Ф 4.2.3.-2014-06-02-01-01

Қазақстан республикасы білім жӘне ғылым министрлігі Алматы технологиялық университеті

«Бекітемін» АТУ ОӘЖ

жөніндегі проректоры

Б.А.Рскелдиев

«___»_________2014 ж.

Пәннің оқу әдістемелік кешені тк stpa 3206 «Саланың технологиялық процестерін автоматтандыру» пәні бойынша

5В073300 – Тоқыма материалдарының технологиясы және жобалануы мамандығына арналған

Барлық кредиттер	3
Курс	3
Семестр	6
Дәрістер, сағат саны	15
Тәжірибелік, сағат саны	15
Зертханалық, сағат саны	15
Аудиториялық, сағат саны	45
СОӨЖ, сағат саны	23
СӨЖ, сағат саны	67
СӨЖ жалпы сағат саны	90
Жалпы еңбексыйымдылығы	135
АБ саны	2
Емтихан, семестр	5

Алматы 2014

Пәннің оқу әдістемелік кешенін құрастырған «Өндірістік үрдістердің механизациясы және автоматизациясы» кафедрасының аға оқытушы Даримбаева Назира Исенхановна ___________________

/қолы/

Өпма кафедрасының отырысында талқыланып ұсынылған

«28» тамыз 2014 жыл. Хаттама № 1

Кафедра меңгерушісі т.Ғ.К. Е.Д.Шамбулов

Факультеттің ҒМК отырысында қабылданған

«29» тамыз 2014 ж. № 1 хаттама

ҒМК төрайымы ________________ Байболова Л.К.

Мақұлданды:

ӘБ басшысы ________________

Қазақстан республикасы білім жӘне ғылым министрлігі

АЛМАТЫ ТЕХНОЛОГИЯЛЫҚ УНИВЕРСИТЕТІ

ӨНДІРІСТІК ҮРДІСТЕРДІҢ МЕХАНИКАЛАНДЫРУ ЖӘНЕ АВТОМАТТАНДЫРУ

Дәріс кешені тк stpa 3206 «Саланың технологиялық процестерін автоматтандыру» пәні бойынша

5В073300 – Тоқыма материалдарының технологиясы және жобалануы мамандығы үшін

Алматы 2014

1-ДӘРІС

АВТОМАТИКА ПӘНІНЕ НЕГІЗГІ ҰҒЫМ. БАСҚАРУДЫҢ ЖӘНЕ РЕТТЕУДІҢ НЕГІЗГІ ПРИНЦИПТЕРІ

АВТОМАТИКА - деп өндірісте процесстерді адамның қатысуынсыз басқаруға қажет техникалық құрылғылар мен басқару жүйелерін құруды қамтитын ғылым мен техника салаларын айтады.

Автоматика өндірісті автоматтандырудың негізгі саласы болып табылады. Автоматтандырудың міндеті- өндірілетін өнімнің сапасы мен еңбектің тиімділігін арттыру.

Кез келген өнірісте технологиялық процесстер белгілі бір физикалық шамалармен (параметрлермен) сипатталады. Өндіріс кезінде бұл шамалар алдын ала берілген бір деңгейде ұсталып немесе белгілі бір программа бойынша өзгеріске ұшырауы тиіс. Бұл міндетті әдетте автоматты басқару жүйесі (АБЖ) немесе автоматты реттеу жүйесі (АРЖ) жүзеге асырады.

Автоматты басқару деп- қойылған мақсатқа жету үшін технологиялық процесске тиімді әсер ететін ықпалдардың жиынтығын айтады.

Автоматты түрде басқарылатын құрылғылар (АБҚ) мен басқарылатын объектінің (БО) жиынтығы АБЖ құрайды.

Автоматты басқару құрылғысы деп- адам қатысуынсыз басқару функцияларын жүзеге асыратын технологиялық жабдықты айтамыз.

Басқару деп- технологиялық процестерді жүргізу үшін басқару объектісіне әсер ететін тиімді ықпалды айтады.

Басқару объектісі деп- технологиялық процесстерді жүзеге асыратын жабдықтарды айтады. Жалпы технологиялық процесстер орындалатын барлық өндіріс жабдықтары басқару объектілеріне жатады. Технологиялық процестің өзі де басқару объектісі бола алады, әр объектіде физикалық шаманың берілген мәнін тұрақтандырып, немесе оны берілген бағыттта өзгертіп отыратын басқарғыш құрылғысы болады. Технологиялық процесті берілген қызымет алгоритмі бойынша өткізу мақсатында объектіге сырттан берілетін арнайы нұсқаулар (ережелер) жиынтығын басқару алгоритмі дейді.

Бір-бірімен байланысты және басқару алгоритміне сәйкес өзара әрекеттесе жұмыс жасайтын автоматты басқару құрылғысы мен басқару объектісінің жиынтығы автоматты басқару жүйесі (АБЖ) деп аталады.

Басқару тізбегінде кері байланыс болмайды, басқарушы сигналдар жүйеде тек бір бағытта ағады.

Сурет 1. Басқару тізбегі

Берушітің міндеті- басқарылатын шаманы Y(t) алдын ала берілген мәнде ұстап немесе өзгертетін ықпалдарды Х(t) (ақпараттың) туғызу нәтижесінде, АБҚ басқару әсерін туғызады .

Басқару әсері U(t) (БО) ықпал тигізіп, басқарылатын шаманың Y(t) мәнін басқару алгоритміне сәйкес өзгертіп отырады.

Сыртқы ортаның БО тигізетін әсері- технологиялық процесстердің қалыпты өзгеруіне кедергі жасайды. Қозу әсері технологиялық процесстердің қалыпты өзгеруіне кедергі жасайды. Қозу әсері күшейтілген сайын, басқарылатын шама Y(t) мен оның алдын ала берілген мәнінің Х(t) арасындағы сәйкессіздік ұлғая түседі.

Автоматты реттеу деп- технологиялық процесстің параметрлерін алдын ала берілген заңдылықпен өзгертуді немесе берілген деңгейде ұстап тұруды айтады.

Автоматты реттеуішпен (АР) реттелетін объектінің (РО) жиынтығы автоматты реттеу жүйесін (АРЖ) құрайды.

Автоматты реттеуіш деп- реттелетін шаманы берілген мәнде ұстап отыратын немесе берілген заңдылықпен өзгертіп отыратын техникалық құрылғыны айтады.

Реттеу объектісінде технологиялық процесстің параметрлерлері реттеліп отырады.

Тәжрибе жүзінде реттеудің негізгі 2 түрі бар:

1. Қозу әсері бойынша реттеу принципі (компенсациялау принципі).

Сурет 2. Компенсациялау принципі

Бұл принциптің ерекшелігі, реттеуші ықпал реттеу объектісіне әсер ететін қозуларға тәуелді түрде туындайды:

Бұлай туындаған реттеу әсері нәтижесінде, РО қозу әсерлері бейтарапсыздандырылады.

Кемшілігі: Реттеу жүйесінің шығысынан кірісіне реттелетін шамалардың нақты мәндері туралы деректердің түспеуі (себебі- жүйедегі кері байланыстың жоқтығы).

2. Ауытқу бойынша басқару принципі.

Сурет 3. Ауытқу бойынша басқару принципі

Бұл принципті жүзеге асыру үшін, жүйеде кері байланыстың болуы шарт.

Реттеу әсері жүйе шығысындағы реттелетін шаманың нақты мәні мен жүйе кірісінің жоспарланған мәнәінің арасындағы ауытқуға тәуелді туындайды.

Артықшылығы: Реттеу жүйесінің шығысы мен кірісіне кері байланыстың нәтижесінде келіп түскен реттелетін шамалардың мәндері реттеу әсерін туғызуға тікелей әсерін тигізеді.

Кемшілігі: Егер жүйеде үлкен беріліс коэффициентіне сәйкес режимде жұмыс істесе, жүйенің орнықтылығы нашарлайды және автотербеліске бейім болып келеді.

1-дәріс бойынша тест сұрақтары

1. Қойылған мақсатқа жету үшін технологиялық процесске тиімді әсер ететін ықпалдардың жиынтығын қалай айтады?

(!) Автоматты басқару деп атайды.

(?) Автоматты реттеу деп атайды.

(?) Басқару объектісі деп атайды.

(?) Автоматты басқару жүйесі деп аталады.

(?) Автоматты реттеу жүйесі деп аталады.

2. Адамның қатысуынсыз басқару функцияларын жүзеге асыратын технологиялық жабдықты қалай айтамыз?

(!) Автоматты басқару құрылғысы деп атайды.

(?) Автоматты реттеу деп атайды.

(?) Басқару объектісі деп атайды.

(?) Автоматты басқару жүйесі деп аталады.

(?) Автоматты реттеу жүйесі деп аталады

3. Бір-бірімен байланысты және басқару алгоритміне сәйкес өзара әрекеттесе жұмыс жасайтын автоматты басқару құрылғысы мен басқару объектісінің жиынтығы қалай аталады?

(?) Автоматты реттеу деп атайды.

(?) Басқару объектісі деп атайды.

(!) Автоматты басқару жүйесі деп аталады.*

(?) Автоматты реттеу жүйесі деп аталады.

(?) Автоматты басқару құрылғысы деп атайды.

4. Технологиялық процесстің параметрлерін алдын ала берілген заңдылықпен өзгертуді немесе берілген деңгейде ұстап тұруды қалай айтады?

(!) Автоматты реттеу деп атайды.

(?) Басқару объектісі деп атайды.

(?) Автоматты басқару жүйесі деп аталады.

(?) Автоматты реттеу жүйесі деп аталады.

(?) Автоматты басқару құрылғысы деп атайды.

5. Реттелетін шаманы берілген мәнде ұстап отыратын немесе берілген заңдылықпен өзгертіп отыратын техникалық құрылғыны қалай айтады?

(?) Автоматты реттеу деп атайды.

(?) Басқару объектісі деп атайды.

(?) Автоматты басқару жүйесі деп аталады.

(?) Автоматты реттеу жүйесі деп аталады.

(!) Автоматты реттеуіш деп атайды.*

6. Автоматты реттеуіш пен реттеу объектісінің жиынтығы нені көрсетеді?

(?) Автоматты реттеу деп атайды.

(?) Басқару объектісі деп атайды.

(?) Автоматты басқару жүйесі деп аталады.

(!) Автоматты реттеу жүйесі деп аталады.*

(?) Автоматты басқару құрылғысы деп атайды.

2-ДӘРІС

АВТОМАТТЫ ЖҮЙЕ ЭЛЕМЕНТТЕРІ ЖӘНЕ АВТОМАТТЫ ЖҮЙЕЛЕРДІ ЖІКТЕУ

Автоматты жүйе өзара байланысқан және белгілі бір қызымет атқаратын дербес конструкциялық элементтен тұрады, оларды автоматика элементтері немесе құралдары деп атайды. Элементтерді жүйеде атқаратын қызыметіне қарай салыстырушы, түзетуші, қабылдаушы, жоспарлаушы, түрлендіруші және атқарушы деп ажыратады.

Қабылдаушы элементтер не бастапқы түрлендіріп бергіштер (датчиктер) технологиялық процесстердің басқарылатын шамаларын өлшейді де, оларды бір физикалық түрден екінші бір физикалық шамаға түрлендіреді (мысалы, термоэлектрлік термометр температура айырымын термоЭҚК-не түрлендіреді).

Жоспарлаушы элементтер (баптау элементтері) арқылы жүйеге реттелетін шаманың қажет мәні беріледі де оның нақты мәні осы берілген мәнге сәйкес келуі тиіс.

Салыстырушы элементтер реттелетін шаманың берілген мәнін нақты мәнімен салыстырады. Бұл элементтің шығысында алынатын айырымдық сигнал атқарушы элементке тікелей немесе күшейткіш арқылы беріледі.

Түрлендіруші элементтер сигналдың пайдалануға ыңғайлы түрге түрлендіруін және оның қуатын магниттік, электрондық және т.б. күшейткіштер арқылы үдетуін жүзеге асырады.

Атқарушы элементтер басқару объектісіне берілетін басқару әсерін тудырады. Олар басқару объектісіне берілетін не одан алынатын энергия немесе заттар санын өзгерту арқылы басқарылатын шаманы берілген мәніне сәйкес етіп ұстап отырады.

Түзетуші элементтер басқару процесінің сапасын жақсарту үшін қажет.

Автоматты жүйелерде көрсетілген негізгі элементтерден басқа қосалқы элементтер де болады, оларға ауыстырып қосқы құрылғылар мен қорғау элементтері, резисторлар, конденсаторлар, сигнал беру жабдықтары жатады.

Автоматика элементтерінің қолдану және технологиялық ерекшелігін айқындайтын арнайы сипаттамалар мен параметрлері болады.

Басты сипаттамалардың біріне элементтің статикалық сипаттамасы жатады. Статикалық сипттама деп, тұрақталған режим кезіндегі шамасының шамасына тәуелділігін айтады:

. Кірістік шамасының таңбасына сәйкес бейреверсивті (шығыстық шаманың таңбасы өзгерістің барлық деңгейінде тұрақты болғанда) және реверсивті (кірістік шаманың таңбасының өзгерісі шығыстық шаманың таңбасының өзгерісіне әкеледі) статикалық сипаттамалар болып ажыратылады.

Динамикалық сипаттама элементтердің динамикалық режимде, яғни кірістік шаманың шапшаң өзгерген сәттеріндегі жұмысын бағалау үшін пайдаланылады. Оны өтпелі сипаттамамен, беріліс функциясымен және жиілік сипаттамаларымен өрнектейді. Өтпелі сипаттама шығыстық шаманың t уақытқа тәуелділігін көрсетеді: кірістік сигналының секірмелі өзгерісі кезінде .

Беріліс коэффициентін элементтердің статикалық сипаттамасымен анықтауға болады. Оны статикалық, динамикалық (дифференциалдық) және салыстырмалы коэффициенттер деп үш түрге бөледі.

шығыстық шамасының кірістік шамасына қатынасын статикалық беріліс коэффициенті деп атайды, яғни . Нақты конструкциалық элементке қатысты статикалық беріліс коэффициентін, мысалы, күшейткіштерде- күшейту коэффициенті, редукторларда-редукция коэффициенті, трансформаторларда-трансформациялау коэффициенті деп аталады.

Бейсызықты сипаттамасы бар элементтер үшін динамикалық беріліс (дифференциалдық) коэффициенті пайдаланылады, яғни

. , салыстырмалы беріліс коэффициенті элементтің . шығыстық шаманың салыстырмалы өзгерісінің кірістік шамасының салыстырмвлы өзгерісіне қатынасыны тең:

, (1)

мұндағы мен – шығыстық және кірістік шамалардың номинал мәндері.

Сезімталдық деңгей шығыстық шаманың айтарлықтай өзгерісі байқалатын кірістік шаманың ең кіші мәні. Ол элемент конструкциядағы тетіктер арасындағы үйкеліс, саңылау және люфтінің салдарынан болады.

Ауытқу бойынша басқару принципі пайдаланылатын автоматты тұйықталған жүйелердің артықшылығына кері байланыстың болуы жатады. Кері байланыс әрекетінің принципін электр қыздыру пешінің температурасын басқару жүйесі мысалы негізінде қарастырайық. Температураны берілген шекте ұстау үшін объектіге берілетін басқарушы әсердің, яғни қыздырғыш элементке түсірілетін кернеудің мәнін температураны ескере отырып өзгертеді. Темпеатураның бастапқы түрлендіргіші арқылы жүйе шығысы оның кірісімен жалғастырылады. Мұндай қосылысты, яғни ақпарат (информация) басқарушы ықпалымен салыстырғанда кері бағытта берілетін каналды кері байланыс деп атайды. Кері байланыс оң және теріс, қатаң және икемді, негізгі және қосалқы болып ажыратылады.

Оң кері байланыс деп, кері байланыс әсері мен жоспарланған әсердің таңбалары дәл келетін байланысты айтады. Ал дәл келмеген жағдайда теріс кері байланыс делінеді.

Егер берілетін әсер уақыт өтуіне тәуелсіз болып тек реттелетін параметрдің мәніне ғана тәуелді болса, онда мұндай байланысты қатаң кері байланыс деп атайды. Қатаң кері байланыс жүйенің тұрақталған, әрі өтпелі режимдері кездерінде де әрекет етеді. Тек өтпелі режимде әрекет ететін байланысты икемді кері байланыс дейді. Икемді кері байланыс өзі арқылы уақыт өтуімен басқарылатын шама өзгерісінің бірінші не екінші туындысын өткізетіндігімен сипатталады. Икем-ді кері байланыстың шығысында сигнал тек басқарылатын шама уақыт барысында өзгергенде ғана пайда болады.

Негізгі кері байланыс басқару жүйесінің шығысын оның кірісімен қосады, яғни басқарылатын шаманы жоспарлау құрылғысымен байланыстырады. Ал қалған кері байланыстар қосымша не жергілікті деп аталады. Қосымша кері байланыс жүйенің қайсыбір буынынан алынған әсер сигналын алдыңғы тізбектегі кез-келген басқа бір буынның кірісіне беріледі. Мұндай байланыс жеке элементтердің қасиеті мен сипаттамасын жақсарту үшін пайдаланылады.

Автоматты жүйелерді әр түрлі белгілер бойынша жіктеуге болады.

1. Автоматтандыру дәрежесіне байланысты

-қол жүйесі:

басқару , реттеу процессі қолмен жүзеге асырылады.

-автоматтандырылған жүйелер:

басқару, реттеу процессінің бір бөлігін операторлар және ЭВМ атқарады да, қалған бөлігін автоматты құрылғылар атқарады.

-автоматты жүйелер:

басқару , реттеу процесстері автоматты құрылғылардың көмегімен жүзеге асырылады.

2. Реттеуші органға әсер ету принципінің ықпалдары бойынша

-тікелей әсер ету жүйесі:

реттеуші органның қозғалысы тікелей датчик (сезімтал элемент) арқылы жүзеге асырылады.

-жанама әсер ету жүйесі:

реттеуші органның қозғалысы қосымша механизмнің көмегімен жүзеге асырылады. Қосымша механизмдер автономды қорғау көздерімен қоректендіріледі.

3. Реттеу процесінің уақытқа байланысы бойынша.

-үздіксіз жүйе:

реттелетін шаманың үздіксіз өзгерісіне реттеуші органның да үздіксіз қозғалысы сәйкес келеді.

-дискретті жүйе:

реттелетін шаманың үздіксіз өзгерісіне реттеуші органның үздікті (дискретті) қозғалысы сәйкес келеді. Реттеуші органның іске қосылу уақыттары реттеуішпен (релемен) анықталады. Мұндай реттеу заңдылықтары позициондық деп аталады.

3. Жүйелердің жұмысын сипаттайтын теңдеулердің түріне байланысты.

-сызықты жүйелер - егер жүйелер сызықты дифференциалдық теңдеулермен сипатталса.

-бейсызықты жүйелер- егер жүйелер бейсызықты дифференциалдық теңдеулермен сипатталса.

3. Реттеу түрлері бойынша

-статикалық (пропорционалдық) реттеу кезінде реттелетін шама у(t) өтпелі процесс аяқталған мезетте, алғашқыдан өзгеше, жаңа тұрақталған мәнге ие болады.

-астатикалық реттеу кезінде реттелетін шама у(t) өтпелі процесс аяқталған кейін бастапқы қалпына келеді.

6. Реттелетін параметрлерді өзгерту заңдылығы бойынша:

-тұрақтандырушы АРЖ- әсер ететін қозулардан тәуелсіз реттелетін параметрді тұрақты деңгейде (жіберілетін қателікпен) ұстап тұрады. Автоматты тұрақтандыру жүйесі, жүйенің жұмыс процессінде басқарылатын (реттелетін) әсер тұрақты шама болып қалуымен сипатталады.

-программалық АРЖ- программалық реттеу жүйесінде, басқару әсері уақыт функциясында немесе координата жүйесінде алдын ала берілген заңдылық бойынша өзгеретіндігімен, ал басқарылатын параметр жіберілетін қателікпен басқару әсерінің өзгеру заңдылығын қайталау керектілімен сипатталады.

-қадағалаушы АРЖ- қадағалаушы жүйелерде басқару әсері айнымалы болып табылады, бірақ оның координата және уақыт бойынша өзгеру заңдылығы алдын ала белгісіз болады, өйткені сигнал көзі ретінде сыртқы кездейсоқ әсерлер жатады. Қадағалаушы АРЖ мәселесі болып шығыста басқару әсерін туғызу саналады, сондықтан қадағалаушы жүйелердің қателігі (басқарылатын әсер мен реттелетін параметрдің арасындағы айырым) орындау механизмі үшін басқару сигналы болып табылады.