1.3. Элементы

Элемент системы автоматики – это ее часть, выполняющая определенную функцию (операцию над сигналами) в соответствии с поставленной целью управления объектом.

К функциональным операциям, выполняемым элементами в автоматических системах, относятся:

• Преобразование контролируемых величин в сигналы (датчики);

• Преобразование сигналов:

- по роду энергии (сигнал одного рода энергии преобразуется в сигнал другого рода энергии, например электропневмопреобразователи);

- количественные преобразования по уровню и/или мощности сигналов, например усилители;

- функциональные преобразования по виду связи между входными и выходными сигналами (статические, динамические, логические, вычислительные операции, нелинейные преобразования);

• Хранение данных (память);

• Формирование заданий (например, программные задатчики);

• Выработка управляющих сигналов (управляющие устройства);

• Формирование и реализация управляющих воздействий на объект (исполнительные устройства);

• Распределение сигналов по различным каналам;

• Отображение информации о состоянии объекта и параметрах его функционирования (элементы индикации, регистрации, сигнализации);

• Передача сигналов на большие расстояния и др.

Таким образом, элементы систем автоматики обеспечивают сбор, передачу, обработку, хранение и представление оперативному персоналу информации о работе объекта, выработку и реализацию управляющих воздействий на объект в соответствии с заданным критерием управления.

Все множество элементов автоматических систем удобно с точки зрения последующего изложения курса и понимания элементной базы автоматики разделить на группы по следующим признакам:

1. По выполняемым функциям в системах различают:

   • Измерительные элементы (датчики);

   • Усилительно-преобразовательные элементы (усилители, пороговые элементы, реле);

   • Задающие элементы (задатчики);

   • Управляющие элементы (регуляторы, контроллеры и др.)

   • Исполнительные элементы (приводы, преобразователи энергии, пусковая аппаратура и др.);

   • Устройства связи с объектом.

2. По роду энергии элементы делятся на:

• Электрические;

• Гидравлические;

• Пневматические;

• Комбинированные.

3. По характеру изменения сигналов во времени:

• Аналоговые (элементы непрерывного действия);

• Дискретные (импульсные, цифровые, позиционные элементы).

По иерархии в системах автоматизации промышленного производства технические средства автоматики образуют 4 уровня (рис. 1.15).

Высший уровень в иерархии занимают управляющие вычислительные сети (УВС), представляющие собой комплекс компьютеров, объединённых коммуникационной системой. УВС позволяют создавать интегрированные АСУ производством, осуществляющие автоматизацию как технологических процессов, так и организационного управления предприятием (планирование сырьевых, трудовых, энергетических и финансовых ресурсов, сбыта готовой продукции, исполнение управления производством).

На структурных схемах элемент обозначается прямоугольником, а сигнал входной х и выходной у – стрелками. Внутри прямоугольника записывается аббревиатура наименования элемента. Например, датчик будет изображен, как показано на рис. 1.16.

Рис. 1.15. Иерархическая структура технических средств автоматики

Рис. 1.16. Графическое обозначение элемента систем автоматики

Общими характеристиками элементов являются следующие:

• Статические характеристики описывают поведение элементов в установившихся режимах работы, представляют собой функциональную зависимость выходного сигнала от входного y = f(x).

• Динамические характеристики описывают поведение элементов в переходных режимах работы. В общем случае эти характеристики могут быть представлены известными из теории автоматического управления выражениями в виде переходной или передаточной функции, амплитудной и фазовой частотных характеристик.

• Характеристики надежности работы элементов, в качестве которых чаще всего используется показатели безотказности (среднее время безотказной работы или наработки на отказ), восстанавливаемости (среднее время восстановления отказа) и долговечности (срок службы элемента).

• Специфические характеристики элементов, определяемые условиями (средой) их эксплуатации. К ним относятся: а) взрывобезопасность исполнения (уровень и вид взрывозащиты) для элементов, работающих во взрывоопасных средах; б) помехозащищенность от электромагнитных (природных и промышленных) помех; в) предельно допустимые значения параметров функционирования по температуре, влажности, запыленности, уровню вибраций.