13.1. Функция и основные видь! систем автоматического контроля

Под контролем понимается процесс установления соответствия между состоянием объекта контроля и заданными нормами. В ре­зультате контроля выдается суждение о том, к какой из норми­рованных качественно различающихся областей относится рас­сматриваемое состояние объекта контроля.

В принципе, при контроле нет необходимости знать значения контролируемых величин. С это.й точки зрения контроль являет­ся операцией сжатия информации, устранения ненужных в дан­ном случае сведений об объекте контроля.

Контроль может быть осуществлен везде, где имеются уста­новленные нормы. Нормы задаются самым разнообразным обра­зом. Так, например, они могут задаваться в виде объема кон­кретных знаний предусмотренных программой подготовки сту-

дентов, в виде области количественных значений, определяющих нормальное состояние объекта.

В дальнейшем рассматривается лишь контроль, при котором описания норм заданы в количественном виде с помощью анало­говых и цифровых уставок, а результатом контроля является ко­личественно определенное суждение о состоянии объекта кон­троля.

Такой контроль широко применяется в промышленности при оценке состояния сырья, процесса производства и готовой продук­ции и называется техническим контролем.

Затраты труда на выполнение операций контроля в современ­ном производстве очень велики. Достаточно сказать, что для обес­печения технологического контроля ряда машиностроительных и радиоэлектронных заводов используется до 30% рабочих, многие изделия радиоэлектронной и радиотехнической промышленности подвергаются полному контролю.

Конечно, область контроля с выдачей количественных сужде­ний о состоянии исследуемого объекта не ограничивается только техническим контролем в промышленности. Контроль окружаю­щей среды, физиологического состояния человека, метрологиче­ских характеристик средств измерения, контроль работоспособно­сти эксплуатируемых технических средств —вот далеко не пол­ный перечень объектов контроля, для которых имеются опреде­ленные количественные нормы и выполняется или может выпол­няться контроль с выдачей количественных суждений.

Операции контроля могут выполняться как с участием чело­века, так и без его участия, т. е. автоматически. Уровень автома­тизации устройств контроля может быть определен приближенно отношением объема операций, выполняемых ручным способом, к общему объему операций процесса контроля. Автоматическими устройствами контроля называются обычно устройства, у которых это отношение составляет 5%, у полуавтоматических устройств оно находится от 5 до 50%, У ручных превышает 50%.

Не следует думать, что автоматизация контроля экономиче­ски выгодна всегда. Он.а становится выгодной, как правило, по мере увеличения количества операций и объектов контроля и со­кращения времени, отводимого на контроль. При проведении многочисленных однообразных проверок человек на определен­ном этапе не может справиться с большим потоком контрольной информации, увеличивается количество ошибок контроля, возни­кает необходимость в автоматизации операций контроля. Автома­тический контроль совершенно необходим, когда участие человека в процессе контроля невозможно. Особо нужно подчеркнуть важ­ность автоматического контроля для работы современных систем автоматического управления.

Автоматический контроль выполняется с помощью контрольно-измерительных приборов и систем автоматического контроля.

В системах автоматического контроля (САК) контролируется большое количество величин или (и) выполняется значительная

обработка информации, необходимая для выдачи количественно­го суждения о состоянии объектов контроля.

Подавляющее большинство САК базируется на использовании элементов современной электроники. Это во многом определяется наличием относительно хорошо разработанных методов и средств преобразования разнообразных контролируемых величин в элек­трические сигналы и удобством выполнения преобразований, пе­редачи и обработки электрических сигналов. Поэтому большин­ство реализаций САК основывается на электрическом принципе действия.

Состояние объекта контроля может оцениваться по входным величинам Z₀=Xoi, Х02, • • •■ ^хоп, воспринимаемым системой от объ­екта и отражающим его свойства, или по значениям функций от входных величин Н(Х). Величины или функции которые непо­средственно сопоставляются с уставками, называются далее кон­тролируемыми величинами, или параметрами. Описания норм, реализованные в виде аналоговых уставок, обозначаются через C=ci, с₂, ..., с_т, а в цифровом виде — DC—Dei, Dc₂ -..

Чтобы получить в результате контроля информацию о соотно­шении между текущим состоянием объекта контроля и установ­ленным нормальным его состоянием, любая САК должна выпол­нять следующие основные функции: I(-X"₀/Xi)—восприятие вход­ных величин Х₀=х₀1, хо2, - ■ •, х_0п и преобразование их в сигналы, необходимые для последующих операций Х₁=х_п, х₁₂, ..., х_1п; 1(C), I(DC)—формирование и реализация норм в аналоговом и цифровом видах; I(CR:*, С), I[CR:H(X), С], I(CR:Z, DC), I[CR:#(Z), DC]—сравнение входных величин или функций от них с описанием норм; 1(СН:Х), 1[СН:Н(Х)]—формирование количественного суждения; I(R:CH X), I[R:CH H(X)]—выдача количественных суждений о состоянии объекта контроля; Ф(Ф*) — автоматическое управление работой системы.

Системы автоматического контроля могут также выполнять следующие функции: I (x/z) — аналого-цифровые преобразования; I(R : X), I(R :Z) —выдачу аналоговой или цифровой информации; I(F:X), I(CP:Z), I(F:CH X)—вычислительные процедуры над аналоговыми и цифровыми сигналами или над результатами кон­троля; U, Р, Т, I(Uk), I(Rk), 1{T_K)—формирование возбуждаю­щих и компенсирующих воздействий на объект контроля, необхо­димых для получения контрольной информации; 1(СН:СН X) — выполнение операций самоконтроля системы.

Операторы I(DC), I(CR:Z, Dc)I(CP:Z), а также операторы управления системой могут выполняться или формироваться как аппаратными, так и программными средствами.

■ Вследствие наличия уставок и определяемых ими зон допуска контролируемых величин такой контроль называют допусковым.

Нужно отметить безусловное родство процессов контроля и измерения, заключающееся в обязательном наличии операций сравнения входных или производных от них величин: при измере-

нии — с мерами (овеществленными единицами измерения), а при контроле—с уставками.

При выполнении операции сравнения контролируемой вели­чины с одной уставкой имеется возможность осуществить двух-альтернативный контроль, т. е. разделить состояние контролируе­мой величины на две области (х<с, х^с), одну из которых можно считать областью нормального состояния.

Часто может быть выделено несколько качественно различных состояний объекта. Так, например, для технологических процес­сов или эксплуатируемых установок помимо областей нормальных

X,

"fie** 1лх

Рис. 13.1. Способы описания норм и контрольно-измерительной инфор­мации:

а — через абсолютные значения; б — от яосительно номинального значения конт­ролируемой величины

■max

Lx,	С
		,.
СИ xl V У \ t

а) 6)

режимов могут быть выделены области предаварийных и аварий­ных состояний, а при дискретном производстве помимо годных и бракованных изделий могут быть выделены различные града­ции брака и годных состояний. Так, могут быть выделены изде­лия с исправимым и неисправимым браком, несколько сортов годной продукции.

В САК описания норм и контрольно-измерительная информа­ция могут быть представлены по абсолютным значениям либо по отклонению от номинального значения (рис. 13.1).

Сравним эти способы в случае, если значения контролируе­мых величин равновероятны и абсолютная максимальная погреш­ность измерения равна е [13.1].

Будем считать также, что границы зоны допуска симметричны относительно С₀, т. е. ДС_в=ДСц=ДС₀, и необходимо определить, находится контролируемая величина в зоне допуска или вне ее.

При использовании способа абсолютных значений количество двоичных ячеек памяти, необходимое для организации операций контроля, равно:

1„о- ^ск^св^хтах

Е³-

Реализация способа отклонений возможна при наличии ко­личества ячеек памяти, равного:

j_np. ^с(Г^ск{'^)тсх

Е³

Разница между количеством ячеек памяти, требуемых для этих двух способов, будет равна:

^гс₀Де₀(Дх)_тоА.'

ЕСЛИ С_в>Со, Х_тах> (Дх) _тах II С_н>Дс_ц, ТО

^сп<~в^хтах \ 1

с„Ас₀(Лх)_шах

Таким образом, при использовании способа «отклонений» вы­игрыш в количестве элементов памяти при формировании описа­ний норм и выдаче результатов измерения и контроля может быть весьма существенным. Еще более значительным этот выигрыш мо­жет быть, если измерительные цепи будут давать на выходе сиг­нал, пропорциональный Ах=со—к.

В САК применение находят оба способа описания норм и вы­дачи контрольно-измерительной информации.

Остановимся кратко на основных видах САК, используя об­щую классификацию ИИС (см. гл. 2) и детализируя ее в необ­ходимой мере с учетом специфики систем контроля.

Контролируемые величины можно классифицировать, так же как и измеряемые величины, по количеству («=1, п^2) вход­ных величин, изменению их во времени, распределению в про­странстве (сосредоточенные в точке и распределенные). Кроме того, можно выделить зависимые друг от друга, активные и пас­сивные в энергетическом отношении контролируемые величины.

Следует различать специализированные, предназначенные для выполнения узконаправленных операций контроля, и универсаль­ные САК-

Последние, как правило, содержат в своем составе програм­мируемые вычислительные и управляющие средства (микропро­цессоры, микро-ЭВМ и т. п.) и создаются на основе использова­ния управляющих вычислительных машин или функциональных блоков агрегатных комплексов ГСП, объединяемых стандартным интерфейсом.

Различаются САК, встроенные в объект контроля, и внешние по отношению к нему. Встроенные системы преимущественно при­меняются в сложном радиоэлектронном оборудовании и входят в комплект такого оборудования. Такие системы специфичны — для их построения часто используются функциональные блоки контролируемого оборудования. Внешние по отношению к объекту контроля системы обычно более универсальны.

Иногда используется разделение САК на пассивные и актив­ные (т. е. воздействующие на свойства объекта контроля) систе­мы. В активных системах используются устройства типа подна-ладчиков технологических процессов. Большинство же САК отно­сится к пассивным, выдающим суждение о состоянии объекта, но не принимающим решения об изменении этого состояния. К пас­сивным САК можно отнести и сортирующие автоматы, так как в них отсутствует воздействие на объект контроля, изменяющее его свойства.

К внутренним классификационным признакам собственно САК в первую очередь следует отнести:

выполнение контроля входных величин или параметров, являю­щихся функцией от них;

наличие одной-двух и более уставок;

выполнение операций сравнения контролируемых величин или параметров с уставками на аналоговом или на цифровом уровнях;

структуры системы (предельные — последовательного и парал­лельного действия).

Целесообразно остановиться на одном важном для классифи­кации рассматриваемых систем вопросе несколько подробнее. Дело' в том, что в подавляющем большинстве САК выполняется процесс измерения и на выходе систем помимо результатов контроля при-необходимости выдаются результаты измерения. Это позволяет более подробно изучить состояние объекта. Кроме того, если опи­сание норм в системе задано в цифровом виде, то чаще всего ре­зультаты измерения и описания норм представляются в цифровом виде. В этом случае результаты измерения могут быть использо­ваны для более рационального выполнения операций контроля (в частности, для определения частоты их проведения). Можно ут­верждать, что большинство САК выполняют функции измерений входных величин и в этом смысле являются одновременно и изме­рительными системами. Операции контроля могут выполняться по­сле измерения в цифровом виде программным путем в измери­тельно-вычислительных системах.