Системы автоматики. Виды и особенности применения

Отрасль техники и науки, которая объединяет теорию и методы проектирования системы автоматики, и устройств, способных выполнять свою основную работу без человека, называется автоматикой.

Классификация и особенности применения

• Системы автоматического контроля служат для контроля некоторого процесса, и включают в себя датчик, усилитель, который принимает сигнал, элемент Р, реализующий последнюю операцию контроля – преобразование результата в удобной форме. Исполнительным элементом может выступать звуковой сигнал, любое другое сигнализирующее устройство ( системы сигнализации ) .

В автоматическую систему контроля входят распределители, блоки питания, стабилизаторы и другие компоненты. Независимо от числа компонентов такие системы разомкнутые, а сигнал идет в одном направлении: от контролируемого объекта Е к исполнительному компоненту Р.

• Системы автоматического управления служат для управления некоторым техпроцессом, используются для автоматизации процессов запуска, регулировки скорости вращения и реверса электромоторов в приводах механизмов. Одной из разновидности этой системы является система автоматической защиты. Она предотвращает наступление предельного и аварийного режимов, прекращая в необходимый момент работу.
• Системы автоматического регулирования удерживают регулируемый параметр в определенных пределах. Это является наиболее сложной автоматической системой, которая объединяет в себе управление и осуществление контроля. Одним из компонентов систем является регулятор. При выполнении этой системой всего одной задачи по поддержанию постоянного значения параметра, они называются системами стабилизации . Имеются процессы, нуждающиеся в изменении параметра по времени. Такие системы получили название систем программного регулирования .

При регулировке по отклонению элемент UN сравнивает действительное напряжение Uф с заданной величиной Uз, определяемой элементом ЕN. После этого на выходе UN возникает сигнал ΔU = Uз-Uф, который прямо зависит от отклонения напряжения. Сигнал протекает через усилитель А, далее идет на рабочий орган L. Из-за колебания напряжения на обмотке, изменяется действительное напряжение генератора, который изменяет его отклонение.

Усилитель, который не меняет принцип работы системы, нужен для ее реализации, в то время, когда не хватает мощности сигнала для действия на рабочий орган.

Вместе с задающим действием на систему влияют факторы, образующие отклонения регулируемого параметра. Изменение температуры внешней среды изменяет сопротивление в схеме обмотки возбуждения. Это оказывает влияние на напряжение генератора. Независимо от того, где будут возникать действия Q, система регулирования среагирует на возникшее отклонение регулируемого параметра.

Регулирование по возмущению нуждается в специальных компонентах, которые измеряют действие Q и влияют на рабочий орган. В системе, действующей по такому принципу, значение регулируемого параметра не берется в расчет. Учитывают только нагрузочный ток Iн. Изменение магнитодвижущей силы возбуждающей обмотки, которая является измерительным компонентом системы, происходит при изменении нагрузочного тока. Это приводит к изменению выходного напряжения генератора.

Комбинированная система образуется объединением разных систем в одну.

• Статические системы контролируют регулируемый параметр, который не имеет стабильного значения, и с повышением нагрузки меняется на определенное значение, которое называется ошибкой регулирования. Рассмотренные выше системы – это простые статические системы. Ошибка регулирования возникает из-за большего отклонения напряжения для создания большего тока. Напряжение генератора зависит от нагрузочного тока по прямой зависимости. Максимальное отклонение разности потенциалов называется статизмом системы.
• В астатической системе автоматики разность потенциалов на генераторе изменяется регулировкой реостата R, подключенного в цепь возбуждающей обмотки L.

Сервомотор М начинает работать и двигать ползунок реостата, когда возникает сигнал на входе. Ползунок двигается, пока сигнал не обнулится. Система такого типа имеет отличие в том, что для поддержки новой величины тока возбуждения не нужен сигнал на выходе усилителя. Такое отличие и дает возможность избавиться от статизма.

• Разомкнутые . Во время разомкнутой цепи система управления реагирует на воздействия без получения информации о величине регулируемых параметров, и без сравнения результатов работы, а также без возможности корректировки. Такие системы применяются в обеспечении заданной температуры в помещении, в автоматических турникетах и т. д.
• Замкнутые . При замкнутой цепи система управления получает данные о величине параметров, сравнивает их с требуемыми, производит корректировку. Такое замыкание цепи выполняется с помощью обратной связи от управляемой системы к управляющей.

• Многоконтурные . Системы, имеющие кроме главного контура обратные связи, называются многоконтурными. В отличие от одноконтурных систем, в многоконтурных системах воздействие к точке системы способно обойти систему и обратно вернуться в первую точку по нескольким различным контурам.
• Одноконтурные . Современные системы автоматики чаще всего имеют параллельные устройства коррекции или обратные связи. Системы, которые регулируют только один параметр с одной обратной связью, называются одноконтурными. В них воздействие на некоторую точку системы может пройти всю систему и обратно вернуться к первой точке, при этом пройдя по одному контуру.

• Следящие системы . К таким системам относятся системы автоматики, в которых сигнал, меняющийся произвольным образом, в результате выходит с допустимой ошибкой. Основной компонент следящей системы – датчик рассогласования. Он определяет ошибку между ведущей и ведомой величинами.
• Программное регулирование . Системы автоматики, заставляющие регулируемый параметр изменяться по заданному программой закону, получили название систем программного регулирования . Программа изменения параметра создается специалистами с учетом поставленной задачи регулирования.
• Автоматическая стабилизация . В системах автоматической стабилизации регулируемый параметр при различных возмущениях, которые действуют на систему, стабилизируется регулятором до постоянной величины.

• Непрерывные . В ранних примерах было принято, что действие на рабочий орган осуществлялось непрерывно за все время, пока имеется отклонение регулируемого параметра. Такая система называется системой непрерывного действия .
• В дискретных системах действие на рабочий орган производится ступенчато. Для примера можно рассмотреть работу утюга, в котором регулировка принимает одно из двух положений при изменении температуры. В такой системе регулировка температуры производится коммутацией нагревательного элемента по сигналу датчика. При повышении температуры выше предела датчик разрывает контакт и выключает нагреватель. При уменьшении температуры менее определенного значения, нагреватель подключается. Такая система не находится в устойчивом состоянии, и имеет два положения включения: в меньшую или большую сторону.
• Для создания качественной регулировки автоматики могут содержать специальные устройства, которые являются обратными связями . В них сигнал направлен в противоположную сторону от основного сигнала управления.

• Пневматические – обеспечивают высокую скорость, применяют энергию сжатого газа.
• Электрические – удобны в работе и легки в передаче информации и ее обработке.
• Гидравлические – обеспечивают повышенную мощность, применяют энергию жидкости.

Если компоненты системы находятся далеко между собой, то для соединения применяется передатчик, приемник и каналы связи. Поэтому эти системы называются телемеханическими.

Они состоят из управляющего пункта с оператором, пунктов контроля с объектами контроля А1-Ап, каналов передачи L1А-LпА, которые соединяют управляющий пункт Е1М с контрольными пунктами Е2А-Еп. В системе телемеханики по каналам передачи можно передавать многие виды информации.

Если информация передается только о контрольном объекте, то системы называют телеизмерением. В них сигналы от датчика передаются на управляющий пункт Е1М, преобразуются в показания цифровых или стрелочных измерительных приборов. При этом передача информации может происходить непрерывно или с перерывами.

Телесигнализация выдает данные по управлению объектом контроля, либо служит информацией для решения по управлению в системах телерегулировки и телеуправления. Главным отличием этих систем от других заключается в непрерывности и дискретности сигналов.