных
режимах работы оборудования, но и останавливают его.
Автоматическая защита применяется повсеместно в
промышленности и в быту, на транспорте и в энергетике.
Автоматические системы играют важную роль в
обеспечении безопасности, не только производства, но и
для работающих на предприятиях сотрудников и
населения ближайших территорий. Системы аварийной
защиты таких объектов, как атомный реактор, играют
важную роль и значение для безопасности уже в
масштабе не только одной страны, а нескольких. Эти
системы имеют автономное питание, собственные
датчики, и исполнительные механизмы. От них
требуется высокие быстродействие и надежность. Для
повышения надежности системы делаются
многоканальными, т.е. функции дублируются.
Климат-контроль или САУ климатом
Тема урока

Системы автоматического управления
являются очень ответственной частью
производственного комплекса. Поэтому к ним
предъявляются специальные требования,
которым они должны отвечать.
Точность управления


Под точностью управления понимается величина
отклонения фактического значения регулируемого
параметра от заданной величины.
Например, заданная величина температуры в
электрической печи 300 0С. Фактическое значение 295
0С. Разница составляет 5 0С. Это и есть точность системы
управления. Отклонение может быть как в большую
сторону, так и в меньшую. Поэтому точность
определяют как 5 0С. Точность может выражаться как в
натуральных единицах, так и в процентах. Так, в нашем
примере 5 0С составит 1.7% от заданных 300 0С. Это
означает, что фактическое значение параметра может
находиться в пределах 295 – 305 0С или 3005 0С, или
3000С 1.7%.
Надежность




Надежность - в технике это комплексное свойство
технического объекта, состоящее в его способности
выполнять (при определенных условиях эксплуатации)
заданные функции, сохраняя свои основные характеристики
в установленных пределах.
Надежность измеряется вероятностью безотказной работы
либо временем наработки на отказ.
В данном случае под надежностью понимается количество
часов непрерывной работы системы до первого отказа (так
называемая наработка на отказ) и срок службы
оборудования в годах. Например, система должна
проработать 10 000 часов работы до первого отказа
(поломки) и срок службы системы должен быть не менее 10
лет. Это и есть показатели надежности системы.
Для повышения надежности применяют дублирование
систем и элементов.
Безопасность



Под безопасностью систем управления понимается не только
безопасность для обслуживающего персонала, но и
выполнение требования, чтобы при выходе из строя системы
управления или ее части объект управления не пришел в
аварийное состояние.
Другими словами при любой поломке системы управления
объект управления должен прийти в безопасное исходное
состояние, и ни при каких случаях не должно случиться аварии с
объектом. Например, при отказе системы управления
электрической печью должен отключиться электрический ток.
Это особенно актуально для объектов, авария которых грозит
катастрофическими последствиями, как для работников
производства и населения, так и для окружающей природы.
Для обеспечения безопасности еще на стадии проектирования
учитывают требования безопасности. Кроме этого, применяется
дублирование систем, ставятся дополнительно системы
защиты, которые, в случае поломки системы управления,
приводят объект в исходное состояние (отключают).
Удобство в эксплуатации


Система должна быть удобной в эксплуатации. В это
понятие входит множество показателей. Например,
чем меньше система требует внимания и
напряжения оператора, чем меньше устает
оператор за смену, чем меньше времени требуется
на устранение неполадок, чем меньше времени
тратится на подготовку и обучение персонала, тем
система удобнее и лучше.
К удобству эксплуатации относится и удобство
считывания информации с показывающих
приборов и устройств. Все эти требования входят в
комплекс эргономических параметров, которые
разработчики должны учитывать при создании
систем управления.
Тема урока

При автоматизации сложных
технологических процессов часто строятся
многоуровневые системы управления. В
таких системах на нижнем уровне
находятся объекты со своими системами
управления. Каждая система управляет
своим объектом автономно. На верхнем
уровне находится управляющее
устройство, как правило, это компьютер,
который управляет работой систем
нижнего уровня.
САУ бетонным заводом

Например, имеется поточная линия гибкого
автоматизированного производства (ГАП) состоящая
из станков с числовым программным управлением
(ЧПУ). Каждый такой станок имеет свою систему
управления на базе микроЭВМ. Если связать все
микроЭВМ станков с одним общим компьютером и
обеспечить его соответствующей программой. То мы
получим двухуровневую систему управления
поточной линией станков. С компьютера верхнего
уровня можно менять рабочие программы станков
для обработки других деталей или запрашивать
информацию о количестве обработанных деталей, о
состоянии инструмента и других параметров
рабочего процесса.
Многоуровневые системы строятся для
управления сложными процессами,
которые, в свою очередь, состоят из
множества процессов.
 Примерами могут служить система
управления единой энергетической
системой страны, система управления
линией выпуска бензина на
нефтеперерабатывающем заводе,
система управления крупным
газопроводом с множеством перекачных
станций и т.п.
