книги из ГПНТБ / Иванин В.Т. Основы автоматизации производства на карьерах учебник

Здесь осуществлена жесткая отрицательная обратная связь по напряжению генератора Ur и отрицательная обратная связь по току /я с отсечкой. Рассмотрим действие этой обратной связи.

Падение напряжение At/ на сопротивлении R при протекании тока якоря/я (At/ = /я 7?) направлено встречно напряжению сравне­ ния t/cp. Таким образом, ток в цепи обмотки обратной связи ООСТ определяется разностью этих двух напряжений At/ — t/cp. Но так как в цепи обмотки ООСТ включен диод Д, то ток в обмотке может протекать только в направлении падения напряжения At/. Если At/ < t/cp, ток в цепи обмотки ООСТ не протекает и обратная связь по току отсутствует. При At/ >> t/cp под действием разности этих напряжений по обмотке ООСТ протекает ток и, так как ее поток направлен встречно потоку обмотки управления ОУ, суммарный поток возбуждения ЭМУ уменьшается, напряжение на выходе его резко падает, что приводит к уменьшению потока возбуждения генератора, напряжение которого снижается почти до нуля. Сопро­ тивление можно подобрать таким образом, что действие обратной связи будет начинаться при различных знйчениях тока нагрузки.

Аналогично можно осуществить обратную связь с отсечкой по напряжению, если источник напряжения сравнения и диод включить

вцепь обмотки ООСН.

§11. Автоматические вычислительные системы

Системы, выполняющие автоматически математические или логи­ ческие действия и выдающие сигналы, являющиеся результатами этих действий, называются автоматическими вычислительными си­ стемами. Этп системы могут быть механическими, электромехани­ ческими пли электронными.

Автоматические вычислительные системы делятся на:

1)аналоговые (моделирующие), называемые также системами непрерывного действия;

2)цифровые, называемые также системами дискретного дей­

ствия.

В аналоговых системах математические величины изображаются (моделируются) их физическими аналогами (например, механиче­ скими перемещениями или электрическими напряжениями), причем физические величины могут изменяться непрерывно и принимать любые значения, соответствующие значениям математических вели­ чин. Действия над математическими величинами заменяются дей­ ствиями над физическими величинами. Наиболее простым примером неавтоматического механического аналогового устройства является счетная линейка, где математическим величинам соответствуют определенные значения линейного перемещения движка и визира относительно шкал.

Аналоговая (моделирующая) система основана на аналогии между математическими уравнениями, описывающими ее поведение,

30

и уравнениями, характеризующими свойства некоторого физического объекта, подлежащего исследованиюПри этом физическая природа величин в оригинале и в аналоге (модели) может быть совершенно различной (например, механическое усилие изображается электри­ ческим напряжением). Во многих случаях аналоговая система не отражает непосредственно какого-либо реального объекта, ио пре­ следует чисто вычислительную цель и строится так, что соотношения между физическими величинами соответствуют поставленной мате­ матической задаче. Указанные функции аналоговых систем позво­ ляют называть их математическими моделями.

В последние годы широкое развитие получили электрические аналоговые устройства, которые, как правило, состоят из отдельных блоков, выполняющих те или иные математические действия: по­ строение заданных математических функций, суммирование, умно­ жение, деление, дифференцирование, интегрирование. Блоки строятся на использовании, помимо обычных элементов автоматики, ряда специальных элементов, основными из которых являются потен­ циометры со специальным профилем каркаса, поворотные (вращаю­ щиеся) трансформаторы, решающие усилители и диодные функцио­ нальные преобразователи.

В цифровых системах математические величины, над которыми производятся действия, разделены на равные части, число которых и выражает в цифровой форме значение величины. Это число физи­ чески выражается некоторой комбинацией состояний элементов системы. Действия над числами заменяются соответствующим комби­ нированием состояний элементов системы. Примером неавтомати­ ческих механических цифровых устройств являются счеты и ариф­ мометр. Погрешность цифровых систем тем меньше, чем с большей точностью представляются исходные математические величины в циф­ ровой форме. Цифровые системы являются более точными и универ­ сальными, но и более сложными, чем аналоговые.

В настоящее время принцип автоматического вычисления заложен в-основу работы целого ряда так называемых вычислительных машин, которые обеспечивают выполнение отдельных математических опе­ раций с большой скоростью (до нескольких миллионов операций в секунду). Такое быстродействие возможно благодаря применению электронных элементов.

ВСоветском Союзе разработан и освоен промышленностью целый ряд электронных моделирующих установок типа МН, а также цифровых вычислительных машин (ЦВМ) «Урал», «Раздан», «Минск», БЭСМ и др.

Впоследние годы получает большое развитие соединение анало­ говых и цифровых машин в единую вычислительную систему, что позволяет сочетать быстродействие аналоговых машин с точностью цифровых. Такие системы называют комбинированными или гиб­ ридными. В СССР, например, выпускается гибридная система, в ко­ торую входят аналоговая машина МН-18 и цифровая машина «Урал».

31

§12. Основные носители информации и способы задания программы

Всовременных вычислительных машинах чаще всего исполь­ зуется двоичная система счисления, смысл которой состоит в том, что любое целое число представляется как сумма величин 2°, 21, 22, 23 и т. д., каждая из которых может быть взята лишь 0 или 1 разНапример,

26 = 1 • 24 +1 • 23 +0-22-)-1 •21-)-0-2°.

В этом примере двухразрядное десятичное число 26 может быть записано в двоичном счислении в виде пятиразрядного числа с осно­ ванием 2 (на что указывает индекс в скобках), т. е.

26(ю)== 11010(2).

Запись 11010 означает, что (считая, справа налево) в данном числе отсутствует 2°, имеется 21, отсутствует 22 и имеются 23 и 2і- Сумма имеющихся величин и составляет двоичное число 11010, изображаемое в десятичной системе счисления, как 26. Запись 11010 называется двоичным кодом, который удобен тем, что его можно воспроизвести с помощью двухпозиционных элементов как элек­ тронных, так и электромеханических. Кроме двоичной системы счисления в ЦВМ применяются восьмиричная и двоично-десятичная системы.

Информация поступает в вычислительную машину от внешних источников, а также передается от одного ее устройства к другому внутри машины. Носителями информации могут служить перфора­ ционные карты (перфокарты), перфоленты, магнитные ленты и др. элементы.

ЦВМ — машина с программным управлением. Это означает, что автоматическая работа машины при решении любой задачи упра­ вляется заранее составленной программой, которая представляет собой совокупность команд, обеспечивающих последовательность выполнения машиной всех необходимых операций для получения требуемого результата.

Команда представляет собой цифровой код, преобразующийся в машине в управляющие сигналы.

Составление программ, по которым должны работать ЭЦВМ,

получило название программирования-

Программа составляется (записывается) согласно требуемой после­ довательности операций или согласно заданному технологическому процессу. Запись производится путем перфорирования (пробития) карт или лент, а также может быть записана на магнитную ленту.

Перфокарта представляет собой прямоугольник из плотной бумаги размером 187,4x82,5 мм. Левый верхний угол для удобства подбора и укладки отрезан. На рис. 24 показана запись числа 2732 на стандартной перфокарте, применяемой также для клавишных счетных машин. На рис. 25 показана запись чисел в двоичном коде

32

З B. T. Иванин

на телеграфной ленте шириной 17,5 мы. Наличие отверстия означает код 1, отсутствие отверстия — код 0.

В магнитных лентах для записи чисел применяются методы заимствованные из техники магнитной звукозаписи. Ряд намагничен­ ных участков на движущемся магнитоносителе образует магнитную дорожку. Полярность импульса условно обозначает запись кода 1 или 0.

Описанные носители информации назначаются запоминающими устройствами и служат для фиксации и хранения двоичных чисел

икоманд.

§13. Блок-схема ЦВМ и ее устройство

Несмотря на различие конструкции и составляющих элементов все современные электронные цифровые вычислительные машины состоят из пяти основных устройств (рис. 26): арифметического устройства, устройства управления, запоминающего устройства, устройства ввода данных н устройства вывода результата.

Рис. 26. Блок-схема ЦВМ

Как отдельное устройство машины можно выделить пульт управ­ ления, с помощью которого оператор передает управляющие сигналы устройству управления.

Все перечисленные устройства связаны между собой и выполняют отдельные функции в процессе автоматической работы машин.

Рассмотрим назначение основных устройств машины. Следует отметить, что порядок рассмотрения не зависит от степени важности того или иного устройства, так как все они по значению рав­ ноценны.

Арифметическое устройство предназначено для выполнения арифметических операций над числами. Результат выполненной

34

варифметическом устройстве операции может использоваться двояко:

вкачестве промежуточного или окончательного результата вычисле­ ний и для автоматического выбора направления последующих

вычислений.

Исходные числа для выполнения операций поступают в арифме­ тическое устройство из запоминающего устройства (см. ниже). На рис. 26 прохождение чисел в машине показано сплошными линиями.

Устройство управления осуществляет управление автоматиче­ ской работой машины в соответствии с заданной программой вычи­ слений. Команды программы представляются в машине числовыми кодами (числами). Поэтому каналы прохождения команд совпадают с каналами прохождения чисел. Прохождение сигналов управления показано на блок-схеме пунктирными линиями.

Запоминающее устройство (ЗУ) служит для хранения и выдачи исходных данных, промежуточных и окончательных результатов вычислений. ЗУ состоит из ячеек памяти. Каждая ячейка служит для запоминания (хранения) некоторого набора цифр. Таким набором может быть число, команда или буквенный текст, закодированный цифрами. Все ячейки ЗУ пронумерованы подряд, а номер ячейки называется ее адресом.

Быстродействие машины зависит в основном от времени выборки одного числа из ячейки памяти. В настоящее время еще не удалось создать такие ЗУ, которые имели бы большой объем памяти (сотни тысяч ячеек) и малое время выборки кода из каждой ячейки. По этой причине разделяют ЗУ на оперативные (внутренние), имеющие сравнительно небольшой объем, но малое время выборки кода, и внешние ЗУ с большим объемом (миллионы ячеек памяти), но большим временем выборки. Та информация, которая используется для решения задачи в данный момент, размещается в оперативном ЗУ (оперативном или внутреннем накопителе). Вся остальная инфор­ мация размещается во внешней памяти (накопителе на магнитной ленте). В процессе вычислений по мере необходимости происходит обмен информацией между внешним и оперативным ЗУ.

Устройство ввода данных предназначено для введения в машину (в ЗУ) исходных чисел и программы вычислений. Вся информация предварительно записывается на перфоленты, перфокарты или на магнитные ленты, а затем с помощью электромеханических или фотоэлектрических элементов считывается с них, преобразуется в электрические сигналы и поступает в ЗУ.

Устройство вывода результата служит для выдачи из машины результатов решения задачи. Результаты могут печататься на бу­ мажных лентах различной ширины, перфорироваться на перфоленту или перфокарты. В последнем случае информация может без измене­ ния (перекодирования) использоваться в дальнейших вычислениях, а также для передачи по каналам связи.

Пульт управления предназначен для подготовки машины к реше­ нию задачи, управления машиной в процессе решения, а такйсе для контроля за ходом вычислений и оперативного вмешательства в работу

машины в случае необходимости. Пульт управления имеет световую и звуковую сигнализацию о состоянии различных устройств машины.

§ 14. Применение вычислительной техники па горных предприятиях

Применение вычислительной техники для решения проблем горного дела до недавнего времени ограничивалось лишь использо­ ванием вычислительных машин в научных исследованиях. Однако за последние годы институтом горного дела им. А. А. Скочинского, Московским горным институтом, а также другими горными и научноисследовательскими институтами совместно с СКВ и передовыми горными предприятиями созданы специализированные управляющие устройства, позволяющие практически использовать вычислитель­ ную технику при управлении производственными процессами на карьерах.

Ленинградским горным институтом совместно с Северо-Кавказ­ ским филиалом СКВ Цветметавтоматика изготовлена и внедрена на Оленегорском карьере система оперативного управления горнотранспортными работами «Руда-1», которая содержит электронное вычислительное устройство.

Система «Руда-1» обеспечивает выполнение функций диспетчера на 5 разрезах, 18 добычных экскаваторах, 6 отвалах, 2 бункерах и 20 электровозах. Промышленные испытания системы «Руда-1» на Оленегорском карьере показали, что в условиях напряженной работы вычислительное устройство выдает более эффективные реше­ ния, чем диспетчер, предохраняет его от ошибок, способствует выпол­ нению требований технологии.

На Ингулецком ГОКе для управления предприятием создан информационно-вычислительный центр с использованием ЦВМ «Мпнск-22». Сбор и передача информации для вычислительного цептра пока осуществляется вручную. Однако уже несколько лет институт Металлургавтоматика в содружестве с работниками ком­ бината и ряда научно-исследовательских и учебных институтов Украины ведет работы по созданию и внедрению автоматизированной системы управления предприятием (АСУП), которая позволит осуществить постоянный автоматический сбор и ввод информации о работе комбината, включая основные цеха, вспомогательные службы, материально-техническое снабжение и т. д.

Внедрение автоматизированной системы управления с использо­ ванием ЦВМ позволит улучшить организацию работ, повысить оперативность диспетчерских служб, свести к минимуму простои механизмов и агрегатов, получить точный технико-экономический анализ работы как отдельных агрегатов, цехов, так н комбината в целом, вести технологический процесс в наиболее выгодных ре­ жимах.

Автоматические вычислительные устройства нашли применение для учета работы мощных драглайнов, для отбора, обработки и

36

передачи информации о производительности одноковшовых экскава­ торов, роторных комплексов, а также другого горного оборудования и транспорта.

Вычислительные и управляющие машины нашли также приме­ нение для решения задач оптимизации управления как отдельными видами технологического оборудования, так и всего технологиче­ ского процесса с целью получения наибольшей экономической эффек­ тивности работы горных предприятий.

Применение вычислительной техники позволяет решить вопросы оптимального управления всем комплексом работ благодаря исполь­ зованию способа математического моделирования систем оператив­ ного управления, смысл которого состоит в том, что вычислительная машина последовательно, в соответствии с программой возможных вариантов, вырабатывает информацию, характеризующую тот или иной способ управления. Оценивая результаты вычислений, при­ нимают наивыгоднейший вариант. При этом исключается необходи­ мость в проведении дорогостоящего и длительного эксперимента

внатуре.

§15. Условные обозначения в схемах автоматики

При вычерчивании электрических схем и схем автоматизации производственных процессов используются условные обозначения, установленные по ГОСТу.

В настоящее время условные графические обозначения и схемы выполняются в соответствии с ГОСТ 2701-68, 2.702—69, 2.703—68, 2.704—68, 2.721—68 ч-2.748—68, 2.749—70, входящими в ЕСКД

(Единую систему конструкторской документации). Основные услов­

Усилитель электромашинный с поперечным полем п не­ сколькими обмотками управления

Усилитель магнитный с двумя рабочими и общей управ­ ляющей обмоткой

Резистор регулируемый (реостат)

37

Продол ж enne табл

38