15. Исполнительные элементы

Исполнительные элементы являются одним из последних звеньев в системах автоматического регулирования и обычно используются для управления (через механические передачи) органами регулирования. В исполнительный элемент входят серводвигатель и источник питания. В зависимости от вида серводвигателя исполнительные элементы делят на электрические, механические, гидравлические и пневматические.

Неотъемлемой частью ряда исполнительных элементов являются усилители; тогда эти устройства следует рассматривать как единый динамический элемент.

По конструктивному признаку различают серводвигатели поршневые с поступательным и вращательным движением поршня, электромагнитные, мембранные, электромоторные и комбинированные.

Основными показателями серводвигателей, характеризующими их регулирующую способность, являются коэффициент усиления по мощности, а также частота вращения, развиваемое усилие, линейное или угловое перемещение на их выходе. По частоте вращения серводвигателя исполнительные элементы делят на две основные группы: исполнительные элементы с постоянной скоростью и исполнительные элементы с пропорциональной скоростью. В последнем случае имеется в виду, что выходная скорость серводвигателя приблизительно пропорциональна входной величине, т. е. сигналу датчика. К первой группе принадлежат почти все электромоторные исполнительные элементы переменного тока, если их электродвигатели не включены по специальной схеме. Ко второй группе могут быть отнесены гидравлические и пневматические исполнительные элементы.

Требования к исполнительным элементам заключаются в следующем:

- мощность серводвигателя при всех режимах должна обеспечивать перестановку регулирующего органа с заданной скоростью;

- линейное или угловое перемещение на выходе должно быть согласовано с соответствующим перемещением регулирующего органа;

- характеристика серводвигателя должна быть пропорциональной входному сигналу;

- отношение кинетической энергии движущихся частей к мощности серводвигателя должно быть минимальным.

Регулирующие органы должны обеспечивать линейный закон изменения регулируемой переменной в зависимости от угла поворота серводвигателя.

16. Вычислительные машины в системах управления

Любое управление строится на основе анализа информации о состоянии объекта управления, сопоставления информации с целями управления и формирования по результатам этого сопоставления соответствующих управляющих воздействий. Все эти задачи решаются управляющим устройством, в качестве которого в автоматических и автоматизированных системах управления всё чаще используются электронные вычислительные машины (ЭВМ). Применение ЭВМ в системах управления обусловливается усложнением используемых производственных процессов и увеличением их интенсивности. Сложность и интенсивность процессов, протекающих в управляемой системе, а также усложнение целей управления приводят к необходимости переработки управляющим устройством в ограниченное время больших объёмов информации.

Задачи переработки больших объёмов информации успешно решаются цифровыми ЭВМ. Поэтому применение их в качестве управляющих устройств сложных систем управления является естественным и закономерным. Наибольший эффект даёт использование ЭВМ в системах управления производством. Процессы управления производством можно разделить на две характерные области: управление технологическими процессами; управление организационными и экономическими отношениями в процессе производства. В области управления технологическими процессами решаются задачи управления технологическим оборудованием. При управлении организационными и экономическими отношениями решаются задачи обеспечения и протекания организационно-экономических и административно-хозяйственных процессов. Таким образом, эти две области различаются в основном объектами управления. Если в первой области объектами управления служат технические устройства, то во второй области - коллективы людей, занятых в сфере материального производства и обслуживания.

Как правило, в организационно-экономических и административно-хозяйственных системах процессы управления весьма инерционны. Объекты в системах управления технологическими процессами менее инерционны, чем в организационно-административных системах. Для получения необходимых динамических характеристик дискретный документный ввод и вывод информации в системах управления технологическими процессами в большинстве случаев неприменим. Кроме того, сложность современных технических систем обусловливает невозможность в ограниченный срок рассматривать их в деталях - измерять, наблюдать и воздействовать на все переменные одновременно. Эти задачи целесообразно возложить также на ЭВМ, для чего необходимо обеспечить непосредственную физическую связь её с объектом управления и режим реального времени управления. Связь может быть как двусторонней (в системах автоматического управления), так и односторонней (в автоматизированных системах управления технологическими процессами - АСУ ТП). Для осуществления связи с объектом в состав ЭВМ включаются специальные аппаратурные средства, обеспечивающие получение, преобразование и передачу информации от объекта к машине и обратно.

Наличие специальных средств непосредственной (физической) связи с объектом и реализация алгоритмов управления и контроля в темпе процесса (в реальном времени) являются необходимыми условиями использования ЭВМ в системах автоматического и автоматизированного управления и контроля.

В качестве управляющих, как правило, используются малые ЭВМ (мини- и микро-ЭВМ). Последнее обусловлено тем, что по сравнению с большими или средними ЭВМ они обладают лучшими показателями по надёжности, стоимости и габаритам. Поэтому малые ЭВМ, специально приспособленные для управления и контроля, принято называть управляющими вычислительными машинами (УВМ).

В системах управления УВМ реализуют функции управляющего устройства и обеспечивают:

- приём информации от измерительных устройств, местных (локальных) автоматизированных систем, устройств защиты и блокировки, а также других источников информации;

- переработку информации по программе, определяемой заданным алгоритмом управления в реальном масштабе времени;

- выдачу результатов обработки информации оператору, на исполнительные устройства и другие системы управления.

При этом могут решаться следующие задачи: сбор данных и их обработка; управление через оператора в режиме разомкнутого контура (режим советчика); программное управление пуском и остановом агрегатов; прямое и непрямое цифровое управление процессом или агрегатом в режиме замкнутого контура (режим автоматического управления).

Системы с УВМ получили наибольшее распространение в различного рода АСУ ТП, системы автоматического управления (САУ) промышленными стационарными установками и энергоагрегатами, автоматизированных системах научных исследований (АСНИ), системах автоматизированного проектирования (САПР), в качестве координирующих устройств систем оперативного управления и планирования гибкими автоматизированными процессами (ГАП).

В связи с появлением микропроцессоров и микро-ЭВМ области применения УВМ существенно расширились. Они стали использоваться в виде встраиваемых в основное оборудование управляющих устройств местных (локальных) систем автоматического управления и контроля. Так, например, они используются в системах числового программного управления (ЧПУ) станками, в САУ роботами-манипуляторами, технологическими модулями ГАП и в других устройствах. С увеличением “мощности” микро-ЭВМ и совершенствованием сервисных систем программирования микропроцессоры и микро-ЭВМ начинают шире внедряться в системы, ранее использовавшие мини-ЭВМ.